Топливная эмульсия сжиженного газа в воде

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для сокращения потерь летучих углеводородов и попутных газов при добыче и переработке нефти, для повышения пожарной безопасности сжиженных газов. Топливная эмульсия сжиженного газа в воде включает в качестве ПАВ 0,08-0,09 об.% продукта обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, 0,91-0,92 об.% воды и остальное сжиженный газ пропан-бутан. Эмульсия обладает высоким октановым числом и устойчивостью при хранении.1 табл.

 

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для сокращения потерь летучих углеводородов при добыче и переработке нефти, попутного и сжиженного газов. Повышения пожарной безопасности углеводородного топлива при хранении, транспортировке и применении.

Известны высококонцентрированные эмульсии масла в воде - прямого типа, состоящие из нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива и т.д.), воды и эмульгатора.

Сравнительные испытания этих продуктов по отношению к топливу в чистом виде показывают: меньшую скорость испарения; большую устойчивость к утечке и расплескиванию при ударном повреждении или пробое емкости; труднее воспламеняются и обладают гораздо меньшей скоростью распространения пламени; пламя легче тушится водой /1/.

Так, например, топливная эмульсия с содержанием 97% топлива и 3% остальных компонентов - водная эмульсия, названная JD-1, обнаружила заметное уменьшение продолжительности воспламенения. Причем, чем более текучая эмульсия, тем в большей степени ее свойства приближаются к свойствам немодифицированного топлива, включая продолжительность воспламенения. Продолжительность воспламенения жидкой эмульсии на 47,5% меньше, чем у исходного JP-4; у средневязкой эмульсии - на 60,4, и у консистентной эмульсии на 76,7%. В случае геля эта величина уменьшена на 85%.

Недостатком высококонцентрированных эмульсий и гелей является их значительная вязкость, что требует применения в технике специальной аппаратуры или деэмульгирующих средств.

Известны также водоэмульсионные топлива вода-в-масле - эмульсии обратного типа, которые получают на основе высоковязких нефтепродуктов (мазут, дизельное топливо) с использованием маслорастворимых поверхностно-активных веществ.

Водоэмульсионные топлива этого вида в ряде случаев эффективнее исходных безводных нефтепродуктов как по экологическим, так и по экономическим показателям. Наибольшая экономия дизельного топлива 3-5%, отмечена для эмульсий с 20% содержанием воды, наименьшие потери энергии и наибольшее увеличение коэффициента полезного действия топлива для эмульсий с 10%-ным содержанием воды /2/.

Недостатком этих теплив является их малая устойчивость к расслоению и значительная вязкость (0,7-0,8 cСт).

Наиболее близким по назначению, составу и устойчивости эмульсии является состав, предложенный в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания /3/, принятый нами за прототип.

Состав включает бензин или дизельное топливо, воду и эмульгирующую добавку - четвертичная аммониевая соль амидокислоты жирного ряда фракции С21-С30 со следующим соотношением ингредиентов, об.%:

Бензин или дизельное топливо 49,0-98,95

Вода 1,0-50,00

Четвертичная аммониевая соль

амидокислоты жирного ряда фракций С21-С30 0,05-1,00

Эмульгатор легко растворяется в бензине и при перемешивании последнего с водой способствует образованию концентрированной обратной топливной эмульсии.

Свойства полученного топлива удовлетворяют требованиям, предъявляемым к топливам, используемым в двигателях внутреннего сгорания (в частности, в карбюраторных), а по октановому числу даже превосходит серийный бензин.

Недостатком этого состава, как и всех вышеперечисленных, является ухудшение эксплуатационных свойств эмульсии при увеличении вязкости системы более 0,06 сСт.

Названный недостаток устраняют тем, что в топливной эмульсии в качестве поверхностно-активного вещества используют продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, а в качестве углеводорода сжиженный газ пропан-бутан при следующем соотношении компонентов, об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,08-0,10

Вода 0,92-0,90

Сжиженный газ пропан-бутан остальное до 100.

Для получения составов согласно изобретению используют следующие вещества.

Поверхностно-активное вещество - Вещество вспомогательное ОП-7 и ОП-10, ГОСТ 8433-81, представляющее собой продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, применяемые в качестве смачивающих и эмульгирующих поверхностно-активных веществ. Вещества вспомогательные ОП-7 и ОП-10 по эмульгирующим свойствам не обнаруживают заметных различий, поэтому в дальнейшем в работе был использован ОП-7.

Вода питьевая.

Сжиженный газ пропан-бутан, ТУ 25-05.2197-81.

Эмульсии получают в автоклавной пробирке из прозрачного оргстекла для проведения визуальных наблюдений за консистенцией и устойчивостью эмульсии.

Примеры конкретного получения составов.

Пример 1.

К 10 г эмульгатора ОП-7 с концентрацией по основному веществу не менее 90% прибавляют воду и после растворения в воде в мерном цилиндре доводят раствор до отметки 100.

Концентрация полученного раствора составляет 9% по основному веществу.

Из полученного раствора с помощью шприца на 1 мл отбирают 0,3 мл и переносят в автоклавную пробирку, которую герметично закрывают. Затем через вентиль передавливают из баллончика сжиженный газ пропан-бутан примерно 5 мл и вентиль закрывают. Автоклавную пробирку встряхивают до получения устойчивой, не расслаивающейся эмульсии. Эмульсия образуется очень быстро.

К полученной эмульсии прибавляют еще 5 мл сжиженного газа и повторяют встряхивание до образования устойчивой эмульсии.

Далее пошагово прибавляют по 5 мл сжиженного газа до общего объема геля 30 мл. Последующее прибавление сжиженного газа приводит к разрыхлению геля и образованию жидкой фракции сжиженного газа.

Концентрированный гель при соотношении компонентов в об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,09

Вода 0,91

Сжиженный газ пропан-бутан 99,0

устойчив неопределенно долгое время (более года) без расслаивания и видимых изменений. Газ может быть использован немедленно при открытии запорного вентиля.

Оставшийся в пробирке раствор эмульгатора после удаления всего или части газа пригоден к повторному использованию для эмульгирования сжиженного газа.

Пример 2.

Пример 2 отличается от описания в примере 1 лишь тем, что используют 0,3 мл 8% раствора эмульгатора в воде.

После образования 24 мл геля (80 об.%) дальнейшее прибавление сжиженного газа не приводит к его связыванию, система расслаивается.

Состав в об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,08

Вода 0,92

Сжиженный газ пропан-бутан 80,0+19,0

Пример 3.

Пример 3 отличается от примера 2 лишь тем, что используют 7% раствор эмульгатора в воде.

После образования 21 мл геля (70 об.%) дальнейшее прибавление сжиженного газа не приводит к его связыванию, система расслаивается на гель и избыток сжиженного газа.

Пример 4.

Пример 4 отличается от примера 1 лишь тем, что используют 10% раствор эмульгатора в воде. Процесс образования устойчивой эмульсии затрудняется. При превышении объема геля более 55 об.% и добавлении новых порций сжиженного газа происходит разрыхление геля и система расслаивается.

Данные примеров 1-4 показывают, что наибольший объем геля при эмульгировании сжиженного газа в воде (1 к 100) достигается при концентрации эмульгатора ОП-7 в воде, равном 9%. Меньшая концентрация эмульгатора в водном растворе пример 2-3, приводит к уменьшению количества эмульгированного сжиженного газа в воде. Увеличение концентрации эмульгатора до 10% затрудняет сам процесс эмульгирования, приводит к разрыхлению геля и к расслоению системы.

В таблице приведена сопоставительная характеристика оптимальных составов высококонцентрированных эмульсий прототипа и согласно изобретению.

Данные таблицы показывают, что высоковязкая эмульсия сжиженного газа при минимальном содержании воды и эмульгатора обладает более высоким октановым числом и устойчивостью при хранении.

Литература

1. Michael L. Yaffee. Aviation Week and Space Technology. T.85, №1, 1966, s. 36-41.

2. Н.И.Редкина, Г.С.Ходаков. Механохимия и технологические свойства водных эмульсий высоковязких нефтепродуктов. Теоретические основы химической технологии. 2002, том 36, №4, с.433-438.

3. Патент Р.Ф. №2069688, МПК С10 L 1/32, Бюл. №33 - прототип.

Топливная эмульсия сжиженного газа в воде, включающая поверхностно-активное вещество, воду и углеводород, отличающаяся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества содержит продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, а в качестве углеводорода - сжиженный газ пропан-бутан при следующем соотношении компонентов, об.%:

Поверхностно-активное вещество 0,08-0,09

Вода 0,92-0,91

Углеводород пропан-бутан Остальное до 100