推进剂组合物及其制备和使用的方法技术

本文描述了配制的推进剂及其形成方法，其包括包含组合至少两种烃流体的制造火箭推进剂的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种制造火箭推进剂的方法
本专利技术公开一般性涉及推进剂制剂。具体而言，本专利技术公开涉及烃类流的组合以制造具有特定特征的火箭推进剂。
技术介绍
目前，火箭推进剂结合液态氧在很大比例的运载火箭和火箭中被用作推进剂系统。但是，供应是有限的，导致很少有机会来优化燃料制剂。此外，有限的供应导致一旦发生供应短缺/故障，在供应上没有或几乎没有剩余。因此，存在开发替代推进剂制剂的需求。
技术实现思路
在本专利技术公开的某些实施方案中，公开了制造包含至少两种烃流体组合的火箭推进剂的方法。附图说明图1说明了常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线。图2说明了共混原料的蒸馏曲线。图3说明了配制的推进剂的蒸馏曲线数据。图4说明了配制的推进剂的密度数据。图5说明了共混原料的蒸馏曲线数据。图6说明了配制的推进剂的蒸馏曲线。图7说明了配制的推进剂的密度数据。图8说明了配制的推进剂的重量减轻。图9说明了配制的推进剂的氢含量。图10说明了配制的推进剂的净燃烧热。图11说明了配制的推进剂的蒸馏曲线数据。图12说明了配制的推进剂和常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线。具体实施方式引言和定义现在将提供详细的描述。在所附权利要求中的每一项限定了一个单独的专利技术，为侵权目的它们均被认为包括权利要求中指定的各种要素或限制的等效物。下面的公开包括具体的实施方案、变化方案和实施例，但是本公开并不限于这些实施方案、变化方案或实施例，所包含的实施方案、变化方案或实施例使得当本公开中的信息与可用的信息和技术相结合时，本领域的普通技术人员能够制造和使用所公开的方法和物质的组成。本文所用的各种术语如下所示。如果在权利要求中所用术语没有在下文定义，则应该给予在印刷出版物和授予专利在申请时反映出的相关领域的技术人员给予该术语的最宽泛的定义。此外，除非另有规定，本文所描述的所有的化合物可是取代的或未取代的，且所列的化合物包括它们的衍生物。此外，不同范围和/或数值限制可明确陈述如下。应认识到，任何范围包括相似量级的迭代范围均落入明确规定的范围或限制中。本专利技术的实施方案涉及配制的推进剂。那些飞行器中很大比例是运载火箭和火箭，而其它飞行器包括超音速航天飞机，例如由冲压喷气式发动机(ramjets)或超音速燃烧冲压式喷气发动机(scramjets)提供动力的那些。冲压发动机一般是利用喷气向前运动来压缩进入的空气的喷气式发动机，其通常在零空速时不能产生推力因此不能从静止移动喷气式飞机。超音速冲压发动机是冲压发动机的变化方案，其中在超音速气流中发生燃烧过程。火箭通过向其后面高速喷出物质产生推力。化学火箭通过使推进剂和氧化剂(如液态氧)在燃烧室中反应产生高速气体流以产生推力。当前这些飞行器的有效载荷在很大程度上受限于推进剂的密度和能量含量。火箭推进剂的比冲量(Isp)是与进入燃烧室的推进剂的质量流速产生的推力相关的参数。其比例与室温度的平方根成正比并与室内容物分子量的平方根成反比。因此，比冲量随室温度的上升(其导致更高的室压)以及燃烧产物分子量的下降(相比于较重质的产物其获得更高的排气速度)而提高。比冲量本质上是一个动量项。提高在给定的时间燃烧的燃料的质量或排出气体的速度通常对比冲量有有益的影响。由于对于给定重量的燃料燃烧产生更大的推力，因此期望更高的比冲量。相比于其它的可能，其结果是可将更大的载荷提升到轨道中或可达到更高的轨道。许多当前推进剂的使用者使用符合“RP-1”标准的推进剂(以下称作“RP-1”推进剂)。其它对硫含量更敏感的使用者需要使用符合RP-2标准的推进剂。RP-1和RP-2推进剂的某些相关的化学和物理性质标准示出在下面的表1中。表1性质RP-1限定RP-2限定ASTM方法燃料蒸发10％(°F)365-410365-410终点(°F)最高525最高525D-86比重(60°F)0.799-0.815D-1298硫(ppm)最高30最高0.1D-5623硫醇硫(ppm)最高3不要求D-3227冰点(°F)最高-60(-51℃)最高-60(-51℃)D-2386净燃烧热(BTU/磅)最低18500最低18500D-240芳烃(vol％)最大5最大5D-1319烯烃(vol％)最大2最大2D-1319氢含量(wt％)最低13.8最低13.8D-3343闪点(°F)最低140(60℃)最低140(60℃)D-93＊如2006年4月14日由美国国防部所报道的标准MIL-DTL-25576E常规地，RP-1推进剂是类似于喷气机燃料的高度精炼的煤油。煤油通常从石油在140℃至250℃之间的分馏馏分获得，得到碳链长度10至25个碳原子的分子的共混物。例如，RP-1推进剂可具有约175的平均分子量，约0.82g/ml的密度和350°F(176℃)至525°F(273℃)的沸程。理论上，几乎所有的石油原油利用足够的加工都可以生产一些RP-1推进剂，然而在实践中，由于精炼较低质量的原油所涉及的成本和难度，燃料通常是来源于少数的高质量基本原料。不同于常规的制造RP-1推进剂的方法，本专利技术的推进剂通过共混一种或多种烃流体以形成配制的推进剂来配制。如本文所用，术语“烃流体”在一般意义上用来描述广泛的材料用在同样广泛的应用中。通常用于本文所述配制的推进剂的烃流体可通过若干步骤生产。例如，烃流体可由如下方法生产，即重度加氢处理、深度加氢处理或加氢裂化以去除硫或其它杂原子，或者聚合或低聚方法，在这类方法之后是蒸馏以将它们分离成窄沸程。在某些情况中，可以有另外的步骤，如化学或物理分离以将流浓缩成异链烷烃或链烷烃。此外，来自低聚反应的异链烷烃可构成烃流体。某些烃流体描述在美国专利第7,311,814号和美国专利第7,056,869号中，其通过引用并入本文。与燃料不同，烃流体倾向于具有窄的沸点范围，例如小于500°F(260℃)、或300°F(148℃)或100°F(37℃)。这种窄级分提供更窄的闪点范围并提供更严格的粘度，改善的粘度稳定性和明确的蒸发标准，例如如蒸馏曲线所示出的。在某些实施方案中，可以通过加氢裂化减压瓦斯油馏出物，然后通过分馏和/或氢化经加氢裂化的减压瓦斯油来生产烃流体。这类流体可具有212°F(100℃)至752°F(400℃)的ASTMD86沸点范围，其中各个烃流体可具有本文所述的窄沸程。流体还可含有例如至少40wt％、或60wt％或70wt％的环烷烃含量。流体还可含有例如小于2wt％、或1.5wt％或1.0wt％的芳烃含量。流体还可具有例如低于212°F(100℃)、或205°F(96℃)或200°F(93℃)的苯胺点。在某些实施方案中，烃流体具有低的硫浓度，例如小于30ppm、或小于15ppm或小于3ppm，例如低于1.0vol％，或0.5vol％或0.01vol％的芳烃含量，相对高的净燃烧热、和窄馏程。此外，取决于如何处理和生产烃流体，烃流体的特征还可在于主要是链烷烃、异链烷烃或环烷烃(例如，大于40wt％、或50wt％或60wt％或80％)。虽然这种特性可有助于在共混中达到非常低的密度和/或高净燃烧热，但是这种特性不是推进剂制剂的必要条件。表征各种烃流体的一些说明性的、非限制性的化学和物理性质范围示出于下面的表2中。表2烃流体可来自可产生满足最终用途要求的材料的任何合适的起始材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.19 US 12/949,980;2011.11.14 US 13/295,2681.一种制造火箭推进剂的方法，其包括组合至少两种烃流体，其中配制的推进剂满足RP-1标准、包含高于60wt％的异链烷烃，并且所述烃流体具有按ASTMD-1319测量的少于1体积％的芳烃含量。2.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTMD-5623测量的少于3ppm的硫含量。3.权利要求2所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTMD-1319测量的少于0.01体积％的芳烃含量。4.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTMD-1319测量的少于0.1体积％的烯烃含量。5.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTMD-3343测量的13wt％至15wt％的氢含量。6.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTMD-93测...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·凯利，
申请(专利权)人：道达尔炼油与销售部，
类型：
国别省市：