航空生物燃料與《ASTM D7566-16》相關(guān)性分析

孫元寶，邱貞慧

（空軍勤務(wù)學(xué)院航空油料物資系，江蘇徐州 221000）

航空生物燃料與《ASTM D7566-16》相關(guān)性分析

孫元寶，邱貞慧

（空軍勤務(wù)學(xué)院航空油料物資系，江蘇徐州 221000）

對(duì)當(dāng)前航空生物燃料的研究與使用情況進(jìn)行了分析，研究了航空生物燃料與美國試驗(yàn)材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D7566之間的關(guān)系，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求的內(nèi)容進(jìn)行了相關(guān)性研究，指出了現(xiàn)有航空生物燃料與要求指標(biāo)之間存在的差距，對(duì)下一步我國航空生物燃料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立具有重要的借鑒意義。

航空生物燃料；D7566；相關(guān)性

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的燃料基本上是石油通過精煉而得到的，如我國的3號(hào)噴氣燃料，美軍的JP-8，俄羅斯的TC-1，民航系統(tǒng)的JET A-1等。這些燃料主要是煤油型的噴氣燃料，其來源廣泛，價(jià)格便宜，燃燒性能好，非常適用于現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)。由于石油資源為一次性能源，而且在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳溫室氣體，對(duì)環(huán)境的影響越來越不可忽視，歐盟早在2009年就提出了“綠色天空計(jì)劃”，旨在大幅度降低航空業(yè)帶來的碳排放問題。因此，航空生物燃料現(xiàn)在已經(jīng)成了航空業(yè)減少碳排放的一個(gè)重要手段。從2008年起，航空生物燃料在英國、美國、中國、德國等國家已經(jīng)開展了實(shí)際應(yīng)用研究，目前部分航空公司已經(jīng)將航空生物燃料投入到了正式航線運(yùn)營中。

航空生物燃料主要是以動(dòng)植物油脂或農(nóng)林生物質(zhì)等為原料，采用加氫法或費(fèi)托法合成生產(chǎn)，產(chǎn)品主要由C9～C16異構(gòu)烷烴、正構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴組成，無硫、無芳烴，性質(zhì)與傳統(tǒng)化石航空煤油相當(dāng)，部分指標(biāo)甚至?xí)鼉?yōu)越。根據(jù)測(cè)算，航空生物燃料在生產(chǎn)和使用的全過程中，溫室氣體排放量僅為0.5 kg/kg～1.8 kg/kg，低于化石航煤的3.15 kg/kg，減排的效果非常明顯。美國于2009年單獨(dú)起草了ASTM D7566《含合成烴類的航空渦輪燃料的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)》[1]，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)合成航空生物燃料的組成與性能進(jìn)行了規(guī)范，目前最新版本為ASTM D7566-16。生物燃料等合成烴類燃料在使用中必須滿足現(xiàn)行的噴氣燃料規(guī)范，重點(diǎn)在能量密度、燃料性能、穩(wěn)定性、潤滑性、流動(dòng)性、氣化特性、抗腐蝕性、清凈性、材料相容性、安全特性等各個(gè)方面進(jìn)行全面考察[2，3]，然后再進(jìn)行使用。目前通用的做法是將生物燃料按一定比例與普通石油基噴氣燃料相混合，混合后的燃料在滿足現(xiàn)有噴氣燃料規(guī)范后即可使用。美軍試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)的ASTM D7566標(biāo)準(zhǔn)正是基于這一思想而制定的。

1 ASTM D7566-16規(guī)范簡介

1.1 總體要求

美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)制定的ASTM D7566《Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons（含合成烴的航空渦輪燃料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范）》2009年以來進(jìn)行了多次調(diào)整，目前最新版本為2016a，是一個(gè)美國國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范明確說明：主要覆蓋范圍包括含有合成烴與傳統(tǒng)燃料相混合組分的航空渦輪燃料。

該規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要適用于以下批處理的燃料。

滿足標(biāo)準(zhǔn)D7566規(guī)定中的表1要求生產(chǎn)的含合成烴的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，只要滿足D1655（主要規(guī)定了JET A和JET A-1）的要求，就應(yīng)當(dāng)被視為滿足D1655標(biāo)準(zhǔn)的航空渦輪燃料（即與JET A和JET A-1一樣對(duì)待）。而且一旦燃料滿足D1655標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)燃料有關(guān)于D7566的特殊性要求都不再適用，而且任何的重新檢驗(yàn)都應(yīng)當(dāng)與D1655的標(biāo)準(zhǔn)中表1的規(guī)定相一致。即把含合成烴的航空燃料作為普通的噴氣燃料對(duì)待。

所有含不同組分含量合成烴的航空渦輪燃料一旦滿足D7566標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，都應(yīng)當(dāng)按規(guī)定進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)滿足性評(píng)估，像一些為了保證運(yùn)輸安全而制定的質(zhì)量檢驗(yàn)簡表是不夠的；通過驗(yàn)證后的燃料應(yīng)當(dāng)被視為上文中所表述的燃料一樣對(duì)待，即一旦某種燃料被重新確定為滿足D1655要求，它就能和普通的滿足D1655標(biāo)準(zhǔn)的燃料一樣采用相同的操作方法。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中所定義特殊的含合成烴的航空渦輪燃料可以在國內(nèi)（美國）航空飛行器所使用，而且必須滿足飛行器及發(fā)動(dòng)機(jī)使用滿意性的驗(yàn)證要求。該規(guī)范傾向于被燃料生產(chǎn)商當(dāng)作一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)使用，用于描述一個(gè)含合成烴的燃料渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的情況，但是可以用來描述在燃料分發(fā)過程中的所有質(zhì)量方面的要求。

該標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定必要的質(zhì)量保證測(cè)試方法和程序，來保證燃料在通過分發(fā)系統(tǒng)后仍然滿足最初的標(biāo)準(zhǔn)和要求。這些程序和方法另有規(guī)定，如ICAO 9977等。

該標(biāo)準(zhǔn)沒有包括燃料對(duì)所有航空發(fā)動(dòng)機(jī)的滿足性要求。因?yàn)樘囟ǖ难b備或使用條件可能會(huì)允許一個(gè)比本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的更寬的或者更窄的特性要求。

如果滿足本標(biāo)準(zhǔn)表1規(guī)定的燃料被用于非航空發(fā)動(dòng)機(jī)的其他場(chǎng)合，需要注意的是該燃料在制定規(guī)范時(shí)沒有予以充分考慮要滿足該使用場(chǎng)合的特殊性要求。

本標(biāo)準(zhǔn)中所表述的合成混合組分，合成燃料，以及合成燃料與傳統(tǒng)石油基燃料混合燃料滿足D4054規(guī)范所規(guī)定的原則。

另外，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定所有與安全有關(guān)的內(nèi)容，這部分內(nèi)容應(yīng)當(dāng)由使用者按有關(guān)規(guī)定制定或決定使用時(shí)的各類安全限制措施。

此外，本標(biāo)準(zhǔn)中主要提供了兩種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，一種是 JET A，另外一種是JET A-1：相對(duì)高閃點(diǎn)的煤油型燃料。

該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：合成烴組分在燃料中的含量（體積比）最高不超過50%，有的則是10%或30%，這是由于考慮到燃料的不同使用指標(biāo)而確定的，主要是密度、芳烴含量、黏度等方面的限制要求。

1.2 關(guān)于附錄

ASTM D7566規(guī)范中還分別對(duì)不同合成烴燃料做了規(guī)定。

附件A1中規(guī)定了費(fèi)托法合成煤油型合成烴燃料的性能指標(biāo)；

附件A2中規(guī)定了通過加氫處理酯和脂肪酸得到的煤油型合成烴燃料的性能指標(biāo)；

附件A3中規(guī)定了通過加氫處理糖類得到的合成異構(gòu)烷烴煤油型合成烴燃料性能指標(biāo)；

附件A4中規(guī)定了從石油中得到的輕芳烴經(jīng)過烷基化芳烴工藝處理后得到合成煤油型合成烴燃料的性能指標(biāo)；

附件A5中規(guī)定了由醇類（如異丁醇）生物燃料進(jìn)而得到的煤油型合成烴燃料的性能指標(biāo)。

2 ASTM D7566-16關(guān)于含合成烴組分的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料性能要求

航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料性能要求（見表1，表2）。

表1 含合成烴的航空渦輪燃料詳細(xì)要求

表2 含合成烴的航空渦輪燃料擴(kuò)展的性能要求

3 航空生物燃料的使用性能分析

根據(jù)ASTM D7566-16規(guī)定，航空生物燃料（合成烴）在使用的過程中必須滿足表1和表2中的規(guī)定要求。實(shí)際上，單獨(dú)而言，航空生物燃料是不能滿足該規(guī)范要求的。例如，100%的航空生物燃料其中芳烴含量不大于0.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到8%的最低使用標(biāo)準(zhǔn)；從10%的蒸發(fā)溫度到90%的蒸發(fā)溫度也不超過22℃，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的最低40℃的要求；此外，航空生物燃料的密度也接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值。這是由航空生物燃料自身來源所決定的。航空生物燃料主要使用費(fèi)托合成法或者加氫工藝制成，如美國霍尼韋爾UOP公司生產(chǎn)航空生物燃料的Renewable Jet Process技術(shù)，原料為各種生物油脂，其中所得產(chǎn)品中幾乎不含有芳烴[4]。另外，航空生物燃料組分也具有石油精制產(chǎn)品所不具有的優(yōu)良品質(zhì)，如總酸值非常低，金屬含量非常小，實(shí)際膠質(zhì)也很低，航空生物燃料的這些特性決定了其必須與現(xiàn)有的化石燃料相混合。目前，在航空公司的實(shí)際使用中，一般按航空生物燃料與化石燃料1：1（體積比）進(jìn)行混合后，按普通噴氣燃料進(jìn)行使用。混合后的航空渦輪燃料完全符合ASTM D7566的標(biāo)準(zhǔn)，可以用于航空公司的各型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中。我國生產(chǎn)的航空生物燃料與傳統(tǒng)的石油燃料進(jìn)行混合后，燃料性質(zhì)如芳烴含量可達(dá)到8.9%，密度784.6 kg/m3，冰點(diǎn)-54℃，T50-T10為41℃，T90-T10為90.5℃，完全滿足航空燃料的適航審定要求，也滿足美國ASTM D7566-16標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 航空生物燃料的應(yīng)用

為了進(jìn)一步響應(yīng)越來越嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，世界各航空公司紛紛采用航空生物燃料作為減少二氧化碳排放的重要手段。2008年2月24日，英國維珍大西洋航空公司第一個(gè)完成了使用航空生物燃料的試飛工作。從倫敦希思羅到荷蘭阿姆斯特丹，共飛行1.5 h，無乘客，飛機(jī)為波音747-41R，發(fā)動(dòng)機(jī)為GE公司的CF6發(fā)動(dòng)機(jī)，4個(gè)主燃料箱中的一個(gè)使用了化石航煤與生物燃料組成的混合燃料（20%），航空生物燃料提供了25%的動(dòng)力。2011年10月28日9點(diǎn)30分，一架波音747客機(jī)在首都機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了我國首次航空生物燃料試飛工作，進(jìn)行了飛行高度、加速性能、發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的驗(yàn)證。我國也是世界唯一一個(gè)從原料種植、油品制備與加工和試飛評(píng)估在同一國家進(jìn)行的航空生物燃料試驗(yàn)飛行。2011年7月，德國漢莎，全球首個(gè)航空生物燃料航班投入商業(yè)運(yùn)營，生物燃料與傳統(tǒng)燃料為50：50。通過對(duì)1 187架次航班使用航空生物燃料的情況進(jìn)行分析，CO2排放減少1 471 t，發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)性能表現(xiàn)優(yōu)異，未檢測(cè)到腐蝕和損壞現(xiàn)象[5]，而且混合后的燃料經(jīng)過長期儲(chǔ)存未發(fā)現(xiàn)對(duì)燃料質(zhì)量有影響。此外，美國海軍在位于馬里蘭州的Patuxent River海軍航空站完成了100%先進(jìn)生物燃料試飛，機(jī)型EA-180，燃料是CHCJ-5，該燃料由應(yīng)用研究協(xié)會(huì)（ARA）和雪佛龍魯姆斯全球公司（CLG）合作生產(chǎn)[6]。

實(shí)踐表明，美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)制定的含有合成烴組分的航空燃料標(biāo)準(zhǔn)《ASTM D7566》在充分滿足環(huán)境保護(hù)方面的要求后，也同時(shí)完全能夠滿足現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求。在這一方面，我國目前還未出臺(tái)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，建議相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)及時(shí)組織相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分論證，在結(jié)合我國實(shí)際的基礎(chǔ)上，出臺(tái)關(guān)于航空生物燃料的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，為進(jìn)一步提高我國航空企業(yè)的國際競(jìng)爭力，進(jìn)一步促進(jìn)生物燃料產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展提供必要的支撐。

［1］ ASTM D7566：Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons［S］.美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)，2016.

［2］張廣林.現(xiàn)代燃料油品手冊(cè)［M］.北京：中國石化出版社，2013.

［3］艾漢·丹米爾巴斯.生物燃料［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

［4］張宇翰.航空生物燃料技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.工業(yè)技術(shù)，2016，（36）：109-110.

［5］胡徐騰.液體生物燃料：從化石到生物質(zhì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［6］鄧京波.美國海軍試飛100%CHCJ先進(jìn)生物燃料［J］.石油煉制與化工，2017，48（2）：112.

Correlation analysis of aviation biofuels with ASTM D7566-16

SUN Yuanbao，QIU Zhenhui
（Air Force Logistics College，Aviation Oil and Material Department，Xuzhou Jiangsu 221000，China）

Researched the application and researches on the aviation biofuels,and the correlation of the ASTM D7566 and the biofuels was analyzed.The difference between the biofuels and the standard in values were pointed out,it will be help us to establish new biofuels standard for our nation in new synthesized fuels.

aviation biofuels；ASTM D7566；correlation

TE626.23

A

1673-5285（2017）10-0119-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.031

2017-09-28

孫元寶，男（1976-），空軍勤務(wù)學(xué)院教員，研究方向?yàn)楹娇沼土蠎?yīng)用與油品分析，郵箱：sunyb_214@163.com。