喷气燃料近况 jet fuel 主讲人： 郑君贤 第七组: 蔡明君 潘志颖 张鑫 王宁 包华峰 郭洪 梅伟亮 潘潇 黄智文 郑君贤 李文伟

喷气燃料的发展历史 喷气燃料的生产工艺 展望 　　 喷气发动机对喷气燃料的要求 1 喷气燃料的发展历史 2 喷气燃料的生产工艺 3 展望 4

喷气发动机对喷气燃料的要求 喷气燃料的发展历史

喷气发动机结构

喷气发动机工作过程 涡轮喷气式发动机工作时,空气从进气道进入离心式压缩机, 经加压成为高压气体,温度升到150-200℃,高速进入燃烧室,与喷嘴喷出的燃料混合并在燃烧室内不断燃烧.燃烧后的高温气体与冷空气混合,降温至750-800℃后进入燃气涡轮,推动涡轮高速旋转,从而带动空气压缩机工作.燃气最后进入尾喷管,并在500-600℃的温度下高速喷入大气,产生的反作用力推动飞机前进.

喷气发动机对喷气燃料的要求 根据喷气燃料的功能, 喷气发动机对喷气燃料质量的要求如下: (l) 良好的燃烧性能: 热值要高, 具有良好的燃烧稳定性、完全性、启动性、生炭性、冒烟性。 (2) 良好的洁净性: 机械杂质、水、表面活性物的含量应严格符合质量标准的要求。 (3) 良好的低温性: 在低温工作条件下不析出晶体, 以保证发动机正常供油。 (4) 良好的安定性: 在储运过程中和使用条件下不变质。 (5)无腐蚀性: 保证燃油系统零部件不发生液相腐蚀, 燃气系统零部件不发生气相腐蚀。 (6) 良好的高空性能: 适宜的饱和蒸气压和蒸发性, 馏程分布均匀, 以保证高空飞行中不产生气阻, 蒸发损失小, 燃烧稳定。 (7) 适宜的润滑性: 保证燃油系统零部件正常润滑无磨损。 (8) 具有较小的起电性和着火危险性。

喷气燃料的发展历史 航空燃料的发展经历了漫长的历史过程, 在同一时期还存在着各种不同种类和型号的燃料体系,但是归结起来每一次航空发动机的历史变革都会带来航空燃料的迅猛发展和革新, 发动机的性能改进和变革会对燃料产生更高的性能要求, 从而推动了航空燃料的发展。从无发动机的飞行系统中的人力动力源, 到内燃机系统中的航空柴油动力源,到活塞式发动机系统中的航空汽油动力源, 到喷气式发动机系统中的喷气燃料动力源, 到超音速发动机系统中的高密度碳氢燃料, 再到新能源发动机系统中的生物燃料或太阳能动力源, 也就是说航空燃料的发展史是由航空发动机的发展衍生而来的。 20世纪40年代, 德国发明家奥海因研制成功了HeS-3B 轴流式喷气发动机, 英国工程师弗兰克·惠特尔也研制出一种涡轮喷气发动机, 前者用汽油作燃料, 后者用煤油。从此喷气燃料一直是军用和民用飞机的主要燃料。英美两国民用喷气燃料按冰点分为Jet A (冰点小于或等于-40℃ )与Jet A-l( 冰点小于或等于-47℃ )2 种, 其余性能指标完全相同。

喷气燃料的发展历史 　　Jet A 是美国民航普遍使用的燃料, 其最新标准为ASTMD 1655-2004。英国在二战末出台了自己的第一个喷气燃料标准RDE/F/KER(临时标准)。1948年, 英国开始使用高闪点煤油(RDE/FKER203)。20 世纪90 年代初, 英国将所有的喷气燃料规格进行了标准化, 统一成国防标准, 由国防部标准化局统一管理, 主要有以下几种喷气燃料:Avtur/FSⅡ (DERD2435)、Avcat(DERD2498)、Avtag/FSⅡ(DERD2454 )等。 美国在1943年为燃料油JP-1 颁布了AN-F-32 标准, 随后又颁布了JP-2 (1945 年, AN-F-34标准)、JP-3 (1947 年,AN-F-58 标准)以及JP-4(1951年,MIL-F-5624A 标准)燃料油标准。后来美国又开发出JP-5、JP-6 、JP-7 和JP-8 喷气燃料。JP-8 是美国和北约空军的主要燃料用油, 美国在JP-8 的基础上开发出JP-8+100 热安定性燃料, 正在研制JP-8 +225、JP-900 等一系列新型燃料。“+100”是指将JP-8 的整体最高温度提高100°F(55℃ ), 从而大大改善JP-8 的热氧化安定性,研制的关键是在JP-8 中加人抗氧剂BHT(2,6-二叔丁基-4-甲基酚)和金属钝化剂MDA (N,N′-二亚水杨基-1,2-丙二胺)。

喷气燃料的发展历史 　 苏联在1949 年生产出直馏喷气燃料T-1(ROCT 4138-49 ), 后因扩大油源和实际使用需要而开发出T-2 、T-3 、T-4、TC-l、PT、T-5 、T-6 、T-6(TC-lr )、T-8 、T-8B 等燃料, 以直馏的TC-l 和加氢精制的PT为其主要品种。 我国于1956年开始试生产喷气燃料, 当时生产RP-1 和RP-2, 其标准是套用苏联5 0 年代的T-1 和TC-1 标准。现在我国生产的喷气燃料可分为RP-1、RP-2、RP-3、RP-4、RP-5、RP-6,其中RP-1和RP-2已经停止生产,RP-4是宽馏分煤油,RP-5专为舰载飞机使用,为高闪点煤油,RP-6为大密度煤油,RP-3是主要品种。 　　综上所述, 航空喷气燃料发展可分为3个阶段: 第一阶段是选择适合于喷气飞机的第一种燃料, 第二阶段是扩大喷气燃料的来源, 第三阶段是研究使用添加剂改善喷气燃料的性能。

喷气燃料的生产工艺 　 喷气燃料的生产分为直馏-精制工艺和加氢裂化工艺2种, 这两种工艺都是目前世界上较先进的喷气燃料生产工艺, 为世界各国所采用, 具有加工成本低、产品质量稳定、环保等特点门。直馏-精制工艺有很多种, 比如直馏-酸洗碱精制工艺、直馏-碱-白土工艺、直馏-分子筛脱硫醇-活性炭脱色精制工艺等, 但是上述工艺由于收率低, 污染严重等原因, 逐渐被直馏-加氢精制工艺所取代。直馏-加氢精制工艺是目前较先进的生产工艺, 为各国所采用。加氢精制工艺生产的喷气燃料, 其总酸值、硫醇性硫, 总硫及胶质都有明显的降低, 热氧化安定性及颜色都有明显的改善; 但由于存在于喷气燃料中的天然抗氧剂、抗磨剂在加氢过程中大部分被除去, 产品出厂后极易被氧化, 产生大量过氧化物, 产品的储存安定性差, 产生的过氧化物使喷气燃料的橡胶相容性变差, 润滑性也显著降低。因此, 经加氢精制工艺制得的喷气燃料, 要求在炼制装置的馏出口加入抗氧剂, 并要求在调合成成品时加人足够量的抗磨剂, 以确保其使用性能, 提高产品质量。

喷气燃料的生产工艺 　 加氢裂化工艺是为扩大喷气燃料来源而在近几年来研究出来的一种新的生产工艺, 其喷气燃料收率可高达25% , 远远超过原油中喷气燃料5%-8% 的收率, 所以该工艺目前被广泛采用, 很有发展前途。采用该工艺生产的喷气燃料具有烃含量低, 动态热安定性较好以及低温性能好等特点,但由于其组分是由裂解产生的, 其组分分布不如直馏工艺生产的喷气燃料分布好。在高压加氢过程中把绝大部分的非烃组分除去, 其润滑性变差,油品的储存安定性变差。与直馏一加氢精制工艺一样, 存在着产生过氧化物的问题, 其橡胶相容性也变差, 所以必须在馏出口加人适量的抗氧剂, 并在调合时加人足够量的抗磨剂。我国的喷气燃料过去以直馏工艺生产所得的直馏馏分为主(130 ~ 230℃馏分), 在喷气燃料需求量逐年增长的情况下, 只靠原油直馏方法增加喷气燃料的产量已跟不上形势发展的需要。加氢裂化工艺扩大了喷气燃料的来源, 但加氢裂化生产的喷气燃料由于非烃被除去而导致油品的储存安定性、抗磨一润滑性和橡胶相容性变差, 需要加人相应的添加剂或调人直馏燃料加以改善。新型航空发动机和环保法规对喷气燃料提出了更高的质量要求。目前, 国内外对低硫、低腐蚀性和高安定性喷气燃料的研究都很重视, 正在研究开发一些新的工艺方法及装备技术, 如生物催化脱硫技术、离子液体脱硫技术等。　　

喷气燃料的生产工艺 从喷气燃料的发展过程看, 其规格与产率、质量及实际收率等几项因素是相互制约的。 　　从喷气燃料的发展过程看, 其规格与产率、质量及实际收率等几项因素是相互制约的。 从20世纪70年代开始, 为缓解燃料供应紧张的问题, 西方国家喷气燃料的规格一直在不断放宽, 如影响喷气燃料收率的冰点、芳烃、馏程等理化指标均相继作过调整。喷气燃料的发展呈现以下特征: (1)对喷气燃料的性能要求越来越高。 (2)制约喷气燃料收率的质量指标越来越松。 (3)喷气燃料的生产工艺越来越先进。 (4) 喷气燃料的原料来源越来越广。 (5)添加剂从单一型逐渐转向多功能型。

展望 　　在石油能源短缺的情况下, 随着各国军事和经济发展的需要, 喷气燃料的研究必将伴随着飞机和发动机研究的深人而进一步深人。虽然这二者之间的研究是相互促进和相互制约的, 但喷气燃料要出现根本性的变化, 还要借助于飞机和发动机技术革命性的变化。近几年喷气燃料的研究重点将集中于特种添加剂和多功能添加剂的开发以及如何进一步放宽喷气燃料规格。由于煤油型喷气燃料具有质量稳定、安全可靠、加工简易、成本低廉等优点, 未来它仍将作为现代航空运输动力源的主要能源, 而且对它的需求量将一直呈上升趋势。

展望 　　近年来，我国民航事业不断发展，对航空燃料的需求不断增长，国内喷气燃料消费以每年13％左右的速率快速增长，远高于国际５％的增长水平。2010年国内喷气燃料消费达到14Ｍｔ以上。喷气燃料的消费量增加对大气的二氧化碳排放也随之增加。国际气候变化委员会有报告认为，排放高度增加对环境的影响程度也增加，因此，对航空业二氧化碳的排放应引起更大关注。世界航空业誓言，到2050年时二氧化碳气体排放量减到2005年排放量的一半，要达到这一目标，只有采用替代燃料才能实现，而其它的措施只会减缓排放量的增长并不能使其减少。国际航运协会称争取到2017年可再生喷气燃料占总喷气燃料用量的10％。从目前替代喷气燃料的开发和发展来看，未来20～30年内，占主导的仍然是传统的喷气燃料，所以替代喷气燃料必须与现有喷气燃料性质相近、能够相容、可以任何比例混合及共同运输。煤液化喷气燃料（ＣＴＬ）、气体合成喷气燃料（ＧＴＬ）和生物质喷气燃料（ＢＴＬ）这３种产品在能量密度、流动性等方面的性质与现有喷气燃料基本相近，我国目前已是航空燃料消费大国，同样面临减少二氧化碳排放的问题，为减少或减缓二氧化碳排放，开发替代喷气燃料逐步提到日程上。