PL197330B1 - Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw przeznaczonych do silników z zapłonem iskrowym - Google Patents

Abstract

1. Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw przeznaczonych dla silników spalinowych z zapłonem iskrowym jako uzupełnienie do 60-98% wagowych standardowej benzyny, znamienny tym, że składa się z mieszaniny 1-30% wagowych uwodnionego 75-95% alkoholu etylowego, 0,1-5% wagowych alkoholi i/lub eterów propylowych, oraz 0,1-5% wagowych mieszaniny monoglicerydów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze 1, w którym R1 oznacza resztę nasyconego i/lub nie nasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, monoestrów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych oksyetylowanych 3-15 molami tlenku etylenu glikolu etylenowego o ogólnym wzorze 2, w którym R2 oznacza resztę nasyconego i/lub nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n jest liczbą naturalną zawartą od 4 do 16 oraz heterocyklicznego związku, zawierającego przynajmniej jeden atom azotu, o ogólnym wzorze 3, w którym Y oznacza atom siarki lub grupę alkilową o 1-4 atomach węgla, podstawniki fenylowe albo wodór, m = 0 lub 1.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197330 (13) ^B1 (²¹) Numer zgłoszema: ^{353579 51)} ) ⁿⁿt.CI.

C10L 1/14 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 23.04.2002

Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw przeznaczonych do silników z zapłonem iskrowym

	(76) Uprawniony i twórca wynalazku:
	Szczepaniak Stanisław,Kielce,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 03.11.2003 BUP 22/03	Szczepaniak Elwira,Kielce,PL Szczepaniak Dominika,Kielce,PL Szczepaniak Remigiusz,Kielce,PL Szczepaniak Monika,Kielce,PL Bracki Henryk,Kielce,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	Kal Stanisław,Busko-Zdrój,PL
31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik:
	Marek Szulbiński

(57) 1i Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw przeznaczonych dla silników spalinowych z zapłonem iskrowym jako uzupełnienie do 60-98% wagowych standardowej benzyny, znamienny tym, że składa się z mieszaniny 1-30% wagowych uwodnionego 75-95% alkoholu etylowego, 0,1-5% wagowych alkoholi i/lub eterów propylowych, oraz 0,1-5% wagowych mieszaniny monoglicerydów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze 1, w którym R1 oznacza resztę nasyconego i/lub nie nasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, monoestrów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych oksyetylowanych 3-15 molami tlenku etylenu glikolu etylenowego o ogólnym wzorze 2, w którym R2 oznacza resztę nasyconego i/lub nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n jest liczbą naturalną zawartą od 4 do 16 oraz heterocyklicznego związku, zawierającego przynajmniej jeden atom azotu, o ogólnym wzorze 3, w którym Y oznacza atom siarki lub grupę alkilową o 1-4 atomach węgla, podstawniki fenylowe albo wodór, m = 0 lub 1.

H₂C-OH i

HC-OH

I

H₂C-R, wzór 1

H(OCH2CH2)nR2 wzór 2

wzór 3

PL 197 330 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uwodniony dodatek do paliw silników spalinowych z zapłonem iskrowym będący mieszaniną wody, alkoholu etylowego, alkoholi i/lub eterów propylowych oraz wielofunkcyjnego emulgatora, który po dodaniu do standardowej benzyny tworzy z nią jednorodną i stabilną kompozycję paliwową posiadającą szereg korzystnych cech eksploatacyjnych.

Powszechnie znane na świecie jest stosowanie jako dodatku do benzyn bezwodnego alkoholu etylowego w ilościach przekraczających nawet 20%. Nie może to być jednak otrzymany w procesie fermentacji polisacharydów i destylowany w kolumnie rektyfikacyjnej spirytus rektyfikowany zawierający 4,5% wody, ponieważ uwodniony spirytus nie miesza się z benzyną. Maksymalna rozpuszczalność wody w benzynie wynosi zaledwie 0,008% i maleje wraz ze spadkiem temperatury. Woda i benzyna utworzą więc dwie odrębne i nie mieszające się ze sobą fazy. W temperaturze mniejszej niż 0°C wymraża się nawet owe 0,008% wody rozpuszczone w benzynie, tworząc kryształki lodu, których obecność powoduje szereg problemów eksploatacyjnych. Woda wytrącona z paliwa oraz woda kondensacyjna gromadzi się na dnie zbiornika powodując jego korozję, tworząc osady i szlamy, które transportowane z paliwem powodują blokowanie gaźników i systemów wtryskowych.

Niezbędnym staje się więc, zastosowanie alkoholu etylowego absolutnego-bezwodnego, minimum 99,8%. Jednak otrzymanie takiego alkoholu jest kosztowne i dość kłopotliwe.

Badania i szereg doświadczeń eksploatacyjnych wykazały, że trwałe wprowadzenie do paliwa nawet niewielkiej ilości wody posiada szereg wymiernych cech. Jej obecność wywołuje dodatkowe, korzystne procesy pirolizy, hydrolizy, reformingu, metanolizacji i uwodornienia. Efektem wspomnianych procesów jest niemal całkowite spalanie węglowodorów do mało toksycznych gazów oraz brak sadzy. W wysokiej temperaturze spalania woda reaguje m.in. z sadzą wg reakcji:

C + H2O <=> CO + H2 tworząc wysokoenergetyczne gazy.

Dzięki tym wspomnianym procesom woda przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia mocy silnika oraz powoduje obniżenie temperatury jego pracy, co ma znaczący wpływ na obniżenie emisji tlenków azotu.

Bezspornym pozostaje więc fakt, że wprowadzenie wody do paliwa przynosi szereg wymiernych cech eksploatacyjnych i ekologicznych. Problem stanowi jedynie eliminacja wymienionych powyżej mankamentów oraz osiągnięcie zwiększonej i trwałej rozpuszczalności wody w benzynie wysokooktanowej.

W opisie patentowym USA nr 4.158.551 jako dodatki zwiększające ilość wody w paliwie zastosowano etoksylowane alkilofenole i dietanoloamid kwasu kokosowego. Inny opis patentowy USA nr 4.046.519 zawiera propozycję użycia mieszaniny złożonej z 9 części mono i/lub dioleinianu gliceryny oraz 1 części tlenku dietoksystearyloaminy. W kolejnym opisie patentowym USA nr 4.083.698 do układu benzyna-etanol-woda, jako emulgator zastosowano oleinian amonu. Natomiast opis patentowy USA nr 4.808.195 proponuje zastosowanie mieszaniny etoksyetylowanego nonylofenolu, poliglikoli oraz alkoholu i/lub glikolu etylowego. Ponadto z niemieckiego opisu patentowego DE 33 45 516 znane jest paliwo, które zawiera: benzynę 80-95%, etanol do 20% i wodę do 2%, do którego dodawana jest wieloskładnikowa kompozycja: 36-60% n-butanolu, 5-26,1% metyloizobutylo-ketonu i 2-8% emulgatora niejonowego o wskaźniku HLB = 8,1, który przedstawia stosunek liczby grup hydrofilowych do liczby grup hydrofobowych w cząsteczce oraz mono lub dioleinianu gliceryny o wskaźniku HLB około 3,3.

Przedstawione powyżej kompozycje umożliwiają dość dobre roztworzenie wody w benzynie nawet do 2%, ale obecność niektórych komponentów, zwłaszcza nonylofenolu i glikoli powoduje wydzielanie podczas spalania dużej ilości czarnych, smolistych osadów. Zaproponowane związki nie posiadają także praktycznie żadnych właściwości smarnych i przeciwzużyciowych.

Celem wynalazku jest wynalezienie lub opracowanie taniego wielofunkcyjnego emulgatora umożliwiającego wykorzystanie taniego, łatwo dostępnego uwodnionego alkoholu etylowego jako tlenowego dodatku do benzyn z zapłonem iskrowym.

Nieoczekiwanym okazało się, że opisany w polskim opisie patentowym nr 161136 wodozmywalny smar do głębokiego tłoczenia na zimno metali żelaznych i kolorowych doskonale rozpuszcza się w mieszaninie benzyn i uwodnionego alkoholu etylowego, tworząc klarowne i trwałe nawet w niskich

PL 197 330 B1 temperaturach paliwa silnikowe. Ponadto paliwo z tym dodatkiem posiada znakomite właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe, chroni elementy stalowe i z metali kolorowych przed korozją, pozostawia znikome ilości osadów na zaworach ssących i rozpylaczach, a co najistotniejsze obniża toksyczność spalin.

Prezentowany ekologiczny dodatek do paliw silnikowych o zawartości standardowej benzyny 60-98% wagowych wg wynalazku składa się z mieszaniny 1-30% wagowych uwodnionego 75-95% alkoholu etylowego, 0,1-5% wagowych alkoholi i/lub eterów propylowych oraz 0,1-5% wagowych mieszaniny monoglicerydów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze 1, w którym R1 oznacza resztę nasyconego i/lub nie nasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, monoestrów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych oksyetylowanych 3-15 molami tlenku etylenu glikolu etylenowego o ogólnym wzorze 2, w którym R2 oznacza resztę nasyconego i/lub nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n jest liczbą naturalną zawartą od 4 do 16 oraz heterocyklicznego związku, zawierającego przynajmniej jeden atom azotu, o ogólnym wzorze 3, w którym Y oznacza atom siarki lub grupę alkilową o 1-4 atomach węgla, podstawniki fenylowe albo wodór, m = 0 lub 1.

Niespodziewanie okazało się, że paliwo według wynalazku zawierające uwodniony alkohol wielokrotnie lepiej ulega magnetycznej aktywacji w strumieniu pola magnetycznego stałego i/lub zmiennego i/lub wirowego. Silnie polarna woda i polarne alifatyczne alkohole zawarte w paliwie diametralnie zmieniają właściwości fizyko-chemiczne paliwa, a zwłaszcza stałą dielektryczną i przewodność elektryczną.

Polarne paliwo według wynalazku w strumieniu pola magnetycznego łatwo zmienia swoją chaotyczną strukturę na uporządkowane cząsteczki, a nadany moment magnetyczny porządkuje elektrony na poziomie atomowym i cząsteczkowym. Ta selektywna jonizacja i zmiana ładunku elektrycznego polarnego paliwa umożliwia bardzo dokładne wymieszanie go z powietrzem, a w efekcie czego następuje całkowite optymalne spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej.

Typowe kompozycje wielofunkcyjnych dodatków do benzyn według wynalazku zilustrowane są w następujących przykładach nie ograniczając zakresu ich zastosowań, ponieważ mają one wyłącznie charakter ilustracyjny.

P r z y k ł a d 1. Do mieszalnika ze stali nierdzewnej wyposażonego w mieszadło wolnoobrotowe wprowadzono kolejno 50 kg alkoholu izopropylowego, 25 kg wodorozpuszczalnego smaru o konsystencji gęstego miodu otrzymanego zgodnie z przykładem 1 według patentu 161136, o ogólnym wzorze 1 i 2, w którym R1 i R2 oznacza resztę nasyconego i nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n = 7, jako związek heterocykliczny użyty jest 2-metylo-5-metoksy-benzotiazol. Po rozpuszczeniu składników wprowadzono 350 kg skażonego 92% alkoholu etylowego-denaturatu i 75 kg 99% alkoholu metylowego. Całość mieszano jeszcze przez dwie godziny, aż do uzyskania jednolitego roztworu.

P r z y k ł a d 2. Do benzyny bezołowiowej Eurosuper 95 dodano 20% objętościowych kompozycji przygotowanej zgodnie z przykładem 1, otrzymano jednolity, klarowny roztwór praktycznie bez mieszania, tak jak może to mieć miejsce przy wlewaniu dodatku bezpośrednio do zbiornika paliwa.

P r z y k ł a d 3. Do benzyny jak w przykładzie 2 dodano 18% objętościowych alkoholi jak w przykładzie 1 tylko bez wodorozpuszczalnego smaru pomimo długiego okresu mieszania w temperaturze pokojowej paliwo to ulegało prawie natychmiastowemu rozwarstwianiu, na górną fazę benzynową i dolną wodno-alkoholową.

P r z y k ł a d 4. Do mieszalnika jak w przykładzie 1 wprowadzono 40 kg alkoholu propylowego i 20 kg eteru diizopropylowego, w którym rozpuszczono 30 kg wodorozpuszczalnego smaru - zgodnie z przykładem 3 według patentu 161136, o ogólnym wzorze 1 i 2, w którym R1 i R2 oznacza resztę nasyconego i nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n ma wartość 9, związkiem heterocyklicznym jest 2-amino-benzotiazol. Po dokładnym wymieszaniu składników dodano 350 kg technicznego skażonego bitrexem 94,7% alkoholu etylowego i 50 kg 99% alkoholu metylowego, całość ponownie mieszano w temperaturze pokojowej przez około jedną godzinę.

P r z y k ł a d 5. Do benzyny uniwersalnej 95 dodano 22% objętościowych kompozycji przygotowanej według przykładu 4, otrzymano przezroczysty jednolity płyn praktycznie bez mieszania tylko z lekkim wstrząśnięciem jak może mieć to miejsce przy wlewaniu komponentu bezpośrednio do zbiornika paliwa.

PL 197 330 B1

P r z y k ł a d 6. Do benzyny uniwersalnej jak w przykładzie 5 dodano 20% objętościowych komponentów tlenowych jak w przykładzie 4 tylko bez wodorozpuszczalnego smaru, składniki nie mieszały się z sobą pomimo długiego okresu wstrząsania.

Kompozycje według wynalazku, a konkretnie według przykładu 2 i 5 były stabilne nawet po okresie przechowywania przez kilkanaście miesięcy w warunkach naturalnych, w okresie letnim przy temperaturach wysoce dodatnich jak i w okresie zimowym w temperaturach minusowych.

Przeprowadzono doświadczenie laboratoryjne mające na celu wykazanie wpływu strumienia magnetycznego na paliwo polarne sporządzone według wynalazku. Doświadczenie wykonano w warunkach normalnych.

P r z y k ł a d 7. Do jednorodnej mieszaniny benzynowo-wodno-alkoholowej sporządzonej według przykładu 5, umieszczonej w rozdzielaczu cylindrycznym, wprowadzano dodatkowo porcjami wodę, aż do powstania lekko dyspersyjnej opalizującej mieszaniny. Przy rurce spustowej rozdzielacza, poniżej zaworu umieszczono magnes stały typu M-1C. Po przepuszczeniu przez strumień magnetyczny nasyconej do maksimum wodą mieszaniny benzynowo-alkoholowej roztwór stał się klarowny. Do cieczy, która została poddana działaniu strumienia magnetycznego udało się dodatkowo wprowadzić kolejne 0,3% wody zachowując jej klarowność. Powyższe doświadczenie potwierdza pozytywny wpływ strumienia magnetycznego na benzynowo-wodno-alkohoIową mieszaninę paliwową.

Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw był testowany eksploatacyjnie ponad rok, w kilkudziesięciu samochodach z zapłonem iskrowym, których właściciele dobrowolnie zgodzili się na próby. Próby wypadły wręcz rewelacyjnie, do najważniejszych zalicza się: radykalne zmniejszenie ilości tlenków węgla i azotu w gazach wylotowych, zmniejszenie tworzenia się osadów i nagaru, zwiększenie smarowności paliwa, a tym samym zmniejszenie zużycia części trących, obniżenie temperatury pracy silnika, a w wielu przypadkach zmniejszenie zużycia paliwa i zwiększenie mocy silnika.

Dodatkowo przeprowadzone praktyczne testy na kilkunastu samochodach produkcji polskiej i zagranicznej z udziałem paliwa według wynalazku i osadzonymi magnesami stałymi na przewodzie paliwowym, wykazały szereg korzystnych właściwości.

Polarne paliwo według wynalazku poddane magnetycznej aktywacji spala się całkowicie, nawet bez użycia kosztownych katalizatorów, a spaliny nie zawierają toksycznych tlenków węgla i azotu. Zaobserwowano, nie tylko brak odkładania się sadzy i nagarów powstałych ze spalania paliwa sporządzonego według wynalazku, ale także stopniowe usuwanie osadów powstałych w wyniku spalania benzyny konwencjonalnej z komór spalania, przewodów wydechowych, powierzchni dysz i świec zapłonowych. Dodatkowo zaobserwowano, że powyższe paliwo zapewnia lepszą pracę gaźników i wtrysków paliwa, ułatwia rozruch silnika zwłaszcza na zimno i poprawia dynamikę jazdy.

Do ekologicznego, uwodnionego dodatku do paliw według wynalazku, można w miarę potrzeb dla specyficznych zastosowań - wprowadzić znane specjalistom tej dziedziny alifatyczne alkohole, estry, etery i ketony oraz niejonowe i/lub kationowe środki powierzchniowo czynne i inne.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ekologiczny, uwodniony dodatek do pallw przeznaczonych dla siiników spallnowych z zapłonem iskrowym jako uzupełnienie do 60-98% wagowych standardowej benzyny, znamienny tym, że składa się z mieszaniny 1-30% wagowych uwodnionego 75-95% alkoholu etylowego, 0,1-5% wagowych alkoholi i/lub eterów propylowych, oraz 0,1-5% wagowych mieszaniny monoglicerydów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze 1, w którym R1 oznacza resztę nasyconego i/lub nie nasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, monoestrów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych oksyetylowanych 3-15 molami tlenku etylenu glikolu etylenowego o ogólnym wzorze 2, w którym R2 oznacza resztę nasyconego i /lub nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n jest liczbą naturalną zawartą od 4 do 16 oraz heterocyklicznego związku, zawierającego przynajmniej jeden atom azotu, o ogólnym wzorze 3, w którym Y oznacza atom siarki lub grupę alkilową o 1-4 atomach węgla, podstawniki fenylowe albo wodór, m = 0 lub 1.
2. 2. Uwodnionydodatek do pallw według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo z£^\^i^r^£a allfatyczne alkohole, estry, etery i ketony oraz niejonowe i/lub kationowe środki powierzchniowo czynne.
3. 3. Uwodniony dodatek do pallw według zas^z. 1 albo 2, tym, że jess poddany magnetycznej aktywacji w strumieniu pola magnetycznego stałego i/lub zmiennego i/lub wirowego.