CN1142431C - 通过在线混合组分制备尤其用于柴油机的燃料的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，通过两条不同的供料管路(22，24)交替向一个CFR发动机(26)供给一种在混合器输出管线上提取的制备中的燃料，然后通过管线(24)供给一种其十六烷值已知的参考制品(25)，每条供料管路都具有一个高压喷油泵(33，34)，所述CFR发动机(26)以恒定压缩比进行工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过对燃料各组分进行在线混合并可选地加入添加剂来制备燃料、尤其是柴油发动机的燃料或加热设备的燃料的方法和装置。
背景技术
柴油发动机的燃料用于在喷入强压缩空气后进行自燃。一般来说，这种燃料由各种组分混合而成，混合比例确定成使燃料具有一定的性能，并达到一定的相对指标例如，防冻性能、硫含量和十六烷值。
在炼油厂，这种燃料采用在线混合法制成，根据此法，各种不同的液态组分和添加剂同时和连续地加入到用作混合器的同一个管道中。各种不同组分的用量由计算机加以控制，一批燃料的制备时间可以延续到30小时。
当然，由此而制成的制品的性能在制备过程中要经过多次检验，为此，要在混合器出口或者在灌注过程中从储罐中取样化验。根据化验结果，调整混合燃料各组分和添加剂的用量，使测得的数值与规定的数值相符。
显然，对于每次化验来说，最好尽可能限定制备中的混合燃料的取样和获得测试值之间的时间间隔，为此，使用的在线分析仪一般要符合这个要求。
柴油发动机的燃料的主要性能之一，即其自燃性能，由于难以测试，在混合器出口无法在线检测。在ASTM D 613标准规定的条件下，它定义为燃料注入及其在燃烧室内燃烧之间的时间间隔，在所述标准中，测试单位通常为十六烷值。
在测试条件下，十六烷值(英语CN)为15对应7-甲基壬烷，而十六烷值为100对应相同条件下的正十六烷的燃烧。介于中间的十六烷值意味着燃料的自燃特性相当于一种7-甲基壬烷和正十六烷的混合燃料，即CN＝X+0.15(100-X)，其中，X表示7-甲基壬烷和正十六烷的混合燃料中的十六烷含量(体积百分比)。
在ASTM D 613标准规定的非常精确的条件下，要用该标准确定的成套仪器设备进行长时间的复杂测试。这套仪器设备包括一台由燃料研究公司校准的在技术上通常称为“CFR发动机”的柴油发动机。不过，用这套仪器设备进行测试，时间长(约一小时)，难度大，需要进行很多手动操作。
为缩短测试时间且使测试自动进行，对一些测试方法和装置进行过调整。尤其是重复文献SAE890419所述方法的欧洲专利申请EP-A-0610118中，提出了一种连续测试十六烷值的方法和装置。尽管这种方法和装置对燃料十六烷值的测试方法有所改进，但是仍存在一些缺陷，例如参考制品和制备中的燃料样品使用共同管路的问题，以及需要使用若干电动节流阀及其操纵系统的问题。
现在有一些测试燃料自燃时间的方法，例如从易于测试的性能中计算十六烷值以及蒸馏的密度和特性。但是，获得的结果不大可靠，没有考虑到往往在燃料中加入柴油添加剂，柴油添加剂用于必要时提高混合燃料的十六烷值。为此，应当指出，CFR发动机在其测试中考虑到了柴油添加剂的作用。
因此，在技术上，在柴油发动机燃料的制备过程中，要求有一种在线使用的快速可靠的自动测试装置，可以很好地检验由十六烷值表示的自燃特性。
发明内容
正是为了解决这个问题，本发明提出在混合器的下游在线使用一种CFR类型的设备，能够在待测试样品取样后的短时间内很容易地获得十六烷值的测试结果。
本发明还旨在提出一种用于柴油发动机的燃料的组分及可能的添加剂的在线混合的方法和装置，能够快速可靠地完全自动地获得混合燃料十六烷值的测试结果。
为此，本发明的主题是一种通过对燃料各组分及可能的添加剂进行在线混合来制备尤其用于柴油发动机或加热设备的燃料的方法，这种燃料从其商品化角度来说必须具有特定的十六烷值，在所述方法中，以受控制的用量连续向一个混合器供给各种不同的组分，在混合器的出口以各种不同的时间间隔测试制备中的燃料的十六烷值，计算该十六烷值相对于至少一个规定值的偏差，然后调节各种不同组分或添加剂各自的用量，以便消除测试值和规定值之间的偏差，这种方法的特征在于，通过两个不同的管路交替地向一个CFR发动机供给一种从混合器输出管线上提取的制备中的燃料以及一种十六烷值已知的参考制品，每个管路具有一个高压喷油泵，所述CFR发动机以恒定的压缩比工作。
应用已用于汽油辛烷值测定的分析仪部分的ASTM D 2885标准的设计，即可对照参考制品的已知十六烷值，方便地计算待测样品的十六烷值。实践中，在相同的条件下，借助于同一台CFR发动机，连续测定制备中的混合燃料样品的燃烧时间以及十六烷值已知的参考制品的燃烧时间。对制备中的燃料和参考制品的测试时间不到一小时，甚至不到十分钟。
对于每组测试来说，制备中的混合燃料样品的十六烷值是根据CFR发动机以电信号提供的数据(混合燃料样品和参考制品的自燃时间)确定的，然后，这些数据通过计算机换算成相对于参考制品的十六烷值偏差，接着，所述计算机再根据参考制品的已知十六烷值计算待测样品的十六烷值。
然后，样品的这个十六烷值输送给计算机，计算机按程序控制加入到混合器中的各种不同组分的相对用量。
本发明装置根据ASTM D 2885标准测定十六烷值的精确度与参考制品十六烷值的精确度有直接联系，对于其平均值等于50的多次测试的参考制品来说，这个精确度一般等于或小于1个十六烷值点。因此，本发明装置的十六烷值测定精确度提高一倍，相对于ASTM D 613标准所述方法的精确度来说，可以在二和五个点之间进行变化。
应当指出，在本发明方法中，CFR发动机以恒定压缩比加以使用，因此，使用条件不同于ASTM D 613标准的条件，该标准推荐使用可变压缩比，意味着要与两种其十六烷值分别大于和小于样品的十六烷值的参考制品进行比较。使用恒定压缩比CFR发动机，无需移动一些机械部件，因此有利于测试方法的自动化，有利于提高测试的精确度。
所用参考制品的十六烷值接近制备中的混合燃料所要求的十六烷值，其与规定值的偏差小于5个十六烷值点，最好小于2。
供给CFR发动机的混合燃料样品和参考制品通过不同的管路加入到所述发动机的同一注入区域，这样，在两次连续测试之间无需进行清除工作，从而可以缩短所述测试的稳定时间。所述两次测试(混合燃料样品和参考制品)可以按任一顺序进行。
CFR发动机的每条供油管路配有一个不同的高压喷油泵，这构成本发明方法的一个很大的优越性，避免使用一些控制系统，例如用于开启和关闭电动节流阀、在测试之间对单个泵进行中间调节、或者在从输入参考制品到输入制备中的燃料时对所述泵进行清洗。在采用本发明方法之前，一个制备周期只要对两条管路进行一次预先调节。
因此，测试系统易于实现自动化，因为只要对CFR发动机的这一条供油管路或另一条供油管路进行交替控制就行了。
如同在已有技术中那样，可以在混合器的上游或下游，以可调的用量将柴油添加剂在线加入到混合器中，但是如前所述，CFR装置进行的测试考虑到这种柴油添加剂，这构成本发明方法的一个很大的优越性。
本发明还涉及一种通过对燃料各组分及可能的添加剂进行在线混合来制备尤其用于柴油发动机或加热设备的燃料的装置，这种燃料从其商品化角度来说必须具有特定的十六烷值，所述装置包括：至少两个储罐，用于储存混合燃料的至少两种组分；一个混合器，由不同的管线以可调用量供给混合燃料的不同组分；至少一条混合燃料排出管线，配置在混合器上；最好配置一个用于储存已制成制品的储罐；可选地配有一个用量可调的柴油添加剂源，自动加以控制，连接在混合器的上游或下游和/或排出管线上；一个十六烷值测定件；至少一个用量控制件，对混合器的不同供油管线和柴油添加剂供给管线的用量加以控制，该控制件一方面受比较件的控制，另一方面按程序调节不同的用量，以便缩小测定值和规定的十六烷值之间的偏差，这种装置的特征在于，
-用于测定混合燃料十六烷值的测试件包括一台CFR发动机，该发动机最好并联安装在混合燃料的排出管线上，
-所述CFR发动机分别通过配有一个关闭控制件的管线与所述排出管线以及与十六烷值已知的一个参考制品源相连，
-CFR发动机预先调节成以恒定压缩比以及按预定值调节的注入提前量进行工作，
-CFR发动机适于对混合燃料组分的不同供给管线以及可选地还有添加剂供给管线的用量控制件提供一种有关两次十六烷值测试之间差别的指示信号，所述两次测试是连续对混合燃料和参考制品进行的，或者是按相反顺序连续进行的。
如上所述，CFR发动机的待测混合燃料样品供给管线和十六烷值已知的参考制品供给管线最好是不相同的，或者只包括一个很短的公用部分，它们各配有一个高压喷油泵。当然，在CFR发动机的这些供给管线上可以配有止回阀。
喷油泵有利地由一个适于以有规律的预定时间间隔、例如五分钟进行作用的自动控制件加以控制。
将混合燃料样品和参考制品喷入CFR发动机的喷油泵本身是已知的，这种喷油泵包括两个调节系统，一个调节喷入量，另一个调节喷入时间，这两个调节系统可以进行独立调节。
CFR发动机有利地借助十六烷值在参考制品十六烷值附近的两种参考制品加以校准。
附图说明
附图示出本发明的实施例。这些附图仅示出十六烷值的测定和调节系统，未示出用于校准测试仪的已知系统，也未示出用于测定和调节燃料其它预定性能的已知系统。
附图如下：
图1是燃料组分在线混合的整体装置的示意图；
图2示出制备中的混合燃料的十六烷值的测定系统。
具体实施方式
图1所示的装置用于通过在一个混合器1中以及可选地在混合燃料排向一个容器20的排出管线2中对各种不同组分进行在线混合，制备一种具有预定特性、尤其是具有预定十六烷值的燃料。在所示的情况下，混合器1由四条管线3、5、7、9供给混合燃料的各种不同组分，每条管线配有一个用量自动调节阀3a、5a、7a、9a，各种不同组分来自储罐4、6、8、10。这些不同组分中，一种组分的十六烷值小于规定值，这些组分可以例如是但不限于一种来自催化裂化装置的重油，一种来自原油蒸馏塔的轻馏分，一种高硫含量汽油，或者一种来自汽油脱硫装置的低硫含量汽油。
在并联安装在排出管线2上的一个回路11中，可以通过一条管线12注入一种柴油添加剂，例如2-乙基己基硝酸酯，管线12配有一个用量自动调节阀12a，调节来自一个储罐13的添加剂用量。
如前所述，各种在线分析仪(未示出)以已知的方式在柴油添加剂注入装置的下游连接到管线2上，以有规律的时间间隔测定混合燃料的性能，对这些性能的测定值和规定值加以比较。这些分析仪连接到一台计算机14上，计算机14通过管线15、16、17、18和19与阀3a、5a、7a、9a和12a相连，并按程序调节由这些阀控制的用量，缩小测定值和规定值之间的偏差。
根据本发明，由管线2排出的混合燃料的十六烷值也进行在线测定，混合器1的供油量和管线2的柴油添加剂注入量调节成使测得的十六烷值接近十六烷值所要求的规定值。
为此，一个对制备中的混合燃料的燃烧时间、以及对十六烷值已知并接近规定值的制品的燃烧时间进行测定的测试装置21按如下方式进行供料：
-一方面，通过一条第一管线22向测试仪供给混合燃料，管线22与一个取样回路23相连，取样回路23在柴油添加剂注入装置的下游并联安装在管线2上；
-另一方面，通过一条第二管线24从一个储罐25供给一种十六烷值已知并接近所要求的规定值的制品。
装置21本身与计算机14相连，向它发出一种反映测得的已知十六烷值与混合燃料样品的十六烷值之间差别的信号，使计算机能够调节各种不同组分的用量。
图2详细示出装置21。该装置包括一台CFR发动机26，该发动机以恒定压缩比并以固定的提前量、例如相对于高死点来说为13°(ASTMD 613标准规定的提前量)进行工作。发动机26通过管线22和24有控制地进行供料，并驱动一个轴27进行转动，该轴配有一个飞轮28。轴27本身通过传动系统29、30例如齿轮连接到两个高压泵33、34上，这两个高压泵分别布置在待测混合燃料供给管线22和十六烷值已知的制品供给管线24上。这些高压泵通过分别配有一个止回阀37、38的两条管线35、36连接到一条注入管线39上，该注入管线与发动机的喷油嘴相连。
如上所述，发动机26配有一个自动控制系统，以便以有规律的时间间隔连续向发动机先供给待测混合燃料样品，再供给十六烷值已知的参考制品。
发动机对这两种制品的响应特性差别先由一个十六烷值偏差计算器加以转换，再以电信号的形式传送给计算机14。计算机根据ASTM D2885标准的规定计算混合燃料样品的十六烷值，将获得的数值与混合燃料的规定值加以比较，从而调节混合燃料各种不同组分的供给量，或者调节柴油添加剂的注入量。
只有长度短的管线39是发动机26的两条供给管路所公用的，以便一次测试后在通过第二管路和第二油泵进行下一次测试之前，不必清洗刚刚使用过的管路和油泵。相对于ASTM D 613标准规定的方法来说，这具有很大的优越性，ASTM D 613标准规定的方法是采用唯一一个油泵和两种十六烷值已知的参考制品。
因此，本发明首次提出了在一种通过燃料各组分进行在线混合来制备燃料、尤其是柴油发动机燃料的装置中，在线使用一种十六烷值的测定系统。
Claims (14)
1.一种通过对燃料各组分进行在线混合来制备燃料的方法，这种燃料为了商品化的目的必须具有特定的十六烷值，在所述方法中，以受控制的用量连续向一个混合器(1)供给各种不同的组分，在混合器(1)的出口以各种不同的时间间隔测试制备中的燃料的十六烷值，计算该十六烷值相对于至少一个规定值的偏差，然后调节各种不同组分或添加剂各自的用量，以便消除测试值和规定值之间的偏差，其特征在于，向一个以恒定压缩比工作的“燃料研究公司”类型(CFR)的发动机(26)交替地通过一条管线(22)供给一种从混合器(1)排出管线(2)上提取的制备中的燃料，及通过一条不同的管线(24)供给一种其十六烷值已知的参考制品，所述两条管线(22，24)是不同的，且都具有一个不同的高压喷油泵(33，34)，可使燃料自燃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对制备中的燃料及对参考制品的测试时间不到一小时。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在相同的条件下，借助于同一台CFR发动机(26)，对一种制备中的混合燃料样品的燃烧时间、然后对一种十六烷值已知的参考制品的燃烧时间进行连续测定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所用参考制品的十六烷值接近制备中的混合燃料所要求的十六烷值，参考制品的十六烷值与规定值的偏差小于5个十六烷值点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，参考制品的十六烷值与规定值的偏差小于2个十六烷值点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，供给CFR发动机的混合燃料样品和参考制品通过不同的管路或只具有很短公用部分的管路加入到所述发动机的同一注入区域。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括一个在混合器的上游或下游以可调的用量将一种柴油添加剂在线加入到混合器中的阶段。
8.一种通过对燃料各组分进行在线混合来制备燃料的装置，这种燃料为了商品化的目的必须具有特定的十六烷值，所述装置包括：至少两个储罐(4，6，8，10)，用于储存混合燃料的至少两种组分；一个混合器(1)，由不同的管线(3，5，7，9)以可调用量供给混合燃料的各种不同组分；至少一条混合燃料排出管线(2)，配置在混合器(1)上；配置一个用于储存已制成制品的容器(20)；一个十六烷值测定装置；至少一个计算机(14)，对混合器(1)的不同管线(3，5，7，9)的用量加以控制，该计算机一方面受控制，另一方面按程序调节各种不同的用量，以便缩小测定值和规定的十六烷值之间的偏差，其特征在于：
-用于测定混合燃料十六烷值的测定装置(21)包括一台CFR发动机(26)，
-CFR发动机(26)分别通过不同的供料管线(22，35；24，36)与所述排出管线(2)以及与十六烷值已知的一个参考制品储罐(25)相连，
-CFR发动机(26)预先调节成以恒定压缩比、以及按预定值调节的注入提前量进行工作，
-CFR发动机(26)适于对控制混合燃料各组分的不同供给管线的计算机(14)提供一种有关两次十六烷值测试之间差别的指示信号，所述两次测试是连续对混合燃料和对参考制品进行的，或者是按相反顺序连续进行的，
-CFR发动机(26)的供给待测混合燃料样品和供给十六烷值已知的参考制品的供料管线(22，35；24，36)各配有一个高压喷油泵。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置配有一个用量可调的柴油添加剂储罐，自动加以控制，连接在混合器(1)的上游或下游和/或排出管线(2)上。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述CFR发动机并联安装在混合燃料的排出管线(2)上。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，CFR发动机(26)的供给待测混合燃料样品和供给十六烷值已知的参考制品的供料管线(22，35；24，36)是不相同的，或者只包括一个很短的公用部分。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，CFR发动机(26)的供给待测混合燃料样品和供给十六烷值已知的参考制品的供料管线(22，35；24，36)配有一个止回阀(37，38)。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算机(14)以有规律的时间间隔控制高压喷油泵(33，34)。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，CFR发动机借助至少两种十六烷值在参考制品十六烷值附近的参考制品加以校准。
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