Топливная эмульсия для двигателя внутреннего сгорания

 

Союз Советских

Соцнвлнстнческнх

Республнк (! !!699005 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (5 I } M. Кл.

С 10 L 1/32 (22) Заявлено 16.12.76 (21) 2430961/23-04 с присоединением заявки М—

Гкударстеенный хеннтет

СССР но делен неебретеннй н открытей (23) П риоритет—

Опубликовано 25.11.79 Бюллетень _#_!E 43

Дата опубликования описания 30.11.79 (53} УДК 665,75 (088.8) (72) Авторы изобретения

A. М. Калюжная и В. Н. Простов

Московский Физико-технический инс! итут (7I) Заявитель (54) ТОПЛИВНАЯ ЭМУЛЬСИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Данное изобретение относится к технологии концентрированных дисперсных систем, точнее к технологии эмульсий вольE в углеводородном топливе, предназначенных для использования, главным образом в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), 5

Широко известны воднотопливные эмульсии, состоящие из определенных количеств воды, углеводородного топлива и поверхностно-активных веществ (ПАВ) в качестве стабилизаторов

1О эмульсии. В болыпинстве случаев указанные способы получения и виды ПАВ позволяют получать эмульсию прямого типа — углеводородное топливо в воде, например топливная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлеl5 кием воды и ПАВ (диэтаноламида жирной кислоты, диэтаноламина, моноэфира триэтаноламина и жирной кислоты, триэтаноламина) 11).

Однако, воспламеняемость этой эмульсии недостаточна. Более близкой к предложенной топливной эмульсии по сущности и достигаемому результату является эмульсия воды в бензине в присутствии смеси ПАВ, состоящей, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых растворяется чреимущественно в воде, другой в углеводородной фазе, В качестве ПАВ используют смесь жирных кислот С! — С20, аминов, алкиламиноспиртов с С2 -С и алкилфенолов с

CEE — С, в алкильнои группе (2).

Недостатком известной эмульсии является: во-первых, низкое содержание воды в эмульсии — до 30%, во-вторых, необходимость использования больших количеств ПА — от 0,5 до 2 и более вес.ч, ПАВ для эмульгирования одной части воды.

Содержание воды в эмульсии до 30% не позволяет изменять вязкость воднобензиновой эмульсии в широких пределах. Увеличение вязкости эмульсии в 20 раз, которое может быть достигнуто повышением концентрации водной фазы до 65%, необходимо для возможности использования воднобензиновых эмульсий в многотопливных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Использование больших количеств ПАВ для стабилизации эмульсии экономически невыгодно.

Целью данного изобретения является повышение эффективности эмульсии, а именно: созда699005 ние стабильных воднобензиновых эмульсий с высокой ко щентрацией водной фазы и малым количеством Г1АВ.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве ПАВ используют смесь диэфира пентаэрит- 5 рита и олеиновой кислоты (1) с полиэтиленгликолевым эфиром ангидросорбата и олеиновой кислоты (2) или с тетраэтиленгликолевым эфиром изооктилфенола (3). при их соотношеГнии 1:0,2 — 1, при следующем соотношении ком. понентов в об.%:

Вода 1 — 65

Поверхностно-активное вещество 0,05 — 9,75

Бензин до 100 15

Суммарное количество этих ПАВ, необходимое для получения стабильной эмульсии воды в бензине существенно меньше, чем в известных эмульсиях, и составляет в расчете на эмуль. гируемую воду 5 — 15 об.% или 0,05 — 0,13 вес. ч.

Максимально возможное количество воды в эмульсии увеличено до 65 об.%. Дальнейшее увеличение содержания воды приводит к обраКомпоненты эмульсии

Содержание компонентов в эмульсии, об.%

Вода

1 1

30

65

Вещество 1

Вещество 2

Вещество 3

6,5

3,25

0,1 0,112

0,05

0,038

1,5

341

7,31

1,14

2,44

Бензин

Остальное

4,4

5,9

1,5 за 1 ч эмульсия расслаивается, образуя слой бензина и эмульсии.

1:1

0,5:1

0,33:1

2:1

Количество ПАВ приведено в расчете на эмульгироваиную воду.

Влияние суммарного количества ПАВ на се диментационйую устойчивость эмульсии (содержание воды 2Fk) приведено ниже

Соотношение ПАВ

Количество воды, осадившейся из верхнего слоя 10 мм за 3 ч, б.% вещество 2 — вещество 1

1:1

0,5:1

0,33:1

0,2:1

0,1

2:1 вещество 3 — вещество 1

Количество воды, осадившейся из верхнего слоя 10 мм за 3 ч. об.%

Суммарное количество

ПАВ, об,%

2,0

1,0

1,8

2,5

5,3

17,3

Получаемые эмульсии к коалесценции устойчивы — выделения водной фазы не наблюдалось. Стабильность эмульсий определяется устойчивостью к седиментации.

Влияние. соотношения количеств ПАВ" на се-. йиментационную: устойчивость эмульсий (содержание воды 20 об.%, суммарное количество

ПАВ 10 об.%) приведено ниже щению фаз. Размер капель воды не превышает

0,5 мкм.

При приготовлении эмульсии рассчитанное количество вещества 1 растворяется в бензине при комнатной температуре, определенное количество вещества 2 или 3 растворяется в дистиллированной воде при температуре 50 С. Затем водный раствор ПАВ медленно приливается к бензиновому при перемешивании. Скорость вращения мешалки 2800 об/мин. Основное, эмульгирование производится с помощью ротор. ного диспергатора при комнатной температуре.

Эмульгируемая смесь пропускается через зазор

0,2 мм между зубьями ротора и статора. Время нахождения эмульсии в системе диспергатора, 3 мин. Скорость вращения ротора 5000 об/мин.

Суммарное время получения эмульсии 5 мин, Описанным способом получаются все эмульсии с содержанием воды от 1 до 65 об.% в присутствии смеси ПАВ от 5 до 20 об.% в расчете на эмульгируемую воду, Содержание компонентов в эмульсии при различном количестве воды дано в табл. 1.

Т абл иц а,1 вещество 2 — вещество 1 в соотношении 0,5:1

5 8,0

10 1,0

699005 воднобензиновую эмульсию в качестве топлива ДВС в зимних условиях. Так. 30 o6.% этиленгликоля (в расчете на эмульгируемую воду) понижает температуру замерзания до — 60 С.

Полученные описанным способом эмульсии обеспечивают устойчивую работу ДВС без изменения его топливоподающей системы.

Расширение интервала концентраций. водной фазы в эмульсии до 65% позволяет изменять

10 вязкость топлива в широких пределах, Так, вязкость 30% эмульсии в 3 раза выше вязкости чистого бензина. Увеличение содержания воды до 65% повышает вязкость днсперсной системы в 20 раз. Это позволит количественно регулировать подачу бензина в двигателе на режимах частичных нагрузок путем замены части бензина на воду, что значительно повысит экономичность ДВС.

Испытания показали, что увеличение содержания ПАВ, свыше 0,2 вес. ч. на эмульгируемую воду, приводит к повышению нагарообразования и увеличению концентрации углеводородов в отходящих газах ДВС. Малые количества ПАВ сгорают в двигателе полностью.

20 вещество

0,3

0,2

3 и 1 в соотношении 0,33:1

10,0

1,5

0,4

0,3

Седиментационная устойчивость эмульсий с различным содержанием воды (сумма ПАВ

15 об.%) приведена ниже.

Количество воды, осадившейся из верхнего слоя 10 мм эа 3 ч, об.%

Содержание воды в эмульсии, об.%

1 в соотношении 0,5:1

0,25

0,3

1 в соотношении 0,33:1

0,4

0,45

0 вещество 2 и

65 вещество 3 и

65

Формула изобретения

Редактор Е. Виноградова

Заказ 7152/25 Тираж 609 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Приведенные данные показывают, что наиболее устойчивые к седиментации эмульсии (независимо от содержания воды), получаются Топливная эмульсия для двигателя внутренпри соотношении ПАВ: для пары веществ 2

30 него сгорания на основе бензина с добавлением и 1 — 0,5:1 и для пары вещества 3 и 1— воды и поверхностно-активного вещества, от0,33:1. Суммарное количество ПАВ, необходи- л ича ющаяся тем, что, с целью повышения мое дпя получения седиментационно устойчи- эффективности эмульсии, она содержит в кавой эмульсии води в бензине не превышает честве поверхностно-активного вещества смесь

15 об.% в расчете.на эмульгируемую воду. Важ- З5 диэфира пентаэритрита и оленновой кислоты ным фактором для практического применения с полиэтиленгликолевым эфиром ангидросорбаявляется зависимость седиментационной устой- та и олеиновой кислоты или с тетраэтиленгли- . чивости эмульсии от времени. По истечении колевым эфиром изооктилфенола при их сооТ7 сут. с момента приготовления перемешивание ношении 1:0,2 — 1 при следующем соотношении

40 эмульсии со скоростью 200 — 300 об/мин в те- компонентов, об.%: чение 5 мин достаточно для восстановления пер. Вода 1 — 65 воначальной седиментационной устойчивости дие- Йоверхностно-активное персной системы. При более длительном хране- вещество 0,05 — 9,э5 иии эмульсии необходимо повысить скорость Бензин до 100 вращения мешалки до 3000 об/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Введение в эмульсии данного состава этилен- 1. Патент США и 3807973/, кл. 44 — 7В, опуб гликоля снижает температуру замерзания эмуль лик. 1974. сии без изменения ее седиментационной устой- 2. Патент США Р 3527581, кл. 44 — 51, опубчивости, что дает возможность использовать 50 лик. 1970 (прототнп1.

Составитель Н. Богданова

Техред Л.Алферова Корректор М. Селехман