RU2365618C2 - Water-fuel emulsion - Google Patents

Water-fuel emulsion Download PDF

Info

Publication number
RU2365618C2
RU2365618C2 RU2007103117/04A RU2007103117A RU2365618C2 RU 2365618 C2 RU2365618 C2 RU 2365618C2 RU 2007103117/04 A RU2007103117/04 A RU 2007103117/04A RU 2007103117 A RU2007103117 A RU 2007103117A RU 2365618 C2 RU2365618 C2 RU 2365618C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
fuel
group
substance
oil
Prior art date
Application number
RU2007103117/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007103117A (en
Inventor
Юрий Валентинович Воробьев (RU)
Юрий Валентинович Воробьев
Вячеслав Борисович Тетерюков (RU)
Вячеслав Борисович Тетерюков
Original Assignee
Юрий Валентинович Воробьев
Вячеслав Борисович Тетерюков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Валентинович Воробьев, Вячеслав Борисович Тетерюков filed Critical Юрий Валентинович Воробьев
Priority to RU2007103117/04A priority Critical patent/RU2365618C2/en
Publication of RU2007103117A publication Critical patent/RU2007103117A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2365618C2 publication Critical patent/RU2365618C2/en

Links

Landscapes

  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to novel water-fuel emulsions. Described is water-fuel emulsion, intended for explosion engines, working on liquid hydrocarbon fuel. It includes dispersion medium - hydrocarbon fuel, and dispersion phase - water, different in the following: emulsifying system, intended for obtaining of said water-fuel emulsion, contains: first group of components, represented by low molecular anionic surface-active substance and nonionic surface-active substance in ratio from 3:1 to 6:1 respectively, component or mixture of components from second group, represented by repellent and highly molecular surface-active substance, substance from third group, selected from betaine, propanol-2, sorbitol, oil distillates and substance or substance mixture from fourth group, which are oil-compensating agents.
EFFECT: obtaining of stable water-fuel emulsions.
2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к новым топливным эмульсиям, в которых дисперсионной средой служит углеводородное топливо, а дисперсной фазой - вода, преимущественной областью применения которых являются двигатели внутреннего сгорания транспортных средств. Более конкретно заявленная водно-топливная эмульсия является моторным топливом, а его заявленные разновидности относительно дисперсионной среды представлены дизельным топливом и различными марками бензина.The invention relates to new fuel emulsions, in which the dispersion medium is hydrocarbon fuel, and the dispersed phase is water, the primary field of application of which is the internal combustion engines of vehicles. More specifically, the claimed water-fuel emulsion is motor fuel, and its declared varieties relative to the dispersion medium are represented by diesel fuel and various grades of gasoline.

Актуальность получения устойчивых водно-топливных эмульсий и их использования объясняется необходимостью решения задач энергосбережения и экологической безопасности при работе энергетических топливных машин.The relevance of obtaining stable water-fuel emulsions and their use is explained by the need to solve the problems of energy conservation and environmental safety during the operation of energy fuel machines.

Многочисленными экспериментами установлено, что вода оказывает следующее влияние на рабочий процесс в двигателях внутреннего сгорания (ДВС):Numerous experiments have established that water has the following effects on the working process in internal combustion engines (ICE):

- снижает температуру горения и скорость горения топливовоздушной смеси;- reduces the combustion temperature and the burning rate of the air-fuel mixture;

- тормозит развитие предпламенного окисления углеводородов;- inhibits the development of flame oxidation of hydrocarbons;

- ускоряет превращение выделяемой окиси углерода в нейтральную двуокись;- accelerates the conversion of the released carbon monoxide into neutral dioxide;

- уменьшает содержание в выхлопных газах окислов азота;- reduces the content of nitrogen oxides in the exhaust gases;

- испаряясь, повышает давление в цилиндрах;- evaporating, increases the pressure in the cylinders;

- взаимодействуя с поверхностью рабочей камеры, очищает ее от нагара посредством микровзрывного действия;- interacting with the surface of the working chamber, cleans it of carbon deposits by means of microexplosive action;

- увеличивает полноту сгорания топливовоздушной смеси;- increases the completeness of combustion of the air-fuel mixture;

- выравнивает изменение крутящего момента по углу поворота ДВС и тем самым способствует увеличению мощности двигателя.- equalizes the change in torque in the angle of rotation of the engine and thereby contributes to an increase in engine power.

С этим связаны многочисленные попытки подачи воды различными способами в цилиндры двигателя. Как указано в патентах US 1701621 и US 4696638, наукой признана возможность производить начальную концентрированную эмульсию воды с тяжелым гидрокарбонатным маслом и затем разбавлять этой эмульсией моторное топливо, например бензин, с тем, чтобы получить конечную композицию топлива.This is associated with numerous attempts to supply water in various ways to the engine cylinders. As indicated in patents US 1701621 and US 4696638, science recognized the ability to produce an initial concentrated emulsion of water with heavy bicarbonate oil and then dilute motor fuel such as gasoline with this emulsion in order to obtain the final fuel composition.

Тем не менее использование предлагаемых водно-топливных эмульсий возможно при условии, что водно-топливная эмульсия является устойчивой в течение 72 часов при эксплуатации транспортного средства, не менее месяца - при периодическом простаивании транспортного средства или не менее 3-х месяцев - при хранении.Nevertheless, the use of the proposed water-fuel emulsions is possible provided that the water-fuel emulsion is stable for 72 hours during operation of the vehicle, for at least a month - with periodic downtime of the vehicle, or at least 3 months - during storage.

Кроме того, водно-топливная эмульсия должна иметь ощутимо более высокие по сравнению с чистым топливом экологические показатели и желательно более низкую стоимость, чем чистое топливо.In addition, the water-fuel emulsion should have significantly higher environmental performance compared to clean fuel and preferably lower cost than clean fuel.

Предшествующий уровень техники.The prior art.

Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) является достаточно апробированным подходом к получению эффективных эмульгирующих систем и водно-топливных эмульсий. В настоящее время насчитывается множество составов ПАВ, предназначенных для применения в пищевой и косметической отраслях, а также в производстве моющих средств. Некоторые из них используются и для получения водно-топливных эмульсий. Кроме этого, имеются патенты, в которых представлены эмульсии, предназначенные специально для использования в качестве моторного топлива. Примерами служат патенты US: 1498340; 1533158; 1701691; 3587581; 3807973; 3876391; 4199316; 4244702; 4696638, в которых ПАВ включают в себя любой эмульгатор или смесь эмульгаторов, применяемых в технике. Более подробно патент US 3527581 содержит описание эмульсии воды в бензине. Применяемая смесь ПАВ состоит, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых растворяется преимущественно в воде, другой - в углеводородной фазе. В качестве ПАВ используется смесь жирных кислот С1220, аминов, алкиламиноспиртов с С35 и алкилфенолов с C812 в алкильной группе. Патент US 3807973 содержит ПАВ - диэтаноламид жирной кислоты, моноэфир триэтаноламина и жирной кислоты триэтаноламина и жиров кислоты триэтаноламина.The use of surface-active substances (surfactants) is a fairly proven approach to obtaining effective emulsifying systems and water-fuel emulsions. Currently, there are many surfactant compositions intended for use in the food and cosmetic industries, as well as in the production of detergents. Some of them are also used to obtain water-fuel emulsions. In addition, there are patents in which emulsions are intended specifically for use as motor fuel. Examples are US patents: 1498340; 1,533,158; 1,701,691; 3,587,581; 3807973; 3,876,391; 4,199,316; 4,244,702; 4696638, in which surfactants include any emulsifier or mixture of emulsifiers used in the art. In more detail, US Pat. No. 3,527,581 describes a water emulsion in gasoline. The surfactant mixture used consists of at least two components, one of which is dissolved mainly in water, the other in the hydrocarbon phase. As a surfactant, a mixture of C 12 -C 20 fatty acids, amines, C 3 -C 5 alkylamino alcohols and C 8 -C 12 alkyl phenols in the alkyl group is used. US patent 3807973 contains a surfactant - diethanolamide fatty acid, mono-ester of triethanolamine and fatty acid triethanolamine and fatty acids triethanolamine.

Из других патентов можно отметить следующие. Патент SU 699005 содержит ПАВ - смесь диэфира пентаэритрита и олеиновой кислоты с полиэтиленгликолевым эфиром ангидросорбата и олеиновой кислоты или с тетраэтиленгликолевым эфиром изооктилфенола. Патент SU 810760 содержит присадку к эмульгатору СПАН 80 в виде соли карбоновой кислоты, в состав которой входит Fe или Сr, что позволяет снизить количество дорогостоящего эмульгатора. В патенте SU 816524 предложено использовать в качестве эмульгатора композицию ПАВ, состоящую из маслорастворимой смеси эфиров сорбита и олеиновой кислоты и водорастворимой Na-соли диэтилгексилового эфира сульфоянтарной кислоты. В патенте SU 1243342 в качестве основного ПАВ, имеющего эмульгирующие свойства, использован диэтаноламид олеиновой кислоты, а также диэтаноламиновое мыло олеиновой кислоты, которое регулирует оптимальный гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) эмульгатора, кроме того, включает диэтаноламин, который облегчает получение микроэмульсии и моноэфир олеиновой кислоты и диэтаноламина, что улучшает стабильность эмульсии. Патент SU 1246593 с целью повышения седиментальной стабильности содержит алкенилсукцинимид, являющийся эффективным стабилизатором эмульсии типа «вода-углеводород» относительно коалесценции и в качестве ПАВ - оксиэтилированный алкилфенол или оксиэтилированный спирт. В патенте RU 2213768 предусмотрены варианты смешивания ПАВ с алифатическим спиртом. В патенте RU 2216573 предложен способ получения водно-топливной эмульсии, который заключается в смешивании углеродсодержащего топлива с водой и эмульгатором, которым является гидрофобная кремниевая кислота. В данном патенте указано, что гомогенность смеси топлива с водой сохраняется сколь угодно долго.Other patents include the following. Patent SU 699005 contains a surfactant - a mixture of pentaerythritol diester and oleic acid with polyethylene glycol ether of anhydrosorbate and oleic acid or with tetraethylene glycol ether of isooctyl phenol. Patent SU 810760 contains an additive to the emulsifier SPAN 80 in the form of a carboxylic acid salt, which includes Fe or Cr, which reduces the amount of expensive emulsifier. In SU 816524, it is proposed to use a surfactant composition as an emulsifier, consisting of an oil-soluble mixture of sorbitol and oleic acid esters and a water-soluble Na-salt of diethylhexyl ether sulfosuccinic acid. In the patent SU 1243342, oleic acid diethanolamide and oleic acid diethanolamine soap, which regulates the optimal hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of the emulsifier, are used as the main surfactant having emulsifying properties, in addition, it includes diethanolamine, which facilitates the preparation of a microemulsion and monoether acid and diethanolamine, which improves the stability of the emulsion. The patent SU 1246593 contains alkenyl succinimide, which is an effective stabilizer of the water-hydrocarbon emulsion with respect to coalescence and, as a surfactant, ethoxylated alkyl phenol or ethoxylated alcohol to increase sedimentary stability. Patent RU 2213768 provides options for mixing surfactants with aliphatic alcohol. RU 2216573 proposes a method for producing a water-fuel emulsion, which consists in mixing carbon-containing fuel with water and an emulsifier, which is hydrophobic silicic acid. This patent indicates that the homogeneity of the fuel-water mixture is maintained for an arbitrarily long time.

Следует отметить, что название «эмульгирующая система», принятое в большинстве патентов, иногда заменяется на другое: «микроэмульсия», «концентрированная эмульсия», «стабилизатор эмульсии». Стремясь расширить диапазон получения эмульсий с большим соотношением воды и углеводородного топлива и обеспечить высокую стойкость к расслаиванию водно-топливных эмульсий, большинство патентов содержат многокомпонентные составы эмульгирующих систем, что приводит к усложнению технологии получения водно-топливных эмульсий, ухудшению воспламеняемости топлива и удорожанию водно-топливных эмульсий. Связано это также с тем, что отсутствуют достаточно обоснованные данные о выборе ПАВ, обладающих эмульгирующими или стабилизирующими свойствами для различных типов эмульсий и различных дисперсионных сред и дисперсных фаз. Существуют рекомендации, дополняемые интуицией и «методом проб». Эти рекомендации исходят из различных концепций. Обычно учитываются 3 фактора: геометрический - минимальные отрезки молекул эмульгатора и соотношение размеров полярной и неполярной групп; энергетический - минимальная прочность удержания ПАВ в адсорбционном слое; концентрационный - наличие насыщенного адсорбционного слоя. Одна из первых теорий - теория ориентированных клиньев - базировалась на концепции, что соли одновалентных кислот образуют прямые эмульсии, а многовалентных - обратные. Получило широкое распространение правило Банкрофта - высшие члены гомологических рядов ПАВ плохо растворимы в воде и слабо стабилизируют эмульсии (например, стеарат натрия). Другими критериями являются максимум Донана, константа скорости коалесценции, зависящая от объема фаз, и получившая в последнее время распространение система чисел гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Но эта система позволяет предсказать лишь тип получаемой эмульсии с учетом энергетического фактора. Также принято считать, что изомеры ПАВ с разветвленными алифатическими цепями стабилизируют обратные эмульсии, а с нормальными - прямые. Кроме того, в кислой среде должны применяться катионоактивные эмульгаторы, а в щелочной - анионоактивные. Если в полярной фазе присутствует значительное количество солей, то лучше использовать неионогенные эмульгаторы.It should be noted that the name “emulsifying system”, adopted in most patents, is sometimes replaced by another: “microemulsion”, “concentrated emulsion”, “emulsion stabilizer”. In an effort to expand the range of emulsions with a large ratio of water and hydrocarbon fuels and to provide high resistance to delamination of water-fuel emulsions, most patents contain multicomponent compositions of emulsifying systems, which complicates the technology for producing water-fuel emulsions, worsens the flammability of fuel and increases the cost of water-fuel emulsions emulsions. This is also due to the fact that there are no sufficiently substantiated data on the choice of surfactants having emulsifying or stabilizing properties for various types of emulsions and various dispersion media and dispersed phases. There are recommendations complemented by intuition and the “trial method”. These recommendations come from various concepts. Usually 3 factors are taken into account: geometric - the minimum segments of the emulsifier molecules and the ratio of the sizes of the polar and nonpolar groups; energy - the minimum retention strength of surfactants in the adsorption layer; concentration - the presence of a saturated adsorption layer. One of the first theories - the theory of oriented wedges - was based on the concept that salts of monovalent acids form direct emulsions and multivalent acids form inverse emulsions. The Bancroft rule is widespread - the higher members of the homologous series of surfactants are poorly soluble in water and poorly stabilize emulsions (for example, sodium stearate). Other criteria are the Donan maximum, the coalescence rate constant, which depends on the volume of the phases, and the system of numbers of hydrophilic-lipophilic balance (HLB) that has recently gained popularity. But this system allows us to predict only the type of emulsion obtained, taking into account the energy factor. It is also believed that surfactant isomers with branched aliphatic chains stabilize inverse emulsions, and with normal ones, direct ones. In addition, cationic emulsifiers should be used in an acidic environment, and anionic emulsifiers in an alkaline environment. If a significant amount of salts is present in the polar phase, it is better to use nonionic emulsifiers.

Техническая задача настоящего изобретения - получение водно-топливной эмульсии, удовлетворяющей всем требованиям ее использования в двигателях внутреннего сгорания в качестве моторного топлива и физико-химического подбора компонентов, входящих в состав эмульгирующей системы.The technical task of the present invention is to obtain a water-fuel emulsion that meets all the requirements of its use in internal combustion engines as motor fuel and physico-chemical selection of the components that make up the emulsifying system.

Достигаемый технический результат заключается в повышении стойкости получаемых водно-топливных эмульсий к седиментации и коалесценции посредством целенаправленного выбора ПАВ и выбора компонентов, являющихся промоторами.The technical result achieved is to increase the resistance of the resulting water-fuel emulsions to sedimentation and coalescence by means of a targeted choice of surfactants and the choice of components that are promoters.

Основная идея настоящего изобретения заключается в использовании существующего представления о воде как полярной фазе и об углеводородном топливе как о неполярной фазе. Вода - ковалентное соединение. Она обладает значительным дипольным моментом и потому является хорошим растворителем для веществ с ионным и полярным характером связей. Растворение в воде веществ сопровождается гидратацией, а водные растворы веществ являются, как правило, электролитами. Сама вода является слабым электролитом. Вода и углеводородное топливо практически не растворяются друг в друге. Введение веществ-эмульгаторов переводит эти фазы в разряд ограниченно растворяющихся. После диспергирования воды в углеводородное топливо и при отсутствии эффективного стабилизатора образуются 2 слоя (2 фазы): верхний - углеводородное топливо и нижний - водный. Верхний слой представляет собой насыщенный раствор воды в углеводороде, нижний слой - насыщенный раствор углеводорода в воде. Чем больше степень насыщения нижнего слоя, тем больше его объем. Важно отметить, что вода диссоциирует на 2 иона: положительно заряженный ион водорода H+ и отрицательно заряженный ион гидроксида ОН-, образующих константу равновесия К=[H+][ОН-], численно равную 1,0·10-14. Ион водорода способен притягивать отрицательно заряженные ионы.The main idea of the present invention is to use the existing concept of water as a polar phase and of hydrocarbon fuel as a non-polar phase. Water is a covalent compound. It has a significant dipole moment and therefore is a good solvent for substances with ionic and polar nature of the bonds. Dissolution of substances in water is accompanied by hydration, and aqueous solutions of substances are, as a rule, electrolytes. Water itself is a weak electrolyte. Water and hydrocarbon fuel are practically insoluble in each other. The introduction of emulsifying substances transfers these phases into the category of limited solubility. After water is dispersed into hydrocarbon fuel and in the absence of an effective stabilizer, 2 layers (2 phases) are formed: the upper one is hydrocarbon fuel and the lower one is water. The upper layer is a saturated solution of water in hydrocarbon, the lower layer is a saturated solution of hydrocarbon in water. The greater the degree of saturation of the lower layer, the greater its volume. It is important to note that water dissociates into 2 ions: a positively charged hydrogen ion H + and a negatively charged OH - hydroxide ion, forming the equilibrium constant K = [H + ] [OH - ], numerically equal to 1.0 · 10 -14 . A hydrogen ion is able to attract negatively charged ions.

С учетом этого можно констатировать, что для образования качественной эмульсии следует выбирать ПАВ, которые диссоциируют в воде с выделением поверхностно-активного аниона. Такими являются анионные ПАВ. Известно, что на границе фаз дифильные молекулы ПАВ ориентируются энергетически наиболее выгодным способом гидрофильные группы в сторону полярной (водной) фазы, гидрофобные - в сторону неполярной (углеводородной) фазы. Таким образом осуществляется соединение поверхностей капель эмульсии.With this in mind, it can be stated that for the formation of a high-quality emulsion, surfactants should be chosen that dissociate in water with the release of a surface-active anion. These are anionic surfactants. It is known that at the phase boundary, surfactant diphilic molecules are energetically oriented in the most favorable way to hydrophilic groups in the direction of the polar (water) phase, hydrophobic - in the direction of the non-polar (hydrocarbon) phase. Thus, the surfaces of the emulsion droplets are joined.

У низкомолекулярных ПАВ сильно развита гидрофильная часть и слабо - гидрофобная. Этим обусловлена их низкая стабилизирующая способность. В то же время равновесие на поверхности раздела фаз в случае низкомолекулярных ПАВ устанавливается намного быстрее, чем в случае высокомолекулярных ПАВ. Поэтому для быстрого получения устойчивой водно-топливной эмульсии целесообразно применять анионные низкомолекулярные ПАВ с промоторами, усиливающими гидрофобные группы. При необходимости можно дополнять их стабилизирующими добавками, например, к ПАВ этого типа относятся:In low molecular weight surfactants, the hydrophilic part and the weakly hydrophobic part are highly developed. This is due to their low stabilizing ability. At the same time, equilibrium at the interface is established much faster in the case of low molecular weight surfactants than in the case of high molecular weight surfactants. Therefore, to quickly obtain a stable water-fuel emulsion, it is advisable to use anionic low molecular weight surfactants with promoters that enhance hydrophobic groups. If necessary, they can be supplemented with stabilizing additives, for example, surfactants of this type include:

а) карбоновые кислоты и их соли общей формулы RCOOMe (где Me - металл);a) carboxylic acids and their salts of the general formula RCOOMe (where Me is a metal);

б) алкилсульфаты ROSO ОМ;b) ROSO OM alkyl sulphates;

в) алкиларилсульфонаты RArSO M;c) RA-SO M alkylaryl sulfonates;

г) вещества, содержащие другие типы анионов, например фосфаты, тиосульфаты;d) substances containing other types of anions, for example phosphates, thiosulfates;

д) соли синтетических жирных кислот фракции C1017, заменяющие кислоты растительного и животного происхождения.d) salts of synthetic fatty acids of fraction C 10 -C 17 , replacing acids of plant and animal origin.

Кроме того, неионная органическая природа эмульгирующей системы способствует ее растворимости в топливе и воде. Эта растворимость обеспечивается функциональными группами, например, такими как бензойные или аналогичные им ароматические композиции. В итоге ненасыщенные функциональные группы должны замещаться негалогенными заместителями, такими как алкил, карбоксил, амино, нитро, гидроксил и алкоксильными группами.In addition, the non-ionic organic nature of the emulsifying system contributes to its solubility in fuel and water. This solubility is provided by functional groups, for example, such as benzoic or similar aromatic compositions. As a result, unsaturated functional groups must be replaced by non-halogen substituents such as alkyl, carboxyl, amino, nitro, hydroxyl and alkoxyl groups.

В качестве неионогенного эмульгатора можно использовать индивидуальные вещества, фракции или их смеси: эфиры многоатомных спиртов и карбоновых кислот, полиэтиленгликолевые эфиры высших спиртов, кислот, алкилфенолов, алкилполипропиленгликолей, блок-сополимеры, а также алкиламины, алкилоламины, алкилоламиды, комплексы анионных и катионных ПАВ и др.As a nonionic emulsifier, individual substances, fractions, or mixtures thereof can be used: esters of polyhydric alcohols and carboxylic acids, polyethylene glycol esters of higher alcohols, acids, alkyl phenols, alkyl polypropylene glycols, block copolymers, as well as alkyl amines, alkyl amines, alkyl ion amides, complexes of anionic and other

Следует также отметить, что структура и действие ПАВ не изучены настолько, чтобы на практике получать эмульсии, длительно устойчивые к коалесценции и седиментации. Об этом же свидетельствуют сложные и, как правило, труднообъяснимые химические реакции, которые переводят несмешиваемые дисперсионную среду (топливо) и дисперсную фазу (воду) в разряд ограниченно смешиваемых, о чем, например, косвенно свидетельствует изменение цвета водно-топливной эмульсии при длительном хранении. Также имеет большое значение для стабилизации концентрированных и высококонцентрированных эмульсий структурно-механический фактор - образование структурированной и предельно сольватированной дисперсионной средой адсорбционной пленки.It should also be noted that the structure and action of surfactants have not been studied enough to in practice produce emulsions that are long-term resistant to coalescence and sedimentation. This is also evidenced by complex and, as a rule, difficult to explain chemical reactions that transfer the immiscible dispersion medium (fuel) and the dispersed phase (water) into the category of limitedly mixed ones, which, for example, is indirectly indicated by the color change of the water-fuel emulsion during long-term storage. The structural-mechanical factor — the formation of a structured and extremely solvated dispersion medium of an adsorption film — is also of great importance for stabilizing concentrated and highly concentrated emulsions.

Этим объясняется многокомпонентность эмульгирующих систем и эмпирический подход к их подбору. Так, например, патент США 4629472 насчитывает 34 компонента. На этом фоне совсем кратким выглядит патент РСТ 0475620, в котором эмульгатор содержит гидрофильные ПАВ, такие как соли алкилкарбоксил- и алкилсульфокислот и этоксилатные алкилфенолы и липофильные ПАВ, такие как этоксилатные алкилфенолы и соли алкил- и алкиларилсульфокислот. Эмульгатор может содержать совместные ПАВ и полярные органические растворители.This explains the multicomponent nature of emulsifying systems and the empirical approach to their selection. So, for example, US patent 4629472 has 34 components. Against this background, PCT 0475620 looks very brief, in which the emulsifier contains hydrophilic surfactants, such as salts of alkyl carboxyl and alkyl sulfonic acids and ethoxylate alkyl phenols and lipophilic surfactants, such as ethoxylate alkyl phenols and salts of alkyl and alkylaryl sulfonic acids. The emulsifier may contain joint surfactants and polar organic solvents.

В качестве прототипа настоящего изобретения принят патент SU 1230470, в котором эмульгирующая система включает эмульгатор, содержащий фракцию моно-, ди- и триглицеридов жирных кислот С1220, анионное маслорастворимое ПАВ сульфонатного типа, нафтенат магния, ферроцен и, дополнительно, бензойную кислоту.Patent SU 1230470 is adopted as a prototype of the present invention, in which the emulsifying system comprises an emulsifier containing a fraction of mono-, di- and triglycerides of C 12 -C 20 fatty acids, an anionic oil-soluble sulfonate surfactant, magnesium naphthenate, ferrocene and, in addition, benzoic acid .

Первоначально составляются 3 вида растворов:Initially, 3 types of solutions are prepared:

1 - раствор эмульгатора и бензойной кислоты;1 - a solution of an emulsifier and benzoic acid;

2 - раствор нафтената магния и анионного ПАВ в парафине или другой нефтяной фракции;2 - a solution of magnesium naphthenate and anionic surfactant in paraffin or other oil fraction;

3 - раствор ферроцена в масле.3 - a solution of ferrocene in oil.

В качестве органического растворителя для эмульгатора рекомендованы бензол, толуол или ксилол. Бензойную кислоту растворяют отдельно в более полярном растворителе, например метаноле. Затем смешивают все три раствора. Подчеркиваются высокие стабилизирующие свойства эмульгирующей системы.As an organic solvent for the emulsifier, benzene, toluene or xylene are recommended. Benzoic acid is dissolved separately in a more polar solvent, for example methanol. Then all three solutions are mixed. High stabilizing properties of the emulsifying system are emphasized.

К недостаткам получения водно-топливных эмульсий посредством указанной эмульгирующей системы относятся следующие:The disadvantages of obtaining water-fuel emulsions through the specified emulsifying system include the following:

- сложность технологии составления эмульгирующей системы в промышленных масштабах;- the complexity of the technology for compiling an emulsifying system on an industrial scale;

- анионное маслорастворимое ПАВ сульфонатного типа само по себе является и эмульгатором, и стабилизатором, что при наличии дополнительного эффективного эмульгатора, содержащего фракцию моно-, ди- и триглицеридов жирных кислот С-С, может привести к образованию гелеобразного раствора;- anionic oil-soluble sulfonate surfactant in itself is both an emulsifier and a stabilizer, which, in the presence of an additional effective emulsifier containing a fraction of mono-, di- and triglycerides of fatty acids CC, can lead to the formation of a gel-like solution;

- утверждение, что «стабилизатор может храниться неограниченное время и не подвергаться химическому разложению или физическому разделению» не может считаться объективным, так как это утверждение справедливо для нормальной жидкости, то есть жидкости, в которой внутренние степени свободы не подвергаются возмущению со стороны соседних молекул. В подавляющем большинстве случаев обратимость или необратимость процессов определяется такими явлениями, как диффузия, перенос импульса, перенос энергии, химические реакции;- the statement that “the stabilizer can be stored indefinitely and not undergo chemical decomposition or physical separation” cannot be considered objective, since this statement is true for a normal liquid, that is, a liquid in which internal degrees of freedom are not disturbed by neighboring molecules. In the vast majority of cases, the reversibility or irreversibility of processes is determined by such phenomena as diffusion, momentum transfer, energy transfer, chemical reactions;

- не указан диапазон соотношений компонентов эмульгирующей системы и воды, без которого получение устойчивой водно-топливной эмульсии становится длительным и трудоемким процессом.- the range of ratios of the components of the emulsifying system and water is not indicated, without which obtaining a stable water-fuel emulsion becomes a long and laborious process.

Целью настоящего изобретения является получение эмульгирующей системы, которая включает доступные и недорогие компоненты и мас.% соотношение этих компонентов и воды, обеспечивающие получение водно-топливных эмульсий с улучшенными экологическими и коммерческими показателями.The aim of the present invention is to obtain an emulsifying system, which includes affordable and inexpensive components and wt.% The ratio of these components and water, providing water-fuel emulsions with improved environmental and commercial indicators.

Для достижения этой цели предлагается следующий подход.To achieve this goal, the following approach is proposed.

При заданных объемах топлива и воды выбирается анионное низкомолекулярное ПАВ, водо- и маслорастворимое, содержащее ненасыщенные функциональные группы, которые должны замещаться негалогенными заместителями, такими как алкил, карбоксил, амино, нитро, гидроксил и алкоксильными группами. Распространенными являются соли карбоновых кислот, алкилсульфаты, алкиларилсульфонаты. В качестве неионного ПАВ могут быть использованы сорбитанолеат и более коммерчески доступные, например сорбитали (ТВИНы), полиоксиэтиленалкиловые и полиоксиэтиленалкилфеноловые эфиры (ОП-4, ОП-7, ОП-10). Соотношение анионных и неионных ПАВ составляет от 3:1 до 6:1. Выбираются гидрофобизаторы, например поли-d-олефины, полиоксиалкиленгликоль, полиорганосилоксаны, полиэтиленоксид, полипропиленоксид. Из полярных органических растворителей предпочтительными являются растворители растительного происхождения, например бетаин, пропанол-2, сорбит, дисцилляты нефти.For given volumes of fuel and water, an anionic low molecular weight surfactant is selected, water and oil soluble, containing unsaturated functional groups that must be replaced by non-halogen substituents, such as alkyl, carboxyl, amino, nitro, hydroxyl and alkoxyl groups. Carboxylic acid salts, alkyl sulfates, alkylaryl sulfonates are common. As non-ionic surfactants, sorbitan oleate and more commercially available, for example sorbitals (TWINs), polyoxyethylene alkyl and polyoxyethylene alkyl phenol ethers (OP-4, OP-7, OP-10) can be used. The ratio of anionic and nonionic surfactants is from 3: 1 to 6: 1. Water repellents are selected, for example poly-d-olefins, polyoxyalkylene glycol, organopolysiloxanes, polyethylene oxide, polypropylene oxide. Of the polar organic solvents, plant-based solvents are preferred, for example betaine, propanol-2, sorbitol, oil discillates.

Выбираются маслокомпенсирующие агенты, назначением которых является повышение маслянистости водно-топливной эмульсии, например диметилфосфит, нитрированное масло, полипропиленгликоль.Oil-compensating agents are selected, the purpose of which is to increase the oiliness of the water-fuel emulsion, for example dimethyl phosphite, nitrated oil, polypropylene glycol.

Так как скорость осаждения частицы, диспергированной в дисперсионную среду, пропорциональна разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, то посредством указанных полярного органического растворителя и маслокомпенсирующего агента можно дополнительно регулировать скорость осаждения частиц и, кроме того, они могут являться промоторами.Since the deposition rate of a particle dispersed in a dispersion medium is proportional to the difference in the densities of the dispersed phase and the dispersion medium, it is possible to further control the deposition rate of the particles using these polar organic solvents and oil-compensating agents and, in addition, they can be promoters.

Наилучший результат, как правило, дает использование композиций из указанных компонентов.The best result, as a rule, is the use of compositions of these components.

В конечном виде эмульгирующая система содержит 4 группы компонентов:In the final form, the emulsifying system contains 4 groups of components:

1) эмульгирующие - анионные/неионные ПАВ;1) emulsifying - anionic / nonionic surfactants;

2) стабилизирующие - гидрофобизаторы и высокомолекулярные ПАВ;2) stabilizing - water repellents and high molecular weight surfactants;

3) полярные организческие растворители;3) polar organic solvents;

4) маслокомпенсирующие агенты.4) oil-compensating agents.

В качестве вариантов получения водно-топливных эмульсий с использованием указанных четырех групп компонентов приводим следующие.As options for obtaining water-fuel emulsions using these four groups of components, the following are given.

Вариант 1.Option 1.

Дизельное топливо (солярка) - 76% по объему.Diesel fuel (diesel fuel) - 76% by volume.

Вода дистиллированная техническая - 23% по объему.Technical distilled water - 23% by volume.

Эмульгирующая система - 1% по объему, в том числе составляющие ее компоненты в мас.% по отношению к воде:Emulsifying system - 1% by volume, including its constituent components in wt.% With respect to water:

компонент 1 - анионные ПАВ (в т.ч. алкилсульфаты общей формулы), 6,5%; неионные ПАВ (в т.ч. сорбитанолеат), 2%;component 1 - anionic surfactants (including alkyl sulfates of the general formula), 6.5%; nonionic surfactants (including sorbitan oleate), 2%;

компонент 2 - полиолефины (в т.ч. поли-альфа-олефины), 8,7%;component 2 - polyolefins (including poly-alpha olefins), 8.7%;

компонент 3 - бетаин 3%;component 3 - betaine 3%;

компонент 4 - нитрированное масло 6%.component 4 - nitrated oil 6%.

Вариант 2.Option 2

Бензин марки А-92 - 79% по объему.A-92 grade gasoline - 79% by volume.

Вода дистиллированная техническая - 20% по объему.Technical distilled water - 20% by volume.

Эмульгирующая система - 1% по объему, в том числе составляющие ее компоненты в мас.% по отношению к воде:Emulsifying system - 1% by volume, including its constituent components in wt.% With respect to water:

компонент 1 - анионные ПАВ (в т.ч. сульфоэтоксилаты, соли карбоновых кислот общей формулы), 4,5%; неионные ПАВ (в т.ч. сорбитанолеат), 1%;component 1 - anionic surfactants (including sulfoethoxylates, salts of carboxylic acids of the general formula), 4.5%; nonionic surfactants (including sorbitan oleate), 1%;

компонент 2 - силоксановые полимеры (в т.ч. полиорганосилоксаны), 10%;component 2 - siloxane polymers (including polyorganosiloxanes), 10%;

компонент 3 - пропанол-2, 3,5%;component 3 - propanol-2, 3.5%;

компонент 4 - масло касторовое сульфированное, 7,2%.component 4 - sulfonated castor oil, 7.2%.

Маслокомпенсирующим агентом могут служить моторные масла или их промоторы, оказывающие или усиливающие смазывающее действие, например трибутилфосфит, тридеканол, трикарбонин, диэтилентриамин, поли-4-метилпентен-1, фосфатные эфиры, тиоэфир диалкилдитиофосфорной кислоты.An oil-compensating agent can be motor oils or their promoters that provide or enhance a lubricating effect, for example tributyl phosphite, tridecanol, tricarbonine, diethylene triamine, poly-4-methylpentene-1, phosphate esters, dialkyl dithiophosphoric thioester.

Приведенные варианты применимы в двигателях внутреннего сгорания и позволяют не учитывать такие специфические особенности, как место добычи нефти, технологию перегонки, степень износа двигателей и др., и обеспечивают устойчивость получаемых водно-топливных эмульсий не менее 72 часов.The above options are applicable in internal combustion engines and allow not to take into account such specific features as the place of oil production, distillation technology, engine wear, etc., and ensure the stability of the resulting water-fuel emulsions for at least 72 hours.

Claims (2)

1. Водно-топливная эмульсия, предназначенная для двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком углеводородном топливе, включающая дисперсионную среду - углеводородное топливо и дисперсную фазу - воду, отличающаяся тем, что эмульгирующая система, предназначенная для получения указанной водно-топливной эмульсии, содержит: первую группу компонентов, представленную низкомолекулярным анионным поверхностно-активным веществом и неионным поверхностно-активным веществом в соотношении от 3:1 до 6:1 соответственно, компонент или смесь компонентов из второй группы, представленной гидрофобизатором и высокомолекулярным поверхностно-активным веществом, вещество из третьей группы, выбранное из бетаина, пропанола-2, сорбита, дистиллятов нефти, и вещество или смеси веществ из четвертой группы, являющихся маслокомпенсирующими агентами.1. A water-fuel emulsion intended for internal combustion engines operating on liquid hydrocarbon fuel, comprising a dispersion medium — hydrocarbon fuel and a dispersed phase — water, characterized in that the emulsifying system designed to produce said water-fuel emulsion comprises: a first a group of components represented by a low molecular weight anionic surfactant and a nonionic surfactant in a ratio of 3: 1 to 6: 1, respectively, a component or mixture of ponents from the second group represented by a hydrophobizing agent and a high molecular weight surfactant, a substance from the third group selected from betaine, propanol-2, sorbitol, oil distillates, and a substance or mixture of substances from the fourth group, which are oil-compensating agents. 2. Водно-топливная эмульсия по п.1, отличающаяся тем, что в первую группу компонентов входят соли карбоновых кислот, сорбитанолеат, во вторую группу веществ входят полиоксиалкиленгликоль, блок-полимер, полиорганосилоксаны, в четвертую группу входят диметилфосфит, нитрованное масло. 2. The water-fuel emulsion according to claim 1, characterized in that the first group of components includes salts of carboxylic acids, sorbitan oleate, the second group of substances includes polyoxyalkylene glycol, a block polymer, polyorganosiloxanes, the fourth group includes dimethyl phosphite, nitrated oil.
RU2007103117/04A 2007-01-26 2007-01-26 Water-fuel emulsion RU2365618C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007103117/04A RU2365618C2 (en) 2007-01-26 2007-01-26 Water-fuel emulsion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007103117/04A RU2365618C2 (en) 2007-01-26 2007-01-26 Water-fuel emulsion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007103117A RU2007103117A (en) 2008-08-10
RU2365618C2 true RU2365618C2 (en) 2009-08-27

Family

ID=39745767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007103117/04A RU2365618C2 (en) 2007-01-26 2007-01-26 Water-fuel emulsion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2365618C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559055C2 (en) * 2013-10-24 2015-08-10 Игорь Алексеевич Иванов Water-fuel composition and method of preparation thereof
RU2616921C2 (en) * 2015-09-11 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" Method of producing diesel fuel emulsion formulations

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559055C2 (en) * 2013-10-24 2015-08-10 Игорь Алексеевич Иванов Water-fuel composition and method of preparation thereof
RU2616921C2 (en) * 2015-09-11 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" Method of producing diesel fuel emulsion formulations

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007103117A (en) 2008-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8247359B2 (en) Water-in-oil emulsions, methods and uses of emulsifying agents
US4770670A (en) Fire resistant microemulsions containing phenyl alcohols as cosurfactants
US2676925A (en) Method of dispersing metal oxides and hydroxides in lubricating oils
RU2008140070A (en) METHOD FOR PREPARING NANOEMULSION WATER IN OIL AND OIL IN WATER
NL8101909A (en) PROCESS FOR PREPARING MICRO-EMULSIONS FROM AN ACID AND A HYDROPHOBIC PHASE.
EP0021471B1 (en) A stabilized water-in-mineral oil emulsion and a process for the preparation of said emulsion
KR20090105931A (en) Novel single phase hydrous hydrocarbon?based fuel, methods for producing the same and compositions for use in such method
RU2365618C2 (en) Water-fuel emulsion
JPS60212214A (en) Surfactant compound, its production and emulsion containing the same
Safieh et al. Natural emulsion gels and lecithin-based sorbents: A potential treatment method for organic spills on surface waters
CN102959062A (en) Overbased magnesium oxide dispersions
CN112877112A (en) Efficient lubricating oil demulsifier and production method thereof
US2866694A (en) Anti-clogging fuel oil compositions
CN103113934A (en) Power fuel
CN102899106A (en) Novel low carbon methanol diesel and additive and preparation method thereof
EP1201643A2 (en) A demulsifying compound and a method of breaking or inhibiting emulsions
RU2682534C1 (en) Emulsifier for invert emulsions and preparation method thereof
CN1597835A (en) Microemulsion oil-displacing agent
GB2101628A (en) Improved fuel comprising hydrocarbons containing alcohol
CN102358854A (en) Environmental protection type diesel fuel emulsifier
RU2367683C2 (en) Fuel-water emulsion
JPH06346071A (en) Emulsion fuel
JP2011245470A (en) Oil-water solubilizing agent, method for producing the same, and mixed fuel
RU2635664C1 (en) Method of producing hydrated fuel
Pop et al. Disperse systems based on vegetal phosphatides

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090727