噴氣燃料絮狀懸浮物的形成機(jī)理探討

袁祥波，陳學(xué)軍，熊 云

(1.總裝軍械技術(shù)研究所，石家莊 050000；2.解放軍后勤工程學(xué)院軍事油料應(yīng)用與管理工程系)

噴氣燃料絮狀懸浮物的形成機(jī)理探討

袁祥波1，陳學(xué)軍1，熊 云2

(1.總裝軍械技術(shù)研究所，石家莊 050000；2.解放軍后勤工程學(xué)院軍事油料應(yīng)用與管理工程系)

采用顯微鏡觀察、能量色散X射線分析(EDX)、原子發(fā)射光譜元素分析等手段對噴氣燃料中的懸浮物進(jìn)行鑒定，并結(jié)合Amorphothecaresinae真菌(特征真菌)在噴氣燃料中的生長情況，探討噴氣燃料絮狀懸浮物的形成機(jī)理。最終得出噴氣燃料中的絮狀懸浮物是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果：罐底特征真菌菌絲、外界纖維、顆粒雜質(zhì)等均參與了絮狀懸浮物的生成。

噴氣燃料 懸浮物 真菌 機(jī)理

近年來地處南方地區(qū)的洞庫中長期儲(chǔ)存的噴氣燃料出現(xiàn)了大量絮狀懸浮物，影響了噴氣燃料的潔凈度[1-3]。噴氣燃料在入庫接收化驗(yàn)時(shí)合格，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增長，絮狀懸浮物的問題日漸突出。研究表明，噴氣燃料中Amorphothecaresinae真菌(特征真菌，即噴氣燃料中的主要污染菌)與絮狀懸浮物的形成密切相關(guān)[4-6]。在此基礎(chǔ)上分析儲(chǔ)存噴氣燃料中絮狀懸浮物的性質(zhì)，對于探究絮狀懸浮物形成機(jī)理、提高油料保障能力，具有重要意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料與儀器

原料：含有絮狀懸浮物的A油庫71號罐底部噴氣燃料油樣，Amorphothecaresinae真菌菌落。

儀器：奧林巴斯公司BX41型光學(xué)顯微鏡，Genesis Apex公司EDAX型能量色散X衍射分析(EDX)儀，日立公司S-3700N型掃描電子顯微鏡，SPECTRO公司GENESIS型等離子體原子發(fā)射光譜儀，EMCEE Model 1140型水分離指數(shù)測定儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 懸浮物形貌分析 將噴氣燃料油樣搖勻、靜置，待燃料不再擾動(dòng)后觀察噴氣燃料中污染物的外觀形貌。

使用0.45μm濾膜真空抽濾系統(tǒng)過濾500 mL噴氣燃料，噴氣燃料中的全部污染物會(huì)殘留在濾膜片上，在光學(xué)顯微鏡下觀察污染物的微觀結(jié)構(gòu)。

移液管移取底部樣中的懸浮物置于顯微鏡下觀察，得到懸浮物的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.2 懸浮物元素組成測定 首先進(jìn)行懸浮物EDX元素分析。將1.2.1中濾膜過濾得到的污染物在電子顯微鏡下觀察，并進(jìn)行EDX元素分析，鑒別其元素組成。

然后進(jìn)行污染物的ICP金屬元素分析。將污染物小心刮下，用濃硝酸溶解，使用等離子體原子發(fā)射光譜儀對溶解后的試液進(jìn)行金屬元素分析。設(shè)置等離子體原子發(fā)射光譜儀工作參數(shù)：氬氣進(jìn)氣壓力0.8 MPa，氮?dú)膺M(jìn)氣壓力0.4 MPa，等離子體功率1 400 W，冷卻氣流量13 L/min、輔助氣流量0.8 L/min、霧化氣流量0.9 L/min。

1.2.3 特征真菌在噴氣燃料中的生長 將特征真菌菌落直接放入含有噴氣燃料的錐形瓶中，加入1 mL去離子水，構(gòu)建成燃料-水-菌落體系[4]，使真菌在噴氣燃料中生長，觀察特征真菌在噴氣燃料中存活情況。

取噴氣燃料中生長的特征真菌于顯微鏡下，觀察其菌絲、孢子結(jié)構(gòu)。在裝有噴氣燃料的錐形瓶中加入足量的去離子水，放入特征真菌菌落，構(gòu)建新的燃料-水-菌落體系。經(jīng)過一段時(shí)間的生長后，劇烈搖晃錐形瓶，使用水分離指數(shù)測定儀測定該體系中噴氣燃料的水分離指數(shù)，并與原噴氣燃料作對比。

2 結(jié)果與討論

2.1 懸浮物形貌

噴氣燃料中污染物的外觀形貌如圖1所示。由圖1可知：噴氣燃料中有兩種污染物，一種為底部沉積物，一般較大，易沉淀在底部；另一種為絮狀懸浮物，呈暗棕色，靜止時(shí)絮狀物團(tuán)聚達(dá)1 cm左右，搖晃后團(tuán)聚物分散，呈細(xì)小絮狀物飄散到油中。

圖1 罐底部噴氣燃料中懸浮物的外觀形貌

使用0.45μm濾膜過濾得到的污染物在光學(xué)顯微鏡下的微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可知，濾膜片上殘留的物質(zhì)分3種：第一種為顆粒狀物，含量相對較少，可能為外界機(jī)械雜質(zhì)、鐵銹、膠質(zhì)等物質(zhì)組成；第二種為細(xì)微毛狀物質(zhì)，尺寸極小，直徑在5μm左右，含量較多，結(jié)合圖1中出現(xiàn)的絮狀懸浮物，分析該物質(zhì)為儲(chǔ)存噴氣燃料中大量存在的絮狀懸浮物在經(jīng)過濾膜過濾時(shí)分散、平鋪，從而形成了的分散的細(xì)微毛狀物質(zhì)；第三種為纖維狀物，尺寸較大，結(jié)構(gòu)簡單，含量較少。

圖2 濾膜片濾膜過濾得到的懸浮物的微觀形貌

通過沉降富集得到的懸浮物在顯微鏡下微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖3可知：噴氣燃料中的纖維狀和絮狀兩種懸浮物微觀結(jié)構(gòu)、尺寸相差較大，在顯微鏡下容易區(qū)分。纖維狀懸浮物為肉眼可見的單獨(dú)、不聚集的懸浮物，其主體結(jié)構(gòu)特征及尺寸類似于天然纖維，其中勾連有其它細(xì)微毛狀物質(zhì)；絮狀懸浮物即圖中大量存在的細(xì)微毛狀物質(zhì)，在噴氣燃料中會(huì)聚集存在，每一簇絮狀物均由成千上萬根細(xì)微絲狀物組成，它們互相交融、團(tuán)聚在一起，且尺寸極小，其直徑約為纖維狀懸浮物直徑的1/10，結(jié)構(gòu)特征及尺寸類似于微生物菌絲。

圖3 噴氣燃料中絮狀懸浮物顯微鏡照片

2.2 EDX元素分析結(jié)果

在電子顯微鏡下觀察濾膜上的顆粒狀污染物，并作EDX元素分析。顆粒狀污染物的微觀結(jié)構(gòu)和EDX元素分析結(jié)果如圖4、圖5和表1所示。

圖4 儲(chǔ)存噴氣燃料中顆粒狀污染物的電鏡照片

圖5 對圖4矩形部位EDX分析結(jié)果

元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),%摩爾分?jǐn)?shù),%C12.2931.30O15.1728.99Fe72.5439.72

由圖4、圖5及表1可知：顆粒狀污染物直徑3～5μm，含有較多的Fe、O元素，且n(Fe)∶n(O)=39.72∶28.99=1.37，說明該污染物中可能含有鐵銹；C元素的存在說明該該污染物中可能含有膠質(zhì)。

采用濾膜過濾的方法得到71號罐底部噴氣燃料中的懸浮物，溶解在濃硝酸液中的懸浮物的金屬元素含量見表2。

表2 儲(chǔ)存噴氣燃料中懸浮物的金屬元素及含量

由表2可知：噴氣燃料懸浮物中含有多種金屬元素，其中Fe，Ca，Na較多，這些金屬元素來源于噴氣燃料底部污染物中的鐵銹、塵土等雜質(zhì)。

2.3 特征真菌在噴氣燃料中的生長

將特征真菌放入到燃料-水-菌落體系中后，發(fā)現(xiàn)其能夠在噴氣燃料中存活，且生長狀況良好，連續(xù)監(jiān)測20天，得到特征真菌的長勢如圖6所示。

圖6 特征真菌在噴氣燃料中的存活情況

取圖6中的特征真菌置于顯微鏡下，觀察其菌絲、孢子結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 噴氣燃料中生長的特征真菌的光學(xué)顯微鏡照片

由圖7可知：特征真菌在噴氣燃料生長時(shí)，菌絲結(jié)構(gòu)變得雜亂，分支結(jié)構(gòu)不明顯；孢子不僅局限于菌絲頂端，而是出現(xiàn)在各個(gè)位置，有的也會(huì)隨燃料的流動(dòng)而飄散?？傮w來說，在噴氣燃料生長的真菌菌絲，其形貌、尺寸與圖3中噴氣燃料中的絮狀懸浮物類似。

測量特征真菌代謝前后燃料的水分離指數(shù)，得到特征真菌代謝對噴氣燃料水分離指數(shù)的影響，結(jié)果見表3。

表3 特征真菌代謝對噴氣燃料水分離指數(shù)的影響

由表3可知，特征真菌代謝后的噴氣燃料水分離指數(shù)降低。因?yàn)樘卣髡婢趪姎馊剂现写x會(huì)產(chǎn)生表面活性物質(zhì)。文獻(xiàn)[7-8]中提到，噴氣燃料中的表面活性物質(zhì)會(huì)影響燃料性能，降低噴氣燃料的表面張力，從而導(dǎo)致懸浮物的生成。

2.4 懸浮物的生成機(jī)理探討

由以上可知，特征真菌與噴氣燃料中懸浮物的形成密切相關(guān)。結(jié)合儲(chǔ)存噴氣燃料中懸浮物的微觀結(jié)構(gòu)(圖3)，及特征真菌在噴氣燃料中生長時(shí)的菌絲微觀結(jié)構(gòu)(圖7)，對懸浮物的生成機(jī)理進(jìn)行探討。

圖3中懸浮物與圖7中特征真菌菌絲的形貌、結(jié)構(gòu)、尺寸相類似，由此推測懸浮物的生成機(jī)理為：

(1) 儲(chǔ)存中噴氣燃料中存在有特征真菌等微生物，在罐底含水時(shí)微生物會(huì)在有水界面大量繁殖，大量的菌絲死體相互纏繞，產(chǎn)生可見懸浮物，漂浮在油中。

(2) 特征真菌在噴氣燃料中代謝會(huì)產(chǎn)生表面活性物質(zhì)影響燃料性能，降低噴氣燃料的表面張力，增加油水混合，會(huì)對懸浮物的生成起促進(jìn)作用。

(3) 尺寸相對較大的纖維也參與組成懸浮物，纖維能把已經(jīng)纏繞成團(tuán)的絮狀懸浮物勾連到一起，而形成更大的絮狀懸浮物。

(4) 小顆粒物質(zhì)吸附在特征真菌菌絲形成的懸浮物上，這些小顆粒物可能為燃料中的顆粒雜質(zhì)、塊狀膠質(zhì)等，其本身具有粘附作用，會(huì)被由微生物菌絲及纖維構(gòu)成的絮狀懸浮物吸附。

綜上所述，儲(chǔ)存噴氣燃料中的絮狀懸浮物是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果：罐底特征真菌菌絲、外界纖維、顆粒雜質(zhì)等均參與了絮狀懸浮物的生成。

3 結(jié) 論

(1) 儲(chǔ)存中噴氣燃料中存在有特征真菌等微生物，在罐底含水時(shí)微生物會(huì)在有水界面大量繁殖，大量的菌絲死體相互纏繞，產(chǎn)生可見懸浮物，漂浮在油中。

(2) 特征真菌在噴氣燃料中代謝會(huì)產(chǎn)生表面活性物質(zhì)影響燃料性能，降低噴氣燃料的表面張力，增加油水混合，會(huì)對懸浮物的生成起促進(jìn)作用。

(3) 尺寸相對較大的纖維也參與組成懸浮物，纖維能把已經(jīng)纏繞成團(tuán)的絮狀懸浮物勾連到一起，而形成更大的絮狀懸浮物。

(4) 小顆粒物質(zhì)吸附在特征真菌菌絲形成的懸浮物上，這些小顆粒物可能為燃料中的顆粒雜質(zhì)、塊狀膠質(zhì)等，其本身具有黏附作用，會(huì)被由微生物菌絲及纖維構(gòu)成的絮狀懸浮物吸附。

[1] 熊云，許世海，劉曉，等.油品應(yīng)用及管理[M].2版.中國石化出版杜，2008：100-101

[2] 胡銳.噴氣燃料產(chǎn)生懸浮物的原因及預(yù)防措施[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2006，24(1)：43-45

[3] 鄭海，鄭漢忠.噴氣燃料懸浮物產(chǎn)生原因探討及對策[J].煉油技術(shù)與工程，2003，33(4)：52-54

[4] 袁祥波，胡啟文，熊云，等.儲(chǔ)存噴氣燃料中特征真菌的鑒定與其生長特性[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，30(1)：59-63

[5] 熊云，袁祥波，劉曉.儲(chǔ)存噴氣燃料中懸浮物與真菌的相關(guān)性研究[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工)，2014，3(4)：743-747

[6] Zhang Jian，Zhu Zhinan，Wang Xiaofeng.Biodetoxification of toxins generated from lignocellulose pretreatment using a newly isolated fungus，amorphothecaresinaeZN1，and the consequent ethanol fermentation[J].Biotechnology for Biofuels，2010，26(3)：1-15

[7] 南國枝，范維玉，孫建章，等.聚丙烯酰胺對噴氣燃料中懸浮物形成的影響[J].石油煉制與化工，2006，37(1)：59-62

[8] 許世海，熊云，劉曉.液體燃料的性質(zhì)及應(yīng)用[M].北京：中國石化出版社，2010：142

FORMATION MECHANISM OF SUSPENDED MATTERS IN JET FUEL

Yuan Xiangbo1， Chen Xuejun1， Xiong Yun2

(1.OrdnanceTechnologyInstitute，Shijiazhuang050000；2.DepartmentofOilApplication&ManagementEngineering，LogisticsEngineeringInstitute)

The microscope， energy dispersive X-ray spectroscope (EDX) and ICP were used to analyze the composition of suspended matters in jet fuel. Combined withAmorphothecaresina’s (typical fungus)growth in jet fuel， the formation mechanism of suspended matters was proposed. It is concluded that the flocculent suspended matter in jet fuel is the outcome of multiple factors. The fungus， fibre and particulate impurities all participate in the formation of suspended matters.

jet fuel； suspended matters； fungus； mechanism

2015-04-29； 修改稿收到日期： 2015-06-08。

袁祥波，碩士，主要從事油品應(yīng)用研究工作。

熊云，E-mail：xy0000001@sina.cn。