碱氮对喷气燃料水分离指数的影响

韩学军，张 艳，张宝森，王 勇，廉福义，李 杰

（1.驻中国石油锦西石化分公司军事代表室，辽宁 葫芦岛 125001；2.中国石油锦西石化分公司，辽宁 葫芦岛 125001）

喷气燃料是飞机发动机的专用燃料，因其特殊的应用场合，因此被列为石油产品中控制指标最多、质量要求最严格的产品之一[1]。喷气燃料在生产、储运过程中混入的微量水分若不分离，则在高空低温状态下极易导致燃料结冰，堵塞油路，从而使飞机失去动力,造成空难[2]。水分离指数是衡量油水分离能力的重要指标，3#喷气燃料产品执行国家标准GB 6537—2006, 该标准对水分离指数的要求是：未加抗静电剂时水分离指数不小于85，加入抗静电剂后水分离指数不低于70[3]。中石油锦西石化公司航煤加氢装置年产喷气燃料20万t，原料为南蒸馏（以加工辽河原油为主）常一线和北蒸馏（以加工大庆原油为主）常一线，2013年以来，加氢精制装置生产的喷气燃料加抗静电剂前水分离指数均能达到90以上，但添加抗静电剂后，水分离指数间歇出现低于70的情况，达不到加抗静电剂后水分离指数不低于70的标准要求。当时的处理方法是：将交库不合格的喷气燃料贮存沉降几天，待水分离指数合格后再出厂。2013年8～11月期间加氢装置大修，装置投产开工后，水分离指数不合格问题越发突出，检修后的近2个半月时间里，仅有2罐产品合格，严重影响了喷气燃料产量的完成。本文对锦西石化加氢喷气燃料水分离指数下降情况进行统计分析，从生产装置的原料、生产工艺、操作参数等方面确定水分离指数下降的影响因素，提出对策并组织实施，确保加氢喷气燃料质量合格稳定。

1 喷气燃料生产情况调查

1.1 喷气燃料的生产工艺简介

加氢装置以南、北蒸馏常一线混合油为原料生产3#喷气燃料，加工流程见图1。其中白土吸附工序是为了试验喷气燃料水分离指数影响因素临时增加的。

图1 喷气燃料生产流程图

1.2 喷气燃料质量情况调查

为了便于观察喷气燃料水分离指数的变化情况，查找其中的影响因素，我们将2013年5月以来喷气燃料生产划分成4个不同阶段：

第一阶段：2013年5～8月，生产处于大修前期，加氢装置加工南、北蒸馏常一线混合油，喷气燃料质量有波动，主要问题是水分离指数不合格，但经过贮存沉降，问题可以得到解决。

第二阶段： 2013年11月～2014年1月，处于大修后开车整改期，装置加工南、北蒸馏常一线混合油，喷气燃料水分离指数严重不合格，加入抗静电剂后由95降到50左右。

第三阶段：2014年2～4月，处于整改后的恢复期，主要加工北蒸馏常一线，部分喷气燃料水分离指数不合格。

第四阶段：2014年5月后，处于生产平稳期，装置提温，单独加工北蒸馏常一线，水分离指数完全合格。但装置负荷降低，效益损失大。

不同阶段合格喷气燃料的交库数量统计结果见表1。

表1 不同阶段合格喷气燃料罐次统计

从表1可见，在第二阶段装置开车整改期，只有2罐喷气燃料合格；第三阶段成品合格罐数有所提高；第四阶段喷气燃料质量完全合格，交库量达到第一阶段的正常水平。加氢装置处理量与喷气燃料交库量对比见表2。从表2可以看出，水分离指数不合格造成喷气燃料不能正常交库，严重影响了喷气燃料的正常生产。

表2 2014年2月～5月喷气燃料成品交库量对比

2 影响水分离指数的因素

2.1 碱性氮化物的影响

抗静电剂对喷气燃料水分离指数的影响已成共识[4]。通常情况下，采用加氢精制和白土吸附精制脱除喷气燃料中的某些杂质，可以使水分离指数在加剂前后保持稳定[5]，说明是由于喷气燃料含有某些杂质，与抗静电剂配伍后导致其水分离指数严重下降。通过对生产数据进行分析，证实喷气燃料所含的碱性氮化物是影响水分离指数的关键因素。

表3 喷气燃料经白土吸附前后水分离指数变化

从表3数据可以看出，ZnO对含氮化合物有一定的吸附作用，而对碱性氮化物没有吸附作用；白土对碱性氮化物具有较好的吸附作用，经白土吸附后加氢喷气燃料碱性氮化物质量分数由3.71μg·g-1降到0.67μg·g-1，水分离指数的稳定性大大提高。说明碱性氮化物是加入抗静电剂后影响水分离指数下降的关键因素。

对不同碱氮含量的加氢喷气燃料组分进行加剂试验，进一步验证碱性氮化物对水分离指数的影响，结果见表4。

表4 不同加剂量对喷气燃料水分离指数的影响

由表4看出，随着抗静电剂加剂量的增加，喷气燃料水分离指数发生变化。当喷气燃料碱性氮含量高时，随着加剂量增加水分离指数降低幅度较大；当喷气燃料碱性氮含量较低时，水分离指数受加剂量影响较小。

表3、表4的结果充分证明，喷气燃料水分离指数不稳定的关键因素是油品中碱性氮化物的存在，与抗静电剂（聚醚聚砜类物质）活性成分冲突，衍生出了新的表面活性物质，降低了油品中微量水的表面张力，从而增加了油水的乳化程度，大幅度降低了油水分离能力。

2.2 原料的影响

将2013年5月以来加氢原料油碱氮含量与加剂后喷气燃料水分离指数进行统计，结果见图2、图3。从图2可以看出，2013年5月至2014年6月，原料油碱性氮化物呈整体降低趋势，图3反映出产品水分离指数逐渐升高。对照图2、图3可以得出，喷气燃料水分离指数的升高与原料油碱氮含量降低有直接关系，也就是说，原料碱性氮化物含量直接影响喷气燃料加剂后水分离指数。

对锦西石化分公司南、北蒸馏常一线进一步分析得出，南蒸馏常一线碱性氮含量较高，达到12.9μg·g-1，北蒸馏常一线碱性氮含量较低，为2.7μg·g-1，当加氢装置同时处理两种原料时，喷气燃料加剂后水分离指数由90以上降到50左右，将南蒸馏常一线划出，只保留处理北蒸馏常一线，能够生产合格喷气燃料，其加剂后水分离指数稳定在90以上，这一事实证明加氢原料的碱性氮化物影响了喷气燃料水分离指数的稳定。

图2 2013年5月～2014年7月航煤加氢原料碱性氮含量变化情况

图3 2013年5月～2014年7月航煤水分离指数变化情况

2.3 加氢装置操作参数的影响

装置大修开工后喷气燃料水分离指数不达标，针对这一问题，对装置的加工流程和操作参数进行了部分调整，加氢装置反应器入口温度、反应空速变化情况见图4、5。从图4、5可以看出，2014年1月份，加氢装置的反应温度低（220～250℃之间变化）、空速高（1.3～2.0 h-1之间），与检修前的操作条件230℃，氢油比460，体积空速1.5 h-1相比，操作条件过于缓和，明显不利于加氢反应的进行。这期间水分离指数严重不合格与加氢操作条件缓和有直接关系。在装置开车初期，由于设备存在诸多问题，生产参数未调整到理想状态，致使加氢操作条件不能满足喷气燃料精制的需求，水分离指数不合格问题比较集中。

图4 2014年1月～6月航煤加氢装置反应入口温度变化情况

图5 2014年1月～6月航煤加氢装置反应空速变化情况

3 对策及效果评价

自喷气燃料质量出现问题以来，对生产装置加工流程和操作参数进行调整，在查找问题的同时保证喷气燃料合格出厂。

在加氢装置后过滤器前增设白土过滤，喷气燃料水分离指数可以达标，但颗粒白土只运行10天便吸附饱和，生产成本较高，至此停用白土过滤。调整加氢装置操作，将碱氮含量高的南蒸馏常一线划出，单独处理北蒸馏常一线，并将反应温度从230℃提高到250℃，喷气燃料水分离指数合格，但加氢装置负荷降低，效益损失大。众所周知，通过调整加氢操作参数，可以提高碱性氮的脱除率，从而提高喷气燃料水分离指数的稳定性，但从装置的实际情况来看，调整操作参数的效果并不理想，当处理南、北蒸馏常一线混合油时，加氢装置通过提高反应温度（最高到280℃），降低反应空速等一系列调整措施，航煤水分离指数仍不合格；最后只好将碱氮量高的南蒸馏常一线甩出，单独处理北蒸馏常一线，即便如此装置也必须通过提高反应温度才能生产出合格喷气燃料。由此可以看出，喷气燃料水分离指数不合格问题是出在加氢催化剂上，现用催化剂的脱碱氮性能较弱，达不到喷气燃料生产要求。要想从根本上解决问题，需选用脱氮选择性更高的催化剂。

4 结论

1) 加氢喷气燃料组分添加抗静电剂后水分离指数严重下降的影响因素是原料中携带的碱性氮化物。2) 航煤加氢装置处理含碱性氮化物较高的原料时，为确保喷气燃料水分离指数合格，需要选用脱氮性能更好的加氢催化剂。

[1] 马永旭，张波，李若愚，等.喷气燃料水分离指数影响因素研究[J].石油商技，2012，30(1)：80-83.

[2] 张冬梅，张怀安，曹文杰，等.喷气燃料热安定性对飞机发动机的影响[J].航空制造技术，2008(13)：91-93.

[3] 顾静，杜艳玲.新型抗静电剂T-1502在航煤生产中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012(8).

[4] 胡雁，张怀安，郑晔，等.抗静电添加剂在喷气燃料中的应用研究[J].石油化工应用，2010，29(10)：4-5.

[5] 田宏斌.喷气燃料加抗静电剂后水分离指数下降原因分析及对策[J].石油炼制与化工，2012，43(10)：73-76.