堿氮對噴氣燃料水分離指數(shù)的影響

韓學(xué)軍，張 艷，張寶森，王 勇，廉福義，李 杰

（1.駐中國石油錦西石化分公司軍事代表室，遼寧 葫蘆島 125001；2.中國石油錦西石化分公司，遼寧 葫蘆島 125001）

噴氣燃料是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的專用燃料，因其特殊的應(yīng)用場合，因此被列為石油產(chǎn)品中控制指標(biāo)最多、質(zhì)量要求最嚴(yán)格的產(chǎn)品之一[1]。噴氣燃料在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)過程中混入的微量水分若不分離，則在高空低溫狀態(tài)下極易導(dǎo)致燃料結(jié)冰，堵塞油路，從而使飛機(jī)失去動(dòng)力,造成空難[2]。水分離指數(shù)是衡量油水分離能力的重要指標(biāo)，3#噴氣燃料產(chǎn)品執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6537—2006, 該標(biāo)準(zhǔn)對水分離指數(shù)的要求是：未加抗靜電劑時(shí)水分離指數(shù)不小于85，加入抗靜電劑后水分離指數(shù)不低于70[3]。中石油錦西石化公司航煤加氫裝置年產(chǎn)噴氣燃料20萬t，原料為南蒸餾（以加工遼河原油為主）常一線和北蒸餾（以加工大慶原油為主）常一線，2013年以來，加氫精制裝置生產(chǎn)的噴氣燃料加抗靜電劑前水分離指數(shù)均能達(dá)到90以上，但添加抗靜電劑后，水分離指數(shù)間歇出現(xiàn)低于70的情況，達(dá)不到加抗靜電劑后水分離指數(shù)不低于70的標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)時(shí)的處理方法是：將交庫不合格的噴氣燃料貯存沉降幾天，待水分離指數(shù)合格后再出廠。2013年8～11月期間加氫裝置大修，裝置投產(chǎn)開工后，水分離指數(shù)不合格問題越發(fā)突出，檢修后的近2個(gè)半月時(shí)間里，僅有2罐產(chǎn)品合格，嚴(yán)重影響了噴氣燃料產(chǎn)量的完成。本文對錦西石化加氫噴氣燃料水分離指數(shù)下降情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從生產(chǎn)裝置的原料、生產(chǎn)工藝、操作參數(shù)等方面確定水分離指數(shù)下降的影響因素，提出對策并組織實(shí)施，確保加氫噴氣燃料質(zhì)量合格穩(wěn)定。

1 噴氣燃料生產(chǎn)情況調(diào)查

1.1 噴氣燃料的生產(chǎn)工藝簡介

加氫裝置以南、北蒸餾常一線混合油為原料生產(chǎn)3#噴氣燃料，加工流程見圖1。其中白土吸附工序是為了試驗(yàn)噴氣燃料水分離指數(shù)影響因素臨時(shí)增加的。

圖1 噴氣燃料生產(chǎn)流程圖

1.2 噴氣燃料質(zhì)量情況調(diào)查

為了便于觀察噴氣燃料水分離指數(shù)的變化情況，查找其中的影響因素，我們將2013年5月以來噴氣燃料生產(chǎn)劃分成4個(gè)不同階段：

第一階段：2013年5～8月，生產(chǎn)處于大修前期，加氫裝置加工南、北蒸餾常一線混合油，噴氣燃料質(zhì)量有波動(dòng)，主要問題是水分離指數(shù)不合格，但經(jīng)過貯存沉降，問題可以得到解決。

第二階段： 2013年11月～2014年1月，處于大修后開車整改期，裝置加工南、北蒸餾常一線混合油，噴氣燃料水分離指數(shù)嚴(yán)重不合格，加入抗靜電劑后由95降到50左右。

第三階段：2014年2～4月，處于整改后的恢復(fù)期，主要加工北蒸餾常一線，部分噴氣燃料水分離指數(shù)不合格。

第四階段：2014年5月后，處于生產(chǎn)平穩(wěn)期，裝置提溫，單獨(dú)加工北蒸餾常一線，水分離指數(shù)完全合格。但裝置負(fù)荷降低，效益損失大。

不同階段合格噴氣燃料的交庫數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 不同階段合格噴氣燃料罐次統(tǒng)計(jì)

從表1可見，在第二階段裝置開車整改期，只有2罐噴氣燃料合格；第三階段成品合格罐數(shù)有所提高；第四階段噴氣燃料質(zhì)量完全合格，交庫量達(dá)到第一階段的正常水平。加氫裝置處理量與噴氣燃料交庫量對比見表2。從表2可以看出，水分離指數(shù)不合格造成噴氣燃料不能正常交庫，嚴(yán)重影響了噴氣燃料的正常生產(chǎn)。

表2 2014年2月～5月噴氣燃料成品交庫量對比

2 影響水分離指數(shù)的因素

2.1 堿性氮化物的影響

抗靜電劑對噴氣燃料水分離指數(shù)的影響已成共識(shí)[4]。通常情況下，采用加氫精制和白土吸附精制脫除噴氣燃料中的某些雜質(zhì)，可以使水分離指數(shù)在加劑前后保持穩(wěn)定[5]，說明是由于噴氣燃料含有某些雜質(zhì)，與抗靜電劑配伍后導(dǎo)致其水分離指數(shù)嚴(yán)重下降。通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，證實(shí)噴氣燃料所含的堿性氮化物是影響水分離指數(shù)的關(guān)鍵因素。

表3 噴氣燃料經(jīng)白土吸附前后水分離指數(shù)變化

從表3數(shù)據(jù)可以看出，ZnO對含氮化合物有一定的吸附作用，而對堿性氮化物沒有吸附作用；白土對堿性氮化物具有較好的吸附作用，經(jīng)白土吸附后加氫噴氣燃料堿性氮化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3.71μg·g-1降到0.67μg·g-1，水分離指數(shù)的穩(wěn)定性大大提高。說明堿性氮化物是加入抗靜電劑后影響水分離指數(shù)下降的關(guān)鍵因素。

對不同堿氮含量的加氫噴氣燃料組分進(jìn)行加劑試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證堿性氮化物對水分離指數(shù)的影響，結(jié)果見表4。

表4 不同加劑量對噴氣燃料水分離指數(shù)的影響

由表4看出，隨著抗靜電劑加劑量的增加，噴氣燃料水分離指數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)噴氣燃料堿性氮含量高時(shí)，隨著加劑量增加水分離指數(shù)降低幅度較大；當(dāng)噴氣燃料堿性氮含量較低時(shí)，水分離指數(shù)受加劑量影響較小。

表3、表4的結(jié)果充分證明，噴氣燃料水分離指數(shù)不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素是油品中堿性氮化物的存在，與抗靜電劑（聚醚聚砜類物質(zhì)）活性成分沖突，衍生出了新的表面活性物質(zhì)，降低了油品中微量水的表面張力，從而增加了油水的乳化程度，大幅度降低了油水分離能力。

2.2 原料的影響

將2013年5月以來加氫原料油堿氮含量與加劑后噴氣燃料水分離指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖2、圖3。從圖2可以看出，2013年5月至2014年6月，原料油堿性氮化物呈整體降低趨勢，圖3反映出產(chǎn)品水分離指數(shù)逐漸升高。對照圖2、圖3可以得出，噴氣燃料水分離指數(shù)的升高與原料油堿氮含量降低有直接關(guān)系，也就是說，原料堿性氮化物含量直接影響噴氣燃料加劑后水分離指數(shù)。

對錦西石化分公司南、北蒸餾常一線進(jìn)一步分析得出，南蒸餾常一線堿性氮含量較高，達(dá)到12.9μg·g-1，北蒸餾常一線堿性氮含量較低，為2.7μg·g-1，當(dāng)加氫裝置同時(shí)處理兩種原料時(shí)，噴氣燃料加劑后水分離指數(shù)由90以上降到50左右，將南蒸餾常一線劃出，只保留處理北蒸餾常一線，能夠生產(chǎn)合格噴氣燃料，其加劑后水分離指數(shù)穩(wěn)定在90以上，這一事實(shí)證明加氫原料的堿性氮化物影響了噴氣燃料水分離指數(shù)的穩(wěn)定。

圖2 2013年5月～2014年7月航煤加氫原料堿性氮含量變化情況

圖3 2013年5月～2014年7月航煤水分離指數(shù)變化情況

2.3 加氫裝置操作參數(shù)的影響

裝置大修開工后噴氣燃料水分離指數(shù)不達(dá)標(biāo)，針對這一問題，對裝置的加工流程和操作參數(shù)進(jìn)行了部分調(diào)整，加氫裝置反應(yīng)器入口溫度、反應(yīng)空速變化情況見圖4、5。從圖4、5可以看出，2014年1月份，加氫裝置的反應(yīng)溫度低（220～250℃之間變化）、空速高（1.3～2.0 h-1之間），與檢修前的操作條件230℃，氫油比460，體積空速1.5 h-1相比，操作條件過于緩和，明顯不利于加氫反應(yīng)的進(jìn)行。這期間水分離指數(shù)嚴(yán)重不合格與加氫操作條件緩和有直接關(guān)系。在裝置開車初期，由于設(shè)備存在諸多問題，生產(chǎn)參數(shù)未調(diào)整到理想狀態(tài)，致使加氫操作條件不能滿足噴氣燃料精制的需求，水分離指數(shù)不合格問題比較集中。

圖4 2014年1月～6月航煤加氫裝置反應(yīng)入口溫度變化情況

圖5 2014年1月～6月航煤加氫裝置反應(yīng)空速變化情況

3 對策及效果評價(jià)

自噴氣燃料質(zhì)量出現(xiàn)問題以來，對生產(chǎn)裝置加工流程和操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在查找問題的同時(shí)保證噴氣燃料合格出廠。

在加氫裝置后過濾器前增設(shè)白土過濾，噴氣燃料水分離指數(shù)可以達(dá)標(biāo)，但顆粒白土只運(yùn)行10天便吸附飽和，生產(chǎn)成本較高，至此停用白土過濾。調(diào)整加氫裝置操作，將堿氮含量高的南蒸餾常一線劃出，單獨(dú)處理北蒸餾常一線，并將反應(yīng)溫度從230℃提高到250℃，噴氣燃料水分離指數(shù)合格，但加氫裝置負(fù)荷降低，效益損失大。眾所周知，通過調(diào)整加氫操作參數(shù)，可以提高堿性氮的脫除率，從而提高噴氣燃料水分離指數(shù)的穩(wěn)定性，但從裝置的實(shí)際情況來看，調(diào)整操作參數(shù)的效果并不理想，當(dāng)處理南、北蒸餾常一線混合油時(shí)，加氫裝置通過提高反應(yīng)溫度（最高到280℃），降低反應(yīng)空速等一系列調(diào)整措施，航煤水分離指數(shù)仍不合格；最后只好將堿氮量高的南蒸餾常一線甩出，單獨(dú)處理北蒸餾常一線，即便如此裝置也必須通過提高反應(yīng)溫度才能生產(chǎn)出合格噴氣燃料。由此可以看出，噴氣燃料水分離指數(shù)不合格問題是出在加氫催化劑上，現(xiàn)用催化劑的脫堿氮性能較弱，達(dá)不到噴氣燃料生產(chǎn)要求。要想從根本上解決問題，需選用脫氮選擇性更高的催化劑。

4 結(jié)論

1) 加氫噴氣燃料組分添加抗靜電劑后水分離指數(shù)嚴(yán)重下降的影響因素是原料中攜帶的堿性氮化物。2) 航煤加氫裝置處理含堿性氮化物較高的原料時(shí)，為確保噴氣燃料水分離指數(shù)合格，需要選用脫氮性能更好的加氫催化劑。

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