溶剂萃取技术提升柴油燃料理化特性的创新研究及其环境效益分析

本研究通过系统评估四种溶剂（糠醛FF、N-甲基吡咯烷酮NMP、碳酸丙烯酯PC、乙腈AN）对柴油燃料的萃取效果，提出[1:3]为最佳溶剂比，证实NMP-AN混合溶剂可显著降低硫含量（至0.405%）、提升十六烷值（至69.3）及热值（11 140 kcal·kg-1），为清洁燃料生产提供绿色解决方案。

　　

摘要

研究采用溶剂萃取技术系统优化柴油燃料理化性质，通过FT-IR和GC分析证实，N-甲基吡咯烷酮（NMP）与乙腈（AN）混合溶剂在[1:3]比例下表现最优，使柴油的十六烷值提升17.3%，硫含量降低69.4%，同时显著改善粘度（2.0 Cst）和热值（11 140 kcal·kg^-1）。

1 引言

柴油燃料作为内燃机核心能源，其燃烧效率与排放特性直接受十六烷值、硫含量等参数影响。传统氢化脱硫工艺成本高昂，而溶剂萃取技术通过选择性分离芳烃和支链烷烃，可经济高效地提升燃料品质。研究对比了四种极性溶剂的萃取效能，重点评估其对柴油关键指标的作用机制。

2 方法

2.1 材料
选用FF（极性3.57）、NMP（1.47）、PC和AN四种溶剂，其物化特性如表1-4所示。NMP因低毒性（LD₅₀ 4000 mg/kg）和高选择性成为工业优选。

2.3 实验流程
采用分液漏斗进行多级萃取，通过旋转蒸发仪（100 mbar）去除溶剂残留。柴油燃料的API度、粘度（ASTM D287）、硫含量（炸弹法ASTM D126）等11项指标被系统测定。

3 结果与讨论

3.1 糠醛溶剂效应
FF在[1:3]比例下使密度降至0.8101，硫含量降低48.6%，但存在氧化稳定性差的问题（闪点降至50°C）。GC分析显示芳烃峰面积减少42%。

3.2 NMP溶剂优势
NMP表现出最佳综合性能：残碳量降低30%（0.131%），十六烷值提升10.8%（65.5），且设备腐蚀风险低。FT-IR在1700 cm^-1处芳烃特征峰显著减弱。

3.6 混合溶剂突破
NMP-AN混合体系实现突破性改良：

• 硫含量达0.405%（降低69.4%）
• 柴油指数提升至75
• 色谱图显示C₁₀-C₁₄正构烷烃占比提高35%

4 结论

该研究为炼油工业提供了一种替代氢化工艺的绿色方案，NMP-AN混合溶剂在提升燃烧效率（热值+2%）的同时，可减少NO_x和颗粒物排放。未来需进一步优化溶剂回收率以降低运营成本。