生物喷气燃料的组成及基本性质研究

史作然，陶志平，龚冬梅

（中国石化石油化工科学研究院，北京 100083）

世界石油资源日益紧缺，我国石油安全形势也日趋严峻。2011年我国消费石油448Mt，进口254Mt，对外依存程度达到56.5%，我国已经成为世界第二大原油消费国。在石油的炼制过程中，直馏喷气燃料馏分仅占原油总量的4%～8%，即使将部分重油进行加氢裂化，喷气燃料的馏分也仅占20%左右。随着航空工业的发展，喷气燃料的短缺问题已日益突出，从长远发展来看，全世界喷气燃料需求预计每年增加5%，喷气燃料供应十分紧张，我国喷气燃料需求量保持每年10%以上的增长速率，2011年超过18Mt。到2020年左右，石油在世界能源结构中的比例将下降一半，而在未来几十年内，我国在石油资源尚没有重大突破的情况下，石油产量大幅度增加的可能性很小，国内石油存在较大缺口已是不争的事实，必将严重影响未来喷气燃料的供给。

为减少温室气体排放，世界各国积极开展行动，纷纷制定自己的减少温室气体排放计划和可再生能源的开发。航空业也从各个方面减少二氧化碳的排放。根据国际排放协议，到2050年，全球二氧化碳排放降低到2005年水平的一半。国际航运协会预测航空工业要达到2005年的水平或更低，只有采取替代燃料，而其它的措施，只是可以减缓增长并不能减少。为此，国际航运协会制定到2017年喷气燃料使用量中的可再生喷气燃料占10%。为此，西方国家大力发展生物喷气燃料技术，其中通过费－托合成和对动植物油进行加氢制得生物喷气燃料是目前成熟的两个技术之一，产品列入ASTM D7566的标准中。本研究通过对动植物油加氢得到的生物喷气燃料与石油基喷气燃料的组成和性质进行分析比较，考察二者在组成和性质上的区别，并将生物喷气燃料和石油基喷气燃料进行调合，生产喷气燃料，以替代部分石油资源。

1 实验原料

石油基喷气燃料：加氢裂化喷气燃料（HCJ）、直馏喷气燃料1（SRJ）、直馏喷气燃料2（ZHJ）。

生物喷气燃料：以棕榈油、椰子油、麻风树油为原料，采用加氢工艺得到，包括实验室和工业生产的样品。有棕榈油（SPK－1）、棕榈油2（SPK－2）、椰子油（SPK－3）、麻风树油（SPK－4）和工业棕榈油（SPK－5）。

2 结果与讨论

2.1 生物喷气燃料和石油基喷气燃料的组成分析

采用动植物油脂生产的喷气燃料，最关心的是加工得到的喷气燃料与石油基喷气燃料存在的差别。为此，对不同原料加氢制得的生物喷气燃料与石油基喷气燃料进行烃类组成和碳数分布表征。表1和图1分别是生物喷气燃料和石油基喷气燃料的烃类组成和碳数分布对比。

表1 生物喷气燃料和石油基喷气燃料的烃类组成对比 w，%

图1 生物喷气燃料和石油基喷气燃料的碳数分布对比

表2 生物喷气燃料中其它元素的质量浓度

从表1和图1可以看出：和石油基喷气燃料相比，生物喷气燃料具有明显的特点。从烃类组成中可以看出，生物喷气燃料组成都很相似，除了椰子油、棕榈油2和工业棕榈油中含有极少量的萘类和二苯并噻吩类以外，其它都只含有链烷烃和环烷烃；而石油基喷气燃料中除了含有链烷烃和环烷烃之外，还有少量其它的烃类组分；从碳数分布中可以看出，直馏喷气燃料和加氢裂化喷气燃料的碳数分布主要为C9～C15，而棕榈油2、麻风树油以及工业棕榈油燃料则有大部分分布在C16～C18之间。除此之外，生物喷气燃料中其它杂原子的含量也特别低，表2是几种生物喷气燃料中氮、硫和卤素的质量浓度。

2.2 生物喷气燃料和石油基喷气燃料的性质对比

对生物喷气燃料和石油基喷气燃料按照国家标准GB 6537进行主要理化性质分析，结果见表3。同时，选取工业生产的生物喷气燃料，按照ASTM D7566－11a要求进行评定，结果列入表4和表5。

表3 生物喷气燃料和石油基喷气燃料主要理化性质对比

从表3可以看出：生物喷气燃料的馏程、闪点、密度、冰点、酸值等各项指标都能够符合GB 6537对3号喷气燃料的要求，与石油基喷气燃料相比基本一致；且生物喷气燃料的密度低、不含芳烃、热值较高；使用生物喷气燃料进行润滑性试验时，试球磨痕直径比较大，说明其润滑性能差，这是因为源自加氢的生物喷气燃料经过了深度加氢，其中含有的一些利于润滑性的天然杂原子和化合物已被脱除，所以生物喷气燃料的抗磨性能差，但可以通过加入抗磨添加剂来解决。除此之外，生物喷气燃料的硫含量和氮含量比较低。但是由于生物喷气燃料中不含有芳烃，芳烃能够使作为密封剂的橡胶产生溶胀作用而防止油样泄露，所以生物喷气燃料不能单独使用，必须与石油基喷气燃料进行调合后使用。

表4 SPK－5的全分析数据

表5 对SPK－5的其它详细要求

表4和表5数据说明，工业生产的生物喷气燃料完全符合ASTM D7566的规格指标要求。

2.3 生物喷气燃料和石油基喷气燃料调合组分的基本性质

分别用加氢裂化喷气燃料（HCJ）、直馏喷气燃料1（SRJ）、直馏喷气燃料 2（ZHJ）和棕榈油（SPK－1）、棕榈油2（SPK－2）及工业棕榈油（SPK－5）按照体积分数10%、50%进行调合，并对一些质量指标进行考察，结果如表6所示。

由表6可以看出：生物喷气燃料和石油基喷气燃料调合后，各项指标基本上能够符合要求，尤其是黏度和磨痕直径得到了很大的改善；HCJ＋50%SPK－1，SRJ＋10%SPK－2，ZHJ＋50%SPK－5调合完全达到了GB 6537规格要求。

表6 生物喷气燃料和石油基喷气燃料调合组分的理化性质

3 结 论

（1）以不同动植物油脂为原料，经过加氢工艺得到的生物喷气燃料的理化性能完全符合ASTM D7566的规格要求。

（2）生物喷气燃料具有极低芳烃、硫含量及其它杂原子和高的质量热值，是优质的环保喷气燃料。调合后的喷气燃料理化性质符合GB 6537对3号喷气燃料规格的要求。