孫曉英，劉祥，趙雪冰，楊明，劉德華

1 總后油料研究所，北京 1023002 清華大學化工系應用化學研究所，北京 100084

航空生物燃料制備技術(shù)及其應用研究進展

孫曉英1，劉祥1，趙雪冰2，楊明1，劉德華2

1 總后油料研究所，北京 102300
2 清華大學化工系應用化學研究所，北京 100084

孫曉英, 劉祥, 趙雪冰, 等. 航空生物燃料制備技術(shù)及其應用研究進展. 生物工程學報, 2013, 29(3): 285?298.

Sun XY, Liu X, Zhao XB, et al. Progress of synthesis technologies and application of aviation biofuels. Chin J Biotech, 2013,29(3): 285?298.

隨著各國對溫室氣體排放要求的日益嚴格，以及化石能源的日益枯竭，近些年來航空生物燃料得到了快速發(fā)展。文中綜述了航空生物燃料的發(fā)展背景、制備工藝、實際應用現(xiàn)狀及存在的問題，重點介紹了合成氣經(jīng)費托合成、生物質(zhì)油經(jīng)催化加氫和催化裂解制備航空生物燃料的工藝路線，以及航空生物燃料的試飛和商業(yè)運營狀況，論述了航空生物燃料存在的問題，并對發(fā)展航空生物燃料提出了建議。

航空生物燃料，制備工藝，生物質(zhì)，生物燃料

隨著航空發(fā)動機的不斷發(fā)展和改進，航空燃料可分為適用于活塞發(fā)動機的航空汽油和適用于渦輪發(fā)動機的航空煤油，航空煤油又稱為噴氣燃料。航空燃料要求有較好的低溫性、安定性、潤滑性、蒸發(fā)性以及無腐蝕性、不易起靜電和著火危險性小等特點。其主要成分為C10～C16的烷烴，還含有少量芳烴、烯烴和環(huán)烴等。

隨著人類社會經(jīng)濟、交通等方面的迅速發(fā)展，近年來世界航空運輸業(yè)在經(jīng)濟和軍事領(lǐng)域中的地位、作用日益凸顯，就民航業(yè)來說，人員空運和物資空運的數(shù)量增長速率分別為 4.9%和5.3%，全球航空運輸業(yè)每年消耗 15～17億桶航空煤油，占整個石油產(chǎn)品產(chǎn)量的8%[1]。近年來，我國航空噴氣燃料消耗呈增長趨勢，自 2000年至2008年平均增幅7.2%，但由于產(chǎn)能發(fā)揮不充分及價格等原因，我國航空煤油大約有40%依賴進口，2009年我國進口了610萬t航空噴氣燃料。2011年國內(nèi)航空噴氣燃料實際消費1 700萬t，預計2015年和2020年航空噴氣燃料需求量為別2 800萬t和4 000萬t[2]。這與世界能源短缺，石油等傳統(tǒng)化石能源日益枯竭形成尖銳矛盾，難以支撐經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展。

另一方面，傳統(tǒng)的化石航空燃料成為航空業(yè)最大的排放源，使用化石能源所產(chǎn)生的溫室氣體對環(huán)境產(chǎn)生的危害巨大[3]。據(jù)統(tǒng)計，2008年全球航空運輸業(yè)排放的 CO2雖然只占全球 CO2總排放量的2%～3%，但航空噴氣燃料在飛行器中燃燒產(chǎn)生的溫室氣體 CO2基本排放在大氣的平流層，產(chǎn)生溫室效應的能力及其危害遠遠大于其他行業(yè)，其影響不容忽視[4]。由于航空運輸業(yè)的國際性很強，減少CO2的排放已經(jīng)成為發(fā)達國家和發(fā)展中國家共同面臨的挑戰(zhàn)。為減少航空排放對環(huán)境的影響，國際航空運輸協(xié)會 (IATA) 承諾到2050年實現(xiàn)碳的凈排放量比2005年減少50%，但僅僅靠提高航空發(fā)動機技術(shù)和燃料的燃燒效率，基本無法實現(xiàn)這個目標。為解決能源和環(huán)境問題，同時為了實現(xiàn)航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展，尋求和開發(fā)新能源成為研究熱點。受技術(shù)和資源等因素限制，核能、風能、潮汐能以及太陽能等替代能源，目前無法替代石油等傳統(tǒng)化石能源[5]。而開發(fā)應用低碳排放量、原料可再生的航空生物燃料已經(jīng)得到世界許多國家的普遍重視。

生物燃料源于可再生的生物質(zhì)資源，同傳統(tǒng)燃料相比，航空生物燃料具有在分子結(jié)構(gòu)上和石油基噴氣燃料相似，硫含量低、閃點高、燃燒后排放量低等特點，且具有不需要更換發(fā)動機和燃油系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢，與其他替代能源相比更加受到青睞，成為航空業(yè)減排、實現(xiàn)綠色、可持續(xù)循環(huán)發(fā)展目標的重要途徑[6]。

1 航空生物燃料的發(fā)展背景

生物燃料通常指由廢棄的生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)化得到的固體、液體或氣體燃料[7-8]。被看作是最有前景的可再生能源，目前大部分動力系統(tǒng)都可采用生物燃料作為替代能源，不需要對發(fā)動機進行大量的機械構(gòu)造改進。生物燃料共有4代：第一代生物燃料取自于淀粉、糖類、植物油和動物油脂[9-10]。其主要問題在于“與人爭糧”。此外，由于在生物質(zhì)培育過程中森林砍伐過度、除草劑和殺蟲劑的大量使用而引發(fā)對周圍環(huán)境的影響，因而難以長期可持續(xù)發(fā)展[7-8]。第二代生物燃料利用農(nóng)業(yè)廢棄的生物材料如秸稈、稻殼、木屑和藻類等非糧作物以及廢棄動植物油脂等[11]，采用微生物將原料中的粗纖維素分解為糖，然后再進一步發(fā)酵得到生物燃料。第二代生物燃料與第一代相比主要特點是對環(huán)境的影響較小[12]，且“不與人爭糧，不與糧爭地”，被認為是未來生物燃料的主要原料。第二代生物燃料主要包括非糧作物乙醇、纖維素乙醇和生物柴油等。第三代生物燃料不僅在生產(chǎn)工藝上有所改進，而且原料也更容易處理，研究者通過測定產(chǎn)油作物的基因可設(shè)計出新的原料。也有學者利用海藻作為原料來生產(chǎn)生物柴油，與陸地農(nóng)作物相比，每平方米的生物質(zhì)能量可提高30倍[13]。第四代生物燃料的主要特點是通過捕捉大量的碳來合成生物柴油，理論稱負碳生物燃料，但其薄弱環(huán)節(jié)是缺少碳的捕獲和螯合技術(shù)。

生物燃料技術(shù)路線的發(fā)展為航空生物燃料的合成和制備提供了技術(shù)支撐。在生物燃料技術(shù)的基礎(chǔ)上，越來越多的國家和組織開始重視另外一種運輸燃料——航空生物燃料的研究和開發(fā)。

由于傳統(tǒng)航空燃料是不容忽視的碳排放源，因而為減少溫室氣體排放，歐盟決定從 2012年起，將降落在歐盟區(qū)域內(nèi)的民航班機溫室氣體排放總量限制在2004年～2006年平均水平的97%，計劃2013年降至95%。一旦超出限額，各航空公司就要支付巨額碳排放費用。第一年 (2012年) 為碳排放買單就將使成本增加 24億歐元(占21世紀以來全球航空運輸業(yè)唯一盈利的2007年利潤總額的一半)，此后還將隨著市場擴大而逐年增加。為此，加速發(fā)展生物航空燃料產(chǎn)業(yè)已引起許多國家的高度重視，特別是各大航空公司的密切關(guān)注，各國都在采取多種措施，加快航空生物燃料的研發(fā)速度和建設(shè)示范裝置/工業(yè)裝置的進程。以應對歐盟征收碳排放費用的挑戰(zhàn)。

2 航空生物燃料的制備工藝

傳統(tǒng)生物柴油制備過程主要是通過油脂的酯交換反應實現(xiàn)的，即油脂原料在催化劑作用或超臨界體系中與短鏈醇反應生成生物柴油。主要的生產(chǎn)工藝包括化學法、生物酶法和超臨界法等。而航空生物燃料對油質(zhì)的要求更高，特別是在低溫性能方面，航空生物燃料要求冰點不高于?47℃，而航空生物燃料中如存在大量的生物柴油時燃料冰點升高，會導致在航行時燃料固化；另外，生物柴油會對航空生物燃料的穩(wěn)定性造成影響，一般含有生物柴油的航空燃料保質(zhì)期為6個月。試驗表明儲存過久的燃料黏度有所增加，會產(chǎn)生渾濁和沉淀[14]。同時航空燃料主要成分為烷烴和少量的芳烴、烯烴等，如3號噴氣燃料的組成及理化性質(zhì)見表1。因而酯交換制備的生物柴油不能直接用于航空渦輪發(fā)動機?；谝陨显?，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出多種航空生物燃料生產(chǎn)工藝路線，其研究思路主要是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物 (生物質(zhì)油或合成氣)，再對中間產(chǎn)物 (或天然油脂) 進行改性制備航空生物燃料，主要工藝路線包括：天然油脂 (或生物質(zhì)油) 加氫脫氧-加氫裂化/異構(gòu)技術(shù)路線 (加氫法)；生物質(zhì)液化 (氣化-費托合成)-加氫提質(zhì)技術(shù)路線；生物質(zhì)熱裂解(TDP) 和催化裂解 (CDP) 技術(shù)路線；生物異丁醇轉(zhuǎn)化為航空燃料技術(shù)路線等[15]。因此，與傳統(tǒng)的生物柴油相比，航空生物燃料制備過程中需要對原料進行加氫脫氧處理，以得到與傳統(tǒng)航空煤油相似的組分。

2.1 生物質(zhì)經(jīng)費托合成制備航空生物燃料

生物質(zhì)氣化后得到合成氣，合成氣再經(jīng)過催化劑作用轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴的方法是由德國科學家Frans Gischer和Hans Tropsch發(fā)明的，稱為 F-T (費托) 合成[16]。其主要工藝路線如圖1所示。

表1 3號噴氣燃料組成及理化性質(zhì)Table 1 Composition and properties of No. 3 jet fuel

圖1 F-T合成制備航空生物燃料Fig. 1 F-T synthesis of aviation biofuels.

根據(jù)操作條件，費托合成可分為高溫費托合成和低溫費托合成。高溫費托合成可得到性能較好的汽油、柴油、溶劑油和烯烴等產(chǎn)品，低溫費托合成可得到性能穩(wěn)定的煤油、柴油、潤滑油基礎(chǔ)油和石腦油餾分等產(chǎn)品。文獻報道[17-18]費托合成按照原料不同可分為3種，以煤炭為原料的煤制油工藝 (GTL)，以天然氣為原料的天然氣合成油工藝 (GTL)，以生物質(zhì)為原料的生物質(zhì)合成油工藝 (BTL)。以煤和天然氣為原料制備航空生物燃料，雖然能夠利用未開采的能源，暫時解決能源危機和全球氣候變化問題，但從長遠目標出發(fā)，由煤和天然氣等非可再生能源來制備航空生物燃料并不能使能源可持續(xù)發(fā)展。而以可再生的生物質(zhì)為原料可以充分利用廢棄的低品質(zhì)生物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為清潔能源，具有顯著的環(huán)境效益。

費托合成最顯著的特征是產(chǎn)物分布較寬(C1～C200不同烷烴、烯烴的混合物)，ASTM D7566規(guī)定了摻有費托合成航空生物燃料的組成及性質(zhì) (見表2)。費托合成得到目標烴類的關(guān)鍵在于催化劑的選擇性[19]。催化劑的活性組分有 Fe、Co和 Ru，其活性順序是 Ru＞Co＞Fe，鏈增長幾率順序為 Ru＞Co≈Fe[20]。

用于費托合成的鐵催化劑可通過沉淀、燒結(jié)或熔融氧化物混合而制得。研究最多的是熔鐵。而熔鐵催化劑多采用Fe3O4基催化劑[21]。鐵基催化劑中助劑對于調(diào)變活性和選擇性發(fā)揮著重要的作用，研究較多的助劑為堿金屬、堿土金屬、Cu和其他過渡金屬。文獻[22-23]報道了微球型Fe/Cu/K/SiO2催化劑中K的作用，認為添加K的同時提高了費托合成反應和水氣反應 (WGS)的活性，研究發(fā)現(xiàn)碳氫化合物中CH4及C2-4烴的選擇性隨K含量的增加而下降，而C5+烴選擇性則隨之增加，可達到84%左右。此外，在Fe基催化劑中加入Cu助劑，可促進Fe的還原，降低催化劑的還原溫度。Zhang等[24]的研究結(jié)果表明，在Fe-Mn-K/SiO2催化劑中加入Cu助劑顯著縮短了催化劑的誘導期，但對活性影響不大。與不添加Cu的催化劑相比，產(chǎn)物分布向高碳烴移動。

與Fe催化劑相比，Co基催化劑具有較好的碳鏈增長能力，其高碳直鏈飽和烴選擇性高，產(chǎn)物中含氧化合物少，具有在反應過程中不易積碳、WGS反應活性低等特點[25]。陳建剛等[26]研究了 Co基費托合成催化劑上CO、H2的吸附行為，試驗表明：鋯助劑顯著改變了Co-SiO2費托合成催化劑與反應物的吸附行為，使CO吸附強度減弱，有利于重質(zhì)烴的生成，同時鋯助劑使吸附氫性質(zhì)改變，因而使催化劑在表面H2/CO比例較低時仍能維持較高的反應活性。山西煤碳化學研究所[27]研制了鈷催化劑的催化活性，研究結(jié)果表明，采用催化劑表面疏水改性、改進介孔材料結(jié)構(gòu)等手段能夠顯著改善催化劑選擇性，研究開發(fā)的Ⅰ型鈷基催化劑，具有高活性、低甲烷選擇性 (5%～6%) 和高直鏈重質(zhì)飽和烴選擇性(90%) 等特點，目前已實現(xiàn)工業(yè)化制備。此外，UOP LCC公司對費托合成航空生物燃料進行了較多的研究，由不同原料制備的航空生物燃料的組成和性質(zhì)見表3[28]。

表2 費托合成組分組成和性質(zhì)Table 2 Composition and properties of Fischer-Tropsch hydroprocessed SPK

表3 不同原料的合成航空生物燃料組成和性質(zhì)Table 3 Composition and properties of synthetic paraffinic kerosene

由表3可見，所添加的生物燃料組分具有較高的烷烴含量、低硫含量、低冰點等特點?；旌虾蟮娜剂戏螱B 6537-94 3號噴氣燃料規(guī)格。

2.2 改性生物油制備航空生物燃料

生物油是生物質(zhì)熱解或液化的產(chǎn)物，是由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素通過熱解聚得到的，其成分復雜而且對熱不穩(wěn)定[29-30]，但通過改性可以滿足燃料油的要求。改性生物質(zhì)油制備航空生物燃料的工藝路線如圖2所示。

2.2.1 生物油的制備

生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油主要經(jīng)過熱解和液化兩種方法。主要原料包括秸稈、稻殼、木材、木屑和藻類等非糧作物以及廢棄動植物油脂資源等[31-32]。

生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在無氧或缺氧條件下發(fā)生熱降解反應，產(chǎn)物是生物油和其他副產(chǎn)物，生物油的產(chǎn)率取決于熱裂解的工藝條件和溫度，合適的反應條件下可獲得原生物質(zhì)80%以上的能量，生物油產(chǎn)率可達60%～70%左右[33-34]。孫玉鳳[35]分析了熱裂解過程影響生物油產(chǎn)率的因素，結(jié)果表明，載氣流量大、停留時間短、升溫速率高則有利于生物油的生成，反應溫度對生物油產(chǎn)率的影響存在一個較佳值，所選取的生物質(zhì)中，紅松、白松、落葉松其值均為600 ℃左右，而以秸稈為原料時其最佳值為500 ℃。過高的反應溫度將會使得生物油的二次裂化機率變大，從而降低生物油產(chǎn)率；相反，溫度過低，則有可能導致生物質(zhì)不完全熱裂解現(xiàn)象的發(fā)生。王華[36]以松木木屑為原料，采用流化床裝置制備了生物質(zhì)油，試驗表明，對于同種熱裂解原料，裂解溫度對產(chǎn)油率有一定影響，在500 ℃下生物油平均產(chǎn)率都大于475 ℃和550 ℃時的產(chǎn)率，并測定了生物油的儲存安定性，發(fā)現(xiàn)生物油的水分和黏度隨時間有所增加，原因是長期儲存，生物油發(fā)生聚合反應，使分子量增大，從而使黏度增加，同時聚合反應有水生成，因此導致含水量增加。

生物質(zhì)液化是將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為液體燃料的過程，是將生物質(zhì)、溶劑和催化劑放在高壓釜中，通入氫氣或惰性氣體，在適當?shù)臏囟群蛪毫ο聦⑸镔|(zhì)直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的技術(shù)。反應溫度為200 ℃～ 400℃，反應壓力為5 MPa～25 MPa，高壓液化的優(yōu)勢在于原料來源廣泛，設(shè)備簡單，產(chǎn)品含氧量低、熱值高等[37]。高壓液化可使纖維素、半纖維素和木質(zhì)素解聚、脫氧得到低聚體，低聚體再脫羥基、脫羧基、脫水和脫氧后形成小分子化合物，小分子化合物再經(jīng)過縮合、聚合和環(huán)化生成新的化合物。

生物質(zhì)通過熱裂解或液化得到的生物油與石油組成對比見表4[38-39]。

圖2 改性生物油制備航空生物燃料的途徑Fig. 2 Synthesis routes of aviation biofuels by bio-oil.

表4 生物油與石油組成成分對比Table 4 Components contrast of bio-oil and petroleum

由表4可見，生物油含氧量和含水量都較高，容易會引起聚合反應，影響油品的穩(wěn)定性。因此必須通過進一步精制降低含氧量，提高品質(zhì)，以滿足液體燃料的要求。

2.2.2 生物油改性制備航空生物燃料

目前生物油改性方法主要有催化加氫、催化裂解、分級精制等[40]。

生物油含有大量不飽和鍵，同時含有大量的酚、醛、酮類物質(zhì)，氧含量遠遠高于硫和氮含量，因而生物油加氫過程主要是加氫脫氧 (HDO)。加氫可以提高生物油的飽和度，通過與氫氣反應造成碳氧鍵斷裂，使氧元素以H2O或CO2的形式脫出。從而提高生物油的穩(wěn)定性和能量密度。文獻[41-42]分別報道了以鎳基和 Co-Mo-P為催化劑進行生物油催化加氫反應，將 Mo-10Ni/γ-Al2O3用于生物油的催化加氫可使生物油 pH值從 2.16上升到 2.84，氫元素從 6.61%上升到6.93%，同時生物油的黏度也有一定程度的下降。而以Co-Mo-P為催化劑的試驗表明，改性生物油的氧含量由改性前的41.8%降到3%，熱值也有所升高，更有利于運輸和儲存。

較為典型的催化加氫技術(shù)由美國 Honeywell UOP公司開發(fā)的UOPTM工藝和美國Syntroleum公司開發(fā)的 Bio-SynfiningTM工藝。UOPTM工藝首先加氫脫出生物質(zhì)油中的氧，然后再進行選擇性裂解和異構(gòu)化反應獲得航空生物燃料的組分。Bio-SynfiningTM工藝首先去除原料油中的雜質(zhì)和水，通過催化加氫使生物質(zhì)油轉(zhuǎn)化為長碳鏈飽和烷烴，最后通過加氫裂化/異構(gòu)化過程制備航空生物燃油組分。

催化裂解法是生物油在催化劑作用下，將高分子物質(zhì)裂解成小分子的過程，主要催化裂解其中的C-C和C-O鍵，使氧以H2O、CO或CO2的形式脫出，降低生物質(zhì)油的黏度和氧含量。催化裂解常用的催化劑是分子篩催化劑HZSM-5[43]，具有強酸性、高活性和高擇形性等特點，不但可以促進生物質(zhì)油進行脫水或者脫氧反應，使含氧油轉(zhuǎn)化為碳氫化合物，還可促進生物油中酸性組分和醇類物質(zhì)反應，從而降低油品的酸性和黏度。Vitolo等[44]對比研究了HZSM-5和H-Y兩種催化劑催化裂解生物油的催化劑結(jié)焦率，發(fā)現(xiàn)HZSM-5催化劑與 H-Y催化劑相比不易結(jié)焦失活，壽命更長。Adjaye等[45]的研究表明催化劑的酸性越強越有利于生物油的裂解轉(zhuǎn)化。由于催化裂解制備生物油的設(shè)備要求沒有催化加氫嚴格，具有很大的發(fā)展前景，進一步需要解決的問題是產(chǎn)率較低、結(jié)焦率高、催化劑容易失活等，另外，溫度過高會使生物質(zhì)油發(fā)生聚合反應，因此開發(fā)低溫下能夠催化反應的催化劑是問題的關(guān)鍵所在。

3 航空生物燃料的實際應用

隨著航空生物燃料制備技術(shù)的不斷進步，多家航空公司開始嘗試使用航空生物燃料進行試飛。2008年，在英國維珍大西洋航空公司G-VWOW號波音747-400型客機進行了一次由生物燃料提供部分動力的飛行試驗。飛行1.5 h，使用了由普通燃料和航空生物燃料組成的混和燃料 (航空生物燃料占20%)。2010年，美國海軍將亞麻薺航空生物燃料和 JP-8傳統(tǒng)航空燃料以 50∶50 (體積) 的比例混合后，成功應用在F-18超級大黃蜂飛機，完成了試飛試驗。在用上述混合航空燃料成功進行多次試飛的基礎(chǔ)上。美國空軍計劃 2012年所有飛機都將使用上述混合航空燃料進行飛行，美國海軍希望這種混合航空燃料在今后10年間能滿足50%的飛行需求[46]。2011年，中國石油、中國國航、中國航油、美國波音公司和 Honeywell UOP公司在北京首都國際機場進行了中國首次可持續(xù)航空生物燃料的驗證飛行，使用傳統(tǒng)航空噴氣燃料與航空生物燃料按照 50∶50的比例調(diào)和而成的混合燃料，試飛持續(xù)58 min。結(jié)果表明，航空生物燃料完全滿足大型客機飛行高度、加速性能和發(fā)動機重新啟動等各項性能要求。截至目前，全球已進行了共27次航空生物燃料試驗飛行 (見表 5)[15]。在試飛基礎(chǔ)上，2011年德國漢莎航空公司還進行了航空生物燃料的商業(yè)運營，使用加氫處理的生物質(zhì)油與傳統(tǒng)航空燃料以各占50%比例混合的燃料，航空生物燃料原料來自麻風樹、亞麻薺和動物脂肪。此外，芬蘭航空公司也開始了航空生物燃料的商業(yè)運營，而美國國防部則訂購了 45萬加侖的生物燃油用于海軍航母戰(zhàn)斗機的演習。可見，航空生物燃料在各國的商業(yè)和軍事領(lǐng)域的各型飛機上都得到了充分地試飛應用，所有試飛結(jié)果表明，作為化石能源的替代，航空生物燃料在未來對減少碳排放，維持能源可持續(xù)發(fā)展等方面都將起到舉足輕重的作用。

4 航空生物燃料存在的問題

目前航空生物燃料的發(fā)展還存在生產(chǎn)工藝尚需改進、生產(chǎn)成本較高和原料供給不穩(wěn)定等問題。目前較成熟的工藝之一是原料油進行加氫脫氧和異構(gòu)化，然而為避免深度加氫所造成的芳烴含量過低，燃料中殘存少量的脂肪酸酯類等非烴類化合物，這些化合物可使航空燃料冰點升高，運輸和儲存穩(wěn)定性變差，是影響航空生物燃料性能的重要因素之一。文獻[14]表明為不影響航空生物燃料的儲存穩(wěn)定性，脂肪酸甲酯的含量應控制在 20%以內(nèi)，否則所得到的航空生物燃料無法滿足要求。

作為傳統(tǒng)航空煤油的替代油品，費托合成的航空生物燃料雖然在組成、物理化學性質(zhì)等方面與傳統(tǒng)石油基航空煤油相似，但是由于幾乎不含硫以及芳烴，使得燃料潤滑性能較差。同時，航空生物燃料的熱值較低，如Jet A-1要求熱值最小為48 MJ/kg，3號噴氣燃料要求熱值最小為 42.8 MJ/kg，而生物燃料的熱值只有37.5 MJ/kg[47]。

表5 全球航空生物燃料試飛統(tǒng)計Table 5 Flight test of aviation biofuels

此外，溫度對航空生物燃料穩(wěn)定性的影響不可忽視。文獻[48-49]研究發(fā)現(xiàn)：隨著儲存溫度的升高，生物燃料的熱穩(wěn)定性明顯減弱，同時，對發(fā)動機系統(tǒng)的金屬材料的腐蝕性增強。Sarin等[50]考察了金屬元素含量對生物燃料的穩(wěn)定性影響，結(jié)果表明金屬元素對燃料的穩(wěn)定性影響十分嚴重，其中Cu元素表現(xiàn)最為突出。Jain等[51]利用TGA系統(tǒng)研究了 Cu、Fe、Co、Ni、Mn等金屬元素對生物燃料的熱穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明隨著金屬濃度的增加，燃料熱穩(wěn)定性降低。因此，航空生物燃料的品質(zhì)還需進一步改善。

5 結(jié)語

發(fā)展航空生物燃料是解決化石能源枯竭、應對減排挑戰(zhàn)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑，目前，航空生物燃料制備工藝以及實際應用都取得了長足的進步，但仍然存在一些問題亟待解決，主要表現(xiàn)在：一是要保障航空生物燃料原料的充足和穩(wěn)定供應；二是需要將現(xiàn)有的制備工藝加以改進和放大以降低成本；三是要提高航空生物燃料的熱穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性；四是擴大航空生物燃料的生產(chǎn)規(guī)模和推廣應用，同時加快制定航空生物燃料相關(guān)標準的步伐，以規(guī)范航空生物燃料的制備、工業(yè)化生產(chǎn)和實際應用。此外，與生物柴油等生物燃料的發(fā)展類似，航空生物燃料的發(fā)展亦需要相關(guān)的政策支持。

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October 10, 2012; Accepted: December 12, 2012

Xuebing Zhao. Tel/Fax: +86-10-62772130; E-mail: zhaoxb@mail.tsinghua.edu.cn

科技部國際合作項目 (No. 2010DFB40170)，總后軍需物資油料部項目 (No. BX211L106) 資助。

Progress in synthesis technologies and application of aviation biofuels

Xiaoying Sun1, Xiang Liu1, Xuebing Zhao2, Ming Yang1, and Dehua Liu2

1Institute of Petroleum,General Logistics Department,Beijing102300,China
2Institute of Applied Chemistry,Department of Chemical Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China

Development of aviation biofuels has attracted great attention worldwide because that the shortage of fossil resources has become more and more serious. In the present paper, the development background, synthesis technologies,current application status and existing problems of aviation biofuels were reviewed. Several preparation routes of aviation biofuels were described, including Fischer-Tropsch process, catalytic hydrogenation and catalytic cracking of bio-oil. The status of flight tests and commercial operation were also introduced. Finally the problems for development and application of aviation biofuels were stated, and some accommodation were proposed.

aviation biofuels, preparation route, biomass, biofuels

Supported by: International Cooperation Project of the Ministry of Science and Technology of China (No. 2010DFB40170), Project of the Ministry of Military Supplies and Oil of the General Logistics Department (No. BX211L106)..

(本文責編 郝麗芳)