Способ получения водно-топливной эмульсии

 

Изобретение относится к жидким углеводородным топливам, а именно водно-топливным эмульсиям легкого топлива, и может быть использовано при эксплуатации автомобильных двигателей и энергетических установок. Для получения устойчивых водно-топливных эмульсий легкого топлива предложен способ, заключающийся в смешении топлива, воды и стабилизатора в узел эмульгирования в равных массовых соотношениях топлива и воды или избытке воды с принудительной циркуляцией формируемой эмульсии при постепенном введении в нее топлива при соотношении скоростей потоков топлива и эмульсии, равном 1 : 1 - 50 до заданного соотношения топлива к воде. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к жидким углеводородным топливам, а именно водно-топливным эмульсиям легкого топлива, и может быть использовано при эксплуатации автомобильных двигателей и энергетических установок.

Известны способы получения водно-топливной эмульсии, включающие подачу в топливо другого компонента воды как без использования стабилизирующего агента, так и с использованием стабилизатора. Так, согласно заявке Японии N 57-205400, вода в топливо подается малыми порциями при использовании ряда смесителей. В патенте США N 4394131 описан способ эмульгирования с помощью роторной мельницы со скоростью 1650 об/мин. В авт.св. N 610551 описан способ получения водных эмульсий минерального масла, включающий смешение стабилизатора ПАВ и масла с последующим введением воды в полученную смесь. Патентом РФ N 2021329 защищен способ получения маловязкой стабильной эмульсии типа масло в воде, включающий смешение вязкого тяжелого компонента - углеводорода, эмульгатора и воды при повышенной температуре и содержании воды до 15 мас. и последующее добавление воды до 20 30 мас.

Указанные способы не позволяют получить стабильные эмульсии из легкого топлива.

Известны способы получения устойчивых эмульсий при использовании стабилизирующего агента поверхностно-активного вещества (ПАВ) (патент США N 4392865, заявка Японии NN 49-149995, 5-31910, заявки Великобритании N 2235465). Согласно заявки Японии N 1-252697 получают эмульсию типа масло/вода при использовании в качестве диспергирующего агента анионного ПАВ, который первоначально смешивают с водой, а затем к полученной смеси добавляют стабилизатор неионное ПАВ.

Известные способы получения обеспечивают стабильность водно-топливных эмульсий легкого топлива всего лишь до нескольких минут. Кроме того, эмульсии типа масло в воде оказывают сильное коррозирующее действие на топливную аппаратуру и по этой причине не используются.

Известны способы повышения стабильности водно-топливных эмульсий до 1 мес. путем использования ПАВ и высокомолекулярного набухающего агента (патент США N 4392865). Однако твердый компонент резко увеличивает износ двигателей и приводит к выходу из строя фильтров очистки.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран способ получения эмульсионного топлива (международная заявка WO 85/04183). Способ включает смешение эмульгатора (0,5 3%) с топливом (84%) и последующее добавление воды к полученной смеси.

Основным недостатком способа-прототипа является получение эмульсии, обладающей низкой стабильностью. Для эмульсии легкого топлива (дизельное топливо, бензин) стабильность сохраняется от нескольких минут до нескольких десятков минут.

Для изготовления водно-топливных эмульсий используются способы, позволяющие, как правило, получить эмульсию типа вода в масле (обратная эмульсия), так как эмульсии типа масло в воде (прямая эмульсия) оказывают сильное корродирующее действие на топливную аппаратуру. Однако эмульсии легкого топлива типа вода в масле нестабильны.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в получении устойчивой водно-топливной эмульсии легкого топлива, не обладающей коррозионным действием.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что предложен способ получения водно-топливной эмульсии, включающий смешение топлива, воды и стабилизатора поверхностно-активного вещества в узле эмульгирования при одинаковом исходном массовом соотношении топлива и воды или избытке воды с принудительной циркуляцией формируемой эмульсии при постепенном введении топлива в формируемую эмульсию до заданного соотношения топлива и воды.

Указанная задача решается также тем, что к воде добавляют стабилизатор, а затем топливо или одновременно смешивают воду, топливо и стабилизатор.

Указанная задача решается также тем, что введение топлива в формируемую эмульсию осуществляют при соотношении скоростей их потоков, равном 1 1 50.

Совокупность условий осуществления предлагаемого способа: одинаковое исходное соотношение топлива и воды или избыток воды, введение топлива к воде или одновременное их смешение, циркуляция формируемой эмульсии при постепенном введении в нее топлива, а также определенное соотношение скоростей потоков формируемой эмульсии и топлива позволяет получить множественную эмульсию, которая совмещает в себе типы масло в воде и вода в масле. В такой эмульсии дисперсная фаза сама является эмульсией, содержащей капельки другой фазы. При этом, на границе эмульсии и металлической поверхности емкости топливной аппаратуры, в которой она находится, всегда содержится прослойка топлива, позволяющая исключить коррозию. Эмульсия получаемая по предлагаемому способу, обладает свойствами концентрированной эмульсии, т.е. ее вязкость увеличивается при уменьшении содержания воды (увеличения содержания топлива), так как вода образует каркас несущей ячейки, заполненной жидкостью (эмульсией). Этот каркас сообщает эмульсии определенную прочность и высокую стабильность, а прослойки топлива на границе раздела топлива с топливной аппаратурой играют роль смазки, позволяющей даже при высокой вязкости эмульсии обеспечить оптимальные режимы подачи топлива в автомобилях с помощью штатных топливных насосов.

При нарушении условий осуществления способа эмульсия данного типа не образуется, а происходит образование нестабильной эмульсии типа вода в масле.

В качестве стабилизирующего агента возможно использование гидрофильных ПАВ в количестве 0,2 2,0 мас.

Пример 1. В раствор олеата натрия (0,5%) в узле эмульгирования добавляют дизельное топливо при массовом соотношении топлива и воды, равном 1:1, (1 кг 1 кг); формируемую эмульсию циркулируют в замкнутом контуре при постепенном введении в нее топлива при соотношении скоростей потоков формируемой эмульсии и топлива 1:1 до соотношения топлива и воды, равном 75:25 (мас.).

Пример 2. 1% -ный Раствор олеата натрия смешивают с бензином в узле эмульгирования при массовом соотношении подачи компонентов топливо вода, равном 1: 15, и процесс осуществляют аналогично примеру 1 при соотношении скоростей потоков бензина и формируемой эмульсии, равном 1:10, до конечного содержания бензина в эмульсии 70 (мас.).

Пример 3. Проводят аналогично примеру 1 при массовом соотношении топлива и воды 1:5 и соотношении скоростей потоков топлива и формируемой (циркулирующей) эмульсии 1:5.

Пример 4. Проводят аналогично примеру 2 при массовом соотношении подачи компонентов в узел эмульгирования бензин вода, равном 1 20, и соотношении скоростей потоков топлива и формируемой эмульсии 1 50.

Расслоение эмульсии дизельного топлива, приготовленной по предлагаемому способу, не наблюдается в течение 4 мес, эмульсии бензина в течение 1 мес.

Кроме того, приготовленная эмульсия не обладает корродирующим действием на топливную аппаратуру.

Эмульсия дизельного топлива, содержащая 25 мас. воды, прошла испытание на грузовых автомобилях типа "КамАЗ". Эмульсия загружалась в бак автомобиля без переделки топливной аппаратуры. Регулировка насоса подачи топлива производилась в пределах штатной регулировки.

Формула изобретения

1. Способ получения водно-топливной эмульсии, включающий смешение топлива, воды и стабилизатора-поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что смешение осуществляют в узле эмульгирования при одинаковом исходном массовом соотношении топлива и воды или избытке воды с принудительной циркуляцией формируемой эмульсии при постепенном введении в нее топлива до заданного соотношения топлива и воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к воде добавляют стабилизатор, а затем топливо.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно смешивают воду, стабилизатор и топливо.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что введение топлива в формируемую эмульсию осуществляют при соотношении скоростей их потоков 1 1 50.