ТОПЛИВНЫЙ ГЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК C10L1/32 C10L1/16 

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для сокращения потерь летучих углеводородов при добыче и переработке нефти, попутного и сжиженного газов, повышения пожарной безопасности углеводородного топлива при транспортировке, хранении и применении.

Известны высококонцентрированные эмульсии масла в воде - прямого типа, состоящие из нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива и т.д.), воды и эмульгатора.

Сравнительные испытания этих продуктов по отношению к топливу в чистом виде показывают: меньшую скорость испарения; большую устойчивость к утечке и расплескиванию при ударном повреждении или пробое емкости; труднее воспламеняются и обладают гораздо меньшей скоростью распространения пламени; пламя легче тушится водой [1].

Так, например, топливная эмульсия с содержанием 97% топлива и 3% остальных компонентов - водная эмульсия, названная JD-1, обнаружила заметное уменьшение продолжительности воспламенения. Причем чем более текучая эмульсия, тем в большей степени ее свойства приближаются к свойствам немодифицированного топлива, включая продолжительность воспламенения. Продолжительность воспламенения жидкой эмульсии на 47,5% меньше, чем у исходного JP-4; у средневязкой эмульсии - на 60,4% и консистентной эмульсии - на 76,7%. В случае геля эта величина уменьшена на 85%.

Известны также водоэмульсионные топлива вода в масле - эмульсии обратного типа, которые получают на основе высоковязких нефтепродуктов (мазут, дизельное топливо) с использованием маслорастворимых поверхностно-активных веществ.

Водоэмульсионные топлива этого вида в ряде случаев эффективнее исходных безводных нефтепродуктов как по экологическим, так и по экономическим показателям. Наибольшая экономия дизельного топлива, 3-5%, отмечена для эмульсий с 20%-ным содержанием воды, наименьшие потери энергии и наибольшее увеличение коэффициента полезного действия топлива - для эмульсий с 10%-ным содержанием воды [2].

Недостатком топлива на основе водных эмульсий как прямого, так и обратного типа является относительно высокая температура замерзания воды, что при минусовых температурах неизбежно приводит к расслоению и соответственно к ухудшению эксплуатационных свойств продукта.

Наиболее близким по назначению, составу и устойчивости эмульсии является состав топливной эмульсии сжиженного газа в воде [3], принятый нами за прототип.

Топливная эмульсия содержит в качестве поверхностно-активного вещества продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, воду и углеводород - сжиженный пропан-бутан при следующем соотношении компонентов, об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,08-0,09 Вода 0,92-0,91 Углеводород пропан-бутан Остальное до 100.

Недостатком этого состава, как и всех вышеперечисленных, является ухудшение эксплуатационных свойств эмульсий в результате расслаивания при минусовых температурах.

Названный недостаток устраняют тем, что в топливную эмульсию включают спирт этиловый при следующем соотношении компонентов, об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,10 Вода 1,40 Спирт этиловый 0,50 Углеводород Остальное до 100.

Для получения составов согласно изобретению используют следующие вещества.

Поверхностно-активное вещество - вещество вспомогательное ОП-7 и ОП-10, ГОСТ 8433-81, представляющее собой продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, применяемые в качестве смачивающих и эмульгирующих поверхностно-активных веществ. Вещества вспомогательные ОП-7 и ОП-10 по эмульгирующим свойствам не обнаруживают заметных различий, поэтому в дальнейшем в работе был использован ОП-7.

Вода питьевая.

Углеводород - керосин осветительный КО-25 ТУ 38-401-58-10-01.

Спирт этиловый ГОСТ 18300.

Гель получают в пробирке из прозрачного оргстекла для проведения визуальных наблюдений за консистенцией и устойчивостью геля.

Для долгосрочных испытаний (более суток) используют бытовой холодильник с морозильной камерой, позволяющей испытывать образцы при минус 20°С. Для краткосрочных испытаний (6 часов) при температуре минус 50°С используют кристаллизатор с ацетоном и сухим льдом.

В работе используют водный 10% раствор эмульгатора ОП-7 и водный раствор 50% спирта этилового.

Гель получают методом встряхивания.

Пример 1 - аналог прототипа

В пробирку вместимостью 50 мл помещают 0,3 мл 10% раствора эмульгатора ОП-7 и прибавляют 1 мл керосина. После краткосрочного встряхивания получается устойчивая эмульсия. После прибавления еще 2 мл керосина и встряхивания текучесть эмульсии понижается. Последующее прибавление 2 мл керосина и встряхивание приводят к образованию вязкого геля. В дальнейшем добавлением керосина порциями по 5-10 мл и встряхиванием получают 30 мл геля с содержанием компонентов, об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,10 Вода 0,90 Углеводород - керосин Остальное до 100.

Полученный гель подвергают низкотемпературному воздействию. Гель при выдерживании при температуре минус 20°С в течение четырех часов полностью расслаивается на водный раствор ОП-7 и керосин.

Пример 2 - согласно изобретению

В пробирку вместимостью 50 мл помещают 0,3 мл 10% раствора эмульгатора ОП-7 и прибавляют 1 мл керосина. После краткосрочного встряхивания получается устойчивая эмульсия. После прибавления еще 2 мл керосина и встряхивания текучесть эмульсии понижается. Последующее прибавление 2 мл керосина и встряхивание приводит к образованию вязкого геля. В дальнейшем добавлением керосина порциями по 5-10 мл и встряхиванием получают 30 мл устойчивого геля. В гель добавляют 0,3 мл 50% спирта этилового и после встряхивания подвергают низкотемпературному воздействию. При минус 20°С гель устойчив и не расслаивается неограниченное время. При выдерживании геля при минус 50°С в течение 6 часов гель также не расслаивается и не претерпевает видимых изменений.

Состав морозоустойчивого геля с содержанием компонентов, об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,10 Вода 1,40 Спирт этиловый 0,50 Углеводород - керосин Остальное до 100.

Индивидуальные углеводороды С5-С16 при испытаниях дают аналогичные результаты.

При изменении предельного соотношения ОП-7/углеводород 1/100, в сторону увеличения содержания углеводорода, гель становится рыхлым и далее расслаивается.

Соотношение ОП-7 (10%)/спирт этиловый (50%) 1/1 оптимальное для достижения поставленной цели - предотвращение расслаивания геля при низких температурах (-50°С). Содержание воды является величиной, зависимой от этого соотношения. Увеличение концентрации спирта в геле экономически нецелесообразно.

Литература

1. Michael L. Yaffee. Aviation Week and Space Technology. T.85, №1, 1966, s.36-41.

2. Редкина Н.И., Ходаков Г.С. Механохимия и технологические свойства водных эмульсий высоковязких нефтепродуктов. Теоретические основы химической технологии. 2002, том 36, №4, с.433-438.

3. Патент РФ №2253667, МПК C10L 1/32, 3/12, 10.06.2005, Бюл. №16.

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для сокращения потерь летучих углеводородов и попутных газов при добыче и переработке нефти, для повышения пожарной безопасности углеводородов. Топливный гель содержит в об.%: ПАВ-продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена 0,10, воду 1,40, спирт этиловый 0,50 и керосин остальное. Гель обладает высокой морозоустойчивостью при хранении.

Топливный гель, включающий поверхностно-активное вещество - продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, воду и керосин, отличающийся тем, что дополнительно содержит спирт этиловый при следующем соотношении компонентов, об.%:
Поверхностно-активное вещество 0,10 Вода 1,40 Спирт этиловый 0,50 Керосин Остальное до 100