绿色SAF 生物航空煤油工艺路线研究

0 引言

传统航空燃料依赖化石资源，易受地缘政治和供应链波动影响，SAF作为替代传统航空煤油的绿色燃料，可减少对进口燃料的依赖，助力实现航空行业的脱碳目标。但绿色 SAF 成本约为传统航煤的 2.5 倍，规模化生产面临原料供应、技术成熟度和成本控制难题，目前全球SAF 产量仅数十万吨，远低于军事航空需求的上亿吨规模。本文主要探讨绿色SAF 生物航空煤油的开发与工艺路线，重点分析其生产过程中的关键技术，旨在推动绿色能源在航空领域的实际应用，为实现“ 双碳” 目标和国防安全贡献力量。

1 绿色 SAF 概述

SAF 燃料主要由可再生原料制作，来源多样，既可以是二手食用油、生活垃圾和能源作物等生物燃料，也可以是从空气或工业排放物中捕获的二氧化碳制成的合成燃料。与传统航空燃料相比，SAF 燃料可在全生命周期内减少约 80% 的碳排放，被视为保证燃料持续供应的良好解决方案，而且已研制出的SAF 燃料能够与煤油完全混合，最高比例可达 50% ，且无需对飞机或发动机进行改造，也不会对飞机运行和维护产生不利影响。

2 绿色 SAF 生物航空煤油生产工艺路线

2.1 背景技术

绿色SAF 生物航空煤油的生产依赖于生物质原料，利用其过程中二氧化碳被循环吸收并通过光合作用得到重新利用，符合碳循环理念。现有的生物质气化费托合成法和生物质丁醇法虽然能在烃类燃料的生产中取得成果，但都面临工艺复杂、投入高等问题。所以采用生物油脂通过加氢裂化及异构化反应的“ 两步法” 成为一种有效的解决方案。

2.2 优化需求

（1）基于现有的“ 两步法” 生产技术，原料的选择至关重要，生物油脂种类可选择单一或混合应用，包括植物油、动物油、废弃油等。为提高原料利用率，采用不同油类的组合使用可以进一步提升生产效率；（2）加氢裂化中可能出现的环境污染、设备堵塞等问题，需要通过设备技术创新来优化。比如配置先进的福斯反应器循环泵能改善材料混合效率，提高反应过程的稳定性；（3）加强如ZSM-22 分子筛催化剂的改性与处理的固体催化剂的应用，可以提高脱氧效率并优化产品质量。

2.3 技术方案

（1）原料准备与初步处理

选择合适的混合生物油脂（植物油、动物油和废弃油脂进行混合），并对其进行去除杂质、脱水和脱酸的预处理，以确保原料的纯净性和催化反应的顺利进行。预处理后的油脂可与溶剂正辛烷混合，增加反应的流动性，便于后续的加氢裂化。

（2）加氢脱氧反应

将预处理后的生物油脂和正辛烷混合液与氢气一起投入到加氢裂化反应器中。反应器内使用 Pt/ZSM-23 通过加氢脱氧反应去除生物油中的氧分子，生成生物质脱氧油。

（3）加氢裂化异构化反应

在脱氧油基础上，进行加氢裂化异构化反应。此反应的目的是使生物质油中的烷烃分子链发生异构化，优化其熔点、流动性和粘度，以达到航空煤油所需的性能标准。该步骤使用的是Pt/SAPO-11，同时调整反应器的流速和氢气与原料的比例，以确保异构化反应的高效进行。

（4）气液分离与氢气回收

在加氢裂化异构化反应后，混合产物通过气液分离器分离出气体和液体产物。气体产物经过氢气回收装置回收，以供后续反应循环使用。液体产物则进入常压蒸馏装置进行初步分离，从而去除轻质烃和杂质。

（5）精馏分离与成品制备

精馏分离过程中，通过常压蒸馏与减压蒸馏相结合的方式，将不同沸点的成分分离开来。最终，经过精细分离的液体产物即为绿色SAF 生物航空煤油，符合国际航空燃料标准（如Jet A-1 和RP-4）。在这一阶段，特别注意确保馏分的温度控制和分离效率，确保产品的高纯度与稳定性。

2.4 实施措施

为实现该绿色SAF 生产工艺路线，首先需要安装并调试一系列设备。具体设备包括固定床反应器、气液分离器、常压和减压蒸馏装置、氢气回收装置，以及福斯反应器循环沸腾泵。工作人员需要确保反应器内的混合物得到充分循环和加氢处理，避免因材料不均而导致的反应效率低下。对于催化剂的选择，确保使用高效的金属催化剂，并且进行必要的前期处理；其次，在进行加氢裂化异构化反应时，需精确控制氢气与原料的摩尔比、温度、压力等参数，以保证烷烃的高效转化。生产过程中，还需对生成的生物航空煤油成分进行采样并通过GC-MS 进行分析，确保其符合RP-4 与Jet 标准的要求。

2.5 注意事项

尽管该工艺路线在绿色SAF 生物航空煤油的生产中能够有效规避传统工艺中的一些问题，但在实际应用过程中，仍需注意以下几个方面：（1）设备安装过程中，尤其是福斯14000-450 PR 反应器循环沸腾泵的安装，可能会因技术、资金或管理等问题导致反应中断或循环泵失效，需对设备进行定期维护与检查；（2）在加氢裂化过程中，必须确保材料的混合均匀性，并注意避免产生过多副产物；（3）虽然该工艺已显著降低了生产中的碳排放，但仍需进一步优化生产流程，减少对环境的潜在影响。

3 结论

总而言之，本文探讨了绿色SAF 生物航空煤油的生产工艺路线，基于生物油脂作为原料，通过加氢裂化及异构化反应实现高效转化尽管该工艺方案表现出较高的生产效率和环保性，仍需在设备运行和催化剂处理等环节中进一步优化，以确保稳定生产和降低成本。

参考文献：

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