JP2004263075A - Continuous process for producing aqueous hydrocarbon fuel emulsion - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous process for producing an aqueous hydrocarbon fuel emulsion. <P>SOLUTION: The process for producing the aqueous hydrocarbon fuel emulsion comprising an emulsion component under emulsification conditions is provided. In this process, the emulsion component comprises a reactant emulsion comprising (A) a liquid hydrocarbon fuel, (B) at least one emulsifier and (C) a W/O emulsion of a liquid hydrocarbon and at least one emulsifier, wherein the liquid hydrocarbon and at least one emulsifier are either the same as, similar to or different from the liquid hydrocarbon fuel A and at least one emulsifier B, respectively, and (D) an aqueous mixture selected from the group consisting of water, water-antifreeze, water-ammonium salt, water-antifreeze-ammonium nitrate mixture and combination thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

乳化剤１：ジメチルエタノールアミンおよびＰＩＢＳＡ（Ｍｎ−２０００）の反応生成物
乳化剤２：ジメチルエタノールアミンおよびヘキサデシル無水コハク酸の反応生成物
乳化剤３：エチレンポリアミンおよびＰＩＢＳＡ（Ｍｎ−１０００）の反応生成物
この２５ガロンを処理タンク内に残して、次のバッチのための反応物エマルジョンとして作用させた。
２．約５９．６ガロンのディーゼル燃料を処理タンクに添加し、続いて約２．１ガロンの乳化剤Ａを加えた。
３．反応物エマルジョン、ディーゼル燃料、および乳化剤Ａを、約３０秒間、ＩＫＡ高速剪断ミキサーによって循環させ、処理タンクに戻した。
４．ミキサーによって循環させ続けながら約３０秒間混合した後、総量約１３．３ガロンの水を、供給配管を通してミキサーの上流に直ちに加えた。この水の供給時間は、約８５秒であった。
５．一旦全ての水を加えると、この混合物を、ＩＫＡミキサーによってさらに約１２分３６秒間循環させ続けた。
６．エマルジョンのサンプルを、１、２、４、７および９タンク回転を示す混合期間中の種々の時間間隔で処理タンクから採取した。１タンク回転は、ミキサーによって１００ガロンをポンピングするのにかかる時間として定義される。
７．結果を表Ｉに示す。
【００４３】
（バッチナンバー２）
１：１ 容量／容量（反応物エマルジョンに対する原料成分の比）を使用した：
１．５０．１ガロンの炭化水素燃料エマルジョンのバッチを、約３９．８ガロンのディーゼル燃料、約８．９ガロンの水、および約１．４ガロンの乳化剤Ａを使用して調製した。この５０．１ガロンを処理タンクに残して、次のバッチのための反応物エマルジョンとして作用させた。
２．約３９．７ガロンのディーゼル燃料を処理タンクに添加し、続いて約１．４ガロンの乳化剤Ａを加えた。
３．反応物エマルジョン、ディーゼル燃料、および乳化剤Ａを、約３０秒間、ＩＫＡ高速剪断ミキサーによって循環させ、処理タンクに戻した。
４．ミキサーによって循環させ続けながら約３０秒間混合した後、総量約８．８ガロンの水を、供給配管を通してミキサーの上流に直ちに加えた。この水の供給時間は、約５６秒であった。
５．一旦全ての水を加えると、この混合物を、ＩＫＡミキサーによってさらに約１２分３６秒間循環させ続けた。
６．エマルジョンのサンプルを、１、２、４、７および９タンク回転を示す混合期間中の種々の時間間隔で処理タンクから採取した。１タンク回転は、ミキサーによって１００ガロンをポンピングするのにかかる時間として定義される。
７．結果を表Ｉに示す。
【００４４】
（バッチナンバー３）
３：１ 容量／容量（反応物エマルジョンに対する原料成分の比）を使用した。濃縮したエマルジョン処方物を、この実施例のために使用し、これによって約８５％容量の処方量のディーゼル燃料を、処理の間に省略した（ｏｍｉｔｔｅｄ）。
１．２５．１ガロンの濃縮した水性炭化水素燃料エマルジョンのバッチを、約８．６ガロンのＣＡＲＢディーゼル燃料、約１４．２ガロンの水、および約２．３ガロンの乳化剤Ａを使用して調製した。約２５．１ガロンを処理タンクに残して、次のバッチのための反応物エマルジョンとして用いた。
２．約２５．６ガロンのＣＡＲＢディーゼル燃料を処理タンクに添加し、続いて約６．６ガロンの乳化剤Ａを加えた。
３．反応物エマルジョン、ディーゼル燃料、および乳化剤Ａを、約３０秒間、ＩＫＡ高速剪断ミキサーによって循環させ、処理タンクに戻した。
４．ミキサーによって循環させ続けながら約３０秒間混合した後、総量約４２．７ガロンの水を、供給配管を通してミキサーの上流に直ちに加えた。
５．一旦全ての水を加えると、この混合物を、ＩＫＡミキサーによってさらに約１６分間循環させ続けた。
６．濃縮したエマルジョンのサンプルを、１、２、４、７および１０．４タンク回転を示す混合期間中の種々の時間間隔で処理タンクから採取した。１タンク回転は、ミキサーによって１００ガロンをポンピングするのにかかる時間として定義される。
７．濃縮したエマルジョンを、希釈タンクにポンピングし、約２２９．３ガロンのＣＡＲＢディーゼル燃料で希釈した。
８．この希釈タンクを、約９分間、遠心ポンプを用いて循環させた。
９．水性炭化水素燃料エマルジョンのサンプルを、処理タンクから採取した。
１０．結果を表Ｉに示す。
【００４５】
（バッチナンバー４）
１：１ 容量／容量（反応物エマルジョンに対する原料成分の比）を使用した。濃縮したエマルジョン処方物を、この実施例のために使用し、これによって約８５％容量の処方量のディーゼル燃料を、処理の間に省略した。
１．約５０．１ガロンの濃縮した水性炭化水素燃料エマルジョンのバッチを、約１７．１ガロンのＣＡＲＢディーゼル燃料、約２８．５ガロンの水、および約４．５ガロンの乳化剤Ａを使用して調製した。約５０．１ガロンを処理タンクに残して、次のバッチのための反応物エマルジョンとして用いた。
２．約１７．１ガロンのＣＡＲＢディーゼル燃料を処理タンクに添加し、続いて約４．４ガロンの乳化剤Ａを加えた。
３．反応物エマルジョン、ディーゼル燃料、および乳化剤Ａを、約３０秒間、ＩＫＡ高速剪断ミキサーによって循環させ、処理タンクに戻した。
４．ミキサーによって循環させ続けながら約３０秒間混合した後、総量約２８．４ガロンの水を、供給配管を通してミキサーの上流に直ちに加えた。
５．一旦全ての水を加えると、この混合物を、ＩＫＡミキサーによってさらに約１６分間循環させ続けた。
６．濃縮したエマルジョンのサンプルを、１、２、４、７および１０．４タンク回転を示す混合期間中の種々の時間間隔で処理タンクから採取した。１タンク回転は、ミキサーによって１００ガロンをポンピングするのにかかる時間として定義される。
７．濃縮したエマルジョンを、希釈タンクにポンピングし、約２２９．３ガロンのＣＡＲＢディーゼル燃料で希釈した。
８．この希釈タンクを、約９分間、遠心ポンプを用いて循環させた。
９．最終的な水性炭化水素燃料エマルジョンのサンプルを、希釈タンクから採取した。
１０．結果を表Ｉに示す。
【００４６】
【表２】

ここに記載される連続プロセスは、本発明の別の実施形態を示す。炭化水素のフィード、乳化剤のフィード、反応物エマルジョンのフィードおよび水のフィードは、別々の（ｄｉｓｃｒｅｅｔ）フィードとしてまたは別々のフィードの別の組み合わせで導入されて、均一な炭化水素燃料エマルジョンを形成する。燃料、乳化剤、水およびエマルジョン反応剤の処理ストリームが、できるだけ乳化デバイスの入口の近くに導入されることが好ましい。乳化剤が、別々のフィードを一緒に組み合わせる前に、炭化水素燃料乳化剤ストリームとして燃料に添加されることが好ましい。
【００４７】
１つの実施形態において、炭化水素燃料、乳化剤および水と反応物エマルジョンとの比は、約９９％の反応物エマルジョンに対して、約１％の炭化水素燃料、乳化剤および水であり、別の実施形態において、約１％の反応物エマルジョンに対して、約９９％の炭化水素燃料、乳化剤および水であり、別の実施形態において、約８５％の反応物エマルジョンに対して、約１５％の炭化水素燃料、乳化剤および水であり、別の実施形態において、約６０％の反応物エマルジョンに対して、約４０％の炭化水素燃料、乳化剤および水であり、別の実施形態において、約４０％の反応物エマルジョンに対して、約６０％の炭化水素燃料、乳化剤および水であり、別の実施形態において、約５０％の反応物エマルジョンに対して、約５０％の炭化水素燃料、乳化剤および水である。開始および終了の間の炭化水素燃料乳化剤ストリームは、炭化水素燃料エマルジョン混合物に対する水の比が、定常状態条件よりも決して大きくないようなストリームである。
【００４８】
連続プロセスは、一般的に、周囲条件下で生じる。連続プロセスは、一般的に、大気圧〜約５００ｐｓｉで行われ、別の実施形態において、ほぼ大気圧〜約１２０ｐｓｉの範囲で行われ、そして別の実施形態において、ほぼ大気圧〜約５０ｐｓｉの範囲で行われる。連続プロセスは、一般的に、周囲温度で行われる。１つの実施形態において、温度は、ほぼ周囲温度〜約２１２°Ｆの範囲であり、そして別の実施形態において、約４０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲である。
【００４９】
乳化は、所望の粒子サイズおよび燃料中の水の均一な分散物を提供し、そして０ｓ^−１より大きい〜約５００，０００ｓ^−１、好ましくは、約２０，０００ｓ^−１〜約２００，０００ｓ^−１、より好ましくは、約２５，０００ｓ^−１〜約１２５，０００ｓ^−１の範囲の剪断での剪断速度で行われる。１つより多くの乳化工程が使用される場合、乳化工程の剪断速度は、使用される乳化剤、および燃料添加剤および／または水に対する反応物エマルジョンの比に依存して、同じであっても、類似しても、異なっていても良い。
【００５０】
別の実施形態において、エマルジョンは、少なくとも１個〜数個の乳化デバイスを通って流れる。別の実施形態において、エマルジョンは、次の１個〜５個の乳化デバイスを通って流れる。エマルジョンは、１個の乳化デバイスから次の乳化デバイスに連続して直接的に、乳化デバイスを連続して通って流れる。
【００５１】
１つの実施形態において、乳化工程の間に、中間の保持タンクがない。乳化は、乳化工程の間にエージングされない。一般的に、エマルジョンが１個の乳化デバイスから別の乳化デバイスに流れる時間は、５分未満であり、別の実施形態において、４分未満であり、別の実施形態において、３分未満であり、別の実施形態において、２分未満であり、別の実施形態において、１分未満であり、そして別の実施形態において、３０秒未満である。
【００５２】
他の乳化工程は、連続して、高い剪断プロセスであり、上記乳化工程に記載されるような周囲条件下で行われる。剪断速度温度および圧力は、この条件が、所望の平均液滴粒子サイズを提供する限り、他の乳化工程と同じであっても、類似していても、異なっていてもよい。
【００５３】
乳化工程は、高い剪断プロセスであり、約０．１ミクロン〜約１ミクロンの範囲、１つの実施形態において、約０．１ミクロン〜約０．９５ミクロンの範囲、１つの実施形態において、約０．１ミクロン〜約０．８ミクロンの範囲、そして１つの実施形態において、約０．１ミクロン〜約０．７ミクロンの範囲、そして１つの実施形態において、約０．２ミクロン〜約０．５ミクロンの範囲の平均粒子液滴サイズを有する炭化水素燃料エマルジョンの均一な分散物を生じる。本発明の重要な特徴は、水性燃料エマルジョン生成物の水相が、１ミクロン未満、別の実施形態において、１ミクロン〜約０．１ミクロン、そして別の実施形態において、１．０ミクロン〜約０．２ミクロンの平均直径を有する水滴から構成されることである。
【００５４】
乳化は、この産業において公知な任意の方法によって行われ、これには、限定されないが、混合、メカニカルミキサー攪拌、静的（ｓｔａｔｉｃ）ミキサー、剪断ミキサー、音響（ｓｏｎｉｃ）ミキサー、高圧ホモジナイザーなどが挙げられる。乳化デバイスの例としては、限定しないが、Ａｑｕａｓｈｅａｒ、パイプライン静的ミキサーなどが挙げられる。Ａｑｕａｓｈｅａｒは、低圧液圧剪断（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｈｅａｒ）デバイスである。物質は、ドリルされた穴を有する２つの面するプレートを通して混合チャンバに押しやられる。２つのプレートは、逆回転の流れを引き起こし、物質を混合させる。Ａｑｕａｓｈｅａｒミキサーは、Ｆｌｏｗ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃから入手可能である。
【００５５】
さらなる乳化デバイスとしては、ＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ、Ｉｎｃ．ＤｉｓｐａｘＲｅａｃｔｏｒのような高剪断デバイスが挙げられる。ＩＫＡ剪断ミキサーは、３段階のローター／スターターの組み合わせを備えるＤＲ３−６を使用する。ローター／スターター発生器の先端速度は、モーターを制御する可変周波数デバイスによって変化され得る。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎミキサーは、２段階ミキサーであり、これは、ローター／スターター設計を組み込む。ミキサーは、遠心ポンプと類似の、高容量ポンピング特性を有する。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるインライン剪断ミキサー（ローター−スターター乳化アプローチ）；Ｊｅｔ Ｍｉｘｅｒｓ（ベンチュリ型／キャビテーション剪断ミキサー）、Ｓｏｎｉｃ Ｃｏｒｐ．によって作製されるＵｌｔｒａｓｏｎｏｌａｔｏｒ（超音波乳化アプローチ）、Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｉｎｃ．から市販されるＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ剪断ミキサー（高圧均質化剪断ミキサー）、超音波ミキサー、および任意の他の利用可能な高剪断ミキサー。
【００５６】
これらの乳化デバイスは、１ミクロン未満〜約０．１ミクロンまたはそれ以下の範囲の水滴の平均粒子サイズに減少させる能力を有しなければならない。
【００５７】
炭化水素燃料、少なくとも１つの乳化剤および水は、乳化されて、反応物エマルジョンを形成する。反応物エマルジョンは、水性炭化水素燃料エマルジョンをリサイクルすることから形成されるか、または別々の容器内で少なくとも１つの乳化剤とともに炭化水素燃料を乳化させることによって別々に形成される。水は、必要に応じて、水溶性添加剤を含み得る。反応物エマルジョンは、一般的に、プロセスにおいてリサイクルされる。反応物エマルジョンは、水性炭化水素燃料と同じ、類似または異なる炭化水素燃料および／または乳化剤を含み得る。反応物エマルジョンは、所望の水性炭化水素燃料エマルジョンと同じ、類似または異なる組成であり得る。反応物エマルジョンを開始成分として使用することによって、全体の粒子サイズが減少し、そして水性炭化水素燃料エマルジョンの安定性が増加する。
【００５８】
炭化水素燃料および乳化剤は、約５０重量％〜約９９重量％、好ましくは、約８５重量％〜約９８重量％、そしてより好ましくは、約９５重量％〜約９８重量％の炭化水素燃料を含み、そしてこれは、さらに、約０．０５重量％〜約２５重量％、好ましくは、約１重量％〜約１５重量％、そしてより好ましくは、約１重量％〜約５重量％の少なくとも１つの乳化剤を含む。
【００５９】
必要に応じて、添加剤が、反応物エマルジョン、炭化水素燃料、乳化剤、水またはそれらの組み合わせに添加され得る。添加剤としては、限定しないが、セタン価向上剤、有機溶媒、不凍化剤、界面活性剤、燃料における使用について公知の他の添加剤などが挙げられる。この添加剤は、その添加剤の溶解度に依存して、第１乳化工程の前および代替として、反応物エマルジョン、炭化水素燃料、乳化剤または水に添加される。添加剤は、一般的に、約１重量％〜約４０重量％、好ましくは、約５重量％〜約３０重量％、そしてより好ましくは、約７重量％〜約２５重量％の添加剤乳化剤の範囲である。
【００６０】
水は、必要に応じて、限定しないが、水溶性添加剤（例えば、不凍液、硝酸アンモニウム、アンモニウム塩またはこれらの混合物）を含み得る。硝酸アンモニウムは、一般的に、水溶液のような水混合物に添加される。１つの実施形態において、水、不凍液および／または硝酸アンモニウムは、動的に混合され、そして連続的にプロセスに供給される。別の実施形態において、水、不凍液、硝酸アンモニウム、またはその混合物は、別々のタンクおよび／またはその組み合わせから流れ出て、第１乳化工程へと流れるか、あるいは、第１乳化工程の前に混合される。１つの実施形態において、水、水アルコール、水−硝酸アンモニウム、または水−アルコール硝酸アンモニウム混合物は、乳化工程の直前または乳化工程において、炭化水素燃料添加剤と一緒になる。
【００６１】
プログラム可能制御装置（ｐｌｃ）を、成分の連続フローを管理し、それによって、流速および混合比を所定の混合比に従って制御するために必要に応じて使用する。ｐｌｃは、操作者によって成分割合の入力を記憶する。次いで、ｐｌｃは、これらの割合を使用して、必要とされるそれぞれの成分の容積／流れを規定する。連続フローの順序は、ｐｌｃにプログラムされる。ｐｌｃは、すべてのレベルのスイッチ、バルブ位置および流量計をモニターする。
【００６２】
（実施例５）
この実施例は、連続プロセスによる炭化水素燃料エマルジョンの作製を説明する。以下の成分を有する混合物が調製される。
【００６３】
【表３】

乳化剤１：ジメチルエタノールアミンおよびＰＩＢＳＡ（Ｍｎ−２０００）の反応生成物
乳化剤２：ジメチルエタノールアミンおよび無水ヘキサデシルコハク酸の反応生成物
乳化剤３：エチレンポリアミンおよびＰＩＢＳＡ（Ｍｎ−１０００）の反応生成物。
【００６４】
約２．８８重量％の乳化剤反応物を、約９７．１２重量％のディーゼル燃料に添加し、そして混合して炭化水素燃料乳化剤混合物を作製する。炭化水素燃料および乳化剤（１分当たり４．９５ガロンの流速（Ｆ１））を、１分当たり約６．０ガロンの流速を有するエマルジョン反応物（Ｆ４）とともに、室温で、１分当たり約１．０５ガロンの流速を有する水（Ｆ２）を用いて乳化した。処理ストリームを、できるだけ剪断ミキサーの入口近くに導入した。剪断ミキサーは、約９６００ｒｐｍ（１分当たりの回転）で作動する、３つの超微細混合要素を備える１２ ＧＰＭ ＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ Ｄｉｓｐａｘミキサーであった。次いで、このミキサーからの出力（Ｆ３）を、２つのストリームに分け、ここで、１分当たり約６．０ガロンが、導管を通ってＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ Ｄｉｓｐａｘミキサーの入口に向けられ（Ｆ４）、そして１分当たり約６．０ガロンが、導管を通って貯蔵にポンプで送られた（Ｆ５）。このプロセスは、以下の粒子サイズ分布を有するＷ／Ｏエマルジョンを生成することが示されている（図１を参照のこと）。
【００６５】
エマルジョン同時供給のない（すなわち、Ｆ４＝１分当たり０ガロン）プロセスによって作製された同一処方物を用いた連続プロセスによって作製された、生じたエマルジョンの粒子サイズは、図２に示される。
【００６６】
同時供給されたエマルジョンを使用する連続プロセスは、高い品質の結果を予想外に一貫して生成したことを示した。
【００６７】
連続プロセスによって生成される水性炭化水素燃料エマルジョン生成物は、バッチ処理より短い処理時間を含む。従って、同じ水−混合燃料生成物を作製するための本発明のプロセスは、増加した処理能力および効率のため、他のプロセスに対する改善である。
【００６８】
（炭化水素燃料）
液体炭化水素燃料は、炭化水素性石油留出燃料、非炭化水素性物質（水が挙げられるがこれらに限定されない）、油、植物由来の液体燃料、鉱物由来の液体燃料、およびその混合物を含む。液体炭化水素燃料は、炭化水素性石油留出液燃料のいずれかおよび全てであり得、ＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄ４３９により規定される自動車用ガソリンあるいはＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄ３９６により規定されるディーゼル燃料あるいは燃料オイルなど（灯油、ナフサ、脂肪族、およびパラフィン）が挙げられるがこれらに限定されない。非炭化水素性物質を含む液体炭化水素燃料として、アルコール（例えば、メタノール、エタノールなど）、エーテル（ジエチルエーテル、メチルエチルエーテルなど）、有機窒素化合物など；植物または鉱物（例えば、トウモロコシ、アルファルファ、ケツ岩、石炭など）由来の液体燃料を含むがこれらに限定されない。液体炭化水素燃料はまた、１つ以上の炭化水素性燃料および１つ以上の非炭化水素性物質の混合物を含む。このような混合物の例は、ガソリンおよびエタノールの組み合わせ、ならびにディーゼル燃料およびエーテルの組み合わせである。１つの実施形態において、液体炭化水素燃料は、任意のガソリンである。一般的に、ガソリンは、１０％蒸留点で約６０℃〜９０％蒸留点で約２０５℃のＡＳＴＭ蒸留範囲を有する炭化水素の混合物である。１つの実施形態において、ガソリンは、無塩素ガソリンまたは約１０ｐｐｍ以下の塩素含量により特徴付けられる低塩素ガソリンである。
【００６９】
１つの実施形態において、液体炭化水素燃料は、任意のディーゼル燃料である。これらのディーゼル燃料は、代表的に、約３００℃〜約３９０℃の範囲、そして１つの実施形態において、約３３０℃〜約３５０℃の範囲の、９０％点蒸留温度（ｐｏｉｎｔ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有する。これらの燃料に対する粘度は、代表的に、４０℃で、約１．３〜約２４センチストークスの範囲である。これらのディーゼル燃料は、ＡＳＴＭ Ｄ９７５で規定されたＧｒａｄｅ Ｎｏ．１−Ｄ、２−Ｄまたは４−Ｄのいずれかに分類され得る。これらのディーゼル燃料は、アルコールおよびエステルを含有し得る。１つの実施形態において、このディーゼル燃料は、ＡＳＴＭ Ｄ２６２２−８７で規定された試験方法により決定されるように、約０．０５重量％までの硫黄含量を有する（低硫黄ディーゼル燃料）。１つの実施形態において、このディーゼル燃料は、無塩素または約１０ｐｐｍ以下の塩素含量により特徴付けられる低塩素ディーゼル燃料である。
【００７０】
液体炭化水素燃料は、約５０重量％〜約９５重量％、１つの実施形態において、約６０重量％〜約９５重量％、１つの実施形態において、約６５重量％〜約８５重量％、そして１つの実施形態において、約８０重量％〜約９０重量％の水性炭化水素燃料エマルジョンの濃度で、水性炭化水素燃料エマルジョン中に存在する。
【００７１】
（水）
水性炭化水素燃料エマルジョンにおいて使用される水は、任意の供給源から獲得され得る。水としては、水道水、脱イオン水、脱塩水、例えば、逆浸透法または蒸留などを用いて精製された水が挙げられるが、これに限定されない。水としては、不凍液（例えば、アルコールおよびグリコール）、アンモニウム塩（硝酸アンモニウム、マレイン酸アンモニウム、酢酸アンモニウムなど）およびそれらの組み合わせをさらに含む、水混合物を含む。
【００７２】
この水は、水性炭化水素燃料エマルジョン中に、約１重量％〜約５０重量％、１つの実施形態において、約５重量％〜約５０重量％、１つの実施形態において、約５重量％〜約４０重量％、１つの実施形態において、約５重量％〜約２５重量％、そして１つの実施形態において、約１０重量％〜約２０重量％の水の濃度で、存在し得る。
【００７３】
（反応物エマルジョン成分）
反応物エマルジョンは、このプロセスの成分の少なくとも１つであり、そして必ずしも、化学反応における反応物である必要はない。反応物エマルジョンは。炭化水素燃料、水、および少なくとも１つの乳化剤を含む。反応物エマルジョンは、（１）標準的な混合技術を用いて、燃料と乳化量の少なくとも１つの乳化剤とを混合して最初のエマルジョン成分を形成する工程、または、代替的には、乳化混合条件下で反応物エマルジョンを形成する工程により調製され得る。この反応物エマルジョンは、本発明のプロセスを含む任意のエマルジョンプロセスから調製され得る。この調製は、実際には、精錬した乳化燃料を、より多くの乳化剤燃料を作製するプロセスにリサイクルすることである。
【００７４】
最初のエマルジョン成分は、約５０重量％〜約９９重量％、別の実施形態において約８５重量％〜約９８重量％、そして別の実施形態において、約９５重量％〜約９８重量％の炭化水素燃料を含み、そしてこれは、約０．０５重量％〜約２５重量％、別の実施形態において約１重量％〜約１５重量％、そして別の実施形態において、約１重量％〜約５重量％の乳化剤をさらに含む。
【００７５】
この反応物乳化剤は、同一であるか、類似するか、または異なる乳化剤、および同一であるか、類似するか、または異なる燃料を有し得、次いで、水性の炭化水素燃料エマルジョンを形成するために使用される。乳化剤として以下が挙げられるがこれらに限定されない：
（ｉ）少なくとも１つのヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミン（アルカノールアミン、ヒドロキシアミンなどを含むがこれらに限定されない）とを反応させることにより生成される、少なくとも１つの燃料溶解性生成物であって、このアシル化剤のヒドロカルビル置換基が、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する、燃料溶解性生成物；
（ｉｉ）約１〜約４０の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）を有する、少なくとも１つのイオン性または非イオン性化合物；
（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の混合物；
（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖ）、（ｖｉｉ）またはそれらの組み合わせと組み合わせた、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、硝酸エステル、ニトラミン、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩からなる群から選択される水溶性化合物；
（ｖ）少なくとも１つのヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤と、アンモニア、アミン、ポリアミン、アルカノールアミン、またはヒドロキシアミンとを反応させることによって生成される、ポリ酸ポリマーと少なくとも１つの燃料溶解性生成物との反応生成物、
（ｖｉ）アルキルフェノール、アルデヒド、およびアミンを反応させることにより生成される、アミノアルキルフェノール、または
（ｖｉｉ）（ｖｉ）と、（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）、（ｖ）またはそれらの混合物との組み合わせ。
【００７６】
（乳化剤）
（燃料溶解性生成物（ｉ））
燃料溶解性生成物（ｉ）は、少なくとも１つのヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミン（アルカノールアミン、ヒドロキシアミンなどを含むがこれらに限定されない）とを反応させることにより合成される、少なくとも１つの燃料溶解性生成物であり得る。このアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有し、そしてＵＳＳＮ ０９／７６１，４８２、Ａｎ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ Ｆｏｒ Ａｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｆｕｅｌ（本明細書中で参考として援用される）により詳細に記載されている。
【００７７】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、カルボン酸またはこのような酸の反応等価物であり得る。これらの反応等価物は、酸ハロゲン化物、無水物、またはエステル（部分エステルを含む）などであり得る。これらのカルボン酸アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子、１つの実施形態において、約５０個〜約３００個の炭素原子、１つの実施形態において、約６０個〜約２００個の炭素原子を含有し得る。１つの実施形態において、これらのアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約７００〜約３０００、そして１つの実施形態において、約９００〜約２３００の数平均分子量を有する。
【００７８】
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、１つ以上のα，β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬（これは、そのカルボキシル基を除いて、２個〜約２０個の炭素原子を含有する）と以下でさらに詳細に記述する１つ以上のオレフィン性ポリマーとを反応させることにより、生成され得る。
【００７９】
１つの実施形態において、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、そして１つの実施形態において、約１８００〜約２３００、１つの実施形態において、約７００〜約１３００、そして１つの実施形態において、約８００〜約１０００の数平均分子量を有し、該第一ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．３個〜約２．５個、そして１つの実施形態において、約１．７個〜約２．１個のコハク酸基により、特徴付けられる。１つの実施形態において、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約１５００〜約３０００、そして１つの実施形態において、約１８００〜約２３００の数平均分子量を有し、該ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基１当量あたり、約１．３個〜約２．５個、１つの実施形態において、約１．７個〜約２．１個、１つの実施形態において、約１．０個〜約１．３個、そして１つの実施形態において、約１．０個〜約１．２個のコハク酸基により、特徴付けられる。
【００８０】
燃料溶解性生成物（ｉ）は、アンモニア、アミンおよび／または金属（例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｃａなど）を使用して、形成され得る。このアシル化剤と反応して生成物（ｉ）を形成するのに有用なアミンには、モノアミン、ポリアミン、アルカノールアミン、ヒドロキシアミン、およびそれらの混合物が挙げられるがこれらに限定されない。アミンは、第１級アミン、第２級アミン、または第３級アミンであり得る。
【００８１】
第１級および第２級モノアミンの例として、エチルアミン、ジエチルアミン、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、アリルアミン、イソブチルアミン、ココアミン、ステアリルアミン、ラウリルアミン、メチルラウリルアミン、オレイルアミン、Ｎ−メチルオクチルアミン、ドデシルアミンおよびオクタデシルアミンが挙げられる。第３級モノアミンの適切な例には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、モノエチルジメチルアミン、ジメチルプロピルアミン、ジメチルブチルアミン、ジメチルペンチルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルヘプチルアミン、およびジメチルオクチルアミンが挙げられる。
【００８２】
アミンとして以下が挙げられるがこれらに限定されない：ヒドロキシアミン（例えば、モノ−、ジ−およびトリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジ−（３−ヒドロキシプロピル）アミン、Ｎ−（３−ヒドロキシブチル）アミン、Ｎ−（４−ヒドロキシブチル）アミン、およびＮ，Ｎ−ジ−（２−ヒドロキシプロピル）アミン）；アルキレンポリアミン（例えば、メチレンポリアミン、エチレンポリアミン、ブチレンポリアミン、プロピレンポリアミン、ペンチレンポリアミンなど）。このようなポリアミンの特定の例として、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ヘキサエチレンヘプタミン、ペンタエチレンヘキサミン、またはそれらの２つ以上の混合物が挙げられる。エチレンポリアミンは、ポリアミンボトムまたはヘビーポリアミンである。この燃料溶解性生成物（ｉ）は、塩、エステル、エステル／塩、アミド、イミド、またはそれらの２つ以上の組み合わせであり得る。
【００８３】
燃料溶解性生成物（ｉ）は、水−燃料エマルジョン中に、エマルジョンの全重量に基づき、約１５重量％までの濃度、１つの実施形態において、約０．１〜約１５重量％、１つの実施形態において、約０．１〜約１０重量％、１つの実施形態において、約０．１〜約５重量％、１つの実施形態において、約０．１〜約２重量％、１つの実施形態において、約０．１〜約１重量％、そして１つの実施形態において、約０．１〜約０．７重量％の濃度で存在し得る。
【００８４】
（イオン性または非イオン性化合物（ｉｉ））
イオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）は、約１〜約４０、１実施形態では、約４〜約１５の範囲の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ、これは、界面活性剤分子の極性（親水性）基および非極性（親油性）基の大きさおよび強さをいう）を有し、米国特許出願第０９／７６１，４８２号、Ａｎ ＥｍｕｌｓｉｆｉｅｒＦｏｒ Ａｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｆｕｅｌ（本明細書中に参考として援用される）中により詳細に記載される。これらの化合物の例は、ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ，１９９８，Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ ＆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎで開示されている。Ｎｏｒｔｈ ＡｍｅｒｉｃａｎＥｄｉｔｉｏｎの１〜２３５頁およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎの１〜１９９頁の内容は、約１〜約４０の範囲、１実施形態において約１〜約３０の範囲、１実施形態において約１〜２０の範囲、別の実施形態において約１〜約１０の範囲のＨＬＢを有するこのようなイオン性化合物および非イオン性化合物の開示内容について、本明細書中で参考として援用されている。例としては、（ｉ）〜（ｖｉｉ）の低分子量の変形（例えば、Ｃ_８〜Ｃ_２０の範囲の炭化水素基を有する化合物）が挙げられる。有用な化合物には、アルカノールアミド、カルボキシレート（アミン塩、金属塩などを含めて）、アルキルアリールスルホネート、アミンオキシド、ポリ（オキシアルキレン）化合物（アルキレンオキシド繰り返し単位を含有するブロック共重合体を含めて）、カルボキシル化アルコールエトキシレート、エトキシル化アルコール、エトキシル化アルキルフェノール、エトキシル化アミンおよびアミド、エトキシル化脂肪酸、エトキシル化脂肪酸エステルおよび脂肪油、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド（限定されないが、トール油脂肪酸由来のアミドおよびポリアミドを含めて）、グリセロールエステル、グリコールエステル、ソルビタンエステル、イミダゾリン誘導体、レシチンおよび誘導体、リグニンおよび誘導体、モノグリセリドおよび誘導体、オレフィンスルホネート、リン酸エステルおよび誘導体、プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸もしくはアルコールまたはアルキルフェノール、ソルビタン誘導体、スクロースエステルおよび誘導体、サルフェートまたはアルコールまたはエトキシル化アルコールまたは脂肪酸エステル、ドデシルおよびトリデシルベンゼンまたは縮合ナフタレンまたは石油のスルホネート、スルホスクシネートおよび誘導体、およびトリデシルおよびドデシルベンゼンスルホン酸が挙げられる。
アミン塩の好ましい実施形態において、アミン塩は、例えば、アルケニル無水コハク酸とアルカノールアミン（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミンなど）との反応生成物のようなＣ_８〜Ｃ_２０アルケニルコハク酸エステルアミン塩である。
【００８５】
（乳化剤混合物（ｉｉｉ））
（ｉ）および（ｉｉ）の混合物は、米国特許出願第０９／７６１，４８２、Ａｎ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ Ｆｏｒ Ａｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｆｕｅｌ（本明細書中に参考として援用される）中により詳細に記載される。
【００８６】
（水溶性化合物（ｉｖにおいて））
この水溶性化合物は、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、またはそれらの２種またはそれ以上の混合物であり得、これらの化合物は、米国特許出願第０９／７６１，４８２、Ａｎ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ Ｆｏｒ Ａｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｆｕｅｌ（本明細書中に参考として援用される）中により詳細に記載される。これらの化合物は、上述の燃料溶解性生成物（ｉ）およびイオン性または非イオン性化合物（ｉｉ）とは異なる。これらの水溶性化合物には、有機アミン硝酸塩、硝酸エステル、アジド、ニトロアミン、およびニトロ化合物が挙げられる。また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属炭酸塩、硫酸塩、硫化物、スルホン酸塩なども含まれる。
【００８７】
特に有用なのは、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸メチルアンモニウム、酢酸メチルアンモニウム、エチレンジアミン二酢酸塩；硝酸尿素；尿素；硝酸グアニジニウム；およびそれらの組み合わせのようなアミンまたはアンモニウム塩である。
【００８８】
水溶性化合物は、この水−燃料エマルジョン中にて、約０．００１重量％〜約１重量％、１実施形態では、約０．０１重量％〜約１重量％の濃度で、存在し得る。
【００８９】
（乳化剤（ｖ））
１実施形態において、乳化剤（ｖ）は、（Ａ）ポリ酸ポリマー、（Ｂ）少なくとも１種の燃料溶解性生成物であって、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤を反応させることにより作製される、燃料溶解性生成物、および（Ｃ）ヒドロキシアミンおよび／またはポリアミン、の反応生成物であり、米国特許出願第０９／７６１，４８２、Ａｎ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ Ｆｏｒ Ａｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｆｕｅｌ（本明細書中に参考として援用される）中により詳細に記載される。
【００９０】
燃料溶解性生成物は、少なくとも１つのヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤と、ヒドロキシアミンおよび／またはポリアミンとを反応させることによって作製され、この生成物は、本明細書中に前述される。
【００９１】
この反応に使用されるポリ酸ポリマーとしては、Ｃ_４〜Ｃ_３０、好ましくは、Ｃ_８〜Ｃ_２０のオレフィン／無水マレイン酸コポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。α−オレフィンとしては、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ウンデセン、１−ドデセン、１−トリデセン、１−テトラデセン、１−ペンタデセン、１−ヘキサデセン、１−ヘプタデセン、１−オクタデセン、１−エイコセン、１−ドコセン、１−トリアコンテン、など。この有用なα−オレフィンフラクションとしては、以下が挙げられる：Ｃ_{ｌ５−ｌ８}α−オレフィン、Ｃ_{ｌ２−ｌ６}α−オレフィン、Ｃ_{ｌ４−１６}α−オレフィン、Ｃ_{１４−１８}α−オレフィン、Ｃ_{１６−１８}αオレフィン、Ｃ_{１８−２４}α−オレフィン、Ｃ_{１８−３０}α−オレフィン、など。前述のα−オレフィンまたはα−オレフィン部分のいずれかの２つ以上の混合物が、使用され得る。上述のαオレフィンまたはαオレフィンフラクションのいずれかの２つ以上の混合物が使用され得る。
【００９２】
反応に関して適切な他のポリ酸ポリマーとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：無水マレイン酸／スチレン共重合体；ポリ無水マレイン酸；アクリル酸およびメタクリル酸含有重合体；ポリ（アルキル）アクリレート；無水マレイン酸と複数の二重結合を有する重合体との反応生成物；そしてこれらの組み合わせ。好ましいのは、ポリ酸ポリマーＣ_１８［１−オクタデセン］／無水マレイン酸共重合体である。
【００９３】
別の実施形態において、ポリ酸ポリマーは、オレフィンおよび下式：
【００９４】
【化１】

の構造を有するモノマーのコポリマーである。
式中、ＸおよびＸ１は、同じかまたは異なり、ただし、ＸおよびＸ_１の少なくとも１つは、コポリマーがカルボキシルアシル化剤として機能し得るような基である。
【００９５】
このオレフィンとしては、１個またはそれ以上のエチレン性不飽和基の存在により特徴づけられる重合可能なオレフィンが挙げられる。これらのオレフィンモノマーとしては、１−ヘキセン、オクタデセン−１およびジイソブチレンが挙げられるが、これらに限定されない。このオレフィンは、好ましくは、Ｃ_４〜Ｃ_３０オレフィンである。
【００９６】
ポリ酸ポリマーと燃料溶解性生成物（ｉ）との反応生成物から生成される乳化剤は、約２５％〜約９５％の燃料溶解性生成物および約０．１％〜約５０％のポリ酸ポリマー；好ましくは、約５０％〜約９２％の燃料溶解性生成物および約１％〜約２０％のポリ酸ポリマー、そして最も好ましくは、約７０％〜約９０％の燃料溶解性生成物および約５％〜約１０％のポリ酸ポリマーを含む。１実施形態において、上記乳化剤は、オレフィン／無水マレイン酸コポリマーで架橋されたポリアルケニルコハク酸イミドとして記載される。
【００９７】
（アミノアルキルフェノール乳化剤（ｖｉ）および（ｖｉｉ））
アミノアルキル乳化剤は、アミノアルキルフェノールを生じる、アルキルフェノール、アルデヒド、およびアミンの反応生成物で構成される。アミノアルキルフェノールは、（ａ）アルキルフェノールと、アルデヒドおよびアミンとを直接反応させて、アミンにメチレン基によって結合したアルキルフェノールモノマーを生じる反応、（ｂ）アルキルフェノールとアルデヒドとを反応させて、アルキルフェノールがメチレン基で架橋されているオリゴマーを生じる反応であって、上記オリゴマーは、次いで、より多くのアルデヒドおよびアミンと反応してマンニッヒ生成物を与える反応、または（ｃ）（ａ）および（ｂ）の混合によって作製され得る。
【００９８】
アルキルフェノールは、Ｃ_１〜Ｃ_２００、好ましくは、Ｃ_６〜Ｃ_１７０から選択されるアルキル基を有し、ここで、このアルキル基は、直鎖、分枝またはそれらの組み合わせのいずれかである。アルキルフェノールとしては、以下が挙げられるが、限定されない：ポリプロピルフェノール、ポリブチルフェノール、ポリ（イソブテニル）フェノール、ポリアミルフェノール、テトラプロピルフェノール、同様に置換されたフェノールなど。好ましいアルキルフェノールは、テトラプロペニルフェノールおよびポリ（イソブテニル）フェノールである。例えば、フェノールの代わりに、レゾルシノール、ハイドロキノン、カテコール、クレゾール、キシレノール、アミルフェノール、ヒドロキシジフェニル、ベンジルフェノール、フェニルエチルフェノール、メチルヒドロキシジフェニル、α−ナフトールおよびβ−ナフトール、α−メチルナフトールおよびβ−メチルナフトール、トリルナフトール（ｔｏｌｉｌｉｎａｐｈｔｈｏｌ）、キシリルナフトール、ベンジルナフトール、アントラノール、フェニルメチルナフトール、フェナントロール、カテコールのモノメチルエーテル、フェノキシフェノール、クロロフェノール、ヒドロキシフェニルスルフィド、などのアルキル置換された化合物が使用され得る。
【００９９】
アルデヒドとしては、以下が挙げられるが、限定されない：脂肪族アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド；アセトアルデヒド；アルドール（β−ヒドロキシブチルアルデヒド））；芳香族アルデヒド（例えば、ベンズアルデヒド）；複素環式アルデヒド（例えば、フルフラール）など。アルデヒドは、ヒドロキシル、ハロゲン、ニトロなどのような置換基を含み得；この中で、置換基は、反応における主要な部分をなさない。好ましいアルデヒドは、ホルムアルデヒドである。
【０１００】
アミンは、少なくとも１つの活性水素原子の存在によって特徴付けられるアミノ基を含む。このアミンは、一級アミノ基、二級アミノ基、または一級アミノ基と二級アミノ基の組み合わせであり得る。
【０１０１】
アミンとしては、以下が挙げられるが、限定されない：アルカノールアミン（例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミンなど）；ジアミンおよびポリアミン（ポリアルキレン（ｐｏｌｙａｌｋｙｅｎｅ）アミン）（例えば、ジメチルアミノプロピルアミン、３−アミノプロピルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンなど（ＨＰＡＸ（Ｔｈｅ Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販）、Ｅ−１００（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販）などのような蒸留ボトムを含む））、など；ポリアルキルポリアミン；プロピレンジアミン、芳香族アミン（例えば、ｏ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ジアミノナフタレン）；酸置換されたポリアルキルポリアミン（例えば、Ｎ−アセチルテトラエチレンペンタミン、および対応するホルミル−、プロピオニル−、ブチリル−などのＮ−置換化合物；ならびにそれらから形成される対応する環化化合物（例えば、イミダゾリジンおよびピリミジンのＮ−アルキルアミン）。（適切な二級複素環アミンは、例えば、モルホリン、チオモルホリン、ピロール、ピロリン、ピロリジン、インドール、ピラゾール、ピラゾリン、ピラゾリジン、イミダゾール、イミダゾリン、イミダゾリジン、ピペリジン、フェノキサジン、フェンチアジンおよびそれらの置換アナログのような複素環基中の窒素原子への水素原子の結合によって特徴付けられる。これらのアミンの炭素原子に結合する置換基は、アルキル、アリール、アルカリール、アラルキル、シクロアルキル、および上述のアミノ化合物によって代表される）
「アミン」としては、アルケニル無水コハク酸（例えば、下式の無水コハク酸）
【０１０２】
【化２】

またはアルケニルコハク酸（例えば、下式のコハク酸）
【０１０３】
【化３】

と、上述の節のアミンとを反応させることによって得られる生成物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０４】
上の式において、Ｒは、アルキレン基である。アルケニル基は、直鎖または分枝鎖であり得；そしてオレフィン性の二重結合に付加する物質（例えば、水素、硫黄、臭素、塩素、またはヨウ素）の付加によって不飽和点で飽和され得る。アルケニル基において少なくとも２個の炭素原子が存在しなければならないが、アルケニル基中の炭素原子の数の実際の上限は存在しない。アルケニル無水コハク酸およびアルケニルコハク酸は、本発明の目的のために交換可能である。アルケニル無水コハク酸成分の限定されない例は、以下である：エテニル無水コハク酸；エテニルコハク酸；エチル無水コハク酸；プロペニル無水コハク酸；硫化プロペニル無水コハク酸；ブテニルコハク酸；２−メチルブテニル無水コハク酸；１，２−ジクロロペンチル無水コハク酸；ヘキセニル無水コハク酸；ヘキシルコハク酸；硫化３−メチルペンチル無水コハク酸；２，３−ジメチルブテニル無水コハク酸；３，３−ジメチルブテニルコハク酸；１，２−ジブロモ−２−エチルブチルコハク酸；ヘプテニル無水コハク酸；１，２−ジヨードオクチルコハク酸；オクテニル無水コハク酸；ジイソブテニル無水コハク酸；２−メチルヘプテニル無水コハク酸；４−エチルヘキセニルコハク酸；２−イソプロピルペンテニル無水コハク酸；ノネニル無水コハク酸；２−プロピルヘキセニル無水コハク酸；デセニルコハク酸；デセニル無水コハク酸；５−メチル−２−イソプロピル−ヘキセニル無水コハク酸；１，２−ジブロモ−２−エチルオクテニル無水コハク酸；デシル無水コハク酸；ウンデセニル無水コハク酸；１，２−ジクロロウンデシルコハク酸；３−エチル−２−ｔ−ブチルペンテニル無水コハク酸；テトラプロペニル無水コハク酸；テトラプロペニルコハク酸；トリイソブテニル無水コハク酸；２−プロピル−ノニル無水コハク酸；３−ブチルオクテニル無水コハク酸；トリデセニル無水コハク酸；テトラデセニル無水コハク酸；ヘキサデセニル無水コハク酸；硫化オクタデセニルコハク酸；オクタデシル無水コハク酸；１，２−ジブロモ−２−メチルペンタデセニル無水コハク酸；８−プロピルペンタデシル無水コハク酸；エイコセニル無水コハク酸；１，２−ジクロロ−２−メチルノナデセニル無水コハク酸；２−オクチルドデセニルコハク酸；１，２−ジヨードテトラコセニル無水コハク酸；ヘキサコセニルコハク酸；ヘキサコセニル無水コハク酸；ヘントリアコンテニル無水コハク酸ならびにそれらの組み合わせ。一般的に、アルケニル基中に、約８〜約３５炭素原子、好ましくは約９〜約１８炭素原子を有するアルケニル無水コハク酸。上記のアルケニル無水コハク酸を調製するための方法は、当業者に公知であり、最も可能な方法は、オレフィンと無水マレイン酸との反応を含む。
【０１０５】
上記反応物は、任意の公知の方法（例えば、エマルジョン、溶液、懸濁液、連続添加バルクプロセスなど）によって調製される。上記反応は、所望の生成物の形成を提供する条件下で行われる。反応温度は、約４０℃〜約２００℃の範囲、好ましくは、約５０℃〜約１６０℃の範囲、そしてより好ましくは、約６０℃〜約１５０℃の範囲である。反応は、加圧または減圧で行われ得るが、好ましくは、大気圧で行われる。反応は、一般的に、約１５分〜約８時間の範囲、好ましくは、約１時間〜約６時間の範囲、そしてさらに好ましくは、約２時間〜約４時間の範囲の時間で行われる。
【０１０６】
本発明のアミノアルキルフェノール乳化剤は、１：１：０．１のモル比〜１：２：２のモル比の範囲、１実施形態において好ましくは１：０．９：０．１〜１：１．９：１．９の範囲、１実施形態において好ましくは１：１．５：１．２のモル比〜１：１．９：１．８のモル比の範囲、そして１実施形態において好ましくは１：０．８：０．３〜１：１．５：０．７の範囲でアルキルフェノール：アルデヒド：アミンを反応させることによって作製され得、アミノアルキルフェノール乳化剤を得る。
【０１０７】
水混合燃料中で処理される乳化剤についての範囲は、エマルジョン全重量に対して、約０．０５重量％〜約２０重量％、そして別の実施形態において、０．０５重量％〜約１０重量％、そして別の実施形態において、約０．１重量％〜約５重量％、そして別の実施形態において、０．１重量％〜約３重量％の濃度である。
【０１０８】
本発明の別の実施形態において、アミノアルキルフェノールは、アルキルフェノールとアルデヒドとの反応によって作製され、アルキルフェノールがメチレン基で架橋されるオリゴマーを生じ；次いで、上記オリゴマーは、さらなるアルデヒドおよびアミンと反応して本発明の乳化剤マンニッヒ生成物を与える。上記反応物は、任意の公知の方法（例えば、エマルジョン、溶液、懸濁液、連続添加バルクプロセスなど）によって調製される。上記反応は、所望の生成物の形成を提供される条件下で行われる。
【０１０９】
反応は、約０℃〜約１５０℃の範囲、好ましくは、約２０℃〜約１００℃の範囲、そしてさらに好ましくは、約３０℃〜約７０℃の範囲の温度で、約１５分〜約８時間、好ましくは、約１時間〜約６時間、そしてさらに好ましくは、約２．５時間〜約５時間の範囲の時間にわたって行われ、アルキルフェノールがメチレン基で架橋されたオリゴマーを生じる。次いで、この中間体生成物は、オリゴマー約１モル：アミン０．１モル〜オリゴマー約１モル：アミン２モルの範囲；好ましくは、オリゴマー約１モル：アミン０．２モル〜オリゴマー約１モル：アミン１．５モル、さらに好ましくは、オリゴマー約１モル：アミン０．３モル〜オリゴマー約１モル：アミン０．９モルの範囲で反応し、アミノアルキルフェノール生成物を生じる。
【０１１０】
上記反応は、約４０℃〜約２００℃、好ましくは、約５０℃〜約１６０℃、そしてさらに好ましくは、約６０℃〜約１５０℃の温度で起こる。反応は、加圧から減圧で行われ得るが、好ましくは、大気圧で行われる。反応は、マンニッヒ生成物が形成されるまで続く。
【０１１１】
この実施形態は、以下のように示される：
【０１１２】
【化４】

上記乳化剤は、アミノアルキルフェノールと以下の混合物であり得る：
（ｉ）少なくとも１種の燃料溶解性生成物であって、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミン（限定されないが、アルカノールアミン、ヒドロキシアミンなどを含む）を反応させることにより作製され、このアシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約５０個〜約５００個の炭素原子を有する、燃料溶解性生成物；
（ｉｉ）約１〜約４０の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）を有する、少なくとも１種のイオン性または非イオン性化合物；
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との混合物；
（ｉｖ）水溶性化合物であって、（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖ）、（ｖｉｉ）またはそれらの組み合わせの１つと組み合わせて、アミン塩、アンモニウム塩、アジド化合物、硝酸エステル、ニトロアミン、ニトロ化合物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩からなる群から選択される、水溶性化合物；
（ｖ）ポリ酸ポリマーと少なくとも１種の燃料溶解性生成物との反応生成物であって、該燃料溶解性生成物は、少なくとも１種のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニア、アミン、ポリアミン、アルカノールアミン、またはヒドロキシアミンとを反応させることによって作製される、反応生成物；あるいは
（ｖｉ）それらの組み合わせ。
【０１１３】
この乳化剤は、この水燃料エマルジョン中にて、水燃料エマルジョンの約０．０５重量％〜約２０重量％の濃度、別の実施形態において、約０．０５重量％〜約１０重量％の濃度、別の実施形態において、約０．１重量％〜約５重量％の濃度、さらなる実施形態において、約０．０１重量％〜約３重量％の濃度で、存在し得る。
【０１１４】
（セタン価向上剤）
１実施形態では、この水−燃料エマルジョンは、セタン価向上剤を含有する。有用なセタン価向上剤には、過酸化物、硝酸エステル（ｎｉｔｒａｔｅ）、亜硝酸エステル（ｎｉｔｒｉｔｅ）、ニトロカーバメートなどが挙げられるが、これらに限定されない。有用なセタン価向上剤には、ニトロプロパン、ジニトロプロパン、テトラニトロメタン、２−ニトロ−２−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ニトロ−１−プロパノールなどが挙げられるが、これらに限定されない。また、置換または非置換の脂肪族または環状脂肪族アルコール（一価または多価であり得る）の硝酸エステルも含まれる。これらには、約１０個までの炭素原子、１実施形態では、約２個〜約１０個の炭素原子を有する置換または非置換の硝酸アルキルまたは硝酸シクロアルキルが挙げられる。このアルキル基は、直鎖または分枝のいずれか、または直鎖または分枝アルキル基の混合物であり得る。例には、硝酸メチル、硝酸エチル、硝酸ｎ−プロピル、硝酸イソプロピル、硝酸アリル、硝酸ｎ−ブチル、硝酸イソブチル、硝酸ｓｅｃ−ブチル、硝酸ｔｅｒｔ−ブチル、硝酸ｎ−アミル、硝酸イソアミル、硝酸２−アミル、硝酸３−アミル、硝酸ｔｅｒｔ−アミル、硝酸ｎ−ヘキシル、硝酸ｎ−ヘプチル、硝酸ｎ−オクチル、硝酸２−エチルヘキシル、硝酸ｓｅｃ−オクチル、硝酸ｎ−ノニル、硝酸ｎ−デシル、硝酸シクロペンチル、硝酸シクロヘキシル、硝酸メチルシクロヘキシルおよび硝酸イソプロピルシクロヘキシルが挙げられる。また、アルコキシ置換脂肪族アルコールの硝酸エステル（例えば、硝酸２−エトキシエチル、硝酸２−（２−エトキシ−エトキシ）エチル、１−メトキシプロピル−２−ニトラート、硝酸４−エトキシブチルなど）、ならびに硝酸ジオール（例えば、１，６−ヘキサメチレンジニトラート）も、有用である。有用なセタン価向上剤は、硝酸２−エチルヘキシルである。
【０１１５】
この水−燃料エマルジョン中のセタン価向上剤の濃度は、所望のセタン価を有するエマルジョンを供給するのに十分な任意の濃度であり得る。１実施形態では、このセタン価向上剤の濃度は、約１０重量％まで、そして１実施形態では、約０．０５〜約１０重量％、１実施形態では、約０．０５〜約５重量％、１実施形態では、約０．０５〜約１重量％のレベルである。
【０１１６】
（追加添加剤）
前述の物質に加えて、本発明の水−燃料エマルジョン中では、当業者に周知の他の燃料添加剤が使用され得る。これらには、染料、錆防止剤（例えば、アルキル化コハク酸またはその無水物）、静菌剤、ゴム化防止剤、金属不活性化剤、上部シリンダ潤滑剤などが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１７】
本発明の水−燃料エマルジョン中の化学添加剤（前述の乳化剤を含めて）の全濃度は、約０．０５〜約３０重量％、１実施形態では、約０．１〜約２０重量％、１実施形態では、約０．１〜約１５重量％、１実施形態では、約０．１〜約１０重量％、そして１実施形態では、約０．１〜約５重量％の範囲であり得る。
【０１１８】
（有機溶媒）
これらの添加剤（前述の乳化剤を含めて）は、実質的に不活性で通常液状の有機溶媒（例えば、ナフサ、ベンゼン、トルエン、キシレンまたはディーゼル燃料）で希釈されて、添加剤濃縮物を形成し得、これは、次いで、この燃料および水と混合されて、この水−燃料エマルジョンを形成する。
【０１１９】
これらの水−燃料エマルジョンは、約６０重量％まで、１実施形態では、約０．０１〜約５０重量％、１実施形態では、約０．０１〜約２０重量％、１実施形態では、約０．１〜約５重量％、そして１実施形態では、約０．１〜約３重量％の有機溶媒を含有し得る。
【０１２０】
（凍結防止剤）
本発明の水−燃料エマルジョンは、さらに凍結防止剤を含み得る。この凍結防止剤は、典型的には、アルコールである。例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、グリセロールおよびそれらの２種またはそれ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。この凍結防止剤は、典型的には、この水−燃料エマルジョン中で使用される水の凍結を防止するのに十分な濃度で、使用される。この濃度は、従って、この燃料を保存または使用する温度に依存している。１実施形態では、この濃度は、この水−燃料エマルジョンの重量を基準にして、約２０重量％まで、１実施形態では、約０．１〜約２０重量％、そして１実施形態では、約１〜約１０重量％のレベルである。
【０１２１】
（エンジン）
本発明に従って操作され得るエンジンは、移動（機関車および海洋を含む）発電機および固定発電機の両方のための全ての圧縮−点火（内部燃焼）エンジンを含む。これらのエンジンは、ディーゼル、ガソリンなどを使用するエンジンを含む。使用され得るエンジンとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：自動車、トラック（全てのクラスのトラック）、バス（例えば、都市バス）、機関車、軽量ディーゼルエンジンおよび重量ディーゼルエンジン、固定エンジンなどで使用されるエンジン。新しいエンジンおよび使用中のエンジンを含む、高速道路エンジンおよび一般道路エンジンが含まれる。これらのエンジンは、２行程サイクルエンジン型または４行程サイクルエンジン型のディーゼルエンジンを含む。
【０１２２】
水性炭化水素燃料が、バッチプロセスまたは連続プロセスによって製造される。このプロセスは、炭化水素燃料、乳化剤および水を含む反応物エマルジョンを、出発成分として使用する。得られる水性炭化水素燃料エマルジョンは、改善された安定性を有する。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明は、上述した構成であるので、前述した課題が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、所定のプロセスによるＷ／Ｏエマルジョンの粒子サイズ分布を示す。
【図２】図２は、エマルジョン同時供給のない（すなわち、Ｆ４＝１分当たり０ガロン）プロセスによって作製された図１と同一処方物を用いた連続プロセスによって作製された、生じたエマルジョンの粒子サイズ分布を示す。[0001]
This application is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. No. 09 / 731,173, filed Dec. 6, 2000, and U.S. patent application Ser. No. 09 / 483,481, filed Jan. 14, 2000. No. 09 / 390,925 filed on Sep. 7, 1999, which is a continuation-in-part application of U.S. Patent Application No. 09 filed on Jul. 7, 1999. No./349,268 and a continuation-in-part application of U.S. patent application Ser. No. 09 / 761,482 filed Jan. 16, 2001, filed on Jan. 5, 2001. It is a continuation application of US patent application number 09 / 755,577. All disclosures in these prior applications are hereby incorporated by reference in their entirety.
[0002]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
(Technical field)
The present invention relates to a process for making an aqueous hydrocarbon fuel emulsion with good stability from a continuous or batch process. More specifically, the present invention relates to a process for making an aqueous hydrocarbon fuel emulsion by using an initial emulsion as one of the reactants in the process.
[0003]
[Prior art]
(Background of the Invention)
Internal combustion engines, especially diesel engines, which use water mixed with fuel in a combustion chamber, produce lower nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons and particulate emissions per unit of power output. obtain. Nitrogen oxide reduction is an environmental problem because nitrogen oxides contribute to smog and air pollution. Government regulations and environmental concerns have driven the need to reduce NOx emissions from engines.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Diesel fuel engines produce NOx because relatively high flame temperatures are reached during combustion. Reducing NOx production conventionally includes the use of catalytic conversion, the use of "clean" fuel, recirculation of exhaust gases, and changes in engine timing. These methods are typically expensive or difficult to access commercially easily.
[0005]
Water is inert with respect to combustion, but lowers the peak combustion temperature, resulting in reduced dust and NOx formation. When water is added to the fuel, this forms emulsions, and these emulsions are generally unstable. Emulsions of stable, small particle size water in fuel are difficult to achieve and maintain.
[0006]
Stable water microemulsions of small particle size in fuel are difficult to make. It would be advantageous to develop a process for making a microemulsion of water in fuel, where a batch process would be statistically required to produce an emulsion of water less than 1.0 micron in fuel. No tank rotation was required. Furthermore, this is advantageous for producing submicron average particles in a microemulsion of water in fuel by a continuous process.
[0007]
Including an emulsion with water, fuel and an emulsifier as starting components during a batch or continuous process produces an improved stable water microemulsion in fuel with an average particle size distribution of 1 micron or less Has been found.
[0008]
The term "NOx" is used herein to refer to any nitrogen oxide (NO, NO ₂ , N ₂ O, or a mixture of two or more thereof). The terms "aqueous hydrocarbon fuel emulsion" and "water fuel emulsion" are interchangeable. The terms "aqueous hydrocarbon fuel" and "water fuel blend" are interchangeable.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a process for producing an aqueous hydrocarbon fuel containing an emulsifying component under emulsifying conditions, the emulsifying component comprising:
(A) liquid hydrocarbon fuel;
(B) at least one emulsifier, which comprises:
(I) at least one product soluble in a fuel, the product being made by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia or an amine; The hydrocarbyl substituent of the acylating agent has a fuel-soluble product having about 50 to about 500 carbon atoms;
(Ii) at least one ionic or non-ionic compound having a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of about 1 to about 40;
(Iii) a mixture of (i) and (ii);
(Iv) (i), (ii), (iii), (v), (vii), or a combination thereof, amine salt, ammonium salt, azide compound, nitrate ester, nitramine, nitro compound, alkali metal A water-soluble compound selected from the group consisting of a salt and an alkaline earth metal salt;
(V) a reaction product of a polyacid polymer and at least one fuel soluble product, wherein the fuel soluble product comprises at least one hydrocarbyl substituted carboxylic acylation A reaction product made by reacting an agent with ammonia, an amine, a polyamine, or a hydroxyalkylamine;
(Vi) an aminoalkylphenol made by reacting an alkylphenol, an aldehyde and an amine to yield an aminoalkylphenol; or
(Vii) a combination of (vi) with (i), (ii), (iii), (iv), (v), or a combination thereof;
An emulsifier comprising:
(C) A reactant emulsion comprising a W / O emulsion of a liquid hydrocarbon and at least one emulsifier, wherein the liquid hydrocarbon fuel and at least one emulsifier are used in step (A). A reactant emulsion selected from the group consisting of the same, similar or different from the hydrogen fuel and at least one emulsifier disclosed in step (B);
(D) a water mixture selected from the group consisting of water, water-antifreeze, water-ammonium salts, water-antifreeze-ammonium nitrate mixtures, and combinations thereof;
Wherein the ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to reactant emulsion is from about 1% to about 99% by weight of hydrocarbon fuel to about 99% to about 1% by weight of reactant emulsifier; Emulsifier and water ranges and emulsification shear rates result in emulsions having a particle size with an average diameter of less than 1.0 micron.
[0010]
In one embodiment, the emulsion used in the above process has a particle size with an average diameter ranging from about 1.0 micron to about 0.1 micron.
[0011]
In one embodiment, about 50% to about 90% by weight of a hydrocarbon fuel, about 0.1% to about 25% by weight of an emulsifier, about 1% to about 90% by weight of a reactant emulsion, and 1% to about 90% by weight of water is added to the container, where the water contains about 0% to about 10% by weight of water-soluble additive and hydrocarbon fuel to reactant emulsion , The ratio of emulsifier and water is about 50% by weight of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to about 50% by weight of reactant emulsion.
[0012]
In one embodiment, the ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to reactant emulsion is from about 40% to about 60% hydrocarbon to reactant emulsion by weight. Fuel, emulsifier and water.
[0013]
In one embodiment, the ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier, and water to reactant emulsion is from about 15% to about 85% by weight hydrocarbon to about 85% to about 15% by weight reactant emulsion. Fuel, emulsifier and water.
[0014]
In one embodiment, the emulsifier is selected from the group consisting of amine salts, ammonium salts, azide compounds, nitrates, nitramines, nitro compounds, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, combined with (iii). Selected from the group consisting of water-soluble compounds.
[0015]
In one embodiment, the water-soluble compound is ammonium nitrate.
[0016]
In one embodiment, the ingredients are batched at a temperature in the range of about ambient to about 212 ° F. and a pressure in the range of about atmospheric to about 10 atmospheres over about 1 to about 20 tank turnovers. Emulsified in the process to produce a stable aqueous hydrocarbon fuel emulsion.
[0017]
In one embodiment, the process is a continuous process and the feeds of hydrocarbon fuel, emulsifier, reactant emulsion and water are combined with discrete and discrete feeds, and combinations thereof. Introduced as a feed selected from the group consisting of combinations to form a homogeneous aqueous hydrocarbon fuel emulsion, and the process is carried out at a temperature ranging from ambient temperature to about 212 ° F. and a pressure ranging from about atmospheric pressure to about 500 psi. Occurs at a pressure of
[0018]
In one embodiment, the emulsification is ^-1 ~ 500,000s ^-1 Occurs at shear rates in the range of
[0019]
In one embodiment, the emulsification is 20,000 s. ^-1 ~ 200,000s ^-1 Occurs at shear rates in the range of
[0020]
In one embodiment, the emulsification is 25,000 s. ^-1 Larger to about 125,000s ^-1 Occurs at shear rates in the range of
[0021]
In one embodiment, a series of at least 1-5 emulsification steps are used in the continuous process.
[0022]
In one embodiment, a series of at least 1-5 emulsification steps are used in the continuous process.
[0023]
In one embodiment, no aging of the hydrocarbon fuel water emulsion occurs between each emulsification step.
[0024]
In one embodiment, the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than 5 minutes.
[0025]
In one embodiment, the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than 3 minutes.
[0026]
In one embodiment, the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than one minute.
[0027]
In one embodiment, the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than 30 seconds.
[0028]
In one embodiment, the reactant emulsion is formed by recycling an emulsion hydrocarbon fuel emulsion made in a continuous process.
[0029]
In one embodiment, the reactant emulsion is formed by recycling an emulsion hydrocarbon fuel made in a batch process.
[0030]
In one embodiment, the reactant emulsion contains about 50% to about 99% by weight of a hydrocarbon fuel, and about 0.05% to about 25% by weight of at least one emulsifier.
[0031]
In one embodiment, the reactant emulsion is selected from the same, similar, or different group as the aqueous hydrocarbon fuel.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Summary of the Invention)
The present invention relates to batch or continuous processes for making aqueous hydrocarbon fuel emulsions, which processes include emulsifying: (a) a liquid hydrocarbon fuel, water and at least one emulsifier, (B) a reactant emulsion of a liquid hydrocarbon fuel, water and at least one emulsifier, and (c) water that forms an aqueous hydrocarbon emulsion under emulsifying conditions.
[0033]
Aqueous hydrocarbon fuel is an emulsion consisting of water, fuel and emulsifier. This emulsifier includes:
(I) at least one fuel-soluble product made by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia or an amine, wherein the hydrocarbyl substituent of the acylating agent is about 50 to about 500 carbon atoms);
(Ii) at least one ionic or non-ionic compound having a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of about 1 to about 40;
(Iii) a mixture of (ii) and (i);
(Iv) amine salts, ammonium salts, azide compounds, nitrate esters, nitramines, nitro compounds, alkali metal salts in combination with (i), (ii), (iii), (iv), (v), (vii) , An alkaline earth metal salt, or a water-soluble compound selected from the group consisting of a combination thereof;
(V) a polyacid polymer with at least one fuel-soluble product made by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia, amine, polyamine, alkanolamine or hydroxyamine The reaction product of
(Vi) an aminoalkylphenol produced by reacting an alkylphenol, an aldehyde and an amine to yield an aminoalkylphenol; (vii) (i), (ii), (iii), (iv), (v) or a combination thereof. Of (vi).
[0034]
Aqueous hydrocarbon fuel emulsions include a discontinuous aqueous phase in a continuous fuel phase. This discontinuous aqueous phase contains aqueous droplets having an average diameter of 1.0 micron or less. Furthermore, the use of emulsions as starting components in batch and continuous processes has improved the efficiency of the process and the stability of aqueous hydrocarbon emulsions for use as aqueous hydrocarbon fuel emulsions.
[0035]
(process)
The present invention provides a batch or continuous process for making an aqueous hydrocarbon fuel by forming a stable emulsion, wherein water is suspended in a continuous phase of the fuel and wherein The water droplets have an average diameter of less than 1.0 micron. This droplet size is a volume.
[0036]
In the practice of the present invention, the aqueous hydrocarbon fuel emulsion monitors and regulates the flow rate of the reactant emulsion, fuel, emulsifier, additives and / or water to provide a stable emulsion having the desired water droplet size. It is made by a batch or continuous process that can be formed.
[0037]
A batch process as described herein represents one embodiment of the present invention. The hydrocarbon fuel, emulsifier and reactant emulsion are added to the container. Water is added to the container or near the entry port of the emulsification device outside the container. In a batch process, the following ingredients are emulsified:
(1) about 10% to about 90% by weight fuel and at least about 0.1% to about 25% by weight emulsifier;
(2) from about 1% to about 90% by weight of the reactant emulsion; and
(3) about 1% to about 50% by weight of water, wherein the water comprises about 0% to about 30% by weight of an aqueous hydrocarbon emulsion.
[0038]
The ratio of fuel, water and emulsifier to reactant emulsion is from about 1 to about 99, in another embodiment from about 15 to about 85, in another embodiment from about 40 to about 60, and About 99 to about 1, in another embodiment about 85 to about 15, in another embodiment about 60 to about 40, and in another embodiment about 50 to about 40. ~ 50.
[0039]
The mixture is emulsified in the vessel using an emulsification device, or the mixture is passed through a circulation line from the vessel to the emulsification device (which is outside the vessel) from about 1 to about 20 Tank rotation, at a temperature in the range of about ambient to about 212 ° F. (in another embodiment, in the range of about 40 ° F. to about 150 ° F.), and in a range of about atmospheric to about 10 atm. In embodiments, flow at about atmospheric pressure to about 60 psi, in another embodiment, about 10 psi to about 40 psi, and less than 1.0 micron (in another embodiment, about 1.0 micron to about 0.1 micron). ), Yielding a stable aqueous hydrocarbon fuel emulsion having an average droplet size of
[0040]
【Example】
(Examples 1 to 4)
These examples are illustrative of making a hydrocarbon fuel emulsion product by a batch process. The blending equipment consists of a 5 million gallon / year batch blender.
[0041]
(Batch number 1)
A 3: 1 volume / volume (ratio of raw ingredients to reactant emulsion) was used:
A batch of 1.25 gallon hydrocarbon fuel emulsion was prepared using about 19.9 gallons of diesel fuel, about 4.4 gallons of water, and about 0.7 gallons of emulsifier A. These are:
[0042]
[Table 1]

Emulsifier 1: reaction product of dimethylethanolamine and PIBSA (Mn-2000)
Emulsifier 2: Reaction product of dimethylethanolamine and hexadecyl succinic anhydride
Emulsifier 3: Reaction product of ethylene polyamine and PIBSA (Mn-1000)
This 25 gallon was left in the processing tank to act as the reactant emulsion for the next batch.
2. About 59.6 gallons of diesel fuel was added to the processing tank, followed by about 2.1 gallons of emulsifier A.
3. The reactant emulsion, diesel fuel, and emulsifier A were circulated through the IKA high shear mixer for about 30 seconds and returned to the processing tank.
4. After mixing for about 30 seconds while continuing to circulate through the mixer, a total of about 13.3 gallons of water was immediately added to the upstream of the mixer through the feed line. The water supply time was about 85 seconds.
5. Once all the water was added, the mixture continued to circulate through the IKA mixer for about another 12 minutes and 36 seconds.
6. Samples of the emulsion were taken from the processing tank at various time intervals during the mixing period indicating 1, 2, 4, 7, and 9 tank rotations. One tank revolution is defined as the time it takes to pump 100 gallons by the mixer.
7. The results are shown in Table I.
[0043]
(Batch number 2)
A 1: 1 v / v (ratio of raw ingredients to reactant emulsion) was used:
A batch of 1.50.1 gallon hydrocarbon fuel emulsion was prepared using about 39.8 gallons of diesel fuel, about 8.9 gallons of water, and about 1.4 gallons of emulsifier A. This 50.1 gallon was left in the processing tank to act as the reactant emulsion for the next batch.
2. About 39.7 gallons of diesel fuel was added to the processing tank, followed by about 1.4 gallons of Emulsifier A.
3. The reactant emulsion, diesel fuel, and emulsifier A were circulated through the IKA high shear mixer for about 30 seconds and returned to the processing tank.
4. After mixing for about 30 seconds while continuing to circulate through the mixer, a total of about 8.8 gallons of water was immediately added to the upstream of the mixer through the feed line. The supply time of this water was about 56 seconds.
5. Once all the water was added, the mixture continued to circulate through the IKA mixer for about another 12 minutes and 36 seconds.
6. Samples of the emulsion were taken from the processing tank at various time intervals during the mixing period indicating 1, 2, 4, 7, and 9 tank rotations. One tank revolution is defined as the time it takes to pump 100 gallons by the mixer.
7. The results are shown in Table I.
[0044]
(Batch number 3)
A 3: 1 volume / volume (ratio of feed components to reactant emulsion) was used. A concentrated emulsion formulation was used for this example, whereby a formulation amount of diesel fuel of about 85% by volume was omitted during processing.
Prepare a batch of 1.25.1 gallons of concentrated aqueous hydrocarbon fuel emulsion using about 8.6 gallons of CARB diesel fuel, about 14.2 gallons of water, and about 2.3 gallons of emulsifier A did. About 25.1 gallons were left in the processing tank and used as the reactant emulsion for the next batch.
2. About 25.6 gallons of CARB diesel fuel was added to the processing tank, followed by about 6.6 gallons of emulsifier A.
3. The reactant emulsion, diesel fuel, and emulsifier A were circulated through the IKA high shear mixer for about 30 seconds and returned to the processing tank.
4. After mixing for about 30 seconds while continuing to circulate through the mixer, a total of about 42.7 gallons of water was added immediately through the feed line upstream of the mixer.
5. Once all the water was added, the mixture continued to be circulated by the IKA mixer for about another 16 minutes.
6. Samples of the concentrated emulsion were taken from the processing tank at various time intervals during the mixing period indicating 1, 2, 4, 7, and 10.4 tank rotations. One tank revolution is defined as the time it takes to pump 100 gallons by the mixer.
7. The concentrated emulsion was pumped into a dilution tank and diluted with about 229.3 gallons of CARB diesel fuel.
8. The dilution tank was circulated using a centrifugal pump for about 9 minutes.
9. A sample of the aqueous hydrocarbon fuel emulsion was taken from the processing tank.
10. The results are shown in Table I.
[0045]
(Batch number 4)
A 1: 1 volume / volume (ratio of feed components to reactant emulsion) was used. A concentrated emulsion formulation was used for this example, whereby a formulation amount of diesel fuel of about 85% by volume was omitted during processing.
1. A batch of about 50.1 gallons of a concentrated aqueous hydrocarbon fuel emulsion was prepared using about 17.1 gallons of CARB diesel fuel, about 28.5 gallons of water, and about 4.5 gallons of emulsifier A. . About 50.1 gallons were left in the processing tank and used as the reactant emulsion for the next batch.
2. About 17.1 gallons of CARB diesel fuel was added to the processing tank, followed by about 4.4 gallons of emulsifier A.
3. The reactant emulsion, diesel fuel, and emulsifier A were circulated through the IKA high shear mixer for about 30 seconds and returned to the processing tank.
4. After mixing for about 30 seconds while continuing to circulate through the mixer, a total of about 28.4 gallons of water was immediately added to the upstream of the mixer through the feed line.
5. Once all the water was added, the mixture continued to be circulated by the IKA mixer for about another 16 minutes.
6. Samples of the concentrated emulsion were taken from the processing tank at various time intervals during the mixing period indicating 1, 2, 4, 7, and 10.4 tank rotations. One tank revolution is defined as the time it takes to pump 100 gallons by the mixer.
7. The concentrated emulsion was pumped into a dilution tank and diluted with about 229.3 gallons of CARB diesel fuel.
8. The dilution tank was circulated using a centrifugal pump for about 9 minutes.
9. A sample of the final aqueous hydrocarbon fuel emulsion was taken from the dilution tank.
10. The results are shown in Table I.
[0046]
[Table 2]

The continuous process described here represents another embodiment of the present invention. The hydrocarbon feed, emulsifier feed, reactant emulsion feed and water feed are introduced as discrete feeds or in another combination of separate feeds to form a uniform hydrocarbon fuel emulsion. Preferably, the process streams of fuel, emulsifier, water and emulsion reactant are introduced as close as possible to the inlet of the emulsification device. Preferably, the emulsifier is added to the fuel as a hydrocarbon fuel emulsifier stream before combining the separate feeds together.
[0047]
In one embodiment, the ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier, and water to reactant emulsion is about 1% hydrocarbon fuel, emulsifier, and water to about 99% reactant emulsion; In a form, about 99% of the hydrocarbon fuel, emulsifier and water for about 1% of the reactant emulsion, and in another embodiment, about 15% of the carbon fuel for about 85% of the reactant emulsion. Hydrogen fuel, emulsifier and water, in another embodiment, about 40% hydrocarbon fuel, emulsifier and water, and in another embodiment about 40%, for about 60% reactant emulsion. About 60% hydrocarbon fuel, emulsifier, and water, based on the reactant emulsion, and in another embodiment, about 50% hydrocarbon fuel, based on about 50% reactant emulsion. , Emulsifiers and water. The hydrocarbon fuel emulsifier stream during start and end is such that the ratio of water to hydrocarbon fuel emulsion mixture is never greater than steady state conditions.
[0048]
Continuous processes generally occur under ambient conditions. Continuous processes are generally performed at atmospheric pressure to about 500 psi, in another embodiment, from about atmospheric pressure to about 120 psi, and in another embodiment, from about atmospheric pressure to about 50 psi. Done in Continuous processes are generally performed at ambient temperature. In one embodiment, the temperature ranges from about ambient temperature to about 212 ° F, and in another embodiment, from about 40 ° F to about 150 ° F.
[0049]
Emulsification provides the desired particle size and uniform dispersion of water in the fuel, and ^-1 Greater than ~ 500,000s ^-1 , Preferably about 20,000 s ^-1 ~ 200,000s ^-1 , More preferably about 25,000 s ^-1 ~ 125,000s ^-1 At a shear rate in the range of shear. If more than one emulsification step is used, the shear rate of the emulsification step may be the same, depending on the emulsifier used and the ratio of reactant emulsion to fuel additive and / or water, They may be similar or different.
[0050]
In another embodiment, the emulsion flows through at least one to several emulsifying devices. In another embodiment, the emulsion flows through the next 1-5 emulsifying devices. The emulsion flows continuously and directly through the emulsification device from one emulsification device to the next.
[0051]
In one embodiment, there is no intermediate holding tank during the emulsification step. The emulsification is not aged during the emulsification process. Generally, the time for the emulsion to flow from one emulsification device to another is less than 5 minutes, in another embodiment less than 4 minutes, and in another embodiment less than 3 minutes. In another embodiment, less than 2 minutes, in another embodiment, less than 1 minute, and in another embodiment, less than 30 seconds.
[0052]
The other emulsification step is a continuous, high shear process and is performed under ambient conditions as described in the emulsification step above. The shear rate temperature and pressure can be the same, similar, or different from other emulsification steps, as long as the conditions provide the desired average droplet particle size.
[0053]
The emulsification step is a high shear process, ranging from about 0.1 micron to about 1 micron, in one embodiment, ranging from about 0.1 micron to about 0.95 micron, in one embodiment, about 0 micron to about 0.95 micron. 0.1 micron to about 0.8 micron, and in one embodiment about 0.1 micron to about 0.7 micron, and in one embodiment about 0.2 micron to about 0.5 micron Produces a homogeneous dispersion of a hydrocarbon fuel emulsion having an average particle droplet size in the micron range. An important feature of the present invention is that the aqueous phase of the aqueous fuel emulsion product is less than 1 micron, in another embodiment from 1 micron to about 0.1 micron, and in another embodiment from 1.0 micron to about 0.1 micron. Consists of water droplets having an average diameter of 0.2 microns.
[0054]
Emulsification is performed by any method known in the industry, including, but not limited to, mixing, mechanical mixer agitation, static mixers, shear mixers, sonic mixers, high pressure homogenizers, and the like. Can be Examples of emulsifying devices include, but are not limited to, Aquashear, pipeline static mixers, and the like. Aquashear is a low pressure hydraulic shear device. The material is pushed into the mixing chamber through two facing plates with drilled holes. The two plates cause counter-rotating flows to mix the substances. Aquashear mixers are available from Flow Process Technologies Inc.
[0055]
Additional emulsifying devices include IKA Works, Inc. High shear devices such as DispaxReactor. The IKA shear mixer uses DR3-6 with a three-stage rotor / starter combination. The tip speed of the rotor / starter generator can be varied by a variable frequency device that controls the motor. The Silverson mixer is a two-stage mixer, which incorporates a rotor / starter design. The mixer has high volume pumping characteristics, similar to a centrifugal pump. In-line shear mixer (rotor-starter emulsification approach) by Silverson Corporation; Jet Mixers (Venturi type / cavitation shear mixer), Sonic Corp. Ultrasonolator (ultrasonic emulsification approach), manufactured by Microfluidics Inc. Microfluidizer shear mixers (high pressure homogenizing shear mixers), ultrasonic mixers, and any other available high shear mixers commercially available from E.I.
[0056]
These emulsifying devices must have the ability to reduce the average particle size of the water droplets, ranging from less than 1 micron to about 0.1 microns or less.
[0057]
The hydrocarbon fuel, at least one emulsifier and water are emulsified to form a reactant emulsion. The reactant emulsion is formed from recycling the aqueous hydrocarbon fuel emulsion or separately by emulsifying the hydrocarbon fuel with at least one emulsifier in a separate container. Water may optionally include water-soluble additives. The reactant emulsion is generally recycled in the process. The reactant emulsion may include the same, similar or different hydrocarbon fuel and / or emulsifier as the aqueous hydrocarbon fuel. The reactant emulsion can be of the same, similar or different composition as the desired aqueous hydrocarbon fuel emulsion. By using the reactant emulsion as a starting component, the overall particle size is reduced and the stability of the aqueous hydrocarbon fuel emulsion is increased.
[0058]
The hydrocarbon fuel and emulsifier comprise from about 50% to about 99%, preferably from about 85% to about 98%, and more preferably from about 95% to about 98% by weight of the hydrocarbon fuel. And this further comprises from about 0.05% to about 25%, preferably from about 1% to about 15%, and more preferably from about 1% to about 5% by weight of at least one of Contains emulsifier.
[0059]
If desired, additives can be added to the reactant emulsion, hydrocarbon fuel, emulsifier, water, or a combination thereof. Additives include, but are not limited to, cetane improvers, organic solvents, antifreezes, surfactants, other additives known for use in fuels, and the like. This additive is added to the reactant emulsion, hydrocarbon fuel, emulsifier or water before and as an alternative to the first emulsification step, depending on the solubility of the additive. The additive generally comprises from about 1% to about 40%, preferably from about 5% to about 30%, and more preferably from about 7% to about 25% by weight of the additive emulsifier. Range.
[0060]
The water may optionally include, but is not limited to, water-soluble additives such as antifreeze, ammonium nitrate, ammonium salts or mixtures thereof. Ammonium nitrate is generally added to a water mixture, such as an aqueous solution. In one embodiment, the water, antifreeze and / or ammonium nitrate are dynamically mixed and continuously provided to the process. In another embodiment, the water, antifreeze, ammonium nitrate, or mixture thereof flows out of a separate tank and / or a combination thereof and flows to the first emulsification step or is mixed prior to the first emulsification step. . In one embodiment, the water, water alcohol, water-ammonium nitrate, or water-alcohol ammonium nitrate mixture is combined with the hydrocarbon fuel additive immediately prior to or during the emulsification step.
[0061]
A programmable controller (plc) is used as needed to manage the continuous flow of the components and thereby control the flow rates and mixing ratios according to the predetermined mixing ratio. plc stores the input of the component ratio by the operator. Plc then uses these ratios to define the required volume / flow of each component. The sequence of the continuous flow is programmed in plc. plc monitors all levels of switches, valve positions and flow meters.
[0062]
(Example 5)
This example illustrates the preparation of a hydrocarbon fuel emulsion by a continuous process. A mixture having the following components is prepared.
[0063]
[Table 3]

Emulsifier 1: reaction product of dimethylethanolamine and PIBSA (Mn-2000)
Emulsifier 2: Reaction product of dimethylethanolamine and hexadecylsuccinic anhydride
Emulsifier 3: Reaction product of ethylene polyamine and PIBSA (Mn-1000).
[0064]
About 2.88% by weight of the emulsifier reactant is added to about 97.12% by weight of diesel fuel and mixed to make a hydrocarbon fuel emulsifier mixture. The hydrocarbon fuel and emulsifier (flow rate of 4.95 gallons per minute (F1)) are mixed with the emulsion reactant (F4) having a flow rate of about 6.0 gallons per minute at room temperature for about 1. Emulsified with water (F2) having a flow rate of 05 gallons. The process stream was introduced as close as possible to the inlet of the shear mixer. The shear mixer was a 12 GPM IKA Works Dispax mixer with three ultra-fine mixing elements operating at about 9600 rpm (rotations per minute). The output from this mixer (F3) is then split into two streams, where about 6.0 gallons per minute are directed through a conduit to the inlet of the IKA Works Dispax mixer (F4) and 1 Approximately 6.0 gallons per minute were pumped into storage via a conduit (F5). This process has been shown to produce a W / O emulsion with the following particle size distribution (see FIG. 1).
[0065]
The particle size of the resulting emulsion made by a continuous process using the same formulation made by the process without emulsion co-feeding (ie, F4 = 0 gallons per minute) is shown in FIG.
[0066]
A continuous process using co-fed emulsions has shown unexpectedly consistent production of high quality results.
[0067]
Aqueous hydrocarbon fuel emulsion products produced by a continuous process include shorter processing times than batch processing. Thus, the process of the present invention for making the same water-mixed fuel product is an improvement over other processes due to increased throughput and efficiency.
[0068]
(Hydrocarbon fuel)
Liquid hydrocarbon fuels include hydrocarbon petroleum distillate fuels, non-hydrocarbon materials (including but not limited to water), oils, plant-derived liquid fuels, mineral-derived liquid fuels, and mixtures thereof. . The liquid hydrocarbon fuel may be any and all of the hydrocarbon petroleum distillate fuels, such as automotive gasoline as defined by ASTM Specification D439 or diesel fuel or fuel oil as defined by ASTM Specification D396 (kerosene, Naphtha, aliphatic, and paraffin). Liquid hydrocarbon fuels containing non-hydrocarbon substances include alcohols (eg, methanol, ethanol, etc.), ethers (diethyl ether, methyl ethyl ether, etc.), organic nitrogen compounds, etc .; plants or minerals (eg, corn, alfalfa, Rocks, coal, etc.). Liquid hydrocarbon fuels also include a mixture of one or more hydrocarbon fuels and one or more non-hydrocarbon materials. Examples of such mixtures are a combination of gasoline and ethanol, and a combination of diesel fuel and ether. In one embodiment, the liquid hydrocarbon fuel is any gasoline. Generally, gasoline is a mixture of hydrocarbons having an ASTM distillation range of about 60 ° C at a 10% distillation point to about 205 ° C at a 90% distillation point. In one embodiment, the gasoline is a chlorine-free gasoline or a low chlorine gasoline characterized by a chlorine content of about 10 ppm or less.
[0069]
In one embodiment, the liquid hydrocarbon fuel is any diesel fuel. These diesel fuels typically have a 90% point distillation temperature in the range of about 300C to about 390C, and in one embodiment, in the range of about 330C to about 350C. . Viscosity for these fuels typically ranges from about 1.3 to about 24 centistokes at 40 ° C. These diesel fuels have the Grade No. specified in ASTM D975. It can be classified as either 1-D, 2-D or 4-D. These diesel fuels can contain alcohols and esters. In one embodiment, the diesel fuel has a sulfur content of up to about 0.05% by weight as determined by the test method specified in ASTM D2622-87 (low sulfur diesel fuel). In one embodiment, the diesel fuel is a chlorine-free or low-chlorine diesel fuel characterized by a chlorine content of about 10 ppm or less.
[0070]
The liquid hydrocarbon fuel is from about 50% to about 95% by weight, in one embodiment from about 60% to about 95% by weight, in one embodiment from about 65% to about 85% by weight, and 1% by weight. In one embodiment, from about 80% to about 90% by weight of the aqueous hydrocarbon fuel emulsion is present in the aqueous hydrocarbon fuel emulsion.
[0071]
(water)
The water used in the aqueous hydrocarbon fuel emulsion can be obtained from any source. Water includes, but is not limited to, tap water, deionized water, demineralized water, eg, water purified using reverse osmosis, distillation, or the like. Water includes water mixtures that further include antifreeze (eg, alcohols and glycols), ammonium salts (ammonium nitrate, ammonium maleate, ammonium acetate, and the like) and combinations thereof.
[0072]
The water is present in the aqueous hydrocarbon fuel emulsion from about 1% to about 50% by weight, in one embodiment from about 5% to about 50% by weight, in one embodiment from about 5% to about 50% by weight. 40% by weight, in one embodiment, from about 5% to about 25% by weight, and in one embodiment, from about 10% to about 20% by weight of water may be present.
[0073]
(Reactant emulsion component)
A reactant emulsion is at least one of the components of the process and need not necessarily be a reactant in a chemical reaction. The reactant emulsion. It comprises a hydrocarbon fuel, water, and at least one emulsifier. The reactant emulsion may be (1) mixing the fuel and an emulsifying amount of at least one emulsifier to form an initial emulsion component using standard mixing techniques, or alternatively, emulsifying mixing conditions. It can be prepared by forming a reactant emulsion below. The reactant emulsion can be prepared from any emulsion process, including the process of the present invention. This preparation is, in effect, recycling the refined emulsified fuel into a process that makes more emulsifier fuel.
[0074]
The initial emulsion component comprises from about 50% to about 99%, in another embodiment from about 85% to about 98%, and in another embodiment from about 95% to about 98% by weight of a hydrocarbon. Fuel, and from about 0.05% to about 25%, in another embodiment from about 1% to about 15%, and in another embodiment from about 1% to about 5% by weight. % Emulsifier.
[0075]
The reactant emulsifier can have the same, similar, or different emulsifiers and the same, similar, or different fuels, and then form an aqueous hydrocarbon fuel emulsion. used. Emulsifiers include, but are not limited to:
(I) at least one fuel-soluble product formed by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia or an amine, including but not limited to alkanolamines, hydroxyamines, and the like. Wherein the hydrocarbyl substituent of the acylating agent has about 50 to about 500 carbon atoms;
(Ii) at least one ionic or non-ionic compound having a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of about 1 to about 40;
(Iii) a mixture of (i) and (ii);
(Iv) amine salt, ammonium salt, azide compound, nitrate ester, nitramine, nitro compound, alkali metal salt in combination with (i), (ii), (iii), (v), (vii) or a combination thereof. , A water-soluble compound selected from the group consisting of alkaline earth metal salts;
(V) a polyacid polymer and at least one fuel-soluble product formed by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia, amine, polyamine, alkanolamine, or hydroxyamine. The reaction product of
(Vi) an aminoalkylphenol, produced by reacting an alkylphenol, an aldehyde, and an amine, or
(Vii) A combination of (vi) with (i), (ii), (iii), (iv), (v) or a mixture thereof.
[0076]
(emulsifier)
(Fuel-soluble product (i))
The fuel-soluble product (i) is synthesized by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia or an amine, including but not limited to alkanolamines, hydroxyamines, and the like. It may be one fuel soluble product. The hydrocarbyl substituent of the acylating agent has about 50 to about 500 carbon atoms and is described in USSN 09 / 761,482, An Emulsifier For An Aqueous Hydrocarbon Fuel, which is hereby incorporated by reference. ) Are described in more detail.
[0077]
The hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent can be a carboxylic acid or a reaction equivalent of such an acid. These reaction equivalents can be acid halides, anhydrides, or esters (including partial esters) and the like. The hydrocarbyl substituents of these carboxylic acylating agents have from about 50 to about 500 carbon atoms, in one embodiment, from about 50 to about 300 carbon atoms, in one embodiment, from about 60 carbon atoms. It may contain up to about 200 carbon atoms. In one embodiment, the hydrocarbyl substituents of these acylating agents have a number average molecular weight of about 700 to about 3000, and in one embodiment, about 900 to about 2300.
[0078]
The hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent comprises one or more α, β-olefinically unsaturated carboxylic reagents, which, excluding their carboxyl groups, contain 2 to about 20 carbon atoms. It can be produced by reacting with one or more olefinic polymers described in more detail below.
[0079]
In one embodiment, the hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent is a polyisobutene-substituted succinic anhydride, wherein the polyisobutene substituent is from about 1500 to about 3000, and in one embodiment, from about 1800 to about 2300, In one embodiment, the polyisobutene-substituted succinic anhydride has a number average molecular weight of about 700 to about 1300, and in one embodiment, about 800 to about 1000, wherein the first polyisobutene-substituted succinic anhydride has about It is characterized by from 1.3 to about 2.5, and in one embodiment, from about 1.7 to about 2.1 succinic groups. In one embodiment, the hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent is a polyisobutene-substituted succinic anhydride, wherein the polyisobutene substituent has a number of about 1500 to about 3000, and in one embodiment about 1800 to about 2300. Having an average molecular weight, the polyisobutene-substituted succinic anhydride has from about 1.3 to about 2.5, in one embodiment, from about 1.7 to about 2.1, per equivalent of polyisobutene substituent. , In one embodiment, from about 1.0 to about 1.3, and in one embodiment, from about 1.0 to about 1.2 succinic groups.
[0080]
The fuel-soluble product (i) can be formed using ammonia, amines and / or metals (eg, Na, K, Ca, etc.). Amines useful for reacting with the acylating agent to form product (i) include, but are not limited to, monoamines, polyamines, alkanolamines, hydroxyamines, and mixtures thereof. The amine can be a primary, secondary, or tertiary amine.
[0081]
Examples of primary and secondary monoamines are ethylamine, diethylamine, n-butylamine, di-n-butylamine, allylamine, isobutylamine, cocoamine, stearylamine, laurylamine, methyllaurylamine, oleylamine, N-methyloctylamine , Dodecylamine and octadecylamine. Suitable examples of tertiary monoamines include trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, monoethyldimethylamine, dimethylpropylamine, dimethylbutylamine, dimethylpentylamine, dimethylhexylamine, dimethylheptylamine, and dimethyloctylamine. Is mentioned.
[0082]
Amines include, but are not limited to, hydroxyamines such as mono-, di- and triethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, di- (3-hydroxypropyl) amine, N- (3- Hydroxybutyl) amine, N- (4-hydroxybutyl) amine, and N, N-di- (2-hydroxypropyl) amine; alkylene polyamines (eg, methylene polyamine, ethylene polyamine, butylene polyamine, propylene polyamine, pentylene) Polyamines). Specific examples of such polyamines include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, propylenediamine, trimethylenediamine, tripropylenetetramine, tetraethylenepentamine, hexaethyleneheptamine, pentaethylenehexamine, or two or more thereof. Mixtures are mentioned. Ethylene polyamine is a polyamine bottom or heavy polyamine. The fuel-soluble product (i) can be a salt, ester, ester / salt, amide, imide, or a combination of two or more thereof.
[0083]
The fuel-soluble product (i) is present in the water-fuel emulsion at a concentration of up to about 15% by weight, in one embodiment from about 0.1 to about 15% by weight, based on the total weight of the emulsion, In embodiments, from about 0.1 to about 10% by weight, in one embodiment, from about 0.1 to about 5% by weight, in one embodiment, from about 0.1 to about 2% by weight, in one embodiment. At about 0.1 to about 1% by weight, and in one embodiment about 0.1 to about 0.7% by weight.
[0084]
(Ionic or nonionic compound (ii))
The ionic or non-ionic compound (ii) has a hydrophilic-lipophilic balance (HLB, in one embodiment, in the range of about 4 to about 15 which is the polarity of the surfactant molecule (HLB). No. 09 / 761,482, An Emulsifier For An Aqueous Hydrocarbon Fuel, which refers to the size and strength of (hydrophilic) and non-polar (lipophilic) groups. Incorporated) are described in more detail. Examples of these compounds are disclosed in McCutcheon's Emulsifiers and Detergents, 1998, North American & International Edition. The contents of pages 1-235 of North American Edition and pages 1-199 of International Edition are in the range of about 1 to about 40, in one embodiment in the range of about 1 to about 30, in one embodiment in the range of about 1 to 20, The disclosure of such ionic and non-ionic compounds having HLB in the range of about 1 to about 10 in another embodiment is incorporated herein by reference. Examples include low molecular weight variants of (i)-(vii) (eg, C ₈ ~ C ₂₀ Compounds having a hydrocarbon group in the range of Useful compounds include alkanolamides, carboxylates (including amine salts, metal salts, etc.), alkylaryl sulfonates, amine oxides, poly (oxyalkylene) compounds (including block copolymers containing repeating alkylene oxide units). ), Carboxylated alcohol ethoxylates, ethoxylated alcohols, ethoxylated alkylphenols, ethoxylated amines and amides, ethoxylated fatty acids, ethoxylated fatty acid esters and fatty oils, fatty acid esters, fatty acid amides (but not limited to those derived from tall oil fatty acids) Amides and polyamides), glycerol esters, glycol esters, sorbitan esters, imidazoline derivatives, lecithin and derivatives, lignin and derivatives, monoglycerides and Derivatives, olefin sulfonates, phosphate esters and derivatives, propoxylated and ethoxylated fatty acids or alcohols or alkylphenols, sorbitan derivatives, sucrose esters and derivatives, sulfates or alcohols or ethoxylated alcohols or fatty acid esters, dodecyl and tridecylbenzene or condensed naphthalene Or petroleum sulfonates, sulfosuccinates and derivatives, and tridecyl and dodecylbenzene sulfonic acids.
In a preferred embodiment of the amine salt, the amine salt can be a C.sub.3 such as, for example, the reaction product of an alkenyl succinic anhydride with an alkanolamine (eg, N, N-dimethylethanolamine, N, N-diethylethanolamine, etc.). ₈ ~ C ₂₀ It is an alkenyl succinate amine salt.
[0085]
(Emulsifier mixture (iii))
The mixture of (i) and (ii) is described in more detail in US patent application Ser. No. 09 / 761,482, An Emulsifier For An Aqueous Hydrocarbon Fuel, which is incorporated herein by reference.
[0086]
(Water-soluble compound (in iv))
The water-soluble compound can be an amine salt, an ammonium salt, an azide compound, a nitro compound, an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, or a mixture of two or more thereof; No. 09 / 761,482, An Emulsifier For An Aqueous Hydrocarbon Fuel, which is incorporated herein by reference. These compounds differ from the fuel-soluble products (i) and the ionic or non-ionic compounds (ii) described above. These water soluble compounds include organic amine nitrates, nitrates, azides, nitroamines, and nitro compounds. Also included are alkali metal and alkaline earth metal carbonates, sulfates, sulfides, sulfonates, and the like.
[0087]
Particularly useful are amine or ammonium salts such as ammonium nitrate, ammonium acetate, methyl ammonium nitrate, methyl ammonium acetate, ethylenediamine diacetate; urea nitrate; urea; guanidinium nitrate; and combinations thereof.
[0088]
The water-soluble compound can be present in the water-fuel emulsion at a concentration of about 0.001% to about 1%, in one embodiment about 0.01% to about 1% by weight.
[0089]
(Emulsifier (v))
In one embodiment, the emulsifier (v) is (A) a polyacid polymer, (B) at least one fuel soluble product, by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent. A reaction product of a fuel-soluble product and (C) a hydroxyamine and / or a polyamine, which is produced and is described in U.S. patent application Ser. No. 09 / 761,482, An Emulsifier For An Aqueous Hydrocarbon Fuel, herein. Which are incorporated herein by reference).
[0090]
The fuel-soluble product is made by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with a hydroxyamine and / or a polyamine, which is described herein above.
[0091]
The polyacid polymer used in this reaction includes C ₄ ~ C ₃₀ , Preferably C ₈ ~ C ₂₀ But not limited to olefin / maleic anhydride copolymers. Examples of the α-olefin include 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-nonene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene, 1-tridecene, 1-tetradecene, 1-pentadecene, 1-hexadecene, 1-heptadecene, 1-octadecene, 1-eicosene, 1-docosene, 1-triaconten, and the like. This useful α-olefin fraction includes: C _15-18 α-olefin, C _l2-l6 α-olefin, C _14-16 α-olefin, C _14-18 α-olefin, C _16-18 α-olefin, C _18-24 α-olefin, C _18-30 α-olefins, etc. Mixtures of two or more of the aforementioned α-olefins or α-olefin moieties may be used. Mixtures of two or more of any of the α-olefins or α-olefin fractions described above may be used.
[0092]
Other polyacid polymers suitable for the reaction include, but are not limited to, maleic anhydride / styrene copolymer; polymaleic anhydride; acrylic and methacrylic acid containing polymers; poly (alkyl) Acrylates; reaction products of maleic anhydride with polymers having multiple double bonds; and combinations thereof. Preferred is polyacid polymer C ₁₈ [1-Octadecene] / maleic anhydride copolymer.
[0093]
In another embodiment, the polyacid polymer is an olefin and the formula:
[0094]
Embedded image

Is a copolymer of monomers having the structure:
Wherein X and X1 are the same or different, provided that X and X ₁ Is a group such that the copolymer can function as a carboxyl acylating agent.
[0095]
The olefin includes a polymerizable olefin characterized by the presence of one or more ethylenically unsaturated groups. These olefin monomers include, but are not limited to, 1-hexene, octadecene-1 and diisobutylene. The olefin is preferably C ₄ ~ C ₃₀ It is an olefin.
[0096]
The emulsifier formed from the reaction product of the polyacid polymer and the fuel-soluble product (i) comprises from about 25% to about 95% of the fuel-soluble product and from about 0.1% to about 50% of the polyacid. A polymer; preferably, from about 50% to about 92% of a fuel-soluble product and from about 1% to about 20% of a polyacid polymer, and most preferably, from about 70% to about 90% of a fuel-soluble product; From about 5% to about 10% polyacid polymer. In one embodiment, the emulsifier is described as a polyalkenyl succinimide cross-linked with an olefin / maleic anhydride copolymer.
[0097]
(Aminoalkylphenol emulsifiers (vi) and (vii))
Aminoalkyl emulsifiers are composed of the reaction product of an alkylphenol, an aldehyde, and an amine to yield an aminoalkylphenol. Aminoalkylphenols are obtained by directly reacting (a) an alkylphenol with an aldehyde and an amine to form an alkylphenol monomer linked to the amine by a methylene group, and (b) reacting the alkylphenol with an aldehyde to form an alkylphenol with a methylene group. A reaction that produces an oligomer that is cross-linked, which oligomer is then made by reacting with more aldehydes and amines to give a Mannich product, or by mixing (c) (a) and (b) Can be done.
[0098]
Alkyl phenol is C ₁ ~ C ₂₀₀ , Preferably C ₆ ~ C ₁₇₀ Wherein the alkyl group is either linear, branched, or a combination thereof. Alkyl phenols include, but are not limited to, polypropylphenol, polybutylphenol, poly (isobutenyl) phenol, polyamylphenol, tetrapropylphenol, similarly substituted phenols, and the like. Preferred alkyl phenols are tetrapropenyl phenol and poly (isobutenyl) phenol. For example, instead of phenol, resorcinol, hydroquinone, catechol, cresol, xylenol, amylphenol, hydroxydiphenyl, benzylphenol, phenylethylphenol, methylhydroxydiphenyl, α-naphthol and β-naphthol, α-methylnaphthol and β-methyl Alkyl-substituted compounds such as naphthol, tolylnaphthol, xylylnaphthol, benzylnaphthol, anthranol, phenylmethylnaphthol, phenanthrol, monomethyl ether of catechol, phenoxyphenol, chlorophenol, and hydroxyphenylsulfide are used. obtain.
[0099]
Aldehydes include, but are not limited to: aliphatic aldehydes (eg, formaldehyde; acetaldehyde; aldol (β-hydroxybutyraldehyde)); aromatic aldehydes (eg, benzaldehyde); heterocyclic aldehydes (eg, furfural) )Such. Aldehydes may contain substituents such as hydroxyl, halogen, nitro and the like; in which the substituents do not form a major part in the reaction. The preferred aldehyde is formaldehyde.
[0100]
The amine contains an amino group characterized by the presence of at least one active hydrogen atom. The amine can be a primary amino group, a secondary amino group, or a combination of primary and secondary amino groups.
[0101]
Amines include, but are not limited to: alkanolamines (eg, monoethanolamine, diethanolamine, N- (2-aminoethyl) ethanolamine, etc.); diamines and polyamines (polyalkylene amines) (eg, Dimethylaminopropylamine, 3-aminopropylmorpholine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine and the like (HPAX (commercially available from The Union Carbide Corporation), E-100 (commercially available from Dow Chemical Co.), etc. Polyalkylpolyamines; propylene diamine, aromatic amines (e.g., o-phenylenediamine, m Phenylenediamine, p-phenylenediamine, diaminonaphthalene); acid-substituted polyalkylpolyamines (eg, N-acetyltetraethylenepentamine and corresponding N-substituted compounds such as formyl-, propionyl-, butyryl-); (Eg, N-alkylamines of imidazolidine and pyrimidine) (Suitable secondary heterocyclic amines are, for example, morpholine, thiomorpholine, pyrrole, pyrroline, pyrrolidine, indole, pyrazole, Characterized by the attachment of a hydrogen atom to a nitrogen atom in a heterocyclic group such as pyrazoline, pyrazolidine, imidazole, imidazoline, imidazolidine, piperidine, phenoxazine, phenthiazine and their substituted analogs. The substituents attached to the carbon atoms of the amines of are represented by alkyl, aryl, alkaryl, aralkyl, cycloalkyl, and the amino compounds described above.
“Amine” includes alkenyl succinic anhydride (eg, succinic anhydride of the following formula)
[0102]
Embedded image

Or alkenyl succinic acid (eg, succinic acid of the formula:
[0103]
Embedded image

And the products obtained by reacting with the amines of the above section, but are not limited thereto.
[0104]
In the above formula, R is an alkylene group. An alkenyl group can be straight or branched; and can be saturated at the point of unsaturation by the addition of materials (eg, hydrogen, sulfur, bromine, chlorine, or iodine) that add to the olefinic double bond. At least two carbon atoms must be present in the alkenyl group, but there is no practical upper limit on the number of carbon atoms in the alkenyl group. Alkenyl succinic anhydride and alkenyl succinic acid are interchangeable for the purposes of the present invention. Non-limiting examples of alkenyl succinic anhydride components are: ethenyl succinic anhydride; ethenyl succinic acid; ethyl succinic anhydride; propenyl succinic anhydride; propenyl succinic anhydride; butenyl succinic anhydride; Hexenyl succinic anhydride; hexyl succinic anhydride; sulfide 3-methylpentyl succinic anhydride; 2,3-dimethylbutenyl succinic anhydride; 3,3-dimethylbutenyl succinic anhydride; 2-dibromo-2-ethylbutylsuccinic acid; heptenyl succinic anhydride; 1,2-diiodooctylsuccinic acid; octenylsuccinic anhydride; diisobutenylsuccinic anhydride; 2-methylheptenylsuccinic anhydride; 4-ethylhexenylsuccinic acid; 2-isopropylpentenyl succinic anhydride; Nenyl succinic anhydride; 2-propylhexenyl succinic anhydride; decenyl succinic acid; decenyl succinic anhydride; 5-methyl-2-isopropyl-hexenyl succinic anhydride; 1,2-dibromo-2-ethyloctenyl succinic anhydride; decyl succinic anhydride Undecenyl succinic anhydride; 1,2-dichloroundecyl succinic anhydride; 3-ethyl-2-t-butylpentenyl succinic anhydride; tetrapropenyl succinic anhydride; tetrapropenyl succinic acid; triisobutenyl succinic anhydride; 2-propyl -Nonyl succinic anhydride; 3-butyl octenyl succinic anhydride; tridecenyl succinic anhydride; tetradecenyl succinic anhydride; hexadecenyl succinic anhydride; sulfide octadecenyl succinic acid; octadecyl succinic anhydride; Pentadeceni 8-propylpentadecyl succinic anhydride; eicosenyl succinic anhydride; 1,2-dichloro-2-methylnonadecenyl succinic anhydride; 2-octyldodecenyl succinic acid; 1,2-di Iodotetracosenyl succinic anhydride; hexacosenyl succinic anhydride; hexacosenyl succinic anhydride; hentriacontenyl succinic anhydride and combinations thereof. Generally, alkenyl succinic anhydrides having about 8 to about 35 carbon atoms, preferably about 9 to about 18 carbon atoms in the alkenyl group. Methods for preparing the above alkenyl succinic anhydrides are known to those skilled in the art, and the most possible method involves the reaction of an olefin with maleic anhydride.
[0105]
The reactants are prepared by any known method (eg, emulsion, solution, suspension, continuous addition bulk process, etc.). The above reaction is performed under conditions that provide for the formation of the desired product. Reaction temperatures range from about 40C to about 200C, preferably from about 50C to about 160C, and more preferably from about 60C to about 150C. The reaction may be performed at elevated or reduced pressure, but preferably is performed at atmospheric pressure. The reaction is generally performed for a time in the range of about 15 minutes to about 8 hours, preferably, for about 1 hour to about 6 hours, and more preferably, for about 2 hours to about 4 hours.
[0106]
The aminoalkylphenol emulsifier of the present invention may range from a molar ratio of 1: 1: 0.1 to a molar ratio of 1: 2: 2, and in one embodiment preferably from 1: 0.9: 0.1 to 1: 1. In the range of 9: 1.9, in one embodiment preferably a molar ratio of 1: 1.5: 1.2 to a molar ratio of 1: 1.9: 1.8, and in one embodiment preferably 1 : 0.8: 0.3 to 1: 1.5: 0.7 in the range of alkylphenol: aldehyde: amine to obtain an aminoalkylphenol emulsifier.
[0107]
The range for the emulsifier to be processed in the water-mixed fuel is from about 0.05% to about 20% by weight, and in another embodiment, from 0.05% to about 10% by weight, based on the total weight of the emulsion. And in another embodiment, from about 0.1% to about 5% by weight, and in another embodiment, from 0.1% to about 3% by weight.
[0108]
In another embodiment of the present invention, the aminoalkylphenol is made by the reaction of an alkylphenol with an aldehyde to yield an oligomer in which the alkylphenol is cross-linked with a methylene group; the oligomer is then reacted with additional aldehydes and amines to form the present It provides an emulsifier Mannich product of the invention. The reactants are prepared by any known method (eg, emulsion, solution, suspension, continuous addition bulk process, etc.). The above reaction is performed under conditions that provide for the formation of the desired product.
[0109]
The reaction is carried out at a temperature in the range of about 0C to about 150C, preferably in the range of about 20C to about 100C, and more preferably, in the range of about 30C to about 70C, for about 15 minutes to about 8 minutes. For a time ranging from about 1 hour to about 6 hours, and more preferably from about 2.5 hours to about 5 hours, yielding the alkylphenol crosslinked with a methylene group. The intermediate product then ranges from about 1 mole of oligomer: 0.1 mole of amine to about 1 mole of oligomer: 2 moles of amine; preferably, about 1 mole of oligomer: 0.2 mole of amine to about 1 mole of oligomer: The reaction is carried out in the range of from 1.5 moles of amine, more preferably from about 1 mole of oligomer: 0.3 mole of amine to about 1 mole of oligomer: 0.9 mole of amine to produce an aminoalkylphenol product.
[0110]
The reaction takes place at a temperature from about 40C to about 200C, preferably from about 50C to about 160C, and more preferably from about 60C to about 150C. The reaction may be carried out under pressure to reduced pressure, but is preferably carried out at atmospheric pressure. The reaction continues until a Mannich product is formed.
[0111]
This embodiment is illustrated as follows:
[0112]
Embedded image

The emulsifier can be an aminoalkylphenol and the following mixture:
(I) reacting at least one fuel-soluble product, at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent, with ammonia or an amine, including but not limited to alkanolamines, hydroxyamines, and the like. A fuel-soluble product made, wherein the hydrocarbyl substituent of the acylating agent has about 50 to about 500 carbon atoms;
(Ii) at least one ionic or non-ionic compound having a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of about 1 to about 40;
(Iii) a mixture of (i) and (ii);
(Iv) a water-soluble compound, which is combined with one of (i), (ii), (iii), (v), (vii) or a combination thereof to form an amine salt, an ammonium salt, an azide compound, a nitrate ester A water-soluble compound selected from the group consisting of, a nitroamine, a nitro compound, an alkali metal salt, and an alkaline earth metal salt;
(V) a reaction product of a polyacid polymer and at least one fuel-soluble product, wherein the fuel-soluble product comprises at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent and ammonia, amine, polyamine A reaction product made by reacting with an alkanolamine, or a hydroxyamine; or
(Vi) combinations thereof.
[0113]
The emulsifier is present in the water fuel emulsion at a concentration of about 0.05% to about 20% by weight of the water fuel emulsion, in another embodiment at a concentration of about 0.05% to about 10% by weight; In another embodiment, it may be present at a concentration of about 0.1% to about 5% by weight, in a further embodiment at a concentration of about 0.01% to about 3% by weight.
[0114]
(Cetane number improver)
In one embodiment, the water-fuel emulsion contains a cetane improver. Useful cetane improvers include, but are not limited to, peroxides, nitrates, nitrites, nitrocarbamates, and the like. Useful cetane improvers include, but are not limited to, nitropropane, dinitropropane, tetranitromethane, 2-nitro-2-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-nitro-1-propanol, and the like. Not done. Also included are the nitrates of substituted or unsubstituted aliphatic or cycloaliphatic alcohols, which may be mono- or polyhydric. These include substituted or unsubstituted alkyl or cycloalkyl nitrates having up to about 10 carbon atoms, and in one embodiment about 2 to about 10 carbon atoms. The alkyl group can be either straight or branched, or a mixture of straight or branched alkyl groups. Examples include methyl nitrate, ethyl nitrate, n-propyl nitrate, isopropyl nitrate, allyl nitrate, n-butyl nitrate, isobutyl nitrate, sec-butyl nitrate, tert-butyl nitrate, n-amyl nitrate, isoamyl nitrate, 2-amino nitrate Amyl, 3-amyl nitrate, tert-amyl nitrate, n-hexyl nitrate, n-heptyl nitrate, n-octyl nitrate, 2-ethylhexyl nitrate, sec-octyl nitrate, n-nonyl nitrate, n-decyl nitrate, cyclopentyl nitrate, Cyclohexyl nitrate, methylcyclohexyl nitrate and isopropylcyclohexyl nitrate are mentioned. Also, nitrates of alkoxy-substituted aliphatic alcohols (eg, 2-ethoxyethyl nitrate, 2- (2-ethoxy-ethoxy) ethyl nitrate, 1-methoxypropyl-2-nitrate, 4-ethoxybutyl nitrate, etc.), and nitric acid Diols such as 1,6-hexamethylene dinitrate are also useful. A useful cetane improver is 2-ethylhexyl nitrate.
[0115]
The concentration of the cetane improver in the water-fuel emulsion can be any concentration sufficient to provide an emulsion having the desired cetane number. In one embodiment, the concentration of the cetane improver is up to about 10% by weight, and in one embodiment about 0.05 to about 10% by weight, and in one embodiment about 0.05 to about 5% by weight. In one embodiment, the level is from about 0.05 to about 1% by weight.
[0116]
(Additive additive)
In addition to the aforementioned substances, other fuel additives known to those skilled in the art may be used in the water-fuel emulsion of the present invention. These include, but are not limited to, dyes, rust inhibitors (eg, alkylated succinic acids or anhydrides), bacteriostats, rubberization inhibitors, metal deactivators, upper cylinder lubricants, etc. Not done.
[0117]
The total concentration of the chemical additives (including the aforementioned emulsifiers) in the water-fuel emulsion of the present invention is from about 0.05 to about 30% by weight, in one embodiment from about 0.1 to about 20% by weight, In one embodiment, it can range from about 0.1 to about 15% by weight, in one embodiment about 0.1 to about 10% by weight, and in one embodiment, about 0.1 to about 5% by weight. .
[0118]
(Organic solvent)
These additives (including the emulsifiers described above) are diluted with a substantially inert, normally liquid organic solvent (eg, naphtha, benzene, toluene, xylene or diesel fuel) to form an additive concentrate. Which can then be mixed with the fuel and water to form the water-fuel emulsion.
[0119]
These water-fuel emulsions can be up to about 60% by weight, in one embodiment from about 0.01 to about 50% by weight, in one embodiment from about 0.01 to about 20% by weight, in one embodiment, from about 0.01 to about 20% by weight. 0.1 to about 5%, and in one embodiment about 0.1 to about 3%, by weight of the organic solvent.
[0120]
(Anti-freezing agent)
The water-fuel emulsion of the present invention may further include a deicing agent. The cryoprotectant is typically an alcohol. Examples include, but are not limited to, ethylene glycol, propylene glycol, methanol, ethanol, glycerol and mixtures of two or more thereof. The deicing agent is typically used at a concentration sufficient to prevent freezing of the water used in the water-fuel emulsion. This concentration is therefore dependent on the temperature at which the fuel is stored or used. In one embodiment, the concentration is up to about 20% by weight, in one embodiment about 0.1 to about 20% by weight, and in one embodiment about 1 to about 20% by weight, based on the weight of the water-fuel emulsion. To a level of about 10% by weight.
[0121]
(engine)
Engines that can be operated in accordance with the present invention include all compression-ignition (internal combustion) engines for both mobile (including locomotive and marine) and stationary generators. These engines include those using diesel, gasoline, and the like. Engines that can be used include, but are not limited to, automobiles, trucks (all classes of trucks), buses (eg, city buses), locomotives, light and heavy diesel engines, stationary engines. Engine used in such. Includes highway and general road engines, including new and used engines. These engines include diesel engines of the two-stroke cycle engine type or the four-stroke cycle engine type.
[0122]
Aqueous hydrocarbon fuels are produced by a batch or continuous process. This process uses a reactant emulsion containing a hydrocarbon fuel, an emulsifier and water as a starting component. The resulting aqueous hydrocarbon fuel emulsion has improved stability.
[0123]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the above-described object is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the particle size distribution of a W / O emulsion by a given process.
FIG. 2 shows particles of the resulting emulsion made by a continuous process using the same formulation as FIG. 1 made by a process without emulsion co-feeding (ie, F4 = 0 gallons per minute). Show the size distribution.

Claims (23)

A process for producing an aqueous hydrocarbon fuel containing an emulsifying component under emulsifying conditions, the emulsifying component comprising:
(A) liquid hydrocarbon fuel;
(B) at least one emulsifier, which comprises:
(I) at least one product soluble in a fuel, wherein the product is made by reacting at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylating agent with ammonia or an amine; The hydrocarbyl substituent of the acylating agent is a fuel-soluble product having about 50 to about 500 carbon atoms;
(Ii) at least one ionic or non-ionic compound having a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of about 1 to about 40;
(Iii) a mixture of (i) and (ii);
(Iv) (i), (ii), (iii), (v), (vii), or a combination thereof, amine salt, ammonium salt, azide compound, nitrate ester, nitramine, nitro compound, alkali metal A water-soluble compound selected from the group consisting of a salt and an alkaline earth metal salt;
(V) a reaction product of a polyacid polymer and at least one fuel-soluble product, wherein the fuel-soluble product comprises at least one hydrocarbyl-substituted carboxylic acylation; A reaction product made by reacting an agent with ammonia, an amine, a polyamine, or a hydroxyalkylamine;
(Vi) aminoalkylphenols made by reacting alkylphenols, aldehydes and amines to yield aminoalkylphenols; or (vii) (vi) and (i), (ii), (iii), (iv) , (V), or a combination thereof,
An emulsifier comprising:
(C) A reactant emulsion comprising a W / O emulsion of a liquid hydrocarbon and at least one emulsifier, wherein the liquid hydrocarbon fuel and at least one emulsifier are used in the step (A). A reactant emulsion selected from the group consisting of the same, similar or different from the hydrocarbon fuel and at least one emulsifier disclosed in step (B); and (D) water, water-antifreeze, water A water mixture selected from the group consisting of ammonium salts, water-antifreeze-ammonium nitrate mixtures, and combinations thereof.
Wherein the ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to reactant emulsion is from about 1% to about 99% by weight of hydrocarbon fuel to about 99% to about 1% by weight of reactant emulsifier; A process wherein the range of emulsifier and water and the emulsification shear rate results in an emulsion having a particle size with an average diameter of less than 1.0 micron. The process of claim 1, wherein the resulting emulsion has a particle size having an average diameter ranging from about 1.0 micron to about 0.1 micron. About 50% to about 90% by weight of a hydrocarbon fuel, about 0.1% to about 25% by weight of an emulsifier, about 1% to about 90% by weight of a reactant emulsion, and about 1% to about 90% by weight of a reactant emulsion. % By weight of water is added to the container, wherein the water contains from about 0% to about 10% by weight of a water-soluble additive and the ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to reactant emulsion. The process of claim 1 wherein is about 50% by weight hydrocarbon fuel, emulsifier and water to about 50% by weight reactant emulsion. The ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to reactant emulsion is from about 40% to about 60% by weight of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to about 60% to about 40% by weight of reactant emulsion. 4. The process of claim 3, wherein the process comprises: The ratio of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to reactant emulsion is from about 15% to about 85% by weight of hydrocarbon fuel, emulsifier and water to about 85% to about 15% by weight of reactant emulsion. 4. The process of claim 3, wherein the process comprises: The emulsifier comprises a water-soluble compound selected from the group consisting of amine salts, ammonium salts, azide compounds, nitrate esters, nitramines, nitro compounds, alkali metal salts, and alkaline earth metal salts in combination with (iii). The process of claim 1, wherein the process is selected from a group. 7. The process of claim 6, wherein said water-soluble compound is ammonium nitrate. The components are emulsified in a batch process at a temperature in the range of about ambient to about 212 ° F. and a pressure in the range of about atmospheric to about 10 atmospheres over about 1 to about 20 tank turnovers; The process of claim 1, wherein the process produces a stable aqueous hydrocarbon fuel emulsion. The process is a continuous process, and the hydrocarbon fuel, emulsifier, reactant emulsion and water feeds are introduced as separate feeds and combinations of separate feeds, and feeds selected from the group consisting of combinations thereof. 2. The process of claim 1, wherein the process forms a uniform aqueous hydrocarbon fuel emulsion and the process occurs at a temperature in the range of ambient temperature to about 212 ° F and a pressure in the range of about atmospheric pressure to about 500 psi. . The process of claim 1, wherein the emulsification occurs at a shear rate ranging from ^{0 s −1} to about 500,000 s ⁻¹ . The process of claim 1, wherein the emulsification occurs at a shear rate ranging from 20,000 s ⁻¹ to about 200,000 s ⁻¹ . The process of claim 1, wherein the emulsification occurs at a shear rate ranging from greater than 25,000 s ⁻¹ to about 125,000 s ⁻¹ . 9. The process of claim 8, wherein at least one to five successive emulsification steps are used in the continuous process. 10. The process of claim 9, wherein a series of at least 1 to 5 emulsification steps are used in the continuous process. 14. The process of claim 13, wherein no aging of the hydrocarbon fuel water emulsion occurs between each emulsification step. 15. The process of claim 14, wherein the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than 5 minutes. 15. The process of claim 14, wherein the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than 3 minutes. 15. The process of claim 14, wherein the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than one minute. 15. The process of claim 14, wherein the emulsion flows from one emulsification step to the next in less than 30 seconds. 10. The process of claim 9, wherein the reactant emulsion is formed by recycling an emulsion hydrocarbon fuel emulsion made in a continuous process. 9. The process of claim 8, wherein the reactant emulsion is formed by recycling an emulsion hydrocarbon fuel made in a batch process. The process of claim 1, wherein the reactant emulsion contains from about 50% to about 99% by weight of a hydrocarbon fuel, and from about 0.05% to about 25% by weight of at least one emulsifier. The process of claim 1, wherein the reactant emulsion is selected from the same, similar, or different group as the aqueous hydrocarbon fuel.

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