对加氢工艺生产的出口航煤质量分析与研究

牟明仁,王群威,李百舸,张默威,杨春光,王国彤

(1.大连海关，辽宁 大连 116001；2.宁波海关，浙江 宁波 315012；3.中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司，辽宁 大连 116032)

炼油能力的提高，促进了成品油出口量的增加。2017年航空煤油(以下简称航煤)出口量突破了千万吨大关[1]。与汽油、柴油、燃料油等产品一道，是我国多年的大宗进出口商品[2-13]。由大连港装船出口的航煤是由加氢精制与加氢裂化工艺加工而成的，产品远销东南亚及周边国家和地区。由于每批次出口的航煤因原料来源、加工工艺的变化，生产出来的航煤产品质量也不同。为了解出口航煤的质量情况，我们对多年来出口航空煤油的检验结果进行了分析、研究，为把关服务做到心中有数提供理论依据。

1 检验结果的来源与统计

出口航煤的检验项目近30项。通常分为外观、组成、挥发性、流动性、燃烧性、腐蚀性、安定性、洁净性、电导性和润滑性等几大类。从2011年至2018年数百批样品的检验结果中，选取了具有代表性的10批次检验结果作为分析研究的对象。其中1号为2011年检验结果 （下同）、2号为 2012年、3号为2013年、4号为 2014年、5号为 2015年、6号为2016年、7号与 8号为 2017年，9号与 10号为2018年。

表1是对所选10批次出口航煤相同项目中检验结果数值变化较大的数据统计。

2 检验结果处理

处理结果见表2，包括统计项目中检验结果的最大值、最小值、平均值及极差值。

3 分析与讨论

随着批次的不同，表1相同项目的检验结果也发生变化，表2各项目中的最大值、最小值、平均值及极差值也不同。不同结果对航煤的质量有着不同影响。

3.1 航煤生产工艺

表1中3号的航煤完全是由加氢精制工艺生产而来，相比其它批次由加氢精制与加氢裂化调合而成的航煤燃料，其密度、硫含量、硫醇性硫、初馏点、闪点、冰点、运动粘度、萘系烃含量等数值都相对较低，终馏点、能量密度热值相对高或较大。有利于燃料的燃烧性、蒸发性、流动性、蚀腐性。

3.2 燃烧性

通常热值高、易启动、燃烧稳定与完全、积炭小是喷气发动机对燃料的首要要求。

1）燃料中的热值、密度大小主要取决于其化学组成，与芳烃含量及终馏点直接相关。如表1中9号的15℃密度最大，为803.0kg/m3，相应的芳烃体积分数及终馏点值也最大，分别为18.3%和268.0℃，对应的热值则最小，为43.303MJ/kg；2号的15℃密度最小，为786.7kg/m3，相应的芳烃体积分数及终馏点值也最小，分别为16.0%和231.6℃，对应的热值则最大，为43.380MJ/kg。与密度大、其芳烃含量和终馏

点温度都相对高，对应的能量容积大、能量密度小理论相印证[14-15]。

表1 出口航煤检验结果数据统计

表2 检验结果处理

由表2知，出口燃料15℃密度的平均值为796.4kg/m3、平均芳烃体积分数为17.1%、平均热值为 43.298MJ/kg。远大于合同 15℃密度不小于775.0kg/m3、热值不小于42.80MJ/kg的要求。满足了飞机发动机推力和飞行航程的需求。对民航而言，多采用高密度高能量容积，即低能量密度的油料更好。

2）燃料的蒸发性与初馏点、10%回收温度紧密相关；初馏点、10%回收温度低的燃料蒸发性就好。由表2知，10%回收温度最大值为176.8℃、最小值为 165.6℃、平均值为170.8℃、极差值为 11.2℃，远低于10%回收温度不高于205℃的合同指标要求。对燃料与空气迅速形成均匀的混合气，并能连续、稳定、完全的燃烧是非常有利的。

3）合同规定-20℃下的运动粘度不大于8mm2/s。由表2知，粘度最大值为4.382mm2/s、最小值为3.168mm2/s、 平 均 值 为 3.914mm2/s、 极 差 值 为1.214mm2/s。以上结果为防止粘度过大使雾化与液滴形态的分布不良而导致燃烧的不稳定、不完全，为防止粘度过小时，喷射角大、射程短而易引起局部过热和加大燃料泵的磨损，为确保低温时有良好的流动性均提供了保证。

5）烟点与萘系烃含量是控制积炭性能的指标，其值与化学组成相关,特别是与芳烃含量高低有直接关联。如表1中芳烃含量较高的1号、9号，芳烃体积分数分别为18.0%、18.3%，对应的萘系烃体积分数与烟点值分别为 1.10%、1.07%和 22.5mm、22.0mm；萘系烃含量较低的2号、5号，芳烃体积分数为16.0%、16.4%，对应的萘系烃体积分数与烟点值分别为0.40%、0.76%和24.5mm、24.0mm。这基本与燃料中芳烃、萘系烃含量较高，烟点值较小，反之就大的规律相吻合的。而烟点值小，芳烃、萘系烃含量较高的燃料，燃烧时易于生成较多、直径较大的碳类，吸附在喷嘴等处影响雾化效果，使燃烧过程变坏[14-15]。上述结果虽然小于合同中烟点不小于25mm的规定，但符合合同关于烟点最小19mm时，萘系烃体积分数不大于3.00%的规定。为控制燃料燃烧时产生更多积炭起到了良好的作用。

3.3 安定、流动、润滑、清洁性、抗腐蚀性

好的燃料，离不开良好的安定、流动、润滑、清洁性。其中:

1）作为燃料最重要的性能指标之一，需要储存安定性与其热安定性都好，因为:

a、燃料中如果含有少量的烯烃、带不饱和侧链的芳香烃以及非烃等不安定组，会使胶质、酸值的值增大、颜色变深，影响燃料的储存安定性。因为形成的可溶性胶质及不可溶颗粒物会堵塞燃油过滤器或限制小口径管道的流动[14]。所以合同规定实际胶质不大于7mg/100mL、酸值不大于0.015mgKOH/g及赛波特颜色不小于+20的要求。从实际检验结果看，实际胶质通常为1.0mg/100mL、酸值为0.001mg KOH/g、赛波特颜色为+30的，都符合合同要求。

b、加氢工艺将燃料中因受热时最易先氧化的硫、氮、氧等非烃化合物除去，使不饱和烃变为饱和、部分芳香烃转化为环烷烃,减少了因发生氧化、热分解、聚合等化学变化而生成可溶与不可溶的固体胶质，降低堵塞管路、过滤器、喷嘴等部件的发生几率,提高了热交换器的效能，极大提高燃料的热氧化安定性[16]。由表2知，采用JFTOT试验法对燃料的热氧化安定性实际检测结果为:热安定性（260℃）的压力降为2mmHg（266.6Pa）、管壁评级为小于1且无孔雀蓝色或异常颜色沉淀物，远低于合同:热安定性（260℃）的压力降不大于 25mmHg（3332.5Pa）、管壁评级为小于3且无孔雀蓝色或异常颜色沉淀物的规定要求。

2)燃料的低温流动性与冰点值相关，合同规定冰点不高于-47℃。由于不同批次出口燃料的组分不同，其冰点值也不同。由表2知，出口燃料冰点最大值为-51.0℃、最小值为-55.0℃（实际结果中有的小于-55.0）、平均值为-53.0℃、极差值为 4.0℃，都远低于合同规格要求，为保证燃料在高空低温下的良好流动性提供了保障。

粘度值大小也影响燃油系统的压降；粘度大，管线压降就越大。表1粘度结果即满足了燃料燃烧性的要求，也保证了燃料在低温下的流动。

3)燃料的润滑性好坏对发动机高压油泵及飞行安全极为重要。加氢精制工艺生产出来的燃料则往往将原油自带的、可提供润滑性的含硫、氧、氮等非烃化合物脱除，提高了油品的燃烧性与安定性，同时对燃料的润滑性产生一定影响[17]。由于出口燃料中都添加一定量的抗磨添加剂，从而保证了燃料对喷气发动机高压油泵等部件的润滑性。燃料的润滑性能通常用磨痕直径的大小来考量。由表2知，出口燃料磨痕直径最大值为0.71mm、最小值为0.65mm、平均值为0.68mm、极差值为0.06mm，低于合同规定磨痕直径不大于0.85mm的要求。

4）保持燃料有良好的洁净性，必须对燃料中的杂质、水分、细菌及表面活性物质进行严格控制。在生产、运输、储存等过程中产生或带入的铁锈等固体杂质、纤维等悬浮物及其它不溶于油品的外来物质，是构成固体颗粒污染的主体。

与洁净性相关的项目主要有颗粒污染物、实际胶质、水分离指数和外观。实际胶质如本节1)a所述，合同要求颗粒污染物不大于1.0mg/L，实际检验最大值为0.57mg/L、最小值为0.51mg/L、平均值为0.40mg/L、极差值为0.17mg/L；未加入和加入抗静电剂的水分离指数值通常为96～99、分别满足不小于85与不小于70的质量指标要求；外观为常温下清澈透明、目视无不溶解水及固体物质。相比而言，用固体颗粒污染物能更加准确够判定燃料的污染程度，外观采用人工目测可能会产生较大偏差。

5)由表2知，出口燃料中的硫质量分数最大值为都小于0.143%、最小值为0.025%，平均值0.0766%、极差值为0.118%，符合合同规定硫质量分数不大于0.30%的要求。由于燃料都是由加氢精制与加氢裂化工艺生产而来，极大降低燃料中硫等化合物的含量，使燃料中的硫醇性硫质量分数都小于0.0003%，不仅满足合同硫醇性硫质量分数不大于0.0030%的规定要求，也对改善其腐蚀性具有很大帮助，为腐蚀性考核指标铜片腐蚀始终为1a，确保铜片腐蚀不大于1的指标要求而提供了保证。

3.4 安全性

闪点与电导率是涉及燃料安全性的主要检验项目。为保证燃料在供油系统中不产生气阻、在储存、运输、加油及飞机飞行时不易着火或不易发生静电而发生火灾，都希望闪点值高、电导率保持在安全值以上。如果燃料中闪点、电导率值低，应用时危险性就大。在表1中，闪点的最大值为48.0℃、最小值为41.5℃、平均值为45.0℃、极差值为6.5℃，符合合同闪点不低于38℃要求。

由于电导率在储存时受储存介质、温度、微量水、过滤介质等影响而衰减。如例1分别在白色、棕色玻璃瓶，镀环氧树脂、镀聚四氟乙烯铁桶中储存1个月的喷气燃料，电导率衰减率分别为26.76%、23.94%、20.79%和 17.56%；例2的样品储存在不同容器中，30天后的衰减率分别为:白色瓶中为52.3%,棕色瓶中为41.8%，铁罐中只有18.9%[18]。说明样品与条件不同，衰减率是不一样的。表2电导率的最小值为210pS/m，远大于合同规定20℃下电导率下限不小于50pS/m的要求；平均值为310pS/m还是比较合理的，为保证安全，防止因电导率衰减而导致静电放电酿成火灾事故发生，电导率保持一定的余量还是有十分必要的。

4 结语

采用加氢工艺生产的出口航煤，密度大、热值、闪点、水分离指数等数值高，冰点、硫醇性硫、固体颗粒污染物、磨痕直径等项目数值低，馏程、粘度、电导率等数值合理，赛波特颜色、胶质、酸值、铜片腐蚀等值稳定，各项目的检验结果都符合合同规格要求。以上结果为保证出口航煤燃料具有良好的燃烧性、蒸发性、安定性、润滑性、流动性、抗腐蚀性、清洁性和安全性起到了积极的保证作用。