一种高能含氧液体燃料的制作方法

本发明涉及一种燃料
技术领域：
，具体涉及一种高能含氧液体燃料。
背景技术：
：汽油和柴油都是石油制品，是发动机的传统燃料，柴油具有较大的燃烧热，作为可燃剂广泛用于坦克、鱼雷等传统兵器中。但空气中的氧气是石化燃料的助燃组分，不可或缺，因此空气中氧含量会限制了燃料的燃烧速度，影响输出功率，同时燃料燃烧后会排出大量的废气，影响环境。含氧燃料是指能为发动机提供额外的氧，使燃料燃烧更加充分的燃料。含氧燃料能降低柴油机未燃hc、co、pm、碳烟等有害物的排放，燃用低排放含氧燃料是控制柴油机排放的有效技术之一，在目前研究的代用燃料中，含氧燃料发展前途较好。然而现有的含氧燃料存在着含氧量程度低，不能达到零氧平衡，这使得空气中的含氧量依旧会限制燃料速度，也使得燃料不够充分燃烧，进而产生废气对环境造成影响，同时燃烧产生的能量较少，影响发动机的输出功率。因此对现有的燃料进行改进是非常必要。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种高能含氧液体燃料，具有含氧程度高，并能达到零氧平衡，燃烧速度不受外界空气限制，燃烧充分彻底，产生的气体对环境无害，燃烧产生能量多形成较高的比冲，安全可靠的效果。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高能含氧液体燃料，按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂35～65％、三乙醇胺硝酸盐0～40％、酯类0～30％、醇类0～20％、溶剂2～30％。本发明进一步设置为：所述酯类设置为乙酸乙酯、碳酸二甲酯、癸二酸二辛酯、草酸二乙酯、硝酸乙酯、硝酸丙酯、硝酸异丙酯中的任意一种或多种混合物。本发明进一步设置为：所述醇类设置为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、辛醇中的任意一种或者多种混合物。本发明进一步设置为：按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂45～55％、三乙醇胺硝酸盐0～25％、酯类0～20％、醇类0～20％、溶剂5～25％。本发明进一步设置为：按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂50.7％、三乙醇胺硝酸盐0％、酯类19.3％、醇类19.3％、溶剂10.7％。本发明进一步设置为：按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂50.8％、三乙醇胺硝酸盐29.2％、酯类0％、醇类0％、溶剂20％。本发明进一步设置为：所述氧化剂、酯类、醇类和溶剂分别设置为硝酸羟胺、硝酸异丙酯、甲醇和水。另一方面，本发明提供了如下技术方案：一种基于高能含氧液体燃料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量百分比，配制氧化剂、三乙醇胺硝酸盐、酯类、醇类和溶剂；步骤二、将氧化剂45～65％、醇类0～20％、溶剂5～25％加入静态混合器中混合，再加入三乙醇胺硝酸盐0～40％进行二次混合，再加入酯类0～30％进行三次混合，过滤即得到所述高能含氧液体燃料。综上所述，本发明具有以下有益效果：通过氧化剂受热分解反应生成氧气，氧气浓度高，使得燃烧速度不受外界空气限制，三乙醇胺硝酸盐、酯类和醇类与反应所得的氧气进行充分燃烧，燃烧反应后生成水、二氧化碳和氮气等无害气体，不会对环境造成影响，且三乙醇胺硝酸盐、酯类和醇类充分进行燃烧能释放大量的能量形成较高的比冲，使得发动机能输出较高的功率。附图说明图1为实施例一点火试验压力-时间曲线图。图2为实施例二点火试验压力-时间曲线图。图3为不同质量的相同配方燃料点火试验压力-时间曲线图。图4为不同质量的相同配方燃料点火试验压力-质量曲线图。图5为相同质量的不同配方燃料点火试验压力-时间曲线图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。本实施例公开了一种高能含氧液体燃料，按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂35～65％、三乙醇胺硝酸盐0～40％、酯类0～30％、醇类0～20％、溶剂2～30％；所述酯类设置为乙酸乙酯、碳酸二甲酯、癸二酸二辛酯、草酸二乙酯、硝酸乙酯、硝酸丙酯、硝酸异丙酯中的任意一种或多种混合物；所述醇类设置为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、辛醇中的任意一种或者多种混合物；按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂45～55％、三乙醇胺硝酸盐0～25％、酯类0～20％、醇类0～20％、溶剂5～25％；所述氧化剂、酯类、醇类和溶剂分别设置为硝酸羟胺、硝酸异丙酯、甲醇和水；硝酸羟胺的作用是分解产生氧气，三乙醇胺硝酸盐和硝酸异丙酯作为燃料，与氧气发生反应释放大量的热，甲醇便于硝酸羟胺、三乙醇胺硝酸盐和硝酸异丙酯溶解在溶剂中，同时也能与氧气反应释放热量，水的作用是溶解和降低产品的敏感度，提高高能含氧液体燃料的稳定性。实施例一，按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂50.7％、三乙醇胺硝酸盐0％、酯类19.3％、醇类19.3％、溶剂10.7％。实施例二、按重量百分比计算，包括以下组分：氧化剂50.8％、三乙醇胺硝酸盐29.2％、酯类0％、醇类0％、溶剂20％。(一)闪点测试本实验采用标准astmd6450，miniflashflp闭杯闪点自动测定仪通过高功率电加热首先将样品加热到某一起始温度，随后以恒定的速率加热升温。在温度的等距步骤中，点燃测量杯中的蒸汽-空气混合物，并检测可能出现的闪光(一闪即灭)，自动识别闪点。测试结果如下表1所示：实施例闪点(℃)测试标准测试设备实施例一40astmd6450miniflashflp闭杯闪点自动测定仪实施例二＞88astmd6450miniflashflp闭杯闪点自动测定仪实施例一闪点接近于柴油的闪点(柴油的闪点45～65℃)，而实施例二的闪点相对较高。(二)理论计算燃烧热燃烧反应方程式分别如下所示：(1)硝酸羟胺：nh2oh·hno3→2h2o+n2+o2δh1(2)三乙醇胺硝酸盐：c6h15no3·hno3+7o2→8h2o+n2+6co2δh2(3)硝酸异丙酯：c3h7no3+3.25o2→3.5h2o+0.5n2+3co2δh3(4)甲醇：ch3oh+o2→2h2o+co2δh4因为数据库中无硝酸羟胺、三乙醇胺硝酸盐和硝酸异丙酯的热力学数据，通过计算键能进行燃烧热计算。各个分子中含有的化学键数量及种类如下表2所示。备注：以下化学键键能数据除特别指出外均引用自：“化学键能数据手册/罗渝然编著-北京：科学出版社，2005isbn7-03-014707-3”各个反应燃烧热计算为：δh1＝(3*389+3*230+1*607+1*464)-(2*2*464+1*946+1*498)＝-372kj/molδh2＝(1*389+3*305+1*607+3*464+2*230+12*414+3*326+3*332+7*498)-(8*2*464+1*946+6*2*803)＝-3815kj/molδh3＝(7*414+2*332+1*326+2*230+1*607+3.25*498)-(3.5*2*464+0.5*946+3*2*803)＝-1965.5kj/molδh4＝-726.9kj/mol(引用自nist数据库)配方a、b的燃烧热计算(均以kg混合物计)：q(实施例一)＝607/96.04*δh1+143/105.09*δh3+143/32.04*δh4＝-8270.24kj/kgq(实施例二)＝608/96.04*δh1+192/212.2*δh2＝-580.7707kj/kg而0#柴油燃烧热q柴＝-42552kj/kg(引用自nist数据库)基于以上计算结果可知，柴油的燃烧热大于实施例一、实施例二的燃烧热，且实施例一的燃烧热大于实施例二的燃烧热。备注：(1)键能计算中引用的键能数据均为相应化学键全部离解之后的离解能的平均值。(2)对于no-分子的处理，近似认为含有2个n-o键，一个n＝o。(3)因体系过于复杂，不考虑α位对相应化学键的影响。(4)理论计算存在误差，故燃烧热分析仅供参考。(三)燃气压力测试测试原理在密闭爆发器中利用压电压力传感器在燃气压力作用下产生的电荷流经电阻产生的压降正比于发射药燃气压力的微分的原理，测量发射药的燃气压力-时间曲线，由此曲线可得到各种参数。本方法适用于密闭爆发器测量发射药燃气压力-时间曲线。由此曲线可得到发射药燃烧特性。本方法也适用于发射药的质量检选、模拟检测内弹道性能。(1)试剂和材料包括以下：1)变压器油gb2536-1990工业品；2)镍铬电阻丝yb/t5259-1993直径0.15mm～0.20mm；3)棉线gb/t6835-1997；4)黑火药hy-5gjb1056-1990；5)单苯-11点火药wj2087-1992；6)绸布fz66201-1995特种工业用丝绸；7)石棉绳jc/t222-1994工业品；8)硅油hg/t2366-1992；9)硅脂hg/t5202-1993；10)硝化棉；11)注射器5ml，10ml。(2)试验条件：1)温度和时间控制温度和时间控制条件如下：a、试样温度20℃±2℃，保温时间应不少于8h；b、密闭爆发器试验前温度控制在20℃±1℃。2)点火条件按表3的要求选择点火条件。表3点火条件3)称量精度试样和点火药称量精确到±0.1％。4)传感器的选择测量火药力时，传感器应满足以下要求：a、非线性误差不大于0.5％；b、重复性误差不大于0.5％。5)采集频率瞬态记录仪的采集频率，应保证最大压力的10％～90％之间应不少于100个采样点。(3)结果与分析1)不同配方的最小点火能测试结果分析表4不同配方的最小点火能测试结果2)实施例一点火试验测试结果实施例一点火试验压力-时间曲线见图1所示。由图1可知，用不同质量的硝化棉对实施例一进行密闭点火试验时，最少用0.500g硝化棉才能将实施例一点燃。3)实施例二点火试验测试结果基于实施例一点火试验的测试结果，第一步用0.500g硝化棉、随后采用二分法对实施例二进行最小点火能测试。实施例二点火试验压力-时间曲线见图2。由图2可知，用不同质量的硝化棉对实施例二进行密闭点火试验时，最少用0.125g硝化棉才能将实施例二点燃，且燃料点燃后产生的压力随着硝化棉质量的增加而增加，但变化不明显。4)不同配方在相同点火能下的测试结果分析表5不同配方在相同点火能下的测试结果不同质量的相同配方燃料点火试验压力-时间曲线、压力-质量曲线如图3和图4。由图3和图4可知，用同一实施例一(2号、3号和4号)进行密闭点火试验，压力随着质量的增加而增加，且近似以线性比例增长。相同质量的不同配方燃料点火试验压力-时间曲线见图5。由图5可知，用相同质量的实施例一(4号)和实施例二(5号)进行密闭点火试验，进行对比，可得出如下结论：两种配方燃料在相同条件下都产生了较大的压力，说明两种燃料在此种条件下都已经被点燃；5号配方燃料点火时产生的压力大于4号燃料点火时产生的压力，说明5号配方在燃烧时产气较多。5)结论实施例一与实施例二在进行密闭点火试验时，用0.125g硝化棉就可以将实施例二点燃，而对于实施例一而言，需最少用0.500g的硝化棉才能将其点燃；实施例一与实施例二在被点燃后都产生了较大的压力，且实施例二产生的压力大于实施例一，说明实施例二在燃烧时产气较多。(四)总结(1)实施例一的闪点低于实施例二的闪点，且更接近于柴油的闪点；(2)根据理论计算实施例一的燃烧热较大，但小于柴油的燃烧热；(3)与实施一相比，实施例二燃烧时产生的气体较多。另一方面，本发明提供了如下技术方案：一种基于高能含氧液体燃料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量百分比，配制氧化剂、三乙醇胺硝酸盐、酯类、醇类和溶剂；步骤二、将氧化剂45～65％、醇类0～20％、溶剂5～25％加入静态混合器中混合，再加入三乙醇胺硝酸盐0～40％进行二次混合，再加入酯类0～30％进行三次混合，过滤即得到所述高能含氧液体燃料。综上所述，本发明具有以下有益效果：通过氧化剂受热分解反应生成氧气，氧气浓度高，使得燃烧速度不受外界空气限制，三乙醇胺硝酸盐、酯类和醇类与反应所得的氧气进行充分燃烧，燃烧反应后生成水、二氧化碳和氮气等无害气体，不会对环境造成影响，且三乙醇胺硝酸盐、酯类和醇类充分进行燃烧能释放大量的能量形成较高的比冲，使得发动机能输出较高的功率。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3