一种测定汽油辛烷值的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测定汽油辛烷值的方法，包含测定汽油样品的分子组成和根据汽油分子组成计算该汽油样品的辛烷值的步骤。使用本发明专利技术的方法，可以快速、准确、高效地测定汽油样品的辛烷值，并且成本很低。

Method and device for measuring gasoline octane number

The invention discloses a method for measuring the octane number of gasoline, which comprises the determination of the molecular composition of the gasoline sample and the calculation of the octane number of the gasoline sample according to the molecular composition of the gasoline. The octane number of the gasoline sample can be determined rapidly, accurately and efficiently by using the method of the invention, and the cost is very low.

【技术实现步骤摘要】
一种测定汽油辛烷值的方法及装置
本专利技术属于石油炼化行业汽油生产与调合领域。
技术介绍
汽油生产是石油炼化行业的一个重要环节。国家对汽油的质量有严格的指标要求，其中辛烷值是汽油规格的首项质量指标。辛烷值是表示点燃活塞式发动机燃料的抗爆性能的指标。辛烷值分研究法辛烷值（RON）和马达法辛烷值（MON）两种测量方法。汽油的标号，包括92#、95#、98#等，其中的数字即表示汽油的研究法辛烷值。目前辛烷值通常采用单缸发动机直接测定。其中研究法辛烷值是在发动机转速600rpm，燃料进气在室温环境下的抗爆性能，模拟低速行驶的情形。马达法辛烷值是在发动机转速900rpm，燃料进气在高温环境下的抗爆性能，模拟高速行驶的情形。两种方法都是在标准单缸发动机中进行，都存在设备昂贵、所需样品量大、环境噪音高、残余物多、耗时长且操作复杂等缺点，很难满足常规生产和检验的要求。近年来出现了一些采用现代仪器分析检测辛烷值的方法，先测定出汽油的组成或结构，再分析组分与辛烷值的关系，从而计算出汽油的辛烷值。目前这一类方法包括气相色谱法、近红外光谱法、传感器法、核磁共振波谱法、拉曼光谱法、拓扑指数法等。采用这些方法可以简单快速的测定辛烷值。但这些方法均采用数学模型将汽油的组成或结构数据与辛烷值进行关联来计算辛烷值，存在误差大的缺点，尤其在汽油成分发生较大变化时，误差尤为明显。造成误差的主要原因是这一类方法并没有基于汽油分子的燃烧本质来计算辛烷值。由于辛烷值是汽油在燃烧过程中的抗爆性能，其本质是一种燃烧性质。在燃烧过程中，汽油分子与空气发生剧烈的氧化反应，产生大量的自由基、发生剧烈放热，是一个复杂的化学过程，因此仅从汽油组成本身很难准确计算其辛烷值。这一类方法造成误差的另一个原因是辛烷值的非线性调合效应。不同的汽油组成在各自作为单独成分存在时的辛烷值，与其在一个混合物中的辛烷值不一样。而汽油是一种由数量众多的汽油分子组成的混合物，因此从汽油的组成或结构计算汽油的辛烷值时存在复杂的非线性效应，造成计算误差。
技术实现思路
为解决现有辛烷值测定技术中存在的设备昂贵、操作复杂、误差大、应对汽油成分变化时不准确等技术问题，本专利技术提供了一种结合汽油分子燃烧机理的辛烷值测定系统。本专利技术提供了一种结合汽油分子燃烧机理的辛烷值测定系统。本系统由汽油组成分析仪器、辛烷值计算模块两大部分组成。其中汽油组成分析仪器可以使用气相色谱法、近红外光谱法、传感器法、核磁共振波谱法、拉曼光谱法、拓扑指数法等方法中的一种或多种，测定汽油的单体烃分子组成或族组成（即PIONA组成）。优选的，其中汽油组成分析仪器包含特定配置的气相色谱仪，测定汽油的单体烃分子组成或族组成。本专利技术所采用的气相色谱配置使用预切柱、分析柱两根柱子，并加装自动切换十通阀实现预切柱、分析柱的自动切换。在预切柱、分析柱后安装火焰电离检测器（FID），进行烃类分子、含氧分子的检测。在FID检测器后安装硫化学发光检测器（SCD），将柱子洗脱出的含硫化合物在SCD燃烧室内进行燃烧，然后与臭氧反应，检测含硫分子的含量。通过上述配置的气相色谱检测仪，测定汽油的烃类分子、含氧分子、含硫分子的单体烃分子组成或族组成（即PIONA组成）。辛烷值计算模块包含两部分：（1）首先根据汽油分子组成或族组成，结合汽油分子的燃烧机理，计算不同分子在点燃过程中所产生的中间产物自由基，尤其是其中引发剧烈燃烧的过氧化物自由基的种类与数量。由于过氧化物自由基能够引发链式反应，引发燃烧，因此过氧化物自由基的数量及产生速度直接决定了汽油的抗爆特性。根据不同分子点燃过程所产生的自由基种类及浓度，确定汽油的着火延迟期；（2）根据汽油的着火延迟期通过模型关联计算汽油辛烷值。本专利技术的主要原理和结构如图1所示。基于上述思路，一方面，本专利技术提供了一种测定汽油辛烷值的方法，所述方法包含如下步骤：（1）测定汽油样品的分子组成；（2）根据步骤（1）测定的汽油分子组成，计算该汽油样品的辛烷值。在某些具体实施方式里，所述步骤（1）具体为测定汽油的单体烃分子组成和/或族组成，其中单体烃分子组成包括汽油中每个单个分子的含量，族组成包括汽油组成中的正构烷烃、异构烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃的含量。在某些具体实施方式里，所述步骤（1）中可以使用气相色谱法、近红外光谱法、传感器法、核磁共振波谱法、拉曼光谱法、拓扑指数法等仪器中的一种或多种来测定汽油样品的分子组成。在某些具体实施方式里，所述步骤（1）中使用特定配置的气相色谱仪，测定汽油的单体烃分子组成或族组成；所述气相色谱配置使用预切柱、分析柱两根柱子，并加装自动切换十通阀实现预切柱、分析柱的自动切换；在预切柱、分析柱后安装火焰电离检测器（FID），进行烃类分子、含氧分子的检测；在FID检测器后安装硫化学发光检测器（SCD），将柱子洗脱出的含硫化合物在SCD燃烧室内进行燃烧，然后与臭氧反应，检测含硫分子的含量；通过上述配置的气相色谱检测仪，测定汽油的烃类分子、含氧分子、含硫分子的单体烃分子组成或族组成（即PIONA组成），以用于后续的辛烷值计算步骤。在某些具体实施方式里，所述步骤（2）中进一步包含以下步骤：（i）根据步骤（1）中的汽油分子组成，结合汽油分子的燃烧机理，计算汽油分子在点燃过程中生成的自由基产生数量与速度；（ii）根据步骤（i）中所计算的自由基产生数量与速度计算汽油的着火延迟；（iii）根据步骤（ii）所计算的汽油着火延迟，计算汽油的辛烷值；（iv）输出辛烷值。在某些具体实施方式里，上述步骤（i）中根据步骤1中的汽油分子组成或族组成，结合汽油分子的详细燃烧机理，计算汽油分子在点燃过程中生成的自由基产生数量与速度。在汽油分子的燃烧机理中，过氧化物自由基能够引发链式反应，引发燃烧，因此过氧化物自由基的数量及产生速度直接决定了汽油的抗爆特性。典型的过氧化物自由基生成的化学方程式如图2所示。其中汽油分子的燃烧机理可以是现有技术已知的，典型的燃烧机理例如M.Mehl,H.J.Curran,W.J.PitzandC.K.Westbrook,"Chemicalkineticmodelingofcomponentmixturesrelevanttogasoline,"EuropeanCombustionMeeting,Vienna,Austria,2009；或者H.J.Curran,P.Gaffuri,W.J.PitzandC.K.Westbrook,"AComprehensiveModelingStudyofiso-OctaneOxidation,"Combust.Flame129(2002)253-280；或者其他任何已知文献所公开的燃烧机理。在某些具体实施方式里，上述步骤（ii）中，根据以下公式计算着火延迟：IG=m0/SUM(dmi/dt)，i=1,…,n（1）式中：IG表示汽油的着火延迟时间；m0表示汽油点燃过程中着火瞬间所需的自由基数量；SUM表示求和；dmi/dt表示第i个自由基产生的速度；n表示汽油分子组成产生的自由基种类数量。典型的汽油着火延迟时间如图3所示。在某些具体实施方式里，上述步骤（iii）中，计算的辛烷值包括研究法辛烷值（RON）与马达法辛烷值（MON），其计算公式分别如下：log(RON)=A1+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，包含如下步骤：（1）测定汽油样品的分子组成；（2）根据步骤（1）测定的汽油分子组成，计算该汽油样品的辛烷值。

【技术特征摘要】
1.一种测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，包含如下步骤：（1）测定汽油样品的分子组成；（2）根据步骤（1）测定的汽油分子组成，计算该汽油样品的辛烷值。2.权利要求1所述测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为测定汽油的单体烃分子组成和/或族组成，其中单体烃分子组成包括汽油中每个单个分子的含量，族组成包括汽油组成中的正构烷烃、异构烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃的含量。3.权利要求1或2所述测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，所述步骤（1）中使用气相色谱法、近红外光谱法、传感器法、核磁共振波谱法、拉曼光谱法、拓扑指数法等仪器中的一种或多种来测定汽油样品的分子组成。4.权利要求1或2所述测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，所述步骤（1）中使用特定配置的气相色谱仪，测定汽油的单体烃分子组成或族组成；所述气相色谱配置使用预切柱、分析柱两根柱子，并加装自动切换十通阀实现预切柱、分析柱的自动切换；在预切柱、分析柱后安装火焰电离检测器（FID），进行烃类分子、含氧分子的检测；在FID检测器后安装硫化学发光检测器（SCD），将柱子洗脱出的含硫化合物在SCD燃烧室内进行燃烧，然后与臭氧反应，检测含硫分子的含量；通过上述配置的气相色谱检测仪，测定汽油的烃类分子、含氧分子、含硫分子的单体烃分子组成或族组成（即PIONA组成），以用于后续的辛烷值计算步骤。5.权利要求1所述测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，所述步骤（2）中具体包含以下步骤：（i）根据步骤（1）中的汽油分子组成，结合汽油分子的燃烧机理，计算汽油分子在点燃过程中生成的自由基产生数量与速度；（ii）根据步骤（i）中所计算的自由基产生数量与速度计算汽油的着火延迟；（iii）根据步骤（ii）所计算的汽油着火延迟，计算汽油的辛烷值；（iv）输出辛烷值。6.根据权利要求5所述测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，所述步骤（ii）中，根据以下公式计算着火延迟：IG=m0/SUM(dmi/dt)，i=1,…,n（1）式中：IG表示汽油的着火延迟时间；m0表示汽油点燃过程中着火瞬间所需的自由基数量；SUM表示求和；dmi/dt表示第i个自由基产生的速度；n表示汽油分子组成产生的自由基种类数量。7.根据权利要求5所述测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，所述步骤（iii）中，计算的辛烷值包括研究法辛烷值（RON）与马达法辛烷值（MON），其计算公式分别如下：log(RON)=A1+B1xlog(IG700)（2）log(MON)=A2+B2xlog(IG1000)（3）式中：A1、B1、A2、B2为模型参数；IG700为汽油点燃温度为700K时的着火延迟；IG1000为汽油点燃温度为1000K是的着火延迟。8.一种测定汽油辛烷值的方法，其特征在于，包含如下步骤：（1）使用气相色谱法、近红外光谱法、传感器法、核磁共振波谱法、拉曼光谱法、拓扑指数法等仪器中的一种或多种来测定汽油样品的单体烃分子组成和/或族组成，其中单体烃分子组成包括汽油中每个单个分子的含量，族组成包括汽油组成中的正构烷烃、异构烷烃、烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：何恺源，
申请(专利权)人：何恺源，
类型：发明
国别省市：江苏,32