韓來喜，齊振東

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

引 言

2020 年8 月，鄂爾多斯煤制油分公司煤直接液化柴油組分油與寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤間接液化柴油組分油完成工業(yè)調(diào)和，調(diào)和柴油可滿足GB 19147—2016[1]車用柴油（Ⅵ）（簡(jiǎn)稱國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)）的技術(shù)要求（0 號(hào)柴油、-10 號(hào)柴油和-20 號(hào)柴油），標(biāo)志著煤直接液化與間接液化柴油在世界范圍內(nèi)完成首次工業(yè)化調(diào)和，并取得成功。

鄂爾多斯煤直接液化柴油組分油是在高溫、高壓和鐵系催化劑作用下，通過多次加氫反應(yīng)得到的柴油組分，油品主要由環(huán)狀烴類構(gòu)成，具有硫、氮及芳烴含量低，凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)低，密度大，十六烷值低等特點(diǎn)。寧夏煤間接液化柴油是經(jīng)過費(fèi)托合成工藝，將煤氣化制備的合成氣（CO 和H2）原料在一定的溫度和壓力下催化合成烴類燃料，再通過加氫裂化工藝得到的柴油組分，油品主要由烷烴構(gòu)成，具有硫、氮及芳烴含量低，十六烷值高的優(yōu)點(diǎn)，但密度偏低，凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)偏高。上述兩種煤液化柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)、密度、十六烷值可以通過調(diào)和實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[2]，因此，開展煤液化柴油調(diào)和對(duì)促進(jìn)煤制油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要的意義。

一些學(xué)者[2-4]通過煤液化柴油小試調(diào)和，獲得了相關(guān)調(diào)和理論基礎(chǔ)。白雪梅[2]的研究結(jié)果表明，煤直接液化柴油和煤間接液化柴油具有很好的相容性；調(diào)和柴油的密度和十六烷值與其中煤間接液化柴油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系，其對(duì)潤(rùn)滑性改進(jìn)劑具有良好的感受性，在發(fā)動(dòng)機(jī)上有很好的動(dòng)力性，油耗較石油基柴油略有優(yōu)勢(shì)，常規(guī)排放滿足GB 17691—2005 排放限值要求，且在NOx、煙度和PM 排放方面較石油基柴油有較大優(yōu)勢(shì)。梁雪美等[3]分析了煤直接液化柴油和煤間接液化柴油烴類組成和理化性能，結(jié)果表明：兩者調(diào)和能生產(chǎn)出滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的低硫低芳烴清潔柴油，且對(duì)抗磨劑具有良好的感受性。曹文峰等[4]提出了適合煤基液化車用柴油調(diào)和的擴(kuò)展虛擬純組分法模型，采用該模型可粗略調(diào)和制取煤基車用柴油。

本文通過分析煤直接液化和間接液化柴油組分油理化性質(zhì)，并與國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行對(duì)比，得出了煤液化柴油工業(yè)調(diào)和的關(guān)鍵控制指標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)室調(diào)和試驗(yàn)得出了工業(yè)調(diào)和方案，并提出通過控制煤液化柴油的生產(chǎn)過程來生產(chǎn)滿足指標(biāo)要求的調(diào)和組分油，為煤液化柴油工業(yè)調(diào)和提供實(shí)際調(diào)和方案和應(yīng)用數(shù)據(jù)。

1 油品調(diào)和關(guān)鍵控制指標(biāo)及其優(yōu)化

煤直接液化柴油組分油取自鄂爾多斯煤制油分公司煤直接液化示范裝置，煤間接液化柴油組分油取自寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤炭間接液化示范裝置。

1.1 油品調(diào)和關(guān)鍵控制指標(biāo)

煤直接液化柴油組分油和煤間接液化柴油組分油部分產(chǎn)品指標(biāo)可通過生產(chǎn)工藝調(diào)整來進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到調(diào)和組分油性質(zhì)指標(biāo)要求。煤直接液化和間接液化柴油組分油性質(zhì)見表1。

表1 煤液化柴油組分油性質(zhì)

對(duì)比表1 和國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)[1]可知，煤直接液化和間接液化組分油氧化安定性、硫含量、酸度、10%蒸余物殘?zhí)俊⒒曳?、銅片腐蝕、水含量、多環(huán)芳烴含量、總污染物含量、餾程、脂肪酸甲酯含量均滿足甚至優(yōu)于國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求，潤(rùn)滑性和十六烷值可通過加入抗磨劑和十六烷值改進(jìn)劑來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。因此，油品調(diào)和控制指標(biāo)的關(guān)鍵影響因素主要是運(yùn)動(dòng)黏度、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、閃點(diǎn)、十六烷指數(shù)和密度，具體見表2。

表2 油品調(diào)和關(guān)鍵控制指標(biāo)

1.2 關(guān)鍵指標(biāo)生產(chǎn)控制分析

在煤液化柴油組分油的生產(chǎn)過程中，通過優(yōu)化生產(chǎn)操作和工藝條件，可使生產(chǎn)的組分油性質(zhì)控制在一定目標(biāo)范圍內(nèi)，有利于調(diào)和出目標(biāo)柴油產(chǎn)品。

1.2.1 十六烷指數(shù)

柴油的十六烷值代表柴油燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中的著火性能；十六烷指數(shù)表示餾分燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中的發(fā)火性能，可以從餾分燃料的標(biāo)準(zhǔn)密度和中沸點(diǎn)計(jì)算而得。煤直接液化柴油的十六烷值和十六烷指數(shù)均較低，而煤間接液化柴油的十六烷值和十六烷指數(shù)均較高。

文獻(xiàn)[2]在實(shí)驗(yàn)室模擬了煤液化柴油工業(yè)調(diào)和的十六烷指數(shù)，結(jié)果見圖1[2]。

圖1 實(shí)驗(yàn)室模擬煤液化柴油工業(yè)調(diào)和的十六烷指數(shù)趨勢(shì)圖

從圖1 可以看出，調(diào)和柴油的十六烷指數(shù)同兩種柴油調(diào)和比例滿足線性關(guān)系，隨著煤間接液化油品比例增加，調(diào)和柴油的十六烷指數(shù)升高。在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)和過程中，調(diào)和產(chǎn)品的十六烷指數(shù)可滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)0號(hào)、-10 號(hào)和-20 號(hào)車用柴油指標(biāo)要求。

十六烷指數(shù)是煤液化調(diào)和柴油的關(guān)鍵控制指標(biāo)，由于煤直接液化柴油環(huán)烷基組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)90%以上，組分構(gòu)成不同于石蠟基原油，中沸點(diǎn)較低，而GB/T 11139—89《餾分燃料十六烷指數(shù)計(jì)算法》是針對(duì)石蠟基原油制訂的，因此煤直接液化柴油按照該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的十六烷指數(shù)偏低。在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)和過程中，可通過提高柴油分餾塔側(cè)線切割溫度來增加柴油的中沸點(diǎn)和密度，進(jìn)而提高油品的十六烷指數(shù)；但切割溫度過高會(huì)提高柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)，因此應(yīng)根據(jù)所需柴油型號(hào)來平衡生產(chǎn)操作工藝條件，以便于調(diào)和出符合標(biāo)準(zhǔn)的柴油產(chǎn)品。

1.2.2 凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)

凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)是評(píng)價(jià)柴油低溫流動(dòng)性能的指標(biāo)。為了滿足調(diào)和柴油凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)指標(biāo)要求，在生產(chǎn)過程中，平衡經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品指標(biāo)要求，煤直接液化和煤間接液化柴油均可通過調(diào)整工藝來控制凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)。

煤直接液化柴油在生產(chǎn)過程中可通過控制柴油終餾點(diǎn)和添加一定比例蒽油來降低凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)。柴油終餾點(diǎn)越低，凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)越低，但餾程縮短會(huì)導(dǎo)致燃燒性能降低，柴油密度變小；添加一定比例蒽油會(huì)增加柴油密度，降低柴油凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)，但蒽油添加量高會(huì)使柴油收率降低，生產(chǎn)成本升高，且由于蒽油中金屬含量高，其添加量過高會(huì)引起催化劑活性降低，影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。煤間接液化柴油在生產(chǎn)過程中可通過加氫降凝裝置來降低凝點(diǎn)。

1.2.3 密度

密度是油品性能的一個(gè)重要指標(biāo)。煤直接液化和煤間接液化柴油均可通過切割柴油餾分段來控制產(chǎn)品密度，煤直接液化柴油也可通過在生產(chǎn)中添加蒽油來加大產(chǎn)品密度。

1.2.4 閃點(diǎn)

閃點(diǎn)是調(diào)和0 號(hào)和-10 號(hào)車用柴油時(shí)的重要控制指標(biāo)。國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求0 號(hào)和-10 號(hào)柴油閃點(diǎn)高于60 ℃，而煤直接液化柴油閃點(diǎn)在55 ℃～59 ℃，在生產(chǎn)過程中，可通過提高調(diào)和組分油終餾點(diǎn)來提高柴油閃點(diǎn)，滿足調(diào)和指標(biāo)要求。

1.2.5 運(yùn)動(dòng)黏度

黏度是表征柴油流動(dòng)性的主要指標(biāo)，與柴油額定供給量、霧化性、燃燒性和潤(rùn)滑性均有密切的關(guān)系。煤直接液化和煤間接液化柴油運(yùn)動(dòng)黏度均偏低，隨著煤間接液化柴油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，調(diào)和柴油的運(yùn)動(dòng)黏度逐漸增加。柴油的相對(duì)分子質(zhì)量越大，其黏度也越大，煤液化油在生產(chǎn)過程中均可通過增大柴油95%回收溫度來增大運(yùn)動(dòng)黏度，但這一操作同時(shí)會(huì)降低柴油的凝點(diǎn)。

2 柴油調(diào)和分析

工業(yè)化調(diào)和前首先進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室分析，通過實(shí)驗(yàn)室調(diào)和試驗(yàn)得出調(diào)和比例，最終完成柴油工業(yè)化調(diào)和。試驗(yàn)用煤直接液化和煤間接液化調(diào)和組分油性質(zhì)見表3。

表3 試驗(yàn)用煤直接液化和煤間接液化調(diào)和組分油性質(zhì)

2.1 實(shí)驗(yàn)室調(diào)和試驗(yàn)

將煤直接液化和煤間接液化組分油在實(shí)驗(yàn)室按照體積比為1∶2.5、1∶2、1∶1.5、1∶1、1∶0.75、1∶0.5、1∶0.4 進(jìn)行調(diào)和，得到1#～7#調(diào)和柴油樣品，其性質(zhì)見表4。將表4 與國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比可以看出，煤直接液化組分油添加比例過高時(shí)，柴油十六烷指數(shù)不滿足指標(biāo)要求；煤間接液化組分油添加比例過高時(shí)，柴油密度過低，不滿足指標(biāo)要求。從表4 可得出，由煤直接液化油和煤間接液化油可調(diào)和出滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求的0 號(hào)、-10 號(hào)和-20 號(hào)車用柴油。

表4 煤直接液化和煤間接液化組分油調(diào)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1.1 國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)0 號(hào)柴油的調(diào)和

將表4 與國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中0 號(hào)柴油的指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)照可以看出，1#～7#調(diào)和柴油凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)均能滿足0 號(hào)柴油標(biāo)準(zhǔn)要求，6#和7#調(diào)和柴油不滿足閃點(diǎn)不低于60 ℃、十六烷指數(shù)不低于46 的要求，1#～3#調(diào)和柴油密度低于810 kg/m3，5#～7#調(diào)和柴油運(yùn)動(dòng)黏度不滿足標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求，綜合調(diào)和柴油試驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅4#調(diào)和柴油（煤直接液化和煤間接液化組分油體積比為1∶1）可滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)0 號(hào)柴油要求。

通過試驗(yàn)可以看出，調(diào)和0 號(hào)柴油的關(guān)鍵影響指標(biāo)為運(yùn)動(dòng)黏度、閃點(diǎn)、十六烷指數(shù)和密度。4#調(diào)和柴油雖滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求，但其運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)指標(biāo)余量不大，其余指標(biāo)有一定余量，在生產(chǎn)操作中可通過提高煤直接液化組分油的95%回收溫度來提高運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)，給調(diào)和過程留出控制余量。

2.1.2 國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-10 號(hào)柴油的調(diào)和

將表4 與國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中-10 號(hào)柴油的指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)照可以看出，2#～7#調(diào)和柴油凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)均能滿足-10 號(hào)柴油標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求，1#～7#調(diào)和柴油運(yùn)動(dòng)黏度均能滿足指標(biāo)要求，6#和7#調(diào)和柴油不滿足閃點(diǎn)不低于60 ℃、十六烷指數(shù)不低于46 的要求，2#和3#調(diào)和柴油密度低于810 kg/m3，綜合調(diào)和柴油試驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅4#和5#調(diào)和柴油（煤直接液化和煤間接液化組分油體積比為1∶0.75）可滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-10 號(hào)柴油要求。

通過試驗(yàn)可以看出，調(diào)和-10 號(hào)柴油的關(guān)鍵影響指標(biāo)為閃點(diǎn)、十六烷指數(shù)和密度。4#和5#調(diào)和柴油均可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在調(diào)和過程中可根據(jù)兩種煤液化組分油的市場(chǎng)價(jià)格合理調(diào)整調(diào)和比例。

2.1.3 國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-20 號(hào)柴油的調(diào)和

將表4 與國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中-20 號(hào)柴油的指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)照可以看出，5#～7#調(diào)和柴油凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)均能滿足-20 號(hào)柴油標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求，6#和7#調(diào)和柴油十六烷指數(shù)低于46，綜合調(diào)和柴油試驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅5#調(diào)和柴油可滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-20 號(hào)柴油要求。

通過試驗(yàn)可以看出，調(diào)和-20 號(hào)柴油的關(guān)鍵影響指標(biāo)為凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)和十六烷指數(shù)。5#調(diào)和柴油可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在調(diào)和-20 號(hào)柴油過程中，為了保證調(diào)和柴油質(zhì)量，需保證煤間接液化組分油凝點(diǎn)在-5 ℃以下，要求煤間接液化組分油必須經(jīng)過降凝裝置處理來保證凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)指標(biāo)，同時(shí)在生產(chǎn)煤直接液化組分油的過程中添加一定比例蒽油，增加環(huán)烷烴含量，從而降低凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)，保證調(diào)和柴油質(zhì)量。

2.2 工業(yè)化調(diào)和

2020 年，鄂爾多斯煤制油分公司工業(yè)調(diào)和-10 號(hào)煤液化柴油14 000 t，調(diào)和比例為煤直接液化和煤間接液化組分油體積比1∶1。工業(yè)化和實(shí)驗(yàn)室調(diào)和的-10 號(hào)柴油性質(zhì)見表5。

表5 實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化調(diào)和的-10 號(hào)柴油性質(zhì)

由表5 可以看出，實(shí)驗(yàn)室調(diào)和柴油數(shù)據(jù)和工業(yè)化調(diào)和柴油數(shù)據(jù)均滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-10 號(hào)柴油要求，且實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化調(diào)和柴油數(shù)據(jù)偏差較小。

3 結(jié) 論

3.1 煤液化油品調(diào)和控制指標(biāo)的關(guān)鍵影響因素主要是運(yùn)動(dòng)黏度、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、閃點(diǎn)、十六烷指數(shù)和密度。

3.2 可通過控制煤直接液化和煤間接液化裝置生產(chǎn)操作來調(diào)整部分組分油指標(biāo)，生產(chǎn)出符合調(diào)和要求的調(diào)和組分油。

3.3 實(shí)驗(yàn)室調(diào)和試驗(yàn)表明，煤液化油品能調(diào)和出滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)要求的0 號(hào)、-10 號(hào)和-20 號(hào)柴油。

3.4 實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化調(diào)和的-10 號(hào)柴油均滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-10 號(hào)柴油要求，且實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化調(diào)和柴油數(shù)據(jù)偏差較小。