ВОДНО-ТОПЛИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C10L1/32 C10L1/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в тепловых и ракетных двигателях, работающих на жидком углеводородном топливе.

Известна водно-топливная композиция в виде многофазной эмульсии на основе водной фазы и нефтепродуктов, которая включает непрерывную водную фазу, фазу капелек нефтепродуктов, диспергированных в непрерывной водной фазе, фазу внутренних водяных капелек, диспергированных в фазе нефтепродукта, не растворимое в воде соединение, суспендированное в фазе внутренних водяных капелек, и поверхностно-активное вещество, содержащееся практически целиком в граничном слое между фазой капелек нефтепродукта и непрерывной водной фазой многофазной эмульсии (см. патент РФ №2141996, C10L 1/32, B01F 3/08).

В результате образуется стабильная многофазовая эмульсия, которую можно готовить с использованием минимальных количеств поверхностно-активного вещества.

Способ приготовления известной водно-топливной композиции (см. тот же патент), при осуществлении которого приготавливают в воде суспензию не растворимого в воде соединения, приготавливают фазу нефтепродукта, приготавливают эмульсию типа воды в нефтепродукте с суспензией в фазе этого нефтепродукта, приготавливают непрерывную водную фазу и приготавливают многофазную эмульсию воды в эмульсии нефтепродукта в непрерывной водной фазе в присутствии поверхностно-активного вещества.

Известная водно-топливная композиция очень сложна, требует трудоемкого способа ее приготовления, а также возможна коррозия топливной аппаратуры за счет прямого контакта с водной фазой.

Из известных водно-топливных композиций наиболее близкой к заявленной по технической сущности является водно-топливная композиция в виде водно-топливной эмульсии, предназначенная для двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком углеводородном топливе, включающей дисперсионную среду - углеводородное топливо и дисперсионную фазу воду и эмульгирующую систему, представленную низкомолекулярным анионным поверхностно-активным веществом и неонным поверхностно-активным веществом (см. Патент РФ №2365618, C10L 1/32).

Известный способ приготовления стабильных эмульсионных углеводородных смесей включает смешение углеводородного сырья с водным электроактивированным католитным раствором с pH 10,2÷12 (см. Патент РФ №2365618, C10L 1/32, B01F 3/08, B01F 17/00).

Недостатком прототипа является применение дорогого эмульгатора и возможность расслоения при длительной стоянке транспортных средств, где она может быть применима.

Применение способа приготовления стабильных эмульсий за счет использования активированной воды с pH 10,2÷12 практически невозможно реализовать, так как производство такой воды в больших объемах очень сложно, из-за изменения pH воды в зависимости от расстояния до электродов и величина pH обычно сохраняется не более 2 суток. Поэтому применение такой воды в качестве водной фазы, водно-топливной эмульсии для двигателей проблематично.

Технической задачей заявленного изобретения является приготовление стабильной водно-топливной композиции без специальных эмульгаторов для применения в тепловых и ракетных двигателях.

Техническая задача решается за счет того, что в водно-топливной композиции, включающей дисперсионную среду - углеводородное топливо и дисперсионную фазу - водосодержащую композицию, устойчивость водно-топливной композиции достигается путем установления равенства плотностей водосодержащей композиции и углеводородного топлива за счет соотношения компонентов, при этом в качестве водосодержащей композиции используется водно-спиртовой раствор.

В способе приготовления водно-топливной композиции смешивают углеводородное топливо с водосодержащей композицией и плотность водосодержащей композиции создают равной плотности углеводородного топлива путем растворения в спирте требуемого количества воды.

Примеры осуществления изобретения для дизельных двигателей.

1. В качестве дисперсионной среды используется дизельное топливо с плотностью Р=840 кг/м³. В качестве компонента водосодержащей композиции используется биоэтанол с плотностью Р=790 кг/м³. Для определения доли биоэтанола в водосодержащей композиции составляем балансовое уравнение и решаем: (Р_воды=1000 кг/м³)

790х+1000(1-х)=840х=0,76

Таким образом, в водосодержащей композиции должны быть 76% биоэтанола и 24% воды. В таких пропорциях заливаем компоненты в камеру типовой смесительной установки и в результате смешения получаем водно-спиротовой раствор с плотностью Р=840 кг/м³.

На основании многочисленных исследований, в том числе и автора, установлено, что в дизелях, работающих на водно-топливных эмульсиях, наибольший эффект достигается при содержании воды в эмульсиях от 10 до 20%. Поэтому наиболее простой вариант достижения эффективного результата будет при смешивании 50% дизельного топлива и 50% водно-спиртового раствора в типовой смесительной установке. Образованная водно-топливная композиция будет состоять из 50% дизельного топлива, 38% биоэтанола и 12% воды. При этом обеспечивается устойчивость водно-топливной композиции без специальных эмульгаторов, что очень важно, особенно для транспортных дизелей. Для различных типов дизелей оптимальное соотношение дизельного топлива и водно-спиртового раствора может меняться.

2. В качестве дисперсионной среды используется флотский мазут Ф5 с плотностью Р=955 кг/м³. В качестве компонента водосодержащей композиции используется биоэтанол с плотностью Р=790 кг/м³. Для определения доли биоэтанола в водно-топливной композиции составляем балансовое уравнение и решаем: (Р_воды=1000 кг/м³)

790х+1000(1-х)=955х=0,214

Таким образом, в водосодержащей композиции должны быть 21,4% биоэтанола и 78,6% воды. В таких пропорциях заливаем компоненты в камеру типовой смесительной установки и в результате смешения получаем водно-спиротовой раствор с плотностью Р=955 кг/м³.

Для достижения близкого к 20% содержания воды в водно-топливной композиции наиболее простой вариант достижения эффективного результата будет при смешивании 75% флотского мазута Ф5 и 25% водно-спиртового раствора в типовой смесительной установке. Образованная водно-топливная композиция будет состоять из 75% флотского мазута Ф5, 5,4% биоэтанола и 19,6% воды. При этом обеспечивается устойчивость водно-топливной композиции без специальных эмульгаторов, что дает возможность использовать данную композицию для большинства судовых тихоходных дизелей.

Пример осуществления изобретения для ракетных двигателей.

Для большинства жидких ракетных двигателей в качестве горючего компонента используется керосин, который является дисперсионной средой с плотностью Р=800 кг/м³ а в качестве компонента водосодержащей композиции используется биоэтанол с плотностью Р=790 кг/м³. Для определения доли биоэтанола в водосодержащей композиции составляем балансовое уравнение и решаем: (Р_воды=1000 кг/м³)

790х+1000(1-х)=800х=0,95

Таким образом, в водосодержащей композиции должны быть 95% биоэтанола и 5% воды. В таких пропорциях заливаем компоненты в камеру типовой смесительной установки и в результате смешения получаем водно-спиртовой раствор с плотностью Р=800 кг/м³.

Оптимальное количественное соотношение водно-спиртового раствора и керосина в горючем компоненте ракетного топлива для различных типов ракет определяется экспериментальным путем.

Изобретение относится к водно-топливной композиции для применения в тепловых и ракетных двигателях, работающих на жидком углеводородном топливе, которая включает дисперсионную среду - углеводородное топливо и дисперсионную фазу - водосодержащую композицию, при этом устойчивость водно-топливной композиции достигается путем установления равенства плотностей водосодержащей композиции и углеводородного топлива за счет соотношения компонентов, при этом в качестве водосодержащей композиции используется водно-спиртовой раствор. Также раскрывается способ получения водно-топливной композиции. Технический результат заключается в получении водно-топливной композиции с улучшенными техническими, экономическими и экологическими параметрами. 2 н.п. ф-лы, 3 пр.

1. Водно-топливная композиция для применения в тепловых и ракетных двигателях, работающих на жидком углеводородном топливе, включающая дисперсионную среду - углеводородное топливо и дисперсионную фазу - водосодержащую композицию, отличающаяся тем, что устойчивость водно-топливной композиции достигается путем установления равенства плотностей водосодержащей композиции и углеводородного топлива за счет соотношения компонентов, при этом в качестве водосодержащей композиции используется водно-спиртовой раствор.

2. Способ приготовления водно-топливной композиции, включающий смешивание углеводородного топлива с водосодержащей композицией, отличающийся тем, что плотность водосодержащей композиции создают равной плотности углеводородного топлива путем растворения в спирте требуемого количества воды.