附录燃料.docx
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附录燃料
附录燃料
内燃机与其燃料的关系是相互依存、互相促进的关系。
一般内燃机所用燃料主要是汽油与柴油两种液体燃料、天然气等气体燃料；而大型低速柴油机还使用重质和劣质燃料油。
第一节柴油
柴油是压燃式发动机（即柴油机）的燃料。
按照柴油机类别，柴油分为轻柴油和重柴油。
轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。
大型低速（150r／min以下）船用柴油机燃料的生产工艺和品质都与炉用燃料油相似，故称为船用内燃机燃料油。
本节所述柴油是指轻柴油。
重柴油和劣质燃料油将在下节中讲述。
一、柴油的馏程、调合组分和烃族组成
1、柴油的馏程及其对柴油品质的影响
各种柴油的馏程差异很大。
图9-1给出了上海高桥石化公司炼油厂的0号轻柴油、齐鲁石化公司炼油厂的0号轻柴油、日本轻柴油以及宽馏分0号轻柴油蒸馏曲线的比较。
从图9-1可以看出：
（1）同样可以在中高速柴油机中燃用的柴油，其初馏点可以相差30～50℃，即从180～232℃；终馏点可以相差30～40℃左右，即从332～37l℃。
（2）即使初馏点和终馏点均大致相近，其馏程也可以相差很大。
总的来说，当燃料油的馏程提高后，其分子量、密度、粘度、闪点和十六烷值等均增加，从而与此相关的含碳量、碳分子数、表面张力等也都增加。
2、柴油的烃族组分及其调合
市售柴油是各种柴油组分按不同比例混合而成。
常用的柴油组分有：
直馏柴油热裂化柴油、催化裂化柴油、焦化柴油、电化学精制（酸碱精制）柴油、减压塔顶油、尿素脱蜡柴油、加氢精制柴油等。
表9-1给出了部分原油窄馏分柴油的烃族组分的比较。
从该表可以看出：
表9-1我国部分原油窄馏分的烃族组成％/（质）
烃族组成
胜利原油
大港原油
华北原油
辽河原油
新疆原油
200-
240/℃
240-
300/℃
200-
355/℃
212-
268/℃
268-
319/℃
319-
351/℃
200-
250/℃
250-
300/℃
300-
350/℃
200-
250/℃
250-
300/℃
300-
350/℃
200-
250/℃
250-
300/℃
300-
360/℃
饱和烃
79.7
78.6
78.5
77.0
76.6
74.1
89.4
87.7
88.4
77.8
74.8
78.1
97.4
94.4
91.2
其中烷烃
43.4
53.0
48.4
43.9
40.0
35.3
56.7
63.2
71.7
40.9
49.0
45.2
48.7
54.2
51.1
环
烷
烃
总量
36.3
25.6
30.1
33.5
36.3
38.8
32.7
24.5
16.7
36.9
25.8
32.9
48.7
40.2
40.1
单环
26.3
16.1
24.8
11.0
26.3
27.8
21.2
19.8
14.5
24.6
12.9
26.6
35.0
26.6
24.3
双环
9.1
8.0
5.3
18.7
10.0
11.0
10.2
4.7
2.2
10.7
10.6
6.3
12.2
10.8
11.1
多环
0.9
1.6
-
3.8
-
-
1.3
-
-
1.6
2.3
-
1.5
2.8
4.7
芳
烃
总量
20.3
21.4
21.5
22.6
23.4
25.9
10.6
12.3
11.6
22.2
25.2
21.9
2.6
5.6
8.8
单环
16.4
15.0
12.2
12.4
10.5
10.0
8.0
7.9
5.9
14.0
11.9
9.2
1.6
5.2
6.8
双环
3.5
5.7
8.3
9.6
12.9
12.8
2.3
4.2
4.7
7.1
12.2
10.1
1
0.4
2
多环
0.4
0.7
1.1
0.6
-
3.1
0.3
0.2
1.0
1.1
1.1
2.6
0
0
0
（1）在所示的五大油田的原油中，新疆油田原油所含的饱和烃（烷烃+环烷烃）最高，达到91.29/5～97.4％。
这在我国其他油田中也是少见的。
这主要是含环烷烃高达40.1％～48.7％，为全国各油田原油之冠。
相应地，它含芳烃量很少，只有2.6％～8.8％。
这表明新疆原油品质很好。
（2）在所示的五大油田中，辽河、大港和胜利油田的原油含芳烃量较高，约占20％～25%。
它们与环烷烃含量之和，超过了原油的50％。
因此，可以认为这三处原油属中间基原油。
（3）华北原油含饱和烃达87.7％～89.4％，其中烷烃占56.7%～71.7％，可以认为属石蜡基原油，亦是较好的原油之一。
（4）从窄馏分烃族组成的变化趋势看，总的来说，没有普遍规律。
胜利、大港和新疆原油，当馏程从低到高时，含饱和烃的量从高到低，有所下降，但下降量不多。
此时，含芳烃量由少到多，但增加量也不是很多。
至于烷烃和环烷烃的含量随馏程的变化，各原油之间更没有规律，有升，有降。
华北和辽河原油，其饱和烃含景随馏程的变化，更是中间低，两端高。
其芳烃含量足馏程的两端（高温端和低温端）低，中间高。
（5）这些原油的馏程为200～365℃左右的柴油馏分，其烃族组分分配大致上也如上所述。
表9-2给出了0号宽馏分柴油调合组分示例及其凝点和闪点。
凝点和闪点在柴油的国家标准中都有限值规定。
当柴油的馏程偏高时，则凝点会超过限值而不符合要求；而当其馏程偏低时，则其闪点会超过限值而不符合要求。
所以，宽馏分0号柴油调合时，必须首先考察其凝点和闪点是否符合要求。
0号柴油的国家标准要求闪点不低于65℃。
所以，表9-2中催化裂化汽油（120～200℃）占0号宽馏分柴油的10％～20％是不合适的，因为这样的柴油，其闪点只有59～47℃。
表9-20号宽馏分柴油调合组分示例及其凝点和闪点
催化裂化汽油/％（质）
常二线油
％（质）
热裂化柴油/％（质）
常三线油
/％（质）
崔化裂化柴油/％（质）
重常三线油/％（质）
闪点
℃
凝点
℃
120～200℃
140～200℃
160～200℃
5
10
15
20
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5
10
15
20
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5
10
15
20
14.04
12.48
10.92
9.36
14.04
12.48
10.92
9.36
14.04
12.48
10.92
9.36
21.96
19.52
17.08
14.64
21.96
19.52
17.08
14.64
21.96
19.52
17.08
14.64
27
24
21
18
27
24
21
18
27
24
21
18
27
24
21
18
27
24
21
18
27
24
21
18
5
10
15
20
5
10
15
20
5
10
15
20
68
59
53
47
76
71
66
62
80
77
71
70
-3
-4
-4
-4
-2
-3
-3
-4
-1
-2
-3
-4
表9-3给出了若干柴油组分的馏程、烃族组分和物化特性。
从该表看出：
（1）临氢降凝柴油的馏程很宽，从152℃至456℃，馏程宽304℃。
其他三种柴油组分的馏程宽度较为正常，在100~200℃左右。
（2）加氢精制催化裂化柴油和临氢降凝柴油含芳烃均很高，分别达48.11％和44.02％；但电化学精制常二线油的芳烃含量却很低，只有10.92％。
这样，它们的主要性能之间也会有较大差异。
（3）加氢精制焦化柴油和电精制常二线油的密度较低，分别只有0.821lkg/L和0.8132kg/L。
而加氢精制催化裂化柴油和临氢降凝柴油的密度较高，分别达0.8644kg/L和0.8578kg/L。
（4）加氢精制催化裂化柴油和临氢降凝柴油时十六烷值相差很大，前者只有42.8，低于国家标准限值和在柴油机中能正常燃烧的限值（45）。
后者CN=62.5，远高于所需要的值45～46。
表9-3若干柴油组分的馏程、烃族组分和物化特性
指标
临氢降凝柴油
加氢精制催
化裂化柴油
加氢精制
焦化柴油
电化学精制
常二线油
馏程℃
初馏点
10％
50％
90％
95％
终馏点
烃组成/％
含烷烃+烯烃
含芳烃总量
其中单环芳烃
双环芳烃
多环芳烃
物化特性
密度（20℃）/kg·L-1
十六烷值
粘度（20℃）/mm2·s-1
凝点/℃
含硫量/％
含氮量/mg·L-1
酸度/mgKOH·（100mL）-1
实际胶质/mg·（100mL）-1
152
280
328
396
437
456
55.98
44.02
24.85
15.65
3.52
0.8578
62.5
10.62
-17
0.36
459
2.7
237
194
214
265
327
335
341
51.89
48.11
41.49
6.59
0.03
0.8644
42.8
4.23
-11
0.02
180
-
2.1
163
234
283
338.5
349.5
350.5
-
-
-
-
-
0.8211
-
4.07
-10
-
0.926
4.4
154
213
242
261
294.5
302.5
314.5
89.08
10.92
7.99
2.83
0.1
0.8132
-
-
-17
0.22
47
13.4
12
在0号柴油中，最常用的柴油组分是直馏柴油和催化裂化柴油。
前者的调合量占市售0号柴油的10%～60%，
后者占20％～60％。
表9-4给出了国内外几种直馏柴油和催化裂化柴油指标的比较示例。
该表示明，由于原油和炼制工艺不同以及沸程的差异，两种直馏柴油和催化裂化柴油指标差异还是较明显的。
图9-2给出了我国上海高桥石化公司炼油厂直馏柴油、热裂化柴油和催化裂化柴油（均为市售0号柴油的调合组分）蒸馏曲线的比较示例。
其中直馏柴油是由70％常三线油和30%常二线油混合而成。
上述三油的初馏点和终馏点都相差不大，前者在170℃左右。
后者在360℃左右。
但馏出率在50％至90％的区段温度相差较明显，达20℃左右。
表9-5给出了这三种柴油组分的烃族组成比较，展示了三种常用的0号柴油的调合组分的烃族组分的明显差别。
其他柴油组分的烃族组分含量大致上都在这三种柴油组分的数值范围之内。
该表示明，直馏柴油和热裂化柴油的烃族含量均以（烷烃+烯烃）（含环烷烃）为主；而催化裂化柴油却从芳烃含量为主，达55%左右。
直馏柴油中不含多环芳烃，热裂化柴油中也只含1.83%的多环芳烃；而催化裂化柴油的多环芳烃含量高达6.04％，超过了5％的限值。
表9-4国内外几种直馏柴油和催化裂化柴油指标的比较
指标
密度
kg·L-1
粘度
mm2·s-1
十六烷值
闪点
℃
凝点
℃
Ti/℃
T50/℃
Tf/℃
残炭值
%
直馏柴油
我国某厂
0.8112
4.015
（20℃）
75
74
-5
174
288
356
0.009
国外某厂
0.870
1.2
（38℃）
54
71
-12
230
272
338
0.01
催化裂化柴油
我国某厂
0.8548
4.52
（20℃）
44
77
-2
169
227
366
0.0082
国外某厂
0.900
1.3
（38℃）
40
68
-9
225
276
341
0.02
表9-5直馏柴油、热裂化柴油和催化裂化柴油烃族组成比较
油名
烷烃+烯烃
芳烃总量
单环芳烃
双环芳烃
多环芳烃
直馏柴油
热裂化柴油
催化裂化柴油
85.78
72.66
45.04
14.22
27.14
54.96
8.34
16.03
26.20
5.88
9.28
22.73
0
1.83
6.04
二、柴油的使用性能
柴油是从石油中提炼的产物，其特点是自燃点低、比重大、粘度大、闪点高、稳定性强、使用安全、成本较低，但它的挥发性差，在环境温度较低时，柴油机启动较困难。
柴油的性质对柴油机的功率、经济性和可靠性都有很大的影响。
高速柴油机（1000r/min以上）使用轻柴油，低速柴油机使用重柴油，其中对燃烧有重要影响的柴油性能如下：
1、柴油的低温流动性
温度降低时，柴油开始析出固态石蜡而呈混浊状态的温度称为浊点。
温度继续下降柴油失去流动性的温度称为凝点。
柴油达到浊点时虽然仍具有流动性，但石蜡结晶颗粒容易堵塞滤清器和油路。
从流动性考虑，希望柴抽的凝点低，凝点与浊点的温差小。
选用柴油时，一般要求凝点比最低工作温度低3—5℃以上，浊点不得高出凝点℃。
我国的柴油规格就是以凝点编号的。
例如，国产0号柴油。
它的凝固点为0℃，适合于夏季使用。
-20号柴油凝固点为-20℃，适合于冬季或寒冷地区使用
2、柴油的挥发性和粘度
挥发性和粘度这两种特性是不能独立变化的。
和汽油相比柴油的挥发性较差、粘度较高，而且挥发性和粘度的变化范围较大。
一般来说，挥发性和粘度都会影响喷注特性和混合气形成，从而影响在一定燃空比时柴油机的功率和效率。
通常用粘度表示柴油的雾化性，粘度是液体分子的内聚力，它表现为液体抵抗运动的阻力。
柴油的粘度低时，自喷油器中喷出的燃料容易雾化成细碎的油滴，便于和空气均匀混合。
柴油的粘度对高压喷油泵柱塞副的润滑和通过柱塞副的泄漏有重要影响。
柴油粘度过低时，柱塞副的润滑状况变坏，磨损增加，泄漏也增加。
柴油的挥发性也用馏程曲线来表示，主要关心的是50％、90％和96％的馏出温度，50％馏出温度低，说明这种柴油的挥发性较好，喷入气缸以后能够迅速蒸发与空气混合，有利于燃烧的进行，并使柴油机的冷起动较容易，但50%馏出温度过低的柴油通常也不被采用，因为其着火性较差。
90％和96%馏出温度表明柴油中所含重质成分的数量。
90％、95％馏出温度高，说明柴油中重质成分较多，其挥发性较差，在气缸内不易蒸发且与空气混合不均匀，导致排气冒烟和积炭增加。
因此，一般应对90％和95％馏出温度有所控制，要求其值较低。
3、柴油的着火性
燃料的着火性，系泛指燃料在燃烧过程中，其着火温度与着火落后期之间的关系特性。
它标志燃料的自然能力。
评定柴油着火性的指标是十六烷值。
十六烷值高，着火性好，这意味着柴油机在一定的压缩比、转速、进气温度和冷却水温度等条件下，着火落后期短。
柴油机是依靠燃料自燃着火而燃烧的。
它要求燃料的着火性好即着火落后期短，以保证柴油机具有良好的性能。
首先是起动性，燃料的十六烷值提高，所有类型的压燃式发动机的冷起动均得到改善。
这是提高十六烷值的重要优点之一。
其次是发动机的粗暴性，所谓粗暴性是指由气缸内的高压力升高率（单位曲轴转角的压力升高量）所引起的发动机零件振动的强烈程度。
着火性好的燃料，着火落后期短。
着火时巳喷入气缸的燃料少，燃烧放热量也少，发动机工作平稳。
着火性差的燃料，着火落后期长。
在此时期内巳喷入气缸内的燃料较多。
这些燃料同时参加燃烧，造成较大的压力升高率引起某些机件强烈的振动，发动机工作粗暴。
为避免发生工作粗暴现象，要求柴油有较好的着火性。
测定十六烷值的方法与测定辛烷值相似，也是在专门的单缸油机上通过试验确定．选用两种着火性截然不同的燃料。
十六烷值着火性好，将它的十六烷值定为100；α-甲基萘的着火性差，将它的十六烷值定为0。
将十六烷值和α-甲基萘按不同的容积比例混合便可得到十六烷值从0—100的各种等级的标准燃料。
在标准燃料中十六烷含量的百分数，即为它的十六烷值。
为确定某种燃料的十六烷值，将待测燃料与标准燃料在单缸试验机上进行对比试验，在特定的条件下，比较两者的着火性质。
当所试燃料在试验时表现的着火性质与所配制的标准燃料的着火性质相同时，标准燃料中十六烷的容积百分数即定为所试燃料的十六烷值。
十六烷值低的柴油，着火落后期长，压力升高率大，引起柴油机工作粗暴，加速机件的磨损。
十六烷值高的柴油，自行发火的温度低：
着火落后期短，适合于高速柴油机使甩。
一般高速柴油机使用的柴油其十六烷值为40—60。
十六烷值过高的柴油对—般的柴油机也是不适当的，因为馏分重，燃料蒸发性差，容易裂化，导致排气中出现碳烟，燃料消耗率增加。
所以，十六烷值常限制在65以下。
三、柴油的标准
1、国产柴油的牌号和选用国产柴油分为轻柴油和重柴油。
轻柴油国家标准按安定性优劣将轻柴油分为优等品、一等品、合格品3个等级，每个等级又按凝点高低分为6个牌号（既10号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号）。
（重柴油挥发性较差，比重较大，粘度大，杂质多，重柴油按粘度大小分为10号、20号、30号，号数越大粘度也就越大。
）
根据国标GB252—94要求，国产轻柴油规格，主要指标见表9-6所示。
表9-6轻柴油规格
项目
优等品
一等品
合格品
10号
O号
—10
号
—20号
—35
号
—50
号
10号
O号
一10号
一20
号
一35
号
一50
号
10
号
O
号
一10
号
一20
号
一35
号
一50
号
试验方法
碘值／gI·（100g）-1不大于
6
_
_
SH/T0234
色度／号不大于
3.5
3.5
_
GB/T6540
氧化安定性，总不溶物／mg·（100mL）-1不大于
_
2.O
_
SH/T0175
实际胶质，／mg·（100mL）-1不大于
_
_
70
GB/T509
硫含量／％（质）不大于
O.2
O.5
1.O
GB/T380
硫醇硫含量／％（质）不大于
O.01
0.01
_
GB/T1792
水分／％（体）不大于
痕迹
痕迹
痕迹
GB/T260
酸度／mgKOH·（100mL）-1不大于
5
7
10
GB/T258
10％蒸余物残炭／％（质）不大于
O.3
O.3
O.4
O.3
GB/T268
灰分／％（质）不大于
O.01
O.01
0.02
GB/T508
铜片腐蚀（50℃，3h）级不小于
1
1
1
GB/T5096
水溶性酸或碱
无
无
无
GB/T259
机械杂质
无
无
无
GB/T511
运动粘度（20℃）／mm2·s-1
3.O～8.O
2.5～8.O
1.8～7.O
3.O～8.O
2.5～8.O
1.8～7.O
3.O～8.O
2.5～8.O
1.8～7.O
GB/T265
凝点／℃不高于
10
O
—10
—20
—35
—50
10
O
一10
一20
一35
—50
10
O
一10
一20
一35
—50
GB/T5lO
冷滤点／℃不高于
12
4
—0
—14
—29
—44
12
4
一5
—14
—29
—44
12
4
—5
—14
—29
—44
SH/T0248
闪点（闭口）／℃不低于
65
60
45
65
60
45
65
60
45
GB/T261
十六烷值不小于
45
45
45
GB/T386
馏程：
50％馏出温／℃不高于
90％馏出温／℃不高于
95％馏出温／℃不高于
300
355
365
300
355
365
300
355
365
GB/T6536
密度（20℃）／kg·m³
实测
实测
实测
GB/T1884～1885
柴油的选用和机器的转速、气温等因素有关。
通常转速在1000r/min以上选用轻柴油，并根据当地气温条件选择某一种牌号的轻柴油，一般夏季可选用0号，在冬季若气温在（0~-15）℃时，可选用-10号或-20号，气温在（-15～-30）℃时，可选用-35号等。
（对于重柴油的选用，转速在（500~1000）r/min选10号；转速在（300~700）r/min选20号；转速在300r/min以下选30号。
）
2、部分进口柴油的牌号和选用进口柴油通常有三种牌号，即1D、2D和4D三级。
其中1D和2D用于高速柴油机，4D用于大型低速发动机。
燃油的选择应以生产厂家提供的规格、牌号和十六烷值为基础进行选用。
1D级柴油因它的粘度和凝固点较2D级低，通常用于冷天运行。
2D级柴油因它每加仑的热值较高，粘度较大为燃油喷射系统提供较好的润滑，通常用于暖和天气运行。
康明斯lYF系列柴油机所用柴油应符合（ASTM）D975标准规范2-D号柴油。
亦可采用国产柴油0号。
中国石化总公司出口轻柴油的标准（表9-7），适用于960r／min以上的高速柴油机燃用。
表9-7中国石化总公司出口轻柴油的标准
项目
0号
10号
专用
倾点/℃
馏出50％温度/℃
馏出90％温度/℃
馏出95％温度/℃
十六烷值或十六烷指数
运动粘度（20℃）/mm2·s-1
10％蒸余物残炭/%（质）
灰分/％（质）
含硫量/％（质）
水分/％（质）
闪点（闭口）/℃
酸值/mgKOH·（100mL）-1
水及沉淀物/％（体）
浊点/℃
色度／号
铜片腐蚀（50/℃，3h）/级
5
300
355
-5
300
355
-7
280
335
365
-
-
45
50
3.0～8.0
不小于3.5
0.3
0.2
0.02
0.5
0.03
65
0.2
-
-
2
0.01
0.3
-
80
0.1
0.05
实测
-
1
检测用标准轻柴油用于需要有可比性的试验场合，如柴油机的鉴定、标定、验收、创优、评比、分等、评级以及发生法律和经济纠纷时的评判等。
这时的测试所用的燃料必须是全国统一的标准轻柴油。
它对低热值、芳烃含量、十六烷指数、苯胺点、馏程、粘度、密度、含琉量、冷滤点等关键指标都限定得比较严格。
凝点是油品失去流动性的温度，它是决定油品能否泵送的最低温度，在此油温下，油中大颗粒的蜡结晶已堵塞滤网，故柴油只能在高于凝点1～3℃温度条件下使用，凝点只能近似地反映低温使用的最低温度。
随着环境保护意识的增强，各国柴油标准对柴油硫含量的限制也日益苛刻。
早在1990年欧洲柴油标准已限制柴油硫含量不高于0.2％（质）。
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