C9+芳烃对汽油质量及发动机性能的影响

郑东前 刘馨璐 杨勇 陈春会 崔永胜

中国石化销售有限公司油品技术研究所

目前，增产汽油主要是通过提高催化裂化汽油和催化重整汽油的产量实现［1］，而催化重整工艺技术以直馏石脑油等为原料生产高辛烷值汽油组分，同时在芳烃分离部分获得副产品C9+芳烃。C9+芳烃各组分的沸点非常接近，分离相对困难，而且深加工需要的条件也非常苛刻，生产成本高［2］。目前，典型工艺生产的C9+芳烃以C9芳烃为主，其中甲乙苯和偏三甲苯各约占25%，而C10+芳烃约占C9+芳烃的27%［2］。部分炼厂将C9+芳烃作为汽油调合组分，但该组分可能影响油品质量和汽车的排放。本文选取了2个炼厂的C9+芳烃，按照一定比例加入92号、95号车用汽油中进行测试，考察C9+芳烃对于汽油质量的影响；同时采用炼厂提供的含有不同浓度C9+芳烃的汽油开展发动机台架试验，测试C9+芳烃对发动机动力性能及燃油经济性（油耗）的影响。

试验部分

样品准备

基础汽油样品

◇山东某地炼甲92号车用汽油（ⅥA）（以下简称地炼甲92#）；

◇山东某地炼乙92号车用汽油（ⅥA）（以下简称地炼乙92#）；

◇天津某炼化95号车用汽油（ⅥA）（以下简称天津95#）。

C9+芳烃、C9芳烃同分异构体样品

◇天津某炼化的C9芳烃和C10+芳烃，以下简称C9(TL)和C10+(TL)，（C9芳烃和C10+芳烃合在一起统称为C9+芳烃）。

◇山东某炼化的C9芳烃和C10+芳烃，以下简称C9(SL)和C10+(SL) 。

◇C9芳烃同分异构体试剂级样品：丙苯、1,3,5-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯。

含有不同浓度C9+芳烃的汽油样品的配制

山东某地炼丙配制了含有不同浓度自产C9+芳烃的6个汽油样品，分别为C0～C25［C0，C9+芳烃含量为0%（体积分数）的汽油，依次类推］。该组样品的基础汽油为该地炼提供的常规汽油组分（组成保持不变），通过调节甲苯和C9+芳烃的添加体积比例，使得该组样品的辛烷值在同一个水平。含有不同浓度C9+芳烃的汽油样品的辛烷值、抗爆指数和甲苯含量见表1。

试验方法

汽油性能

◇馏程：GB/T 6536 《石油产品常压蒸馏特性测定法》；

◇胶质含量：GB/T 8019 《燃料胶质含量的测定 喷射蒸发法》；

◇辛烷值：GB/T 5487 《汽油辛烷值的测定 研究法》；

◇蒸发指数DI：DI=（1.5×T10）+（3×T50）+T90+［11×氧含量(%)］（T10，10%蒸发温度；T50，50%蒸发温度；T90，90%蒸发温度）。

◇模拟进气阀沉积物。GB 19592 附录B《汽油机进气阀沉积物模拟试验方法》。

发动机台架试验

对山东某地炼丙调配的汽油样品C0～C25开展台架试验，考察C9+芳烃对发动机动力和燃油经济性的影响。发动机台架试验按照GB/T 18297 《汽车发动机性能试验方法》进行。

◇动力性能：采用总功率测试法，发动机油门全开，在发动机工作转速范围内，依次改变转速进行测量，获得在不同转速、100%负荷条件下的发动机功率。

◇燃油经济性：采用负荷特性测试方式，发动机在确定转速点下，均匀分布10个负荷点，获得在确定的百分比负荷条件下发动机燃油消耗率情况。

以C0的测试结果作为比对基准，通过C5～C25与C0对比，考察C9+芳烃含量造成的动力性能差异PD、燃油经济性差异FED，按公式（2）、（3）计算：

式中：

Pcx——试验汽油的动力性能测试结果；

FEcx——试验汽油的燃油经济性测测试结果；

Pc0——基础汽油的动力性能测试结果；

FEc0——基础汽油的燃油经济性测试结果。

C9+芳烃对汽油质量指标的影响

馏程

C9芳烃及C9芳烃同分异构体对基础汽油馏程的影响

添加/未添加10%（体积分数）C9芳烃的地炼甲92#、地炼乙92#的馏程比较见图1（图中5%指5%蒸发温度，10%指10%蒸发温度，以此类推，文中以下均同）。

从图1可以看出：

◇添加10%（体积分数）C9芳烃对于初馏点和终馏点几乎没有影响。

◇添加10%（体积分数）C9芳烃对于10%蒸发温度也没有明显影响。

◇添加10%（体积分数）C9芳烃明显提高了20%～95%的蒸发温度。其中，10%（体积分数）C9（SL）使地炼乙92#的95%蒸发温度提高了16.6 ℃，10%（体积分数）C9（TL）使地炼甲92#的80%蒸发温度提高了15.7 ℃，10%（体积分数）C9（TL）使地炼乙92#汽油60%蒸发温度提高了12.6 ℃。

添加/未添加10%（体积分数）C9芳烃同分异构体的地炼乙92#的馏程比较见图2。

表1 含有不同浓度C9+芳烃的汽油样品的辛烷值、抗爆指数和甲苯含量

从图2可以看出：

◇添加10%（体积分数）C9芳烃同分异构体对于初馏点、10%蒸发温度、95%蒸发温度、终馏点的影响不大。

◇添加10%（体积分数）C9芳烃同分异构体提高了30%～95%的蒸发温度。其中，10%（体积分数）的1,3,5-三甲基苯使基础汽油60%蒸发温度最多提高13 ℃。

C10+芳烃对基础汽油馏程的影响

添加/未添加10%（体积分数）C10+芳烃的地炼乙92#、天津95#的馏程比较见图3。

从图3可以看出：

◇添加10%（体积分数）C10+芳烃对于5%蒸发温度和初馏点几乎没有影响。

◇添加10%（体积分数）C10+芳烃逐渐提高了10%～50%的蒸发温度，但整体提高幅度不大。其中，10%（体积分数）C10+（TL）使地炼乙92#的50%蒸发温度提高了9.5 ℃，10%（体积分数）C10+（SL）使地炼乙92#的50%蒸发温度提高了8.5 ℃，10%（体 积 分 数）C10+（TL）使 天津95#的50%蒸发温度提高了14.1 ℃。

◇添加10%（体积分数）C10+芳烃显著提高了60%～终馏点的蒸发温度，导致终馏点远超车用汽油产品标准规定限制（不高于205 ℃）。其中，10%（体积分数）C10+（TL）使地炼乙92#的终馏点提高了52.6 ℃，10%（体积分数）C10+（SL）使地炼乙92#的终馏点提高了70.7 ℃，10%（体积分数）C10+（TL）使天津95#的终馏点提高了48.5 ℃。

图1 10%（体积分数）C9芳烃对基础汽油馏程的影响

图2 10%（体积分数）C9芳烃同分异构体对基础汽油馏程的影响

图3 10%（体积分数）C10+芳烃对基础汽油馏程的影响

◇2种C10+芳烃样品在10%（体积分数）的添加比例下，对地炼乙92#的50%蒸发温度的提高幅度相近，但C10+（SL）对于地炼乙92#的终馏点有更明显的提高。

添加1%、3%、10%（体积分数）C10+（TL）的地炼甲92#与未添加C10+（TL）的地炼甲92#的馏程比较见图4。

从图4可以看出：

◇C10+（TL）添加比例对于初馏点～30%蒸发温度几乎没有影响。

◇随着C10+（TL）添加比例的增加，对地炼甲92#基础汽油40%～终馏点的蒸发温度提升幅度相应增强。

◇添加1%（体积分数）C10+（TL）可使基础汽油终馏点达到202.2 ℃，说明C10+（TL）的添加易造成基础汽油终馏点不合格。

蒸发指数

分别在地炼乙92#中加入10%（体积分数）C9芳烃、C9芳烃同分异构体和C10+芳烃，开展蒸发指数测试，结果分别见图5、图6。

从图5、图6可以看出，添加10%（体积分数）的C9芳烃、C9芳烃同分异构体和C10+对基础汽油的蒸发指数影响较大，使其蒸发指数提高较多。其中，C10+芳烃使得基础汽油的蒸发指数提高近60个单位，C9芳烃使得基础汽油的蒸发指数提高近50个单位，C9芳烃同分异构体使得基础汽油的蒸发指数提高40～50个单位。

模拟进气阀沉积物

C9芳烃及C9芳烃同分异构体对基础汽油模拟进气阀沉积物的影响

在地炼甲92#、天津95#中分别加入10%（体积分数）C9（TL），其与未添加时的模拟进气阀沉积物对比见图7。

图4 C10+（TL）添加比例对基础汽油馏程的影响

图5 10%（体积分数）C9、C10+芳烃对基础汽油蒸发指数的影响

图6 10%（体积分数）C9芳烃同分异构体对于基础汽油蒸发指数的影响

从图7可以看出，添加10%(体积分数)C9(TL)对于基础汽油的模拟进气阀沉积物有一定的影响，使地炼甲92#、天津95#的该项指标均提高0.6 mg/L。

试验结果表明，基础汽油和含有10%（体积分数）C9芳烃同分异构体的样品模拟进气阀沉积物测试结果均为0.2 mg/L。这说明添加10%（体积分数）C9芳烃同分异构体对于基础汽油的模拟进气阀沉积物没有明显影响。

C10+芳烃对基础汽油模拟进气阀沉积物的影响

在地炼甲92#中分别加入1%、3%、10%（体积分数）的C10+（TL）或1%、3%（体积分数）的C10+（SL），其与未添加时的模拟进气阀沉积物对比见图8。

从图8可以看出：

◇添加C10+(TL)对于基础汽油的模拟进气阀沉积物影响较大，随着加入比例的增加，模拟进气阀沉积物也相应增加，10%（体积分数）C10+(TL)可以使基础汽油的该项指标提高55 mg/L。

◇添加C10+(SL)对于基础汽油的模拟进气阀沉积物影响相对较小，3%（体积分数）C10+(SL)可以使基础汽油的该项指标提高0.8 mg/L。

实际胶质

C9芳烃对基础汽油实际胶质的影响

在地炼甲92#、天津95#中分别加入10%（体积分数）C9（TL），其与未添加时的实际胶质对比见图9。

从图9可以看出，添加10%（体积分数)C9（TL）对于基础汽油的实际胶质影响不明显，含10%（体积分数)C9的汽油和基础汽油的实际胶质测试结果的差值均在GB/T 8019标准重复性范围之内。

图7 10%（体积分数）C9对于基础汽油模拟进气阀沉积物的影响

图8 C10+芳烃添加比例对基础汽油模拟进气阀沉积物的影响

图9 10%（体积分数）C9（TL）对基础汽油实际胶质的影响

C10+芳烃对基础汽油实际胶质的影响

在天津95#中分别加入1%、3%、10%（体积分数）的C10+芳烃，其与未添加时的实际胶质对比见图10。

从图10可以看出：

◇添加C10+（TL）对基础汽油的未洗胶质影响较大，随着添加比例的增加，未洗胶质增加较多，10%（体积分数）的添加量可以使基础汽油的该项指标提高128.8 mg/100 mL；C10+（TL）对基础汽油的溶剂洗胶质影响相对较小，使得该项指标有少量的提高。

◇添加C10+（SL）对基础汽油的未洗胶质和溶剂洗胶质都有一定的影响，但没有C10+（TL）影响明显。

辛烷值

在地炼乙92#中分别加入10%（体积分数）C9芳烃同分异构体、C9+芳烃，其与未添加时的辛烷值对比见图11、图12。

从图11、图12可以看出：

◇添加C9芳烃同分异构体和C9+芳烃均可以提高基础汽油辛烷值。

◇C9芳烃同分异构体对基础汽油研究法辛烷值（RON）感受性较好，最多能提高3.9个单位，对基础汽油马达法辛烷值（MON）感受性较差，最多提高了2.1个单位，最少只提高了0.1个单位。

◇两个炼厂提供的C9芳烃都能较好提高基础汽油辛烷值，研究法辛烷值最多提高4.6个单位，马达法辛烷值最多提高1.7个单位；两个炼厂提供的C10+芳烃均能提高基础汽油研究法辛烷值2.5个单位左右，马达法辛烷值1个单位左右。

图10 C10+芳烃添加比例对基础汽油实际胶质的影响

图11 10%（体积分数）C9芳烃同分异构体对基础汽油辛烷值的影响

图12 10%（体积分数）C9+芳烃对基础汽油辛烷值的影响

台架试验

动力性能

直喷发动机

C9+芳烃含量对直喷发动机动力性能影响见图13。

从图13可以看出，当发动机处于中低速范围内，转速为1 600 r·min-1～4 000 r·min-1时，相对于C9+芳烃含量为0%燃油，C9+芳烃对发动机动力性无明显影响，且随着C9+芳烃含量增加，无明显一致性规律。当发动机处于高速范围内，转速为5 000 r·min-1～5 600 r·min-1时，随C9+芳烃含量增加，发动机动力性能逐渐下降，最大下降比例约2.6%（C20，5 600 r·min-1）。

进气道喷射发动机

C9+芳烃含量对进气道喷射发动机动力性能影响见图14。

从图14可以看出，在转速为1 500 r·min-1～3 000 r·min-1条件下，C9+芳烃含量的增加绝大多数情况下会提高进气道喷射发动机功率，但是随着转速继续提升，这种趋势逐渐减弱。

燃油经济性

发动机中低转速

发动机转速为2 000 r·min-1时，C9+芳烃含量对直喷发动机燃油经济性的影响见图15。图中，燃油经济性差异FED的数值越小（越靠图的下方），节油效果越好，反之则节油效果越差。

图13 C9+芳烃含量对直喷发动机动力性能影响

图14 C9+含量对进气道喷射发动机动力性能影响

图15 C9+芳烃含量对直喷发动机燃油经济性的影响

从图15可以看出，发动机在2 000 r·min-1时，中小负荷条件下（10%～20%），随着C9+芳烃含量上升，具有一定节油效果，当负荷为10%～30%时，C9+芳烃的加入会提高发动机的燃油经济性，当发动机负荷为20%～30%区间内，随C9+芳烃含量的增加，发动机燃油消耗率逐渐降低，即燃油经济性逐渐提高，但是当发动机负荷为10%时，C9+芳烃含量的增加，对燃油经济性影响无明显一致性规律；在40%～90%负荷区间内，随着负荷增大，燃油经济性效果逐渐降低，在70%～80%负荷条件下，C9+含量上升会增加发动机燃油消耗率。

发动机高转速

发动机在5 000 r·min-1条件下，C9+芳烃含量对直喷发动机燃油经济性的影响见图16。

发动机在转速为5 000 r·min-1，10%负荷条件下，随C9+芳烃含量上升，燃油经济性得到提高。随发动机负荷逐渐上升，当发动机负荷为20%～100%时，C9+芳烃含量对发动机燃油经济性影响并不一致，但可以看出，在30%～100%负荷区间，C9+芳烃含量在25%（体积分数）时，发动机燃油经济性最差，20%～100%负荷区间，C9+芳烃含量在20%（体积分数）时，燃油经济性最好。

结论

☆添加一定比例的C9芳烃能够较好地提高基础汽油的辛烷值，对基础汽油模拟进气阀沉积物无明显提高，对基础汽油的初馏点和终馏点几乎没有影响，但C9芳烃对基础汽油的10%～90%的蒸发温度有一定影响，同时也会使基础汽油的蒸发指数有较大提高，易造成汽油蒸发指数或馏程不合格。

☆C9芳烃同分异构体对基础汽油质量的影响和C9芳烃几乎相同。

☆添加一定比例的C10+芳烃能够较小幅度地提高基础汽油的辛烷值，较大提高基础汽油的蒸发温度，造成馏程和蒸发指数不合格，同时还会造成基础汽油模拟进气阀沉积物增加较多。

☆C9+芳烃对于发动机动力性能影响因发动机类型和工况不同而改变。直喷式发动机台架试验表明，在5 000 r·min-1～5 600 r·min-1转速范围，全负荷条件下，C9+芳烃含量增加会导致发动机动力性能逐渐下降；进气道喷射发动机台架试验，中低速全负荷条件下，动力性能会随着C9+芳烃含量增加而增加，但随着转速上升，动力性增加趋势逐渐减弱。

☆发动机在低转速条件下，随C9+芳烃含量上升，具有一定节油效果，但随着负荷增大， C9+芳烃含量上升会增加发动机燃油消耗率；发动机在高转速条件下，随着C9+芳烃含量增加燃油经济性也随之提高，在5 000 r·min-1条件下，20%～100%负荷区间内，C9+芳烃含量为20%（体积分数）时燃油经济性最高。