Стабилизатор водно-топливной эмульсии Советский патент 1986 года по МПК C10L1/32 

Изобретение относится к устойчивым водно-масляным смесям для применения в качестве топлива, содержащим стабилизатор.

Целью изобретения является повышение эффективности стабилизатора, в частности его стабильности и стаби лизирующих свойств.

Предлагаемый стабилизатор удобно получать путем приготовления (I) раст вора соли магния и анионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в парафине или другой нефтяной фракции с умеренной или высокой температурой кипения; (2) раствора ферроцена в масле; (3) раствора эмульгатора и бензойной кислоты (если она включена в состав) в системе.органи- еских растворителей и последующего смешивания этих трех растворов (1), (2) и (3) в любом порядке. В качестве масла для ферроцена предпочтительно применять топливное масло., В качестве органического растворителя для эмульгатора удобно использовать ароматические или аралифатичес кие углеводороды, такие как бензол, толуол или ксилол,, особенно если эмульгатором является смесь глицери- дов .

Бензойную кислоту растворяют отдельно в более полярном растворителе, например, в низшем алканоле, таком как метанол, а затем добавляют этот раствор в раствор эмульгатора для образования смешанного раствора в системе органических растворителей, содержащей масляный растворитель и полярный.

В состав стабилизатора вводят анионное JIAB сульфонатного типа, в частности, алкиленсульфонат с длинной цепью.

После приготовления стабилизатор может храниться неограниченное время и не подвергается химическому разложению или физическому разделению .

Предлагаемый стабилизатор используют для стабилизации водно-масляной смеси посредством добавления его в масло одновременно с водой при энергичном перемешивании. Стабилизатор и вода могут добавляться отдельно или одновременно, что является предпочтительным, либо стабилизатор сначала смешивают с водой, а затем стабилизированную воду до -

15

20

:г5

2304702

бавляют в масло. Добавление предлагаемого стабилизатора в масло с по- следуюш:ей добавкой воды менее эффективно .

Предпочтительно перед добавкой стабилизатора и воды масло разжижать, т.е. вязкость его уменьшать. Это можно осуществлять нагревом масла до умеренной температуры, на- 0 пример около 30°С, энергичным перемешиванием с большим усилием сдвига или разбавлением небольшим количеством более жидкого сорта масла.

Приготовленная водно-масляная смесь представляет собой устойчивую эмульсию, которая хранится при умеренных температурах (т.е. вьшш температуры замерзания ,и ниже 40°С) продолжительное время без разделения .

Лучше приготовлять водно-масляную смесь непосредственно перед употреблением, например, добавляя воду и стабилизатор прямо в систему меж,цу топливным баком и горелкой.

Вадно-масляная смесь может содержать до 50 об.% воды, например 10- 30 об.% или идеально 18-25%. С увеличением содержания воды количество стабилизатора нужно увеличивать, а в целом, отношение общего количества перечисленных, компонентов стабилизатора к воде в весовых частях должно составлять 1:8400 - 1:14000. В смеси, 35 где эти весовые части присутствуют в растворе и выражены в граммах на литр, раствор должен добавляться к воде в весовом отношении 1:250 - 1:420.

О Количество воды, которое можно добавить в масло, во многом зависит от эффективности системы сгорания, для которой предназначена горючая смесь. Большинство бойлеров для 45 нагревания воды относительно мало- эффбгктивны и сравнительно большая часть топлива не используется, покидая систему несгоревшим или сгоревшим неполностью, вьщеляя таким образом :50 меньше тепла и увеличивая загрязнение атмосферы. Предлагаемый стабилизатор повышает эффективность сгорания жидкого топлива. Часть горючего можно заменить водой, получая при 55 этом такое же количество теплоты. .Кроме того, более эффективное сгорание меньше загрязняет атмосферу сажей, орсисью углерода и т.д.

30

В предлагаемом изобретении возможно заменить 20% и более жидкого топлива водой и получить при этом такое же количество теплоты в сочетании с уменьшенным загрязнением окружающей среды.о

Пример 1 . Стабилизатор получают, растворяя 6,7 г смеси глицери- дов жирных кислот с 12-20 атомами углерода в толуоле (200 мл) и бен- зойную кислоту (6,7 г) в метаноле (200 мл) и смешивая эти два раствора Ферроцен (7,3 г) растворяют примерно в 500 мл топлива и этот раствор смешивают с ранее приготовленным раствором, содержащим бензойную кислоту и глицериды. Затем добавляют к этой емеси Apex № 851 (100 мл), содержащий магний (7 г) в виде растворимой в топливе соли магния - наф- тената,и анионное ПАВ сульфонатного типа (2 г). Общую смесь тщательно пе .ремешивают, добавляя одновременно 334 л воды. Приготавливают смесь воды в топливе в отношении 1:3 и 1:4 (по объему). Смеси обладают стабильностью и могут храниться при температуре окружающей среды в течени нескольких недель без разделения.

Пример 2. Сравнение водно- топливной смеси и топлива.

Водно-топливную смесь в отношении 1:4, содержащую стабилизатор по примеру 1, сравнивают с чистым углеводородным топливом при подогреве 100 л воды с температурой 25 - 95°С.

Используют Стандартный подогреватель, в котором предварительно нагретое топливо уводят иод давлением в камеру сгорания. Внутри камеры обеспечивается первоначальная температура , температура воды 25 С и температура предварительного нагрева 90°С. Давление топлива 2 кг/см. В каждом опыте подачу воздуха и скорость нагнетания топлива подбирают таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия для бездымного горения. В каждом опыте измеряют первоначальный объем горючего, остав шийся объем горючего и тем самым определяют количество использованного горючего. Усредненные результаты полученные в двух опытах, следующие:

расход горючего, кг

топливо6,5

водно-топливная смесь6,4

температура в камере сгорания, топливо860

водно-топливная

смесь

890

время.

24/15

затраченное для нагрева от 25 до 95 С, мин/с

топливо24/30

водно-топливная

смесь

Два вида топлива производят почти одинаковое количество теплоты при одинаковом расходе топлива, Поскольку водно-масляная смесь содержит 20% воды, ТО в результате получена экономия 20% горючего.

Температура внутри камеры сгорания при этом на 30 с вьш1е, но общее время нагрева почти одинаково. Водно топливная смесь имеет вязкость в 1,6 раза больше, чем вязкость чистого топлива, поэтому предварительный нагрев должен производиться на 10 выше, чтобы обеспечить одинаковую скорость подачи.

Пример 3, Используя подогреватель , аналогичный примеру 2, а водно-топливную смесь в отношении 1:3, измеряют количество топлива и время, необходимое для. закипания заданного объема воды с начальной температурой .1S°C.

Во время опытов температура камеры сгорания в среднем на 70 С вьш1е при использовании водно-топливной смеси, чем при использовании чистого горючего, Скорость подъёма температуры показана в таблице.

Т а б л и ц а 1

18 31 39 46 54 63 73

18 30 36

44 50 58 67

Продолжение табл.

Время, мин

Скорость подъема температура

А

78 85 93 100

В 75

ВО 85 93

100

При нагреве среднее количество израсходованного чистого топлива составляет 5 кг в одном опыте, а среднее израсходованное количество водно топливной смеси - 5,23 кг, из которых 3,975 кг - топливное масло.

Из этих результатов видно, что при отношении 1:4 экономится 20,,5% горючего. Поскольку время нагрева фактически сокращается, то в действительности экономия горючего больше 20,5%, Кроме того, пламя имеет чисто оранжевый цвет в отличие от красно-желтого и коптящего.

Примеры 4-6, Стабилизирующий агент готовят аналогично при меру 1, но с использованием следующи количеств каждого компонента, представленных в табл. 2.

Таблица 2

Компоненты

лица

Количество по примерам

Глицерид жирной

кислоты 11,0 6

Ферроцен

5

Нафтенат магния 8,75 4,9 9,2

ПАВ2,5

Бензойная кислота10

1,4 2,7

0

5

0 5

о

0

5

0

5

П 1э и м е р 7 . Стабилизирующий агент приготовлен в соответствии с примером Is но без ферроцена. Стабилизированная смесь масло-вода приготовлена аналогично примеру 1 , она относительно устойчива, но горит с образованием нестабильного, переменчивого пламени, которое иногда выше или ниже температуры, менее яркое и менее устойчивое.

Пример 8. Стабилизирующий агент готовят аналогично примеру 1, но без Арах № 851. Стабилизатор используют для приготовления водно- топливной смеси по примеру . Эта смесь горит трудно при более низкой температуре, с оздавая неравномерньш тепловой режим. Масло распределено гораздо менее равномерно и смесь практически непригодна.

Составы согласна примерам -8 хранят в течение различных промежутков времени и затем проверяют их физические свойства. Все стабилизи- р тощие вещества сами по себе стабильны до года, в течение которого их

физические свойства не-меняются и их

способность стабилизировать водно- масляную смесь остается неизменной.

Водно-топливные смеси, изготовленные с применением указанных составов, ведут себя следующим образом. Водно-топливные смеси, стабилизированные составами согласно примерам (- 3,4 и 6 остаются стабильными в течение года, сохраняя свои характеристики горения. Водно-масляная смесь, стабилизированная составом согласно примеру 5, остается стабильной в течение шести месяцев, сохраняя свои характеристики горения. Водно-масляная смесь, стабилизированная составом согласно примеру 7, остается ста6ш ьной в течение года, но менее полезная из-за нестойких характеристик по сопротивлению пламени. Водно- масляная смесь, выполненная на основе состава согласно примеру 8, разлаг ается после нескольких часов . J

Водно-топливная смесь, стабили- зировз.нная составом согласно примеру 7, образовывает такое же количество тепла, как и в примере 2., но стабильность пламени делает ее не7 12304708

пользование трудным и неудовлетвори- примеру 8, настолько нестойка, что тельным. Водно-топливная смесь, ста- никакие измерения теплоты не могут билизированная составом согласно быть сделаны.