一种微铅航空活塞式发动机燃料及其制备方法
技术领域
本发明属于燃料应用技术领域，涉及一种微铅航空发动机燃料，具体地，涉及一种微铅航空活塞式发动机用燃料其制备方法。
背景技术
航空燃料的发展经历了漫长的历史过程，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，到航空活塞式发动机燃料，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。
目前，航空燃料主要包括供点燃式航空活塞式发动机燃料和供燃气涡轮发动机用的喷气燃料。航空活塞式发动机要求使用高辛烷值的燃料。1921年，通用汽车公司首次发现，将四乙基铅加入到汽油中能减少爆震，提高辛烷值。目前航空燃料生产商大都通过向航空燃料中添加四乙基铅来提高燃料燃烧效率，增加汽油的抗爆震能力。
比如，CN106590772A公开了一种低铅航空汽油及其制备方法，其包含：A)50-90重量％烷基化装置油；B)3-15重量％重整装置生产的戊烷组分油；C)0-25重量％芳烃抽提装置生产的C7芳烃组分油；D)0-20重量％异丙苯；和E)5-15重量％芳烃抽提装置生产的C6非芳烃抽余组分油，其中所述航空汽油包含0.951.2g/kg的四乙基铅、不超过0.5重量％的芳基胺和不超过10ppm的硫，其中组分C和D至少包含其一。制备的航空汽油净热值至少达到43.5MJ/kg，并且马达辛烷值不小于99.6。四乙基铅本身是剧毒物质，它可以通过呼吸系统、消化系统和皮肤等多种途径进入人体，引起幻视、幻听，严重时将使人昏迷乃至死亡。四乙基铅燃烧后生成的氧化铅也是剧毒物质，当其侵入大脑后将严重干扰人体新陈代谢活动，造成大脑供氧不足，引起中毒性神经病。
由于环境和人体健康的压力越来越大，微铅和无铅航空活塞式发动机燃料的研发受到越来越多的重视。微铅、无铅航空活塞式发动机燃料的迅速发展，将为解决通用航空铅污染问题指明一条切实可行的道路。
大庆华科股份有限公司的李庆龙等，在《提高汽油辛烷值的技术进展》中指出，近年来我国各炼油厂积极寻求添加四乙基铅以外的提高汽油辛烷值的途径，主要途径为向汽油中添加无铅添加剂或混入高辛烷值的组分(如烷基化油组分、异构化油组分、芳烃组分及含氧化合物等)。与此同时中国专利公布CN106590773A公开了一种由烷基化装置生产的烷基化装置油、重整装置生产的戊烷组分油、芳烃提取装置生产的C7芳烃组分油、异丙苯和烷基醚类抗爆剂组成的无铅航空燃料，该无铅航空燃料在保持较高的汽油辛烷值的同时，降低了汽油中有害物质铅和芳基胺类化合物的含量，但是，该方法直接使用工业过程的反应产品，存在组分难以控制的问题，使得汽油产品中含有一定量的有害物质硫，而且该方法对汽油产品的辛烷值提升有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种符合ASTM%20D910标准的100VLL微铅航空活塞式发动机用燃料及其制备方法，为国产高标号航空燃料的市场化提供技术支持。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微铅航空活塞式发动机用燃料，包括燃料混合物和添加剂，所述燃料混合物包含以下质量百分比的组分：异戊烷8-11％、低纯度异辛烷60-70％、高纯度异辛烷6-8％、甲苯10-15％、二甲苯2-6％；所述添加剂包括抗静电剂、抗氧化剂、四乙基铅乙基液和增强剂；所述静电剂为杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
优选地，所述燃料混合物中添加剂的含量为：抗静电剂0.1-0.5g/T、抗氧化剂10-15g/T、四乙基铅乙基液0.746-0.855g/L和增强剂4-6g/T。优选地，所述杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的质量比为15-20：1。
优选地，所述增强剂包括环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
进一步优选地，所述环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油的质量比为10-12：10-15：5-10：30-34：2-6：20-24。
优选地，所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚、叔丁基对苯二酚、2,6-二叔丁基酚、N,N’-二仲丁基对苯二胺或N,N’-二异丙基对苯二胺的一种或多种；进一步优选为2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺，更优选地，所述2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺的质量比为6：1。
优选地，所述低纯度异辛烷的纯度为30-40％。
优选地，所述高纯度异辛烷的纯度为80-90％。
优选地，所述异戊烷的质量含量大于99％；所述甲苯的质量含量大于99％；所述二甲苯的质量含量大于99％。
本发明还提供了上述微铅航空活塞式发动机用燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将配方量的异戊烷、低纯度异辛烷、高纯度异辛烷、甲苯和二甲苯依次打入调和罐后，混合均匀；然后依次加入抗静电剂、抗氧化剂、四乙基铅乙基液和增强剂，混合均匀，过滤，即得所述微铅航空活塞式发动机用燃料。
优选地，所述过滤采用的滤芯的粒径为5-10μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明制备的航空活塞式发动机燃料，在添加微量四乙基铅的情况下，通过控制燃料混合物和添加剂成分及配比，显著提高了航空活塞式发动机燃料的抗爆性能，满足了ASTM%20D910标准的100VLL微铅航空燃油的要求，对环境和人体危害小。
同时，本发明制备方法简单，通过对抗静电剂、抗氧化剂和增强剂的筛选、复配，并通过过滤手段，有效提高了航空燃料的稳定性，减少了胶质的产生，提高了航空燃油的整体性能，成本低，适合工业化生产，为国产高标号航空燃料的市场化提供了技术支持。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。所述低纯度异辛烷的纯度为30-40％，马达法辛烷值MON为89.4762-95.2504，蒸气压为31.9383-33.9139，密度为0.6746-0.7164；所述高纯度异辛烷的纯度为80-90％，马达法辛烷值MON为95.4730-99.3698,蒸气压为12.195-12.693，密度为0.6800-0.7078；具体的实施中，所采用的低纯度异辛烷的纯度为35％，马达法辛烷值MON为92.4762，蒸气压为32.9261，密度为0.6955；所述高纯度异辛烷的纯度为85％，马达法辛烷值MON为97.4214，蒸气压为12.444，密度为0.6939；所述甲苯的质量含量大于99％；所述异戊烷的质量含量大于99％；所述二甲苯的质量含量大于99％；所述四乙基铅乙基液由质量百分比63％的四乙基铅和37％的1,2-二溴乙烷组成。
实施例1
一种微铅航空活塞式发动机用燃料，包括燃料混合物和添加剂，所述燃料混合物包含以下质量百分比的组分：异戊烷8％、低纯度异辛烷70％、高纯度异辛烷6％、甲苯14％、二甲苯2％；
所述燃料混合物中添加剂的含量为：抗静电剂0.5g/T、抗氧化剂15g/T、四乙基铅乙基液0.746g/L和增强剂6g/T；
所述静电剂为质量比为20：1的杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
所述增强剂为质量比为10：15：10：30：2：20的环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
所述抗氧化剂为质量比为6：1的2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺。
上述微铅航空活塞式发动机用燃料的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的异戊烷、低纯度异辛烷、高纯度异辛烷、甲苯和二甲苯依次打入调和罐后，混合均匀；然后依次加入抗静电剂、抗氧化剂、四乙基铅乙基液和增强剂，混合均匀，采用粒径为10μm的滤芯过滤，即得所述微铅航空活塞式发动机用燃料。
实施例2
一种微铅航空活塞式发动机用燃料，包括燃料混合物和添加剂，所述燃料混合物包含以下质量百分比的组分：异戊烷11％、低纯度异辛烷60％、高纯度异辛烷8％、甲苯15％、二甲苯6％；
所述燃料混合物中添加剂的含量为：抗静电剂0.1g/T、抗氧化剂10g/T、四乙基铅乙基液0.855g/L和增强剂4g/T；
所述静电剂为质量比为15：1的杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
所述增强剂为质量比为12：10：5：34：6：24的环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
所述抗氧化剂为质量比为6：1的2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺。
所述制备方法同实施例1，不同在于，所述过滤为采用粒径5μm的滤芯过滤。
实施例3
一种微铅航空活塞式发动机用燃料，包括燃料混合物和添加剂，所述燃料混合物包含以下质量百分比的组分：异戊烷7％、低纯度异辛烷70％、高纯度异辛烷7％、甲苯10％、二甲苯6％；
所述燃料混合物中添加剂的含量为：抗静电剂0.3g/T、抗氧化剂12g/T、四乙基铅乙基液0.800g/L和增强剂4.5g/T；
所述静电剂为质量比为17：1的杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
所述增强剂为质量比为11：13：6：32：4：22的环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
所述抗氧化剂为质量比为6：1的2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺。
所述制备方法同实施例1，不同在于，所述过滤为采用粒径8μm的滤芯过滤。
实施例4
一种微铅航空活塞式发动机用燃料，包括燃料混合物和添加剂，所述燃料混合物包含以下质量百分比的组分：异戊烷10％、低纯度异辛烷68％、高纯度异辛烷6％、甲苯12％、二甲苯4％；
所述燃料混合物中添加剂的含量为：抗静电剂0.4g/T、抗氧化剂14g/T、四乙基铅乙基液0.780g/L和增强剂5g/T；
所述静电剂为质量比为16：1的杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
所述增强剂为质量比为11：13：6：32：4：22的环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
所述抗氧化剂为质量比为6：1的2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺。
所述制备方法同实施例1，不同在于，所述过滤为采用粒径8μm的滤芯过滤。
实施例5
一种微铅航空活塞式发动机用燃料，包括燃料混合物和添加剂，所述燃料混合物包含以下质量百分比的组分：异戊烷9％、低纯度异辛烷65％、高纯度异辛烷8％、甲苯13％、二甲苯5％；
所述燃料混合物中添加剂的含量为：抗静电剂0.15g/T、抗氧化剂11g/T、四乙基铅乙基液0.830g/L和增强剂4.2g/T；
所述静电剂为质量比为16：1的杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
所述增强剂为质量比为11：12：8：33：3：21的环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
所述抗氧化剂为质量比为6：1的2,6-二叔丁基对甲酚和N,N’-二异丙基对苯二胺。
所述制备方法同实施例1，不同在于，所述过滤为采用粒径8μm的滤芯过滤。
对比例1
本实施例与实施例4的不同之处在于，所述抗静电剂中采用二壬基萘磺酸代替羟基壬基苯磺酸。
对比例2
本实施例与实施例4的不同之处在于，所述抗静电剂为质量比为25：1的杜邦-450和羟基壬基苯磺酸的混合物。
对比例3
本实施例与实施例4的不同之处在于，所述增强剂中不含二聚亚油酸。
对比例4
本实施例与实施例4的不同之处在于，所述增强剂为质量比为11：16：5：28：8：12的环戊烷、丁二酰亚胺、二甲苯、乙二醇、二聚亚油酸和松节油。
对比例5
本实施例与实施例4的不同之处在于，制备方法中不包括过滤单元。
对比例6
本实施例与实施例4的不同之处在于，所述过滤为采用粒径20μm的滤芯过滤。
上述各个实施例检测结果如下表1：
表1
由表1可知，本发明制备的航空活塞式发动机燃料，在添加微量四乙基铅的情况下，通过控制燃料混合物和添加剂成分及配比，就能够显著提高了航空活塞式发动机燃料的抗爆性能，满足了ASTM D910标准的100VLL号微铅航空燃油的要求，对环境和人体危害小。
同时，本发明制备方法简单，通过对抗静电剂、抗氧化剂和增强剂的筛选、复配，并通过过滤手段，有效提高了航空燃料的稳定性，减少了胶质的产生，提高了航空燃油的整体性能，成本低，适合工业化生产，为国产高标号航空燃料的市场化提供了技术支持。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
