本发明属于航空燃料
技术领域：
，具体的说是一种不含铅航空活塞式发动机燃料及其制备方法、装置。
背景技术：
：2013年，美国联邦航空管理局(faa)与美国环境保护署(epa)启动了一项活塞式飞机发动机燃料倡议项目，寻找不含铅航空燃料作为替代品以解决含铅类活塞发动机燃料的铅排放带来的大气污染和毒性等问题。美国现行主流航空汽油采用astm《d910-17standardspecificationforleadedaviationgasoline》100号含铅航空汽油和100ll号低铅航空汽油。我国采用gb1787-2008《航空活塞式发动机燃料》国家标准，分为无铅ul91和低铅100ll两种航空燃料。含铅航空汽油虽然在一定程度上满足了发动机抗暴震性能，但是也会对发动机产生不利影响，由于四乙基铅在发动机中燃烧生成铅化物和金属铅，含铅汽油不可避免出现积铅情况，随着发动机铅含量积累增多会引起发动机抖动甚至气门异常关闭。使用含铅汽油大大增加飞机维修和更换配件的频率。因此，民航总局大力提倡我国自主的无铅航空汽油发展。无铅汽油的研发过程中，难度在于寻找可替代铅的高抗爆性的组分，传统的无铅汽油采用1,3,5-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯等组分，由于1,3,5-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯90%蒸发温度高达159-168℃，终馏点176℃，加入量过大使燃料后馏程段偏高燃料整体密度增加，高密度燃料的后馏程段过高在发动机气缸内燃烧不充分，燃烧不充分的可燃混合气到排气系统带来大量热量造成排气系统温度整体升高20-30度。对发动机的稳定性有一定影响。在研究过程中发现溶于水或是含氧化合物类的组份不能用于无铅航空汽油的调和，主要是因为防止油品在低温高原区产生游离水出现阻塞油路的风险。同时高密度的苯胺类组份也不太适用于航空汽油调和，苯胺类组份辛烷值较高理论调和航空汽油能满足航空汽油的抗爆性指标，但调和后会出现航空汽油分层苯胺类大密度组份会沉降在罐体底部，即便是通过搅拌混合后仍然出现分层，在运输时或倒灌过程中易把航空汽油中的苯胺组份抽出加到飞机上不利于发动机稳定运行。基于上述情况，如何使无铅汽油实现高抗爆性，同时满足飞机在不同地域、不同季节和海拔的状况下稳定飞行、发动机无论冷启动还是热启动都顺畅自如，是目前航空燃料研发需要解决的问题。技术实现要素：为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种不含铅航空活塞式发动机燃料及其制备方法、装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一方面，提供了一种不含铅航空活塞式发动机燃料，包括如下体积百分含量的各组分：2,2,4-三甲基戊烷28～45%；2,2,3-三甲基丁烷13～40%；芳烃20～33%；烷烃7～13%。另一种可选择的技术方案为：所述2,2,4-三甲基戊烷采用烷基化油和2,2,4-三甲基戊烷的组合油替代。进一步的，所述芳烃为c5-c8的芳烃。进一步的，所述芳烃为以下组分的一种或多种组合：1,3-二甲基苯，甲苯，均三甲苯，异丙苯。进一步的，所述烷烃为异戊烷。另一方面，还提供了本发明示例的任一种不含铅航空活塞式发动机燃料的制备方法，包括：将各组分按照密度先大后小的顺序进料并充分搅拌混合。进一步的，所述2,2,4-三甲基戊烷为从烷基化油中提取，提取条件为温度32-35℃、压力400-800kpa。另一方面，还提供了本发明示例的任一种不含铅航空活塞式发动机燃料的制备装置，包括提取装置和搅拌混合装置，其中：所述提取装置内部设置有上段填料床层和下段填料床层，在所述上段填料床层和下段填料床层之间设置有液体收集分布器，所述液体收集分布器包括收集部件和分布部件，所述分布部件安装在所述收集部件上且分布部件的高度低于收集部件，所述收集部件收集上段填料床层底部的液体并将其导入分布部件，分布部件使液体均匀分布到下段填料床层上。进一步的，所述收集部件包括由底面和侧壁构成的开口槽，所述开口槽内部的空间为相互连通的整体空间，所述侧壁呈蛇形弯曲并构成首尾相接的封闭环，所述侧壁位于内侧的部分为底部向内侧倾斜的倾斜面，从而在收集部件的中部形成中心收集槽；所述分布部件为均匀安装在收集部件的侧壁外侧的导流管，所述导流管竖直安装且导流管的顶端低于收集部件的侧壁的上边缘。进一步的，所述液体收集分布器的底端与所述下段填料床层的顶端之间的垂直距离为h，950mm≤h≤1050mm。进一步的，提取装置上设置不凝气缓冲罐和回流罐。与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料，选用高纯度的芳烃、烷烃等组分防止辛烷值的降低，同时采用2,2,4-三甲基戊烷高辛烷值、低馏程、低密度的优秀物理性质组合来满足航空汽油对高抗爆性、低蒸气压和严苛的馏程等要求，高辛烷值的2，2,3-三甲基丁烷的马达法辛烷值为101，与2,2,4-三甲基戊烷协同调制的不含铅航空活塞式发动机燃料完全可以替代常规含铅汽油中四乙基铅的抗爆性。2、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料，其构成组分少，不仅满足活塞式发动机对抗爆性能的要求，同时避免出现铅积情况，消除了含铅汽油对发动机电嘴等零部件的伤害，因此降低了发动机维护保养费用和环境污染。3、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料，其中主要组分2,2,4-三甲基戊烷具有高辛烷值低馏程的优势，与芳烃中的异丙苯等组合，解决了发动机排气系统在实际使用过程中温升过大的问题。4、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备方法，操作步骤非常简单，可操作性强，易于推广。5、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备方法，常规烷基化油在温度32-35℃、压力400-800kpa的工艺条件下提纯，能够得到纯度99%以上的2,2,4-三甲基戊烷，用于调和无铅航空汽油，具有更好的调和效应。6、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备装置，提取装置内部设置液体收集分布器，液体收集分布器将液体的收集和分布的功能集于一体，分布部件直接安装在收集部件上，在保证液体可以均匀分布到下段填料床层上的同时，可将液体收集分布器与下段填料床层之间的垂直距离缩短，降低了提取装置的整体高度，从而减少投资，节省蒸汽用量，降低装置运行成本。7、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备装置，提取装置内部设置液体收集分布器，到达下段填料床层的液体由传统的呈喷淋状无序喷洒，变为均匀分布，增加了提取装置内部两种组分的接触面积，设置不凝气缓冲罐、回流罐等，使得提取装置内部的组分介质相互交换和多次分离，从而得到纯度99%以上的2,2,4-三甲基戊烷，用于调和无铅航空汽油，具有更好的调和效应。8、本发明示例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备装置，液体收集分布器的收集部件设有中心收集槽，且中心收集槽周围的侧壁为倾斜的，提取过程中产生的焦粉会沿着倾斜面向下流动，避免了焦粉堵塞液体收集分布器的导流管。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明实施例中提取装置的结构示意图；图2为图1中液体收集分布器的结构示意图。图中：1提取装置，2上段填料床层，3液体收集分布器，31收集部件，32分布部件，33中心收集槽，4下段填料床层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。实施例1-4：实施例1-4的不含铅航空活塞式发动机燃料的组分及其体积份数如表1所示，将各组分调和分别形成实施例1-4的航空汽油；其对应的性质如表2所示。由表2可知，实施例1-4的无铅航空汽油的实测指标均符合d910-17100vll（低铅标准）。表1：实施例1-4航空汽油的调和方案组成v%2,2,4-三甲基戊烷2,2,3-三甲基丁烷1,3-二甲基苯甲苯均三甲苯异丙苯异戊烷实施例13322—23—1012实施例24513—218—13实施例3332222——1112实施例4284012—13—7表2：实施例1-4调制航空汽油的性质d910-17100vll（低铅标准）标准指标实施例1实测指标实施例2实测指标实施例3实测指标实施例4实测指标马达法辛烷值大于99.6100.6100.2100.6101铅含量0.27-0.43无无无无密度见报告0.7390.7380.7400.744初馏点见报告4240414010%蒸发温度℃不高于757173727340%蒸发温度℃不低于758991929250%蒸发温度℃不高于10510010210110290%蒸发温度℃不高于135120122121122终馏点℃不高于17015716015916010%与50%蒸发通度之和不低于135171175173175蒸汽压38℃38-4942424139实施例5-8：实施例5-8是采用烷基化油和2,2,4-三甲基戊烷的组合油替代实施例1-4中的2,2,4-三甲基戊烷，在烷基化油和2,2,4-三甲基戊烷的组合油中，烷基化油所占体积百分比20-70%，2,2,4-三甲基戊烷所占体积百分比20-80%。实施例5-8的不含铅航空活塞式发动机燃料的组分及其体积份数如表3所示，将各组分调和分别形成实施例5-8的航空汽油；其对应的性质如表4所示。由表4可知，实施例5-8的无铅航空汽油的实测指标均符合d910-17100vll（低铅标准）。表3：实施例5-8航空汽油的调和方案组成v%烷基化油和2,2,4-三甲基戊烷的组合油2,2,3-三甲基丁烷1,3-二甲基苯甲苯均三甲苯异丙苯异戊烷实施例53622—24—99实施例63723—239—8实施例7362223——109实施例8372323—9—8表4：实施例5-8调制航空汽油的性质d910-17100vll（低铅标准）标准指标实施例5实测指标实施例6实测指标实施例7实测指标实施例8实测指标马达法辛烷值大于99.6100.6100.6100.4100.5铅含量0.27-0.43无无无无密度见报告0.7370.7410.7390.742初馏点见报告4039414010%蒸发温度℃不高于757073717240%蒸发温度℃不低于759089929150%蒸发温度℃不高于10510210110210290%蒸发温度℃不高于135122123121123终馏点℃不高于17015615815715910%与50%蒸发通度之和不低于135172174173174蒸汽压38℃38-4940394240在其他实施例中，芳烃组分还可用c5-c8的其他芳烃替代。上述实施例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备方法，包括：将各组分按照密度先大后小的顺序进料并充分搅拌混合。其中，所述2,2,4-三甲基戊烷为从烷基化油中提取，提取条件为温度32-35℃、压力400-800kpa，配合下述的制备装置，可得到纯度99%以上的2,2,4-三甲基戊烷，用于调和无铅航空汽油，具有更好的调和效应。上述实施例的不含铅航空活塞式发动机燃料的制备装置，包括提取装置1和搅拌混合装置，其中，搅拌混合装置可采用现有的装置，提取装置1的结构如图1所示：提取装置1内部设置有上段填料床层2和下段填料床层4，在所述上段填料床层2和下段填料床层4之间设置有液体收集分布器3，如图2所示，所述液体收集分布器3包括收集部件31和分布部件32，所述分布部件32安装在所述收集部件31上且分布部件32的高度低于收集部件31，所述收集部件31收集上段填料床层2底部的液体并将其导入分布部件32，分布部件32使液体均匀分布到下段填料床层4上。如图2，收集部件31包括由底面和侧壁构成的开口槽，所述开口槽内部的空间为相互连通的整体空间，所述侧壁呈蛇形弯曲并构成首尾相接的封闭环，所述侧壁位于内侧的部分为底部向内侧倾斜的倾斜面，从而在收集部件的中部形成中心收集槽33；所述分布部件32为均匀安装在收集部件31的侧壁外侧的导流管，所述导流管竖直安装且导流管的顶端低于收集部件31的侧壁的上边缘。中心收集槽33沿直线布置，中心收集槽33两侧的侧壁对称布置。导流管的管壁呈螺旋状卷曲，由图2可以看出，螺旋状卷曲是指的采用一个片状材料从一端向另一端卷曲构成导流管，导流管在收集部件31上安装时，其管壁外表面与收集部件31形成固定连接，卷曲后位于外部的一端也与收集部件31形成固定连接，增加其安装强度，而且对液体的分布效果更好。具体实施时，液体收集分布器3的结构不限于图2所示的结构，还可设置收集部件31的侧壁围绕中心收集槽33的周围沿圆环形轨迹延伸，其侧壁在沿圆环形轨迹延伸的同时呈蛇形弯曲，与上述实施例相同的，侧壁的底端向中心倾斜，使得提取过程中产生的结焦等沉淀物可以自行流下，避免堵塞导流管，分布部件32均匀安装在收集部件31的侧壁外侧，整个液体收集分布器形成花朵的形状。液体收集分布器的底端与所述下段填料床层的顶端之间的垂直距离为h，950mm≤h≤1050mm。h优选为1000mm，设置液体收集分布器3之后，有效保证了下段填料床层4上液体的均匀分布，降低了塔体的高度。本实施例中，提取装置上设置不凝气缓冲罐和回流罐，使得提取装置内部的组分介质相互交换和多次分离，提升原料利用率，提升得到的2,2,4-三甲基戊烷的纯度，可使纯度达到99%以上。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。当前第1页12