航空生物燃料与《ASTM D7566-16》相关性分析

孙元宝，邱贞慧

（空军勤务学院航空油料物资系，江苏徐州 221000）

航空生物燃料与《ASTM D7566-16》相关性分析

孙元宝，邱贞慧

（空军勤务学院航空油料物资系，江苏徐州 221000）

对当前航空生物燃料的研究与使用情况进行了分析，研究了航空生物燃料与美国试验材料协会标准ASTM D7566之间的关系，对标准要求的内容进行了相关性研究，指出了现有航空生物燃料与要求指标之间存在的差距，对下一步我国航空生物燃料标准规范的建立具有重要的借鉴意义。

航空生物燃料；D7566；相关性

当前，世界范围内航空涡轮发动机所使用的燃料基本上是石油通过精炼而得到的，如我国的3号喷气燃料，美军的JP-8，俄罗斯的TC-1，民航系统的JET A-1等。这些燃料主要是煤油型的喷气燃料，其来源广泛，价格便宜，燃烧性能好，非常适用于现代飞机发动机燃料系统。由于石油资源为一次性能源，而且在燃烧的过程中会产生大量的二氧化碳温室气体，对环境的影响越来越不可忽视，欧盟早在2009年就提出了“绿色天空计划”，旨在大幅度降低航空业带来的碳排放问题。因此，航空生物燃料现在已经成了航空业减少碳排放的一个重要手段。从2008年起，航空生物燃料在英国、美国、中国、德国等国家已经开展了实际应用研究，目前部分航空公司已经将航空生物燃料投入到了正式航线运营中。

航空生物燃料主要是以动植物油脂或农林生物质等为原料，采用加氢法或费托法合成生产，产品主要由C9～C16异构烷烃、正构烷烃和环烷烃组成，无硫、无芳烃，性质与传统化石航空煤油相当，部分指标甚至会更优越。根据测算，航空生物燃料在生产和使用的全过程中，温室气体排放量仅为0.5 kg/kg～1.8 kg/kg，低于化石航煤的3.15 kg/kg，减排的效果非常明显。美国于2009年单独起草了ASTM D7566《含合成烃类的航空涡轮燃料的规格标准》[1]，该标准对合成航空生物燃料的组成与性能进行了规范，目前最新版本为ASTM D7566-16。生物燃料等合成烃类燃料在使用中必须满足现行的喷气燃料规范，重点在能量密度、燃料性能、稳定性、润滑性、流动性、气化特性、抗腐蚀性、清净性、材料相容性、安全特性等各个方面进行全面考察[2，3]，然后再进行使用。目前通用的做法是将生物燃料按一定比例与普通石油基喷气燃料相混合，混合后的燃料在满足现有喷气燃料规范后即可使用。美军试验与材料协会的ASTM D7566标准正是基于这一思想而制定的。

1 ASTM D7566-16规范简介

1.1 总体要求

美国试验与材料协会制定的ASTM D7566《Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons（含合成烃的航空涡轮燃料标准规范）》2009年以来进行了多次调整，目前最新版本为2016a，是一个美国国家标准。该标准规范明确说明：主要覆盖范围包括含有合成烃与传统燃料相混合组分的航空涡轮燃料。

该规范标准主要适用于以下批处理的燃料。

满足标准D7566规定中的表1要求生产的含合成烃的航空涡轮发动机燃料，只要满足D1655（主要规定了JET A和JET A-1）的要求，就应当被视为满足D1655标准的航空涡轮燃料（即与JET A和JET A-1一样对待）。而且一旦燃料满足D1655标准，这个燃料有关于D7566的特殊性要求都不再适用，而且任何的重新检验都应当与D1655的标准中表1的规定相一致。即把含合成烃的航空燃料作为普通的喷气燃料对待。

所有含不同组分含量合成烃的航空涡轮燃料一旦满足D7566标准规定，都应当按规定进行详细的标准满足性评估，像一些为了保证运输安全而制定的质量检验简表是不够的；通过验证后的燃料应当被视为上文中所表述的燃料一样对待，即一旦某种燃料被重新确定为满足D1655要求，它就能和普通的满足D1655标准的燃料一样采用相同的操作方法。

该标准规范中所定义特殊的含合成烃的航空涡轮燃料可以在国内（美国）航空飞行器所使用，而且必须满足飞行器及发动机使用满意性的验证要求。该规范倾向于被燃料生产商当作一个产品标准使用，用于描述一个含合成烃的燃料涡轮发动机燃料的情况，但是可以用来描述在燃料分发过程中的所有质量方面的要求。

该标准没有规定必要的质量保证测试方法和程序，来保证燃料在通过分发系统后仍然满足最初的标准和要求。这些程序和方法另有规定，如ICAO 9977等。

该标准没有包括燃料对所有航空发动机的满足性要求。因为特定的装备或使用条件可能会允许一个比本标准所规定的更宽的或者更窄的特性要求。

如果满足本标准表1规定的燃料被用于非航空发动机的其他场合，需要注意的是该燃料在制定规范时没有予以充分考虑要满足该使用场合的特殊性要求。

本标准中所表述的合成混合组分，合成燃料，以及合成燃料与传统石油基燃料混合燃料满足D4054规范所规定的原则。

另外，这个标准中没有规定所有与安全有关的内容，这部分内容应当由使用者按有关规定制定或决定使用时的各类安全限制措施。

此外，本标准中主要提供了两种航空发动机燃料，一种是 JET A，另外一种是JET A-1：相对高闪点的煤油型燃料。

该标准中规定：合成烃组分在燃料中的含量（体积比）最高不超过50%，有的则是10%或30%，这是由于考虑到燃料的不同使用指标而确定的，主要是密度、芳烃含量、黏度等方面的限制要求。

1.2 关于附录

ASTM D7566规范中还分别对不同合成烃燃料做了规定。

附件A1中规定了费托法合成煤油型合成烃燃料的性能指标；

附件A2中规定了通过加氢处理酯和脂肪酸得到的煤油型合成烃燃料的性能指标；

附件A3中规定了通过加氢处理糖类得到的合成异构烷烃煤油型合成烃燃料性能指标；

附件A4中规定了从石油中得到的轻芳烃经过烷基化芳烃工艺处理后得到合成煤油型合成烃燃料的性能指标；

附件A5中规定了由醇类（如异丁醇）生物燃料进而得到的煤油型合成烃燃料的性能指标。

2 ASTM D7566-16关于含合成烃组分的航空涡轮发动机燃料性能要求

航空涡轮发动机燃料性能要求（见表1，表2）。

表1 含合成烃的航空涡轮燃料详细要求

表2 含合成烃的航空涡轮燃料扩展的性能要求

3 航空生物燃料的使用性能分析

根据ASTM D7566-16规定，航空生物燃料（合成烃）在使用的过程中必须满足表1和表2中的规定要求。实际上，单独而言，航空生物燃料是不能满足该规范要求的。例如，100%的航空生物燃料其中芳烃含量不大于0.5%，远远达不到8%的最低使用标准；从10%的蒸发温度到90%的蒸发温度也不超过22℃，小于标准要求的最低40℃的要求；此外，航空生物燃料的密度也接近标准规定的最小值。这是由航空生物燃料自身来源所决定的。航空生物燃料主要使用费托合成法或者加氢工艺制成，如美国霍尼韦尔UOP公司生产航空生物燃料的Renewable Jet Process技术，原料为各种生物油脂，其中所得产品中几乎不含有芳烃[4]。另外，航空生物燃料组分也具有石油精制产品所不具有的优良品质，如总酸值非常低，金属含量非常小，实际胶质也很低，航空生物燃料的这些特性决定了其必须与现有的化石燃料相混合。目前，在航空公司的实际使用中，一般按航空生物燃料与化石燃料1：1（体积比）进行混合后，按普通喷气燃料进行使用。混合后的航空涡轮燃料完全符合ASTM D7566的标准，可以用于航空公司的各型飞机发动机中。我国生产的航空生物燃料与传统的石油燃料进行混合后，燃料性质如芳烃含量可达到8.9%，密度784.6 kg/m3，冰点-54℃，T50-T10为41℃，T90-T10为90.5℃，完全满足航空燃料的适航审定要求，也满足美国ASTM D7566-16标准的要求。

4 航空生物燃料的应用

为了进一步响应越来越严格的环保标准，世界各航空公司纷纷采用航空生物燃料作为减少二氧化碳排放的重要手段。2008年2月24日，英国维珍大西洋航空公司第一个完成了使用航空生物燃料的试飞工作。从伦敦希思罗到荷兰阿姆斯特丹，共飞行1.5 h，无乘客，飞机为波音747-41R，发动机为GE公司的CF6发动机，4个主燃料箱中的一个使用了化石航煤与生物燃料组成的混合燃料（20%），航空生物燃料提供了25%的动力。2011年10月28日9点30分，一架波音747客机在首都机场进行了我国首次航空生物燃料试飞工作，进行了飞行高度、加速性能、发动机重新启动等多项技术指标的验证。我国也是世界唯一一个从原料种植、油品制备与加工和试飞评估在同一国家进行的航空生物燃料试验飞行。2011年7月，德国汉莎，全球首个航空生物燃料航班投入商业运营，生物燃料与传统燃料为50：50。通过对1 187架次航班使用航空生物燃料的情况进行分析，CO2排放减少1 471 t，发动机和飞机性能表现优异，未检测到腐蚀和损坏现象[5]，而且混合后的燃料经过长期储存未发现对燃料质量有影响。此外，美国海军在位于马里兰州的Patuxent River海军航空站完成了100%先进生物燃料试飞，机型EA-180，燃料是CHCJ-5，该燃料由应用研究协会（ARA）和雪佛龙鲁姆斯全球公司（CLG）合作生产[6]。

实践表明，美国试验与材料协会制定的含有合成烃组分的航空燃料标准《ASTM D7566》在充分满足环境保护方面的要求后，也同时完全能够满足现代飞机发动机的工作要求。在这一方面，我国目前还未出台相关的标准法规，建议相关部门应当及时组织相关企业和研究机构进行充分论证，在结合我国实际的基础上，出台关于航空生物燃料的标准与规范，为进一步提高我国航空企业的国际竞争力，进一步促进生物燃料产业的健康快速发展提供必要的支撑。

［1］ ASTM D7566：Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons［S］.美国试验与材料协会，2016.

［2］张广林.现代燃料油品手册［M］.北京：中国石化出版社，2013.

［3］艾汉·丹米尔巴斯.生物燃料［M］.北京：石油工业出版社，2011.

［4］张宇翰.航空生物燃料技术的开发与应用［J］.工业技术，2016，（36）：109-110.

［5］胡徐腾.液体生物燃料：从化石到生物质［M］.北京：化学工业出版社，2013.

［6］邓京波.美国海军试飞100%CHCJ先进生物燃料［J］.石油炼制与化工，2017，48（2）：112.

Correlation analysis of aviation biofuels with ASTM D7566-16

SUN Yuanbao，QIU Zhenhui
（Air Force Logistics College，Aviation Oil and Material Department，Xuzhou Jiangsu 221000，China）

Researched the application and researches on the aviation biofuels,and the correlation of the ASTM D7566 and the biofuels was analyzed.The difference between the biofuels and the standard in values were pointed out,it will be help us to establish new biofuels standard for our nation in new synthesized fuels.

aviation biofuels；ASTM D7566；correlation

TE626.23

A

1673-5285（2017）10-0119-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.031

2017-09-28

孙元宝，男（1976-），空军勤务学院教员，研究方向为航空油料应用与油品分析，邮箱：sunyb_214@163.com。