СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬГАТОРА Российский патент 1994 года по МПК B01F3/08 

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения эмульгатора, обладающего ингибирующими свойствами, на основе кубовых остатков производства высших аминов и смеси ароматических нитро- и сульфокислот, который может быть использован для приготовления водно-топливных эмульсий, применяемых для безразбор- ного ремонта двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Для снятия нагара с ДВС и восстановления их мощности в результате раскоксовывания распыляющих отверстий форсунок, колец используют метод безразборного ремонта ДВС путем перевода их на работу с использованием вместо топлива водно-топливной эмульсии, содержащей 10-30% воды, 89-69% дизельного топлива и 0,5-1,0% мазута в качестве эмульгатора. Однако эмульгирующие свойства мазута очень слабы и эти составы способны вызывать коррозию прецизионных деталей топливного насоса и выход топливного насоса из строя.

Известен способ получения эмульгатора, обладающего ингибирующими свойствами, на основе высших аминов, смеси 3-нитробензойной и уксусной кислоты и уксуснокислого никеля [1] .

Этот эмульгатор имеет ряд положительных качеств, таких, как высокие антикоррозионные свойства; более высокие, чем у мазута эмульгирующие свойства. Однако, он имеет и серьезные недостатки, которые препятствуют его широкому применению. Состав композиции, в которую входит указанный эмульгатор, содержит уксуснокислый никель, который не технологичен, дефицитен и токсичен. Для его растворения нужно дополнительно использовать уксусную кислоту, в которой двуводный уксусно- кислый никель растворяется. Однако при повышении температуры выше 80^оС от теряет воду и становится нерастворимым в уксусной кислоте, а при температуре ниже 70-75^оС растворение идет очень медленно. Для растворения необходимо использовать также дистиллированные высшие амины фракции С₁₄-С₂₀ или октадециламин, которые входят в композицию в количестве до 80% , но они слишком дефицитны и дороги. Получающиеся при применении этого состава эмульсии являются недостаточно стойкими при не механизированном приготовлении и с дизельным топливом расслаиваются за несколько часов, а в случае бензинов за несколько минут.

Для получения достаточно стойкой эмульсии с известным ингибитором необходимо использование довольно сложной диспергирующей установки из плунжерного насоса высокого давления, электродвигателя, емкости и большого количества трубок высокого давления, которую невозможно использовать в полевых условиях. Если же усилить эмульгирующие свойства ингибитора, то устойчивые эмульсии можно получать просто встряхиванием компонентов в закрытой емкости.

Целью изобретения является увеличение устойчивости эмульсии.

Согласно изобретению поставленная цель достигается способом получения эмульгатора, обладающего ингибирующими свойствами, на основе высших аминов и смеси 3-нитробензойной или 3-нитрофталевой кислоты и 1,5-нафталиндисульфокислоты, а отличительной особенностью является то, что кубовые остатки производства высших аминов фракции С₁₈-С₂₀ смешивают с 3-нитробензойной или 3-нитрофталевой кислотой и с 1,5-нафталиндисульфокислотой при 60-100^оС при массовом соотношении компонентов, равном 1: 0,1; 0,01.

В данном случае используют вместо дистиллированных высших аминов кубовые остатки от их производства, которые содержат до 80-85% первичных и вторичных аминов, которые не являются дефицитными, более тугоплавки и менее токсичны, чем дистиллированные высшие амины. Эти кубовые остатки пока полностью не используются и большей частью сжигаются. Сами по себе амины являются слабыми ингибиторами коррозии и эмульгаторами и кубовые остатки в воде не способны ни защитить металл от коррозии, ни способствовать образованию эмульсии воды в топливе. Поэтому для усиления их действия следует добавлять к аминам 1-20% нитрокарбоновых кислот. При этом при увеличении степени нейтрализации аминов этими добавками усиливается их защитное антикоррозионное действие, которое достигает максимума при полной нейтрализации. Но даже добавление и 1% кислот тоже может представлять интерес, так как, хотя усиление защитного действия составляет 10-20% , но значительно снижается вредное действие нитросоединений и затраты на них. Вместе с тем, при увеличении степени нейтрализации аминов уменьшается стабильность их растворов в топливе и в маслах и при низких температурах нейтрализованные амины из углеводородной среды оседают в виде хлопьев. Вместе с тем добавление нитрованных кислот к аминам лишь незначительно повышает устойчивость эмульсий воды в топливе, которые необходимо получать для снятия нагара с ДВС и для повышения октанового числа бензинов вместо токсичного тетраэтилсвинца с бромистыми выносителями. Для повышения стойкости водных эмульсий в топливе и для повышения их антикоррозионных свойств наиболее эффективным является добавление к частично нейтрализованным аминам (к кубовым остаткам) дисульфокислот, таких, как 1,5 нафталинди- сульфокислота.

При этом время расслоения эмульсий воды в топливе может быть повышено до нескольких суток и значительно облегчается получение устойчивых эмульсий. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р ы 1-6. Берут продукт реакции 100 мас. ч. кубовых остатков от производства синтетических высших аминов с 10 мас. ч. 3-нитрофталевой кислоты (3-нитробензойной кислоты) и с 1 мас. ч. 1,5-нафталиндисульфокислоты (соотношение компонентов 1: 0,1: 0,01) и получают эмульсию 1 г этого продукта в 10 мл горячей воды при 60-100^оС, встряхивая смесь в закрытой пробирке. Полученную смесь до ее остывания выливают в колбу с пробкой в 90 мл топлива. При встряхивании в закрытой колбе образуется водно-топливная эмульсия, которую разливают в пробирки с пробками.

Аналогичным образом готовят эмульсию 2^х, 3^х и 4^х г продукта реакции в тех же количествах воды и бензина, а также с газойлем и керосином. Наблюдение за скоростью расслаивания эмульсии в пробирках показывает, что водно-бензиновые эмульсии приобретают устойчивость при содержании 4% продукта, а водно-газойлевые и водно-керосиновые при 1% продукта.

Образцы из стали - 08 КП, смоченные этими эмульсиями, погруженные в дистиллированную и водопроводную воду не корродируют в течение месячных испытаний. Коррозия не возникает и при погружении образцов в эти эмульсии и при испытаниях во влажной атмосфере при 100% влажности при конденсации.

Аналогичные результаты получаются и с 3-нитробензойной кислотой.

В табл. 1 приведены эти результаты для различных соотношений компонентов и показано влияние концентрации эмульгатора в водно-бензиновой и в водно-диз. топливной эмульсии (ДТ) на ее стойкость и антикоррозионные свойства при погружении образцов в воду и в атмосфере со 100% влажностью.

Увеличение содержания 3-нитробензойной кислоты (или 3-нитрофталевой) кислоты и 1,5-нафталиндисульфокислоты выше 11% (в сумме) не выгодно из экономических соображений, а снижение их содержания ниже 9% снижает эмульгирующие и антикоррозионные свойства.

Увеличение содержания 1,5-нафталиндисульфокислоты выше 1% не целесообразно ввиду наличия в ней примеси серной кислоты, ухудшающей ингибирующие свойства смеси и экологической вредности ее производства, уменьшение же ее содержания ниже 1% сильно снижает поверхностноактивные свойства композиции.

Композиция предлагаемого состава (1: 0,1 (3 нфт. к): 0,01) была испытана в сравнении с известной композицией для безразборного ремонта двигателей тракторов К-701 путем запуска их двигателей на указанной водно-топливной эмульсии в течение 10 минут на постоянно меняющихся нагрузочных режимах как при механизированном приготовлении эмульсий с использованием специальной стационарной установки, так и при ручном изготовлении эмульсии путем встряхивания компонентов в закрытой емкости (канистре) при содержании воды 30% , ингибитора 1% . Данные приведены в табл. 2.

Двигатели автомобиля "Жигули" работают на бензине А-76 с эмульгированной водой без детонации и после этого на обычном топливе значительно улучшают свою работу, если они имели пониженную мощность. Это объясняется тем, что понижение мощности двигателей внутреннего сгорания чаще всего происходит из-за скопления нагара на рабочих поверхностях. При замене части топлива водой горючая смесь обедняется топливом и, следовательно, относительно обогащается кислородом, что способствует более полному сгоранию топлива и выгоранию нагара с рабочих поверхностей. Кроме того при высокой температуре пары воды производят конверсию углерода нагара в "водяной газ", который тоже сгорает и вода служит как бы катализатором выгорания нагара.

Преимущества данного способа заключаются в следующем.

Применение данного эмульгатора обеспечивает получение более устойчивых эмульсий топлива с водой, чем в случае прототипа. То же самое имеет место и в случае других нерастворимых в воде органических жидкостей.

Замена свободных нитрофенилкарбоновых кислот и нафталинсульфокислот на их натриевые соли значительно ухудшает эмульгирующие свойства. То же самое имеет место и при введении любых известных эмульгаторов, особенно если эти эмульгаторы являются натриевыми солями.

Эмульгатор предотвращает корродирование металлических поверхностей как в самой эмульсии, так и поверхностей смоченных эмульсией и помещенных во влажную атмосферу или воду.

Обеспечивается эффективное снятие нагара с ДВС, повышение мощности двигателя на 10-20% при снижении расхода топлива после обработки эмульсией на 3-5% .

Повышается ресурс безотказной работы двигателя, вследствие предотвращения его корродирования после обработки водно-топливной эмульсией с ингибирующими свойствами и снижение изнашивания трущихся поверхностей.

Повышается долговечность двигателя снижается его изнашивание, а также последующее накопление нагара в двигателе и снижение его мощности, которое имеет место при других видах обработки.

Данный эмульгатор с ингибирующими свойствами является более экономичным (дистиллированные высшие амины С₁₆-С₂₄ заменены на кубовые остатки от их производства, содержание дорогих и дефицитных кислот снижено вдвое, нет солей никеля), менее токсичным и дефицитным, чем прототип.

Эмульгатор ингибитор является беззольным и при сгорании не образует абразивных оксидов, как это имеет место в случае прототипа, содержащего до 5% солей никеля.

Октановое число бензинов при эмульгировании в них воды повышается при применении предлагаемого эмульгатора в такой же степени как и при применении других эмульгаторов, но одновременно предотвращается коррозия, ускоренное изнашивание и заедание трущихся пар, которое имеет место при применении других эмульгаторов.

Использование устойчивых водно-топливных эмульсий значительно снижает пожаро- и взрывоопасность.

Водно-топливные эмульсии с использованием предлагаемого эмульгатора могут быть легко приготовлены как в стационарных, так и в полевых условиях. (56) Авторское свидетельство СССР N 561397, кл. В 01 F 3/08, 1976.

Сущность изобретения: смещение кубовых остатков производства высших аминов фракции C₁₈-C₂₀ с 3-нитробензойной или 3-нитрофталевой кислот и с 1,5-нафталиндисульфокислотой при 60 - 100С и массовом соотношении компонентов 1 : 0, 1 : 0,001 соответственно. 2 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬГАТОРА, обладающего антикоррозионными свойствами, смешением высших аминов и смеси 3-нитробензойной или 3-нитрофталевой кислоты и 1,5-нафталиндисульфокислоты при повышенной температуре, отличающийся тем, что, с целью увеличения устойчивости эмульсии, в качестве высших аминов используют кубовые остатки производства высших аминов фракции C₁₈ - C₂₀ и процесс ведут при 60 - 100^oС и массовом соотношении компонентов 1 : 0,1 : 0,001 соответственно.