RU2349631C1 - Method of preparing fine aqueous emulsion in liquid organic medium - Google Patents
Method of preparing fine aqueous emulsion in liquid organic medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349631C1 RU2349631C1 RU2007142524/04A RU2007142524A RU2349631C1 RU 2349631 C1 RU2349631 C1 RU 2349631C1 RU 2007142524/04 A RU2007142524/04 A RU 2007142524/04A RU 2007142524 A RU2007142524 A RU 2007142524A RU 2349631 C1 RU2349631 C1 RU 2349631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- aqueous phase
- emulsion
- fuel
- organic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к процессу приготовления мелкодисперсной эмульсии типа "вода в жидком топливе или масле" и предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания, котлах, печах, тепловых машинах, а также при производстве коллоидных и обводненных полимерных дисперсий, в пищевой промышленности при производстве маргаринов, кремов, пивного сусла, медицинской и парфюмерной промышленности.The invention relates to a process for preparing a finely dispersed emulsion of the type "water in liquid fuel or oil" and is intended for use in internal combustion engines, boilers, furnaces, heat engines, as well as in the production of colloidal and flooded polymer dispersions, in the food industry in the production of margarines, creams , beer wort, medical and perfume industry.
Использование эмульгированного водой топлива хорошо тем, что вода при сгорании топлива играет роль ингибитора, то есть вещества, препятствующего образования окислов азота и серы при горении, и тем самым сокращающего количество загрязняющих выбросов. Кроме того, при сжигании эмульсии повышается теплоотдача топлива за счет взрывообразного испарения воды и ее большей теплоемкости, что приводит к увеличению КПД двигателя и тем самым уменьшает расход топлива.The use of fuel emulsified by water is good because water, when burning fuel, plays the role of an inhibitor, that is, a substance that prevents the formation of nitrogen and sulfur oxides during combustion, and thereby reduces the amount of polluting emissions. In addition, when burning an emulsion, the heat transfer of fuel increases due to explosive evaporation of water and its greater heat capacity, which leads to an increase in engine efficiency and thereby reduces fuel consumption.
Известны способы и устройства для получения топливных эмульсий [1, 2, 3]. В этих эмульсиях дисперсионная среда является водной, с возможным инвертированием эмульсии путем разбавления органической фазой. Эмульсия содержит менее 20% по объему воды, причем дисперсионную среду образует водная фаза. К недостаткам этих методов следует отнести то, что в случае эмульгированных моторных топлив, у которых дисперсионная среда является водной, возможна коррозия и ускоренный износ деталей топливной системы двигателя.Known methods and devices for producing fuel emulsions [1, 2, 3]. In these emulsions, the dispersion medium is aqueous, with possible inversion of the emulsion by dilution with the organic phase. The emulsion contains less than 20% by volume of water, and the aqueous phase forms the dispersion medium. The disadvantages of these methods include the fact that in the case of emulsified motor fuels in which the dispersion medium is water, corrosion and accelerated wear of parts of the fuel system of the engine are possible.
Мелкодисперсная эмульсия воды в топливе более совместима с частями топливной системы и деталями двигателя, поскольку дисперсионная среда идентична среде топлива, для которого рассчитан двигатель. Кроме того, сжигание мелкодисперсной эмульсии воды в топливе предпочтительнее, поскольку быстрое испарение капель воды, диспергированных в топливе, существенно улучшают дисперсию углеводородов в камере сгорания [4, 5]A finely dispersed water-in-fuel emulsion is more compatible with parts of the fuel system and engine parts, since the dispersion medium is identical to the fuel medium for which the engine is designed. In addition, the combustion of a finely dispersed emulsion of water in the fuel is preferable, since the rapid evaporation of water droplets dispersed in the fuel significantly improves the dispersion of hydrocarbons in the combustion chamber [4, 5]
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ подготовки жидкого топлива к распылению в камере сгорания [6], состоящий в том, что в жидкое топливо добавляют воду, перемешивают, затем либо водную составляющую эмульсии, либо топливную нагревают. Водную составляющую эмульсии нагревают с помощью СВЧ-поля, а топливную нагревают до температур, превышающих температуру кипения при давлении в камере сгорания, после этого либо подогретую эмульсию впрыскивают в камеру сгорания, либо топливную составляющую эмульсии нагревают до температуры деструкции топлива, и после этого получившуюся смесь впрыскивают в камеру сгорания.Closest to the claimed technical essence is a method of preparing liquid fuel for atomization in a combustion chamber [6], which consists in adding water to the liquid fuel, mixing it, then either the aqueous component of the emulsion or the fuel component is heated. The water component of the emulsion is heated using a microwave field, and the fuel component is heated to temperatures above the boiling point at the pressure in the combustion chamber, after which either the heated emulsion is injected into the combustion chamber, or the fuel component of the emulsion is heated to the temperature of the destruction of the fuel, and then the resulting mixture injected into the combustion chamber.
Недостаток этого способа состоит в том, что необходима большая мощность СВЧ-поля, чтобы нагревать эмульсию до температур выше 130-350°С, что приводит к высоким давлениям 100 атмосфер, а это предъявляет повышение требований к материалам топливной системы, чтобы избежать опасности ее воспламенения вне камеры сгорания.The disadvantage of this method is that it requires a large microwave power to heat the emulsion to temperatures above 130-350 ° C, which leads to high pressures of 100 atmospheres, and this imposes increased requirements on the materials of the fuel system in order to avoid the danger of ignition outside the combustion chamber.
Задачей данного изобретения является создание экономичной, эффективной и безопасной технологии приготовления мелкодисперсной эмульсии типа вода в масле или вода в топливе, в которой дисперсионная среда идентична среде, для которой рассчитан двигатель.The objective of the invention is to provide an economical, effective and safe technology for the preparation of a finely dispersed emulsion of the type water in oil or water in fuel, in which the dispersion medium is identical to the medium for which the engine is designed.
Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.
В топливо или масло добавляют воду в соотношении не более 1:2 и воздействуют СВЧ-полем. Это соотношение выбрано для того, чтобы топливная фаза не успевала нагреваться от водной фазы. Поскольку плотность воды выше плотности топлива либо масла, водная фаза оказывается внизу. СВЧ-поле воздействует одновременно на топливную и водную фазы без предварительного смешивания, водная фаза быстро нагревается до температуры кипения, при этом органическая фаза практически не нагревается. Пары воды, проходя через органическую фазу, конденсируются и образуют мелкодисперсную эмульсию воды в топливе, причем размер капель воды в органической фазе составляет 100-400 нм. Крупные капли из эмульсии отбираются на повторную обработку СВЧ-полем. После этого эмульсия подается в камеру сгорания. Для увеличения количества эмульсионной воды в органической среде добавляют воду, содержащую поверхностно активные вещества.Water is added to the fuel or oil in a ratio of not more than 1: 2 and is exposed to the microwave field. This ratio is chosen so that the fuel phase does not have time to heat up from the aqueous phase. Since the density of water is higher than the density of fuel or oil, the aqueous phase is below. The microwave field acts simultaneously on the fuel and water phases without preliminary mixing, the aqueous phase quickly heats up to the boiling point, while the organic phase practically does not heat up. Water vapor passing through the organic phase condenses and forms a finely dispersed emulsion of water in the fuel, and the size of the water droplets in the organic phase is 100-400 nm. Large droplets from the emulsion are selected for re-treatment with a microwave field. After that, the emulsion is fed into the combustion chamber. To increase the amount of emulsion water in the organic medium, water containing surfactants is added.
Сущность предлагаемого способа продемонстрирована следующим примером.The essence of the proposed method is demonstrated by the following example.
В стеклянную 100 мл емкость наливалось дизельное топливо и дистиллированная вода (либо в других случаях - масло и вода) в соотношении не менее 2:1, (температура воды и топлива первоначально была 15-20°С), поскольку плотность воды выше плотности топлива или масла, вода оказывалась внизу емкости. Затем образец, в котором топливо и вода были разделены на две фазы, облучался СВЧ-полем частотой 2,4 ГГц в резонаторе объемом 20 л, при средней мощности поля 2,4 Вт/см3.Diesel fuel and distilled water (or in other cases oil and water) were poured into a 100 ml glass container in a ratio of at least 2: 1, (the temperature of the water and fuel was initially 15-20 ° C), since the density of water is higher than the density of the fuel oil, water was at the bottom of the tank. Then, the sample, in which fuel and water were separated into two phases, was irradiated with a 2.4 GHz microwave field in a 20 L resonator with an average field power of 2.4 W / cm 3 .
СВЧ-поле нагревало только водную фазу, температура органической фазы практически не менялась. Быстрый нагрев водной фазы приводил к ее быстрому вскипанию, пары воды загонялись в топливную фазу и конденсировались. В момент вскипания водной фазы СВЧ-поле выключалось, эмульсия переливалась в кювету, размером 20 см3, после этого измерялся радиус водяных капель в дисперсной среде дизельного топлива либо вазелинового масла методом корреляционной спектроскопии рассеянного света, описанной [7].The microwave field heated only the aqueous phase, the temperature of the organic phase remained practically unchanged. Rapid heating of the aqueous phase led to its rapid boiling, water vapor was driven into the fuel phase and condensed. At the moment of boiling the aqueous phase, the microwave field was turned off, the emulsion was poured into a cuvette with a size of 20 cm 3 , after which the radius of water droplets in a dispersed medium of diesel fuel or liquid paraffin was measured by the method of scattered light correlation spectroscopy described [7].
В качестве водной фазы в дизельном топливе использовалась дистиллированная вода и вода с различными добавками АОТ (поверхностно-активное вещество би(2-этилгексил) сульфосацинат). На фиг.1 приведены данные измеренного среднего радиуса Rср водных капель в дизельном топливе в зависимости от времени t после облучения СВЧ-полем для следующих образцов: 1 - в чистой воде, и с концентрацией АОТ в воде: 2-3%, 3-1%. Экспериментальные данные показывают, что после прекращения воздействия СВЧ-поля размеры водных капель растут в течение 25 минут и достигают максимального размера 350 нм. Обработка по специальной программе корреляционных функций дала возможность определять распределение по размерам взвешенных водных капель в дисперсионной среде. И оказалось, что в эмульсии первоначально содержались капли размером более 2000 нм, которые в течение нескольких минут осаждались. Стабильность сохранялась с водными каплями размером от 300 до 400 нм эмульсии более 1 часа.Distilled water and water with various additives of AOT (surfactant bi (2-ethylhexyl) sulfosacinate) were used as the aqueous phase in diesel fuel. Figure 1 shows the data of the measured average radius R cf of water droplets in diesel fuel depending on time t after irradiation with a microwave field for the following samples: 1 - in pure water, and with AOT concentration in water: 2-3%, 3- one%. Experimental data show that after the termination of the microwave field, the size of water droplets grow within 25 minutes and reach a maximum size of 350 nm. Processing according to a special program of correlation functions made it possible to determine the size distribution of suspended water droplets in a dispersion medium. It turned out that the emulsion initially contained droplets larger than 2000 nm, which were deposited within a few minutes. Stability was maintained with water droplets ranging in size from 300 to 400 nm emulsion for more than 1 hour.
На фиг.2 приведена зависимость измеренного среднего радиуса Rср водных капель в дизельном топливе в зависимости от времени t после облучения СВЧ-полем для образцов с каплями воды, содержащей АОТ в количестве 1-0,3% и 2-0,1% в воде. Во время обработки СВЧ-полем этих образцов поле после вскипания воды сразу не выключилось, и за счет конвективных потоков происходил нагрев дизельного топлива до 70°С. Эти данные показывают, что устойчивый размер капель воды в нагретом топливе составляет 180 нм.Figure 2 shows the dependence of the measured average radius R sr of water droplets in diesel fuel as a function of time t after irradiation with a microwave field for samples with water drops containing AOT in the amount of 1-0.3% and 2-0.1% in water. During the microwave treatment of these samples, the field did not immediately turn off after boiling water, and diesel fuel was heated to 70 ° C due to convective flows. These data show that the steady size of the droplets of water in the heated fuel is 180 nm.
На фиг.3 изображена концентрационная зависимость средних размеров водяных капель Rср с различными добавками АОТ в дизельном топливе, через 20 мин после облучения СВЧ-полем.Figure 3 shows the concentration dependence of the average size of water droplets R cf with various additives of AOT in diesel fuel, 20 minutes after irradiation with a microwave field.
Измерения интенсивности рассеянного свата позволяют судить о концентрациях капель воды в дизельном топливе. На фиг.4 изображена интенсивность рассеяния света I (интенсивность измерялась в счетах фотонов ФЭУ) для этих же образцов. 3 - в чистой воде, с концентрацией АОТ в воде: 1-3%, 2-1%.Measurements of the intensity of scattered matchmaking allow us to judge the concentration of water droplets in diesel fuel. Figure 4 shows the light scattering intensity I (the intensity was measured in photomultiplier photon counts) for the same samples. 3 - in pure water, with a concentration of AOT in water: 1-3%, 2-1%.
Данные показывают, что существует оптимальная концентрация АОТ в воде, которая составляет 1%, при этой концентрации в дизельном топливе содержится максимальное количество эмульгированной воды.The data show that there is an optimal concentration of AOT in water, which is 1%, at this concentration in diesel fuel contains the maximum amount of emulsified water.
Устойчивость эмульсии зависит от плотности и вязкости органической фазы. Для вазелинового и трансформаторного масла этим методом можно создавать устойчивую эмульсию, в которой наноразмерные капли воды не выпадают в осадок в течение 1 месяца.The stability of the emulsion depends on the density and viscosity of the organic phase. For vaseline and transformer oil, this method can create a stable emulsion in which nanoscale drops of water do not precipitate for 1 month.
Устройство для эмульгирования водой топлива изображено на фиг.5.A device for emulsifying water with fuel is shown in Fig.5.
Устройство содержит: 1 - поддон для воды, 2 - емкость для дизельного топлива, 3, 4, 5, 6 - трубки, 7 - СВЧ-резонатор, 8 - насос, 9 - отстойник.The device contains: 1 - a pan for water, 2 - a container for diesel fuel, 3, 4, 5, 6 - tubes, 7 - a microwave resonator, 8 - a pump, 9 - a sump.
Дизельное топливо либо масло через трубку 3 подается в емкость 2, которая находится в СВЧ-резонаторе 7, через трубку 4 подается вода либо с добавками, либо без добавок в поддон 2 емкости 1. После облучения СВЧ-поля органическая фаза эмульгируется, затем большие капли осаждаются в отстойнике 9, и готовая эмульсия выводится по трубке 5. Часть топлива вместе с крупными каплями воды по трубке 6 с помощью насоса 8 подается обратно в емкость 2. Diesel fuel or oil is supplied through a
Способ эмульгирования водой маргарина аналогичен. В случае необходимости предусматривается возможность предварительного подогревания масла и жиров, составляющих основу маргарина, для того, чтобы уменьшить вязкость для оптимизации условий эмульгации.The method of emulsifying margarine with water is similar. If necessary, it is possible to preheat the oils and fats that form the basis of margarine in order to reduce viscosity to optimize emulsification conditions.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент DE 19704874.1. Patent DE 19704874.
2. Патент DD 216863.2. Patent DD 216863.
3. Патент WO 95/33023 THE REDUCTION OF NITROGEN OXIDES EMISSIONS FROM VEHICULAR DIESEL ENGINES 31.05.1994 US.3. Patent WO 95/33023 THE REDUCTION OF NITROGEN OXIDES EMISSIONS FROM VEHICULAR DIESEL ENGINES 05/31/1994 US.
4. Патент SAE 890449.4. Patent SAE 890449.
5. Патент SAE 920464.5. Patent SAE 920464.
6. Патент RU 2266470 (Способ подготовки жидкого топлива к распылению в камеру сгорания) - прототип.6. Patent RU 2266470 (Method for preparing liquid fuel for atomization into a combustion chamber) - prototype.
7. Патент RU 2306970, Способ приготовления коллоидных растворов и устройство для его осуществления.7. Patent RU 2306970, Method for preparing colloidal solutions and device for its implementation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007142524/04A RU2349631C1 (en) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Method of preparing fine aqueous emulsion in liquid organic medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007142524/04A RU2349631C1 (en) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Method of preparing fine aqueous emulsion in liquid organic medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2349631C1 true RU2349631C1 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=40545238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007142524/04A RU2349631C1 (en) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Method of preparing fine aqueous emulsion in liquid organic medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2349631C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2527005C1 (en) * | 2013-03-29 | 2014-08-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Preparation of liquid fuel for combustion in combustion chamber |
RU2545059C2 (en) * | 2013-05-20 | 2015-03-27 | Владимир Анатольевич Щукин | Method of producing hydrocarbon motor fuel |
WO2015200381A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Emulsions by condensation |
-
2007
- 2007-11-20 RU RU2007142524/04A patent/RU2349631C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WO/2001/073347, 04.10.2001. WO/1993/021480, 28.10.1993. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2527005C1 (en) * | 2013-03-29 | 2014-08-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Preparation of liquid fuel for combustion in combustion chamber |
RU2545059C2 (en) * | 2013-05-20 | 2015-03-27 | Владимир Анатольевич Щукин | Method of producing hydrocarbon motor fuel |
WO2015200381A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Emulsions by condensation |
US10537860B2 (en) | 2014-06-23 | 2020-01-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Emulsions by condensation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sartomo et al. | Recent progress on mixing technology for water-emulsion fuel: A review | |
Debnath et al. | A comprehensive review on the application of emulsions as an alternative fuel for diesel engines | |
Hagos et al. | Water-in-diesel emulsion and its micro-explosion phenomenon-review | |
EP2714860B1 (en) | Glycerol containing fuel mixture for direct injection engines | |
CN1084377C (en) | Aqueous fuel for internal combustion engine and method of preparing same | |
RU2349631C1 (en) | Method of preparing fine aqueous emulsion in liquid organic medium | |
Sudrajad et al. | Experimental study of exhaust emissions of W/O emulsion fuel in DI single cylinder diesel engine | |
Lin et al. | Effects of NOx-inhibitor agent on fuel properties of three-phase biodiesel emulsions | |
El-Adawy et al. | Unveiling the status of emulsified water-in-diesel and nanoparticles on diesel engine attributes | |
JPH11515037A (en) | Emulsion fuel and its use in gas turbines | |
Bukkarapu et al. | A review on current trends in water in oil emulsions | |
Bibin | Emission control in CI engine using ethanol emulsion | |
Shahnazari et al. | Atomization characteristics of different water/heavy fuel oil emulsions in a pressure-swirl injector | |
CN102899106B (en) | Novel low carbon methanol diesel and additive and preparation method thereof | |
JPH11279573A (en) | Method for using viscous hydrocarbon as diesel fuel, and diesel fuel | |
SU1230470A3 (en) | Stabilizer of water-fuel emulsion | |
Tippayawong et al. | Performance and emissions of a small agricultural diesel engine fueled with 100% vegetable oil: effects of fuel type and elevated inlet temperature | |
Fayyad et al. | Experimental emulsified diesel and benzen investigation | |
Lin et al. | Emulsification characteristics of three-phase emulsion of biodiesel-in nitromethane-in-diesel prepared by microwave irradiation | |
JP2000144158A (en) | Water-oil mix fuel and its production | |
CA3125557C (en) | Process for the production of an improved diesel fuel | |
RU2676488C1 (en) | Composite fuel preparation method | |
JPS60231794A (en) | Improving quality of low-grade oil | |
US1614560A (en) | Combustible fuel and process of making same | |
RU2139917C1 (en) | Method and installation for production of fuel oil |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161121 |