加氢法改善航煤热氧化安定性及影响因素研究

摘要：为了对航煤热氧化安定性破点温度进行有效改善，需要合理应用加氢法。经过相关研究表明当活性较高的加氢催化剂进行应用时，260℃为反应温度、4MPa为反应压力，同时破点温度可超过340℃。本文针对航煤中杂质质量和烃类组成对热氧化安定性所产生的影响进行深入分析和研究，经过相关研究表明其中影响较大的为碱性氮和双环芳烃，同时对航煤外部条件进行研究和考察，表明储存时产生的实际胶质衰变也会对航煤热氧化安定性造成严重影响。

关键词：加氢法；航煤热氧化；安定性；影响因素

当前我国军用飞机和民用飞机的主要燃料为航煤，即便2021年受疫情影响我国民航仍然消耗2702万吨航煤。加氢法是航煤生产的主要方法，通过应用合理的工艺技术和加氢催化剂对航煤原料当中的硫醇进行脱除，以此来提高航煤热氧化安定性。由于飞机的使用安全会受到热氧化安定性的影响，而且目前我国喷气式飞机的飞行高度和速度不断提升，油箱当中的温度和飞机表面温度也会随之升高。如果温度过高会导致航煤安全性降低，极其容易产生沉积物，并对发动机的稳定性造成影响。

1.实验

1.1原料

选取四种较为常见的航煤原料，四种原料分别为A、B、C、D，具体性质见表1。

1.2内部因素影响实验

本文对各种原料中的杂质质量分数和烃类组成内容进行分析，对原料动态热氧化安定性进行测试，并将杂质质量分数、烃类组成和热氧化稳定性建立联系。在实验过程中通过应用安捷伦5975气质联用仪器对烃类组成和航煤原料进行分析，应用硫氮分析仪对氮和硫的质量分数进行分析。此外将不同质量分数的四氢喹啉加入到加氢后的航煤产品中，并观察氮化物是否会对热氧化安定性产生影响[1]。

2.航煤热氧化安定性影响因素

2.1内部因素

为了能够加强对航煤热氧化安定性影响因素进行分析和研究，将多种原料中的环烷烃质量分数、链烷烃质量分数和热氧化安定性进行有效关联。经过相关研究表明，由于环烷烃和链烷烃具有较为稳定的化学性质，环烷烃和链烷烃质量分数变化并未对航煤热氧化安定性造成较大影响，检测动态热氧化安定性，易缩合生胶物质，而且在高温的情况下会有沉积物产生堵塞过滤器，而沉积物质和安定性都对加热管的颜色评级产生影响。

热氧化安定性和航煤芳烃质量分数的关联见图1，从图1中可以了解到原料中的单环芳烃和总芳烃质量分数并未对热氧化安定性造成影响，但是双环芳烃质量分数与热氧化安定性存在反向关联性，也就是随着双环芳烃质量分数的升高，热氧化安定性逐渐下降。此外，影响航煤热氧化安定性的因素也包括多环芳烃质量分数，在航煤氧化过程中，烃类和非烃类物质遵循自由基链反应机理。在氧气环境下，烃类会与氧分子相互作用，产生过氧化物和自由基。

除此之外，还要对原料总硫质量分数对热氧化安定性的影响进行研究和探讨。通过实验能够对胶质物和硫醇对热氧化安定性的影响进行证实。航煤原料均不属于高氮原料，而且鉴于当前原料劣质化趋势较为严重，可能逐渐向高动态热氧化安定性航煤方向发展，所以需要加强氮化物影响热氧化安定性分析和探讨。通过相关研究能够发现导致航煤色度变化严重的主要因素为碱性氮化物喹啉，表明其具有较差安定性，所以需要以喹啉氮化物为模型化合物来开展有效试验。先饱和芳环再开展脱氮氢解为加氢脱氮反应路径，将原料A作为空白样，配制出质量分数不同的航煤，分别为航煤a和航煤b。在温度为360℃的条件下航煤a的热氧化安定性不足，在温度为300℃的条件下航煤b的热氧化安定性不足，从而可以表明碱性氮化物对航煤热氧化安定性的影响。

与非碱性氮化物相比，碱性氮化物能够对烃类氧化反应进行有效抑制。经过相关研究发现应用碱性氮会严重衰减航煤热氧化安定性，然而即便碱性氮能够对烃类氧化起到抑制作用，但是由于航煤受到综合影响会降低热氧化安定性，在日后对高氮航煤进行加工过程中，要进一步增强加氢反应，以此来脱除碱性氮，对航煤氧化安定性进行有效改善。

2.2外部因素

为了能够对航煤储存过程中油品性质衰变情况进行研究和考察，在实验过程不同反应压力下航煤原料A可生产出多种不同的精制航煤产品，分别为G、F、E等，并对其进行避光储存和热氧化安定试验。在储存工作开展过程中安定性的变化会对航煤热氧化安定性产生较大影响。其中实质胶质最高的为G，导致热氧化安定性大幅度衰减，其他精制航煤产品的实际胶质较低，其热氧化安定性衰减幅度较小。油品储存安定性检测过程中的一项重要指标为实际胶质，其主要是对胶质在发动机中的实际沉淀情况进行模拟。如果实际检测过程中油品胶质较高，会导致过滤器前后压降大幅度增加，从而降低热氧化安定性。

2.3生产工艺

目前，航煤燃料传统生产工艺有两种，针对不同原料采用不同生产工艺。对于直馏蜡油采用高压加氢裂化工艺，直馏喷气燃料馏分多采用低压加氢精制工艺，在装置出口对两种工艺生产的燃料进行采样，并添加适当抗氧剂，采用合适方法进行分析和研究，也就是在恒温80℃的水中放入金属氧弹，经过一段时间后对沉淀物质量进行称量，以此来保障热氧化燃料的安定性。

结束语

总体而言，由于航煤原料的来源不同，所以性质和组成的破点温度存在差异，对加氢法进行合理应用能够使航煤热化安定性得到有效提升。碱性氮和多环芳烃都能够对航煤热氧化安定产生影响，而且在高温环境下多环芳烃还会产生沉积物，而碱性氮具有颜色安定性较差的特点，所以容易产生有颜色的沉积物。

参考文献：

[1]曹宏伟，李月婷，王腾达，等. 煤直接液化油制备航空航天燃料的工艺研究[J]. 含能材料，2020，28（5）：376-381.