喷气燃料是石油经蒸馏或裂化、热解、聚合、氢化得到的石油馏分, 主要由烷烃、环烷烃、芳香烃等组成的混合物。喷气燃料在发动机的推力室燃烧前, 首先要经过一个雾化、汽化及与空气形成可燃混合气的过程, 该过程是保证燃料燃烧稳定、完全的先决条件, 因此蒸发性能是液体燃料的重要性质之一。而馏程是用来评价油品的蒸发性能的主要指标, 喷气燃料的馏程通常为150℃~260℃。长期以来喷气燃料馏程测定的重复性精密度只有确定方法, 没有具体数值要求, 给化验员的工作带来不便。不同牌号和产地的3号喷气燃料, 其组成和性质是不同的, 甚至不同批次的3号喷气燃料, 其组成和性质也略有差异。因此, 正确地确定喷气燃料精密度数值以方便部队或厂企化验员使用, 尤其对操作不熟练的化验员来说, 正确的判断测定结果是非常重要的。
GB/T 6536标准中对同一操作者重复测定的两个结果之差要求不应大于表 1所示的值。S是温度变化率(平均斜率), 单位为℃/mL, 其计算公式如下。
初馏点温度变化率, 以回收5 mL时的温度与初馏点间的温度变化平均值来表示:
5%回收百分数的温度变化率, 以回收10 mL时的温度与初馏点之间的温度变化平均值来表示:
10%~80%回收百分数的温度变化率, 以该回收体积V上下10 mL对应的温度变化平均值来表示:
90%回收百分数的温度变化率, 以回收90 mL与80 mL对应的温度变化平均值来表示,
95%回收百分数的温度变化率, 以回收95 mL与90 mL对应的温度变化平均值来表示:
终馏点的温度变化率, 以终馏点与90 mL的回收温度变化平均值来表示:
因此, 只要测得相应的回收温度就可求出温度变化率, 进而得到重复性精密度[1]。
HCR3063型蒸馏测定仪, 125 mL蒸馏烧瓶, -2℃~400℃温度计(最小分度值1℃), 不同产地喷气燃料。
用100 mL量筒量取100 mL试样, 按表 2所示的试验条件进行蒸馏, 仔细观察馏出液体积和对应的回收温度。
对胜利油田、镇海炼化和茂名石化的3号喷气燃料进行馏程测定, 结果如图 1所示。不同产地喷气燃料由于原油不同和加工工艺不同, 其组成有一定差别, 馏程也就有一定差别, 但由于冰点、闪点等的限制, 3号喷气燃料的馏程一般分布在150℃~280℃。
由表 2的实验条件可知, 样品的温度、冷浴的温度以及馏出控制速度都会影响馏程的测定结果。喷气燃料初馏点在160℃左右, 因此其贮存样品和馏出液的温度稳定至室温即可, 这样冷浴的温度可控制在低于室温1℃~2℃。馏程测定过程中的人为影响因素, 如馏出温度、回收体积的读数、大气压力的修正等都会引入误差[2]。冷浴温度、样品温度、有关读数等引入的误差可通过不同时间、不同人员的多次测定体现出来。由于喷气燃料是不同沸点的碳氢化合物的混合物, 无固定的沸点, 由表 2的蒸馏速度控制条件可知, 蒸馏控制速度即电压对回收温度有很大的影响。
采用不同的电压对喷气燃料样品馏程进行测定, 得不同电压下的初馏点和初馏时间如表 3所示。当电压低到50 V时, 初馏时间为18.45 min, 而电压增值到120 V时, 初馏时间为4.93 min, 不能满足从开始加热到初馏点的时间为5 min~15min的要求。将不同电压下的初馏点与5%的回收温度作图(见图 2), 初馏点随初馏电压的增大而升高, 当初馏电压在60 V~90 V时, 初馏点为155.0℃~156.5℃, 变化趋势较为平缓, 初馏点随电压升高而增高不大; 但当初馏电压增至100 V以上时, 由于蒸馏速度过快, 初馏点突增至与5%回收温度非常接近, 影响初馏点和5%回收温度的正常读数。因此, 测定馏程的初馏电压控制在60 V~90 V合适。
分别在60 V和80 V的初馏电压下改变终馏电压为80 V、90 V、100 V、110 V进行蒸馏, 实验结果如图 3所示。由图 3可知, 初馏电压相同时, 终馏点随终馏电压的增大而升高; 终馏电压相同时, 初馏电压越大的组, 终馏点越高。即初馏点的高低对终馏点存在影响。当终馏电压增至120 V时, 伴随着馏出液的馏出, 馏出口出现冒烟现象, 说明此时被加热的油品已产生过热, 而采用110 V终馏电压时, 实验现象正常。当电压低至70 V时因电压过低出现终馏点明显降低和时间过长现象。因此, 实验的终馏电压定为80 V~110 V合适。
因为进行各组馏程实际测定时, 各组初馏电压不同、初馏点高低不同, 致使到达初馏点之后馏出速度不同。为满足实验标准中关于馏出速度为4 mL/min~5 mL/min的要求, 所以在到达初馏点之后至到达回收量95%之前的中间馏分测定过程中, 电压控制应始终依馏出速度的变化而变化。由于造成各组的电压控制过程各不相同, 即在相同的回收百分数时, 不同组使用的电压不同, 由此造成不同电压对中间馏分的影响无法进行比较和分析, 所以只需在实验设计中根据初馏电压的不同, 按中间馏分的馏出速度要求改变蒸馏电压即可。
在前面馏程影响因素分析的基础上, 改变初馏电压和终馏电压, 设计了符合蒸馏条件的如表 4所示的正交实验, 共16组。分别测定了3号喷气燃料的初馏点、5%~95%回收温度和终馏点。在不同时间对每组实验进行多次测定, 结果取平均值。表 5是胜利油田3号喷气燃料16组实验的馏程结果为了综合考虑不同实验条件下回收温度的差别, 将16组实验结果取平均值并计算温度变化率, 并按表 1计算重复性精密度, 其结果如表 6所示。按同样方法对镇海炼化、茂名石化的喷气燃料进行正交实验设计, 测定其不同电压下的馏程, 计算得重复性精密度数值也列于表 6中。虽然3个产地的喷气燃料的组成和性质有差异, 其整个馏程范围的精密度数值非常接近, 而3个产地的喷气燃料基本上涵盖了我国使用的主要喷气燃料。因此, 可将表 6中3个产地的精密度数值取平均值作为喷气燃料馏程测定的重复性精密度要求。一般石油产品馏程中5%的回收温度不作要求。因此, 喷气燃料初馏点~10%回收温度、20%~70%回收温度、80%~90%回收温度、95%回收温度~终馏点的重复性精密度要求分别为1.5、1.0、1.5、2.0。
改变电压设计实验对喷气燃料馏程进行测定的过程中, 由于人员操作、读数而引起的误差都包含在数据中, 因此采用此方法对喷气燃料的重复性精密度进行确定是合理的。其它石油产品, 如柴油、汽油馏程测定结果的重复性精密度也可参照此方法确定。
2010, Vol. 39 Issue (2): 161-164
2010, Vol. 39 Issue (2): 161-164