轻烃民用液体燃料的技术要求

轻烃民用液体燃料的技术要求作为一种民用燃料，必须保证使用者的人身安全和健康不受损害，同时还要满足环境保护的要求，民用液体燃料属于新开发的新型燃料，它与液化石油气不同，这种液体燃料在进入燃具使用前，必须使其变成气体，然后与空气混合燃烧。为了整顿新型民用液体燃料市场的混乱状况，引导其健康发展，对燃料提出以下要求。一轻烃民用液体燃料分级在轻烃燃料中提出两种牌号：1号燃料主要以C5为主，其体积质量占95%。这种燃料因沸点在40℃以下，对常年温度较高的南方地区，可以采用空气鼓泡方式，促使液体燃料气化并与适量空气混合后，可防止液体燃料的冷凝。但是在环境温度较低时，特别是在冬季，采用气态供气时，其气化量常常不能满足燃具的热流量，因此，应添加少量C3、C4的组分或适当加温。2号燃料与1号燃料的区别，只在于C6-C7的组分约占40%左右。而两种牌号的热值无大的差别，对这种组分的燃料，可以液相压出，经预热气化后使用。二燃料馏程在行标NY313-1997中，按两种牌号提出馏程90%时，1号燃料的沸点＜65℃，而2号燃料＜90℃。这里不但考虑了轻烃燃料在常温下蒸气压较低、不易气化的特点，还从燃料燃烧完全角度考虑。随着C原子数的增加，燃料所需的空气量也大大增加，这需要给燃具的设计、加工带来困难。如燃烧1m3的戊烷需要38m3的空气，而燃烧1m3的正庚烷则需要52m3的空气。此外，为了使燃气与空气混合均匀并达到完全燃烧，还应考虑1.05%-1.2%的过剩空气系数。因此，采用分子量越大的轻烃，再没有一个合适的燃具，很难使燃具达到标准。三、燃料的热值对于C5-C7的组分，随着碳氢化合物的增加，燃料的低热值只有少量降低，故在实际工作中常用燃料的平均低热值进行计算，从燃料馏分上来看，介于液化石油气48900-50160kj/kg与汽油44900-46800kj/kg之间，低热值稍低于液化石油气而高于汽油，约为45900-48400kj/kg（11200-11600kcal/kg）。实际取值时为41800kj/kg（10000kcal/kg），即可满足使用。四燃料中的双烯烃轻烃液体燃料中的双烯烃属于不饱和烃，它的化学性质较为活泼，特别是丁二烯和环戊二烯更为活泼。在贮存和使用过程中均能自行氧化聚合成胶，使燃料积炭、燃料的热值降低。此外，环戊二烯（C5H6）能与氮氧化物生成胶状树指，造成阀门、喷嘴的堵塞。特别是采用对轻烃预热气化方式时，对燃料中双烯烃含量必须控制在2%以内。根据近年来的工程实践，在采用空气鼓泡制气时，由于使用了含有双烯烃超过标准的轻烃燃料，发生过聚合反应而堵塞汽化器的事故。因此，在民用轻烃混合燃气工程技术规范NY/652标准中，规定了双烯烃含量应小于或等于0.5%（m/m）的要求。五总硫含量硫大多以有机化合物存在于石油产品中，在储存时会生成胶质而不利于使用。在燃烧过程中生成SO2，污染大气，在有水存在时还会腐蚀设备。因此，对民用液体燃料中硫应加以限制。六机械杂质及水分轻烃中的机械杂质来自于金属管内壁腐蚀的氧化铁皮及少量泥沙。它们的存在易造成管道及阀门的堵塞，应通过沉淀加以除尽。轻烃燃料在液态时能溶解少量的水，并随温度升高溶解水量有所增加。轻烃中的水在气化时吸收部分汽化热，并降低燃料的低热值。另外，气态中的水蒸气遇冷壁后冷凝成水，又会促使氧、硫化等对管路、阀门设备的腐蚀或堵塞。因此，不允许燃料中含有机械杂质和流离水的存在，轻烃民用燃料性能列于表5表5轻烃民用燃料性能（NY313-1997）项目单位质量指标Ⅰ号Ⅱ号1密度（20℃）2馏程30%80%90%G/cm3℃℃℃≤0.63＜30＜3565≤0.66＜40＜60＜903低热值4总硫含量5、铜片腐蚀（50℃，3h）6、蒸发残液7、双烯烃总含量*kj/kg%（m/m）级%（v/v）%（m/m）≥40000＜0.041＜1.55≥40000＜0.041＜1.528、机械杂质及水分%（m/m）无无*双烯烃总含量折算为环戊二烯从上述内容可以得出结论：民用轻烃液体燃料只能取自油气田凝析油和炼油厂初馏塔顶油，它们是以烷烃为主的天然稳定轻烃，基本不含烯烃，芳烃甚少，安全性和燃烧清洁性均好，是最为理想的民用液体燃料组分，炼油厂加氢裂化和催化重整的拔头轻烃，不含双烯烃，安定性和燃烧清洁性好，亦为民用液体燃料的上等组分；烯烃厂副产品C5馏分，一般含双烯烃多，芳烃和硫、氮化合物含量高，安定性和燃烧清洁性差，不经精制处理，不宜作为民用液体燃料的组分，炼焦油和页岩油中含有大量的酚和碱性氮化物，影响油品的安全性和使用性能，不宜作民用液体燃料组分，因此，应对燃料的来源、组成，性质等进行综合分析后，才能评价轻燃料的优劣。轻烃民用燃料及有关技术要求石油主要是由烃类和少量非烃类所组成，这些成分的结构和含量决定了石油及其产品的性质。烃类是石油的主要成分，在天然原油中含有烷烃、环烷烃、芳香烃，一般不含烯烃。烷烃是石油的主要组分之一，在常温下，正构烷烃分子中含有1个碳原子到4个碳原子的是气体，含有5-15个碳原子的是液体。含有16个碳原子以上的是固体。这里所讲的轻烃燃料是指来自油气田、炼厂的以C5、C6为主的烷烃化合物，在常温下为液体，是生产轻烃混合燃气的原料。一、民用轻烃C5、C6的主要特点1、闪点：戊烷的闪点为-40℃，车用汽油的闪点为-36℃，按GB6944-86新标准分类，低于-18℃的液体燃料属于低闪点的液体。2、自燃点：液体燃料不用引火物而自行燃烧的最低温度称为自燃点。随着碳氢化合物分子量的增加，液体的自燃点降低，如戊烷为475℃，环已烷260℃，正辛烷240℃。从安全防火角度来看，自燃点越低的燃料越易点燃。3、沸点：轻烃燃料的沸点是指一个大气压下，液体沸腾的温度。液体燃料的碳原子数越多，沸点越高。如表1所示。在碳原子数相同时，烷烃沸点比烯烃高，正构烷烃比异构烷烃高。环烷烃比烷烃高，如异戊烷为27.852℃工，二甲基-1-丁烯（C5H10）为31.163℃,而环戊烷为49.262℃。与液化气中的丙烷沸点-42℃，丁烷-0.5℃相比，轻烃燃料只有将其气化后才能使用。表1几种轻烃的费点轻烃戊烷已烷庚烷辛烷沸点（℃）36.168.7498.4125.64饱和蒸气压：饱和蒸气压是液体燃料的一项重要标志。蒸气压与温度有关，随着温度的上升提高，在沸腾温度时，其饱和蒸气压等于105Pa。不同燃料组分，在某一温度下，有其相应的饱和蒸气压，如表2所示。蒸气压高的燃料不但易于将液体燃料从容器中压出，气化后也易满足炊事要求。掌握烷烃的沸点及不同温度下的饱和蒸气压，可以根据不同地区全年温度变化。适当调整液体燃料的组分，以满足使用要求。表2几种单一烃的饱和蒸气压（105Pa）丙烷丁烷正戊烷异戊烷正已烷异已烷正庚烷t-0℃4.5761.00.2350.3330.060.08970.015208.1692.010.56980.7450.16160.22860.04744013.553.671.1781.4600.27260.50660.12365密度：液体燃料的密度是指单位体积的燃料所具有的质量，以ρ表示，单位kg/L。液体燃料密度随着温度的升高而减小。如表3所示。表3几种轻烃燃料的密度温度正戊烷异戊烷新戊烷正已烷正庚烷t=0℃0.64590.63950.61290.67510.7016t=20℃0.63620.62970.60210.66620.6848轻烃与水相比，其比重均小于1，比重越小，其蒸发速度越快。轻烃蒸气的密度，在t=15.5℃，一个大气压时如表4所示。轻烃蒸气均比空气重得多，因此，应防止燃料汇漏时气体易在低洼处聚集，而在厨房内使用时应注意下通风。表4轻烃理想气体密度项目Kg/m3比重空气=1L气体/L液体L气体/kg液体正戊烷3.04542.4911206.99328.36异戊烷3.04542.4911240.90328.36新戊烷3.04542.4911195.77328.36正已烷3.63742.9753182.38274.92正庚烷4.22993.4596162.56236.416爆炸范围：C5、C6的爆炸范围变化不大，均在1.3%-8%之间。与丙烷（2.4-9.6%）丁烷（1.9-8.6%）相比，由于爆炸下限较低，在密闭的厨房内，当外界温度超过沸点促使C5燃料连续气化，只要漏气，很易达到爆炸下限而引起火灾。但C5、C6的燃料在常温下，其蒸气压低于1个大气压，与液化石油气相比，其储存、运输、使用较为安全。7带电性：轻烃燃料属于高电阻率的液体（电阻率在10-15Ω/cm范围内），它具有带电能力，因此，必须注意在液体燃料运输、灌注过程中，都有因摩擦产生静电放电而发生火灾的危险。8燃料的毒性：轻烃燃料中不含苯和甲醇，主要是正戊烷、正已烷和多环烃类组分，其蒸气泄漏一定浓度，对人体健康有一定影响。而正已烷对人的神经系统有一定危害。此外，烃类的麻醉作用随着分子量的增加而递增。资料介绍，每增加一个C链，麻醉作用就增加三个数量级，烃类中的庚烷对皮肤的刺激性很强，当吸入0.5%浓度4分钟时，即可引起眩晕，平稳失调。对于上述这些组分，虽然在标准中未加具体规定，但总的来说要杜绝一切泄漏的可能性。二轻烃燃料的安全性根据轻烃燃料的特点可以看出它比液化石油气更为安全。因为：1C5、C6燃料在常温下为液态，其沸点只有超过36.4℃才能气化。2由于C5、C6燃料在相同温度下的饱和蒸气压比液化石油气低得多，不易气化，泄漏后蔓延范围小。因此，有利于储存、运输，并可采用低压容器；3轻烃燃料的爆炸极限基本接近液化石油气。2轻烃燃料因不含苯、甲醇，正常燃烧后只产生CO2和水蒸气。3轻烃原料运输采用压力槽车全封闭形式，在供气站卸车采用密闭方式，无任何泄漏；4在生产中不产生废水、废气、废渣，运转设备的噪音符合国家对居民区噪音的要求。三轻烃燃料的来源。1天然气凝析油从天然气和油田气中凝析出来的由乙烷至戊烷及重于戊烷的烷烃组成。其中丙烷和丁烷是液化石油气。这些析出来的液态烃通常被称为渍气田凝析油或油气田轻烃，也有被称为天然气油或稳定轻烃。这些液体轻烃主要由链烷烃组成，几乎没有烯烃。由于地域、地层和油气组成的差异，再加上市场和用途不同，故各油气田凝析油性质相差很大，但C5含量一般在工作6%左右。2炼油厂轻烃作为民用液体燃料，所提到的轻烃是指初馏点至80℃左右的催化重整、加氢裂化等的拔头油以及原油蒸馏时初馏塔顶的馏分，根据有关文献介绍，炼厂气中C5及C5以上馏分占25%。3石油化工厂轻烃溶剂油厂轻烃属原油的直馏馏分，多由凝析油和原油蒸馏而来。是以烷烃为主，安定性、燃烧性极好的烃类。乙烯裂角时得到的副产物轻油，常含有较多烯烃和二烯烃，且二烯烃又多为共轭二烯烃。它们都属于不饱和、不安全的碳氢混合物，它们在贮存运输和使用过程中，易与空气中的氧化合生成胶质，并在燃烧过程中易于形成积炭而无法使用。这部分轻烃如不经过精制是不能作为民用燃料的。上述几种轻烃的产量，目前尚无精确的数据；有资料报导国内轻烃产量约在700-1000万吨之间。四、为什么用C5、C6作为民用燃料1作为石油化工原料，需要的是不饱和烃，如将这些饱和烃变成不饱和烃，则需要一套装置和相应的催化剂。2各炼厂不可能将烷烃组分都集中起来进行处理；3C5的辛烷值为61（马达法），而正已烷为25，所以不可能将其大量掺入汽油中；4从燃料燃烧积炭角度来看，烷烃最小，环烷烃次之，芳香烃最为严重；5轻烃随着分子量的增加，燃烧时需要大量的空气，如使燃料进行正常气化，并达到完全燃烧，这给燃具的设计和制造带来一定困难。因此，C5、C6作为民用燃料是最佳的选择。