白 哲，黃 澎，王路瑤，曹宏偉，張香文，李國(guó)柱,*

（1.天津大學(xué)化工學(xué)院綠色合成與轉(zhuǎn)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072；2.天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心，天津300072；3.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司煤化工分院，北京100013）

隨著航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)對(duì)噴氣燃料的需求與日俱增。2018年中國(guó)民航航煤的消費(fèi)量為3463萬(wàn)噸，到2019年消費(fèi)量達(dá)到了3684萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)6.4%[1]。這使得中國(guó)對(duì)石油的依賴(lài)度逐年增加。自1993年中國(guó)成為石油凈進(jìn)口國(guó)以來(lái)，石油進(jìn)口量逐年增長(zhǎng)。2019年中國(guó)石油對(duì)外依存度超過(guò)70%[2]，嚴(yán)重影響了能源安全。中國(guó)煤炭資源豐富，儲(chǔ)量居世界前列，因此，以煤炭替代石油作為原料來(lái)生產(chǎn)噴氣燃料對(duì)中國(guó)的航空航天和國(guó)防事業(yè)的發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。

煤焦油作是煤在干餾和氣化過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，根據(jù)其干餾溫度的不同而分為高溫煤焦油、中溫煤焦油、中低溫煤焦油以及低溫煤焦油[3?5]。中國(guó)高溫煤焦油產(chǎn)量巨大，相對(duì)密度高于1.0，瀝青質(zhì)含量接近50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），不適合生產(chǎn)航空航天燃料。中低溫煤焦油是低階煤在600?800℃的條件下，通過(guò)煤熱解得到的液體產(chǎn)品，縮合度較高，烷烴烯烴以及芳烴質(zhì)量約占50%[6]。通過(guò)加氫反應(yīng)可以降低中低溫煤焦油的不飽和度，改善碳?xì)浔壤铜h(huán)烷烴結(jié)構(gòu)[7]，進(jìn)而生產(chǎn)高性能航空航天燃料。

煤焦油是煤焦化工業(yè)中的一種重要副產(chǎn)物。根據(jù)煤焦油的組成及性質(zhì)特點(diǎn)，其利用途徑通常有延遲焦化利用[8]，精細(xì)化工生產(chǎn)[9? 12]以及加氫提質(zhì)[13]。加氫提質(zhì)是煤焦油高效利用的重要方式[14]。煤焦油在適宜的溫度壓力條件下，通過(guò)催化反應(yīng)脫除油品中含有的含氧、氮、硫等雜原子化合物，同時(shí)對(duì)其中含有的烯烴和多環(huán)芳烴等不飽和化合物進(jìn)行飽和，以及通過(guò)裂化反應(yīng)生成小分子[15]。煤焦油加氫發(fā)生的主要反應(yīng)有加氫飽和、加氫脫氧、加氫脫氮、加氫脫硫、加氫脫金屬、加氫脫瀝青質(zhì)以及加氫裂化。通過(guò)這些反應(yīng)的合理調(diào)控實(shí)現(xiàn)油品的輕質(zhì)化，改善油品的穩(wěn)定性、顏色、氣味、燃燒性能等，達(dá)到提升油品品質(zhì)的目的[16]。煤焦油經(jīng)加氫轉(zhuǎn)化之后，可以形成高密度、高閃點(diǎn)、低冰點(diǎn)和含環(huán)烷烴的產(chǎn)品油，具有高性能?chē)姎馊剂系奶卣?。進(jìn)一步提質(zhì)加工可以生產(chǎn)火箭煤油[17]，可應(yīng)用到航天領(lǐng)域。

美國(guó)已經(jīng)使用煤焦油作為原料來(lái)生產(chǎn)高性能航空航天燃料。賓夕法尼亞大學(xué)Schobert課題組[18]率先使用煤焦油與石油基輕質(zhì)循環(huán)油作為原料生產(chǎn)了高熱安定性的噴氣燃料。由于其可以在900℉（482℃）的條件下仍能保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，故被命名為JP-900。JP-900的各項(xiàng)理化性質(zhì)，燃燒性能以及熱安定性均表現(xiàn)突出[19]。其閃點(diǎn)高達(dá)61℃，冰點(diǎn)低至?65℃。在260℃的熱安定性實(shí)驗(yàn)中，JP-900的管壁評(píng)級(jí)<1，管壓降為0 Pa，具有良好的熱氧化安定性。相比之下，中國(guó)以煤焦油為原料生產(chǎn)航空航天燃料研究尚處于起步階段。韓偉等[17]利用煤焦油中<360℃的組分作為原料，以NiMo/Al2O3作為催化劑，在小型固定床上進(jìn)行了加氫反應(yīng)條件探究，并且選擇加氫產(chǎn)品油中192?255℃餾分作為火箭煤油進(jìn)行了性質(zhì)測(cè)試。結(jié)果表明，生產(chǎn)的火箭煤油具有低冰點(diǎn)，高熱值和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足GJB 8087?2013（液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用煤油安全應(yīng)用準(zhǔn)則）要求。但是在加氫過(guò)程中使用的條件較為苛刻，溫度和壓力達(dá)到了360℃和12 MPa。GANG等[20]通過(guò)加氫反應(yīng)，對(duì)中低溫煤焦油餾分油制備噴氣燃料的工藝過(guò)程進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，產(chǎn)品油的各項(xiàng)性質(zhì)基本滿(mǎn)足國(guó)家噴氣燃料要求，但是油品熱值較低，只有42.0 MJ/kg，低于3號(hào)噴氣燃料標(biāo)準(zhǔn)中42.8 MJ/kg的要求。硫含量較高，達(dá)到了40.84 mg/kg。該加氫過(guò)程需要在380℃，10 MPa的條件下進(jìn)行。

本研究聚焦輕質(zhì)煤焦油提質(zhì)制備航空航天燃料的工藝研究。針對(duì)輕質(zhì)煤焦油硫含量高、沸程較寬以及芳烴含量高的特點(diǎn)，提出了一次脫硫-餾分切割-二次脫硫-加氫飽和的工藝路線(xiàn)。通過(guò)工藝操作條件的優(yōu)化，在相對(duì)較低的操作條件下制備得到了硫含量低、芳烴含量低、熱值高的產(chǎn)品油，可用于調(diào)和制備高性能航空航天燃料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)使用的輕質(zhì)煤焦油來(lái)自煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，主要是由中低溫煤焦油經(jīng)多次加氫處理之后的產(chǎn)物，其主要基礎(chǔ)性質(zhì)如表1所示。通過(guò)模擬蒸餾對(duì)原料油進(jìn)行了餾分沸程分析，結(jié)果如表2所示。由表2數(shù)據(jù)可知，原料油具有沸程寬的特點(diǎn)：初餾點(diǎn)為70℃，餾分最高溫度可達(dá)327℃。H2（99.999%），天津環(huán)宇氣體；N2（99.999%），天津六方氣體；去離子水，天津永清源蒸餾水。

表1 原料油的性質(zhì)Table 1 Properties of the raw oil

表2 原料油的餾分沸程分析Table 2 Distillation analysis of the raw oil

固定床反應(yīng)器（100 mL，10mL），北京拓川；GCMC-QP-2010全二維氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津；實(shí)沸點(diǎn)精餾儀，北京Oilpro；Multi EA5000硫元素測(cè)定儀，德國(guó)耶拿；精密恒流泵，美國(guó)CP-pump。

1.2 實(shí)驗(yàn)部分

1.2.1 一次脫硫

采用浸漬法制備出NiMoW/Al2O3加氫脫硫催化劑，其中總的活性金屬負(fù)載量為28.5%。將得到的NiMoW/Al2O3加氫脫硫催化劑進(jìn)行TEM表征，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，NiMoW/Al2O3加氫脫硫催化劑在高分辨率的條件下呈現(xiàn)出納米片層結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的過(guò)渡金屬硫化物呈現(xiàn)出的片層結(jié)構(gòu)相吻合。

圖1 NiMoW/Al2O3加氫脫硫催化劑的TEM照片F(xiàn)igure 1 TEM images of NiMoW/Al2O3

脫硫?qū)嶒?yàn)在100 mL的固定床反應(yīng)器上進(jìn)行，加氫工藝流程如圖2所示。將上述制備成功的NiMoW/Al2O3加氫脫硫催化劑研磨至16?20目，裝填于固定床反應(yīng)器中，催化劑床層高度30 cm，上下均用12目的碳化硅封裝。反應(yīng)器封裝驗(yàn)漏完成之后，在250℃，1.5 MPa的條件下，鼓入30 L/h的N2，干燥催化劑1 h。在加氫脫硫反應(yīng)之前，使用CS2溶液，在空速1.5 h?1，壓力4 MPa，氫油比400∶1，150℃的條件下對(duì)催化劑硫化4 h，然后升溫至230℃，硫化5 h，最后升溫至320℃，硫化6 h。催 化劑 硫 化 之 后，在 空 速 為0.75 h?1，氫 油 比 為400∶1的條件下，分別在200、250、300℃溫度條件下調(diào)節(jié)壓力為2、3、4、5、6 MPa進(jìn)行反應(yīng)，探究油品加氫脫硫的適宜工藝條件。

圖2 煤焦油加氫工藝流程圖Figure 2 Process flow chart of coal tar hydrogenation

1.2.2 餾分切割以及二次脫硫

將上述一次脫硫產(chǎn)品油在實(shí)沸點(diǎn)精餾儀中進(jìn)行餾分切割，在5 mmHg真空度條件下進(jìn)行減壓精餾，選擇170?280℃的組分。將收集到的組分在上述一次脫硫探究的適宜工藝條件下進(jìn)行二次脫硫。

1.2.3 加氫飽和

采用浸漬法將活性金屬Pd負(fù)載至Al2O3上，制備出Pd/Al2O3加氫飽和催化劑，其中，活性金屬負(fù)載量為5%。將得到的Pd/Al2O3加氫飽和催化劑進(jìn)行XRD表征，表征結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，Pd/Al2O3加氫飽和催化劑與Al2O3的出峰位置相同。XRD只能檢測(cè)到Al2O3的存在，譜圖中沒(méi)有出現(xiàn)Pd的特征峰。由此可知，Pd金屬在Al2O3載體上粒徑小、分散度高。

圖3 Pd/Al2O3和Al2O3的XRD譜圖Figure 3 XRD patterns of Pd/Al2O3 and Al2O3

二次脫硫之后的油品同樣使用如圖2所示的加氫工藝進(jìn)行加氫飽和。將Pd/Al2O3加氫飽和催化劑研磨篩選得到20?40目的催化劑，然后填充至固定床反應(yīng)器床層中部，上下均用12?20目的碳化硅進(jìn)行封裝。封裝驗(yàn)漏完畢之后，在空速為2.0 h?1，氫 油 比 為400∶1的 條 件 下，分 別 在180、210、240、270 ℃溫度條件下調(diào)節(jié)壓力為2、3、4、5 MPa使用Pd/Al2O3加氫飽和催化劑進(jìn)行反應(yīng)，探究油品加氫飽和的適宜工藝條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 一次脫硫

原料油的元素分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，原料油中碳含量為85.72%，氫含量為12.30%，硫含量高達(dá)0.0323%。隨著中國(guó)環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)苛，噴氣燃料中的硫含量必須嚴(yán)格控制。因此，必須要對(duì)原料油進(jìn)行深度加氫脫硫處理。

表3 原料油的元素分析Table 3 Elements of the raw oil

通過(guò)全二維質(zhì)譜的表征，得到了原料油的詳細(xì)組成，如圖4所示。從圖4可以看出，煤焦油原料組成成分復(fù)雜，主要是由鏈烷烴、環(huán)烷烴以及芳香烴組成。通過(guò)對(duì)全二維質(zhì)譜的分析，將原料油中各類(lèi)型化合物的組成統(tǒng)計(jì)于表4。結(jié)果表明，不飽和芳香烴占據(jù)了原料油最大的比例，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)52.12%，其主要成分是苯、萘以及蒽等具有單環(huán)、雙環(huán)以及稠環(huán)結(jié)構(gòu)的芳烴。鏈烷烴的含量為24.47%，在鏈烷烴的組成中，直鏈烷烴的碳數(shù)分布廣泛，能被檢測(cè)到最低的烷烴是正辛烷，最高碳數(shù)可達(dá)30，這是導(dǎo)致原料油沸程寬的主要原因。原料油中，5.44%的鏈狀烯烴被檢測(cè)出來(lái)。另外，原料油中還存在4.69%的含氧化合物，這些含氧化合物主要是一些苯酚類(lèi)、呋喃類(lèi)以及苯并呋喃類(lèi)的化合物，同時(shí)，油品中也存在0.84%的苯胺類(lèi)、吲哚類(lèi)以及喹啉類(lèi)等含氮化合物。高的芳烴含量導(dǎo)致油品不飽和程度過(guò)高，從而影響油品的熱值以及熱氧化安定性。因此，必須要對(duì)油品進(jìn)行加氫飽和提質(zhì)，高收率得到完全加氫產(chǎn)物。

圖4 原料油的全二維質(zhì)譜譜圖Figure 4 GC ×GC-MS chromatogram of the raw oil

表4 原料油的成分組成Table 4 Composition of raw oil

采用實(shí)驗(yàn)室自制的NiMoW/Al2O3催化劑在固定床反應(yīng)器上對(duì)原料油進(jìn)行了脫硫處理?？账贋?.75 h?1，氫油比為400∶1，實(shí)驗(yàn)分別在200、250以及300℃的溫度下調(diào)節(jié)壓力為2、3、4、5和6 MPa，采集處理后油樣進(jìn)行色譜分析，考察脫硫效果，探索煤焦油加氫脫硫的適宜工藝條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。在200和300℃的溫度下，低壓范圍內(nèi)（2?5 MPa），煤焦油經(jīng)加氫脫硫之后的硫含量隨著反應(yīng)壓力的增加逐漸下降。當(dāng)壓力升高到5 MPa以上時(shí)，壓力增加對(duì)脫硫效果基本無(wú)影響。而在250℃的溫度下，煤焦油經(jīng)加氫脫硫之后的硫含量隨著反應(yīng)壓力的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。這可能是由于加氫脫硫與加氫脫氮、加氫脫氧的活性位競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的。當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，原料油會(huì)發(fā)生加氫裂化，產(chǎn)生大量不飽和烴類(lèi)，降低油品密度。因此，NiMoW/Al2O3催化劑上最佳加氫脫硫的工藝條件為300℃和5 MPa。在上述工藝條件下對(duì)煤焦油進(jìn)行了10 kg級(jí)油品加氫脫硫處理。分析結(jié)果表明，一次脫硫的產(chǎn)品油中硫含量為34.9 mg/kg，一次脫硫率為89.2%。

圖5 不同溫度和壓力下一次脫硫后的硫含量Figure 5 Sulfur contents of the product oil under different temperature and pressure after primary HDS

2.2 餾分切割和二次脫硫

為了獲得適宜航空航天應(yīng)用的油品，采用實(shí)沸點(diǎn)精餾儀對(duì)一次脫硫后得到的產(chǎn)品油進(jìn)行餾分切割，收集沸程170?280℃的組分。對(duì)經(jīng)餾分切割之后的產(chǎn)物進(jìn)行全二維質(zhì)譜表征，結(jié)果如圖6所示。通過(guò)對(duì)全二維質(zhì)譜的分析，將餾分切割之后的油品中各類(lèi)型化合物的組成統(tǒng)計(jì)于表5。結(jié)果表明，相較于煤焦油原料，經(jīng)餾分切割之后的油品組分?jǐn)?shù)量大幅減少。產(chǎn)品中能檢測(cè)到的最長(zhǎng)直鏈烷烴為十七烷，三環(huán)以上的稠環(huán)芳烴大幅降低。相較于原料油，經(jīng)餾分切割之后的油品中含氧以及含氮化合物的含量有所上升。這主要是由于油品中含有的含氧以及含氮化合物的沸點(diǎn)普遍低于280℃。當(dāng)油品經(jīng)過(guò)餾分切割以后，相當(dāng)于對(duì)油品中的含氧以及含氮化合物進(jìn)行了富集，所以造成了含氧化合物和含氮化合物相對(duì)含量上升的結(jié)果。

圖6 餾分切割后產(chǎn)物油全二維質(zhì)譜譜圖Figure 6 GC×GC-MS chromatogram of the product oil after fraction cutting

表5 餾分切割后油品成分組成Table 5 Composition of product oil after fraction cutting

使用一次脫硫?qū)嶒?yàn)中確定的適宜工藝條件對(duì)餾分切割的產(chǎn)品進(jìn)行二次加氫脫硫。分析結(jié)果表明，經(jīng)餾分切割以及二次脫硫后的產(chǎn)品油硫含量降至13.7 mg/kg。產(chǎn)品油密度在15和20℃的條件下分別為0.8758和0.8720 g/cm3。

圖7 是二次脫硫處理之后油品的全二維質(zhì)譜譜圖。通過(guò)對(duì)全二維質(zhì)譜的分析，將二次脫硫之后的油品中各類(lèi)型化合物的組成統(tǒng)計(jì)于表6。結(jié)合表5數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，油品經(jīng)二次脫硫處理之后，除了進(jìn)一步的深度脫硫，油品中含氧化合物以及含氮化合物組分的含量明顯下降。另外環(huán)烷烴含量上升，芳烴化合物以及含氧和含氮化合物的含量均下降。這表明在二次脫硫過(guò)程中，部分芳烴化合物發(fā)生了加氫飽和反應(yīng)，同時(shí)含氧和含氮化合物發(fā)生了脫雜反應(yīng)，生成了環(huán)烷烴，導(dǎo)致環(huán)烷烴含量上升。但芳烴含量仍然高達(dá)41.42%，必須要對(duì)其進(jìn)行加氫飽和才能改善油品的熱值以及熱氧化安定性。

圖7 二次脫硫后產(chǎn)物油的全二維質(zhì)譜譜圖Figure 7 GC×GC-MS chromatogram of the product oil after secondary HDS

表6 二次脫硫后油品成分組成Table 6 Composition of product oil after secondary HDS

2.3 加氫飽和

原料油經(jīng)一次脫硫、餾分切割以及二次脫硫之后仍然含有大量的芳烴化合物。通過(guò)加氫飽和可以將其轉(zhuǎn)化為環(huán)烷烴，提高燃料的熱值和熱安定性，達(dá)到進(jìn)一步改善產(chǎn)品油性能的目的。

采用實(shí)驗(yàn)室自制的Pd/Al2O3催化劑在固定床反應(yīng)器上對(duì)二次脫硫后油品進(jìn)行加氫飽和處理。在空速2 h?1，氫油比為400∶1的條件下，在180、210、240以及270℃的溫度下調(diào)節(jié)壓力為2、3、4和5 MPa進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)時(shí)采樣進(jìn)行色譜分析?；诋a(chǎn)品組成變化情況確定油品加氫飽和的適宜工藝條件，反應(yīng)結(jié)果如圖8所示。根據(jù)圖8結(jié)果顯示，在同一溫度下，加氫壓力越高，產(chǎn)品中剩余的芳烴含量就越低。這是由于芳烴加氫是一個(gè)可逆反應(yīng)，從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，反應(yīng)體系壓力越高，反應(yīng)平衡會(huì)向消耗氫氣的方向移動(dòng)。在同一個(gè)壓力條件下，芳烴含量隨溫度的變化呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。這是反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律共同作用的結(jié)果。當(dāng)溫度低于240℃時(shí)，在空速為2 h?1，氫油比為400∶1的條件下，反應(yīng)尚未達(dá)到平衡，此時(shí)反應(yīng)過(guò)程受動(dòng)力力學(xué)影響較大。溫度越高，加氫飽和反應(yīng)速率越快。所以當(dāng)溫度從180℃上升至240℃時(shí)，反應(yīng)體系中芳烴含量會(huì)逐漸降低。當(dāng)溫度高于240℃，反應(yīng)很容易達(dá)到熱力學(xué)平衡。此時(shí)反應(yīng)程度受熱力學(xué)條件影響較大。芳烴加氫飽和是一個(gè)放熱的過(guò)程，提高溫度不利于反應(yīng)平衡向右移動(dòng)。此時(shí)，反應(yīng)平衡會(huì)偏向于脫氫反應(yīng)，飽和烴含量下降。因此，在同一壓力下，隨著溫度的升高，體系中的芳烴含量呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)。綜合上述分析，加氫飽和最適宜的條件為240℃，5 MPa。進(jìn)而，在該反應(yīng)條件下完成了10 kg級(jí)油品的加氫飽和處理。

圖8 產(chǎn)品油中芳香烴含量隨溫度和壓力的變化Figure 8 Aromatic contents of the product oil under different temperature and pressure during hydrosaturation

對(duì)加氫飽和后的油品進(jìn)行全二維質(zhì)譜表征，結(jié)果如圖9所示。通過(guò)對(duì)全二維質(zhì)譜的分析，將加氫飽和之后的油品中各類(lèi)型化合物的組成統(tǒng)計(jì)于表7。

圖9 加氫飽和后產(chǎn)品油的全二維質(zhì)譜譜圖Figure 9 GC×GC-MS chromatogram of the product oil after hydrogenation saturation

表7 加氫飽和后油品成分組成Table 7 Composition of product oil after hydrogenation saturation

結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)加氫飽和處理后，油品中的烯烴消失，鏈烷烴含量上升。這主要是因?yàn)樵诩託滹柡瓦^(guò)程中，烯烴發(fā)生了加成反應(yīng)，生成了烷烴。另外，油品中環(huán)烷烴比例明顯上升，芳烴含量大幅下降。這主要是因?yàn)楸筋?lèi)、萘類(lèi)以及茚類(lèi)等芳烴化合物通過(guò)加氫飽和反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的單環(huán)以及雙環(huán)烷烴。另外，在Pd/Al2O3上含氧以及含氮化合物也同時(shí)發(fā)生了脫雜反應(yīng)。油品中含氧以及含氮化合物的含量進(jìn)一步降低。由表7中含氧化合物的組成計(jì)算得到的氧含量?jī)H為0.20%。

根據(jù)SH/T0606—2005中間餾分烴類(lèi)組成測(cè)定法（質(zhì)譜法），對(duì)加氫飽和產(chǎn)品油的烴類(lèi)組成進(jìn)行了分析，結(jié)果如表8所示。從表8中可以看出，經(jīng)加氫飽和之后的產(chǎn)品油鏈烷烴含量為28.7%，總環(huán)烷烴含量達(dá)到了67.5%，芳烴含量為3.8%。在加氫飽和過(guò)程中芳香烴化合物主要轉(zhuǎn)化為環(huán)烷烴。

表8 加氫飽和產(chǎn)品油餾分烴類(lèi)組成Table 8 The composition of product oil after hydrogenation saturation

2.4 產(chǎn)品油性質(zhì)

對(duì)經(jīng)上述流程處理之后的油品進(jìn)行了系統(tǒng)的性質(zhì)測(cè)試，并且與JP-900對(duì)應(yīng)性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表9所示。由表9數(shù)據(jù)可知，經(jīng)處理之后的油品密度由處理之前的0.8885 g/cm3減小到0.8187 g/cm3。這主要是因?yàn)榻?jīng)餾分切割大部分密度較高的組分被切掉，同時(shí)加氫飽和將密度較高的芳烴組分轉(zhuǎn)化為密度較低的環(huán)烷烴組分。相比于JP-900，產(chǎn)品油的密度要低于JP-900的0.87 g/cm3。油品的總熱值由處理之前的42.68 MJ/kg提升至46.397 MJ/kg。這主要是因?yàn)橛推方?jīng)加氫飽和之后，氫元素含量上升，H/C比增加，相比于JP-900，產(chǎn)品油的熱值要高于JP-900。芳烴含量由處理之前的52.12%降至3.8%。油品中的硫含量由之前的0.0323%下降至0.00085%。值得注意的是，產(chǎn)品油閃點(diǎn)僅只有41℃，低于JP-900的61℃。綜上所述，產(chǎn)品油熱值高、硫含量和芳烴含量低、密度和閃點(diǎn)低，無(wú)法單獨(dú)作為噴氣燃料應(yīng)用，僅能作為調(diào)和組分與其他組分進(jìn)行復(fù)配使用。

表9 產(chǎn)品油性質(zhì)測(cè)試Table 9 Properties of product oil

3 結(jié)論

以煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司提供的輕質(zhì)煤焦油為原料，開(kāi)展了提質(zhì)制備航空航天燃料的工藝研究。針對(duì)煤焦油的特點(diǎn)，提出了“一次脫硫-餾分切割-二次脫硫-加氫飽和”的工藝流程，并制備了配套催化劑。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，確定了加氫脫硫和加氫飽和工藝的最佳工藝條件，其中，加氫脫硫適宜工藝條件為300℃、5 MPa；加氫飽和適宜工藝條件為240℃、5 MPa。經(jīng)處理，油品的硫含量由323 mg/kg下降至8.5 mg/kg。原料中大量的芳烴化合物轉(zhuǎn)化為飽和環(huán)烷烴。最終產(chǎn)物油中環(huán)烷烴與鏈烷烴的含量分別為58.38%與29.65%。所制備的產(chǎn)品油具有高熱值、低硫含量、低芳烴含量，可作為高性能航空航天燃料的調(diào)和組分使用。