Топливная эмульсия

 

Соиз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е «>8Ю760

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.10.78 (21) 2680822/23-04 (51) M K. - C 10 L 1 32 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 10.03.81 (53) УДК 665.75

1088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Лысенко, В. Г. Беденко и Н. А. Панькина (71) Заявитель (54) ТОПЛИВНАЯ ЭМУЛЬСИЯ

Изобретение относится к топливным эмульсиям, используемым в двигателях внутреннего сгорания.

Известна топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды и эмульгатора — неионогенного поверхностно-активного вещества (НПАВ) .

В качестве НПАВ 1то данному способу бсрут твин-80 и пентол в соотношении 1: 2 и ОП-4 и пентол в соотношении 1: 3 в количестве 5 — 15 об. % в расчете на заэмульгированную воду. Количество воды в предложенной эмульсии составляет 5 — 65%. Агрегативная устойчивость водно-бензиновых эмульсий составляет год. Такая агрегатпв- 15 на я устойчивость вполне достаточна для практического использования эмульсионного топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) . Седиментационная устойчивость этих эмульсий следующая: за 3 ч кон- 20 центрация 20%-ной эмульсии с 5 и 10 об. %

ГЛАВ уменьшается соответственно на 8 — 10 и 1 — 1,5%. Такие показатели седиментационной устойчивости недостаточны при низких концентрациях ПАВ для применения 25 эмульсий в ДВС. Седиментация капель воды вызывает неравномерность ее подачи в

«амрру сгорания, отрицательно сказывается на всей работе ДВС. Кроме того, в рассмотренной работе расход эмульгатора, особенно при высоких концентрациях воды в эмульсиях, велик и для эмульсии со средней концентрацией (40% ), как минимум, составляет 2 ил/100,ил. Основным компонентом в составе предлагаемого эмульгатора является пентол — дорогое и дефицитное ПАВ, использующееся в парфюмерной промышленности.

Более близкой к предложенной топливной эмульсии но составу является топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды, эмульгатора и присадок, улучшающих эксплуатационные свойства топлива (2).

Недостатком известной эмульсии является относительно невысокая ее устойчивость н значительное количество эмульгатора. (более 5% ).

Целью изобретения является повышение устойчивости эмульсии и уменьшение расхода эмульгатора.

Поставленная цель достигается тем, что топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды, эмульгатора н присадки, в качестве последней содержит соль карбоновой кислоты общей срормулы (RCOQ) зМе, где К = Со — C»., Ме = 1= е, Cr при следующем соотношении компонентов, вес.!ф:

810760

Вода

Э мул ьгатор

Соль карбоновой кислоты общей формулы (RCOO) зМе

Углеводородное топливо

1 — 40

0,05 — 5,0

0,002;5 — 1,5

Остальное.

Таблица !

Влияние добавки пальмитиновокислого железа (III) на устойчивость !

0 -ных водно-бензиновых эмульсий (бензин А-72), стабилизированных

НПАВ различной природы.

Содержание до— бавки пальмитиновокислого железа в эмульгаторе, вес. о О (г/100 z) ! !змецсиие концентрации эмульсии, 00. Й

Концентрация эмульгатора, гу <00 мл эмульсии! стойчивость эмульсии, ч

ПАВ

0,5

0Ä

0,1

2,5

О! 1,1

0,5

0.5

0,5

0.5

0.9

О

4,2

8,3

16,7

Менее 0,3

8

0.1

6,8

0,9

0,4

RCO y CzH

ОМ

СгН,ОЛ!

0,5

12,5 где К=С,-С,;, П альм итиновокислое железо (111) 0,2

0,6

100

В качестве неионогенного эмульгатора берут индивидуальные вещества, фракции или их смеси: эфиры многоатомных спиртов и карбоновых кислот, полиэтиленгликолевые эфиры высших спиртов, кислот, алкнлфенолов, алкилполипропиленгликолей и др., блок-сополимеры, а также алкиламины, алкилоламины, алкилоламиды, комплексы а нионных и катионных ПАВ и др.

Приготовление эмульсий вода — топливо проводят во всех примерах следующим образом.

Необходимое количество эмульгатора растворяют в углеводороде или в воде. Угл".водородную и водную фазы в указанных пропорциях помещают для диспергирования в термостатированный сосуд ультразвукоСмесь таина 80 и пентола в весовом соотношении 1: 2

Смесь сорбитана С (I) и пептола (II) в весовом соотношении

1:II от О до 05: от О до 05

I; II 14:9

I:11=7: 4

1: 11 = 3: 2

RO(C,Н„,О)„(С.,Н,О)г„Н, где п=5, m= — 17, R=C

R = С 13 С1"

Как следует из табл. 1, добавка пальмитиновокислого железа (II I) действует универсально: в ее присутствии неионогенные поверхностно-активные вещества различной химической природы (п. 1 — 4), в том числе и смесь НПАВ (п. 1), стабилизируют водобензиновые эмульсии в несколько раз эффективнее (в 3 — 30 раз). Необходимо отметить, что пальмитиновокислое желевого диспергатора УЗДН-1 У4.2 и прн частоте 35 к1 II в течение 2 пин проводят диспсргпрование. Образовавшуюся эмульсию переливают в градуированную пробирку на

5 10 мл и наблюдают за устойчивостью эмульсии. 3а меру седиментационной устойчивости принимают время до начала визуально наблюдаемого изменения концентрации в об смс эмульсии, а также в некоторых

10 случаях изменение концентрации воды в верхнем слое толщиной 1 см за 3 ч (как в работе Калюжной с соавторами). Визуальные наблюдения коррелируют с пикнометрическим определением концентрации

15 эмульсий. Устойчивость эмульсий к коалесценции высока и во всех приведенных примерах около месяца.

Дисперсный состав эмульсий, определенный с помощью микроскопа МБИ-6, во всех случаях был почти одинаков, диаметр капель воды составлял 1 — 2 мкм.

Для сравнения приводятся результаты испытаний НПАВ без добавки металлических мыл, 25 Пример 1. зо без НПАВ (п. 5) не является сильным стабилизатором обратной эмульсии и поэтому рекомендуется только как добавка.

Оптимальная концентрация соли для каж30 дого НПАВ в зависимости от концентрации

НПАВ и воды в эмульсии различна и находится в пределах 4 33% в расчете на вес

НПАВ (см. также примеры 2 — 3).

Пример 2.

810760

Таблица 2

Устойчивость 10 -ной эмульсии воды в бензине А-72. Эмульгатор— смесь сорбитана С и пальмитиновокислого хрома (11!) (Содержание пальмитиновокислого хрома (III) в эмульгаторе, вес. %

1 стойчивость эмульсии, ч, при концентрации

0,8 г,100 гил

0,3 г/100 мл 0,5 г 100 лсг

0.1

0,05 час

0,1

0,2

0,1

3

1 шенин общего расхода эмульгатора. Например, устойчивость 4 ч можно достичь при содержании металлического мыла в эмульгаторе 6 вес. % и общем расходе эмульга5 тора 0,8 г/100 л л1 или при содержании мыла в эмульгаторе 13 вес. % и общем расходе эмульгатора 0,3 г/100 мл.

Как видно из табл. 2, при содержании пальмитиновокислого хрома в смеси его c сорбитаном С от 4,2 до 33%, устойчивость эмульсии увеличивается от 0,05 — до 0,1—

12 ч (в 2 — 120 раз), т. е. добавка металлического мыла весьма эффективна. Подбором оптимального соотношения НПА — металлическое мыло можно значительно увеличить устойчивость эмульсии при уменьПример 3.

Таблица 3

Устойчивость 10 ф -ной эмульсии воды в бензине А-72.

Эмульгатор — смесь эмульгатора Т-2 и стеариновокислого хрома (1П) Изменение концентрации эмульсии, об. %

Содержание стеарата хрома (111) в эмульгаторе, вес. %

Концентрация эмульгатора, г/100 ил

Устойчивость эмульсии, ч

0,2

1,2

2,5

1.0

5,0

10,0

0 о

1дб

4

0,1

2,7

0,5

1,7

По данным табл. 3 добавление к эмульгатору Т-2 даже 1 вес. % стеарата хрома (I I I) увеличивает седиментационную устойчивость эмульсии воды в бензине от 0,2 до

4 ч. Оптимальное количество добавки в рассматриваемом случае составляет 5 вес. %, 10 при дальнейшем увеличении содержания тристеарата хрома в составе смеси с Т-2 стабильность эмульсии несколько снижается, Пример 4 (6: 1 по весу).

Та блица 4

Устойчивость эмульсии, v, при концентрации эмульгатора

Концентрация воды, об. %

Э мульгатор

0,5

Спан 80

Спан 80 с добавкой железного мыла

Спан 80

Спан 80 с добавкой железного мыла

10 менее 0,05

0,1 (1,3

0.2

0,5

4,42

5,6

8,4

10,0

11.1

12,5 ! 3.3

16,7

25,0

33,0

0,5г/100 лил 1,8г/100 лгл 4,3г/100 ил

810760

Таблица 5

0,3

24

0

4,8

9,1 ойчивость Пример 6.

Таблица 6

Влияние присадки на устойчивость водно-топливной эмульсии

Устойчивость эмульсии, ч с присадкой (тристеарат хрома)

0,0025 вес О/

Состав эмульсии, вес. "/о без присадки

Вода-1

Эмульгатор (сорбитан С)—

0,0475

Топливо (бензин-А 72) до 100

0,003

0,5

Соль карбоновой кислоты общей формулы (RCOO) зМе

Углеводородное топливо

Формула изобретения

0,0035 — 1,5

До 100.

1 — 40

0,05 — 5,0

Вода

Эмульгатор

Составитель Н. Богданова

Редактор Л. Курасова Техред А, Камышникова Корректор С. Файн

Заказ 223/219 Изд. № 222 Тираж 553 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Устойчивость эмульсии вода — бензин

А-72 различной концентрации. Эмульгатор — Спан 80 и железное (Ш) мыло на основе синтетических жирных кислот фракции С1т — С о 5

Увеличение концентрации Спана 80 в

10%-ной эмульсии вода —,бензин от 0,5 до

4,3 г/100 ил приводит к повышению устойчивости от нескольких минут до 0,5 ч, в то время, как замена лишь 1/7 Сдана 80 на железное мыло повышает устойчивость (при наименьшей концентрации эмульгатора) до

3 ч.

Таким образом, добавка металлического мыла в этом случае эквивалентна сокращению расхода эмульгатора в 50 раз.

При концентрации воды в эмульсии

40 об. % влияние мыла сохраняется, хотя проявляется не так сильно: уст

Топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением воды, эмульгатора и присадки, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения устойчивости эмульсии и уменьшения расхода эмульгатора, в качестве присадки эмульсия содержит соль карбоновой кислоты общей формулы (РСОО) зМе, где R = Cg — С 1, Ме = Fe, Cr, при следующем соотношении компонентов, вес. g .. эмульсии возрастает в 13 и 7 раз при общей концентрации эмульгатора 0,5 и

1,8 г/100 пл.

Пример 5.

Устойчивость 10 g -ной эмульсии воды в дизельном топливе ДЛ, стабилизированной спаном 80 с добавкой стеариновокислого хрома (111). Концентрация эмульгатора 1,0 об.

Содержание стеарата

Устойчивость седименхрома в эмульгаторс, тационная, ч вес. Я>

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Калюжная А. М. и др. Доклады Всесоюзной научной конференции «Защита воздушного бассейна от загрязнений токсичными выбросами, транспортных средств», Харьков, 1977, ч. 1, с. 382 — 395.

2. Патент Великобритании Хо 1227346, кл, В 1 V, опублик. 1971 (прототип).