石油产品调合的实用计算方法

何顺德

(中海石油舟山石化有限公司，浙江舟山 316000)

不同使用目的的石油产品具有不同的规格标准，每一种石油产品的规格标准都包括了许多性质要求，企图在一套生产装置中生产出合格产品，在经济上通常是不划算的，并且有的时候是不可能的，因此大多数的石油产品是经调合而成的，调合是炼油厂生产石油产品的工序之一。石油产品调合计算是炼厂质量、技术、计划等管理人员比较重要的一项工作，是提高产品质量等级，改善油品使用性能，使工厂获得较大的经济效益的基础。选择合适准确的计算方法可在一定程度上替代小调试验，缩短调合周期，较大程度地提高工作效率，优化计算结果等。目前炼油企业及油库中在使用的油品调合计算方法有很多，本文在参考相关文献的基础上结合自身在炼厂油品调合方面经验，主要介绍蒸汽压、辛烷值、凝点、冷滤点、闪点、倾点、运动黏度、结晶点、烟点等实用质量指标的调合计算方法。这些方法均经过实践检验，计算精度较高且使用便捷，可适用于炼油厂及油库的各种油品调合和质量管理，实用性强。

1 油品调合的特点

各种油品的调合，除个别加入添加剂调合之外，基本是液液体系相互溶解的均相调合，是三种扩散机理的综合作用。调合油品的性质与各组分的性质相关，调合油品的性质如果等于各组分的性质按比例的加和值，则这种调合称为线性调合，如硫含量、氮含量、酸值、残碳、灰分、胶质、馏程、碘值。因石油组分十分复杂，所以石油产品的大多性质不符合加和性规律，这些性质的调合称为非线性调合，如蒸汽压、辛烷值、凝点、冷滤点、闪点、倾点、运动黏度、结晶点、烟点等。

2 油品调合的一般程序

油品调合一般有以下程序[1]。

(1)根据市场需求状况，确定所需调合的目的产品规格标准；

(2)对计划实施调合的各组分油安排取样化验，获得各组分油的性质指标；

(3)根据各组分油的性质指标及市场价格，通过查图或计算，找出最优的调合组分和比例；

(4)根据初步调合比列实施小样调合试验，若试验结果符合目的产品的规格标准，则正式组织调合(正式调合时要考虑好调合裕度)；

(5)调合后的油品经最终取样化验合格后安排出厂。

3 油品质量指标调合的计算方法

本章节部分对线性调合的质量指标计算方法不再作讲述，主要重点介绍蒸汽压、辛烷值、凝点、冷滤点、闪点、倾点、运动黏度、结晶点、烟点等非线性指标调合的计算方法。

3.1 蒸汽压

汽油的蒸汽压一般用雷德蒸汽压表示，雷德蒸汽压是指37.8℃的汽油在蒸汽油料体积比为4:1时测出的压力。蒸汽压大小表示汽油汽化的程度，是控制汽油在热天不发生气阻，保证有适当的蒸发性能，以利于加速性和冷天起动性的指标。

目前雪夫隆法是蒸汽压调合中广为采用的简便的经验方法，其将各组分的雷德蒸汽压(RVP)i换算为蒸汽压指数(VPBI)i然后进行线性体积分数Vi加成，见公式⑴[2-4]。

式中：RVP—调合料的雷德蒸汽压；RVPi—组分的雷德蒸汽压；Vi—组分的体积分数。

3.2 辛烷值

辛烷值是指和汽油抗爆性相当的标准燃料中，所含异辛烷的百分数，是汽油最重要的使用性能指标，是代表汽油质量水平和规定标号的。汽油辛烷值在调合时暂且无固定通用的计算公式。

文献中所介绍的调合汽油辛烷值的计算模型有很多，如斯图尔特(Stewart)法、调合因数法、虚拟纯组分法、相互作用法、ETHYL RT-70法等。这里主要推荐ETHYL公司Healy等提出的ETHYL RT-70法，该计算模型虽然较为复杂，但计算精度较高。其计算公式如下[3-4]：

式中：R—调合油的研究法辛烷值；R1—各调合组分的体积平均研究法辛烷值；M—调合油的马达法辛烷值；M1—各调合组分的体积平均马达法辛烷值；J—体积平均敏感度，即各调合组分RON与MON差值的体积平均数；R2—各调合组分RON与J乘积的体积平均数；M2—各调合组分MON与J乘积的体积平均数；O1—各调合组分烯烃含量平方的体积平均值；O2—各调合组分烯烃含量体积平均值的平方；A1—各调合组分芳烃含量平方的体积平均值；A2—各调合组分芳烃含量体积平均值的平方。

这两个方程代表了汽油的线性调合，其中三个相加的修正项用来修正在汽油调合中存在着的调合偏差。第一项(敏感度函数)用来校正由于各组分辛烷值测定时压缩比与调合油辛烷值测定时的不同而引起的偏差；第二项(烯烃含量函数)和第三项(芳烃含量函数)用来校正各调合组分相互化学作用的影响。RON方程系数是 C1=0.043 07、C2=0.000 61、C3=-0.000 46。MON 方程系数是 D1=0.044 50、D2=0.000 81、D3=-0.006 45。这些系数是通过实验室汽油调合的实际RON和MON数据回归分析得到的。计算举例见表1。

表1 调合汽油辛烷值计算举例Tab.1 Example for the octane number calculation of gasoline concoction

3.3 凝点

凝点是柴油和润滑油的重要指标之一，是柴油在低温下失去流动性的最高温度。我国柴油的牌号就是按柴油的凝点划分的。调合油品凝点的计算也有多种方法，本文推荐换算指数法，见式(4)[2,4]。

式中：SLI调和—调合油凝点换算指数；SLIi—调合组分凝点换算指数；Vi—调合组分油体积分数。

凝点和换算指数存在的关系见公式⑸和⑹。

式中：SLI—调合油凝点换算指数；SLD—调合油凝点，℃。

3.4 冷滤点

冷滤点是柴油的重要指标之一。冷滤点是将试油在规定条件下冷却，在1 960 Pa真空压力下进行抽吸，使试油通过过滤器(363目/in)1 min不足20 mL的最高温度。柴油的冷滤点与柴油的最低使用温度有着良好的对应关系。目前国内外评价柴油低温流动性，广泛采用冷滤点。冷滤点法比浊点、凝点更具实用性，因为柴油温度降至浊点时，由于蜡结晶颗粒很小，并不一定引起过滤器堵塞，而在温度尚未降至凝点之前，过滤器就已经堵塞了，所以浊点和凝点的实用意义不大，国外许多国家使用冷滤点取代了浊点和凝点测定法。

针对柴油冷滤点的调合，本文推荐冷滤点换算指数法。换算指数可以进行体积线性加成，如公式(7)所示。

式中：XCFI调和—调合油冷滤点换算指数；XCFIi—调合组分冷滤点换算指数；Vi—调合组分柴油体积分数。

冷滤点和换算指数存在的关系见公式(8)和(9)。

式中：XCFI—柴油冷滤点换算指数；XCFP—柴油冷滤点，℃。

3.5 闪点

闪点是柴油和润滑油的重要指标之一，是指在规定的条件下，加热试样，当试样达到某温度时，试样的蒸汽和周围空气形成可燃混合气，一旦与火焰接触，即发生闪燃现象的最低温度。所以闪点是可燃性液体贮存、运输和使用的一个安全指标，同时也是可燃性液体的挥发性指标。闪点低的可燃性液体，挥发性高，容易着火，安全性较差。

油品闪点的调合计算也有多种方法[1-6]，从计算精度和简便性考虑，在此本文推荐采用式(10)进行计算。

式中：t—调合油的闪点，℃；ti—调合组分的闪点，℃；Vi—调合组分的体积分数。

式(10)适用于油品闪点在30～150℃的计算，不适用于轻质油品，经实际应用此方法计算结果与实验室测量值绝对误差在2℃以内。

3.6 倾点

倾点是润滑油的重要指标之一，是指油品在规定的试验条件下，被冷却的试样能够流动的最低温度；而凝点指油品在规定的试验条件下，被冷却的试样油面不再移动时的最高温度，都以℃表示；所以同一油品倾点比凝点要略高几度。对于润滑油来说，倾点更能代表润滑油的低温性能。

针对倾点的调合[4]，本文推荐倾点换算指数法。其计算与凝点计算公式(4)、(5)、(6)相同。

3.7 运动黏度

运动黏度是评价油品流动性的指标，对于润滑油来说更是最重要和最本质的性质，是各种润滑油分类分级的依据，也是很多工艺计算不可缺少的主要参数。目前调合运动黏度的计算公式较多[1,6]，本文推荐两种使用简便且精度较高的计算方法。

第一种是国际通用的黏度调合计算模型。此方法是按运动黏度的对数值与体积呈线性关系进行计算，如式(11)所示[2-3,5]。

式中：μ调和—调合油的运动黏度,mm2/s；μi—调合组分的运动黏度,mm2/s；Vi—调合组分的体积分数。

在实际使用中有人将上式中的体积分数改为质量分数，也取得了满意的结果，其计算值和实测值误差早±0.1 mm2/s范围内。

另一种方法是国内多数厂家采用的计算方法，如式(12)[1,5,6]所示。

式中：μ调和—调合油的运动黏度,mm2/s；μi—调合组分的运动黏度,mm2/s；Vi—调合组分的体积分数。

第二种方法与前面介绍的第一种方法相比，使用更为便捷，且计算精度也很高。

3.8 结晶点

结晶点(俗称冰点)是喷气燃料的主要使用指标，是用目测有晶体结晶出现时的最高温度。喷气飞机在

冬季低温情况下，一旦燃料中析出冰块或石蜡结晶，则会堵塞燃料滤清器及输油系统而造成损害。结晶点调合采用的是换算指数法。换算指数可以进行体积线性加成，如式(13)所示。

式中：FRZ调和—调合油结晶点换算指数；FRZi—调合组分结晶点换算指数；Vi—调合组分体积分数。

结晶点和换算指数存在的关系见公式(14)和(15)。

式中：FRI—结晶点换算指数；RZ—结晶点，℃。

3.9 烟点

烟点指灯用煤油和喷气燃料在规定试验条件下燃烧时生成无烟火焰的最大高度。超过这个高度即会产生黑烟。烟点是煤油类产品的一项重要指标，无烟火焰的高度值大，表明芳烃含量低，燃烧的清净性好。

烟点调合采用的是换算指数法。换算指数可以进行体积线性加成，如式(16)所示。

式中：SMK调和—调合油烟点换算指数；SMIi—调合组分烟点换算指数；Vi—调合组分体积分数。

烟点和换算指数存在的关系见公式(17)和(18)。

式中：SMI—烟点换算指数；SMK—烟点，mm。

4 小结

油品调合是炼油广生产各种石油产品的生产工序之一，油品调合的作用与目的在于提高产品的质量等级，改善油品的使用性能，使工厂获得较大的经济效益，增加社会的作用效益。本文所列举的这些石油产品性质的调合计算方法均经过了实践的检验，计算精度较高且使用便捷，适用于炼油厂及油库的各种油品调合和质量管理，实用性强。

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