CN101627105A - 多分散复合材料乳液 - Google Patents

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Abstract

用于乳化烃燃料的燃烧和运输的多面技术。该燃料包括一种多种水包烃乳液的复合材料。该复合材料乳液具有单峰烃颗粒分布，其中，该烃的量以体积计在64％和90％之间。

Description

多分散复合材料乳液
技术领域
本发明涉及一种由乳液前体形成的乳液，该乳液前体有任意颗粒峰分布，而结果成为一种具有最大化的所需化学和物理特性的单峰乳液。
背景技术
简单的两相乳液通常按分散相的浓度、分散液滴的尺寸分布和该乳液的流变特性分类。分散相以体积计为0-30％的乳液已知为低内相比乳液(LIPR)，分散相以体积计为30-70％的乳液已知为中内相比乳液(MIPR)，并且分散相以体积计为70-100％的乳液已知为高内相比乳液(HIPR)。一种乳液的流变性能可以是牛顿型或非牛顿型。该性能的程度将取决于用于制造该乳液的两种液体的性质和浓度。对于水包油型(O/W)乳液，LIPR乳液通常显示出牛顿型性能。随着分散的油相浓度升高，其性能逐渐变为更多的非牛顿型。
R.Pal等[《石油工业中的乳液杂志》，第4章，乳液流变学]已经显示O/W乳液可以被看作是牛顿型直至0.4的分散相体积(即40％分散相)。这通过制造不同分散相浓度的O/W乳液并测量不同剪切速率(γ)的剪切应力(τ)而实现。所有所述乳液含有同样平均直径的液滴并且在一个恒定温度下进行。
用剪切应力(τ)和剪切速率的比定义一种乳液的粘度(η)。这由该等式给出：
τ = η γ ·
根据R.Pal等[《石油工业中的乳液杂志》，第4章，乳液流变学]，一种特定乳液的粘度取决于几个因子：
1.连续相的粘度。
2.分散相的体积分数。
3.分散相的粘度。
4.平均颗粒尺寸和分布。
5.剪切速率。
6.乳化剂的性质和浓度。
7.温度。
分散相的粘度有时对确定乳液的粘度有影响，特别是当发生液滴的内循环时，降低了流场的变形而导致乳液粘度降低。在这样的体系中，分散相的粘度升高将导致减弱的内循环并且相应地升高了有效乳液粘度。根据R.Pal等[《石油工业中的乳液杂志》，第4章，乳液流变学]，当存在一种乳化剂时，内循环极大地被抑制，并且分散相液滴表现得更像固体颗粒。因此，在本综述中讨论的一些实验涉及悬浮的固体颗粒而非流体液滴，因为这样的体系行为非常类似。
虽然所有上述因子在确定所述乳液粘度上起作用，最重要的是所述分散相的体积分数。爱因斯坦首先发现随着分散颗粒体积分数的升高，所述系统的粘度同样上升。他提出一种悬浮液的相对粘度是：
ηr＝1+2.5φ
其中ηr是所述乳液的相对粘度，并且φ是分散相的体积分数。该等式是准确的但是应用性非常有限。所述悬浮液必须极度稀释(固体的总体积小于1％)使颗粒彼此远离以致没有流体动力学力作用(如由范德华吸引力和布朗运动导致)并且该颗粒是刚性球体。在该体系中，总体积在1％以下，颗粒尺寸不会影响粘度。
此后已经提出几个基于实验的等式用于预测粘度和分散相浓度之间的关系。最有名且广泛使用的等式是Krieger-Dougherty等式：
η r = [ 1 - φ φ max ] - [ η ] φ max
其中，φmax是分散相的最大堆积浓度，并且[η]是特性粘度，它是所述颗粒影响粘度的能力的一种测量(对于刚性球体＝2.5)。
另一个常用的预测分散体粘度的等式是Mooney等式，
η r = exp [ 2.5 φ 1 - Kφ ]
其中K是反映液滴堆积的一个常数。
代表一种单分散乳液的液滴堆积的一个常用模型假设全部是不可变形的球形液滴。已经计算出这样一个体系的最大堆积分数(φmax)是0.74。当所述均一球形液滴在连续相中按六方结构堆积时得到最大值。该模型对于最大堆积浓度在假设分散相由不可形变的球形物体构成时应用，但在现实乳液体系中，所述堆积浓度可能超过所述最大堆积浓度，但分散的液滴不会保持球形。如果是这种情况，那么根据R.Pal[胶体和表面A：物理化学和工程方面，137(1998)275-286，乳液粘度数据关联的新方法]，上述模型将是不准确的。
对于总体积分数上至临界变形体积分数(φd)的乳液，Krieger-Dougherty等式显示足以适用于大多数收集的数据。这是能够在剪切力下发生高水平液滴变形的点。临界变形体积分数对于不同乳液是变化的，并且取决于分散相和使用的乳化剂的性质。随着所述总体积分数升高，乳液流变性变得更加非牛顿型。粘度预测等式如Krieger-Dougherty等式和Mooney等式是不精确的，其仅仅是基于试验数据和多种假设。它们在更低体积分数显示出准确性，但在更高的体积分数它们显示出局限性，其中试验数据同样发生偏差。
近几年已经注意到多种双峰体系中的独特流变学性质。已经在有或没有胶体力存在下，在乳液(从LIPR到HIPR)和悬浮液(从稀释液到浓缩液)中观察到这些将被讨论的效果。
在复合材料乳液和悬浮液中已经观察到下列性质：
升高的最大堆积分数；
降低的粘度；
在给定堆积分数下降低的剪切稀化效应(通常是乳液)；
在给定堆积分数下降低的剪切稠化效应(通常是悬浮液)；
降低的储存/损失模量。
由Chong等在1971年观察到[《应用聚合物科学杂志》，15(8)2007；1971，浓缩悬浮液的流变性]通过混合两种分开的悬浮液，每一种由不同尺寸的颗粒构成，所述混合悬浮液的流变性质在特定体积分数混合物下极大地变化。他们的试验测量了单分散和双分散悬浮液的相对粘度，并且在特定体积百分数混合，所述双分散悬浮液表现出比所述两个单分散悬浮液组成明显更低的粘度。这在固体堆积浓度在0.55和0.65之间有不同程度的表现。
所述最小粘度在每个例子中发生在总固体中大约40％小球时。同样注意到通过升高小球和大球间尺寸差距，根据Chong等[《应用聚合物科学杂志》，15(8)2007；1971，浓缩悬浮液的流变性]在这一点可能进一步降低粘度。
为了最大化一个双峰体系的粘度降低，即便在这个非常早期的研究中能够观察到三个主要变量：
所述分散相的总体积分数；
细微液滴/颗粒的比例；
所述细微和粗大的液滴/颗粒的直径比。
对于当细微颗粒或液滴被加入更大的那些中时发生粘度降低的原因，提出了不同理论。一个流行的方式是从最大堆积分数的角度看待此情况。从Krieger-Dougherty等式中能够看出最大堆积分数直接控制所述悬浮液或乳液的粘度。如果将细微颗粒添加到更大颗粒的点阵中，它们能够将自己置于大颗粒之间的空隙中，结果导致有更大的总可用空间以及因此升高的最大堆积分数。该升高的可用空间将意味着在所述体系内更大的流动性并且因而更低的粘度。
Greenwood等[《胶体和表面A：物理化学和工程方面》，144(1998)139-147，通过使用双峰颗粒尺寸分布最小化浓缩分散物的粘度]设计了一个具体的实验以观察所述组成(小颗粒与大颗粒比较)对一个双峰悬浮液的流变性质的影响。在实验中使用的小颗粒和大颗粒的直径比为4.76。他们报道在这一比例，他们观察到粘度的最小值。他们的工作涉及测量多种双峰悬浮液的粘度，该双峰悬浮液含有以体积计10％-35％的小颗粒。对这些不同悬浮液在总体积分数在0.45和0.65之间进行粘度测量。
这些结果显示对于所述不同总体积分数的每一个，最小粘度在一种小颗粒为以体积计0.2的组成中出现。同样也清楚地看到随着所述总体积分数上升，该粘度下降变得十分突出。
另一个可替换的方式是从体系内絮凝/凝聚的角度看待此情况。多种不稳定机制在一个乳液中不同程度地产生作用，如凝结/合并、乳液分层/沉降、奥斯特瓦尔德熟化和絮凝/凝聚。在一个乳液中升高的絮凝源自升高的液滴-液滴相互作用有升高它的粘度的效果。然而，通过用细微液滴取代粗大的液滴中的一些，可以认为有打破在所述更大液滴间的絮凝相互作用的效果。这导致在所述乳液中所述液滴更大的流动性并且进而降低粘度。随着所述分散相体积分数上升，絮凝变得更强(因为所述分散相液滴更靠近在一起)，并且因此更细微液滴的添加引起粘度更显著的降低，如R.Pal等[《化工杂志》，67(1997)37-44，细微和粗滴乳液的粘度和存储/损失模量]解释的。
在本部分提到的这两种理论均描述实现粘度降低的机制。该情形的真实情况很可能是所述两种理论的组合，它们均有不同程度的贡献。
如前面提到的，当模型化一个不可形变球形液滴的单分散悬浮液时，一个最佳堆积结构(六面体点阵形式)将导致一个0.74的最大堆积浓度。在双分散悬浮液中，然而，最大堆积浓度和进而的粘度将取决于混合在一起的不同尺寸颗粒的相对贡献(按体积)。它将还取决于颗粒的形状和它们的尺寸分布。
如果在体系内发生凝聚，由于这能在固体颗粒之间困住流体，最大堆积浓度还能够降低。
由Farris在1968年[《流变学学会会刊》-12.281]提出在一个双峰悬浮液中，其中在小颗粒和大颗粒间有明显的尺寸差距，该小颗粒悬浮液作为大颗粒的悬浮介质作用。这样的体系表明所述小颗粒能够在大颗粒之间紧密堆积，导致可能更大的最大堆积浓度。Farris提出在70％-86％之间不同堆积浓度下的小颗粒和大颗粒的最佳组成的数值，它列于表1。
  总体积(％)   小(％)   大(％)
  70   35.5   64.5
  72   34.5   65.5
  74   33.5   66.5
  76   33.0   67.0
  78   32.0   68.0
  80   31.0   69.0
  82   30.0   70.0
  84   28.5   71.5
  86   27.5   72.5
表1小颗粒和大颗粒的最佳组成以实现具体浓度(从Farris[流变学学会会刊-12.281])。
能够从表1的数据中看出随着堆积浓度上升，小颗粒的最佳比例下降。由Chong等[《应用聚合物科学杂志》，15(8)2007；1971，浓缩悬浮液的流变性]获得的结果显示堆积浓度在0.55和0.65之间，在大约40％出现最小粘度。这些观察表现出与上述数据吻合。
根据Tsenoglou和Yang[《聚合物工程学和科学》，11月中，1990，卷30，第21号，在混和的不同颗粒的悬浮液中的流动性和最佳堆积]，该体系导致极大地改善的堆积效率并且体系流动性因而升高。它的工业相关性是能产生一种双峰悬浮液(或乳液)，该双峰悬浮液(或乳液)含有升高的分散体积分数和与一个单峰体系同样的粘度。或者，所述技术能够用于制造一种双峰体系，与一个单峰体系相比，所述双峰体系具有同样的分散体积，但具有显著降低的粘度。
还观察到在一个双峰悬浮液中，颗粒的体积分数上升，在该分数下剪切稠化升高。[Wagstaff和Chaffey，杂志-《交替界面科学杂志》，59(1977)53]。R.Pal[《化工杂志》，67(1997)36-44，细微和粗滴乳液的粘度和存储/损失模量]也报道了当添加了一种细滴乳液时，粗滴乳液的剪切稀化效果减弱，这显示了除了粘度之外双峰体系在控制流变性质上的重要性。
涉及双峰悬浮液的测试的绝大部分是基于所述颗粒足够大以致仅有可忽略的胶体力作用的体系。这是因为研究者试图简化所述体系或者因为工业应用的更大部分将涉及更大的颗粒。然而，D’Haene和Mewis[《流变作用》，卷33，第3号(1994)，双峰胶体分散液的流变表征]已经研究颗粒尺寸分布对一种胶体悬浮液的流变效果，其中涉及更多的作用力。他们使用129nm和823nm直径的颗粒(即6.38直径比)。显示出粘度以和有可忽略胶体力存在的一种悬浮液相同的方式经过一个最小值。随着其它对此例的研究，该最小值也在以体积计25％的小颗粒实现。同样观察到如果小颗粒的组成超过50％，那么所述粘度将几乎与所述组成无关。
测出实现的最小粘度比纯的细微分数的最小粘度几乎小200倍。关于这个特定的体系值得注意的一点是当所述颗粒是小的时，在所述颗粒周围的分散剂层变得越来越明显。在这种情况下，最小粘度发生在以体积计25％的小颗粒，但当所述分散剂层计算在内时，计算出有效体积分数为31.6％。
固体球体能够按很多不同方式堆积，但一般是简单立方(φmax＝0.524)、面心立方(φmax＝0.740)、和六面密堆积(φmax＝0.740)的一种混合。已知为随机密堆积的混合物有0.639的最大堆积分数(从数篇出版物中获得的平均值)。这仅是一个简化的模型，但它与实验发现密切相关。当考虑为乳液时，然而，多种其它因子如液滴变形性和多种不稳定机制(如絮凝和沉降)也变得重要。
当考虑固体球体的最可能堆积时以及进而可能出现的最小可能空隙尺寸，例如如图2所示，可能用相对简单的几何学利用球体直径(Ds)计算空隙直径(Dp)。在这种情况中，获得下列联系空隙和球体直径的公式：
D p = D s ( 2 3 - 1 ) = 0.154 D s
结果对于一种小球体所述临界直径比将是6.49，该小球能够刚好填入大球体产生的空隙。
在1997年，Greenwood等[《胶体界面科学杂志》，191，11-21(1997)，对聚合物点阵的双峰悬浮液粘度的有效直径比和体积比]致力于测定一个双峰悬浮夜中小颗粒的最佳直径比和最佳比例。由所述细微颗粒和粗大颗粒制备单分散悬浮液，以及以体积计25％、50％和75％小颗粒的双分散悬浮液。在特定直径比1.08、2.81、4.03、5.67、6.37、7.83和11.15测定这些悬浮液的粘度。
在最初显示(迄今与多数研究吻合)通常在以体积计25％小颗粒处出现一个最小相对粘度之后，这些研究者发现最低粘度在7.83的直径比时出现。4.03、6.37和11.15的比例同样表现出比大颗粒单分散悬浮液更低的粘度。图2显示了在以体积计25％小颗粒处的粘度[Greenwood等[《胶体界面科学杂志》，191，11-21(1997)，对聚合物点阵的双峰悬浮液粘度的有效直径比和体积比]]。
关注随后转移到每个直径比并且测量小颗粒贡献对粘度的影响。
图3显示6.37的直径比的结果，其中如预期的，能够在25％小颗粒处观察到粘度的最小值。图4(2.81直径比)和图5(1.08直径比)均未显示在25％小颗粒处、在任何浓度下降低的粘度，可能因为小颗粒不是足够的小以填入由更大的颗粒制造的空隙。
然而，1.08的直径比显示出了在75％小颗粒处粘度的最小值，它比所述大颗粒单独的粘度更低。虽然它仅是很小的降低，但它在测试的所有浓度下均出现。在原始文件中对这些结果没有任何详细的解释，虽然在很多浓度下观察到它，但它可能是一个将来需要关注的领域。
对双峰乳液进行的研究明显少于悬浮液的，但Pal已经对这样的体系进行了试验[《化工杂志》，67(1997)37-44，细微和粗滴乳液的粘度和存储/损失模量]。Pal设计了他的试验以观察一个双峰乳液在HIPR体系的作用，包括O/W和W/O。他制备了细微(6.5μm)和粗大(32μm)O/W乳液(尺寸比4.92，非常类似于Greenwood等[胶体和表面A：物理化学和工程方面，144(1998)139-147，通过使用双峰颗粒尺寸分布最小化浓缩分散物的粘度])并且将它们按不同比例混合成总油体积分数0.41、0.63和0.78。所述乳液使用多种高速匀浆仪制备，保证低剪切速度以制备粗滴乳液并且提高剪切速度以制备所述细滴乳液。
对于不同比例的细滴乳液，在每个总油体积分数测量粘度。所得结果显示在图9中[R.Pal[化工杂志，67(1997)37-44，细微和粗滴乳液的粘度和存储/损失模量]]。
这些结果表明在以体积计28％细微液滴时出现粘度最小值，并且在更高的总油体积分数粘度的降幅比在更低的总油体积分数中更大。所得结果与之前在一种双分散悬浮液中固体颗粒试验数据一致。Pal还注意到在同样的细微颗粒的组成下一个存储/损失模量的最小值。
Intevep公司已经对双峰乳液在粘稠烃去除过程中的应用进行了大量研究(例如：美国专利第US5503772号，名称为“双峰乳液和它的制备方法”[02/04/1996]；美国专利第US5419852号，名称为“双峰乳液和它的制备方法”[30/05/1995]；美国专利第US5603864号，名称为“粘稠烃在水缓冲溶液乳液的制备方法”[18/02/1997]；美国专利第US6903138号，名称为“利用动力混合制造稳定双峰乳液”[07/06/2005]；美国专利第US5622920号，名称为“在水缓冲溶液中粘稠烃的乳液，及其制备方法”[22/04/1997]；美国专利第5556574号，名称为“在水缓冲溶液中粘稠烃的乳液，及其制备方法”[17/09/1996]和美国专利第US5480583号，名称为“在水缓冲溶液中粘稠烃的乳液，及其制备方法”[02/01/1996])。乳液以前的使用被烃的体积限制在一个程度，它能够在该乳液中分散并且获得最终粘度。可能提高所述总体积至85％并且实现在30℃1500cps的最终粘度。
针对脱水和脱盐还考虑到所述乳液的长期稳定性，考虑到所述乳液的运输这是一个重要的性质。在这些专利中要求保护粘度的主要控制因子是小液滴和大液滴的比例。
一种乙氧基化烷基酚乳化剂以油的3000mg/l的浓度使用，以制造所述粗滴乳液和油的5000mg/l的浓度制造所述细滴乳液。测试14、7和6的直径比并且所有产生的粘度均低于两种组分乳液。最低的粘度在大于10的直径比获得。该值比之前硬球体物体的计算值6.49更大，并且可能由于在80％总体积发生高水平液滴变形。在他们的测试中，所述粗大液滴的直径在15和30微米之间。在60℃由动力混合制得所述乳液，并且变化混合速度和持续时间以形成不同液滴尺寸。
分散液的粘度受几个因子的影响，所述分散相的体积分数和平均颗粒尺寸和分布格外受关注。已知粘度随着分散相的体积分数的提高而上升，并且也随着平均颗粒/液滴尺寸下降而上升。当试图分散一种高体积分数的一种极粘稠液体或固体时，这在工业上非常有局限性的，因为为了运输和处理的目的需要降低粘度到可控制的水平。
已经观察到通过将不同平均颗粒尺寸的两种分开的分散液混合，可能实现比其中任意一种分散液更低的粘度。所述复合材料分散液还允许极大升高的最大堆积分数，降低的剪切稀化或剪切稠化行为以及降低的存储/损失模量。
三个主要的变量已经显示出影响一种复合材料分散液中粘度降低。细微颗粒添加到一种更大颗粒的分散液升高了所述分散相的体积分数，通过填入所述大颗粒产生的空隙它们升高了所述最大堆积分数，提高了流动性并且降低了粘度。这些细微和粗大颗粒的混合比例是重要的，并且已经发现在20％-30％小颗粒体积分数实现最大流动性。同样重要的是校正颗粒直径比以实现改善分散液的流动性。通过研究颗粒堆积的几何学，已经发现，假设所有颗粒是固体球体，所述细微颗粒直径必须比所述大颗粒直径小6.49倍，以填入大颗粒的点阵产生的空隙。实验证据表明很可能在大于6.49的直径比实现最大粘度降低，因为事实上极不可能所有的颗粒均是硬的球形物体。例如乳液液滴在高分散相浓度变形并且导致在液滴间的空隙比使用的模型在尺寸上减小并且对于细微液滴将需要升高的直径比以填入所述空隙。
复合材料分散液的知识已经极大优势地在多种工业上应用。在制备很多产品如颜料、粘合剂、橡胶、墨水、涂膜、密封剂等等方面，实现聚合物双峰分散液如胶乳有利的流变性质已经变得重要。根据前述基础，通过分散两种或更多平均聚合物长度实现低粘度。煤工业已经花费时间开发体系以在水中分散不同尺寸的煤颗粒以形成煤浆，它能够轻松运输并且作为油的一种替代能源直接燃烧。通过分散多种烃作为一种具有明显降低的粘度的双峰水包油乳液，以实现运输和改善的储存稳定性，已经实现了多种烃的回收。
其它应用包括化妆品如防晒霜，其中由于提高的膜成型性质一种双峰分散改善了该防晒霜防护因子。该知识用于食品工业的很多方面，并且在医药的很多领域如药物运输体系具有潜在应用。
作为一种第一乳液，乳化的烃燃料已经变得越来越重要，作为一种有用的燃料用于动力工厂的蒸汽生产，其它蒸汽提高取代有环境缺陷的煤和石油焦，以及相对更贵的天然气的能力。天然气的高成本在石油处理领域有特别的原因，并且具体地在与重油和天然沥青生产有关的蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)中。已知地，SAGD和同类技术需要使用蒸汽生成器，以将蒸汽注入地下生成区来移动高度粘稠的烃材料。传统地，天然气用于燃烧所述蒸汽生成器，然而，这从经济角度看是不利的并且还有其它连带缺陷。随着乳化烃的出现，特别是由烃或其源自本地烃生产的产物制造的那些，已经发现热量足以在一个蒸汽产生的环境中燃烧。
在这一领域所述第一先进燃料之一是奥里乳化(Orimulsion)，由Bitor在委内瑞拉制造，并且全球运输以供应动力生成工厂。在奥里乳化成功的基础上，已经开发了其它乳化燃料如Quadrise公司目前由Quadrise加拿大燃料系统公司进一步开发的MSARTM(多相超细雾化残留物)。MSARTM是一种水包油乳液燃料，其中所述油是一种具有15到-10之间API比重指数的烃。典型的油-水比在65％-74％范围内。因为水中油滴的存在，MSARTM是一种重要的预雾化燃料。这意味着燃烧雾化器不进行在传统燃料油燃烧中的机械操作以产生油滴，而它是产生所述油滴的乳液制造设备。预雾化字面上指“在所述雾化器之前”并且MSARTM制造设备是该过程重要的雾化器。MSARTM的典型平均液滴尺寸特征在约5微米，而在一种燃烧雾化器中燃料油雾化产生的典型平均液滴尺寸特征在150和200微米之间。因此，除了有大量的水存在的事实，通过在MSARTM生产过程中制造很多更小的液滴带来的表面积的显著升高，与一种传统燃烧雾化器相比，导致更快和更完全的燃烧。此外，当MSARTM穿过一种传统雾化器时，必须这样做以使其燃烧，形成了含有5微米油滴的150-200微米水滴。因此，水位于油滴自组合之间的空隙区域。该空隙的水，在油滴之间，自然挥发导致已经很小的液滴(5微米)的进一步破裂。已知该过程为二级雾化。因为该二级雾化和之前讨论的预雾化，已经发现MSARTM是一种特别有效的燃料，具有99.9％的碳燃尽率。碳燃尽明显是任何燃烧过程的一个重要方面并且事实上MSARTM碳燃尽如此高，基本上减少了在所述燃烧器和/或熔炉中收集的碳包灰的量。已知地，如果是低碳燃尽，那么碳将和灰在沸腾炉表面积累并且将有效地导致结焦的产生；这将导致总过程的没有效率和/或不可操作性。通过提供99.9％的碳燃尽率，这些问题得以解决。
虽然MSARTM极小液滴尺寸对于燃烧过程具有明显优势，但是它对于处理和泵送过程具有劣势，因为所述液滴越小，MSARTM粘度越大。因此，为了进一步提升乳液燃料技术，目前由其它组织进行的研究已经开发了能够保持所述极小颗粒并且同时降低粘度的方法，它导致常规的储存、处理和运输方面的改善。进而，已经进行了双峰乳液方面的研究，即在它们的液滴尺寸方面有两个不同的液滴尺寸峰的乳液。
它的例子是1995年5月30日批准给Rivas等的美国专利第5,419,852号和1996年4月2日批准给Rivas等的美国专利第5,503,772号，等等。在这些文献中，分开制造并且特性显著不同的乳液的特定混合被用于描述本发明。得出的结论是所述双峰乳液可能被制造以降低粘度并且证明最终乳液在其物理特性上是不同的双峰。
虽然需要有一种双峰乳液，但是该技术不是没有局限的。已知在本领域平均颗粒尺寸越大，所述混合物的粘度越低。不幸地，在一种乳化燃料中所述颗粒越大，所述油滴燃烧和沿熔炉向下所需时间越长，这导致需要一种更长的熔炉。这也限制了空隙间并入的水的量。以前已经在分析现有技术和相关文献中讨论了该优势。对于熔炉，如果对于选定的燃料长度不足，那么没有燃烧的烃材料和/或烟将是不利影响。这样的话，已有技术受使用的设备的限制，它将在总过程中增加成本、投诉和与污染相关的其它问题。
在现有技术领域，现在已经意识到在所述燃料中粘度使整个系统趋向更大的油滴，而燃烧使所述体系趋向更小的油滴。相应地，将需要一种配方(formulation)，它导致所述燃料乳液在颗粒尺寸分布上的变化以降低粘度，但还能改善燃烧。这后两个性质对于提供一种非常有效的高焓值乳化燃料是最需要的。具有上述说明的性质的一种乳液的制备作为一个目标，采用了一种新方法使一种乳液具有这些性质。
已经发现现有技术中观察颗粒堆积并且采用这一技术特别有效。这之前没有应用到乳液领域，以产生一种具有最需要的性质复合材料乳液，即一个包括n-峰分布的宽的颗粒分布但在可应用的前提下保持所述n-峰分布作为一个峰，即一个单峰分布。
颗粒堆积文献的代表是从《计算物理杂志》202(2005)，737-764收集的，特别是一篇题为“非球形硬颗粒的相邻碰撞驱动分子动力学模拟。I.算法的细节。具有相对较小的长宽比小尺寸变化的颗粒的体系的一般算法”。该文章的作者是Donev等。同样浏览了同一作者的另一篇文章“非球形硬颗粒的相邻碰撞驱动分子动力学模拟。II.应用到椭圆或椭球，《计算物理杂志》202(2005)，765-793”。在球堆积技术的其它一般文献包括：文章“使用DL_POLY和MPI耗散粒子动力学的颗粒介质的堆积SGI Origin 2000建模，艾略特等；浓缩的分散煤水泥浆堆积和粘度，Veytsman等，《能源和燃料》，1998年，12，1031-1039；球体随机封闭包装是否很好的界定？《物理评论快报》，2000年3月6日，托尔夸等；和随机堆积的异构推进剂，诺特等。
在美国专利第4725287号中，在1988年2月16日授权加拿大西方石油公司有限公司，发表了一般方程：
其中
μ＝水包油乳液粘度(cs)
μo＝水连续相粘度(cs)
Figure A20078005128500202
Figure A20078005128500203
它将粘度和一种具体颗粒尺寸分布的最大堆积联系起来。
该等式证明如果所述油滴尺寸分布导致一个更大的最大堆积分数，一种水包油乳液的粘度可能降低。可通过形成所述水包油乳液以致宽范围的油滴尺寸或者一种双峰油滴尺寸分布的形成实现这种降低。举例而言，与
Figure A20078005128500211
的一种单分散水包油乳液相比，一种双峰水包油乳液，具有5到1的油滴尺寸比，假设球形和非相互作用油颗粒，理论上粘度降低约10的因数。该最大堆积因子越大，粘度越低。作为一般评论，具有宽颗粒分布的一种单乳液将有更低的粘度。进一步，已知双峰乳液具有更低的粘度并且不是所有的乳液混合物将导致粘度降低。虽然是有用的一般教导，但引文没有详细说明如何消除这种“猜测(guesswork)”从选择哪种颗粒尺寸导致一个单峰乳液中的最大多分散性。
在1994年2月1日授权的美国专利第5,283,001(加拿大西方石油公司有限公司)中，给出了一个混合乳液的一般综述。它表明：
...通过改变在任何合适的动力剪切器和混合器(如转子-定子式混合器等)中制造烃粗产物和乳化成分的混合物的停留时间和/或剪切速率，以及收集在任何合适的缸和容器如乳液缸122中从多种停留时间和/或剪切速率的动力剪切器和混合器流出的水相包油乳液流出物，可能用任何本发明的乳化剂形成一种双峰或者多峰水相包油乳液。收集的从多种停留时间和/或剪切速率的动力剪切器和混合器流出的水相包油乳液在乳液缸122中组合以形成具有水相包油乳液的更低粘度的双峰或者多峰水相包油乳液，该更低粘度的水相包油乳液生产自一个具有乳化组合物的固定剪切速率和/或停留时间的动力剪切器和混合器和在所述动力剪切器和混合器中的生产的烃粗产物；或者生产自具有一个流动(或剪切)速率的静态剪切和混合装置108。因此，仅举例，通过将一种乳化组合物和生产的烃粗产物的混合物置于一个具有500秒-1的剪切场强的动力剪切器和混合器4秒，并且将所得水相包油乳液和将同样的混合物置于一个具有6000秒-1的剪切场强的动力剪切器和混合器4秒所得的水相包油乳液组合制成的一种双峰水相包油乳液的粘度将比用500秒-1和6000秒-1的强度制造的水相包油乳液的各自的粘度更低。可通过变化停留时间并且通常保持剪切场强恒定或固定而获得类似的结果。
已知混合乳液(两种或多种)降低粘度的事实。最终的乳液可以是多峰的或者双峰的。
该技术可用于提供涉及双峰或多峰乳液的教导，但不包括单峰乳液。该专利在88栏48行提供了以下一个实施例：
实施例XIX
提供本实施例证明双峰水包油乳液具有改进的粘度。该粗产品是Manatokan。水相是水。表面活性剂是714.3ppm NP40(以Manatokan的重量计，714.3ppm的NP40)和714.3ppm NP100(以Manatokan的重量计，714.3ppm的NP100)的混合物。所述乳化组合物通过混合水和所述表面活性剂制备。通过混合已知量的乳化组合物和已知量的Manatokan，并且用3000rpm的转子-定子式混合器搅拌40秒制备两种水包油乳液。第一水包油乳液具有69.9μ的平均油滴尺寸，3.27的分散度和221(cp)的粘度。有更少Manatokan的第二乳液具有54.9的平均油滴尺寸，3.56的分散度和约198(cp)的粘度。当1L的第一乳液和1L的第二乳液混合，制造一种第三水包油乳液具有约61.7的平均油滴尺寸，3.88的分散度和约140(cp)的粘度。因此，双峰乳液有比它的乳液组分的任一更低的粘度。
给出的一个实施例其中两种乳液以50/50比例混合。结果显示最终乳液与所述两种前体乳液相比粘度降低；然而，采用不同的比例将导致很不同的可能高于所述两种前体乳液之一的粘度。进一步地，在110栏，29行开头，表述有：
乳液粘度
所有用30％水制备的沥青乳液有相对窄的粘度范围，典型地在120°F130-150cp。这种随着温度的变化与用于油或重质原油乳液(heavy crudeemulsions)相比非常不敏感，如图21所示。与其它WCE(含水乳液)一样，降低的水含量导致升高的粘度，例如，25％水的测试的BEPU-21乳液具有309cp的粘度。
如一个实施例显示的所述乳液粘度随着碳氢材料含量升高；然而，没有关于一种粘度降低的复合材料乳液的教导。
在乳液领域的现有技术中，仍存在对一种乳液的需要，该乳液轻松改变所述燃料乳液的颗粒尺寸分布以降低粘度，同时它有改善的燃烧性并且不会导致不良碳燃尽。本文的技术提供了所述乳液的燃烧优化。
通过将固体燃料的堆积模型应用到即时的技术，已经发现颗粒尺寸分布越宽，所述乳液粘度越低。
本发明目前核对了对于一种燃料乳液最需要的性质，其中最终乳液是一种有效的至少两种前体乳液的复合材料乳液，并且复合材料乳液提供一个在现有技术中示例的和双峰分布相对的单峰分布，即一个单峰，乳液。本处使用的单峰是指一个可能有峰肩的主体峰但没有离散峰。这还可定义为有独特的容积模型(volumetric mode)其中在所述模型的每一边找到颗粒的容积概率是单调递减的并且没有其它局部极大值。
本发明成功地统一了不相关的技术，产生一种特别有效的复合材料燃料乳液和不考虑前体乳液的特性但完全控制多分散性的用于合成燃料的方法学。
实用性
本发明技术在乳液合成领域具有实用性。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种基本上改进的雾化的燃料乳液，其中乳液是一种复合材料燃料乳液，它具有非常需要的燃烧性质、发热量和能够定做在任何熔炉燃烧或和现有技术非常不同的燃烧分布。
根据本发明的一个实施方案的一个进一步的方面，提供了一种乳化的烃燃料，包括一种多种水包烃乳液的复合材料，所述复合材料乳液具有一个单峰烃颗粒分布，其中所述烃的量以体积分计在64％和90％之间。
此处以前注意到现有技术，在水包油乳液中高油含量以前已经实现，然而，现有技术形成的乳液不是单峰；局部最大值在一个模型的任一侧出现。通过利用本技术，不仅所述烃含量极高，而且相对于形成所述复合材料的前体乳液各自的粘度，总体系粘度降低，进一步地，所述碳燃尽率特别地比四个9的有效性更大。
在1995年5月30日授权的美国专利第5,419,852号(Invetep，SA)，讨论了一种在水乳液中稳定的低粘度双峰粘稠烃。该文件显示所述乳液具有地粘度和良好熟化性质。还教授了用于形成该乳液的合成方法。该发明进一步给出了水乳液中的双峰粘稠烃的制备方法。该专利致力于双峰乳液和平均颗粒尺寸直径的具体混合率和两种前体乳液的具体比例。
没有公开的是关于下列的细节：
i)单峰复合材料乳液；
ii)不同烃用于所述前体乳液；
iii)没有对于一个具体平均颗粒尺寸比的一个具体要求；
iv)没有对于一个具体混合比例的一个具体要求；和
v)用一种预测模型找出最佳平均颗粒尺寸比和最佳混合比的方法学。
本技术的一个重要的进步是一种制备复合材料乳液的制备方法，其中与一个单独的前体乳液相比能够更好的控制多分散性。很多方法制造多分散乳液可能不起作用或者很难控制。本技术教授了一种使用任何的前体乳液制造复合材料乳液的方法。这与上述讨论的文献所教授的从两种非常特定的前体乳液制造复合材料乳液的方法形成了显著的对比。
进一步地，在美国专利申请第10/162,042号(Gurfinkel Castillo，Mariano E.等)中，提及了在乳液制备技术上的另一种变化。该申请的文本表述：
[0043]在一个混合器部件54中第二部分62与烃70混合以形成一种具有小平均液滴尺寸的第二乳液72。乳液68和72随后在部件56中合并以形成需要的最终乳液。就这点而言，额外的水74可有利地添加到该体系，例如通过添加到小液滴直径乳液72，以提供一种具有需要水含量的最终双峰乳液，例如大于或等于约29％，和/或也进一步在所述乳液混合程序的下游再添加水...
...[0052]现转至图11，通过首先制造多种单峰乳液，然后根据上述程序混合所述乳液能够有利地形成双峰乳液。图11显示按液滴尺寸分布的两种不同单峰乳液，还显示了一个双峰或者由所述两种单峰乳液制备的最终乳液产品的液滴尺寸分布。该最终产品是稳定的并且有需要的性质。
上述段落表明混合多个前体乳液的益处；然而，没有说明如何得到它。这使读者不得不猜测或者试验混合比例、乳液类型等等。此外，没有提到混合乳液的益处。
所述前体乳液可含有同样的烃材料或者不同烃材料，这取决于所述乳液的具体应用。此外，颗粒尺寸分布和液滴尺寸可以相同或不同。在所述尺寸分布相同的情况中，所述烃材料在分开的乳液中将是不同的。作为进一步的可能性，所述复合材料乳液可以是一种与一种水乳液的烃组合的复合材料乳液。与上述类似，所述复合材料乳液和水中的烃可包括相同或者不同的烃材料，相同或不同液滴尺寸和/或相同或不同颗粒尺寸分布。
根据本发明的一个实施方案的另一方面，提供了一种用不同烃材料制备一种复合材料乳液的方法，所述烃材料具有非常不同的粘度并且因此非常不同的乳液制备温度。因此，当与在更高温度制备的前体乳液混合时，在更低温度制备的前体乳液能够作为一种冷却剂使用。这避免或减少使用热交换器以降低乳液的温度的需要，该乳液在存储前在100℃以上到100℃以下制备。
根据本发明的一个实施方案的另一方面，提供了一种制备一种具有单峰颗粒分布和与制备所述复合材料乳液使用的前体乳液相比降低的粘度的复合材料乳液的方法：提供一个具有一个n-峰颗粒分布的体系；制备一种用于所述体系中每个n-峰分布的前体乳液，每一个前体乳液具有一个特征粘度；以及混合前体乳液以制备具有一个单峰尺寸分布和相对于每个前体乳液降低的粘度的复合材料乳液。
如此前大体讨论过的，已经发现通过利用所述复合材料乳液，除了所述乳液中烃材料的高含量，同样具有方便运输的粘度。相信这是由于单峰颗粒尺寸分布提供更宽的颗粒尺寸谱。这从而在混合物粘度上提供相当的优势。
本发明的一个实施方案的另一方面提供了一种运输粘稠烃材料的方法，包括：提供一种烃材料源；制造多种所述烃材料的乳液，每个乳液具有特征粘度，每个乳液具有一个不同的颗粒尺寸分布；按一个预定比例混合多种乳液以形成一种相对于所述多种乳液更低粘度的复合材料乳液；并且调动所述复合材料乳液。
本发明的一个实施方案的另一方面提供了一种为了储存或者运输最大化在一种水的体系中的粘稠烃含量的方法，包括：提供一种烃乳液，它具有足够高的烃内相体积以致所述乳液中的液滴是非球面的；将所述乳液至少转化为一种双峰乳液体系；从所述体系形成至少两种前体乳液；按一个预定比例混合所述前体乳液以有效降低粘度；并且从所述具有降低的粘度的前体乳液合成一种复合材料乳液。
本发明的一个实施方案的另一方面提供了一种制备一种复合材料乳液的方法，它具有单峰颗粒分布和与前体乳液相比降低的粘度：提供一个具有n-峰颗粒分布的体系；制造一种用于所述体系中每个峰分布的前体乳液；每个所述前体乳液具有一个特征粘度；制造多个复合材料乳液，每个具有一个单峰尺寸分布和与每个所述前体乳液相比降低的粘度；并且混合所述复合材料乳液以形成一种合并的复合材料乳液，它具有一个单峰颗粒分布和与每个所述复合材料乳液相比降低的粘度。
根据本发明的一个实施方案的另一有利方面，已发现具有极高烃含量的HIPR(高内相比)乳液还能被有效地运输。通过利用高内相比乳液，已经发现这些乳液能够转化为至少一种双峰或n-峰乳液体系，这取决于在所述HIPR乳液中颗粒尺寸分布的数目而且然后这些单独的双峰乳液能够形成前体乳液并且根据本文之前讨论的方法学混合形成一种复合材料乳液。这样，非球形或基本非球形水包油颗粒能够重新组合或者转化成为单独的乳液合成的离散模型，从而为了一种更有利的可运输的复合材料乳液的组合物而混合。这在允许调动高烃含量材料上有特别的应用，而没有在现有技术中传统地用于操作的昂贵的单元操作如预热、稀释剂或其它粘度降低剂的添加。所述材料能够简单地转化为一种复合材料乳液并且一旦被转化，将具有和本文之前讨论的复合材料乳液同样的运输优势。
在预形成、形成和形成后中的至少一个的期间，一种修饰一种乳液的燃烧、存储和运输特性中的至少一种的方法，包括：提供一种乳液；选自下列操作构成的组的一个单元处理所述乳液：添加剂添加、机械处理、化学处理、物理处理和上述操作的组合；以及从所述处理修饰所述特性重的至少一种特性。
在已经讨论乳液制备技术的局限性后，本发明在它的许多方面，在现有技术极度复杂下，非常直接地创造了无限可能。在任何给定的多分散体系，有很多不同颗粒尺寸。这些颗粒尺寸的每一个理论上能够以任何比例混合以导致无限数目的不同多分散性、液滴尺寸和动力学稳定性的复合材料乳液。本文之前表明现有技术已经教导一种具体乳液的制备方法学。考虑到如上所述，用任何数量的前体乳液能够制造任何数量的乳液，对于所述复合材料乳液预先决定最终结果的任务是极难的任务，它不仅要用大量的实验时间和与之相称的花费而且对于一个设计化学家是十分不可行的。
通过本文公开的技术，能够改进任何乳液的动力学稳定性，即一种存在的复合材料乳液。进一步地，所述过程允许一种存在的复合材料乳液的重新合并以改进或者变更其物理化学性质。这是突出的优势；它允许使潜在无效的乳液变成有效地用于后续使用。如将被认可的，这将非常有利于原位或定点燃料修饰并且避免动力生产车间等需要有很多不同类型的燃料。一旦对于一个给定的燃料实现一套参数，能够调整所述参数以适应在不同环境的燃烧需要。
进一步地，能够矫正不合格材料如燃料、用于药学和食品生产的前体材料等成为可接受的或者满足后续使用的要求。这显然是对材料的成本节约，否则这些材料会因缺乏实用性而被丢弃。
附图说明
有了对本发明的一般描述，现在可以引用相关附图说明优选实施方案。
图1显示由Greenwood等获得的结果，并且是在不同小颗粒体积和总体积的粘度测量图(源自引文Greenwood等[《胶体和表面A：物理化学和工程方面》，144(1998)139-147，通过使用双峰颗粒尺寸分布最小化浓缩分散物的粘度])；
图2是直径比对悬浮液粘度的影响(Greenwood等，[《胶体界面科学杂志》，191，11-21(1997)，对聚合物点阵的双峰悬浮液粘度的有效直径比和体积比])；
图3、4和5分别表示在6.37、2.81和1.08的直径比浓度和混合比例对悬浮粘度的影响。
图6是组分(小颗粒，以体积计)对直径比为6.37的双峰悬浮液的相对粘度的绘图。显示总体积分数是0.40、0.45、0.50、0.55和0.60；
图7是组分(小颗粒，以体积计)对直径比为2.81的双峰悬浮液的相对粘度的绘图。显示总体积分数是0.40、0.45、0.50、0.55和0.60；
图8是组分(小颗粒，以体积计)对直径比为1.08的双峰悬浮液的相对粘度的绘图。显示总体积分数是0.40、0.45、0.50、0.55和0.60；
图9是粘度作为总油体积分数的函数的绘图；
图10是本技术的总合成机制的示意图；
图10A是本技术的总合成机制的一种变化的示意图；
图11是颗粒尺寸作为剪切力的函数的示意图；
图12A和12B是粘度作为液滴尺寸比例的函数的示意图；
图13是乳液中油百分含量作为进一步长度的函数的示意图；
图14是两种前体和一种表面活性剂在70％NE阿尔伯塔沥青复合材料乳液，5μm和24μm的中间颗粒尺寸的示意图；
图15是变化同样中间颗粒尺寸的百分数的所述复合材料乳液的示意图；
图16是两种颗粒尺寸的东北阿尔伯塔沥青颗粒的双峰分布示意图(5微米和10微米)。
图17是粘度作为在所述前体乳液使用的5微米MSARTM的百分数和前体乳液使用的10微米MSARTM的百分数的函数的示意图。
图18A到18C各表明5微米和10微米的乳液按20％和80％，50％和50％，以及80％和20％的比例制得的复合材料乳液的颗粒分布。
图19表明6微米12微米模式的个体分布，其中均使用一种表面活性剂和70％的炼渣形成的前体乳液。
图20表明粘度作为MSARTM混合物的函数，该MSARTM混合物包括在第一乳液中5微米和第二乳液12微米。
图20A到20C表明对6和12微米颗粒的复合材料乳液中颗粒分布的结果，所述颗粒比例分别为20％和80％，50％和50％，以及80％和20％。
图21是乳液1包括6微米中间颗粒尺寸分布和乳液到16微米中间颗粒尺寸分布的所述前体的示意图。
图22是包括6微米和16微米80/100沥青MSARTM的MSARTM混合物的粘度示意图。
图22A到22C各表明6和16微米颗粒的百分数变化，包括20％和80％，50％和50％，以及80％和20％。
图23是一种燃烧炉的正视图，表明东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料编号1的燃烧。
图24是图23熔炉的侧面图。
图25显示了因图23和24中的燃料燃烧带来焦结物沉积在喷嘴上。
图26是与图28类似的在MSARTM燃料1二次燃烧之后的情景。
图27是东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料2在燃烧炉中燃烧的情景。
图28在MSARTM燃料2燃烧后喷嘴的照片表明焦结沉积。
图29是MSARTM燃料1和MSARTM燃料2之间的东北阿尔伯塔沥青MSARTM复合材料燃料燃烧产生的火焰的图形。
图30图29的火焰的侧视图。
图31是燃烧喷嘴的示意图，表明喷嘴上最少的焦结沉积。
注意到所有附带附图中，同样的附图标记代表同样的特征。
具体实施方式
参看图10，显示用数字10整体上标注总的合成机制。所述合成机制包括用数字12和14标注的两个主要步骤。在步骤12中，一种烃材料16与含有一种表面活性剂18的水20混合，该材料作为一种混合物在一种混合装置22中混合。
所述烃材料可包括任何烃材料燃料，非限定性实例包括天然气、沥青(bitumen)、燃料油、重油、渣油、乳化燃料、多相超细雾化残留物(MSARTM)、沥青烯(asphaltenes)、石油焦、煤和上述物质的组合物。使用低于18API的烃材料是有利的。使用一种乳液稳定剂(一种在乳液初级相分离使用的化学组合物)稳定相分离。所述表面活性剂对此以及该类稳定剂中的许多其它成员是有用的。
就表面活性剂而言，在技术领域已知表面活性剂可以是非离子的、两性的、阳离子的或阴离子的或者上述类型的混合。进一步地，它们可以是液体、固体或者气态。在本发明的范围内使用材料的组合以实现适当的通常归结于乳液的分散体系。
所述混合器可包括任何合适的本领域技术人员所知的混合器。所述乳液稳定剂或表面活性剂的适当的量包括以乳液重量计0.01％到5.0％，并且所述烃包括以重量计上至90％的任何量。在所述实施例中，使用一种混合器如胶体磨。一旦所述材料置于所述胶体磨，产生一种第一前体乳液24。类似的步骤将导致第二前体乳液24’，以及通过带有最初标记的类似数字标注的来自乳液1制备中的共有步骤。
一旦形成前体乳液24和第二前体乳液24’，将这两种乳液置于一种混合器26，该混合器可能有与所述胶体磨类似的剪切装置或者更类似于一种进一步选择的装置如管路静态混合器(in-line static mixer)。
在单独的乳液24和24’中，所述乳液中的一种相对于另一种将有更小的平均颗粒直径。它们随后按预定比例混合在一起形成多分散燃料乳液的复合材料乳液28。所述预定比例利用一种颗粒堆积算法决定，如已经在现有技术中提到的。所述复合材料所需的最终性能决定最初的混合比例。因此，能够按照前体乳液的任何比例配制或者设计任何乳液。这是非常重要的结果；如之前已经大篇幅讨论过的，在本技术领域的现有技术不能提供一种“设计方法”以制备乳液。如之前讨论的，在所述最终复合材料乳液需要具体参数或者性能时，需要大量的实验和猜测。这显然需要大量的时间并且可能有不利的结果。使用本发明容易实现所述结果。确定所述复合材料的最终参数，并且将其置于算法以分析出所述最终产物的理想结果的多分散性、粘度和最大堆积分数的最可能结果。格外明显地，这是所有技术领域普遍可用的。如所讨论的，实用性的更有利的领域之一是在高温熔炉中使用，例如蒸汽发生器。根据工厂的配置，即使在同一个工厂有时需要不同大小的熔炉。这对工程师造成了极大的困难，因为需要很多不同燃料以优化燃烧，这取决于其它属性中的熔炉长度。当能够在原位修饰一种配方时，需要储存或保留多个不同燃料显然是不利的。
至于所述算法，已知之前计算机模型已经用于固体火箭燃料，并且通过在一种复合材料乳液的合成中利用所述算法，实现了一个非常成功的结果。特别具有吸引力的结果之一是，与所述前体乳液的粘度相比，所述复合材料乳液具有比含有所述小液滴的前体乳液粘度低3到5倍的因数之间的更低的粘度。从不相关的技术的一致性得出一个进一步的优势是与那些需要预热温度的之前的或前体乳液相反，所述复合材料乳液需要更低的预热温度。
便利地，还发现所述复合材料乳液具有更加改善的动态和静态稳定性和处理特性(在生产和燃油喷嘴之间的任何事，如存储、阀门、管道、缸等)，并且因此可能更容易存储和转移。在燃烧测试中，所述复合材料乳液提供大于99.9％的碳燃尽，除了所述乳液在水中含有更高百分含量的所述烃材料。
现在参看图10A，显示图10显示的总排布的一种变化。在该实施方案中，所述方法可能在多个阶段进行修饰，以使在所述乳液或者所述复合材料乳液本身每个组分的转移存储和/或燃烧有效。在该方法中，图10A提供了上述方面的至少一个的修饰，通过在如数字30标记的所述表面活性剂和水进入磨22之前的合成前混合点进行修饰，或者通过在置入所述磨之前修饰所述烃作为进一步的选择，这个步骤用数字32标记。作为进一步的可能，如在数字34标记的制造点或者在36制造之后修饰所述乳液。关于带有最初标记的类似数字，这些步骤应用于24’标记的乳液2。作为进一步的可能，一旦引入第一乳液24和第二乳液24’，它们可能在混合器26中修饰，并标记为38，或一旦形成复合材料乳液28，接下来进行修饰。这个步骤用数字40标记。
通过如图10A描述的该方法的各种变化，在配制前、配制中和配制后中的至少一个阶段修饰所述乳液在燃烧、存储和运输方面的特性，其中所述修饰涉及一种单元操作，它选自由至少添加剂添加、机械处理、化学处理和物理处理以及上述的组合构成的组。所述添加剂添加将在随后讨论。
现在参看图11，显示颗粒尺寸作为剪切量的函数的示意图。这允许通过改变用于制造所述乳液颗粒使用的剪切量为乳液选择不同的颗粒尺寸分布。如图11所示，已知剪切量与平均颗粒尺寸和分布宽度有关。最小液滴尺寸与用于制造乳液的参数有关。通过延长在所述混合器中停留时间，或者提高旋转混合装置的旋转速度提高所述剪切量。
已经发现为了稳定性的目的，容易保持基本上与前体乳液相同的与油含量有关的表面活性剂浓度。这只是示例性的，取决于所述复合材料乳液的最终需要特性，能够发生所述表面活性剂浓度的各种变化。在为不同复合材料乳液使用不同表面活性剂的情况中，所述表面活性剂显然将是互容的。所述实施例之前已经讨论并且其它实施例对于本领域技术人员是显而易见的。
现在参看图12A和12B，其显示了粘度作为小液滴和大液滴比例的函数的，且更大液滴出现在图的左侧的示意图。
现在参看图13，乳液中油含量作为需要完全燃烧所述燃料的熔炉长度的函数。
现在参看图14，其显示一种双峰体系的混前颗粒分布，其中数字1表示的乳液含有表面活性剂和70％东北阿尔伯塔沥青，其余为水。使用一种高转速高剪切混合器形成第一分布。在该分布的中间颗粒尺寸是5微米，但是在分布2中，所述中间颗粒尺寸是24微米。在混合前，有证据表明每个乳液具有明显不同的平均和中间液滴尺寸。
图15是组合物(小颗粒，以体积计)相对于6.37直径比的双峰悬浮液的相对浓度的绘图。显示的总体积分数是0.40、0.45、0.50、0.55和0.60。
图15是粘度作为混合物中使用的5微米MSARTM乳液和24微米MSARTM乳液的百分数的函数的图示。插入的图15A是20％5微米和80％24微米的混合物的分布图示，所述混合物具有在图15中用箭头指示的特征粘度，而图15B是含有80％5微米颗粒尺寸和20％24微米颗粒尺寸的混合物或复合材料乳液的插入图，在图15中的箭头指示其特征粘度。最后，插入图15C是5微米和24微米颗粒的50/50混合，用箭头指示特征粘度。观察图15A到图15C，很显然，所述颗粒分布表现为有效的单峰，尽管含有两种独立的各自具有明显不同的平均和中间液滴尺寸的乳液。
现在参看图15D，显示1微米颗粒、5微米颗粒和10微米颗粒的三分数体系的三元相图。如通常所知，这些绘图有效显示堆积分数。所述数据用于说明确定何种颗粒的组合将产生最佳的可能堆积分数。在所述三元相图所示，所述数据代表67种不同颗粒混合组合。变化的明暗表示包括0.62到0.76的范围的不同堆积分数。明显如图所示，为了决定最佳可能堆积分数，在该情况中一种算法的使用是关键的，以避免涉及确定最佳堆积分数的猜测。本领域技术人员可以理解，试图预测图6D中所表示的是不可能的。甚至有显示的堆积分数，颗粒分数百分数例如在0.74和0.76之间有大量的变化。相应地，使用所述算法不仅快速处理最佳堆积分数的组分细节，还能被设计者用于在与某个堆积分数共有的图的区域内选择不同组合物。
如进一步显示的，图16提供一种东北阿尔伯塔沥青颗粒分布，其中所述两个峰分布按中间颗粒尺寸有更大程度的重叠。在此图中，使用于前述讨论类似的材料，用数字1表示在相对高速下产生的5微米中间颗粒分布，峰2包括在低速下产生的10微米中间颗粒分布。这是一个实施例；混合能够在低强度和高强度混合器中进行，并基于最终需要选择每分钟的转数。
图17表示粘度作为在前体乳液中使用的5微米MSARTM的百分含量和在第二前体乳液中使用的10微米MSARTM的百分含量的函数的图。附图18A、18B和18C表示5微米和10微米独立乳液形成的复合材料乳液的颗粒分布，其中5微米和10微米百分比分别是20％和80％、50％和50％以及80％和20％。图18A到18C的每个箭头表示图18A、18B和18C的每个最终复合材料混合物的粘度。
在图19中，进一步使用一种烃材料合成所述复合材料乳液。图19表示6微米和12微米模式各自的分布，其中均用一种合适的表面活性剂和70％含量的炼油残渣(refinery tank)9和余量的水形成前体乳液。炼油残渣的内容物为大约10％的柴油和90％的粘稠烃材料。所述6微米分布在相对高速下产生，而所述12微米在更低的速度下产生。
图20表示粘度作为由5微米的第一乳液和12微米的第二乳液构成的MSARTM混合物的函数的图。图20A到20C表示所述复合材料乳液颗粒分布的结果，所述复合材料乳液中6和12微米颗粒的比例分别为20％和80％、50％和50％以及80％和20％。
如附图所示，图20的图示显示，每一种有一个特征粘度。进一步地，与之前的实施例类似，在所有例子中的复合材料乳液是有效的单峰并且相应地提供宽颗粒尺寸分布。
图21显示前体乳液的特性，其中乳液1包括6微米中间颗粒尺寸分布并且乳液2是16微米中间颗粒尺寸分布。在该实施例中，所使用表面活性剂为具有烃材料和余量水的表面活性剂，所述烃材料含有70％的80/100沥青。使用磨在相对高的速度下制成6微米的分布，而在低的速度下合成16微米分布。
图22有与之前的实施例类似的数据，其中有粘度。插图22A到22C表示具体复合材料乳液的配方，所述复合材料乳液中6和16微米分布的比例分别为20％和80％、50％和50％以及80％和20％。
所述复合材料乳液再次证明图22A到22C的每一个具有特征粘度单峰颗粒分布。
从结果看出，很显然本发明方法利用离散型前体乳液制成了单峰复合材料燃料乳液的所需要配方。已知现有技术的水包油乳液的油含量或烃含量通常限于大约70％，因为在比该值更高的含量所述乳液的粘度呈指数地升高。这明显有违本发明方法实现的需要的性质。通过利用本发明提出的方案，所述油含量可以上至90％，同时仍保持与传统或者HIPR乳化相比相对低的粘度。相信在本发明提出的多分散燃料乳液中所述液滴的堆积比未出现单峰分布的一般乳液明显更好。
利用所述方法产生的许多非常有用的特征不仅制造一种具有比所述复合材料中单个乳液更高碳燃尽的改善的乳化燃料，而且运输需要更少的水。
如主要所讨论的，本发明的主要优势之一是特征地由一般是多面的非球形颗粒构成的HIPR乳液，它能够转化为单独的乳液然后组合形成一种具有本发明所述优势的复合材料混合物。通过这种方式，能够转化所述HIPR乳液以提供一种复合材料乳液需要的性质，具有更宽的颗粒分布和降低的粘度和改善的燃烧性。所熟知的事实是HIPR乳液有极高的粘度，并且是非常剪切稀化的。之前没有提出过将HIPR乳液转化为一种用于合并的离散型乳液，如本发明所公开的以提供降低的粘度和改善的燃烧性。之前也没有认识到使用能够具有99.9％碳燃尽率的HIPR乳液。
为了使用方便，本发明提出的乳液技术允许为所述熔炉或燃烧设备单独设计所述乳液，这与为燃烧一种特定乳液而设计熔炉恰恰相反。在该处的成本节约是很大的；所述乳液的修饰显然比设计并制造一个新的昂贵设备更少涉及试验。
进一步地，取决于经济和所述复合材料乳液的需要，所述前体乳液不受限于数量并且在本发明技术的范围内可提供一个n峰体系。作为本发明的这方面的特点，将不得不制备个体乳液然后混合以形成所述复合材料乳液，乳液的个体组可混合以形成复合材料乳液并且所得复合材料乳液进一步混合以形成个体复合材料乳液的混合乳液。对于用于形成一种复合材料乳液的双峰或多峰分布，所述复合材料再次置入剪切或混合装置以形成一种处理的复合材料乳液。
已经描述了本发明的细节，现在请参看下列实施例：
实施例
检验了三种燃料类型：
1)颗粒尺寸5.5μm的东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料2；
2)颗粒尺寸22μm东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料1；和
3)颗粒尺寸5-22μm的东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料1和东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料2的50/50混合物。
试验从具有更大的液滴(MSARTM燃料2)的燃料开始。
使用一种比正常36kg/h更低的30kg/h燃料燃烧率，以避免可能的燃料阻塞，因为所述燃料含有更大尺寸的液滴。对其它燃料类型使用同样的燃料燃烧率以维持条件的一致性。
所述MSARTM燃料1的初始温度是85℃并且缓慢上升至100℃，基于观察到的火焰特征。
对于所述方案的其它参数是：
雾化空气温度108℃；
燃烧炉78-79℃；
燃烧空气温度108℃；
氧气6.7，6.2
观察到的所述MSARTM燃料2燃料类型的参数是：
雾化空气温度84℃；
燃烧空气温度84℃；
燃料温度65℃；和
氧气5.2，5.3
对于本发明方法的数据，表内使用的术语具有下列含义/解释：
燃料：到所述熔炉的入口(质量速率、温度和压力在所述三个试验中是相同的，即22微米、5微米和复合材料)。
雾化空气：为所述液滴初始雾化使用的空气。典型地，初始雾化通常产生50到200微米的液滴。
燃烧空气：用于燃烧的氧气的主要来源。
烟气：在烟气中所述排放量标准化至3.5％氧气含量。为此，使用两栏；一栏是测量的燃料，另一个是标准化的值。
一氧化碳排放：一氧化碳的量是不完全燃烧的指示项。
颗粒：在颗粒上碳的量是不完全燃烧的指示项。颗粒上碳越多，不完全燃烧的程度越大。
热力学转移率：是火焰辐射测量的主要转移速率的测量值。所有乳液显示出比天然气更高的辐射热量转移率。所有这三种乳液的热量转移率在每个实施例中有些一致。
表2
MSAR燃料的性质(湿料)
  22μm MSAR   5μm MSAR   50∶50混合物
  (22和5μm)
  密度，通过氦高温计   1005   1004   1006
  在15℃，kg/m3
  热值，卡/g   6745   7003   6860
  MJ/kg   28.24   29.32   28.72
  BTU/lb   12141   12605   12348
  蒸馏水，重量％   30   30   30
  碳，重量％   55.4   59.2   58.5
  氢，重量％   11.5   11.0   10.5
  硫，重量％   3.29   3.41   3.45
  氮，重量％   ＜0.50   ＜0.50   ＜0.50
  灰，重量％   0.051   0.034   0.049
表3
熔炉操作条件和排放结果
  天然气   22μm MSAR   5μm MSAR   50∶50混合物
  (22和5μm)
  燃料
  流速，kg/h   20   29.69   29.80   29.83
  输入热，GJ/h   1.063   0.839   0.874   0.857
  MMBTU/h   1.007   0.795   0.828   0.812
  KW   295   233   243   239
  温度，℃
  缸出口   -   52.8   53.0   52.8
  燃烧炉   29.5   78.4   75.3   76.5
  燃烧炉压力，kPa   -   96   103   96
  平均颗粒尺寸μm   -   22   5   22和5
  雾化空气
  流速，在NTPkg/h   39   29   29   25
  燃烧炉温度，℃   23   97   84   80
  燃烧炉压力，kPa   69   21   28   14
  燃烧空气
  流速，在NTP   382   424   433   468
  kg/h
  燃烧炉温度，℃   33   107   83   88
  烟气
  熔炉出口温度，℃   406   393   404   431
  流速，燃料Nm3/MJ*   0.256   0.364   0.332   0.321
  颗粒负载，g/Nm3   -   0.189   0.124   0.146
  烟气分析，按体积
  O2，％   3.5   3.55.79   3.55.2   3.54.4
  CO2，％   9.1   12.911.20   13.011.7   12.912.2
  CO，ppm   13   9078   7160   4644
  NO，ppm   64   231201   344290   300284
  SO2，ppm   -   27942426   28532581   27522603
  烟气排放，g/MJ燃料
  NOx   0.022   0.098   0.129   0.122
  SO2  -   2.526   2.452   2.392
  颗粒  -   0.069   0.042   0.047
  颗粒上的碳，wt％**  -   39.2/38.5   33.0/3.4   6.1/2.3
  颗粒浓度，g/g燃料  -   0.0028   0.0018   0.0019
*计算基于烟气的氧气含量和按化学计量燃烧
**碳结果仅是一个估计值，因为滤纸和粉末样品一同分析
表4
比较天然气和MSAR的热力学热量转移
  天然气   22μm MSAR   5μm MSAR   50∶50混合物
  (22和5μm)
  燃料
  热力学输入，GJ/h   1.063   0.839   0.874   0.857
  MMBTU/h   1.007   0.795   0.828   0.812
  KW   295   233   243   239
  热力学能量 转移，KW
  回路1-10   123.95   116.21   117.38   117.13
  回路11-20   23.11   32.45   27.84   33.05
  回路21-28   1.85   1.62   0.97   1.16
  总的(1-28)   157.91   150.28   146.19   151.94
  总W/cm2热力学表面   1.21   1.16   1.12   1.17
  热量转移率，kW/MJ燃料输入   0.149   0.208   0.175   0.171
  从热敏板提取的热力学燃料输入的百分数   53.5   64.4   60.1   63.6
通过观察表中的数据，具体地表4，有证据表明所述MSARTM混合物或者所述复合材料乳液提供一种高热力学有效性，这超过了5μm的MSARTM的值并且接近22μm的MSARTM。
为了促进显著的效益，其在复合材料乳液中已经得到实现，表3提供烟气排放数据，再次证明了从环境角度看在所述混合物中NOx和SO2的排放非常有吸引力。特别值得注意的是MSARTM混合物复合材料与所述前体乳液相比，具有更低的颗粒中碳含量和更低的烟气中CO浓度，这表明所述复合材料乳液具有更好的碳燃尽。
可能最吸引人的数据是在有热力学热量转移数据的表4中。实施例中提出的热力学燃料输入的百分数的引证清楚地证明了相对于天然气所述复合材料是更有利的能源。
图22到30进一步证实了本文提供的数据。
参看图22，显示燃烧东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料1的燃烧炉的照片。在该图中显示了火焰的形状。
图23是图22中燃烧燃料的所述燃烧炉中所述火焰的侧视图。
图24和25显示在第一轮燃烧后所述燃烧炉的喷嘴处的焦结沉积，同时图25显示在第二轮燃烧后所述燃烧炉的喷嘴处的焦结沉积；区别非常明显。
图26提供了在燃烧东北阿尔伯塔沥青MSARTM燃料2时燃烧炉的视图。
图27显示MSARTM燃料2燃烧后燃烧炉喷嘴处的焦结沉积。
在图28，该照片显示了所述复合材料乳液的燃烧。有趣的是与单独的前体乳液燃烧时的火焰形状相比，该火焰形状更加稳固。这进一步被图29印证，从所述燃烧炉侧面拍摄的该图显示相当显著的火焰长度和强度。如本发明之前关于燃烧特性和所述复合材料乳液的其它特征的讨论，图30显示所述火焰的洁净度；与图25显示的有关MSARTM燃料1燃烧的焦结沉积相比，该燃烧后喷嘴处的焦结沉积是肉眼不明显的。
结论
有了在所述复合材料乳液测试中的照片数据和物理数据，显然复合材料乳液比所述前体乳液的燃烧有很多显著优势，并且在很多情况中接近天然气燃烧的有利特征。显然，所述复合材料乳液燃烧提供更有利的能源输出，更低的一氧化物排放，在燃烧炉喷嘴更低的焦结沉积，更低的二氧化硫排放，以及其它非常需要的性质。如附图清楚表明的，所述复合材料乳液火焰特性是更明亮且更稳定的火焰、更少的褐色退色物、更低的一氧化碳排放以及其它特征。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种乳液，包括多种水包烃乳液的一种复合材料和乳液稳定剂，所述复合材料具有没有局部最大值的单一模式的一个单峰颗粒分布，所述烃油的量按体积计在64％和90％之间。
2.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述燃料包括至少两种不同的前体乳液。
3.如权利要求2所述的乳液，其特征在于所述前体乳液各含有一种不同的烃颗粒尺寸。
4.如权利要求3所述的乳液，其特征在于所述前体乳液含有同样的烃材料。
5.如权利要求3所述的乳液，其特征在于所述前体乳液含有不同的烃材料。
6.如权利要求3所述的乳液，其特征在于每个前体乳液有不同的燃烧速率。
7.如权利要求5所述的乳液，其特征在于所述乳化烃燃料是一种复合材料乳液燃料，所述复合材料乳液燃料按预定比例含有至少两种不同乳液。
8.如权利要求3所述的乳液，其特征在于一种乳液的所述颗粒尺寸比第二种乳液的所述颗粒尺寸更大。
9.如权利要求7所述的乳液，其特征在于每个前体乳液具有一个特征粘度，所述复合材料乳液燃料具有比每个前体乳液的特征粘度更低的粘度。
10.如权利要求9所述的乳液，其特征在于所述复合材料乳液具有比含有更小颗粒的所述乳液的粘度低300％到500％之间的粘度。
11.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述复合材料乳液具有至少99.9％的碳燃尽率。
12.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述复合材料具有所述单峰颗粒尺寸分布，该分布由混合一种双峰分布的所述至少两种前体乳液形成。
13.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述复合材料是一种多乳液多分散燃料。
14.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述乳液是一种在一种水矩阵烃中乳化的液体燃料。
15.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述烃材料含有少于18API。
16.如权利要求1所述的乳液，其特征在于所述乳液稳定剂的量按所述复合材料乳液的重量计在0.01％和5.0％之间。
17.如权利要求16所述的乳液，其特征在于所述乳液稳定剂是一种表面活性剂。
18.一种制备一种复合材料乳液的方法，该乳液具有单峰颗粒尺寸分布及相对于用于形成所述复合材料乳液的前体乳液更低的粘度，所述方法包括：
提供一种具有一个n峰颗粒分布的混合物；
在所述混合物中的每个n峰分布形成一种前体乳液，每个前体乳液具有一个特征粘度；和
按根据所述复合材料乳液需要的特性决定的预定比例混合前体乳液，以形成所述具有所述单峰颗粒尺寸分布和相对于每个所述前体乳液更低的粘度以及所述需要特性的复合材料乳液，其中所述单峰颗粒分布具有没有局部最大值的单一模式。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述混合包括一种剪切混合装置。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述混合物是一种由至少两种前体乳液形成的复合材料乳液。
21.如权利要求18所述的方法，进一步包括选择具有足够不同的颗粒尺寸分布的前体乳液的步骤，以产生一种具有单峰颗粒分布的复合材料乳液。
22.如权利要求18所述的方法，进一步包括为合成所述复合材料乳液选择前体乳液的步骤，其中在选择的乳液间有一个中间颗粒尺寸差别。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于每个前体乳液具有不同的燃烧速率。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于所述具有更高燃烧速率的前体乳液稳定所述火焰以轻松使更低燃烧速率的前体乳液更有效地燃烧。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于每个所述前体乳液含有同样的烃材料。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述烃材料是少于18API。
27.如权利要求18所述的方法，其特征在于每个所述前体乳液含有不同的烃材料。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烃材料是少于18API。
29.如权利要求18所述的方法，其特征在于至少一种前体乳液在比其它前体乳液更低的温度制造，所述至少一种前体乳液对所述其它前体乳液起到一种冷却剂的作用。
30.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述同样烃材料具有不同的颗粒尺寸分布。
31.如权利要求27所述的方法，其特征在于每个所述不同烃材料每个具有相似的尺寸分布。
32.如权利要求27所述的方法，其特征在于每个所述不同烃材料具有不同的尺寸分布。
33.如权利要求18所述的方法，进一步包括用一种剪切操作处理所述复合材料乳液的步骤。
34.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液的降低的粘度比所述前体乳液的粘度低300％到500％。
35.如权利要求18所述的方法，其特征在于按一个比例组合每个前体乳液以影响所述复合材料乳液的所述降低的粘度。
36.如权利要求34所述的方法，进一步包括提供一种堆积算法确定所述预定比例的步骤，提供每个将使用的前体乳液的尺寸分布参数，产生复合材料粘度数据和为了最低粘度分析复合材料粘度。
37.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液具有按体积计在64％和90％之间的油含量。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于乳液稳定剂的量按所述复合材料乳液的重量计为0.01％和5.0％之间。
39.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液燃烧时提供一个宽温度梯度。
40.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液相对于所述前体乳液的燃烧速率具有更高的燃烧速率。
41.如权利要求27所述的方法，进一步包括选择在所述乳液的至少一种前体乳液中的一种烃材料的步骤，所述烃材料与所述乳液的第二乳液中的烃相比具有更高的燃烧速率，以方便使用具有更低相对燃烧速率的烃。
42.一种运输粘稠烃材料的方法，包括：
提供一种烃材料源；
产生多个所述烃材料的乳液，每个乳液具有一个特征粘度，每个乳液具有一个不同的颗粒尺寸分布；
选择所述乳液的混合比例以形成一种相对于所述多个乳液更低粘度的复合材料乳液，所述比例通过一种堆积因子算法确定；和
移动所述复合材料乳液。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于在所述复合材料乳液中所述烃含量按体积计在64％和90％之间。
44.如权利要求42所述的方法，其特征在于所述预定比例通过分析在所述多个乳液中颗粒的堆积排布确定。
45.如权利要求44所述的方法，进一步包括降低所述复合材料乳液的冰点的步骤。
46.如权利要求45所述的方法，进一步包括添加一种材料至所述复合材料乳液的步骤，以有效降低冰点。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述材料包括一种表面活性剂和酒精中的至少一种。
48.如权利要求44所述的方法，进一步包括通过引入至少一种水可分散或水溶性生物燃料增加所述复合材料乳液热值的步骤。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于所述生物燃料包括固体水可分散生物质、生物酒精和固体烃中的至少一种。
50.一种为了存储或运输最大化水体系中粘稠烃含量的方法，包括：
提供具有足够高烃内相体积的一种烃乳液，以致在所述乳液中的液滴是非球形的；
至少将所述乳液转化为一种双峰乳液体系；
从所述体系形成至少两种前体乳液；
为所述前体乳液选择一个混合比例以有效降低粘度，所述比例通过一种堆积因子算法确定；和
从所述前体乳液合成具有所述降低的粘度的一种复合材料乳液。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于具有所述非球形颗粒的所述乳液包括多面体颗粒。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于具有所述非球形颗粒的所述乳液包括一种HIPR(高内相比)乳液。
53.如权利要求50所述的方法，其特征在于所述乳液的粘度含有所述非球形颗粒时是最大值并且复合材料时是最小值。
54.一种制备一种具有单峰颗粒分布和相对于前体乳液降低的粘度的混合复合材料乳液的方法：
提供一种具有一个n峰颗粒分布的混合物；
对所述体系中的每个峰分布制备一种前体乳液；
每个所述前体乳液具有一个特征粘度；
形成多个复合材料乳液，每个具有一个单峰尺寸分布和相对于每个所述的前体乳液降低的粘度；和
混合所述复合材料乳液以形成一种具有单峰颗粒分布的混合复合材料乳液，所述分布具有一个没有局部最大值的单一模式以及相对于所述复合材料乳液的粘度降低的粘度。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于所述的复合材料乳液的每个复合材料乳液相对于所述复合材料乳液的另一个具有不同的颗粒尺寸分布。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于至少前体乳液包括一种HIPR乳液。
57.如权利要求54所述的方法，其特征在于每一个复合材料乳液是一种颗粒尺寸分布与所述复合材料乳液的另一个没有重叠的一种离散型复合材料乳液。
58.一种在配制前、配制中和配制后的至少一个阶段修饰一种乳液燃烧、储存和运输特性的至少一种的方法，包括：
提供一种乳液；
用一个单元操作处理所述乳液，所述单元操作选自由添加剂添加、机械处理、化学处理、物理处理和上述操作的组合构成的组；和
修饰所处理的所述乳液的所述特性中的至少一个特性。
59.如权利要求58所述的方法，进一步包括通过引入至少一种水可分散或水溶性生物燃料增加所述复合材料乳液热值的步骤。
60.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述生物燃料包括固体水可分散生物质、生物酒精和固体烃中的至少一种。
61.一种转化一种失去稳定的乳液或不合格乳液成为一种稳定的或者合格乳液的方法，包括：
提供一种失去稳定的或者不合格乳液作为第一前体乳液；
化学/物理特性决定所述稳定的或者合格乳液特性；
输入特性信息至一种堆积因子算法；
基于所述稳定合格特性决定所述第一前体乳液和第二类似前体乳液的预定混合比例；并且混合以形成所述稳定的或合格的乳液。

Claims (61)

1.一种乳液，包括多种水包烃乳液的一种复合材料和乳液稳定剂，所述复合材料具有没有局部最大值的单一模式的一个单峰颗粒分布，其特征在于所述油的量按体积计在64％和90％之间。
2.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述燃料包括至少两种不同的前体乳液。
3.如权利要求2所述的乳化烃燃料，其特征在于所述前体乳液各含有一种不同的烃颗粒尺寸。
4.如权利要求3所述的乳化烃燃料，其特征在于所述前体乳液含有同样的烃材料。
5.如权利要求3所述的乳化烃燃料，其特征在于所述前体乳液含有不同的烃材料。
6.如权利要求3所述的乳化烃燃料，其特征在于每个前体乳液有不同的燃烧速率。
7.如权利要求5所述的乳化烃燃料，其特征在于所述乳化烃燃料是一种复合材料乳液燃料，所述复合材料乳液燃料按预定比例含有至少两种不同乳液。
8.如权利要求3所述的乳化烃燃料，其特征在于一种乳液的所述颗粒尺寸比第二种乳液的所述颗粒尺寸更大。
9.如权利要求7所述的乳化烃燃料，其特征在于每个前体乳液具有一个特征粘度，所述复合材料乳液燃料具有比每个前体乳液的特征粘度更低的粘度。
10.如权利要求9所述的乳化烃燃料，其特征在于所述复合材料乳液具有比含有更小颗粒的所述乳液的粘度低300％到500％之间的粘度。
11.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述复合材料乳液具有至少99.9％的碳燃尽率。
12.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述复合材料具有一个单峰颗粒尺寸分布，该分布由混合一种双峰分布的所述至少两种前体乳液形成。
13.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述复合材料是一种多乳液多分散燃料。
14.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述乳液是一种在一种水矩阵烃中乳化的液体燃料。
15.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述烃材料含有少于18API。
16.如权利要求1所述的乳化烃燃料，其特征在于所述乳液稳定剂的量按所述乳液的重量计在0.01％和5.0％之间。
17.如权利要求16所述的乳化烃燃料，其特征在于所述乳液稳定剂是一种表面活性剂。
18.一种制备一种复合材料乳液的方法，该乳液具有单峰颗粒分布及相对于用于形成所述复合材料乳液的前体乳液更低的粘度，所述方法包括：
提供一种具有一个n峰颗粒分布的体系；
在所述体系中的每个n峰分布形成一种前体乳液，每个所述前体乳液具有一个特征粘度；和
按根据所述复合材料乳液需要的特性决定的预定比例混合前体乳液，以形成所述具有所述单峰尺寸分布和相对于每个所述前体乳液降低的粘度以及所述预定特性的复合材料乳液，其中所述单峰颗粒分布具有没有局部最大值的单一模式。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述混合包括一种剪切混合装置。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述体系是一种由至少两种前体乳液形成的复合材料乳液。
21.如权利要求18所述的方法，进一步包括选择具有足够不同的颗粒尺寸分布的前体乳液的步骤，以产生一种具有基本上单峰颗粒分布的复合材料乳液。
22.如权利要求18所述的方法，进一步包括为合成所述复合材料乳液选择前体乳液的步骤，其中在选择的乳液间有一个中间颗粒尺寸差别。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于每个前体乳液具有不同的燃烧速率。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于所述具有更高燃烧速率的前体乳液稳定所述火焰以轻松使更低燃烧速率的前体乳液更有效地燃烧。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于每个所述前体乳液含有同样的烃材料。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述烃材料是少于18API。
27.如权利要求18所述的方法，其特征在于每个所述前体乳液含有不同的烃材料。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烃材料是少于18API。
29.如权利要求18所述的方法，其特征在于至少一种前体乳液在比其它前体乳液更低的温度制造，所述至少一种前体乳液对所述其它前体乳液起到一种冷却剂的作用。
30.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述同样烃材料具有不同的颗粒尺寸分布。
31.如权利要求27所述的方法，其特征在于每个所述不同烃材料每个具有相似的尺寸分布。
32.如权利要求27所述的方法，其特征在于每个所述不同烃材料具有不同的尺寸分布。
33.如权利要求18所述的方法，进一步包括用一种剪切操作处理所述复合材料乳液的步骤。
34.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液的降低的粘度比所述前体乳液的粘度低300％到500％。
35.如权利要求18所述的方法，其特征在于按一个比例组合每个前体乳液以影响所述复合材料乳液的所述降低的粘度。
36.如权利要求34所述的方法，进一步包括提供一种堆积算法确定所述预定比例的步骤，提供每个将使用的前体乳液的尺寸分布参数，产生复合材料粘度数据和为了最低粘度分析复合材料粘度。
37.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液具有按体积计在64％和90％之间的油含量。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于乳液稳定剂的量按所述乳液的重量计为0.01％和5.0％之间。
39.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液燃烧时提供一个宽温度梯度。
40.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述复合材料乳液相对于所述前体乳液的燃烧速率具有更高的燃烧速率。
41.如权利要求27所述的方法，进一步包括选择在所述乳液的至少一种前体乳液中的一种烃材料的步骤，所述烃材料与所述乳液的第二乳液中的烃相比具有更高的燃烧速率，以方便使用具有更低相对燃烧速率的烃。
42.一种运输粘稠烃材料的方法，包括：
提供一种烃材料源；
产生多个所述烃材料的乳液，每个乳液具有一个特征粘度，每个乳液具有一个不同的颗粒尺寸分布；
选择所述乳液的混合比例以形成一种相对于所述多个乳液更低粘度的复合材料乳液，所述比例通过一种堆积因子算法确定；和
移动所述复合材料乳液。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于在所述复合材料乳液中所述烃含量按体积计在64％和90％之间。
44.如权利要求42所述的方法，其特征在于所述预定比例通过分析在所述多个乳液中颗粒的堆积排布确定。
45.如权利要求44所述的方法，进一步包括降低所述复合材料乳液的冰点的步骤。
46.如权利要求45所述的方法，进一步包括添加一种材料至所述复合材料乳液的步骤，以有效降低冰点。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述材料包括一种表面活性剂和酒精中的至少一种。
48.如权利要求44所述的方法，进一步包括通过引入至少一种水可分散或水溶性生物燃料增加所述复合材料乳液热值的步骤。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于所述生物燃料包括固体水可分散生物质、生物酒精和固体烃中的至少一种。
50.一种为了存储或运输最大化水体系中粘稠烃含量的方法，包括：
提供具有足够高烃内相体积的一种烃乳液，以致在所述乳液中的液滴是非球形的；
至少将所述乳液转化为一种双峰乳液体系；
从所述体系形成至少两种前体乳液；
为所述前体乳液选择一个混合比例以有效降低粘度，所述比例通过一种堆积因子算法确定；和
从所述前体乳液合成具有所述降低的粘度的一种复合材料乳液。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于具有所述非球形颗粒的所述乳液包括多面体颗粒。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于具有所述非球形颗粒的所述乳液包括一种HIPR(高内相比)乳液。
53.如权利要求50所述的方法，其特征在于所述乳液的粘度含有所述非球形颗粒时是最大值并且复合材料时是最小值。
54.一种制备一种具有单峰颗粒分布和相对于前体乳液降低的粘度的复合材料乳液的方法：
提供一种具有一个n峰颗粒分布的体系；
对所述体系中的每个峰分布制备一种前体乳液；
每个所述前体乳液具有一个特征粘度；
形成多个复合材料乳液，每个具有一个单峰尺寸分布和相对于每个所述的前体乳液降低的粘度；和
混合所述复合材料乳液以形成一种具有单峰颗粒分布的混合复合材料乳液，所述分布具有一个没有局部最大值的单一模式以及相对于所述复合材料乳液的粘度降低的粘度。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于所述的复合材料乳液的每个复合材料乳液相对于所述复合材料乳液的另一个具有不同的颗粒尺寸分布。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于至少前体乳液包括一种HIPR乳液。
57.如权利要求54所述的方法，其特征在于每一个复合材料乳液是一种颗粒尺寸分布与所述复合材料乳液的另一个没有重叠的一种离散型复合材料乳液。
58.一种在配制前、配制中和配制后的至少一个阶段修饰一种乳液燃烧、储存和运输特性的至少一种的方法，包括：
提供一种乳液；
用一个单元操作处理所述乳液，所述单元操作选自由添加剂添加、机械处理、化学处理、物理处理和上述操作的组合构成的组；和
修饰所处理的所述乳液的所述特性中的至少一个特性。
59.如权利要求58所述的方法，进一步包括通过引入至少一种水可分散或水溶性生物燃料增加所述复合材料乳液热值的步骤。
60.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述生物燃料包括固体水可分散生物质、生物酒精和固体烃中的至少一种。
61.一种转化一种失去稳定的乳液或不合格乳液成为一种稳定的或者合格乳液的方法，包括：
提供一种失去稳定的或者不合格乳液作为第一前体乳液；
化学/物理特性决定所述稳定的或者合格乳液特性；
输入特性信息至一种堆积因子算法；
基于所述稳定合格特性决定所述第一前体乳液和第二类似前体乳液的预定混合比例；并且混合以形成所述稳定的或合格的乳液。
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