新標準低硫船用燃料油的調和研究

王琪 陳春 張霖 施巖 劉銘錦 蘇飛銘 王一鳴

摘? ? ? 要：以減壓渣油、加氫尾油、乙烯焦油為原料，按一定比例調和制備低硫質量分數的船用燃料油。在保證硫含量符合規定的同時，測定了調和油的黏度，并分析了溫度和攪拌時間對黏度的影響。結果表明：在調和質量比例滿足1∶1∶1.25和1∶1∶1.75時，硫質量分數和黏度均符合標準，溫度對黏度影響顯著，攪拌時間35 min即可;表面活性劑會對黏度產生影響，加入質量分數為2.5%時效果最佳。

關? 鍵? 詞：船用燃料油;硫質量分數;黏度;調和

中圖分類號：TQ 016? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）11-2371-04

Study on the Blending of New Standard Low Sulfur Marine Fuel

WANG Qi1， CHEN Chun2， ZHANG Lin3， SHI Yan1*， LIU Ming-jin1， SU Fei-ming1， WANG Yi-ming1

（1. Liaoning Shihua University， Fushun 113001， China;

2. Liaoning Fuqing Auxiliary Co.， Ltd.， Fushun 113008， China;

3. Technical service center of logistics support department of CMC， Beijing 100842，China）

Abstract： Low sulfur content marine fuel oil was prepared by blending vacuum residue， ethylene tar and hydrogenated tail oil in a certain proportion. At the same time， the viscosity of blending oil was determined， and the effect of temperature and stirring time on the viscosity was analyzed. The results showed that， when the blending ratio was? ? 1∶1∶1.25 and 1∶1∶1.75， the sulfur content and viscosity were in line with the standard， and the temperature had significant effect on the viscosity， and suitable stirring time was 35 min.

Key words： Marine fuel oil; Sulphur content; Viscosity; Blending

隨著經濟的快速發展和全球一體化的到來，作為航運大國和貿易大國，中國對船用燃料油的需求量十分巨大，并將在今后持續上漲[1-2]。隨著國際貿易的頻繁，作為五大運輸方式之首水路運輸具有費用低、運輸距離長、運輸噸位大的優勢，這是其他運輸方式無可比擬的[3-4]，全球對船用燃料油的需求也會只增不減。相關數據顯示，截至2016年，亞太地區船用燃料油需求量已經占到全球需求量的47%[5]。與此同時，為減少硫氧化物所帶來的污染，國際海事組織（IMO）《國際防止船舶造成污染公約》規定，從2020年1月1日起，全球船用油的硫質量分數上限必須從3.5%降低到0.5%[6]。所以，生產調和新型低硫含量船用燃料油勢在必行。

船用燃料油的調和主要是液-液相互溶解，形成一種液液分散體[7]。擴散機理一般是分子擴散、湍流擴散、對流擴散的綜合作用[8]。通過油品調和所形成的均相需保持長時間不分層，并使其各種特性參數達到燃料油使用運輸要求[9]。本試驗利用減壓渣油、乙烯焦油和加氫尾油調和制備船用燃料油，在盡量控制成本的前提下，將油品的黏度、硫含量等降低到標準之內。

1? 試驗

1.1? 試劑與儀器

減壓渣油、乙烯焦油、加氫尾油、失水山梨醇單油酸酯;NDJ-79型旋轉式黏度計、FA2004A電子天平、DZKW-C型水浴鍋、磁力攪拌器、電子調溫電熱套、SDL-8硫含量測定儀。

1.2? 原料油性質

原料油性質見表1。

1.3? 方法

由于3種原料油品質較好，灰分、水分、機械雜質、閃點等皆優于國家標準，且對油品試驗過程影響甚微，所以不單獨進行測量，只對調和油的黏度和硫質量分數進行重點考察。

分別用3支100 mL燒杯稱取一定量3種原料油，用電熱套加熱至可流動狀態，按不同質量比將3種原料油加入到同一燒杯中，利用磁力攪拌器攪拌? 35 min，稱出質量，測定體積，計算密度。再適量倒入旋轉黏度計測量動力黏度，計算運動黏度，最后用硫質量分數測定儀測定油品硫質量分數。

2? 結果與分析

2.1? 質量標準

船用內燃機油錦西煉油化工廠企業標準見表2。

2.2? 原料油配比對黏度的影響

將減壓渣油、加氫尾油和乙烯焦油預熱后按一定比例混合，在50 ℃下調和攪拌35 min，測得調和油運動黏度和配比關系見表3。

由表3可以看出，從船燃-2開始，調和油的黏度已經符合120# 船用燃料油標準，從原料油性質可以看出，渣油的黏度很大，達到796 mm2·s-1，而兩種輕質油黏度較小，所以隨著輕質油比重的增加，對油品整體黏度進行了中和，調和油黏度不斷減小。

2.3? 原料油配比對硫質量分數的影響

將3種原料各自預熱5 min，按不同質量比調和20 min，測定硫質量分數，得到質量配比與硫質量分數的關系見表4。

結合表3、表4可以看出，船燃-2雖然黏度滿足120#船用燃料油標準，但硫質量分數尚未達標，從船燃-3開始，硫質量分數開始降低到0.5%以下，黏度也在規定范圍內。形成這種變化的主要原因是燃料油中所含的硫主要形式為噻吩及其衍生物，其主要存在于膠質中，其余部分均勻分布于油品和瀝青質中[11]。而試驗所用的減壓渣油所含瀝青質和膠質較多，其余兩種輕質油所含比例較小，所以隨著輕質油比例不斷增加，調和油的硫質量分數也在不斷減小。

2.4? 溫度對調和油黏度的影響

溫度對調和油黏度的影響十分顯著，本試驗首先對質量比為1∶1∶0.75的船燃-1進行測量分析，分別測量55、65、75、85、95 ℃時調和油的黏度，繪制曲線見圖1。

由圖1可以看出，黏度隨溫度變化明顯，整個過程黏度從127 mm2·s-1下降到23 mm2·s-1，下降了81.9%，其中65 ℃到75 ℃下降速率最快，達到? 4.8 mm2·s-1·℃-1于調和油是經過重油和輕質油配比而成，其中不僅存在高分子化合物，還有一部分烴類，芳香度低，分子量很小。在偶極相互作用，氫鍵以及電荷轉移π-π鍵作用下，高分子化合物在重新取向聚集后會形成新的集團，可稱之為超分子結構，正是這種結構表面的過剩能量將小分子量烴類吸引過來，達到一種動態平衡，隨著溫度逐步上升，分子吸熱致使π-π鍵和氫鍵減少，打破了平衡，破壞了調和油中的這種新結構，黏度才隨之下降。

而不同比例調和出來的燃料油，對溫度的敏感度有所區別，如圖2所示。

由圖2可以看出，不同比例的調和油雖下降速率不同，但3種配比的調和油都是在55～85 ℃區間黏度急劇下降，85 ℃后表現平穩，其中船燃-1在前一區間下降速率最快，達到3.40 mm2·s-1·℃-1，船燃-2達到2.60 mm2·s-1·℃-1，船燃-3達到? ? ? ? 2.27 mm2·s-1·℃-1。

造成以上現象的原因是重油中含有的瀝青質和膠質較多，根據結構-黏度理論，低溫時分子間距離近，引力大，動能相對較小，導致在溫度低時黏度較大[12]。隨著溫度升高，不斷融化，直至全部成為液態，分子引力減小，黏度變化也就慢慢減弱，這也是重油比例高的調和油黏度隨溫度下降速率快的原因。

2.5? 攪拌時間對調和油黏度的影響

本試驗是3種原料油進行調和，充分攪拌使輕重油混合均勻十分重要，選取船燃-1，將溫度控制在70 ℃，分別測量攪拌15、20、25、30、35、40 min時調和油的黏度，如圖3所示。

由圖3可以看出，攪拌時間對黏度有一定影響，但在35 min后攪拌已經沒有了作用，所以本試驗的最佳攪拌時間為35 min。

在溫度影響黏度的試驗中已經分析過，重油中含有一些高分子化合物，而油品黏度大是因為其中的π-π鍵和氫鍵維持住了長鏈結構，從能量平衡的角度考慮，若想降低黏度必須加入新的能量來破壞化學鍵，溫度的影響是增加了熱能，而攪拌是通過增加機械能，來使π-π鍵和氫鍵減少，從而達到降黏的目的，但機械能的影響有限，可以看出從35 min開始對黏度的影響就不再明顯。

3? 表面活性劑的應用

對于船燃-1這種黏度高于120#船用燃料油標準的調和油，可以對其進行降黏處理。傳統的降黏技術包括：升溫降黏法、稀釋降黏法、乳化降黏法、聚合物降黏法等[13]。其中乳化降黏法中添加表面活性劑的方法較為簡單高效。表面活性劑既具有親水基又具有親油基，這就使得表面活性劑具有特殊的親水親油性，正是這種特性使得表面活性劑加入調和油中時，成功打破油水兩相的排斥，在兩相界面形成單分子膜，起到了定向吸附的作用。而表面活性劑又可以分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑，非離子表面活性劑相對于離子型具有抗酸、抗堿、抗鹽等優勢，所以穩定性更好且不會在固體表面發生吸附，圖4為添加失水山梨醇單油酸酯后船燃-1黏度發生的變化。

從圖4中可以看出，當表面活性劑用量為2.5%時降黏效果達到最佳，繼續加入活性劑時由于超過其臨界膠束濃度，所以降黏效果逐漸減弱。

4? 結 論

1）利用減壓渣油、加氫尾油和乙烯焦油調和船用燃料油，調和產品船燃-3、船燃-4、船燃-5中硫質量分數都降低到了0.5%以下，符合國際規定，同時滿足了120#船用燃料油的黏度標準。

2）從能量平衡角度分析，溫度和攪拌時間都會對調和油黏度產生一定影響。

3）表面活性劑添加量為2.5%時降黏效果最佳。

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