柴油十六烷值分析方法及仪器

摘要

本发明涉及一种柴油十六烷值的分析方法及仪器，其特征在于利用柴油在250—350℃之间与适当的空气接触，发生热化学反应，利用反应的热效应随十六烷值的增加而增加的关系，测定柴油的十六烷值。全部过程及反应条件均由微计算机控制，油样在负压下由空气混合经多孔瓷珠或高铂小球填充的预气化室进入反应腔，两支铠装的热电偶测定反应腔及反应本体的温差，微计算机处理数据，测出谱图的峰值或峰面积均可作为十六烷值的度量。

说明书

本发明涉及一种利用热化学的方法测试分析石油产品的规格-柴油十六烷值的分析方法，以及该方法所使用的仪器。

目前，以ASTM-D613方法测定柴油十六烷值的方法是世界上公认的标准方法，它是使用一台专用的单缸发动机，用标准燃料正十六烷和七甲基壬烷的混合物，与待测柴油试样在此发动机中作对比试验，在爆震强度相同的情况下，标准燃料混合物中的正十六烷百分数即为十六烷值。此法的重复性为0.7个十六烷值，重现性为2.6个十六烷值，而且ASTM标准CFR48-F5U单缸发动机价格较贵，而且配件的花费也较多，标准燃料很贵，因此，每测一次柴油十六烷值的费用较高。

我国目前一般用计算法，即在化验室测定柴油的比重、50%馏出温度、苯胺点或是柴油中的族组成，用计算公式算出十六烷指数，而不叫做十六烷值。此种方法受原油性质的影响，产地不同，则原油性质有差异，误差较大，与ASTM标准十六烷值机对比，误差为3-4个十六烷值。

日本公开JP61243352，公开了一种用高频电容器测定燃料中芳烃含量，并与抗爆性相关-测定燃料抗爆性的设备，此法是用电容法测定被测燃料与标准燃料的介电常数来判定芳烃含量，从而确定十六烷值的，芳烃含量高则十六烷值低。事实上十六烷值不仅与芳烃含量有关，还与其他组成有关，正十六烷的十六烷值为100，而七甲基壬烷不是芳烃，其十六烷值为15。此法为间接组成测量，精度不高，而且直到今日未见正式产品问世。

91年9月在北京“石油化工国际展览会”上展出了一台近红外光谱的Guided    Wave    300双束光纤分光光度计。提供的资料表明可用于测定汽油的辛烷值和柴油的十六烷值，其连软件价格也较高。

由于原油品种多种夺样，生产柴油的工艺多种多样，要满足十六烷值的规格，须用ASTM-D613的CFR48-F5U测定，但此设备昂贵，而且使用此法不能满足自动调合的要求，因此也不能实现连续的在线测定十六烷值。

计算法误差太大，而且受原油性质的影响。而电容法无正式产品，由于为间接组成测量，其精度不高。

近红外光谱仪价格也很高，用于生产过程在线测量，同样满足不了自动调合的要求。

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足。

本发明的目的在于提供一种需试样少，分析速度快，经济可靠，既可在实验室使用，又可在工业管道上连续测定的十六烷值分析方法及仪器。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

柴油着火前的化学反应是指在高温下的气相氧化过程，它决定于柴油的化学组成，也和外界条件如温度、压力、催化剂、容器壁有密切的关系。

烃类的高温气相氧化往往表现出明显的阶段性，在着火前存在“冷焰”现象，“冷焰”反应时反应热与十六烷值相关，本发明依此原理进行测定分析。

柴油在250-350℃时，与空气接触，空气的流量在80-120ml/min，压力为0.08-0.17MPa，其化学反应热与十六烷值有良好的正相关关系，见表1和表2。

不同的油样不同的温度其相关系数不同，反应的热效应采用量热法测定，用两支铠装的热电偶分别测定反应腔中心的温度及反应园柱本体的温度，二者反相串联获得的温差作为十六烷值的度量，信号由微计算机处理，以峰值或第一个峰面积作为十六烷值的度量。测试前反应腔真空度在650-700mmHg，测试用油样约100ul/次。

表1    286℃    0.115MPa时十六烷值与热效应的关系

十六烷值    热效应(以热峰信号格数表示)

38.9    81.5

45.6    92.8

55.5    110.0

表2    293℃    0.115MPa时十六烷值与热效应的关系

十六烷值    热效应(以热峰信号格数表示)

27.3    45.0

32.6    63.2

38.9    75.1

测量柴油十六烷值的仪器由两部分组成，一个分析器和一个微计算机;分析器包括一个进样六通阀（1），喷针（3），装有多孔瓷珠或高铂小球的预汽化室（22），反应腔壁上的铅玻璃球衬套（23），一个真空喷射泵（12），及两支铠装的热电偶（13，4）二者反接串联，以及加热装置（5，6），保温外壳（10），当进行非在线测量时还可包括一个气动活塞泵。

微计算机带有专用的固化软件，接上电源即可工作，软件功能包括：按设定的十六烷值自动恒定温度，分析周期的程序控制，处理数据获取试样测定结果，仪器工作自动诊断，此外还有4-20mA的通用标准仪表信号输出，并可通过RS-232-C或RS448通讯接口与其他计算机通讯。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

由于本发明在预汽化室（22）中填加了高铂小球或多孔瓷珠既做为催化剂又做热载体，使反应的柴油进入反应腔前充分汽化而无雾滴，这使得量热的准确度提高;在反应腔壁上装的铅玻璃衬套（23）紧贴不锈钢球，光滑的器壁对维持真空，传热均衡及充分反应均起重要作用，真空喷射泵保证每次测试前反应腔的真空度均为650-700mmHg使测试均在相同的条件下工作。

带有专用固化软件的微计算机只要根据油样给定反应温度，则可自动恒定温度，并自动处理数据。

使用该方法及仪器可直接组成自动调节控制系统，解决了柴油自动按十六烷值调合的需要，可满足用于炼油厂、油库、商检部门自动测量柴油十六烷值，也可用于柴油自动调合的监测与控制。

分析仪与现有技术相比具有价廉的特点，而且使用寿命比ASTM的标准十六烷值机可长几倍。

测定周期缩短，为10分钟左右，出厂前标准样标定后，以后的使用中不需要标准样，因此测定经济快速，包括设备折旧每次费用低于50元。

使用本发明的仪器，重复性可达0.5-1.0个十六烷值，统计标准误差为0.5个十六烷值，提高了精度，从而对生产过程中保证产品质量有利。

试样用量少，减少了污染与浪费。

图1为柴油十六烷值分析器基本结构图。

1六通阀    2密封格栏    3进油喷针

4反应器本体热电偶    5电热丝    6红外线辐射层

7保温层    8云母片    9反应器本体

10外壳    11排样管    12喷射真空泵

13反应腔热电偶    14空气进入管    15和21驱动空气管

16冷却水进入管    17油样定量管    18油样进入管

19冷却水排出管    20油样循环排出管    22预汽化室

23铅玻璃球衬套    24底座板    25反应器本体

图2为十六烷值分析仪系统框图。

1分析器    2温差变送器    3微机系统

4打印机    5D/A    6加热控制器

7切换    8驱动器    9模拟输出

10报警    11电源    12键盘

13排污    14空气    15水    16柴油

以下结合附图对本发明进行详述：

图1为分析器基本结构图，在由可调水平支架支撑的，由保温外壳（10）和底座板（24）构成的园柱形分析器的中央安置了反应器本体（25），反应器本体是一个被红外线加热器（5，6）包围的，上下两块嵌连的不锈钢园柱体。中间的球形空腔有一个紧贴的铅玻璃球（23），球形空腔的中心有一支热电偶（13），反应器本体上也有一支热电偶（4）。

被分析的油样、反应器的空气、和冷却水经底座板（20）的防爆隔火栓接头引入和导出，形成各自的通路。

被分析的油样经进料管（18）穿过六通阀（1）及排出管（20）排出，微计算机系统按键盘设定的工作周期自动定期发出信号，经驱动器放大后切换六通阀，此时0.08-0.17MPa的压缩空气从进入管（14）经六通阀将油样定量管（17）内的柴油经进料喷针（3），多孔瓷珠或高铂小球填充的预汽化室（22）进入反应空腔，填充物既作为催化剂又作为热载体，并用喷射真空泵（12）经排样管（11）抽出空气和反应物使反应腔维持在650-700mmHg的负压条件作为初始的工作条件。

红外加热器（5，6）是受微计算机系统控制的，按照不同的十六烷值测量范围，从键盘置入不同的反应温度设定值，微计算机内构成的自动调节系统输出信号经D/A转换后去控制加热功率，使反应系统恒温。

在通入油样前，反应系统是恒温的，两支铠装的热电偶（4，13）所测的温度是相同的，随着油样进入并全部汽化，同时局部氧化反应生成热量，热电偶（13）的信号大于热电偶（4）的信号，二者反相串结引出反应器，由温差变送器送出的信号进入微机。经过数据处理，与标准样品的标定曲线对比，微机输出结果的同时，发出下个分析周期的信号，经驱动器去切换六通阀，六通阀切换后计算机计时至规定时间后再次切换复位。

图2为十六烷值分析仪系统框图，分析仪包括分析器（1）和微机系统（3），由键盘（12）置入不同反应温度设定值，微计算机内构成的自动调节系统输出信号经D/A转换（5）去加热控制器（6）控制加热功率，使反应系统恒温;随油样进入分析器全部汽化并局部氧化反应生成热量，由两支铠装的热电偶量出温差，经温差变送器（2）将信号送入微计算机（3），经数据处理，与标准样品的标定曲线对比，经微机由打印机（4）输出结果，同时发出下个分析周期的信号，经驱动器（8）去切换（7）使得六通阀切换，六通阀切换后计算机计时至规定的时间后再次切换复位。

输出的结果既有统一的模拟信号4-20mA（9），可远距离传送，又有打印的结果（4），包括：分析时间、反应温度、反应腔中心温度、十六烷值。

对于同一试样，在不同的反应温度下，其反应热是有差异的，反映在输出记录上便是热峰格数，因其在不同反应温度下的第一个峰面积的差异较小，用信号积分，可以提高测量精度。

微计算机有自诊断功能，当空气压力过低或过高，断水或油路不通时，计算机有报警（10）声光，超过极限会自动切断电源，用以保护仪器运行。