吴昱;毕鹏禹;金青君;曹浪
【摘 要】针对现有喷火油料无法长期贮存的缺陷,通过复配不同类型的原料油,系统地研究了原料油化学组成对喷火油料凝胶粘度特性的影响规律.结果表明:采用饱和烷烃、饱和环烷烃、芳烃复配原料油调制的喷火油料凝胶均具有良好的粘度稳定性,其中以正己烷为代表的C6饱和烷烃形成的凝胶粘度最高,可以作为喷火油料粘度调节的重要物质.%In view of the defects that the existing spitfire oil cannot be stored for long time, a series of raw oil formulations were fabricated. And the influence of the raw materials on the viscosity properties of the spitfire oil gel was studied in detail. Results showed that all the spitfire oil gels which fabricated by saturated alkane, saturated naphthene and aromatics had good viscosity stabilities. The C6saturated alkanes represented by N-hexane had the maximum viscosity, which could be used as important material to adjust the viscosity of the spitfire oil. c大调的城【期刊名称】《火工品》
【年(卷),期】2017(000)006
【总页数】4页(P33-36)
【关键词】喷火油料;粘度;稳定性
【作 者】吴昱;毕鹏禹;金青君;曹浪
【作者单位】防化研究院第五研究所,北京,102205;防化研究院第五研究所,北京,102205;防化研究院第五研究所,北京,102205;防化研究院第五研究所,北京,102205
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ567.8
喷火油料是喷火装备的重要组成部分，一般是由原料油、凝油粉（二元脂肪酸铝盐）、稠化剂（二甲酚）组成，其品质特点很大程度上决定了喷火器的使用效能和使用方式。二元脂肪酸铝盐在原料油中以分子间氢键相结合，构筑成网状结构，主要属于软结合方式。在喷火油料喷出口时，高压剪切会破坏分子间的氢键结合，使粘稠的油料变稀便于喷出；当油料喷出口后，随着高压剪切力的消失，分子间氢键又会很快恢复，变稀的油料再次
粘稠起来，便于远距离飞行攻击目标。这种不同压力下展现的不同流变性能充分体现了喷火油料的非牛顿流体[1]特性。
二元脂肪酸铝盐的分子间相互作用极易受到油料品质的影响，使得长时间贮存的油料变稀（粘度急剧下降），严重影响喷火油料的使用效果。因此，实际使用的喷火油料都是根据需要临时调制，且使用时限受到严格控制。然而，随着国际能源安全形势不断变化，我国原油来源日益分散[2-3]，原油品质参差不齐，所提炼出的油品组分差异大；此外，汽油中还要加入抗氧剂、辛烷值改进剂、清净剂等各种添加剂[4]，以改善油品的物理与化学性质和使用性能。即便严格控制调制条件，很多情况下也无法保证喷火油料能成功调制，给喷火器的使用带来了很大困扰。
本文选择了不同种类的原料油进行喷火油料调制，通过其化学组成和粘度稳定性的研究，寻影响喷火油料凝胶粘度的一般规律，为长贮型喷火油料的研制提供依据。
试剂：市售93#汽油购自青岛某加油站；凝油粉 [5]和二甲酚由防化研究院提供；根据研究需要和炼油厂的实际情况，本文复配了4种不同的原料油，具体化学组成如表1所示。
仪器：Brookfield DV2THB旋转粘度仪； ALIENT 6850N型气相谱仪。
喷火油料凝胶的制备方法：准确量取100mL配置好的原料油，在120rpm机械搅拌条件下，缓慢加入一定质量的凝油粉，继续搅拌3min后，快速加入一定量的二甲酚，搅拌直至溶胀，即可得到喷火油料凝胶。喷火油料凝胶于常温条件下贮存，待检。
内部会计控制规范凝胶表观粘度测试：在凝胶中放入直径为1.2cm的LV3转子，转速调至0.02rpm，待读数稳定后，记录凝胶表观粘度。
油品族组分分析：气相谱检测器为氢火焰检测器，谱柱为HP-PONA石英毛细管柱（50cm×0.2mm）；升温程序为35℃（10min）→10℃/min →200℃（10min）；进样口温度为200℃，进样量为0.2μL，载气为氦气，分流比100:1；采用程序升温保留指数定性，峰面积归一化法定量。
目前，喷火油料的调制均使用市售汽油，但存在化学组成复杂，油品成分不稳定的现象，使得喷火油料经常无法调制成功。以表1中青岛某加油站的93#汽油为例，其化学组成主要为4类，分别是饱和烷烃、饱和环烷烃、芳烃以及烯烃，主要化学物质多达120余种。经过不同比例凝油粉的调制，均无法调制形成凝胶状态。
仪用放大器为了采用稳定化学组成的原料油进行粘度稳定性研究，本文针对4种不同类型的炼油产品进行模拟复配，分别为复配原料油A、B、C、D，如表1所示。其中，复配原料油A以低分子量的饱和烷烃和环烷烃为主，复配有少量C7的芳烃；复配原料油B主要为C8异构烷烃，复配有少量C7的芳烃；复配原料油C以低分子量的饱和烷烃为主，复配了少量环烷烃；复配原料油D中的饱和烷烃和环烷烃含量基本相当，复配有少量芳烃。在复配过程中，避免使用烯烃，是因为烯烃的稳定性较差，容易在贮存过程中氧化变质，形成极性杂质。
采用上述4种复配原料油，加入3%凝油粉和1.5%二甲酚调制喷火油料凝胶，测试不同贮存时间的粘度，结果如图1所示。
4种调配的喷火油料凝胶的粘度变化主要经历两个阶段：第1阶段大约在7d左右，凝胶的粘度存在一定的起伏，主要是凝油粉分子和二甲酚分子在非极性的油料中分散并形成网络状结构，使油料分子一定程度上被固定下来，进而形成胶冻状的凝胶；第2阶段为在经历了7d的粘度变化期后，喷火油料凝胶内部的网络结构基本稳定下来，使体系粘度趋于稳定。DMT
所不同的是，采用复配原料油A和复配原料油D调制的喷火油料凝胶的粘度介于100~1 000 Pa·s之间，更符合实际使用的喷火油料状态。此外，复配原料油B调制的喷火油料凝胶的
粘度稳定在2 200 ~ 2 300Pa·s的范围内，通过比例的调节也有可能实现理想的粘度状态；而复配原料油C调制的喷火油料凝胶的粘度大于16 000Pa·s，远远超出理想的粘度限值，可不做进一步考察。值得注意的是，在实验过程中发现，复配原料油D调制的喷火油料凝胶的电点火引燃能力明显弱于复配原料油A和复配原料油B，对其实际应用形成了一定制约。这是因为复配原料油D的碳数大于上述两者，故其沸点也会明显高，使得油料分子的挥发蒸汽量明显降低，进而影响其引燃能力。
因此，本文选择复配原料油A和复配原料油B开展下一步研究。
在复配原料油A和复配原料油B中分别加入1%、2%、3%和4%的凝油粉及1.5%二甲酚，调配出油料凝胶，测试不同贮存时间的粘度，结果如图2所示。
由图2可以看出，经历7d的粘度变化期后，整个凝胶体系的粘度趋于稳定，且凝胶体系粘度随着凝油粉加入量的增加而增加；不过，凝胶体系粘度的增加并不呈线性变化，而是在经历凝油粉含量1% ~ 3%的缓慢增加后，突然出现一个粘度明显增加的过程，如图3所示。
在相同凝油粉加入量的条件下，复配原料油B形成的喷火油料凝胶的粘度明显高于复配原
料油A。对比可以发现，复配原料油B中的饱和烷烃含量高于复配原料油A，结合复配原料油C的粘度特性，可以看出，在相同凝油粉加入量的条件下，饱和烷烃形成凝胶的粘度高于环烷烃和芳烃。依据相似相容原理，链烃相比环烃（环烷烃和芳烃）更容易与二元脂肪酸铝的烷基链形成疏水相互作用，进而提升系统的粘度特性。
高平市阳光农廉网此外，由复配原料油B调制成的喷火油料凝胶虽然在1%左右可以达到100~1 000Pa·s之间，但调节范围较小，对于调制不同使用温度的喷火油料具有一定局限性。可见，相对其它几种复配原料油，复配原料油A的实用性更强。
由2.1和2.2可以看出，饱和烷烃对喷火油料凝胶的粘度影响较大，故选择不同碳链长度的饱和烷烃进行研究。在正己烷（C6）、正庚烷（C7）、正辛烷（C8）、正壬烷（C9）、正癸烷（C10）中分别加入3%凝油粉及1.5%二甲酚，调制喷火油料凝胶，测定不同贮存时间的粘度，结果如图4所示。
纯物质粘度趋于稳定的时间快于复配原料油，由图4可见，3d后，所有凝胶的粘度均趋于稳定。其中，由正己烷调制的凝胶粘度稳定在6 200 ~ 6 300Pa·s，明显高于其它几种凝胶的粘度（1 000 ~ 2 000Pa·s）。这是因为，凝油粉（二元脂肪酸铝）的烷基链长度为C6，
与正己烷的匹配度最好，在相似相容原理的作用下，形成的网络结构相互作用最强，故而显示出良好的粘度特性。正己烷的这种匹配特性，也为在复配原料油的过程中提供了粘度调节的便利和依据。
本文依据市售汽油化学组成的特点，针对性地复配了4种喷火油料原料油，系统研究了由其形成了喷火油料凝胶的粘度稳定性；在此基础上，还研究了不同碳链长度烷烃在喷火油料调制过程中的粘度稳定特性。研究结果表明，由饱和烷烃、饱和环烷烃、芳烃调制的喷火油料凝胶均具有良好的稳定性；以正己烷为代表的C6化合物与凝油粉分子的相似相容匹配性最佳，可以作为喷火油料粘度调节的重要物质。本文所研究的复配原料油A形成的喷火油料凝胶具有粘度调节范围大、长期贮存稳定性好的特点，为复杂环境使用、长时间贮存的喷火油料的研制提供了理论基础和数据支持。
【相关文献】
[1] 刘海燕,庞明军,魏进家.非牛顿流体研究进展及发展趋势[J]. 2010, 39 (5): 740-742.
[2] 易久,苏宁,吴金娜.世界原油储量变化趋势及中国石油进口战略分析[J].工业技术经济, 2001,21(3):67-69.
[3] 汪鹏.世界石油贸易与中国石油发展战略的构建[J]. 中国石油石化,2016(Z1):141.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议