CN1224681C - 可用作低排放燃料的烃包水乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烃包水乳液，包括水相、烃相和表面活性剂，其中水相的含量占乳液体积的高于或等于约5%体积，并且水相和表面活性剂以水相与表面活性剂的体积比至少约为1存在。本发明还涉及制备该乳液的方法。

Description

可用作低排放燃料的烃包水乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可用作压缩点火发动机的低排放燃料的烃包水乳液，及其制备方法。
背景技术
将水结合到柴油机的燃烧系统中的效果，在现有技术文献中已有记载，其重要影响是减少了氮氧化物废气的排放率，并且使颗粒的排放率适度减少，而且在特定情况下，使烃和一氧化碳的废气排放率增加。根据各种研究，降低燃烧室中的最高火焰温度是使氮氧化物排放量减少的主要原因。
Clean Air Act要求逐渐减少由固定源和移动源排放的烟，颗粒和氮氧化物。使用烃包水乳液以满足这些需求时，遇到非常严重的技术和经济问题，这是由于在宏乳液范围内具有液滴尺寸的乳液的短期稳定性，以及由于需要大量表面活性剂和助溶剂以形成具有在微乳液范围内的液滴尺寸的乳液造成的。
例如，在Davis等人的US4,568,354和4,568,355中，提出将雾状或可能为雾状的水饱和醇-汽油混合物转化成具有改进辛烷等级的澄清稳定的汽油组合物的方法。如此制备的体系，其含水量不高于1％体积，并且制备该体系使用相当大体积的非离子表面活性剂。
类似的，在Hazbun等人的US4,770,670和4,744,796中，也公开了制备稳定微乳液的方法，该微乳液含有与含水量相比大量的表面活性剂。
在本领域中所做的其它努力包括US5,104,418，WO99/35215，US Re35237，US5,743,922，WO97/34969，US5,873,916和WO99/13031。
除了上述专利中公开的以外，在工业中仍需要适于用作可燃燃料，并含有所需水量，而不需要相当大量表面活性剂和/或其它稳定剂的烃包水乳液。
因此，本发明的首要目的是提供烃包水乳液，它可用作可燃燃料，并且不仅具有稳定性，而且在制备时使用相对少量的表面活性剂。
本发明的又一个目的是提供一种利用混合能和表面活性剂包掺混物的协同结合来制备此种烃包水乳液的方法。
本发明的再一个目的是提供乳液和制备该乳液的方法，其中通过表面活性剂包将附加的燃烧性能结合到该燃料中。
发明的内容
本发明的其它目的和优点由下文明显可知。
根据本发明，可实现上述目的和优点。
根据本发明，提供了一种烃包水乳液，该乳液含有水相，烃相和表面活性剂，其中所述水相的含量占所述乳液的高于或等于约5％体积，并且所述水相和所述表面活性剂以所述水相与所述表面活性剂的体积比至少约为1存在。
提供稳定的宏乳液和微乳液，它们中的每个均具有有益的特征和特性。
根据本发明，进一步提供一种制备烃包水乳液的方法，该方法包括下述步骤：提供水相；提供烃相；提供表面活性剂；将所述水相、所述烃相和所述表面活性剂以足以制备含水量占所述乳液至少约为5％体积的量相混合，并且所述水相与所述表面活性剂的体积比至少约为1，其中所述混合是在混合强度足以形成所述水相在所述烃相中的稳定乳液的条件下进行的。
附图说明
对本发明优选实施方案的详细描述是参照下述附图进行的，其中：
图1是说明本发明混合过程机理的简图；
图2是基本燃料与根据本发明制备的烃包水燃料的汽缸压力对曲柄角的比较说明图；
图3是在稳态条件下，基本燃料与本发明乳液的NOx废气排放率的比较说明图；
图4是利用基本燃料和本发明乳液，在发动机瞬变操作过程中，累积的含碳废气排放的比较说明图；
图5是基本燃料和本发明乳液，在自由加速过程中，废气最高不透明度的比较说明图；以及
图6是界面张力对一乙醇胺浓度，以及取决于此的所需界面特性的说明。
具体实施方式
本发明涉及烃包水乳液及其制备方法，其中该乳液是稳定的并适于用作可燃燃料，例如用于压缩点火发动机等中。该乳液作为燃料具有包括降低排放量的有利特性。本发明的乳液包括稳定的宏乳液和微乳液，它们中的每个包括分散的水相和连续的烃相，以及有益的表面活性剂包，它优选与形成特定乳液的混合强度相结合来选择，以便提供所需的稳定乳液，这将在下文中讨论。
适于制备本发明乳液的烃包括石油烃和天然气衍生物，其例子包括柴油和其它低比重烃，例如Fischer-Tropsch合成的柴油和C10～C20的石蜡。
根据本发明，含有该烃的乳液具有减少的NOx排放量和C排放量，并且与单独的烃相比具有改进的不透明度。
而且，与基本燃料相比，利用该乳液可使柴油机的燃烧室中的空气-燃料混合条件和蒸发喷雾得到改进，这可得到改进的燃料分散效率和较好的能量平衡利用率，以及较低的废气和颗粒排放量。合适的烃的一个例子是具有下述特征的柴油燃料：
                                表1
    硫含量    (％wt/wt)     ＜0.5
  密度θ15℃     (kg/m3)     ＜860
  粘度θ40℃     (mm2/s)     ＜4.5
  T95     (℃)     ＜370
  燃点     (℃)     ＞52
用于制备本发明乳液的水相可由任何可接受的水源获得，并且优选为可足量获得的水，优选邻近乳液形成处的水，并且优选是不昂贵的。例如，合适的水相可以为310ppm的盐水。当然，由适当水源获得的并且具有用作可燃燃料组分的各种可接受特性的任何其它水均可。
表面活性剂包形成本发明的重要组成部分，特别是，当与特定乳液制备步骤相结合时，这将在下文中详细描述。本发明的表面活性剂或表面活性剂包优选包括亲油表面活性剂组分和亲水表面活性剂组分。组分的这种结合有利于提高水-烃界面处的分子量，并减少此处的界面张力，从而可大量减少用于提供稳定乳液的表面活性剂的量。从成本的角度考虑，与常规公知的乳液和工艺相比，这是特别有利的。
如上所述，合适的表面活性剂包括亲油表面活性剂组分和亲水表面活性剂组分。合适的亲油表面活性剂组分包括：净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧基化的油酸及其混合物。这些亲油表面活性剂组分通常具有约1～约8之间的亲水-亲油平衡值，或HLB。表面活性剂的亲水-亲油平衡值或HLB是该表面活性剂对水和油的相对同时的吸引。具有高于约12的高亲水-亲油平衡的物质是高亲水的，而具有低于约8的低亲水-亲油平衡的物质是高亲油的。亲水-亲油平衡在约8～约12之间的表面活性剂被认为是中等的。
在本发明的一个较好实例中，所述表面活性剂包的用量小于或等于所述宏乳液的4体积％。
合适的亲水表面活性剂组分包括：由一乙醇胺中和的油酸，优选为100％中和的油酸，聚乙氧基化的脂肪胺及其混合物。这些亲水表面活性剂组分通常具有约10～约18之间的亲水-亲油平衡。
中和的油酸可以单独地或在乳液制备过程中，通过混合净油酸和一乙醇胺(MEA)形成亲水表面活性剂组分，其中形成了油酸盐离子，这将在下文中详细描述。
也可存在附加组分，如用于微乳液的助溶剂，和其它添加剂。
在下文中将结合制备乳液的工艺更详细地讨论，优选选择具有亲油和亲水的表面活性剂组分，并混合，以便用于制备乳液，这有利于在乳液的水相和烃相之间形成界面，其中含有两种表面活性剂组分的混合物。
根据本发明的微乳液，其水与表面活性剂的体积比优选高于约1。本发明的宏乳液，用非常少量的表面活性剂形成是很有益的，优选表面活性剂的量低于或等于约4％体积，并且水与表面活性剂的体积比高于约2.5。
本发明的乳液优选含有占乳液体积至少约5％的水，优选为占乳液总体积约5％体积～约15％体积。由下面所列数据可知，本发明的特定表面活性剂包和混合强度或能量耗散率在提供可接受的稳定乳液方面均是必不可少的。
还应注意到，本发明的乳液与制备该乳液的基本燃料相比，在发动机汽缸压力对曲柄角，NOx废气排放量，含碳废气排放量和废气最高不透明度等方面是有利的。
如上所述，改变表面活性剂包以使之含有附加官能团也在本发明的范围内，该官能团可以选择。以使所得到的乳液燃料具有所需性能。
例如，油酸的硝基-烯烃衍生物可通过诸如用一氧化氮使油酸改性来获得。此种油酸的硝基-烯烃衍生物可在乳液制备过程中使用，并在最终的乳液中保持活性，作为十六烷值增进剂，与用作为表面活性剂包组分的常规油酸制得的微乳液相比，使该乳液具有较高的十六烷值。当然，其它官能团，特别是其它氮官能团，可优选结合到该表面活性剂包中，以提供各种其它所需结果。可结合入该表面活性剂包中的其它官能团包括：酮、羟基和环氧基等。
根据本发明的乳液可根据下述描述制备。
得到适当的水相和烃相。
一旦确定了所需的乳液类型，也就是，微乳液或宏乳液后，即可选择合适的表面活性剂包。
参看图1，根据制备的液滴尺寸的类型和表面活性剂的状态说明了本发明方法的步骤。该方法优选开始制备用减小尺寸的湍流长度标度进行精制和均匀化的粗分散体(通过与湍流分散有关的混合机理进行)。混合的最终步骤包括在超低表面张力处进行小规模吸入和拉伸从而导致形成微乳液。在未获得超低界面张力的地方，对于给定的表面活性剂包，分散体的均匀性取决于湍流的强度。
为了制备微乳液，表面活性剂优选选自亲水组分和亲油组分，使之达平衡，以便提供在约6～约10之间的表面活性剂包的亲水-亲油平衡。当与本发明的附加步骤结合使用以提供稳定的微乳液时，该表面活性剂包是可接受的。
为了形成合适的微乳液，三种组分，即水相、烃相和表面活性剂包优选以所需体积相结合，并根据本发明选择适当的混合强度(W/kg)，以便提供所需类型的乳液。根据本发明，为了制备微乳液，希望使用亲水-亲油平衡在约6～约10之间的表面活性剂包，并且混合强度在约1W/kg～约10000W/kg之间。对于在线生产规模，该混合强度更优选为约100～约1000W/kg。如果产率不是严格的，那么约1W/kg～约100W/kg的平均混合强度也可提供稳定的微乳液。根据本发明的混合可有利地得到所需平均液滴尺寸为约100埃～约700埃的稳定微乳液。根据本发明制备的乳液是稳定的，因为在正常环境条件下储存至少约1年并且通常在不定期储存时，该乳液将保持平均液滴直径。
此处所指的混合强度由平均混合强度表示，该平均混合强度是根据容器的混合曲线取平均值获得的。根据所用的混合强度和混合时间，在混合容器中会遇到不同等级的混合强度。例如，根据本发明，混合可通过使用与Heidolph电机耦合的Rushton脉冲发生器(impulsor)，以提供所需机械能量耗散率或混合强度来实现。在用该设备混合的典型容器中，该容器可在能量耗散率约为1W/kg下混合，在混合装置附近处的混合强度实际上接近于100W/kg。在此条件下的混合称为在平均混合强度约为1W/kg下的混合，或可称为1-100W/kg的混合。
对于其它设备，如转子-定子混合器，可使混合强度基本均匀。
还应注意，此处的混合强度指的是能量耗散率，它由混合机中液体单位质量的功率损耗测得。假定该流动是湍流。
优选将用于制备微乳液的不同相进行混合，以便使最终乳液中的含水量占乳液制品总体积的至少约为5％，优选约为5％体积～约15％体积。表面活性剂包优选占乳液的小于或等于约14％体积，与使用常规技术制备稳定微乳液所需的表面活性剂包的量相比，这是特别有益的。特别优选的是，本发明的方法允许制备水与表面活性剂包的体积比高于或等于约1的乳液。
为了制备合适的稳定微乳液，可能还需要使用小体积的助溶剂。然而，注意到，与常规方法相比，所需助溶剂的量显著减少。典型的，合适的稳定微乳液可用小于或等于约2％体积的助溶剂制备。合适的助溶剂为醇，优选选自：甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、三-丁醇、正戊醇、正己醇和其混合物。
根据本发明，优选将表面活性剂包和助溶剂与烃相混合，而后将水与烃相混合在一起。当然，在本发明范围内的其它混合过程也是适用的。
适当的混合设备是本领域中的熟练人员所公知的。适当的混合设备的实例如上所述，并将在下面的实施例中说明。
还应注意到，可以向该乳液中加入各种附加添加剂，这取决于所需特性和最终乳液制品的用途。
如上所述，表面活性剂包可进行有益的改进，以便具有改进性能的官能团，例如，可提高最终乳液制品十六烷值的硝基等。
根据本发明的下述方法制备宏乳液。与微乳液的制备相同，得到合适的水相和烃相。
而后，适当选择表面活性剂包使其亲水-亲油平衡为约3～约10。与微乳液相同，如上所述该亲水-亲油平衡是通过将亲油和亲水表面活性剂组分以足以提供所需亲水-亲油平衡的比例相混合获得的。然后，将水、烃和表面活性剂包组分以选定的混合强度进行混合，以提供所需宏乳液，优选具有约0.5～约2.0微米的平均液滴尺寸。宏乳液优选以高于或等于约10000w/kg的混合强度混合，并且该混合强度相应于湍流过程中的能量耗散率，这与微乳液制备方法相同。使用公知设备将可接受的混合强度传递给各组分的混合物，这是本领域的熟练人员公知的。
根据本发明的方法，无需使用制备宏乳液的常规方法通常所需的助溶剂即可制备宏乳液。因此，乳液的表面活性剂稳定化部分和表面活性剂包优选主要由亲油表面活性剂组分和亲水表面活性剂组分组成，并且该乳液可以在基本上没有任何助溶剂的情况下制备。这对于减少最终制品的成本特别有利。
正如将由下述试样表明的，当用作燃料时，根据本发明制备的烃包水乳液，与基本烃相比，具有明显的优点，并且与基本燃料相比，表现出NOx的稳定降低和其它有益性能。
下述实施例表明了本发明乳液的有益特性。
实施例1
本实施例用于说明本发明微乳液的形成，并表明在使用少量表面活性剂制备稳定的微乳液时，混合强度或能量耗散率的临界性。本实施例中所给出的数值为基于混合物总量的平均混合强度。当然，应注意到，在混合容器中会遇到混合强度远远高于平均值的情况，例如在接近混合设备处。
用5％体积的水(310ppm盐水)、如上述表1中所列的柴油的烃相，以及含有一或多种亲油净油酸(亲水-亲油平衡＝1.3)、亲油单油酸脱水山梨糖醇酯(亲水-亲油平衡＝4.3)和亲油乙氧基化的油酸(5EO，亲水-亲油平衡＝7.7)的组分的表面活性剂包，和由一乙醇胺100％中和的亲水油酸来制备微乳液。
根据本实施例制备的乳液的第一试样用含有亲水-亲油平衡为1.3的油酸亲油表面活性剂组分和由一乙醇胺100％中和的亲水油酸(油酸盐离子，亲水-亲油平衡＝18)的表面活性剂包制备。这些组分以1∶1的体积比提供，并用于制备如下述表2所示的乳液：
                                                           表2
  试样号      表面活性剂    体积％柴油  体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)    体积％正己醇  亲水-亲油平衡   混合强度W/kg  观测
   1 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸     84.6     8(4/4)     0.86     5     1.5     9.5   人工搅拌 微乳液
   2 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸     89.1     4(2/2)     0.43     5     1.5     9.5   1 微乳液
   3 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸     89.1     4(2/2)     0.43     5     1.5     9.5   人工搅拌 不稳定宏乳液
用8％体积的表面活性剂包，通过人工搅拌产生约为0.1W/kg或更低的混合强度下进行约2～5分钟来制备试样1(自发形成)。用4％体积的表面活性剂包和适度的湍流进行约5分钟来制备试样2，使用与Heidolph电机耦合的Rushton脉冲发生器(impulsor)以提供1W/kg的平均机械能量耗散率。试样3也用4％体积的表面活性剂包，但是采用如试样1的低于0.1W/kg的人工搅拌来制备。
如表2所示，试样1结果得到微乳液，但是需要8％体积的表面活性剂。试样3使用4％体积的表面活性剂包和人工搅拌得到不稳定的宏乳液。
根据本发明方法制备的试样2仅用4％体积的表面活性剂包即可提供稳定的微乳液，当然这与使用8％体积的试样1相比更有利。
而后，用相同的表面活性剂包和10％体积的水来制备试样4～5。用14％体积的表面活性剂包和人工搅拌来制备试样4。用7％体积的表面活性剂包和容器平均混合强度为1W/kg来制备试样5。用7％体积的表面活性剂包和人工搅拌来制备试样6。
表3说明了由这些试样获得的结果。
                                                                         表3
   试样号      表面活性剂  体积％柴油    体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺  体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇   亲水-亲油平衡   混合强度W/kg    观测
   4   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   73.6     14(7.6/6.4)     1.40     10     1.0     8.9   人工搅拌   微乳液
   5   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   81.3     7(3.8/3.2)     0.70     10     1.0     8.9   1   微乳液
   6   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   81.3     4(3.8/3.2)     0.70     10     1.0     8.9   人工搅拌   不稳定宏乳液
如表所示，试样4结果得到微乳液，但是需要14％体积的表面活性剂，这高于该乳液中的含水量。试样6用较低含量的表面活性剂得到不稳定的宏乳液。
根据本发明方法制备的试样5得到稳定的微乳液，同时与试样4相比，使用相当少量的表面活性剂包。
应当注意到，附加的试样是用与试样5所列相同量的组分制备的，所不同的是，混合强度增加到10000W/kg，并且得到稳定的微乳液。此处，使用转子-定子混合器，因此混合强度可近乎均匀，从而得到单一的强度值。
用与上述相同的表面活性剂包制备试样7～9，且含水量为15％体积。用20％体积的表面活性剂包和人工搅拌来制备试样7，在常规的搅拌器(Rushton盘状涡轮机)中，用14％体积的表面活性剂包和1W/kg的适度容器平均混合强度来制备试样8，并且用14％体积的表面活性剂包和人工搅拌来制备试样9。其结果列于表4中。
                                                                     表4
   试样号    表面活性剂   体积％柴油   体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇  亲水-亲油平衡 混合强度W/kg   观测
    7   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸    61.3     20(10/10)     2.15     15     1.5     9.5 人工搅拌 微乳液
    8   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸    68     14(7/7)     1.51     15     1.5     9.5 1 微乳液
    9   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸    68     14(7/7)     1.51     15     1.5     9.5 人工搅拌 不稳定宏乳液
如表所示，试样7结果得到稳定的微乳液，但是需要比水多的表面活性剂。试样9使用较少的表面活性剂包，但是得到不稳定的宏乳液。
根据本发明制备的试样8提供了水与表面活性剂的比大于1的稳定的微乳液。
用含有亲水-亲油平衡为4.3的亲油单油酸脱水山梨糖醇酯和亲水-亲油平衡等于1.3的净油酸，以及由一乙醇胺100％中和的亲水油酸(油酸盐离子，亲水-亲油平衡＝18)的表面活性剂包来制备试样10～12。利用人工搅拌2～5分钟(≤0.1W/kg)来制备试样10和12。利用适度的湍流处理约1.5分钟，同时用可提供1W/kg容器平均机械能量的与Heidolph电机耦合的Rushton脉冲发生器(impulsor)进行混合来制备试样11。
含10％体积水的乳液的结果列于表5中。
                                                                           表5
  试样号       表面活性剂   体积％柴油     体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)  体积％正己醇   亲水-亲油平衡     混合强度W/kg  观测
   10 单油酸脱水山梨糖醇酯/净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸     73    13(5.1/3/4.9)     1.04     10     3.0     9.3     人工搅拌  微乳液
   11 单油酸脱水山梨糖醇酯/净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸     81.6    5(2/1.1/1.9)     0.4     10     3.0     9.3     1  微乳液
   12 单油酸脱水山梨糖醇酯/净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸     81.6    5(2/1.1/1.9)     0.4     10     3.0     9.3     人工搅拌  不稳定宏乳液
试样10含有13％体积的表面活性剂包，并且用人工搅拌制备，结果得到微乳液。但是，该乳液的水与表面活性剂包之比小于1。用5％体积的表面活性剂包和人工搅拌制得试样12，但是得到不稳定的宏乳液。根据本发明用5％体积的表面活性剂包和适度的湍流制得试样11，结果得到所需的稳定微乳液。
而后，用含有亲油乙氧基化的油酸(5EO，亲水-亲油平衡＝7.7)和由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子，亲水-亲油平衡＝18)的表面活性剂体系制备试样13～15。
用10％体积的水制备试样13～15。用15％体积的表面活性剂包和人工搅拌来制备试样13。用10％体积的表面活性剂包和人工搅拌来制备试样15；并且使用Rushton盘状涡轮机，用10％体积的表面活性剂包和1W/kg的适度容器平均湍流强度来制备试样14。表6列出其结果。
                                                            表6
   试样号    表面活性剂  体积％柴油    体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)  体积％正己醇   亲水-亲油平衡 混合强度W/kg  观测
    13  乙氧基化的油酸(5EO)/由一乙醇胺100％中和的油酸   66.4     15(12/3)     0.65     10     8.0     9.8 人工搅拌  微乳液
    14  乙氧基化的油酸(5EO)/由一乙醇胺100％中和的油酸   75.6     10(8/2)     0.43     10     4.0     9.8 1  微乳液
    15  乙氧基化的油酸(5EO)/由一乙醇胺100％中和的油酸   75.6     10(8/2)     0.43     10     4.0     9.8 人工搅拌  不稳定宏乳液
试样13得到稳定的微乳液，但是需要15％体积的表面活性剂，这高于该乳液中的含水量。试样15使用较少的表面活性剂，但是在人工搅拌下，得到不稳定的宏乳液。根据本发明制备的试样14得到稳定的微乳液，并且有利的是其水与表面活性剂的体积比为1。
由表2～6中所列的结果明显可知，在形成稳定的微乳液时，本发明的混合强度对于允许降低表面活性剂包的浓度是决定性的，并且本发明的方法可以提供水与表面活性剂的体积比大于或等于1的稳定微乳液。
实施例2
本实施例说明本发明表面活性剂包所需亲水-亲油平衡的临界性。
在本实施例中，与实施例1相同，用柴油制备乳液，并使用占乳液10％体积的水相(310ppm盐水)。用实施例1中描述的设备制备每种乳液，以便提供单位质量的平均混合强度或能量耗散率约为1W/kg，而局部强度约为100W/kg。
在该实施例中，该表面活性剂包含有一或多种亲油净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯和三油酸脱水山梨糖醇酯，以及由一乙醇胺和聚乙氧基化脂肪胺(5NOE)中和的亲水油酸的表面活性剂组分。
表7用于说明使用所列的不同表面活性剂包制备的试样1～6获得的结果。
                                                              表7
   试样号      表面活性剂  体积％柴油  体积％表面活性剂  体积％一乙醇胺   体积％去离子水(310ppm盐水)    体积％正己醇    亲水-亲油平衡  混合强度W/kg  观测
    1 净油酸   82.0     7     0     10     1.0     1.03     1 两个分明的液相
    2 由一乙醇胺100％中和的油酸   80.5     7     1.52     10     1.0     18.0     1 水包油宏乳液
    3 由一乙醇胺100％中和的净油酸(油酸盐离子)   81.3     7(3.8/3.2)     0.7     10     1.0     8.9     1 微乳液
如表所示，试样1仅用亲水-亲油平衡为1.03的净油酸制备，并得到两个分明的液相。试样2仅用由一乙醇胺100％中和的油酸制备，因此表面活性剂包的亲水-亲油平衡为18.0，结果得到不希望的水包油宏乳液。试样3用含有3.8％体积净油酸和3.2％体积由一乙醇胺100％中和的油酸的表面活性剂包制备，结果表面活性剂包的亲水-亲油平衡为8.9，并得到所需稳定的微乳液。
表8列出了制备试样4～6所用的组分和得到的结果。
                                                                     表8
   试样号      表面活性剂    体积％柴油   体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇  亲水-亲油平衡  混合强度W/kg    观测
    4 单油酸脱水山梨糖醇酯     81.7     8.3     0     10     0.0     4.3     1 不稳定的油包水宏乳液
    5 聚乙氧基化脂肪胺     81.7     8.3     0     10     0.0     10.0     1 不稳定的油包水宏乳液
    6 单油酸脱水山梨糖醇酯/聚乙氧基化脂肪胺     81.7     8.37(6/2.3)     0     10     0.0     8.3     1 微乳液
试样4仅用单油酸脱水山梨糖醇酯作为表面活性剂包来制备，结果亲水-亲油平衡为4.3，并得到不稳定的水-油-宏乳液。试样5仅用聚乙氧基化脂肪胺(亲水-亲油平衡为10)制备，并得到不稳定的水包油宏乳液。试样6使用6％体积的单油酸脱水山梨糖醇酯和2.3％体积的聚乙氧基化脂肪胺制备，得到亲水-亲油平衡为8.4的表面活性剂包。该试样得到所需稳定的微乳液。
表9列出了试样7～9获得的结果。
                                                                 表9
 试样号  表面活性剂  体积％柴油   体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇  亲水-亲油平衡  混合强度W/kg   观测
  7 由一乙醇胺100％中和的油酸   80.2     6     1.3     10     2.5     18.0     1 水包油宏乳液
  8 三油酸脱水山梨糖醇酯   81.5     6     0.0     10     2.5     1.8     1 油包水宏乳液
  9 由一乙醇胺100％中和的油酸/三油酸脱水山梨糖醇酯   81.07     6(2/4)     0.43     10     2.5     7.2     1 微乳液
试样7仅用由一乙醇胺100％中和的油酸表面活性剂包制备，并且亲水-亲油平衡为18.0。这导致不希望的水包油宏乳液。试样8仅用三油酸脱水山梨糖醇酯作为表面活性剂包来制备，结果亲水-亲油平衡为1.8并且得到不希望的油包水宏乳液。试样9用2％体积由一乙醇胺100％中和的油酸和4％体积的三油酸脱水山梨糖醇酯制备，结果表面活性剂包的亲水-亲油平衡为7.2并且得到所需稳定的微乳液。
表10说明用本发明的石蜡烃(十六烷)和表面活性剂包制备的乳液。
                                               表10
  试样   表面活性剂 体积％柴油  体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)  体积％正己醇    亲水-亲油平衡  混合强度W/kg 观测
   1 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子) 79.7   9.4(7.1/1.9)   0.41   10   0.5   4.5   1 微乳液
如表所示，通过使用含7.1％体积的净油酸和1.9％体积由一乙醇胺100％中和的油酸的表面活性剂包，并在平均强度为1W/kg下进行混合，得到稳定的微乳液。如表所示，对于该微乳液，制备表面活性剂包使其亲水-亲油平衡为4.5。这是根据本发明的发现制备的，其中本发明发现，较低的亲水-亲油平衡值，优选为约2～约5，是用石蜡烃成功制备稳定的微乳液所需的。
实施例3
本实施例说明根据本发明为了制备稳定的微乳液，使用少量溶剂或助溶剂的优点。
用各种混合强度来制备含有10％体积水并以柴油作为脱烃相的微乳液。
表11用于说明试样1～3获得的结果。
                                                            表11
   试样号        表面活性剂 体积％柴油   体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺  体积％去离子水(310ppm盐水)    体积％正己醇    亲水-亲油平衡     混合强度W/kg  观测
    1 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子)  81.3   7(3.8/3.2)     0.7     10     1.0     8.9     人工搅拌 不稳定宏乳液
    2 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子)  77.3   7(3.8/3.2)     0.7     10     5.0     8.9     人工搅拌 微乳液
    3 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子)  81.3   7(3.8/3.2)     0.7     10     1.0     8.9     1 微乳液
如表11所示，每个试样均用含有3.8％体积的净油酸和3.2％体积由一乙醇胺100％中和的油酸的表面活性剂包制备。试样1用1％体积的正己醇助溶剂制备，并用小于或等于约0.1W/kg的人工搅拌，得到不稳定的宏乳液。
试样2用相同体积的表面活性剂包和5％体积的正己醇助溶剂制备，并且用足以提供微乳液的人工搅拌。根据本发明的方法，试样3用常规搅拌机(Rushton盘状涡轮机)，并使用相同体积百分含量的表面活性剂包，以及1％体积的正己醇助溶剂，在容器平均混合强度为1W/kg的条件下制备，得到稳定的微乳液。
表12所示为用正己醇助溶剂制备的试样4、5和6的结果。
                                                            表12
试样号     表面活性剂  体积％柴油  体积％表面活性剂  体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)  体积％正己醇   亲水-亲油平衡 混合强度W/kg     观测
  4  净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   79.4     9     0.8     10     0.8     8.0 人工搅拌   不稳定的宏乳液
  5  净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子)   73.2     9     0.8     10     7.0     8.0 人工搅拌   微乳液
  6  净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸(油酸盐离子)   79.4     9     0.8     10     0.8     8.0 1   微乳液
用0.8％体积的正己醇和人工搅拌来制备试样4，并得到不稳定的宏乳液。
用7.0％体积的正己醇和人工搅拌来制备试样5，并得到满意的微乳液。
根据本发明制备试样6(标准Rushton盘状涡轮机)，用含有0.8％体积正丁醇，并在容器平均混合强度为1W/kg下混合，得到所需稳定的微乳液。因此，根据本发明，乳液的制备可以以非常低浓度的助溶剂，形成稳定的微乳液。
根据本发明使用小于或等于约1％体积的正丁醇、异丙醇、乙醇和甲醇助溶剂也可获得相似的结果，这些列于表13中。
                                     表13
  助溶剂％(v/v)     柴油％(v/v)   油酸％(v/v)  一乙醇胺％(v/v)     H2O％(v/v)  亲水-亲油平衡
  甲醇(0.2)     80.1     9     0.7     10     7.3
  乙醇(0.77)     79.4     9     0.8     10     8
  异丙醇(0.69)     79.6     9     0.7     10     7
  正丙醇(0.8)     79.4     9     0.8     10     8
表13列出了制得的四种独立的稳定微乳液以及每种乳液中助溶剂、烃相、表面活性剂和水的量以及亲水-亲油平衡值。在每种情况下，使用小于1％体积的助溶剂且在容器平均混合强度为1W/kg的条件下，制得稳定的微乳液。
实施例4
本实施例说明根据本发明制备宏乳液。在所有情况下，这些宏乳液均为柴油包水(W/O)的两相体系，并且对可见光是不透明的(乳白色外观)。宏乳液定义为平均液滴尺寸在约0.5～约2微米之间的乳液。
在制备这些乳液中的每种乳液时，所使用的表面活性剂包含有一或多种含亲油净油酸、亲油单油酸脱水山梨糖醇酯和由一乙醇胺100％中和的亲水油酸的表面活性剂组分。
表14列出了由试样1和2获得的结果。
                                                      表14
试样号 表面活性剂 体积％柴油  体积％表面活性剂  体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)  体积％正己醇  亲水-亲油平衡  混合强度W/kg 观测
1 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸 93.0 1(0.89/0.11) 0.026     5   0.0  3.0  1 不稳定宏乳液
2 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸 93.0 1(0.89/0.11) 0.026     5   0.0  3.0  ≥10000 稳定宏乳液
试样1和2分别用1％体积的表面活性剂包制备，每个的亲水-亲油平衡为3.0。这些试样含有5％体积的水(310ppm盐水)，并且不使用助溶剂。试样1用适度的湍流制备，用与Heidolph电机耦合的Rushton脉冲发生器(impulsor)混合2分钟，该设备可提供1W/kg的平均机械功率或能量耗散率(最大局部值为100W/kg)。结果得到不稳定的宏乳液。试样2用高湍流制备，使用Ultraturrax混合机(转子-定子混合器)混合2分钟，该设备可提供10000W/kg的机械功率或能量耗散率。其结果得到稳定的宏乳液。因此本发明的混合强度对于获得稳定的宏乳液是必不可少的。
表15所示为由试样3、4、5和6获得的结果，并进一步说明了本发明混合强度的临界性。
                                                                     表15
   试样号      表面活性剂  体积％柴油    体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇  亲水-亲油平衡 混合强度W/kg   观测
    3 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.9   2.0(1.77/0.23)     0.05     10     0.0     3.0    1 不稳定的宏乳液
    4 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.9   2.0(1.77/0.23)     0.05     10     0.0     8.0    ≥10000 稳定的宏乳液
    5 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.8   2.0(1.01/0.99)     0.22     10     0.0     9.5    1 不稳定的宏乳液
    6 净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.8   2.0(1.01/0.99)     0.22     10     0.0     9.5    ≥10000 稳定的宏乳液
试样3和4用亲水-亲油平衡为3.0的相同表面活性剂包制备，并且容器平均混合强度为1W/kg，得到不稳定的宏乳液，而当混合强度为10000W/kg时得到稳定的宏乳液。试样5和6用亲水-亲油平衡为9.5的不同表面活性剂包制备，并且得到相似的结果。因此，本发明的方法在亲水-亲油平衡值为3和9.5时，可提供稳定的宏乳液。
表16列出了使用不同表面活性剂包获得的结果。该表面活性剂包含有1.2％体积的单油酸脱水山梨糖醇酯(亲水-亲油平衡＝4.3)和0.05％体积的由一乙醇胺100％中和的油酸，且所得亲水-亲油平衡为3。
                                                                 表16
   试样号      表面活性剂  体积％柴油   体积％表面活性剂  体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)    体积％正己醇  亲水-亲油平衡 混合强度W/kg    观测
    7 单油酸脱水山梨糖醇酯/由一乙醇胺100％中和的油酸   93.7   1.25(1.2/0.05)   0.01     5     0.0   3    1   不稳定的宏乳液
    8 单油酸脱水山梨糖醇酯/由一乙醇胺100％中和的油酸   93.7   1.25(1.2/0.05)   0.01     5     0.0   3    ≥10000   稳定的宏乳液
用于试样7和8的乳液是含水5％的乳液，并且试样7用1W/kg的容器平均混合强度制备，结果得到不稳定的宏乳液。根据本发明以混合强度为10000W/kg制备试样8，并得到稳定的宏乳液。
表17列出了在含水10％体积的乳液中，使用两种附加表面活性剂包得到的结果。
                                                                 表17
  试样号        表面活性剂  体积％柴油   体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇   亲水-亲油平衡  混合强度W/kg 观测
   9   单油酸脱水山梨糖醇酯/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.5   2.5(2.4/0.1)     0.02     10     0.0     3.0  1 不稳定的宏乳液
   10   单油酸脱水山梨糖醇酯/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.5   2.5(2.0/0.5)     0.02     10     0.0     3.0  ≥10000 稳定的宏乳液
   11   单油酸脱水山梨糖醇酯/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.3   2.5(1.6/0.9)     0.2     10     0.0     9.5  1 不稳定的宏乳液
   12   单油酸脱水山梨糖醇酯/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.3   2.5(1.6/0.9)     0.2     10     0.0     9.5  ≥10000 稳定的宏乳液
试样9和10均使用含2.4％体积的单油酸脱水山梨糖醇酯和0.1％体积由一乙醇胺100％中和的油酸的表面活性剂包制备。该表面活性剂的亲水-亲油平衡为3.0。试样9在容器平均混合强度为1W/kg的条件下制备并且得到不稳定的宏乳液。试样10在本发明10000W/kg的混合强度下制备，得到稳定的宏乳液。
当表面活性剂包的亲水-亲油平衡改变为9.5时，试样11和12表现出相似的结果。
因此，如上所述，用本发明的方法可以以相当低的表面活性剂浓度和3～10的亲水-亲油平衡值制备出柴油宏乳液。
实施例5
根据本发明，通过调节表面活性剂包的亲水-亲油平衡和混合条件，在微乳液和宏乳液中均可混入水。根据现在市场的需要，基于表面活性剂浓度和混合过程中的能量耗散率之间的协同作用，这种多用性可以以最节约成本的方式制备燃料。该实施例说明了可制备的各种不同配方。
用含净油酸和由一乙醇胺100％中和的油酸的表面活性剂包制备含10％体积水的柴油乳液。表18列出了由试样1和2获得的结果。
                                                   表18
试样号   表面活性剂   体积％柴油   体积％表面活性剂  体积％一乙醇胺    体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇  亲水-亲油平衡   混合强度W/kg 观测
1   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   81.3   7(3.8/3.2)   0.70     10    1.0  8.9    ≥10000 微乳液
2   净油酸/由一乙醇胺100％中和的油酸   87.8   2(1.08/0.92)   0.2     10    0.0  8.9    ≥10000 稳定宏乳液
如表所示，用7％体积亲水-亲油平衡为8.9的表面活性剂包，10％体积的水和1％体积的正己醇助溶剂制备试样1。混合强度高，即10000W/kg，并且得到稳定的微乳液。在相同条件下制备试样2，所不同的是，用2％体积的表面活性剂包，且不使用助溶剂。这得到稳定的宏乳液。因此，通过调节表面活性剂和助溶剂的量，可有选择地制备满足市场特别需求的微乳液和宏乳液。
表19列出了用由一乙醇胺100％中和的油酸和三油酸脱水山梨糖醇酯(亲水-亲油平衡＝1.8)的表面活性剂包进行类似的比较。
                                                                        表19
 试样号         表面活性剂  体积％柴油    体积％表面活性剂   体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇   亲水-亲油平衡    混合强度W/kg  观测
    3   由一乙醇胺100％中和的油酸/三油酸脱水山梨糖醇酯   81.07     6(2/4)     0.43     10     2.5    7.2     ≥10000 微乳液
    4   由一乙醇胺100％中和的油酸/三油酸脱水山梨糖醇酯   87.4     2(0.62/1.9)     0.14     10     0.0    7.2     ≥10000 稳定宏乳液
这些试样也制成含10％体积的水，并且表面活性剂包的亲水-亲油平衡为7.2。而且，两个试样均是在混合强度为10000W/kg的条件下制备的。试样3含有6％体积的表面活性剂包和2.5％体积的正己醇助溶剂，并得到稳定的微乳液。用2.5％体积的表面活性剂包且不用助溶剂制备试样4，得到稳定的宏乳液。因此，根据表18，通过调节所用表面活性剂和助溶剂的量，可获得满足市场需求的所需微乳液和宏乳液。
实施例6
为了向最终的乳液提供附加性能，本实施例用于说明本发明表面活性剂包的化学改性，在此情况下，是为了增强微乳液的自燃性能。
制备油酸的硝基-烯烃衍生物，以便用作下述表面活性剂组分。将含有溶解在1，2-二氯乙烷(200ml)中的油酸溶液(10g；0.035mol)的烧瓶抽空。然后，将烧瓶充满一氧化氮气，并且该溶液在一氧化氮的大气压下，在室温下搅拌3小时。释放出一氧化氮，并在真空下除去溶剂，以提供油酸的硝基-烯烃衍生物(60％)，由-1H NMR，13C NMR和IR分析确定。
在柴油中含有10％体积水的微乳液用含有由一乙醇胺50％中和的油酸的表面活性剂包制备试样1，以提供为3的亲水-亲油平衡；试样2用由一乙醇胺50％中和的油酸的硝基-烯烃衍生物制备，其亲水-亲油平衡为3.0。表20列出了这两个试样的分析结果。
                                                  表20
  试样号   表面活性剂  体积％柴油  体积％表面活性剂 体积％一乙醇胺 体积％去离子水(310ppm盐水)   体积％正己醇  混合强度W/kg   十六烷数
    1  由一乙醇胺50％中和的油酸   79     9   1     10     1     1   41.6
    2  由一乙醇胺50％中和的油酸的硝基-烯烃衍生物   79     9   1     10     1     1   45.2
如表20所示，在容器平均混合强度为1W/kg的条件下，使用1％体积的正己醇助溶剂，制备含有9％体积表面活性剂包的微乳液。每个试样得到稳定的微乳液。然而，注意到，试样1的十六烷数为41.6，而利用化学改性的表面活性剂包制备的实施例2的十六烷数增加到45.2。因此，由本发明显然可见，可以对油酸表面活性剂组分进行化学改性，例如加入硝基，从而提高该表面活性剂包和所得微乳液的官能度。
实施例7
本实施例用于说明与用作燃料的基本烃相比，本发明的乳液用作发动机燃料的优异结果。正如将在下文中说明的，本发明的乳液在所有操作情况下，均表现出NOx稳定降低，颗粒物质的排放量减少，特别是在高局部负荷下，在自由加速条件下，废气的不透明性显著降低，通过控制压力升高的速率和分散燃烧速率，降低燃烧持续时间，在发动机喷射系统部件中，燃料具有足够的稳定性，并且用于保护喷射系统部件的燃料的润滑性提高。
本实施例用安装在试验台上的商用柴油机进行。该柴油机的特征在于，包括6个汽缸，直接喷射，用涡轮增压，压缩比为17.5∶1，排量为5.78升，在1800rpm下的最大扭矩为328Nw-m，最大功率为153Hp和2500rpm。
进行稳态测试。同样，缸内分析是基于压电压力传感器测量对曲柄角的位置，通过对燃烧室和喷射现象的观察进行的。排放量的测量是通过加热的试样线，将气体排放物输送给分析仪的测量室进行的。NOx的测量是使用化学发光分析仪获得的。烃测量技术使用的是加热的火焰离子化探测仪。CO测量是利用无色散的红外分析仪获得的。还进行了瞬变测试，包括用改性的US大容量瞬变循环(持续时间1200秒，rpm对低运转，不使用电机部件，发动机空转)，进行碳酸化(carbonatious)物质(C)的排放总量测定。该测量技术包括在3.95微米下，用干涉滤光片，在特定波长下，对碳进行红外辐射的消光分析。在自由加速测试过程中，使用部分流动暗度计(HSU)测量废气的不透明性。
下面的表21列出了用于测试基柴油的燃料性能，和根据本发明利用该燃料制备的微乳液。
                                 表21
         特性   基本燃料    原型
    油酸(％体积)     ---     9.0
    一乙醇胺(％体积)     ---     1.0
    正己醇(％体积)     ---     1.0
    水(％体积)     ---     10.0
    在40℃下粘度(cSt)     3.07     5.45
    润滑性(微米)在60℃下的ASTM D-6079 HFRR     3.30     260
    芳族化合物(％重量)     18.4     14.1
    在15.6℃下的密度(mg/ml)     0.839     0.863
    十六烷数     47.3     46.9(加入了十六烷增进剂)
如图2所示，在操作条件为1600rpm和扭矩为157.5磅-ft(50％部分负荷)下，基于汽缸压力对曲柄角的测量，在热动力环的封闭部分进行放热计算，以测定燃料燃烧的详细数据。该计算结果示于表22中。
                           表22
            变量   基本燃料     原型
喷射开始(°在top dead conter之前)     9.0     8.0
点火迟延(°)     4.8     6.4
90％喷射燃料能量释放的曲柄角     38.0     35.2
与基本燃料相比，考虑到相似的喷射开始条件，可以推断，在扩散燃烧过程中，较长的点火迟延和较快的燃烧速率(对较小的曲柄角值，相似的总能量释放)，对本发明微乳液的性能起决定性的作用。
定性说明可以参考(a)由于延长的冷燃料喷射和水的蒸发和加热所需的能量，而导致不同的局部温度情况；(b)增强的燃料-空气混合机理；两者均与喷射柴油液滴中的水有关。据信在燃料雾化过程中，水相的混入在较宽的喷射角和较高的空气夹带物条件下，促进了附加的解体和分解作用。由于可及性造成氧气的贡献，煤烟形成的抑制作用和混合物的瘦化作用均是潜在的作用机理。
在发动机中观察燃料的稳定性，并且由于在燃料返回线中没有燃料/水分离作用，因此是令人满意的，该燃料返回线用于从喷射器返回过剩和泄漏的回流。图3表明，两种燃料的NOx废气排放率，以及在所有操作情况下，本发明的微乳液均表现出NOx的稳定降低。
正如考虑到在瞬变发动机操作过程中积累的废气碳物质所示，颗粒物质排放量在高负荷下减少。在瞬变操作中，向发动机提供高局部负荷后，本发明的微乳液与基本燃料之间的碳物质排放量变得明显不同。如图4所示。
在图5中还说明了在自由加速条件下，废气的不透明性显著降低。不透明性的这种降低也优于数种其它燃料，这些燃料预先在相同的发动机上进行过测试，也就是，与原型燃料相比，具有较低的芳族化合物，较高的十六烷，和较低的硫燃料。
在不同的水乳化燃料中，由于改变了表面活性剂包的量和在喷射缕流中对燃料的实际逻辑性能进行修改，通过控制压力升高速率，还可以获得降低的点火延迟，这将提高发动机的性能。
因此，本发明的微乳液相对于基本燃料是明显优选的可替代物。
实施例8
如上所述，本发明还提供了调整燃料使之适合特定的燃烧室环境条件。这是通过调节燃料的化学过程和其物理-化学和流变性能来实现的。为了对此进行说明，制备第二微乳液燃料配方，并与实施例7中制得的微乳液进行比较。表23列出了实施例7的微乳液和微乳液2的特性，每种微乳液均混入10％体积的水。微乳液2利用较低浓度的表面活性剂包，并在不同的混合强度条件下制备，特别是，在混合物的单位质量能量耗散率不小于100W/kg下，使用静态混合机在湍流中连续制备。如表23所示，也将两种燃料与基本燃料进行了比较。
                            表23
     特性    原型   原型2
  油酸(％体积)    9.0    7.0
  一乙醇胺(％体积)    1.0    0.7
  正己醇(％体积)    1.0    0.7
  水(％体积)    10.0    10.0
  在40℃下的粘度(cSt)    5.45    3.95
  芳族化合物(％体积)    14.1    14.6
  在15.6℃下的密度(mg/ml)    0.863    0.852
  十六烷数    46.9(加入了十六烷增进剂)    46.5(加入了十六烷增进剂)
如表所示，微乳液2的粘度降低，芳族化合物含量略有升高，并且基本十六烷数略有下降。
表24列出了在使用实施例7相同发动机的情况下，用表23制备的实施例7的微乳液和微乳液2进行发动机性能的比较。
                             表24
         发动机性能   原型   原型2
NOx排放量(％对基本燃料的差)发动机操作条件：1600rpm在252.0 1bf-ft下   -12.9   -12.0
煤烟排放量(％对基本燃料的差)发动机操作条件：1600rpm在252.0 1bf-ft下   -20.8   -35.1
燃料转化效率(％对基本燃料的差)发动机操作条件：1600rpm在252.0 1bf-ft下   -0.3   +3.5
最大发动机制动马力(％对基本燃料的差)发动机操作条件：(WOT)2500rpm   -13.2   -7.3
如表所示，两种乳液的NOx排放量均有相似的降低。据估计这与两种燃料中的平衡水含量有关。
然而，用微乳液2改进了煤烟的排放量。微乳液2的燃料的燃料转化率也得以改进，并且与基本燃料相比的功率差由-13.2％降至-7.3％。这些结果清楚地表明，在混入水的过程中，通过调节燃料的物理化学和流变性能，可以提高发动机的性能。
实施例9
本实施例用于说明油酸表面活性剂和油酸盐之间的协同作用，根据本发明该油酸盐是由一乙醇胺制备的。
图6说明使用含有2％体积油酸和各种含量一乙醇胺的表面活性剂包的水和烃相之间的界面张力。如图所示，一乙醇胺(MEA)具有浓度间隔，其中可获得超低界面张力。当达到该点时，该体系在测量设备中自发地乳化。在MEA的该浓度间隔中，发现在柴油/水的界面处吸附了两种表面活性剂，也就是，油酸和油酸盐离子。在图6的端部区域，也就是说，在MEA的低和高浓度处，发现了油酸和油酸盐离子分别吸附在界面处，并且该界面张力是最高的。据估计这是由于下述原因导致的。
当溶解在柴油中的油酸与MEA和水发生接触时，在柴油/水界面处发生酸/碱反应，从而产生油酸盐离子。由于它们与水和油的无限互溶性，该油酸和油酸盐离子吸附在柴油/水的界面处。在MEA的中等浓度处(0.04～0.3％体积)，相当可观的油酸离子化，以提供油酸盐离子，并且柴油/水的界面处将被油酸盐离子和油酸覆盖。在此区域中，由于该界面张力低于单独由每种表面活性剂获得的值，因此显示出界面张力的协同作用。
提供与常规燃料相比具有有益特性的烃包水乳液是优选的，并且还提供了制备此种乳液的方法。
本发明可以包括其它形式，或按照其它方式进行，而不脱离其精神或实质。因此，现在的实施方案应视作是说明性的，而不是限定性的，本发明的范围将由所附的权利要求书阐明，并且所有在等价的意义和范围内进行的改变均包含在其中。

Claims (52)

1.一种烃包水乳液，包括水相、烃相和表面活性剂，其中所述水相的含量高于或等于5％，基于所述乳液的体积计，并且所述水相和所述表面活性剂的体积比至少为1；
所述表面活性剂是基本由亲水-亲油平衡为1～8的亲油表面活性剂组分，和亲水-亲油平衡为10～18的亲水表面活性剂组分组成的混合物，该混合物的亲水-亲油平衡为6-10；
所述亲油表面活性剂组分选自：净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧基化油酸和其混合物；
所述亲水表面活性剂组分选自：由一乙醇胺中和的油酸，聚乙氧基化脂肪胺和其混合物。
2.根据权利要求1的乳液，其中所述乳液为平均液滴尺寸在100埃～700埃之间的微乳液。
3.根据权利要求1的乳液，其中所述烃相选自柴油和C10-C20石蜡。
4.根据权利要求1的乳液，其中所述烃相选自：柴油、合成柴油、石蜡和其混合物。
5.根据权利要求1的乳液，其中所述烃相为柴油。
6.根据权利要求1的乳液，其中所述乳液在环境条件下，至少1年保持恒定的平均液滴尺寸。
7.根据权利要求1的乳液，其中所述表面活性剂还含有用于改进作为可燃燃料的所述乳液性能的官能团。
8.根据权利要求7的乳液，其中所述官能团为硝基。
9.根据权利要求1的乳液，其中所述乳液为平均液滴尺寸在0.5～2.0微米之间的宏乳液。
10.根据权利要求9的乳液，其中所述宏乳液无助溶剂。
11.根据权利要求2的乳液，其中所述乳液含有含量低于或等于2％的助溶剂，基于所述乳液的体积计。
12.根据权利要求11的乳液，其中所述助溶剂选自：甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、三丁醇、正戊醇、正己醇和其混合物。
13.根据权利要求1的乳液，其中所述表面活性剂具有亲水组分和亲油组分，两种组分均位于所述水相和所述烃相之间的界面处。
14.一种制备烃包水乳液的方法，包括下述步骤
提供水相；
提供烃相；
提供亲水-亲油平衡为6-10的表面活性剂；所述表面活性剂是基本由亲水-亲油平衡为1～8的亲油表面活性剂组分，和亲水-亲油平衡为10～18的亲水表面活性剂组分组成的混合物，所述亲油表面活性剂组分选自：净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧基化油酸及其混合物，所述亲水表面活性剂组分选自：由一乙醇胺中和的油酸、聚乙氧基化脂肪胺及其混合物；
以足够形成含水量占所述乳液至少为5％体积的量，混合所述水相、所述烃相和所述表面活性剂，并且所述水相与所述表面活性剂的体积比至少为1，其中所述混合是在混合强度足以在所述烃相中形成所述水乳液相的稳定乳液条件下进行的。
15.根据权利要求14的方法，其中所述混合是在混合强度为1W/kg～10000W/kg的条件下进行的，并且选择HLB为6～10的所述表面活性剂，以便制备平均液滴尺寸为100埃～700埃的微乳液。
16.根据权利要求15的方法，其中所述混合强度为1W/kg～100W/kg。
17.根据权利要求15的方法，其中所述混合步骤还包括将所述水相、所述烃相和所述表面活性剂与助溶剂混合，以所述乳液体积计，所述助溶剂的量小于或等于2％。
18.根据权利要求17的方法，其中所述助溶剂选自：甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、三丁醇、正戊醇、正己醇和其混合物。
19.根据权利要求14的方法，其中所述混合是在混合强高于或等于10000W/kg的条件下进行的，并且选择HLB为3～10的所述表面活性剂，以便制备平均液滴尺寸为0.5～2.0微米的宏乳液。
20.根据权利要求19的方法，其中所述宏乳液无助溶剂。
21.根据权利要求14的方法，其中所述乳液是稳定的。
22.根据权利要求14的方法，其中所述表面活性剂还含有用于改进作为可燃燃料的所述乳液性能的官能团。
23.根据权利要求22的方法，其中所述官能团为硝基。
24.根据权利要求14的方法，其中所述表面活性剂具有亲水组分和亲油组分，两种组分均位于所述水相和所述烃相之间的界面处。
25.一种制备稳定的液态烃包水微乳液的方法，包括下列步骤：
提供液态烃相；
提供水相；
提供亲水-亲油平衡为6-10的表面活性剂包，它基本由亲水-亲油平衡为1-8的亲油组分，和亲水-亲油平衡为10-18的亲水组分组成；所述亲油组分选自净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧化的油酸及其混合物；所述亲水组分选自单乙醇胺中和的油酸、聚乙氧基化的脂肪胺中和的油酸及其混合物。
将所述液态烃相、所述水相和所述表面活性剂包混合在一起，所述水相和所述表面活性剂的体积混合比至少为1，所述水相占所述微乳液体积的5-15％，并且混合强度至少1W/kg，形成平均液滴尺寸为100-700埃的稳定的液态烃包水微乳液，其中所述亲油组分和所述亲水组分位于所述水相和所述液态烃相之间的界面上。
26.根据权利要求25的方法，其中所述混合步骤还包括用助溶剂混合所述水相、所述液态烃相和所述表面活性剂包，按微乳液的体积计，所述助溶剂的用量小于或等于2％。
27.根据权利要求26的方法，其中所述助溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、正己醇及其混合物。
28.根据权利要求25的方法，其中所述表面活性剂包还包括用于改进所述稳定微乳液作为可燃燃料性能的官能团，所述官能团选自硝基、羟基和环氧基团中的一种或多种。
29.根据权利要求28的方法，其中所述官能团是硝基。
30.根据权利要求25的方法，其中所述亲油组分包括油酸的硝基烯烃衍生物。
31.一种制备稳定的水-液态烃宏乳液的方法，包括下列步骤：
提供液态烃相；
提供水相；
提供亲水-亲油平衡为3-10的表面活性剂包，它基本由亲水-亲油平衡为1-8的亲油组分和亲水-亲油平衡为10-18的亲水组分组成；所述亲油组分选自净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧化的油酸及其混合物；所述亲水组分选自单乙醇胺中和的油酸、聚乙氧基化的脂肪胺中和的油酸及其混合物；
将所述液态烃相、所述水相和所述表面活性剂包混合在一起，所述水相和所述表面活性剂的体积混合比至少为1，所述水相占所述宏乳液体积的5-15％，并且混合强度至少10,000W/kg，形成平均液滴尺寸为0.5-2.0微米的稳定的液态烃包水宏乳液，其中所述亲油组分和所述亲水组分位于所述水相和所述液态烃相之间的界面上。
32.根据权利要求31的方法，其中所述水相和所述表面活性剂包之间的所述体积比至少2.5。
33.根据权利要求31的方法，其中所述表面活性剂包的用量小于或等于所述宏乳液的4体积％。
34.根据权利要求31的方法，其中所述宏乳液不含助溶剂。
35.根据权利要求31的方法，其中所述表面活性剂包还包括用于改进所述稳定宏乳液作为可燃燃料性能的官能团，所述官能团选自硝基、羟基和环氧基团中的一种或多种。
36.根据权利要求35的方法，其中所述官能团是硝基。
37.根据权利要求31的方法，其中所述亲油组分包括油酸的硝基烯烃衍生物。
38.一种平均液滴尺寸为100-700埃的稳定的液态烃包水微乳液，包括水相、液态烃相和亲水-亲油平衡为6-10的表面活性剂包，所述表面活性剂包基本由亲水-亲油平衡为1-8的亲油组分和亲水-亲油平衡为10-18的亲水组分组成，所述亲油组分选自净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧化的油酸及其混合物，所述亲水组分选自单乙醇胺中和的油酸、聚乙氧基化的脂肪胺中和的油酸及其混合物，所述水相和所述表面活性剂包的体积比至少为1，所述水相占所述微乳液体积的5-15％，并且所述亲油组分和所述亲水组分位于所述水相和所述液态烃相之间的界面上。
39.根据权利要求38的微乳液，它还包括助溶剂，按微乳液的体积计，所述助溶剂的用量小于或等于2％。
40.根据权利要求39的微乳液，其中所述助溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、正己醇及其混合物。
41.根据权利要求38的微乳液，其中所述表面活性剂包还包括用于改进所述稳定微乳液作为可燃燃料性能的官能团，所述官能团选自硝基、羟基和环氧基团中的一种或多种。
42.根据权利要求41的微乳液，其中所述官能团是硝基。
43.根据权利要求38的微乳液，其中所述亲油组分包括油酸的硝基烯烃衍生物。
44.根据权利要求38的微乳液，其中所述液态烃选自柴油、合成柴油、石蜡及其混合物。
45.根据权利要求38的微乳液，其中在环境条件下所述微乳液的平均液滴尺寸至少保持一年不变。
46.一种平均液滴尺寸为0.5-2.0微米的稳定的液态烃包水宏乳液，包括水相、液态烃和亲水-亲油平衡为3-10的表面活性剂包，所述表面活性剂包基本由亲水-亲油平衡为1-8的液态亲油组分和亲水-亲油平衡为10-18的亲水组分组成，所述亲油组分选自净油酸、单油酸脱水山梨糖醇酯、三油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧化的油酸及其混合物；所述亲水组分选自单乙醇胺中和的油酸、聚乙氧基化的脂肪胺中和的油酸及其混合物，所述水相和所述表面活性剂包的体积比至少为1，所述水相占所述宏乳液体积的5-15％，并且所述亲油组分和所述亲水组分位于所述水相和所述液态烃相之间的界面上。
47.根据权利要求46的宏乳液，其中所述宏乳液不含助溶剂。
48.根据权利要求46的宏乳液，其中所述水相与所述表面活性剂包的体积比至少2.5。
49.根据权利要求46的宏乳液，其中所述表面活性剂包的含量小于或等于所述宏乳液体积的4％。
50.根据权利要求46的宏乳液，其中所述表面活性剂包还包括用于改进所述稳定微乳液作为可燃燃料性能的官能团，所述官能团选自硝基、羟基和环氧基团中的一种或多种。
51.根据权利要求50的宏乳液，其中所述官能团是硝基。
52.根据权利要求46的宏乳液，其中所述亲油组分包括油酸的硝基烯烃衍生物。
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