一種高性能液體燃料配方油研究進(jìn)展

宋迪 李云平（國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司精細(xì)化工分公司，寧夏 銀川 750041）

國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱寧夏煤業(yè)公司）400萬噸/年煤炭間接液化項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱煤制油項(xiàng)目）采用費(fèi)托漿態(tài)床工藝，生產(chǎn)煤基柴油組分、石腦油和LPG。項(xiàng)目于2016 年12 月17 日投產(chǎn)，2017 年12 月18 日滿負(fù)荷運(yùn)行。該項(xiàng)目柴油組分的物理數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)役高性能燃料分析指標(biāo)接近，國內(nèi)某研究院（以下簡(jiǎn)稱研究院）與寧夏煤業(yè)公司共同開展了高性能燃料配方油的開發(fā)和研究工作。在配方油研制過程中，遇到油品酸度（≤0.5 mgKOH/100ml）和實(shí)際膠質(zhì)（≤2 mg/100ml）超標(biāo)的技術(shù)問題。雖然通過與其他油品調(diào)制也可以得到酸度和實(shí)際膠質(zhì)都合格的高性能液體燃料，但是存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)巨大。從質(zhì)量體系控制角度而言，原料的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)等于或優(yōu)于最終產(chǎn)品指標(biāo)。因此，有必要通過研究解決配方油酸度和實(shí)際膠質(zhì)超標(biāo)的問題。經(jīng)過一系列技術(shù)研究，通過調(diào)整生產(chǎn)工藝，已解決了配方油酸度和實(shí)際膠質(zhì)超標(biāo)問題。

1 高性能液體燃料配方油研制情況

1.1 費(fèi)托油品研制生產(chǎn)

將低溫費(fèi)托裝置生產(chǎn)的輕質(zhì)油品、穩(wěn)定重質(zhì)油以及合格蠟送至加氫精制反應(yīng)器對(duì)其中的含氧化合物、不飽和烴類化合物經(jīng)過高壓加氫進(jìn)行飽和，再經(jīng)過加氫裂化反應(yīng)、常減壓蒸餾生產(chǎn)出來原料組分，具有無硫（≤1mg/kg）、無氮、低芳烴（≤1%）高十六烷值的特點(diǎn)，是一種無色、透明、無機(jī)雜的清潔液體燃料，可有效降低二氧化硫、氮氧化物、碳?xì)浠衔锖皖w粒物等污染物的排放。經(jīng)過前期對(duì)組分中外觀質(zhì)量、密度、餾程、運(yùn)動(dòng)粘度、熱值等多項(xiàng)指標(biāo)的初步分析，經(jīng)過與現(xiàn)役高性能燃料指標(biāo)的對(duì)比分析，多項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求。

1.2 高性能液體燃料配方油研制

以費(fèi)托油品為原料，采用精餾法通過精密切割將原料切割出不同餾程的組分，測(cè)試烴類組分分布、餾程、密度、熱值等基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)，初步篩選確定合適餾程段的配方油。再經(jīng)過配方研究，與其他油品調(diào)制出滿足技術(shù)要求的高性能液體燃料。截止目前已經(jīng)先后生產(chǎn)出近200噸的配方油產(chǎn)品。

2 高性能液體燃料的試驗(yàn)情況

研究院依托于數(shù)十年試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，將配方油與國內(nèi)其他某一項(xiàng)目油品通過配方研究和復(fù)合調(diào)制，研制出各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)的高性能液體燃料。截至2019年5月10日，高性能燃料已成功進(jìn)行了新型發(fā)動(dòng)機(jī)的多工況熱試車考核驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的高性能液體燃料的綜合應(yīng)用性能與現(xiàn)役高性能燃料性能表現(xiàn)一致。

3 配方油研究過程中出現(xiàn)的問題與解決進(jìn)展

3.1 配方油酸度問題

（1）問題描述

配方油作為高性能燃料一個(gè)重要組成部分，其質(zhì)量對(duì)高性能燃料的應(yīng)用具有非常重要的意義。然而，以酸度合格的費(fèi)托油品為原料，在間歇式精餾裝置上提取配方油時(shí)遇到餾分酸度升高的現(xiàn)象。

（2）原因分析與解決途徑

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，油品中如果有不飽和組份或者雜原子組份時(shí)，因受熱和氧化等原因也會(huì)產(chǎn)生少量環(huán)烷酸、脂肪酸等有機(jī)酸性物質(zhì)，并隨餾出溫度的升高而增大。加之原料油中本身含有的環(huán)烷酸，導(dǎo)致最終得到的配方油酸度指標(biāo)不合格。為此項(xiàng)目組進(jìn)行了配方油加熱酸度測(cè)試實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過72小時(shí)加熱之后，配方油的酸度由初始的0.45mgKOH/100ml 升高至34mgKOH/100ml，油品由無色變?yōu)榻瘘S色，費(fèi)托油品在加熱煮沸過程中，隨著煮沸時(shí)間的延長(zhǎng)油品酸度會(huì)持續(xù)升高。為了解決該問題，將配方油精餾提取工藝由間歇式改為連續(xù)式，減少費(fèi)托油品在精餾裝置中停留時(shí)間。調(diào)整工藝后配方油產(chǎn)品的酸度降至0.5 mgKOH/100ml以下，表明通過工藝調(diào)整可有效避免配方油酸度高的問題。

3.2 配方油實(shí)際膠質(zhì)問題

（1）問題描述

對(duì)高性能液體燃料的實(shí)際膠質(zhì)控制非常嚴(yán)格，要求實(shí)際膠質(zhì)≤2 mg/100ml。但在配方油研究過程中，發(fā)現(xiàn)配方油及其生產(chǎn)用原料油的實(shí)際膠質(zhì)均超過2 mg/100ml。使用實(shí)際膠質(zhì)超標(biāo)的高性能液體燃料有可能堵塞系統(tǒng)燃料過濾器，增加燃料系統(tǒng)的沉積物，造成系統(tǒng)結(jié)焦，影響其使用性能。為了實(shí)現(xiàn)高性能液體燃料的工程化應(yīng)用，急需要解決實(shí)際膠質(zhì)超標(biāo)的問題。

（2）原因分析與解決途徑

實(shí)際膠質(zhì)是由含硫化合物、含氧和含氮化合物氧化疊合的高分子產(chǎn)物及相互作用的復(fù)雜混合物。經(jīng)過對(duì)煤制油項(xiàng)目加氫裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析、討論，認(rèn)為實(shí)際膠質(zhì)和酸度超標(biāo)的主要原因是加氫裝置加氫深度不夠，現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)和裝置設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)有偏差。根據(jù)文獻(xiàn)資料研究，油品中實(shí)際膠質(zhì)難以通過后處理工藝去除，最成熟且有效的途徑是加氫進(jìn)一步提升油品的飽和度并除去雜原子物質(zhì)。

已經(jīng)與國內(nèi)高校開展實(shí)驗(yàn)，目前正在利用其試驗(yàn)裝置及原加氫裝置的催化劑和原料進(jìn)行深度加氫試驗(yàn)，摸索產(chǎn)出實(shí)際膠質(zhì)和酸度指標(biāo)合格的配方油原料的工藝條件，現(xiàn)已達(dá)到指標(biāo)要求。

4 結(jié)語

以費(fèi)托油品為原料研制的配方油為原料，已研制出滿足技術(shù)要求的高性能液體燃料，并成功用于發(fā)動(dòng)機(jī)考核試驗(yàn)。但在配方油研制過程中，遇到了酸度和實(shí)際膠質(zhì)偏高的問題。經(jīng)過生產(chǎn)工藝調(diào)整和優(yōu)化研究，配方油的酸度和膠質(zhì)超標(biāo)問題得到解決。