DE2946277A1

DE2946277A1 - Stabilisationsmittel fuer eine oel- wasser-mischung

Info

Publication number: DE2946277A1
Application number: DE19792946277
Authority: DE
Inventors: Shih Hsi Hongkong Lo
Original assignee: Farsan Enterprises Ltd
Current assignee: Farsan Enterprises Ltd
Priority date: 1978-11-17
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1980-06-04
Also published as: IT7927276A0; JPS55108493A; US4266943A; SU1230470A3; GR74099B; AU5283279A; CA1114596A; IT1127224B; IL58705A; PL125046B1; PH16175A; GB2039459B; NL7908387A; BE880069A; BR7907449A; GB2039459A; ZA796185B; IL58705A0; PL219669A1; FR2441656A1

Description

OR.-ING. DIPL-INS. M. SC. JIPL-.'HYS. Of.. DIPL.-PMYS. OiPL ^HYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER BOEHN/ PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 856 b Anmelder: FARSAN ENTERPRISES LIMITED

UO - 168 403-413 Hongkong and Shanghai

14. Nov. 1979 Bank Building

1 Queen's Road, Central,

Hong Kong

Beschreibung Stabilisationsmittel für eine Öl-Wasser-Mischung

Die Erfindung betrifft ein Stabilisationsmittel für eine Öl-Wasser-Mischung, ein Verfahren zur Herstellung des Stabilisationsmittels sowie ein Verfahren zur Herstellung stabiler Öl-Wasser-Mischungen .

In der gegenwärtigen Energiekrise wird es allgemein als wichtig angesehen, fossile Brennstoffe soweit wie möglich durch größere Sparsamkeit im Gebrauch einzusparen. Die verbleibenden Vorräte besitzen eine nur begrenzte Lebensdauer und sind nicht ersetzbar. In dem Gebiet schwerer Heizöle, beispielsweise von Öl, welches in Heizboilern in den Haushalten und in der Industrie benutzt wird, ist es bekannt, einen bestimmten Wasseranteil mit dem öl zu vermischen. Hierdurch wird dieses gestreckt und somit öl eingespart. Das Wasser kann einfach als Verdünnungsmittel dienen oder tatsächlich die Verbrennung fördern, indem es an den chemischen Reaktionen, die bei hohen Temperaturen ablaufen, teilnimmt. In jedem Falle wird weniger Brennstoff zur Erzeugung derselben Wärmemenge verbrannt,und somit werden die ölvorräte geschont. Das Problem besteht jedoch darin, eine stabile Dispersion von Wasser in öl zu schaffen, die als Brennstoff verbrannt werden kann, ohne daß der Brenner nachteilig beeinflußt wird. Die Öl-Wasser-Mischung muß eine verhältnismäßig stabile Emulsion bilden, die sich nicht sofort wieder trennt, bevor sie die Chance hat, verbrannt zu werden. Sie sollte vorzugsweise auch einige Zeit aufbewahrt werden können. Viele Additive, die eine derartige Mi-

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schung stabilisieren könnten, beschädigen die Brenner und führen zu Korrosion oder Verstopfungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besondere Mischung von Verbindungen anzugeben, die zusammen mit Wasser dazu verwendet werden kann, das Wasser nahezu vollständig mit Heizöl vermischbar zu machen und so eine stabile Dispersion zu erzeugen, die als Brennstoff verwendet werden kann und bis zu 30, 40 oder auch 50 Volumenprozent Wasser enthält.

Das erfindungsgemäße Stabilisationsmittel, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, ist in Anspruch 1 beschrieben; vorteilhafte Weiterbildungen des Stabilisationsmittels sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.

Der Emulgator sollte ein verbrennbarer Emulgator sein, der öllöslich und nicht toxisch ist. Der Emulgator ist vorzugsweise ein Mischglyzerid, d.h., eine Mischung aus Mono-, Di- und Triglyzeriden von Fettsäuren mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen in der Säuregruppe. Die Glyzeride können auf einer oder mehreren Fettsäuren basieren; sie werden bequemerweise auf einer Anzahl von Fettsäuren aufgebaut, die von einem natürlich vorkommenden Triglyzerid abgeleitet werden. Die Glyzerid-Mischung besitzt vorteilhafterweise eine Jodzahl, die so niedrig wie möglich ist, und ist vorzugsweise hydriert.

Der Emulgator sollte vorteilhafterweise in einer Menge zwischen 6,6 und 11 Gewichtsteilen, insbesondere um ungefähr 6,7, vorliegen.

Das Magnesium sollte in Form eines öllöslichen Magnesiumsalzes vorliegen. Das Magnesiumsalz ist vorzugsweise ein Magnesium-

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Naphthenat. Das Magnesiumsalz wird zusammen mit einem anionischen Surfaktans, insbesondere einem langkettigen Alkylen-SuIfonat benutzt. Die letzten beiden Komponenten werden zweckmäßigerweise der Stabilisationsmittel-Mischung als gemeinsame Lösung in einem"ölmedium zugegeben. Eine derartige Lösung ist kommerziell erhältlich, beispielsweise von der Firma Panta Development Co. Ltd., 51 Sung Chiang Road, Taipeh, Taiwan, unter dem Warenzeichen Apex Nr. 851.

Das Magnesium liegt vorzugsweise in einer Menge zwischen 5,6 und 8,4 Gewichtsteilen vor, vorzugsweise von ungefähr 7 Gewichtsteilen. Das anionische Surfaktans liegt vorzugsweise in einer Menge zwischen 1,6 und 2,4 Gewichtsteilen, vorzugsweise ungefähr 2 Gewichtsteilen, vor.

Die Benzoesäure ist ein wahlweiser Bestandteil. D.h., sie kann vorliegen bis zu dem spezifizierten Gehalt. Vorzugsweise ist sie in einer Menge von 6 bis 9 Gewichtsteilen, vorzugsweise ungefähr 6,7 Gewichtsteilen vorhanden. Ihre Funktion scheint darin zu bestehen, die Verbrennung zu unterstützen und die Öl-Wasser-Mischung weiter zu stabilisieren.

Ferrozen (d.h., Dicyclopentadienyl-Eisen) ist im Stabilisationsmittel zur Kontrolle des Verbrennungsvorganges eingebaut. Es ist wichtig, daß das Ferrozen vollständig in öl gelöst ist und gleichmäßig durch die gesamte Mischung verteilt ist, damit der Effekt optimal wird.

Das auf öl basierende Medium, in welchem das Stabilisationsmittel formuliert wird, basiert zweckmäßigerweise auf Heizöl oder einer anderen Leichtölfraktion. Andere Lösungsmittel werden vorzugsweise in das öl dazu eingebaut, bestimmte Komponenten in Lösung

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zu halten, wie unten erläutert wird. Das erfindungsgemäße Stabilisationsmittel enthält vorzugsweise die Komponenten mit den genannten Gewichtsteile-Bereichen in 1000 Gewichtsteilen des Lösungsmittelmediums. Somit kann beispielsweise ein erfindungsgemäßes Stabilisationsmittel enthalten:

Verbrennbarer Emulgator	6	,5	bis	11	,5	g
Ferrozen	4	,4	bis	8		g
Magnesium (als öllösliches Magnesium
salz)	4		bis	9	,2	g
anionisches Surfaktans	1	bis	3		g
Benzoesäure	0	bis	12		g
pro Liter Medium.

Das erfindungsgemäße Stabilisationsmittel wird zweckmäßigerweise so hergestellt, daß (1) eine Lösung des Magnesiumsalzes und des anionischen Surfaktans in einem Paraffin oder einem anderen mäßig bis hoch-kochenden Erdölfraktions-Lösungsmittel gebildet wird; (2) eine Lösung des Ferrozens in öl hergestellt wird; (3) eine Lösung des Emulgators und der Benzoesäure (falls vorhanden) in einem organischen Lösungsmittelsystem hergestellt wird; worauf diese drei Lösungen (1), (2) und (3) in beliebiger Reihenfolge zusammengegeben werden. Das Ul, welches für das Ferrozen benutzt wird, ist vorzugsweise Heizöl. Das organische Lösungsmittel für den Emulgator ist zweckmäßigerweise ein aromatisches oder araliphatisches Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, beispielsweise Benzol, Toluol oder Xylol, insbesondere dann, wenn der Emulgator ein Mischglyzerid ist.

Die Benzoesäure wird vorzugsweise getrennt in einem stärker polaren Lösungsmittel, beispielsweise in einem niedrigen Alkanol, beispielsweise Methanol, gelöst. Dann wird diese Lösung der Lö-

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sung des EmuIgators zugegeben, wodurch eine Mischlösung in einem organischen Lösungsmittelsystem gebildet wird, welche das Kohlenwasserstoff lösungsmittel und das polare Lösungsmittel enthält.

Wenn das Stabilisationsmittel hergestellt ist, kann es unbegrenzt aufbewahrt werden und unterliegt keiner Zersetzung oder physikalischen Trennung.

Das Stabilisationsmittel wird erfindungsgemäß dazu verwendet, eine Öl-Wasser-Mischung zu stabilisieren. Hierzu wird sie gleichzeitig mit Wasser dem öl unter heftigem Mischen zugegeben. Das Stabilisationsmittel und das Wasser können getrennt und, was bevorzugt wird, gleichzeitig zugegeben werden; alternativ kann das Stabilisationsmittel zuerst dem Wasser zugegeben und danach das "stabilisierte" Wasser dem öl zugegeben werden. Es hat sich herausgestellt, daß es nicht so wirksam ist, das erfindungsgemäße Stabilisationsmittel zunächst dem öl zuzugeben und dann das Wasser einzubringen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das öl verdünnt, d.h., seine Viskosität wird verringert, bevor das Stabilisationsmittel und Wasser zugegeben werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das öl auf eine mäßige Temperatur, beispielsweise auf 30° C, erwärmt wird, daß mit hoher Scherwirkung heftig gerührt wird oder daß mit einer kleinen Menge eines dünneren Öles verdünnt wird.

Nach der Herstellung umfaßt die Öl-Wasser-Mischung eine stabile Emulsion, die bei mäßiger Temperatur (d.h. , über dem Gefrierpunkt und unter 40° C) eine beträchtliche Zeit ohne Trennung aufbewahrt werden kann.

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In der Praxis wird die Öl-Wasser-Mischung jedoch am besten unmittelbar vor der Verwendung hergestellt, beispielsweise durch in-line-Zugabe des Wassers und des Stabilisationsmittels zwischen dem Brennstofftank und dem Brenner.

Die Öl-Wasser-Mischung kann bis zu 50 Volumenprozent Wasser enthalten, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Volumenprozent und idealerweise zwischen 18 und 25 %. Mit zunehmendem Wassergehalt sollte auch die Menge des Stabilisationsmittels zunehmen. Im allgemeinen sollte das Verhältnis der Summe der Komponenten in den Stabilisationsmitteln zu Wasser, in Gewicht ausgedrückt, zwischen 1 : 8400 und 1 : 14000 liegen. Bei Mischungen, wo die genannten Gewichtsteile in einer Lösung, ausgedrückt in Gramm pro Liter, vorliegen, sollte die Lösung in einem Gewichtsverhältnis zu Wasser zugegeben werden, welches zwischen 1 : 250 und 1 : 420 liegt.

Die Wassermenge, die dem öl zugegeben werden kann, hängt stark von der Wirksamkeit des Brennersystems ab, in welchem der Mischbrennstoff verbrannt werden soll. Die meisten Wasser-Heizungsboiler und dergleichen sind verhältnismäßig wenig effizient und ein verhältnismäßig hoher Anteil des Heizöles wird vergeudet, indem er entweder unverbrannt emittiert oder teilweise verbrannt wird. Auf diese Weise wird weniger Wärme erzeugt und eine starke Umweltverschmutzung verursacht. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Stabilisationsmittels besteht darin, daß der Verbrennungs-Wirkungsgrad des Heizöles verbessert wird, so daß ein Anteil des Brennstoffes durch Wasser ersetzt werden kann, wobei dieselbe Wärmemenge erzeugt wird. Zusätzlich erzeugt die wirksamere Verbrennung eine geringere Umweltverschmutzung in Form von Ruß, Kohlenmonoxid usw.

Die Tatsache, daß mit der vorliegenden Erfindung 20 % oder mehr

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des Heizöles durch Wasser ersetzt werden können und gleichwohl dieselbe Wärmemenge erhalten wird, insbesondere noch mit geringerer Umweltverschmutzung, beweist eindrucksvoll deren Bedeutung.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Illustration der Erfindung:

Beispiel 1

Ein Stabilisationsmittel wurde dadurch hergestellt, daß 6,7 g C₁₂ bis C₂₀ Fettsäureglyzerid in Toluol (200 ml) sowie Benzoesäure (6,7 g) in Methanol (200 ml) gelöst und die beiden Lösungen zusammengegeben wurden. Ferrozen (7,3 g) wurde in ungefähr 500 ml Heizöl aufgelöst. Diese Lösung wurde mit der zuvor gebildeten Lösung, welche die Benzoesäure und die Glyzeride enthielt, vermischt. Der Mischung wurde außerdem Apex Nr. 851 (100 ml) zugegeben, von dem gefunden wurde, daß es Magnesium (7 g) in Form eines öllöslichen Magnesiumsalzes, darunter Naphthenat, sowie ein anionisches Surfaktans des Sulfonattyps (2 g) enthielt. Die kombinierte Mischung wurde gut gerührt und gleichzeitig mit 334 Litern Heizöl zugegeben. Eine dem Volumen nach 1 : 3 Wasserin-Öl-Mischung und eine dem Volumen nach 1 : 4 Wasser-in-öl-Mischung wurden hergestellt. Die Mischungen waren stabil und konnten bei Umgebungstemperatur (25 bis 35° C) mehrere Wochen ohne Trennung aufbewahrt werden.

Beispiel 2 Vergleich der Öl-Wasser-Mischung mit Heizöl

Eine 1 : 4 Wasser-Öl-Mischung wurde mit reinem Heizöl bei der Erwärmung von 100 Litern Wasser zwischen 25° und 95° C verglichen.

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Eine herkömmliche Heizvorrichtung wurde verwendet, bei welcher vorgeheiztes Ul unter Druck in eine Verbrennungskammer eingespritzt wurde. Die anfängliche innere Temperatur der Kammer wurde auf 100° C eingestellt, die Wassertemperatur auf 25° C und die Vorerwärmungstemperatur auf 90° C. Der Öldruck betrug 2 kg/cm . Bei jedem Versuchslauf wurden die Lufteinlaßrate und die öleinspritzrate so eingestellt, daß sich eine optimale, rauchfreie Verbrennung ergab. Bei jedem Versuchslauf wurde das anfängliche Brennstoffvolumen gemessen, das verbleibende Brennstoffvolumen wurde gemessen, und hieraus wurde die verbrauchte Brennstoffmenge ermittelt. Die Ergebnisse des Versuchs, erhalten als Durchschnittswert zweier Versuchslaufe, waren folgende:

Brennstoffverbrauch

schweres Heizöl 6,5 kg

Wasser-Öl-Mischung 6,4 kg

Temperatur der Verbrennungskammer

schweres Heizöl 860° C

Wasser-Öl 890° C

Zeit zur Anhebung der Temperatur von 25° C auf 95° C

schweres Heizöl . 24 Minuten 30 Sekunden

Wasser-Öl-Mischung 24 Minuten 15 Sekunden

Die Resultate zeigen, daß die beiden Brennstoffe bei demselben Volumenverbrauch nahezu genau dieselbe Menge Wärme erzeugen. Da die Wasser-Öl-Mischung 20 % Wasser enthielt, bedeutet dies eine Einsparung von 20 % Brennstoff.

Die Temperatur der Verbrennungskammer lag zwar 30° C höher, die gesamte Heizzeit war jedoch im wesentlichen gleich, was zeigte, daß die sich entwickelnde Wärme dieselbe war. Die Öl-Wasser-Mischung hatte eine Viskosität, die 1,6 Mal derjenigen des reinen

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Öles war. Der Vorheizer mußte um 10° höher eingestellt werden, damit dieselbe Strömungsgeschwindigkeit erzielt wurde.

Beispiel 3

Unter Verwendung derselben Vorrichtung wie im Beispiel 2, jedoch mit einer 1 : 3 Wasser-Öl-Mischung wurden die Brennstoffmenge und die Zeit gemessen, die erforderlich war, um ein bestimmtes Wasservolumen von einer Ausgangstemperatur von 18° C aus zum Kochen zu bringen.

Die Temperatur der Verbrennungskammer erwies sich durchschnittlich während der Versuchslaufe um 70° C höher bei der Wasser-Öl-Mischung als bei reinem öl. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

Minuten

10 12 14 16 18 21 23

Temperatur A	Temperatur B
18	18
31	30
39	36
46	44
54	50
63	58
73	67
78	75
85	80
93	85
100	93
	100

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Die durchschnittliche Menge verbrauchten reinen Öles pro Heiz-Versuchslauf betrug 5 kg, und die durchschnittliche Menge verbrauchter Wasser-Öl-Mischung pro Heiz-Versuchslauf betrug 5,23 kg, von denen 3,975 kg Ul waren.

Aus den obigen Resultaten ist zu erkennen, daß bei einem 1 : 4-Verhältnis 20,5 % Brennstoff gespart werden. Da die Heizzeit reduziert ist, ist die tatsächliche Brennstoffeinsparung größer als 20,5 %. Außerdem war die Farbe der Verbrennungsflamme ein klares Orange, also nicht orange-rot und rauchig.

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Claims

OB.-IN3. DIPL.-INO. M. SC. DIPL. PH . S. Ρ·*· OIPL-PHVJ. OW»L..#HYSC

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Pat entansprüche:

ΛI Stabilisationsmittel für eine Öl-Wasser-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Komponenten umfaßt:

einen verbrennbaren Emulgator 6 bis 11,5 Gewichtsteile Ferrozen 4 bis 9 Gewichtsteile Magnesium (als öllösliches Magnesiumsalz) 4,5 bis 9,2 Gewichtsteile anionisches Surfaktans 1,4 bis 3 Gewichtsteile Benzoesäure O bis 12 Gewichtsteile in einem auf Ul basierenden flüssigen Medium.

2. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator ein Mischglyzerid ist, welches Mono-, Di- und Triglyzeride von Fettsäuren mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen enthält.

3. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgatorgehalt 6,6 bis 10 Gewichtsteile beträgt.

4. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrozengehalt 6 bis 8 Gewichtsteile beträgt.

5. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumsalz Magnesium-Naphthenat ist.

6. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Magnesiumsalzgehalt 5,6 bis 8,4 Gewichtsteilen Magnesium entspricht.

7. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Benzdesäuregehalt 6 bis 9 Gewichtsteile beträgt.

8. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Ul basierende Medium Heizöl enthält.

9. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält:

verbrennbarer Emulgator 6 bis 11,5 g Ferrozen 4 bis 8 g Magnesium (als öllösliches Magnesiumsalz) 4,5 bis 9,2 g anionisches Surfaktans 1,4 bis 3 g Benzoesäure 0 bis 12 g pro Liter.

10. Stabilisationsmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

Misch-Fettsäureglyzeride 6,6 bis 10 g

Ferrozen 6 bis 8 g

Magnesium (als öllösliches Salz) 5,6 bis 8,4 g

anionisches Surfaktans 1,6 bis 2,4 g

Benzoesäure 6 bis 9 g pro Liter.

11. Verfahren zur Herstellung eines Stabilisationsmittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Lösungen herge-

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stellt werden:

(1) eine Lösung des Magnesiumsalzes und des anionischen Surfaktans in einem Paraffin-Lösungsmittel;

(2) eine Lösung von Ferrozen in öl;

(3) eine Lösung des Emulgators und der Benzoesäure (wenn anwesend) in einem organischen Lösungsmittelsystem;

worauf die drei Lösungen (1), (2) und (3) zusammengegeben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das öl ein Heizöl ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator in einem araliphatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel und die Benzoesäure (wenn anwesend) in einem niedrigen Alkanol gelöst und die beiden Lösungen zusammengegeben werden.

14. Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Öl-Wasser-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Wasser und ein Stabilisationsmittel nach Anspruch 1 unter heftigem Vermischen öl zugegeben werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Stabilisationsmittel dem Wasser zugegeben und die kombinierte Mischung dem öl zugegeben wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Stabilisationsmittel zu Wasser derart ist, daß

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das Verhältnis der Summe dieser Bestandteile zu Wasser im Gewicht zwischen 1 : 8 400 und 1:14 000 liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stabilisationsmittel nach Anspruch 9 in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 250 bis 1 : 420 zu Wasser zugegeben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser mit öl so kombiniert wird, daß sich ein Produkt ergibt, welches bis zu 50 Volumenprozent Wasser enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt 10 bis 30 Volumenprozent Wasser enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt 18 bis 25 Volumenprozent Wasser enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ul vor der Zugabe des Stabilisationsmittels und des Wassers weniger viskos gemacht wird.

22. Stabilisierte Öl-Wassermischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Stabilisationsmittel nach Anspruch 1 enthält.

23. Stabilisationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Surfaktans (oberflächenaktive Substanz) 1.6 bis 2.4 Gewichtsteile beträgt.

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