一種高性能液體燃料配方油研究進展

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

國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司（以下簡稱寧夏煤業(yè)公司）400萬噸/年煤炭間接液化項目（以下簡稱煤制油項目）采用費托漿態(tài)床工藝，生產(chǎn)煤基柴油組分、石腦油和LPG。項目于2016 年12 月17 日投產(chǎn)，2017 年12 月18 日滿負荷運行。該項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接近，國內(nèi)某研究院（以下簡稱研究院）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）和實際膠質(zhì)（≤2 mg/100ml）超標的技術(shù)問題。雖然通過與其他油品調(diào)制也可以得到酸度和實際膠質(zhì)都合格的高性能液體燃料，但是存在的質(zhì)量風險巨大。從質(zhì)量體系控制角度而言，原料的質(zhì)量指標應(yīng)等于或優(yōu)于最終產(chǎn)品指標。因此，有必要通過研究解決配方油酸度和實際膠質(zhì)超標的問題。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際膠質(zhì)超標問題。

1 高性能液體燃料配方油研制情況

1.1 費托油品研制生產(chǎn)

將低溫費托裝置生產(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)器對其中的含氧化合物、不飽和烴類化合物經(jīng)過高壓加氫進行飽和，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，是一種無色、透明、無機雜的清潔液體燃料，可有效降低二氧化硫、氮氧化物、碳氫化合物和顆粒物等污染物的排放。經(jīng)過前期對組分中外觀質(zhì)量、密度、餾程、運動粘度、熱值等多項指標的初步分析，經(jīng)過與現(xiàn)役高性能燃料指標的對比分析，多項指標達到技術(shù)要求。

1.2 高性能液體燃料配方油研制

以費托油品為原料，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情況

研究院依托于數(shù)十年試驗數(shù)據(jù)積累，將配方油與國內(nèi)其他某一項目油品通過配方研究和復合調(diào)制，研制出各項技術(shù)指標均符合標準的高性能液體燃料。截至2019年5月10日，高性能燃料已成功進行了新型發(fā)動機的多工況熱試車考核驗證。試驗結(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重要組成部分，其質(zhì)量對高性能燃料的應(yīng)用具有非常重要的意義。然而，以酸度合格的費托油品為原料，在間歇式精餾裝置上提取配方油時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)文獻報道，油品中如果有不飽和組份或者雜原子組份時，因受熱和氧化等原因也會產(chǎn)生少量環(huán)烷酸、脂肪酸等有機酸性物質(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，導致最終得到的配方油酸度指標不合格。為此項目組進行了配方油加熱酸度測試實驗，經(jīng)過72小時加熱之后，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，費托油品在加熱煮沸過程中，隨著煮沸時間的延長油品酸度會持續(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，減少費托油品在精餾裝置中停留時間。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 配方油實際膠質(zhì)問題

（1）問題描述

對高性能液體燃料的實際膠質(zhì)控制非常嚴格，要求實際膠質(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)用原料油的實際膠質(zhì)均超過2 mg/100ml。使用實際膠質(zhì)超標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。為了實現(xiàn)高性能液體燃料的工程化應(yīng)用，急需要解決實際膠質(zhì)超標的問題。

（2）原因分析與解決途徑

實際膠質(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)物及相互作用的復雜混合物。經(jīng)過對煤制油項目加氫裝置的運行參數(shù)進行分析、討論，認為實際膠質(zhì)和酸度超標的主要原因是加氫裝置加氫深度不夠，現(xiàn)運行參數(shù)和裝置設(shè)計運行參數(shù)有偏差。根據(jù)文獻資料研究，油品中實際膠質(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)高校開展實驗，目前正在利用其試驗裝置及原加氫裝置的催化劑和原料進行深度加氫試驗，摸索產(chǎn)出實際膠質(zhì)和酸度指標合格的配方油原料的工藝條件，現(xiàn)已達到指標要求。

4 結(jié)語

以費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)動機考核試驗。但在配方油研制過程中，遇到了酸度和實際膠質(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)超標問題得到解決。