PL198232B1 - Uwodniony dodatek do paliw - Google Patents

Abstract

1. Uwodniony dodatek do paliw silnikowych zwłaszcza do benzyny i oleju napędowego, znamienny tym, że zawartość wody w kompozycji wynosi 0,05 - 10% wagowych, alkoholu etylowego od 40 - 95% wagowych w przeliczeniu na 100%, cykloheksanonu i/lub jego pochodnych od 0,1 - 30% wagowych oraz 0,1 - 20% 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 wyż­ szych 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 fenyIowe albo wodór, m=0 lub 1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uwodniony dodatek do paliw, zwłaszcza do benzyny i oleju napędowego, będący mieszaniną wody, alkoholu etylowego, cykloheksanonu i/lub jego pochodnych oraz wielofunkcyjnego emulgatora, który po dodaniu do standardowego paliwa tworzy z nim jednorodną i stabilną kompozycję paliwową posiadającą szereg korzystnych cech eksploatacyjnych. Do najkorzystniejszych cech można zaliczyć: radykalne zmniejszenie emisji tlenków węgla i azotu oraz innych substancji toksycznych w gazach spalinowych, zmniejszenie nagarów oraz polepszenie wzrostu mocy i dynamiki silnika.

Powszechnie znane jest stosowanie jako dodatku do paliw bezwodnego alkoholu etylowego w ilościach przekraczających nawet 20%. Korzystnie stosuje się alkohol etylowy otrzymywany w wyniku fermentacji alkoholowej z surowców i/lub odpadów pochodzenia roślinnego, który nosi nazwę bioetanolu. Uwodniony bioetanol nie miesza się z benzyną ani z olejem napędowym. Maksymalna rozpuszczalność wody w paliwie silnikowym wynosi zaledwie 0,01% i maleje wraz ze spadkiem temperatury. Woda i paliwo silnikowe tworzą dwie odrębne i nie mieszające się ze sobą fazy. W temperaturze mniejszej niż 0°C wymraża się nawet owe 0,01% wody rozpuszczone w paliwie, 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 paliwie silnikowym.

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.

W kolejnym opisie patentowym USA nr 4.384.872 przedstawiono dodatek paliwowy będący kombinację niższego alkanolu z emulgatorem, który zapewnia zwiększone tolerowanie wody w takich kompozycjach paliwowych. Także opis patentowy USA nr 4.516.981 ujawnia kompozycję dyspergującą szlam olejowy, która składa się z alkoholu, eteru glikolu i polioksyetylenowanego fenolu. 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 składająca się z: 36 - 60% n-butanolu, 5 - 26,1% metyloizobutyloketonu 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 paliwie 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.

PL 198 232 B1

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 i paliw dieslowskich.

Nieoczekiwanym okazało się, że cykloheksanon i/lub jego pochodne i opisany w polskim opisie patentowym nr 161136 wodozmywalny smar do głębokiego tłoczenia na zimno metali żelaznych i kolorowych doskonale rozpuszczają się w mieszaninie benzyn lub oleju napędowego i uwodnionego alkoholu etylowego, tworząc klarowne i trwałe, nawet w niskich temperaturach, paliwa silnikowe. Ponadto paliwo z tym dodatkiem posiada znakomite właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe, chroni przed korozją elementy stalowe i z metali kolorowych, pozostawia znikome ilości osadów na zaworach ssących i rozpylaczach, a co najistotniejsze radykalnie obniża toksyczność spalin.

Szczególnie zalecanym dodatkiem jest cykloheksanon, który dobrze rozpuszcza się w paliwach silnikowych i alkoholach. W wodzie rozpuszcza się on w około 2,4%, przez co doskonale wzmacnia efekt emulsyfikacji wody w paliwach, tworząc trwałe mikroemulsje. Cykloheksanon zwiększa indeks tlenowy, jest związkiem polarnym, a co ważne jego entalpia jest wyższa niż alkoholu etylowego i ma pozytywny wpływ na stabilizację parametru prężności par benzyn i oleju napędowego. Temperatura zapłonu, zakres destylacji i względny ciężar właściwy klasyfikują go na wysokiej pozycji wśród dodatków paliwowych.

Prezentowany dodatek do paliw silnikowych, zwłaszcza do benzyny i oleju napędowego według wynalazku składa się z kompozycji, w której zawartość wody wynosi 0,05 - 10% wagowych, alkoholu etylowego w przeliczeniu na 100% od 40 do 95% wagowych, cykloheksanonu i/lub jego pochodnych od 0,1 - 30% wagowych oraz 0,1 - 20% wagowych mieszaniny monoglicerydów nasyconych i/lub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze 1, w którym R1 oznacza resztę nasyconego i/lub nienasyconego 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.

Uwodniony dodatek do paliw według wynalazku jest stosowany w ilości 0,05 - 50% wagowych w stosunku do paliw silnikowych.

Niespodziewanie okazało się, że paliwo według wynalazku zawierające uwodniony alkohol etylowy i cykloheksanon i/lub jego pochodne wielokrotnie lepiej ulega magnetycznej aktywacji w strumieniu pola magnetycznego stałego i/lub zmiennego i/lub wirowego. Silnie polarna woda i polarny alkohol etylowy oraz cykloheksanon i/lub jego pochodne dodane do paliwa silnikowego diametralnie zmieniają jego właściwości fizykochemiczne, 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 polarnego paliwa i zmiana jego ładunku elektrycznego, umożliwia bardzo dokładne wymieszanie go z powietrzem, w efekcie czego następuje całkowite, optymalne spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej.

Typowe kompozycje wielofunkcyjnych dodatków do paliw silnikowych 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 60 kg cykloheksanonu, 30 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 310 kg skażonego 92% alkoholu etylowego - denaturatu. 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. Liczba oktanowa badana (LOB) mieszanki paliwowej wyniosła ponad 100.

P r z y k ł a d 3. Do benzyny jak w przykładzie 2 dodano 18% objętościowych denaturatu jak w przykładzie 1, tylko bez cykloheksanonu i wodorozpuszczalnego smaru. Pomimo długiego okresu

PL 198 232 B1 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 cykloheksanonu i 20 kg 1,1,3-trimetylocykloheksanonu, 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 320 kg technicznego skażonego bitrexem 94,7% alkoholu etylowego. Całość ponownie mieszano w temperaturze pokojowej przez około jedną godzinę.

P r z y k ł a d 5. Do oleju napędowego o liczbie cetanowej 51 dodano 2% 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. Liczba cetanowa (LC) mieszanki paliwowej wyniosła około 52.

P r z y k ł a d 6. Do oleju napędowego jak w przykładzie 5 dodano 2% 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-alkoholowo-cykloheksanonowej sporządzonej według przykładu 2, 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 Multimag paliwa FE. 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 0,5% wody zachowując jej klarowność. Powyższe doświadczenie potwierdza pozytywny wpływ strumienia magnetycznego na benzynowo-wodno-alkoholowo-cykloheksanonową mieszaninę paliwową.

Ekologiczny, uwodniony dodatek do paliw był testowany eksploatacyjnie ponad rok, w kilkudziesięciu samochodach z zapłonem iskrowym i samoczynnym, których właściciele dobrowolnie zgodzili się na próby. Próby wypadły wręcz rewelacyjnie, zauważono przede wszystkim: 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, wtryskiwaczy, 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 uwodnionego dodatku do paliw według wynalazku, można wprowadzić, w miarę potrzeb dla specyficznych zastosowań, znane specjalistom tej dziedziny alifatyczne alkohole, estry, etery, ketony i związki aromatyczne oraz niejonowe i/lub kationowe środki powierzchniowo czynne i inne.

PL 198 232 B1

Claims (4)

1. Uwodniony dodatek do paliw silnikowych zwłaszcza do benzyny i oleju napędowego, znamienny tym, że zawartość wody w kompozycji wynosi 0,05 - 10% wagowych, aikohoiu etylowego od 40 - 95% wagowych w przeliczeniu na 100%, cykloheksanonu i/iub jego pochodnych od 0,1 - 30% wagowych oraz 0,1 - 20% wagowych mieszaniny monogiicerydów nasyconych i/iub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych o ogóinym wzorze 1, w którym R1 oznacza resztę nasyconego i/iub nie nasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, monoestrów nasyconych i/iub nienasyconych wyższych kwasów tłuszczowych oksyetyiowanych 3 - 15 moiami tienku etyienu giikoiu etyienowego o ogóinym wzorze 2, w którym R2 oznacza resztę nasyconego i/iub nienasyconego wyższego kwasu tłuszczowego, a n jest iiczbą naturainą zawartą od 4 do 16 oraz heterocykiicznego związku, zawierającego przynajmniej jeden atom azotu, o ogóinym wzorze 3, w którym Y oznacza, atom siarki iub grupę aikiiową o 1 - 4 atomach węgia, podstawniki fenylowe aibo wodór, m=0 iub 1.

2. Uwodnionndodaaee do paliw weeług zastrz. 1, zznmieenn tym, że dodaakowo zawieea alifatyczne aikohoie, estry, etery, ketony i aromatyczne związki oraz niejonowe i/iub kationowe środki powierzchniowo czynne.

3. Uwodnionndodotee do dpliw woeługzastrz. 1i 2, z znmieenn ty^r^, żż j ees stodowesnw i lońśi 0,05 - 50% wagowych w stosunku do paiiw siinikowych.

4. Uwodnionndodotee do ż^-w t d i 3, znnmieeny ttn, żedaddoje się tycznej aktywacji w strumieniu poia magnetycznego stałego i/iub zmiennego i/iub wirowego.

Rysunki

H2C—OH hc—oh h₂c—Ri wzór 1

H(OCH₂CH2)_bR₂ wzór 2