一种低铅航空汽油及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空燃料技术领域，具体为一种低铅航空汽油及其生产方法。
【背景技术】
[0002]所谓的航空汽油是指具有适用于通过加注到活塞式发动机为航空器提供动力的特定性能的汽油。这种汽油的生产和使用受到严格的控制和监管，各项指标必须符合国家标准。相对于车用汽油来说，航空汽油的馏程较窄，终馏点温度不超过170度；辛烷值也较高，常用的100号航空汽油的马达法辛烷值是99.5或更高。此外，对其它物理化学性质也有特殊的要求。例如，航空汽油的蒸气压不得超过49千帕，以避免在使用过程中产生气阻；抗结冰能力强，在低达摄氏零下58度的环境下，仍然不能有冰晶形成。由于飞机发动机即使在高负荷的条件下也必须具备良好的工作状态，因而要求航空汽油不得由于其物理化学性状的原因而产生供油不足，或者发生自点火现象。
[0003]国际上普遍采用ASTM D910规定的航空汽油标准，其中规定的一种100LL低铅航空汽油铅含量不得高于0.56克/升，或者四乙基铅的含量不得超过0.53毫升/升，与此相比，国标100号航空汽油中的四乙基铅含量为此标准规定值的两倍。在航空汽油中添加四乙基铅是为了提高汽油的辛烷值，避免或者减少发动机的爆震现象，使燃烧更稳定，由于国标航空汽油生产时采用的基础油料本身辛烷值不高，需要添加更多量的四乙基铅使航空汽油达到辛烷值标准的要求。出于保护环境的目的，车用汽油不再允许添加含铅物质，逐步减少航空汽油中的四乙基铅添加量也是一种大趋势，这就对生产航空汽油的基础油料提出了更高的要求。
[0004]为保证航空汽油的高辛烷值，同时使用较少的四乙基铅添加剂，这种基础油料本身必须达到更高的辛烷值要求。国标100号和ASTM D910的100LL号航空汽油两者相比另一个区别是，国标规定了芳香烃的上限不得超过体积比35%，而ASTM D910并未规定芳香烃的含量。一般来说，芳香烃具有较高的辛烷值，作为航空汽油组分，可以大大提高汽油的辛烷值，使其能够达到高辛烷值的要求。然而，芳香烃的过多使用会严重影响航空汽油的蒸气压指标和燃烧热值指标。为了符合每个指标的要求，在减少四乙基铅添加剂用量的同时，芳香烃含量将不可能超过体积比30%的含量，或者一般不会超过25%体积比的含量。
[0005]在航空汽油生产过程中，采取适用的基础油料极其重要，国外技术大多采用所谓的烷基化油作为基础原料。市售烷基化油通常是采用碳-4改质工艺得到，一般不含烯烃、芳烃，硫含量低，敏感度低，抗爆性能好，马达法辛烷值可达91-93。但这种烷基化油通常含有高达10%的碳-10或者更高碳含量的组分，其终馏点较高，一般高达摄氏190度，更高达摄氏195度，甚至高达设施200度以上，所以不能直接用来生产航空汽油。如果不把基础油料组分中的微量高沸点成分，例如碳-12或者碳含量更高的碳烃化合物成分，甚至于碳-10以上的碳烃化合物含量加以控制，这些高碳物质就有可能在航空发动机内形成积碳，导致发动机运转失常。标准规定的航空汽油馏程虽然较短，终馏点不得高于摄氏170度，对这些高碳物质起到了限制的作用，但当增加易挥发的碳氢化合物例如脂肪链烃的含量时，就有可能掩盖了这些微量的高碳物质，使其不能对馏程检测分析造成可见的影响，甚或对蒸发残留量的指标不会造成明显的影响。但是，在发动机长期运转中仍然有可能产生积碳问题。
[0006]利用可获得的原料生产出铅含量低、达到或者高于国际标准ASTM D910规定的100LL航空汽油要求是本行业亟待解决的课题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种低铅航空汽油及其生产方法，通过现有特定的生产工艺，有效解决了航空汽油铅含量高的问题，排除含胶质较多的高沸点组分物质，避免了飞行器发动机燃烧室积碳形成，提高了飞行器的安全性。利用本发明提供的技术方案生产出的航空汽油完全达到ASTM D910的标准要求，适合活塞式发动机航空器的使用。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种低铅航空汽油，按照体积百分数计包含以下组分:前馏分烷基化油:25%?60% ;超级馏分烷基化油:18%?60% ;甲苯:10%?22% ;二甲苯:3%?14% ;碳-5:10%?21% ;四乙基铅:小于0.53毫升/升；通过控制前馏分烷基化油、超级烷基化油、以及碳-5的配比，按照体积百分数计，使最终混合物中的异戊烷达到0.5%?22%，异辛烷达到20%?80%。
[0009]所述前馏分烷基化油是通过切割市场上可以获得的烷基化油得到，具体方法是:在一种精馏装置中，把烷基化油引入塔底蒸发釜，控制塔底蒸发釜温度在135至170度，可以优化控制在135至160度，产生的烷基化油蒸汽在塔内上升至塔顶冷凝器，冷凝器温度控制在30度至50度，可以优化控制在35至45度，压力控制在大气压力状态下，在冷凝器中的冷凝液返回精馏塔，在塔体内和上升的烷基化油蒸汽进行质量传递，最终返回至塔底蒸发釜；前馏分烷基化油从冷凝器采出，也可从塔体采出；这种精馏塔可以是塔板式，也可以是填料式，或者其它业内比较熟悉的塔体形式；精馏塔可以采用连续操作或者间歇式操作，冷凝液回流量和前馏分烷基化油的比例控制在10比I范围内，更好控制在6比2之间；由此得到的前馏分烷基化油其密度为0.690至0.700克/毫升，通常在0.692至0.699克/毫升，异辛烷的含量体积百分比高于20%，马达法辛烷值大于91，更好大于92。
[0010]所述超级馏分烷基化油也可以通过切割市场上能够获得的烷基化油得到，具体做法是:在两塔串联的精馏塔装置中，把烷基化油先引入第一塔，目的是切割去除烷基化油中大部分沸点低于摄氏90度、更好是93度、最好是95度的组分，再把切割去除掉大部分低沸点组分的烷基化油引入第二塔，切割去除大部分沸点高于摄氏120度、更好高于110度，最好高于105度的高沸点组分；从第二塔冷凝器收集的冷凝液作为超级馏分烷基化油可以用于航空汽油的生产，其密度为0.692至0.702克/毫升，更好在0.695至0.700克/毫升，最好在0.697至0.699克/毫升，异辛烷含量体积比高于28 %，更好高于32 %，最好高于34 %，马达法辛烷值大于93 ;把烷基化油引入第一塔的引入点是位于塔底的塔釜，其温度一般控制在摄氏40度至130度，更好在80度至130度，压力控制在大气压力至表压I公斤/平方厘米；第一塔的冷凝器温度控制在摄氏30度至95度，更好在摄氏50度至90度，压力控制在大气压力至表压I公斤/平方厘米；从第一塔冷凝器排出的不凝气体送至废气回收系统加以回收，塔釜排出的重组分送入第二塔作为原料进一步切割其中的高沸点组分，来自第一塔的物料引入第二塔塔釜，其温度控制在摄氏90度至170度，更好在110度至160度，最好在110度至155度，压力在大气压力至表压2.5公斤/平方厘米，更好在表压1.0至2.0公斤/平方厘米；第二塔的冷凝器温度控制在摄氏40度至135度，更好在50度至95度，压力在大气压力至表压2.5公斤/平方厘米，更好在表压1.0至2.0公斤/平方厘米；和生产前馏分烷基化油相同，两个塔的冷凝液回流比控制在10比1，更好在6比I ;使用的精馏塔可以是塔板式、填料塔、或者其它塔体形式的精馏塔；对于本领域的普通技术人员来说，在操作参数保持不变的条件下，可以容易地把两塔的顺序互换后同样可以达到切割出超级烷基化油的目的；也可以通过操作任何一个塔按顺序改变操作条件和原料而达到同样的切割超级烧基化油的目的。
[0011]所述的甲苯可以采用市售的工业级甲苯，其含量在重量百分比99%以上，更好在99.5%以上。
[0012]所述的二甲苯可以采用市售的二甲苯混合物，其中对-二甲苯重量百分比在15%至22%，间-二甲苯在35%至50%，邻-二甲苯在16%至29%，乙苯在12%至22%。
[0013]所述的碳-5可以采用市售戊烷和异戊烷的混合物，其中异戊烷含量应大于50%，更好大于65%。
[0014]所述的一种航空汽油，在上述体积百分数含量内，优选以下配比:前馏分烷基化油:29%至45% ;超级馏分烷基化油:22%至42% ;甲苯:10%至18% ;二甲苯:3%至8% ；碳-5:11%至18% ;四乙基铅:少于0.53毫升/升；利用本技术提供的配方和原料，航空汽油中的异戊烷可以达到体积比8 %至20 %，更好在12 %值20 %，异辛烷含量达到28 %至50%，更好在30%至45%。
[0015]利用本发明提供的航空汽油配方，本行业中的技术人员可以方便地生产达到ASTMD910标准要求的100LL航空汽油，具体做法是:按照配方要求，取适量超级馏分烷基化油、前馏分烷基化油、甲苯、二甲苯、碳-5按顺序加入搅拌罐，搅拌桨转速控制在100转/分或以下，更好在50转/分或以下，最好在30转/分或以下，温度和压力是室温和大气压，在搅拌的条件下，加入四乙基铅和二溴乙烷混合液后继续搅拌至全部添加物混合均匀。这种搅拌也可以通过气体鼓泡等其它本行业技术人员熟悉的搅拌方式来实现，但不得对配料中的各种成分产生改变。
[0016]本发明的有益效果:本发明的各组分配比合理，