CS223981B2 - Liquid fuel mixture - Google Patents

Description

Vynález se týká kapalné palivové směsi na bázi kapalného minerálního paliva a neminerální spalitelné kapalné složky. ,

Vvzússtjící potřeba kapalných minerálních pohonných látek a stále- vzrů ssající cena surové ropy a nafty, vyžadovaná zeměmi produkujícími tyto suroviny, během posledních let,, vytváří požadavek vývoje nových pohonných hmoo, ve kterých by byla část drahých minerálních pohonných látek nahrazena spaaiteliými maateiály, získanými z jiných zdrojů než surová ropa.

Tyto plnicí látky pro kapalná mineeální paliva musí být schopné smísení s kapalným minerálním olejem za účelem přípravy stabilní smmss, to znamená nappíklad emuUze, to je srnčeš, která může být po dlouhou dobu skladována při relativně nízkých teplotách, aniž by nastalo fázové rozdělení. Kromě toho je třeba poznamenat, že tato směs’ musí mít viskozitu ve stejném rozsahu jako je viskozita minerálního kapalného paliva.

V německém patentu č. 71 9 723 ' je uváděna směs motorové nafty, která obsahuje motorovou naftu a suufitový odpadni louh. Poouiií odpadního sulfitOTého louhu ovSem nebylo vhodné, nebot tato látka způsobuje celou řadu problémů s korozí.

Podle uvedeného vynálezu bylo zcela neočekávatelně zjiděčno, že je možno UomUinovat produkty přírodní povahy s kapalným minerálním o^eem za ' potužtí polymerního e^uul^i^Í^]^:íh^o činidla, přičemž se získá stabilní emulze, která zcela uspokojuje požadavky na použiti v dieselových motorech a v zřízeních na spalování nafty.

Poddtata kapalné palivové směsi obssauuící kapalné pa.ivo a neminnnáání spaaitelnou kapalnou složku podle uvedeného vynálezu spočívá v tom, že je tvořena stabilní emulzí obsahující 48 % až 79 % hmotnostních kapalného minerálního oleje jako paliva, dále vodný roztok látky vybrané ze skupiny zahrnující sacharozu, produkty Štěpení Škrobu a směsi těchto látek v množství od 10 % do 50 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost emulze, a přinejmenším jedno neionogenní polymerní emulgační činidlo v množství v rozmezí od 1 % do 10 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost uvedeného vodného roztoku.

Výhodou kapalných palivových směsí podle uvedeného vynálezu je to, Že jsou tyto emulze stabilní a že viskozita těchto emulzí podle vynálezu je ve stejném rozmezí jako je viskozita kapalné motorové nafty, i přesto, že je všeobecně známo, Že emulze získané emulgováním vodných roztoků v těchto olejových látkách jsou nestabilní, a že jejich viskozita je obvykle velmi vysoká.

Překvapivě nízká viskozita emulzí podle uvedeného vynálezu je zřejmá ze skutečnosti, že emulze tvořená 73 % hmotnostními motorové nafty, která má viskozitu při teplotě 25 °C 0,0031 Pa.s, 25 % hmotnostními glukózového sirupu, který má při teplotě 25 °C viskozitu 0,325 Pa.s, a 2 % hmotnostními emulgačního činidla, má viskozitu při teplotě 25 °C 0,0048 Pa.s.

Neočekávatelně nízká viskozita emulze podle uvedeného vynálezu je ještě více evidentnější v případě, kdy se emulze připraví z následujících složek a v uvedených relativních množstvích:

% hmotnostních motorové nafty, 50 % hmotnostních glukózového sirupu a 2 % hmotnostní emulgačního činidla. Viskozita takto získané emulze při teplotě 25 °C je 0,0151 Pa.s.

Termínem emulze'*, použitým ve shora uvedeném textu se míní oba druhy emulzí, to znamená prostředí, ve kterém jsou částečky vodného roztoku o takové velikosti, že mohou být patrné v minerálním palivu, stejně jako prostředí, ve kterém jsou uvedené částice tak malých rozměrů, že toto prostředí má povahu roztoku.

Ve výhodném provedení podle vynálezu obsahuje kapalná palivová směs emulzi glukózového sirupu v kapalném minerálním palivu, přičemž je rovněž výhodné, jestliže uvedený glukózový sirup obsahuje přinejmenším 65 % hmotnostních sušiny. Tyto roztoky obsahují relativně malé množství popelovin a jsou vhodné pro použití v dieselových motorech a v zařízeních na spalování nafty, zvláště v zařízeních na spalování topné nafty, používaných v domácnostech.

Tímto způsobem je možno glukózový sirup, který obsahuje asi 70 % hmotnostních uhlohydrátů (sacharidů) a asi 30 % hmotnostních vody, emulgovaný v motorové naftě v poměru 1:1, úspěšně využít p?o dieselové motory, přičemž se provede pouze malá úprava vstřikování paliva.

Ve výhodném provedení podle vynálezu používá jako kapalného minerálního paliva motorové nafty.

Ekonomičnost spalování emulze podle uvedeného vynálezu, které obsahuje sirup výše uvedeného typu, je výjimečně dobrá. Tak například bylo zjištěno, že automobil s dieselovým motorem, který se pohyboval konstantní rychlostí 100 km/h, spotřeboval na 17,8kilometrovou vzdálenost 1 kilogram paliva, které bylo tvořeno 20 % hmotnostními vodného glukózového sirupu o obsahu sušiny 70 %, dále 79 % hmotnostními motorové nafty a 1 % hmotnostním emuígačního činidla, přičemž při použití běžné motorové nafty byl spotřebován 1 kilogram této suroviny na 18,1 kilometru.

Tento fakt je zcela neočekávatelný z toho .důvodu, Že kalorická hodnota běžné motorové nafty je 42 404 kJ/kg, přičemž hodnota kalorické emulze výše uvedeného typu je pouze 36 543 kJ/kg.

Z výše uvedeného je možno vyvodit, že kalorické využití běžné motorové nafty se zlepší jako výsledek přídavku sirupu. Toto zlepšení nevyplývá pouze z přítomnooti vody, neboť emmlze motorové nafty a vody v koncennraci 10·% je méně účinná než emulze obsahhuící výše uvedený sirup.

Rovněž u zařízení na spalování nafty, jako jsou nappíklad spalovací zařízení na topnou naftu pro systémy, ústředního vytápění bytů, bylo zjištěno, že praccj zcela uspoOodivě a s výborným hořením, v případě po^iužií palivové směsi podle uvedeného vynálezu.

Jak již bylo uvedeno používá se pro kapalné palivové směsi podle uvedeného vynálezu produktů štěpení škrobu, které se připraví kyselnnovým nebo enzymatickým rozkladem škrobu.

Stupeň konverze (DE-hodnota) těchto sirupů, získaných přeměnou škrobu, není rozhodduícím kritérěem, ovšem při praktcekém poLtítí bylo zjištёnd, že je výhodné pouužt sirupů, které mmaí DE-hocdnotu asi 40, jako nappíklad 42.

Sirupy, které meaí vyšší hodnotu DE, jako nappíklad 90, je možno samozřejmě rovněž pouužt, ovšem tyto sirupy jsou podstatně dražší.

Podle uvedeného vynálezu je možno připravit palivové kapalné smměs, které obsahují až 60 % hmodnodSních sirupu, získaného štěpením škrobu, ovšem obvykle je výhodné, jak již bylo uvedeno, pouužt sirupu v množív! pohybuuícím se v rozmezí od 10 do 50 % hmoonnosních, a ještě výhodně! v minoví asi · 25 % hIπodnodtních, vztaženo na celkové mnnditví minneálního paliva a sirupu.

Pouužtá polymerní emuugační činidla pro kapalné palivové smměi podle vynálezu jsou nehomogenního typu. Výhodný typ e^u^uj^i^i^i^íího činidla pro potřeby uvedeného vynálezu je · běžně dostupný pod obchodním označením (RahPsod), což je polymerní povrchově aktivní činidlo B 246 ·a B 261. Raapsol B 246 a B 261 jsou blokové kopolymery nebo roubované kopolymery rozpuštěné v xylenu. Tyto kopolymery me^í obecný vzorec:

(A -C00)_m - B ve kterém znamená ceéé čísoo , pinmejenníím 2, každá polymerní soožka A má molekulovou hmotnost přinejmenším 500, a tato složka je zbytkem v oleji,rozpustného komplexu uododerboxylové kyseliny, přičemž každá ·polymerní složka B má mole]kžlovovu hmoonost přinejmenším 500, a v případě, že g má hodnotu 2, potom je touto složkou dvojmocný zbytek ve vodě rozpustného polyhlelleoglledlž, a v případě, kdy hodnota jn je vyšší než 2, potom je tato složka zbytkem ve vodě rozpustného polyétnгglykdlu s mocenstvím m.

Jako povrchově aktivních činidel, které jsou zvláště výhodné jako emuugační činidla pro · palivové kapalné sidUsí podle uvedeného vynálezu, se používá zvláštních polymerů. Tyto polymery se získaaí estenifiehcí v přírodě · se vysilujících polymerů, které .obsahují volné h^ydrox^y skupiny, ja^ko jsou napM^.^ škrob ^et^ny, celul-oza a ^{! h}nmiic^euloza^, a ^odukty rozkladu těchto látek, s mastnou kyselinou, jako je nappíklad kyselina stearová a kyselina olejová nebo s kondenzačními produkty mastných hydroxy eysenio, jako je například kyselina 12-hydroχlstnardvl a kyselina НсОпоПсотЬ nebo s odpodVdiaícíui chloridy eysenio nebo anhydridy kyse^n.

V případech, kdy se použijn pro kapalné palivové smmsi podle uvedeného vynálezu roztoků sacharózy a sirupů, získaných rozkaddem škrobu, je možno přidat do emulze látku, která iohiUžje krystali-zaci cukrů.

Ve výhodném provedení podle uvedeného vynálezu obsahuje paLivová s^és vodný roztok ^βεΛ^ίΗ jak sacharozový sirup, tak i glukózový sirup. V tomto provedení obsahuje palivo223981 4 vá směs sloučeniny, které inhibují krystalizaci sacharozy. Do emulze podle uvedeného vynálezu · je možno při dávat daaší přídavné látky. Jako příklad těchto přídavných látek je moěno uvést antioxidační činidla, přídavná činidla ' zabrduuící bakteriálnímu růstu, jako jsou nappíklad toluen, a přídavná povrchově aktivní činidla· Jako příklad těchto povrchově aktbních činidel může být uveden’štearát vápenatý, kollddon, polyetylénoxid a lignin.

Kapalné palivové směsi podle uvedeného vynálezu se připraví tak, že se metanol nebo vo^dný roztok ^látky vybran^é ze skupiny zahrnnjící me^eiMin^o, sacharozu, produkty Stření škrobu a směsi těchto látek, em^^uje v kapalném minerálním oleji v příoomnoosi . přinejmenším jednoho polymerního emuugačního činidla.

Příprava této emulze podle vynálezu' může být provedena v homooinnzéru a ve výhodném provedení se pouuije vysokotlakého čerpadla,'které obsahuje homooinnzační hlavici stejného typu, která je používaná pro homooinnzaci mléka. Uvedené tlakové čerpadlo pracuje ve výhodném provedení s tlkkem v rozmezí od 30 MPa do 40 MPa.

Podle dalšího možného , provedení postupu přípravy emulze podle vynálezu, se ооПшпо1 nebo vodný roztok emulguje v minerálním oleji tak, že se tato směs tří složek tvořících emuiz, podrobí působení lltlzvvukovýcr vln. Výkon produkovaný ultlzvlukovýu generátorem převyšuje ve . výhodném provedení 600 W.

Poojiií lltlzvvukovýcr vln pro romooinnzaci směsi uvedených tří složek představuje několik výhod. V tomto provedení může být postup proveden při atmosférickém tlaku nebo mírně zvýšeném tlaku, zabrání se vstupu vzduchu do emuize a vzniklé teplotní zvýšení je nepod^atné.

Vynález bude v dalším popsán detaHněji pomocí následnících příkladů provedení, které rozsah vynálezu nijak ntomotzjí.

Pík ladí ‘ ^podle tototo prove^dení se vo^dný ^ulwzový siru^ získaný hydrol^^ou ^robu, ^který má obsah sušiny asi 70 % roolnootnícr, je v běžné motorové naftě v příoomnooti polymerního noulglčníro činidla. za vzniku ernuuze, která obsahuje 25 % hmoonootních uvedeného gLu^zovéto siru^, ^72,75 % tonotaosiní^ motorová nafty a 2,25 % tonoonootní^ emu.gačníto Činidla (Raapsol B 261).

Příklad 2 ' ^podle tototo provedení se vo^dný ^glulcozový siru^p podle pokladu 1 nmul^Lgjje v motorov^é n^tě za vznito nmu^lzn, ^kter^á o^^uje ⁵⁰ % ^rmo^lnoltních uve^néto ^ukozov^o. sirupu» 48 % rmolnoltnícr motorové nafty a 2 % rmolnoltní emulgαčníhl činidla (Rap sol B 261).

Emulze připravené podle shora uvedených příkladů 1 a 2 se po^Lužií jako palivo pro dieselový Лог Bukh o výkonu 7,355 W, přiteui byl pouze mírně upraven vstřikovací· systém. ' Motor pracoval uspokooivě s oběma palivy, přieemž se nevy8totly žádné Škoddivé usazeniny v motoru.

Stanuta поШ, připravených podle příkladů 1 a 2 byla zkoumána tak, že tyto suspenze byly ponechány stání ve skleněné zásobní nádrži s rozšiřujícím se průměrem po dobu jed— noto -týčlne, .po tomto ^t^valu nebylo zaznamenáno ^žádné ^fázov^é rozdělený byť' ^l ' jen nepatrné.

Po 14deíníu intervalu byl-a u dna uvedené zásobní ’ nádrže zpozorována tenká .vrstva ··kon5 centrované emulze v emulzi podle vynálezu. Tato vrstva je ovšem lehce odstranitelná mícháním emulze, což naznačuje, že nenaatalo fázové rozdělení jako takové, přičemž tato vzniklá vrstva pouze obsahovala větší kapky glukózového sirupu.

Příklad 3

Podle tohoto provedení ' te glukózový sirup, který má DE-hocdiotu 42, tmísí te sacharozovým roztokem za vzniku vodného roztoku, který obsahuje asi 70 % hmoonootních sušiny, ze které 10 % huoOnootnϊch pochází z glukózového sirupu. ·

Tato směs se potom eimu-l^je v motorové naftě v příoomnoosi polymerního eimilgačního činidla za vzniku emilze obseaující 79 % hmoonnosních motorové nafty, 20 % hmoonootních uvedené smOs! a 1 % hmoonnosní e^u^uj^i^i^i^zího činidla (Raapsol B 246). Staailita emulze takto získané byla ltρoOo0ivá, což bylo potvrzeno sJkiteČnnosí, že nastalo pouze mírné fázové rozdělení po skladování číuIzč po dobu jednoho týdne.

Přiklad 4

PojSLč tohoto provedení se připraví emulze emmlgováním 20 % hmoOnootnícU ootanolu v 79 % hmornosních motorové na*ty v příoomnoosi 1 % ^oor^n^oi^i^zích. polymerního emuugačního činidla (Rapsol B 261).

Potom se ponechá takto připaavená směs stát po dobu jednoho týdne, přičemž je možno zaznamenat pouze nepatrné fázové rozdělení.

Příklad 5

Podle tohoto provedení se do reakce uvede 5 gramů dOKtrinu s 5 gramy chloridu kys€einy ttearové v pří0omnooti p-toluensulfonové kyseeiny, která zde působí jako katalyzátor v rozpouštědle obsah^ící N-močylp^prгoliSon. ^Tyto reakce se provád^í při ^plo^ ⁶⁰ °C po dobu 24.hodin. Výše uvedené rozpouštědlo se odstraní odpařováním, přieemž se získá asi 4 gramy ztytto. ^V ^lším vstupu se ²⁰ % tonotanotní^ glukcízov^o sin^u o totootě DE ⁴² emulguje v 78 % UooOnootrních motorové nafty v příoomnoosi 2 % UmoOnootnícU výše uvedeného pólymerního reakčního produktu. TaOo směs se poOom ponechá v klidu po dobu jednoho týdne, přičemž je .možno zaznamenat pouze nepatrné fázové rozdělení.

Píkl^ ad 6

Podle tohoto provedení se nejdříve připraví polyester kondenzací 1²-Uydroxyttearové kyseULny při ^plotě ¹⁵⁰ °C ^po ^do^bu ^state^nou ^k zís^kání protoktu o ^sel^ovém ^čísle menším než 40 ΚΟΗ/g» Potom se 5 gramů takto získaného polyesteru uvede do reakce s 5 gramy Sextrinl^{, p}ři^eemž reakce ^pro^bíh^{á p}o ^dobu ²⁴ todin ^při teplotě ⁷⁰ °C. . Výtě^k takto získan^ ^ho ‘rea^níto ^pro^dlktu je 3 gra^r. ^V tolším postou se ²⁰ % hnoUnotní^ glukozov^ého sirupu o DE-hoídnotŠ 42 emulguje v 78 % hmoOnootnϊch motorové nafty v příooonoosi 2 % Uoo0nootních polymerního reakčního produktu, který se získá shora uvedeným postupem. Poté se tato směs ponechá v klidu skladovat, př^emž po u^:í této doby je možno pozoroval pouze nepatrné fázové rozdělení.

Příklad 7

Podle tohoto příkladu provedení byly testovány různé srnOsi podle .. uvedeného vynálezu a běžná motorová nafta na dieselovém motoru. Všechny palivové směsi podle uvedeného vynálezu byly tvořeny motorovou naftou, glukózovým sirupem o DE-hodnotě 42 a polymerním emulgačním činidlem (Rapiaol В 246). Palivové směsi podle uvedeného vynálezu byly připraveny protlačováním složek směsi homogenizačním uzávěrem. Všechny směsi podle uvedeného vynálezu obsahovaly 5 % hmotnostních emulgačního činidla, vztaženo na hmotnost glukózového sirupu. Z toho vyplývá, že 30% emulze sestávala ze 30 % hmotnostních sirupu, 1,5 % hmotnostního emulgačního činidla a 68,5 % motorové nafty. Získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka

Palivo	Zatížení motoru (kp)	Výkon <W)	Spotřeba paliva (kg/h)	Wh kg	Účinná kalorická hodnota (1 000 kJ/kg)	Wh/účinná kalorická hodnota	Δ %
motorová nafta	',5	1 307,7	0,647	2	021 ,0	42,41	47,65
motorová nafta	1,0	875,2	0,480	1	823,3	42,41	42,99	-
motorová nafta	0,52	451,6	0,368	1	227,2	42,41	28,93	-
10 % emulze	>.5	1 297,4	0,678	1	913,6	39,81	48,06	0,8
10 % emulze	’,o	867,9	0,503	1	725,4	39,81	43,34	0,8
20 % emulze	1,5	1 307,7	0,712	1	836,6	36,55	50,25	5,5
20 % emulze	1,0	875,2	0,555	1	577,1	36,55	43,14	0,3
20 % emulze	0,52	450,1	0,414	1	087,2	36,55	29,74	2,7
30 % emulze	1,54	1 336,4	0,776	1	722,2	33,03	52,14	5,4
30 % emulze	0,98	850,2	0,559	1	520,9	33,03	46,04	7,’
30 % emulze	0,50	437,6	0,446		891,2	33,03	29,71	2,6
50 % emulze	1,5	1 296,7	0,821	1	579,4	27,09	58,30	22,3
50 % emulze	1 ,05	907,6	0,619	1	466,2	27,09	54,12	25,9

Poznámka: V uvedené tabulce je Δ % odchylka poměru HPh к účinné kalorické hodnotě od čisté motorové nafty, přičemž tato odchylka je vyjádřena v procentech.

Jelikož je účinnost uvedeného motoru nízká, je absolutní hodnota kalorického využití daného paliva méně zajímavá než relativní hodnota Δ %·

V případě, kdy je energetická hodnota karbohydrátú obsažených v palivových směsích podle uvedeného vynálezu plně využita, potom je hodnota Л% rovná nule. Hodnota Δ %, která je vyšší než nula ukazuje, že kalorické využití paliva obsahující sirupy, je vyšší než u čisté motorové nafty. Jak je zřejmé z uvedené tabulky, využití paliva se zlepší emulgováním sirupu v motorové naftě, přičemž využití paliva je neobyčejně vysoké v případech, kdy se použije paliva, které obsahuje 50 % hmotnostních sirupu.

Účinnost spalování je možno rovněž zhodnotit měřením koncentrace částeček sazí ve výfukových plynech odcházejících z dieselového motoru pomocí fotobuňky. Měřením bylo zjištěno, že uvedená koncentrace klesá se zvyšujícím se množstvím sirupu, které je emulgováno v motorové naftě.

Tento fakt rovněž naznačuje, že spalování paliva ae zlepší se zvyšujícím se množstvím sirupu v emulzi.

Claims (9)

1. KapiOLná palivová směs, obsahující kapalné minerální palivo a neminerální spalitel- nou kapalnou složku, vyznaaující se tím, že je·tvořena stabilní emuUzí obsaaující 48 % až 79 % UmoonooSnícU kapalného minerálního oleje jako paliva, dále vodný roztok látky vybrané ze skupiny zawnnuící sacharozu, prddukty Štěpení škroiu a smisi těchto látek v uioožSví od 10 % do 50 % UmotnnosnícU, vztaženo na celkovou hmoonost emulze, a přeneimeeším jedno neionogm^zí polymerní činidlo v urn>ossví v rozmezí od 1 % do 10 % UrnotnnssnícU, vztaženo na Umoonoet uvedenéUo vodnéUo roztoku.

2. Kapalná palivová směs podle bodu 1, vyznalující se tím, že obsahuje nouzi glukozovéUo sirupu v kapalném minerálním palivu.

3. ^Kapaln^{á p}alivov^á směs ^podle ^bodu 3, vyzna^uící se tím, ^že uvedeš glu^ozový sirup oisaUuje přinejmenším 65 % UmoonootnícU sušiny.

4. Kapalná palivová směs podle bodu 3, vyznalující se tíu, že obsahuje 10 % až 50 % Umotnc>ssnícU ^glukozovéUo SiIυ^pl^, vztatono na celtovou hmoonost ^ka^paln^éUo minerain^o a glukozovéUo sirupu.

5. Kapalná palivová směs podle bodu 5, vyznaauuící se tíu, že obsahuje 25 % UuotnostnícU glukozovéUo sirupu, vztaženo na celkovou Uuoonost kapalnéUo ο^^Ιο^ω paliva a glukózovéUo sirupu.

6. Kapalná palivová směs podle bodu 1 , vyznaauuící se tíu, že uvedeným kapalným minerálním palivem je motorová nafta.

7. Kapalná palivová směs podle bodu 1, vyznalující se tíu, že uvedeným polymerním emulgaUníu Uinideeu je blokový kopolymer nebo roubovaný kopolymer, p^eemž kopolymer má obecný vzorec:

· (A - COOf - B ve kterém znamená m celé číslo, přinejmenším 2, přieeuž každá polymerní složka A má molekulovou Umotnost přinejπleeším 500, a tato složka je zbytkem v ooeei rtzpusteéUt toujlexu moonkaaboxylové kyseeiny, a každá polymerní složka B má moOekulovou Umotnost přinejmenším 500, a v případě, že m má Uodnotu 2, je touto složkou dvojmocný zbytek ve vodě rozplsteéUo po^Hky!^g^to^, a v případě, že Uodnota m je vyšší než 2, potom je tato složka zbytkem ve vodě rozpustnéUo polyéteaglykolu s uocenstvíu &. '

8. Kapaná palivová směs podle bodu 1 , vyznaauuící se tíu, že uvedeným polymerním emulgaUníu Uinideeu je polymer získaný esteelfikací v přírodě se vyskytujícího polymeru, který obsahuje volné Uydroxy skupiny, s mastnou kyselinou, nebo s kondenzačním produktem mastné tydroxy kyseliny, nebo s odpaoϊddlícími·chloridy kyselin nebo anUydaidy kyseein.

9. Kapalná palivová směs podle bodu 9, vyznaauuící se tíu, že uvedeným v přírodě se vyskytujícím polymerem obsahUuícíu volné Uydroxy skupiny je deetain.