Способ для подавления паров
Настоящее изобретение направлено на подавление паров жидкостей для снижения испарения объемной жидкости. Согласно способу обеспечивают распыленную композицию жидкого поверхностно-активного вещества, имеющую размер наноразмерных капель жидкого поверхностно-активного вещества в диапазоне от около одной мицеллы до около 500 нм. Распыленную композицию осаждают на поверхности объемной жидкости с формированием на ней самособирающегося слоя, снижая, тем самым, испарение объемной жидкости. Композиция жидкого поверхностно-активного вещества имеет объемную плотность, большую, чем объемная плотность объемной жидкости. Технический результат: уменьшение скорости испарения объемной жидкости. 18 з.п. ф-лы, 1 пр.
[0001] Данная заявка заявляет приоритет от предварительной заявки США 62/235,233, зарегистрированной 30 сентября 2015, которая включена сюда во всей своей полноте посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящая заявка, в общем, касается способов нанесения композиции поверхностно-активного вещества на жидкости со снижением потерь от испарения; и, кроме того, нанесения композиции поверхностно-активного вещества на испаряющиеся поверхности со снижением скорости испарения при минимизации загрязнения данной композицией поверхностно-активного вещества.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Транспортировка и хранение углеводородных топлив (например, бензина) сопровождаются значительной величиной потерь топлива от испарения. Ввиду растущей необходимости в сбережении энергетических ресурсов и воздействия на окружающую среду, связанного с парами углеводородов, в настоящее время существует серьезная озабоченность в отношении экономических потерь и экологического воздействия от такого распространения паров топлива. Кроме того, пары, возникающие от остаточного топлива, такого как остаточные лужи, в любом резервуаре, который требует обслуживания или проверки, представляют существенную опасность для персонала, работающего с этим резервуаром. Опасные воспламеняемые или токсичные испарения также представляют обычную опасность для обслуживающего и/или инспектирующего персонала, так как топливо часто необходимо удалять из резервуара перед тем, как можно проводить работу, оставляя резервуар заполненным испарениями.
[0004] Многие поверхностно-активные вещества и смеси наносили на поверхности жидкостей или другие поверхности с адсорбированными и/или поглощенными жидкостями, чтобы снизить скорость испарения жидкости. В частности, от одного до нескольких монослоев тесно упакованных, линейных поверхностно-активных веществ добавляли на поверхность воды, чтобы уменьшить испарение. Вследствие высокого поверхностного натяжения поверхностно-активные вещества могут распределяться по поверхности, снижая поверхностное натяжение. С другой стороны, жидкие углеводороды обычно имеют гораздо меньшее поверхностное натяжение, и поверхностно-активные вещества на основе углеводородов обычно не могут распределяться по поверхностям этих жидкостей. Из-за этого обычно добавляют фтористые поверхностно-активные вещества или трихлорсилоксановые поверхностно-активные вещества, чтобы облегчить распространение по поверхности. Однако известно, что поверхностно-активные вещества, содержащие кремний и фтор, обычно представляют большую опасность для здоровья и окружающей среды по сравнению с поверхностно-активными веществами на основе углеводородов. Некоторые способы увеличить распространение поверхностно-активных веществ на поверхностях с низким поверхностным натяжением включают в себя топливные добавки, где поверхностно-активные вещества смешивают с топливом. Чтобы получить слой на поверхности топлива в случаях, когда физическое смешивание является способом нанесения, современное состояние техники требует поверхностно-активное вещество, имеющее меньшую плотность, чем топливо, что позволяет поверхностно-активному веществу собираться на границе раздела газ/жидкость, или применение поверхностно-активного вещества, содержащего такой элемент, как фтор или кремния, что снижает поверхностное натяжение топлива.
[0005] Другие поверхностно-активные вещества, которые непосредственно наносят на поверхность жидкостей, таких как топливо, имеют тенденцию загрязнять или портить топливо. В настоящее время композиции поверхностно-активных веществ часто наносят на поверхности резервуаров с помощью стандартных распылительных форсунок или пушек, чтобы физически смешивать с любой оставшейся жидкостью и покрывать все поверхности. Такие способы снижают скорость испарения, но это неэффективное использование композиций поверхностно-активных веществ дает большую стоимость и большее загрязнение резервуара, требуя очистку перед тем, как резервуар может быть повторно заполнен жидкостью. Загрязнение жидкости особенно важно, когда рассматривают снижение скорости испарения жидких углеводородов во время транспортировки или хранения.
[0006] Чтобы добиться минимального загрязнения при снижении скорости испарения, как в вышеописанном случае, композиция поверхностно-активного вещества должна быть способна распределяться по поверхности жидкого углеводорода. Так как жидкие углеводороды обычно имеют гораздо меньшее поверхностное натяжение, чем вода, может потребоваться, чтобы композиция поверхностно-активного вещества содержала специальные поверхностно-активные вещества с фтором или кремнием в качестве части химической структуры поверхностно-активного вещества. Когда применяют стандартные способы, такие как обычные распылительные форсунки, чтобы наносить такой тип смеси поверхностно-активных веществ, специальные поверхностно-активные вещества позволяют немногим каплям распределяться по поверхности жидкости, образуя снижающий испарение слой. Даже так, такие способы и композиции часто вызывают чрезмерное применение от больших капель, падающих на дно жидкости из-за их более высокой плотности. Это приводит к более высокому загрязнению и неэффективному использованию смеси поверхностно-активных веществ. Кроме того, когда площадь поверхности испарения не является непрерывной жидкой поверхностью, как у резервуара со слитым топливом, стандартные способы нанесения композиции поверхностно-активных веществ, такие как распылительные форсунки, должны быть способны достигать всех поверхностей, что часто невозможно в больших баках или баках с внутренней структурой, такой как экранирование. Это приводит к плохому покрытию и большим скоростям испарения.
[0007] Таким образом, в технике существует потребность в способах и композициях, которые могут снижать испарение объемных жидкостей и/или жидкостей, адсорбированных и/или поглощенных на разных поверхностях.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Настоящее изобретение обеспечивает выгоды снижения скорости испарения объемных жидкостей и жидкостей, адсорбированных и/или поглощенных на разных поверхностях, избегая недостатков вышеописанных способов, существующих сейчас в данной области техники.
[0009] Ввиду вышесказанного, здесь обеспечивается способ размещать слой композиции поверхностно-активных веществ на поверхности объемной жидкости для композиций, имеющих большую плотность, чем плотность объемной жидкости и независимо от проблем растекаемости. Данный способ дополнительно включает в себя расположение слоя композиции поверхностно-активных веществ на поверхностях с поглощенной и/или адсорбированной жидкостью, таких как стенки резервуаров. Способ дополнительно включает в себя уменьшение скорости испарения жидкостей при минимизации количества использованной композиции поверхностно-активных веществ, тем самым уменьшая загрязнение данных жидкостей.
[0010] Описанные здесь композиции и способы, в общем, охватывают способы подавления испарения объемных углеводородных жидкостей и композиции для этого. Один вариант осуществления обеспечивает способ расположения композиции жидких поверхностно-активных веществ на объемной жидкости, чтобы снижать испарение объемной жидкости. Данный способ включает в себя этапы обеспечения распыленной композиции жидкого поверхностно-активного вещества, имеющей средний размер капель от одной мицеллы до 1000 нм, и осаждения распыленного жидкого поверхностно-активного вещества на поверхности объемной жидкости с формированием на ней самособирающегося слоя, снижающего испарение объемной жидкости. В некоторых вариантах осуществления осажденная композиция жидких поверхностно-активных веществ имеет объемную плотность больше, чем объемная плотность объемной жидкости, и тогда композиция жидких поверхностно-активных веществ не распределяется на объемной жидкости при нанесении в нераспыленной форме.
[0011] Описанные здесь композиции и способы также охватывают способы подавления испарения жидких углеводородов с других поверхностей, которые адсорбировали и/или поглотили углеводородные жидкости, таких как стенки резервуаров, и композиции для этого. В одном варианте осуществления способ описывает расположение композиции поверхностно-активных веществ на смоченных поверхностях, которые представляют собой поверхности с поглощенными и/или адсорбированными жидкостями. В некоторых вариантах осуществления данная жидкость находится на поверхности с помощью силы тяжести. Данный способ включает в себя этапы обеспечения распыленной композиции жидкого поверхностно-активного вещества, имеющей средний размер капель от одной мицеллы до 1000 нм, и осаждения распыленного жидкого поверхностно-активного вещества на смоченных поверхностях с формированием на них слоя, снижающего испарение со смоченных поверхностей. Этот вариант осуществления минимизирует использование композиции поверхностно-активных веществ и дополнительно минимизирует загрязнение объемных жидкостей, вступающих в контакт с композицией поверхностно-активных веществ.
[0012] В другом варианте осуществления способ описывает расположение композиции поверхностно-активных веществ на объемной жидкости для снижения испарения объемной жидкости, чтобы уменьшить испарение объемной жидкости, содержащейся в резервуаре, который затем опорожняют. Данный способ включает в себя этапы обеспечения распыленной композиции жидкого поверхностно-активного вещества, имеющей средний размер капель от одной мицеллы до 1000 нм, и осаждения распыленного жидкого поверхностно-активного вещества на поверхности объемной жидкости с формированием на ней самособирающегося слоя, снижающего испарение объемной жидкости. В некоторых вариантах осуществления осажденная композиция жидких поверхностно-активных веществ имеет объемную плотность больше, чем объемная плотность объемной жидкости, и тогда композиция жидких поверхностно-активных веществ не распределяется на объемной жидкости при нанесении в нераспыленной форме. В некоторых вариантах осуществления опорожнение резервуара с объемной жидкостью размещает слой композиции поверхностно-активных веществ на остаточных поверхностных жидкостях. Дополнительные варианты осуществления могут включать в себя способ, в котором слой композиции поверхностно-активных веществ на остаточных поверхностных жидкостях снова собирается, образуя слой на объемной жидкости после повторного заполнения резервуара. Этот вариант осуществления также минимизирует загрязнение объемных жидкостей, повторно заполняющих резервуар.
[0013] В некоторых вариантах осуществления этап обеспечения распыленного жидкого поверхностно-активного вещества также включает в себя протекание композиции жидкого поверхностно-активного вещества через распыляющую форсунку, чтобы генерировать поток распыленного жидкого поверхностно-активного вещества. В некоторых вариантах осуществления распыленное жидкое поверхностно-активное вещество имеет распределение размера капель со средним размером капель, измеренным путем вычитания количества испаренной воды из распределения размера распыляющей форсунки, измеренного с помощью стандартного измерителя относительной влажности, от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 1000 нм. В некоторых вариантах осуществления средний размер капель составляет от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 500 нм. В некоторых вариантах осуществления средний размер капель составляет от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 200 нм. Без связи с какой-либо теорией, средний диаметр одной мицеллы составляет от приблизительно 4 нм до приблизительно 10 нм. В некоторых вариантах осуществления распыленное жидкое поверхностно-активное вещество содержит наноразмерные капли от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 1000 нм. В некоторых вариантах осуществления размер нанокапель находится в интервале от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 500 нм. В некоторых вариантах осуществления размер нанокапель находится в интервале от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 200 нм. Без связи с какой-либо теорией, средний диаметр одной мицеллы составляет от приблизительно 4 нм до приблизительно 10 нм. Дополнительно, распределение размера наноразмерных капель может составлять от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 1000 нм.
[0014] В некоторых вариантах осуществления распыляющая форсунка представляет собой бифлюидную, электростатическую или ультразвуковую форсунку или их комбинацию. Другой вариант осуществления включает в себя этап направления потока распыленного жидкого поверхностно-активного вещества через устройство, которое включает в себя трубку Вентури, имеющую вход, выход и вытянутую горловину между ними, в котором распыляющая форсунка находится близко к входу трубки Вентури и в проточном сообщении с ним.
[0015] Другой вариант осуществления включает в себя этап направления потока распыленного жидкого поверхностно-активного вещества через устройство, которое генерирует высокотурбулентный газовый поток, чтобы вызывать дополнительное снижение размера капель.
[0016] В некоторых вариантах осуществления данный способ включает в себя нагрев или перегрев композиции жидкого поверхностно-активного вещества перед течением. В некоторых вариантах осуществления данный способ включает в себя нагрев или перегрев распыленного газа. В некоторых вариантах осуществления данный способ включает в себя нагрев или перегрев распыленного газа распыляющей форсунки.
[0017] Дополнительные варианты осуществления включают в себя объемную жидкость, которая включает в себя углеводород.
[0018] Некоторые варианты осуществления включают в себя самособирающийся слой, который имеет толщину от приблизительно 1 до приблизительно 1000 монослоев. Более предпочтительная толщина составляет от приблизительно 1 до приблизительно 500 монослоев. Наиболее предпочтительная толщина составляет от приблизительно 1 до приблизительно 350 монослоев.
[0019] В некоторых вариантах осуществления распыленная композиция поверхностно-активного вещества имеет средний размер капель от одной мицеллы до приблизительно 500 нм. Предпочтительный размер капель составляет от одной мицеллы до приблизительно 250 нм.
[0020] В некоторых вариантах осуществления распыленная композиция поверхностно-активного вещества содержит неионогенное поверхностно-активное вещество, имеющее возможно разветвленную С8-С100 углеродную цепь.
[0021] В некоторых вариантах осуществления композиция поверхностно-активного вещества содержит неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильным-липофильным балансом (ГЛБ) больше чем 10, что означает, как обязательно будет понятно специалисту в данной области техники, что растворимость в воде поверхностно-активного вещества увеличивается с более высокой величиной ГЛБ.
[0022] В некоторых вариантах осуществления распыленная композиция поверхностно-активного вещества содержит воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 50% масс./об. Предпочтительно, распыленная композиция поверхностно-активного вещества содержит воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 25% масс./об. Более предпочтительно, распыленная композиция поверхностно-активного вещества содержит воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 10% масс./об.
[0023] В некоторых вариантах осуществления распыленная композиция поверхностно-активного вещества содержит полигликоль. Предпочтительно, полигликоль присутствует в массовом отношении от 10:1 до 1:10 относительно полной массы поверхностно-активного вещества в распыленной композиции поверхностно-активного вещества. Специалист в данной области техники обязательно понимает, что полная масса поверхностно-активного вещества включает в себя одно поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ в распыленной композиции поверхностно-активного вещества. Полигликоль предпочтительно является полиэтиленгликолем.
[0024] Некоторые варианты осуществления включают в себя распыленную композицию, которая включает неионогенное поверхностно-активное вещество, имеющее возможно разветвленную С8-С100 углеродную цепь, воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 50% масс./об. и полигликоль, где полигликоль присутствует в массовом отношении от 10:1 до 1:10 относительно поверхностно-активного вещества, и где средний размер капель составляет от одной мицеллы до 1000 нм. В некоторых вариантах осуществления распределение размера аэрозоля включает капли от одной мицеллы до 1000 нм.
[0025] В некоторых вариантах осуществления композиция поверхностно-активного вещества содержит неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильным-липофильным балансом (ГЛБ) больше чем 10, что означает, как обязательно будет понятно специалисту в данной области техники, что растворимость в воде поверхностно-активного вещества увеличивается с более высокой величиной ГЛБ. Композиция может также включать полигликоль, где полигликолем является полиэтиленгликоль.
[0026] Дополнительные варианты осуществления обеспечивают, что вода присутствует в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 25% масс./об. Предпочтительно, вода присутствует в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 10% масс./об.
[0027] В некоторых вариантах осуществления данная композиция включает в себя объемную углеводородную жидкость, жидкую композицию поверхностно-активных веществ, расположенную на ней, имеющую толщину от 1 до приблизительно 1000 монослоев. Жидкая композиция поверхностно-активных веществ состоит по существу из неионогенного поверхностно-активного вещества, имеющего возможно разветвленную С8-С100 углеродную цепь, воды в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 50% масс./об. и полигликоля, где полигликоль присутствует в массовом отношении от 10:1 до 1:10 относительно полной массы поверхностно-активного вещества. В некоторых вариантах осуществления жидкая композиция поверхностно-активных веществ имеет объемную плотность больше, чем объемная плотность объемной углеводородной жидкости.
[0028] В некоторых вариантах осуществления композиция поверхностно-активного вещества содержит неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильным-липофильным балансом (ГЛБ) больше чем 10, что означает, как обязательно будет понятно специалисту в данной области техники, что растворимость в воде поверхностно-активного вещества увеличивается с более высокой величиной ГЛБ. Другие варианты осуществления обеспечивают, что полигликолем является полиэтиленгликоль.
[0029] В некоторых вариантах осуществления вода присутствует в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 25% масс./об. Предпочтительно, вода присутствует в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 10% масс./об.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0030] Варианты осуществления данного изобретения и его различные признаки и преимущества более подробно объясняются со ссылкой на неограничивающие варианты осуществления и примеры, которые описываются и излагаются в следующих описаниях этих примеров. Описания хорошо известных компонентов и технологий могут быть опущены во избежание малопонятности изобретения. Использованные здесь примеры предназначены только облегчать понимание путей, посредством которых данное изобретение может быть реализовано, и затем позволять специалистам в данной области техники выполнять изобретение. Соответственно, изложенные здесь примеры и варианты осуществления не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения, который задается формулой изобретения.
[0031] Применяемые здесь термины, такие как "а", "аn" и "the", включают в себя формы единственного и множественного числа, если контекст ясно не определяет иное. Например, "поверхностно-активное вещество" включает в себя одно или несколько поверхностно-активных веществ, а "композиция поверхностно-активного вещества" включает в себя одно или несколько поверхностно-активных веществ в композиции.
[0032] Применяемые здесь термины, такие как "средний размер капель", обязательно включают в себя распределение капель, которые являются наноразмерными каплями.
[0033] Обычно снижение испарения объемной жидкости содержит размещение слоя композиции поверхностно-активного вещества, такого как, по меньшей мере, один монослой, по существу покрывающего поверхность объемной жидкости. Слой композиции поверхностно-активного вещества действует как барьерная пленка между жидкостью и газом на поверхности объемной жидкости, подавляя испарение объемной жидкости. Толщина слоя непосредственно способствует предотвращению испарения объемной жидкости. Толщина слоя композиции поверхностно-активного вещества составляет, по меньшей мере, один монослой, но может быть такой толстой, как 1000 монослоев. Предпочтительная толщина слоя составляет приблизительно от 70 до 500 монослоев. Наиболее предпочтительная толщина слоя составляет от приблизительно 200 до приблизительно 400 монослоев. В других вариантах осуществления вода, взаимодействующая с гидрофильной концевой группой, обеспечивает тонкий слой воды поверх поверхности объемной жидкости, чтобы дополнительно замедлять испарение. Специалист в данной области техники обязательно понимает, что количество поверхностно-активного вещества и толщина его слоя понижают давление пара объемной жидкости в добавление к физической задержке фазового изменения объемной жидкости в газ.
[0034] Данный способ также снижает испарение поверхностных жидкостей путем размещения слоя композиции поверхностно-активного вещества, такого как, по меньшей мере, один непрерывный монослой, по существу покрывающего поверхность. Слой композиции поверхностно-активного вещества действует как барьерная пленка на границе раздела жидкость/газ, подавляя испарение поверхностной жидкости, такой как жидкость, поглощенная и/или адсорбированная на твердой стенке резервуара. Толщина слоя непосредственно способствует предотвращению испарения с таких поверхностей. Толщина слоя композиции поверхностно-активного вещества составляет, по меньшей мере, один монослой, но может быть такой толстой, как 1000 монослоев. Предпочтительная толщина слоя составляет приблизительно от 70 до 500 монослоев. Наиболее предпочтительная толщина слоя составляет от приблизительно 200 до приблизительно 400 монослоев. В других вариантах осуществления вода, взаимодействующая с гидрофильной концевой группой, обеспечивает тонкий слой воды поверх испаряющейся поверхности, чтобы дополнительно замедлять испарение. Специалист в данной области техники обязательно понимает, что количество поверхностно-активного вещества и толщина его слоя препятствуют скорости фазового изменения смоченной поверхностной жидкости в газ.
[0035] Предполагается, что описанный здесь способ размещения поверхностно-активного вещества, чтобы снижать испарение, применим к объемным и смоченным поверхностным жидкостям в целом. Однако предпочтительной объемной и/или смоченной поверхностной жидкостью является летучий органический растворитель. Некоторые типичные органические растворители включают алифатические алканы, циклические алканы, ароматические соединения, гетероциклы, бензины, другие углеводородные топлива и подобные. Вышеуказанные жидкости являются только типичными и не предназначены для ограничения.
[0036] Применение поверхностно-активного вещества обычно уменьшает поверхностное натяжение, вызывая рассеяние по поверхности жидкостей с высоким поверхностным натяжением, таких как вода. Однако жидкие углеводороды обычно имеют гораздо меньшее поверхностное натяжение, и добавление поверхностно-активного вещества на основе углеводорода не снижает поверхностное натяжение в достаточной степени, чтобы приводить к распределению. Поэтому предпочтительно распылять жидкостную композицию поверхностно-активного вещества на наноразмерные капли и диспергировать распыленное поверхностно-активное вещество несущим газом по объемной жидкости, тем самым осаждая равномерное распределение поверхностно-активного вещества на поверхности объемной жидкости. После осаждения на поверхности объемной жидкости поверхностно-активное вещество само собирается в слой. Самосборка вызывается межмолекулярным притяжением концов поверхностно-активного вещества. Если присутствует вода, межфазное натяжение между верхним водяным слоем и поверхностью углеводородной объемной жидкости обеспечивает дополнительную движущую силу для самосборки молекул поверхностно-активного вещества по поверхности объемной жидкости в слой. Кроме того, межфазное натяжение вызывает повторное запечатывание водного слоя поверхностно-активного вещества поверх поверхности объемной жидкости, если поверхность повреждается.
[0037] Нанокапли можно генерировать протеканием жидкой композиции поверхностно-активного вещества через распыляющую форсунку, получая аэрозольный туман с последующим разбавлением и, по меньшей мере, частичным испарением с помощью предпочтительно сухого несущего газа с образованием нанокапель. Чтобы облегчить генерацию нанокапель, жидкую композицию поверхностно-активных веществ можно нагревать или перегревать перед протоком сквозь распыляющую форсунку, так что нанокапли выделяются из форсунки. Распыляющая форсунка может быть бифлюидной, электростатической или ультразвуковой форсункой. Специалист в данной области техники обязательно поймет, что конструкция распыляющей форсунки может быть любой конструкцией форсунки, подходящей для генерации тонкого аэрозольного тумана. Наноразмерные капли имеют несколько преимуществ. Во-первых, такие капли быстро диффундируют и оседают вследствие их малого размера, давая малые времена нанесения, чтобы достигать желаемого снижения испарения. Во-вторых, наноразмерные капли поверхностно-активного вещества будут покрывать все поверхности независимо от каких-либо проблем распределяемости. В-третьих, наноразмерные капли поверхностно-активного вещества являются легкими, что дает способность осаждаться и распределяться по поверхности жидкости вместо опускания на дно жидкости, вызывая эффективное использование смеси поверхностно-активных веществ, чтобы минимизировать расходы и загрязнение.
[0038] Таким образом, данный способ дополнительно включает в себя распределение наноразмерных капель поверхностно-активного вещества, чтобы снизить испарение поверхностей, которые не всегда являются непрерывными и которые имеют испаряющиеся жидкости, таких как стенки резервуаров, имеющие поверхностные жидкости. Данный способ дополнительно включает в себя использование такого количества, что загрязнение испаряющейся жидкости минимизируется. Предпочтительная испаряющаяся жидкость представляет собой летучий органический растворитель. Некоторые типичные органические растворители включают алифатические алканы, циклические алканы, ароматические соединения, гетероциклы, бензины, другие углеводородные топлива и подобные. Вышеуказанные жидкости являются только типичными и не предназначены для ограничения.
[0039] Жидкая композиция поверхностно-активных веществ содержит поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ и растворитель. Предпочтительные поверхностно-активные вещества являются не пенообразующими и имеют неионные гидрофильные концевые группы, которые включают этоксилированные линейные спирты, этоксилированные алкилфенолы, сложные эфиры жирных кислот, аминовые и амидные производные, алкилполиглюкозиды, сополимеры этиленоксид/пропиленоксид, полиспирты и этоксилированные полиспирты. Вышеприведенные примеры являются только типичными и не предназначены быть ограничивающими. Хотя поверхностно-активные вещества, имеющие требуемые характеристики, включают в себя широкий класс углеводородных поверхностно-активных веществ, предусмотренные поверхностно-активные вещества состоят из углерода, водорода и кислорода. Соответственно, замещенные поверхностно-активные вещества, такие как галогенированные поверхностно-активные вещества и поверхностно-активные вещества на основе кремния, являются примерами отклоненных классов.
[0040] В других вариантах осуществления предпочтительные поверхностно-активные вещества являются пенообразующими и включают в себя замещенные поверхностно-активные вещества, такие как галогенированные поверхностно-активные вещества и поверхностно-активные вещества на основе кремния.
[0041] Предпочтительные поверхностно-активные вещества также содержат гидрофобные хвосты. Гидрофобный хвост может быть линейным углеводородом или разветвленным углеводородом, имеющим длину цепи больше чем 8 атомов углерода. Предпочтительно, длина цепи составляет от приблизительно 35 углеродов до 100 углеродов. Более предпочтительно, длина цепи составляет приблизительно от 45 углеродов до 80 углеродов. Наиболее предпочтительно, длина цепи составляет приблизительно от 50 углеродов до 75 углеродов. В некоторых вариантах осуществления композиция поверхностно-активного вещества содержит неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильным-липофильным балансом (ГЛБ) больше чем 10, что означает, как обязательно будет понятно специалисту в данной области техники, что растворимость в воде поверхностно-активного вещества увеличивается с более высокой величиной ГЛБ.
[0042] Предпочтительная композиция поверхностно-активного вещества имеет плотность, в своей объемной форме, большую, чем плотность объемной жидкости, на которую наносят композицию. В случае, когда объемная жидкость содержит углеводород или смесь углеводородов, предпочтительные поверхностно-активные вещества в их объемной жидкой форме будут иметь плотность, равную или большую, чем плотность объемной углеводородной жидкости. На практике, предпочтительные поверхностно-активные вещества осаждают на поверхность в виде композиции, имеющей нанокапельную структуру. Введение композиций поверхностно-активных веществ в форме, иной чем нанокапельная аэрозольная композиция (например, путем смешивания, добавления по каплям и подобного), может нежелательно приводить к поверхностно-активному веществу, смешанному с объемной жидкостью и/или осевшему на дно объемной жидкости.
[0043] В других вариантах осуществления предпочтительные композиции поверхностно-активных веществ имеют плотность меньше, чем плотность объемной жидкости.
[0044] Растворители для использования в композициях поверхностно-активных веществ настоящего изобретения включают в себя растворители, в которых поверхностно-активное вещество, по меньшей мере, частично растворимо. В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество имеет растворимость в растворителе, по меньшей мере, 1 г/мл или больше. В некоторых вариантах осуществления растворитель, по меньшей мере, частично смешивается с водой. Предпочтительные растворители для использования с композициями поверхностно-активных веществ настоящего изобретения включают в себя воду, спирты (например, метанол, этанол, пропанол, бутанолы и спирты с более длинной цепью и/или циклические спирты, которые являются жидкостями при окружающих условиях), диметилсульфоксид (ДМСО), диметилформамид (ДМФ), тетрагидрофуран (ТГФ), ацетальдегид, уксусную кислоту, ацетон, ацетонитрил (АЦН), этиламин, маннитол, пиридин, масляную кислоту, диэтаноламин, диэтилентриамин, диметоксиэтан, 1,4-диоксан, этиленгликоль, фурфуриловый спирт, глицерин и подобные и их комбинации, но не ограничиваются этим.
[0045] Предпочтительная концентрация растворителя в жидкой композиции поверхностно-активных веществ составляет больше или равно приблизительно 50% масс./об. Специалист в данной области техники обязательно понимает, что концентрация растворителя и полученный размер частиц распыленного продукта обратно связаны. Таким образом, концентрация растворителя, обсуждаемая выше, является только примерной и может варьировать соответственно желаемому размеру частиц.
[0046] Устройство для генерации аэрозоля, описанное в предварительной заявке США с порядковым номером № 62/148597, включенной сюда посредством ссылки во всей своей полноте, может быть использовано, чтобы создавать аэрозоль, содержащий нанокапли, и диспергировать полученные наноразмерные капли, содержащие композицию поверхностно-активного вещества. В некоторых вариантах осуществления устройство для генерации аэрозоля включает в себя распыляющую форсунку и трубку Вентури с входом, выходом и удлиненной горловиной, содержащей, по меньшей мере, кольца газовых струй между ними. Распыляющая форсунка предпочтительно расположена возле входа трубки Вентури. Когда тонкий аэрозольный туман выходит из распыляющего сопла, несущий газ направляет распыленную композицию поверхностно-активного вещества на вход для дополнительного снижения размера капель. В некоторых вариантах осуществления устройство для генерации аэрозоля содержит такую трубку Вентури или две или больше трубки Вентури последовательно.
[0047] Вода содержит от приблизительно 1 до приблизительно 50% масс./об. нанокапель. Предпочтительно, вода содержит от приблизительно 1 до приблизительно 10% масс./об. нанокапель.
[0048] Нанокапля может также содержать полигликоль с массовым отношением от приблизительно 10:1 до приблизительно 1:10 в расчете на полную массу поверхностно-активного вещества. Специалист в данной области техники обязательно понимает, что полная масса поверхностно-активного вещества включает в себя одно или несколько поверхностно-активных веществ. Предпочтительные полигликоли имеют молекулярную массу приблизительно от 100 до 1200. Предпочтительно, молекулярная масса полигликоля равна приблизительно 400. Предпочтительные полигликоли включают в себя полиэтиленгликоль и полипропиленгликоль. Предпочтительным полигликолем является полиэтиленгликоль. В вариантах осуществления, в которых полигликоль имеет распределение молекулярной массы, молекулярной массой называется среднечисловая молекулярная масса.
[0049] Размер каждой наноразмерной капли составляет от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 1000 нм. В некоторых вариантах осуществления размер капель находится в интервале от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 500 нм. В некоторых вариантах осуществления размер нанокапель находится в интервале от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 200 нм. Без связи с какой-либо теорией, средний размер одной мицеллы составляет от приблизительно 4 нм до приблизительно 10 нм. Кроме того, наноразмер капель предотвращает композицию поверхностно-активного вещества от оседания сквозь объемную жидкость. Дополнительно, распределение размера наноразмерных капель может быть в интервале от приблизительно одной мицеллы до приблизительно 1000 нм.
ПРИМЕРЫ
[0050] Определенные признаки и аспекты настоящего изобретения иллюстрируются в следующих рабочих примерах. Данные рабочие примеры являются только типичными, т.е. строго демонстративными, и не предназначены ограничивать объем изобретения.
Пример 1
[0051] 75000-литровый бак диаметром 0,3 метра и длиной 12 метров заполняли пятьюдесятью литрами коммерческого бензина, чтобы образовать пары топлива. Температура и влажность в баке были 20,5°С и 60% ОВ соответственно. Бак дегазировали, используя устройство, описанное в заявке США с порядковым № 15/131885, с давлением сжатого воздуха 6 бар, подаваемом в него из стандартного компрессора. Раствор поверхностно-активного вещества, применяемый устройством, был такой, что нанокапли, выходящие из устройства, включали в себя приблизительно 49% масс./об. этоксилата С8 линейного спирта, приблизительно 49% масс./об. полиэтиленгликоля и приблизительно 2% масс./об. воды. Средний размер капель, выходящих из устройства, был приблизительно 150 нм. Его определяли путем измерения количества воды, испаряемой каплями исходного распределения размера, на выходе из устройства на основании изменения относительной влажности потока воздуха, измеряемой стандартным измерителем относительной влажности. Исходное распределение размера генерировали, применяя стандартную бифлюидную форсунку для первой стадии распыления в устройстве со средним размером капель 2 микрона. Нанокапли подавали в бак в течение 15 минут. Концентрацию паров топлива измеряли в свободном пространстве перед применением и получали 80% от нижнего предела взрываемости (НПВ). После 15 минут применения концентрация составляла 0% НПВ в течение приблизительно 48 часов, демонстрируя существенное снижение испарения топлива.
[0052] Условия примера 1 повторяли за исключением того, что влажность в баке была 98% ОВ. Хотя концентрация составляла 0% НПВ после 15 минут, после 48 часов концентрация была 25% НПВ, показывая гораздо большую скорость испарения топлива. При 98% ОВ большая часть воды не испаряется из капель, приводя к каплям микронного размера, которые являются слишком большими, чтобы оседать и оставаться на поверхности жидкого топлива.
[0053] Данный пример иллюстрирует возможные варианты осуществления настоящего изобретения. Хотя различные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше, следует понимать, что они приведены только в качестве примера, а не ограничения. Специалистам в данной области техники будет ясно, что различные изменения в форме и подробностях могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Таким образом, широта и объем настоящего изобретения не должны ограничиваться вышеописанными примерными вариантами осуществления, а должны определяться только согласно пунктам формулы изобретения и их эквивалентам.
[0054] Очевидно, что разделы подробного описания, сущности и реферата могут устанавливать один или несколько, но не все примерные варианты осуществления настоящего изобретения, задуманные изобретателем, и, таким образом, не предназначены ограничивать настоящее изобретение и формулу изобретения каким-либо образом.
[0055] Все цитированные здесь документы, включая журнальные статьи или рефераты, опубликованные или аналогичные, американские или иностранные патентные заявки, выданные или иностранные патенты, или любые другие документы, полностью включены сюда посредством ссылки, включая все данные, таблицы, фигуры и текст, представленный в цитированных документах.
1. Способ размещения поверхностно-активного вещества на объемной жидкости для снижения испарения объемной жидкости, в котором:
обеспечивают распыленную композицию жидкого поверхностно-активного вещества, имеющую размер наноразмерных капель жидкого поверхностно-активного вещества в диапазоне от около одной мицеллы до около 500 нм;
осаждают распыленную композицию жидкого поверхностно-активного вещества на поверхности объемной жидкости с формированием на ней самособирающегося слоя, снижая, тем самым, испарение объемной жидкости, где композиция жидкого поверхностно-активного вещества имеет объемную плотность, большую, чем объемная плотность объемной жидкости; и
снижают скорость испарения объемной жидкости.
2. Способ по п. 1, в котором на этапе обеспечения дополнительно осуществляют течение композиции жидкого поверхностно-активного вещества через распыляющую форсунку, генерируя поток распыленного жидкого поверхностно-активного вещества.
3. Способ по п. 2, в котором распыляющая форсунка представляет собой бифлюидную, электростатическую или ультразвуковую форсунку или их комбинацию.
4. Способ по п. 2, в котором дополнительно направляют поток распыленного жидкого поверхностно-активного вещества через устройство, содержащее трубку Вентури, имеющую вход, выход и две горловины между ними, где распыляющая форсунка находится близко к входу трубки Вентури и в проточном сообщении с ней.
5. Способ по п. 2, в котором дополнительно нагревают или перегревают композицию жидкого поверхностно-активного вещества перед данным течением.
6. Способ по п. 3, в котором дополнительно нагревают распыленный газ бифлюидной форсунки.
7. Способ по п. 1, в котором объемная жидкость содержит углеводород.
8. Способ по п. 1, в котором самособирающийся слой содержит от 1 до приблизительно 1000 монослоев.
9. Способ по п. 1, в котором данный слой содержит от 1 до приблизительно 500 монослоев.
10. Способ по п. 1, в котором данный слой содержит от 1 до приблизительно 350 монослоев.
11. Способ по п. 1, в котором распыленная композиция жидкого поверхностно-активного вещества имеет средний размер капель от одной мицеллы до 250 нм.
12. Способ по п. 1, в котором распыленная композиция жидкого поверхностно-активного вещества содержит неионогенное поверхностно-активное вещество, имеющее возможно разветвленную С8-С100 углеродную цепь.
13. Способ по п. 12, в котором неионогенное поверхностно-активное вещество гидрофильный-липофильный баланс больше чем 10.
14. Способ по п. 1, в котором распыленная композиция жидкого поверхностно-активного вещества содержит воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 50% масс./об.
15. Способ по п. 1, в котором распыленная композиция жидкого поверхностно-активного вещества содержит воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 25% масс./об.
16. Способ по п. 1, в котором распыленная композиция жидкого поверхностно-активного вещества содержит воду в концентрации от приблизительно 1% масс./об. до приблизительно 10% масс./об.
17. Способ по п. 1, в котором распыленная композиция жидкого поверхностно-активного вещества содержит полигликоль.
18. Способ по п. 17, в котором полигликоль присутствует в массовом отношении от 10:1 до 1:10 относительно полной массы поверхностно-активного вещества.
19. Способ по п. 17, в котором полигликоль представляет собой полиэтиленгликоль.
