史作然，陶志平，龔冬梅

（中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083）

世界石油資源日益緊缺，我國(guó)石油安全形勢(shì)也日趨嚴(yán)峻。2011年我國(guó)消費(fèi)石油448Mt，進(jìn)口254Mt，對(duì)外依存程度達(dá)到56.5%，我國(guó)已經(jīng)成為世界第二大原油消費(fèi)國(guó)。在石油的煉制過程中，直餾噴氣燃料餾分僅占原油總量的4%～8%，即使將部分重油進(jìn)行加氫裂化，噴氣燃料的餾分也僅占20%左右。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，噴氣燃料的短缺問題已日益突出，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，全世界噴氣燃料需求預(yù)計(jì)每年增加5%，噴氣燃料供應(yīng)十分緊張，我國(guó)噴氣燃料需求量保持每年10%以上的增長(zhǎng)速率，2011年超過18Mt。到2020年左右，石油在世界能源結(jié)構(gòu)中的比例將下降一半，而在未來幾十年內(nèi)，我國(guó)在石油資源尚沒有重大突破的情況下，石油產(chǎn)量大幅度增加的可能性很小，國(guó)內(nèi)石油存在較大缺口已是不爭(zhēng)的事實(shí)，必將嚴(yán)重影響未來噴氣燃料的供給。

為減少溫室氣體排放，世界各國(guó)積極開展行動(dòng)，紛紛制定自己的減少溫室氣體排放計(jì)劃和可再生能源的開發(fā)。航空業(yè)也從各個(gè)方面減少二氧化碳的排放。根據(jù)國(guó)際排放協(xié)議，到2050年，全球二氧化碳排放降低到2005年水平的一半。國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)航空工業(yè)要達(dá)到2005年的水平或更低，只有采取替代燃料，而其它的措施，只是可以減緩增長(zhǎng)并不能減少。為此，國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)制定到2017年噴氣燃料使用量中的可再生噴氣燃料占10%。為此，西方國(guó)家大力發(fā)展生物噴氣燃料技術(shù)，其中通過費(fèi)－托合成和對(duì)動(dòng)植物油進(jìn)行加氫制得生物噴氣燃料是目前成熟的兩個(gè)技術(shù)之一，產(chǎn)品列入ASTM D7566的標(biāo)準(zhǔn)中。本研究通過對(duì)動(dòng)植物油加氫得到的生物噴氣燃料與石油基噴氣燃料的組成和性質(zhì)進(jìn)行分析比較，考察二者在組成和性質(zhì)上的區(qū)別，并將生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料進(jìn)行調(diào)合，生產(chǎn)噴氣燃料，以替代部分石油資源。

1 實(shí)驗(yàn)原料

石油基噴氣燃料：加氫裂化噴氣燃料（HCJ）、直餾噴氣燃料1（SRJ）、直餾噴氣燃料2（ZHJ）。

生物噴氣燃料：以棕櫚油、椰子油、麻風(fēng)樹油為原料，采用加氫工藝得到，包括實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)的樣品。有棕櫚油（SPK－1）、棕櫚油2（SPK－2）、椰子油（SPK－3）、麻風(fēng)樹油（SPK－4）和工業(yè)棕櫚油（SPK－5）。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料的組成分析

采用動(dòng)植物油脂生產(chǎn)的噴氣燃料，最關(guān)心的是加工得到的噴氣燃料與石油基噴氣燃料存在的差別。為此，對(duì)不同原料加氫制得的生物噴氣燃料與石油基噴氣燃料進(jìn)行烴類組成和碳數(shù)分布表征。表1和圖1分別是生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料的烴類組成和碳數(shù)分布對(duì)比。

表1 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料的烴類組成對(duì)比 w，%

圖1 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料的碳數(shù)分布對(duì)比

表2 生物噴氣燃料中其它元素的質(zhì)量濃度

從表1和圖1可以看出：和石油基噴氣燃料相比，生物噴氣燃料具有明顯的特點(diǎn)。從烴類組成中可以看出，生物噴氣燃料組成都很相似，除了椰子油、棕櫚油2和工業(yè)棕櫚油中含有極少量的萘類和二苯并噻吩類以外，其它都只含有鏈烷烴和環(huán)烷烴；而石油基噴氣燃料中除了含有鏈烷烴和環(huán)烷烴之外，還有少量其它的烴類組分；從碳數(shù)分布中可以看出，直餾噴氣燃料和加氫裂化噴氣燃料的碳數(shù)分布主要為C9～C15，而棕櫚油2、麻風(fēng)樹油以及工業(yè)棕櫚油燃料則有大部分分布在C16～C18之間。除此之外，生物噴氣燃料中其它雜原子的含量也特別低，表2是幾種生物噴氣燃料中氮、硫和鹵素的質(zhì)量濃度。

2.2 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料的性質(zhì)對(duì)比

對(duì)生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6537進(jìn)行主要理化性質(zhì)分析，結(jié)果見表3。同時(shí)，選取工業(yè)生產(chǎn)的生物噴氣燃料，按照ASTM D7566－11a要求進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果列入表4和表5。

表3 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料主要理化性質(zhì)對(duì)比

從表3可以看出：生物噴氣燃料的餾程、閃點(diǎn)、密度、冰點(diǎn)、酸值等各項(xiàng)指標(biāo)都能夠符合GB 6537對(duì)3號(hào)噴氣燃料的要求，與石油基噴氣燃料相比基本一致；且生物噴氣燃料的密度低、不含芳烴、熱值較高；使用生物噴氣燃料進(jìn)行潤(rùn)滑性試驗(yàn)時(shí)，試球磨痕直徑比較大，說明其潤(rùn)滑性能差，這是因?yàn)樵醋约託涞纳飮姎馊剂辖?jīng)過了深度加氫，其中含有的一些利于潤(rùn)滑性的天然雜原子和化合物已被脫除，所以生物噴氣燃料的抗磨性能差，但可以通過加入抗磨添加劑來解決。除此之外，生物噴氣燃料的硫含量和氮含量比較低。但是由于生物噴氣燃料中不含有芳烴，芳烴能夠使作為密封劑的橡膠產(chǎn)生溶脹作用而防止油樣泄露，所以生物噴氣燃料不能單獨(dú)使用，必須與石油基噴氣燃料進(jìn)行調(diào)合后使用。

表4 SPK－5的全分析數(shù)據(jù)

表5 對(duì)SPK－5的其它詳細(xì)要求

表4和表5數(shù)據(jù)說明，工業(yè)生產(chǎn)的生物噴氣燃料完全符合ASTM D7566的規(guī)格指標(biāo)要求。

2.3 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料調(diào)合組分的基本性質(zhì)

分別用加氫裂化噴氣燃料（HCJ）、直餾噴氣燃料1（SRJ）、直餾噴氣燃料 2（ZHJ）和棕櫚油（SPK－1）、棕櫚油2（SPK－2）及工業(yè)棕櫚油（SPK－5）按照體積分?jǐn)?shù)10%、50%進(jìn)行調(diào)合，并對(duì)一些質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行考察，結(jié)果如表6所示。

由表6可以看出：生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料調(diào)合后，各項(xiàng)指標(biāo)基本上能夠符合要求，尤其是黏度和磨痕直徑得到了很大的改善；HCJ＋50%SPK－1，SRJ＋10%SPK－2，ZHJ＋50%SPK－5調(diào)合完全達(dá)到了GB 6537規(guī)格要求。

表6 生物噴氣燃料和石油基噴氣燃料調(diào)合組分的理化性質(zhì)

3 結(jié) 論

（1）以不同動(dòng)植物油脂為原料，經(jīng)過加氫工藝得到的生物噴氣燃料的理化性能完全符合ASTM D7566的規(guī)格要求。

（2）生物噴氣燃料具有極低芳烴、硫含量及其它雜原子和高的質(zhì)量熱值，是優(yōu)質(zhì)的環(huán)保噴氣燃料。調(diào)合后的噴氣燃料理化性質(zhì)符合GB 6537對(duì)3號(hào)噴氣燃料規(guī)格的要求。