(57)【要約】  乳化剤パッケージの製造方法を開示する。該方法は、燃料可溶性生成物流、安定剤流、および水分流の混合物を混合容器内でブレンドして混合物を調製することを含む。混合物を混合容器内で混合し、混合物を混合容器を通して再循環させる。最後に、混合物を、剪断装置により、秒当り約27,500回剪断ないし秒当り約87,500回剪断の速度で剪断する。また、水性燃料エマルジョンの製造方法も開示する。
2007505190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を含むことを特徴とする、乳化剤パッケージの製造方法：
(1)燃料可溶性生成物流、安定剤流および水分流を混合容器内でブレンドして混合物を調製する工程；
(2)前記混合物を前記混合容器内で混合する工程；
(3)前記混合物を前記混合容器を通して再循環させる工程；および、
(4)前記混合物を、剪断装置により、秒当り約27,500回剪断ないし秒当り約87,500回剪断の速度で剪断する工程。
【請求項２】
前記剪断装置が、高速ミキサー、機械的ミキサー撹拌、スタティックミキサー、剪断ミキサー、超音波ミキサー、および高圧ホモジナイザーからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記水分が、アンモニウム系水、水道水、脱イオン水、脱塩水、および精製水からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記燃料可溶性生成物が、脂肪酸の誘導体である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記脂肪酸が、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記安定剤が、ポリイソブチレンおよびポリイソブチレン無水コハク酸化合物からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法によって製造した乳化剤パッケージ。
【請求項８】
下記の工程を特徴とする、水性燃料エマルジョンの製造方法：
(A)液体炭化水素燃料流を乳化剤パッケージ流および水分流とブレンドして第１の混合物を調製する工程であって、前記乳化剤パッケージを、下記の工程： 
(a)燃料可溶性生成物流、安定剤流および第１水分流を混合容器内でブレンドして乳化剤混合物を調製するする工程；
(b)前記乳化剤混合物を前記混合容器内で混合する工程；
(c)前記乳化剤混合物を前記混合容器を通して再循環させる工程；および、
(d)前記乳化剤混合物を、剪断装置により、秒当り約27,500回剪断ないし秒当り約87,500回剪断の速度で剪断する工程；
を含む方法によって製造する工程；
(B)前記第１混合物を混合容器内に導入する工程；および、
(C)前記第１混合物を混合して水性燃料エマルジョンを調製する工程。
【請求項９】
前記混合容器が、混合装置を備えている、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記混合装置が、高速ミキサー、機械的ミキサー撹拌、スタティックミキサー、剪断ミキサー、超音波ミキサー、および高圧ホモジナイザーからなる群から選択される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１水分が、アンモニウム系水、水道水、脱イオン水、脱塩水、および精製水からなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料可溶性生成物が、脂肪酸の誘導体である、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記脂肪酸が、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記安定化剤が、ポリイソブチレンおよびポリイソブチレンスクシネート化合物からなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料が、炭化水素質石油留出物燃料である、請求項８記載の方法。
【請求項１６】
前記炭化水素質石油留出物燃料が、モーターガソリン、ディーゼル燃料、燃料オイル、灯油、ナフサ、脂肪族物質、およびパラフィン系物質からなる群から選択される、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料が、非炭化水素質燃料である、請求項８記載の方法。
【請求項１８】
前記非炭化水素質燃料が、メタノール、エタノール、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、オルガノ-ニトロ化合物、バイオディーゼル油、および鉱物由来燃料からなる群から選択される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記第２水分が、水道水、脱イオン水、脱塩水、および精製水からなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項２０】
前記第２混合物が、分散剤、腐蝕抑制剤、酸化防止剤、防錆剤、洗浄剤、および潤滑剤からなる群から選ばれた化合物をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項２１】
請求項８記載の方法によって製造した乳化燃料。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、水性燃料乳化剤パッケージに関し、さらに詳細には、個々の原材料の特定の乳化剤パッケージを製造して、炭化水素燃料源、水分源および上記水性燃料乳化剤パッケージ源からの優れた水性燃料エマルジョンを創生する方法に関する。
（技術背景）
最近の燃料開発は、炭素系燃料、水、および潤滑剤、乳化剤、界面活性剤、腐食抑制剤、セタン価向上剤等のような各種添加剤から本質的になる多くの水性燃料エマルジョンをもたらしている。これらの水性燃料エマルジョンは、限定するものではないが圧縮点火エンジン(即ち、ディーゼルエンジン)のような内部燃焼エンジンにおいて費用効率的な方法を見出して、エンジン、燃料系、または現存の燃料伝達構造基盤に有意の改良を施すことなく、規制レベル以下の排気物の削減を達成するのに重要な役割を果たし得る。
有利なことに、水性燃料エマルジョンは、燃料をエンジン内で燃焼させる方法を変えることにより、窒素酸化物(NOX)および粒状物(即ち、煤煙と炭化水素の混合物)の生成を低減しまたは抑制する傾向を有する。とりわけ、燃料エマルジョンは、水の存在により、通常の燃料よりも低温で燃焼する。このことと、ピーク燃焼温度が高い程多くのNOXがエンジン排気中に典型的に発生するという現実とを結び付けると、水性燃料エマルジョンを使用する利点は容易に理解し得ることである。
【０００２】
当該技術においては周知のように、そのような水性燃料エマルジョンの構成要素部分は、一次成分の異なる密度または相対的質量故に、経時的に分離する或いは不安定である性向を有する。例えば、中間留出物炭化水素源はおよそ0.85の密度を有するのに対し、水分源はおよそ1.0の密度を有する。相分離における重力推進力は大きい水滴におけるほど顕著であるので、比較的小さい水滴を含有するエマルジョンほど、長時間安定なままであろう。また、水性燃料エマルジョンの分解または相分離は、水滴が如何に速く融合し、凝集し或いは沈降するかどうかによっても影響を受ける。また、エマルジョン分解は、水性燃料を供する環境によっても影響を受ける。例えば、高温および動的応力は、水性燃料エマルジョンの劣化を加速し得る。燃焼装置および関連燃料伝達システム固有の高温を考慮すれば、水性燃料エマルジョンは、所定量の熱および応力に耐えるように設計しなければならない。水性燃料エマルジョンにおける如何なる分解も、燃焼使用前には検知されなかったとしても極めて不利であり得る。不連続相を含む懸濁粒子の微視的性質を考慮すると、水性燃料エマルジョンは、裸眼に対しては良好に見え得るが、当該技術に精通している者にとっては品質管理基準に供したときに実際には不良とみなされ得る。
水分源および炭化水素源の特定のエマルジョンを生成させるのに必要な乳化剤の量を決定するには、材料密度、不連続相の粒度等に基づき、当該技術に共通する計算によって一般に算出し得る。そのような計測は、不連続相の粒子分布曲線において典型的に要約されている。
【０００３】
水性燃料エマルジョンが、液状炭化水素源、乳化剤源および水分源を混合するよって製造し得ることは一般に認識されている。水性燃料エマルジョンを製造する技術は、基本的に、下記の３点に関連する：
1) 各構成要素(またはその一部)を他の構成要素(またはその一部)と混合する特定の順序；
2) 各構成要素の特定の機械的混合手法；および、
3) 水性燃料乳化剤の特定の化学性。
種々の順序範囲が認識されているものの、水性燃料エマルジョンの原理は、乳化剤供給物を先ず水性燃料エマルジョン(またはその一部)の外部相と、その次に不連続相(またはその一部)と混合すべきであると一般に理解されている。
例えば、油相型エマルジョンにおいては、乳化剤供給物を、水の不連続相と混合する前に、炭化水素源と先ず混合するであろう。逆に、水相型エマルジョンにおいては、乳化剤供給物を、油 (またはその一部) の不連続相と混合する前に、水分源(またはその一部)と先ず混合するであろう。一部を事前混合する場合、残分は、水性燃料エマルジョンを製造するときの後の時点で導入する。
乳化工程においては幾つかの混合ステーションが存在するけれども、高剪断混合段階は、通常、水分源をオイル源と混合するときに必要である。高剪断混合前では、種々の段階は、混合する化学物が比較的相溶性の化学特性を有するので、インラインミキサーまたは他の通常の液体撹拌機のようなあまり強力でない混合装置によって混合し得る。水と油の極めて異なる化学特性故に、不連続相を安定な水性燃料エマルジョンに寄与し得るサイズにまで細かくするには、有意量の機械的エネルギーが必要である。
【０００４】
乳化剤用の化学物質は、なかんずく、少なくとも２つの成分、即ち、主として炭化水素可溶性である１つの成分と主として水溶性である他の成分との混合物を含む界面活性剤即ち石鹸から一般的になり、界面活性剤を、炭化水素相と水相間の界面張力が実質的に0であるように均衡させるようにする。換言すれば、これらの化学物質の各々は、油と水間の界面張力を破壊してこれら異なる分子間で結合が形成し得るようにするのに、さらにまた水粒子の分散を助長するのに重要な役割を果たす(相互に引付け合うことにより)。このことは、基本的には、カチオン性(正電荷)、アニオン性(負電荷)および非イオン性(中性電荷)と称する３つの異なるタイプの荷電化学物質、またはこれらの組合せによって達成される。
多くの場合、乳化剤パッケージは、不連続相において可溶性であるように設計をする。水性乳化燃料のパーセントとしての乳化剤の量は、連続相と不連続相のタイプおよび量、乳化剤の化学組成、および不連続相の粒度のような幾つかの要因に基づき変動する。当該技術において求められているのは、安定な乳化剤パッケージである。
【０００５】
（発明の開示）
本発明は、炭化水素燃料源、水分源、および水性燃料エマルジョン乳化剤源からの水性燃料エマルジョン混合用の燃料乳化剤パッケージの製造方法である。有利なことに、上記乳化剤は、乳化剤の個々の構成要素の個々の化合物が相互作用するのに適する混合環境を発生させる小面積高速混合装置を組入れることにより、通常に製造した乳化剤の安定性を上回って水性燃料エマルジョンの長期および熱安定性を向上させる。
乳化剤パッケージの製造方法を開示する。該方法は、燃料可溶性生成物流、安定剤流および水分流を混合容器内でブレンドして混合物を調製することを含む。混合物を上記混合容器内で混合し、混合物を混合容器を通して再循環させる。最後に、混合物を、剪断装置により、秒当り約27,500回剪断ないし秒当り約87,500回剪断の速度で剪断する。
また、水性燃料エマルジョンの製造方法も開示する。該方法は、液体炭化水素燃料流を乳化剤パッケージ流および水分流をブレンドして第１混合物を調製することを含む。上記乳化剤パッケージは、以下の工程を含む方法によって製造する：燃料可溶性生成物流、安定剤流、および水分流を混合容器内でブレンドして乳化剤混合物を調製する工程；乳化剤混合物を混合容器内で混合する工程；乳化剤混合物を混合容器を通して再循環させる工程；および、乳化剤混合物を、剪断装置により、秒当り約27,500回剪断ないし秒当り約87,500回剪断の速度で剪断する工程。次に、該方法は、上記第１混合物を混合容器に導入し、第１混合物を混合して水性燃料エマルジョンを調製することを含む。
【０００６】
（発明を実施するための最良の形態）
当業者であれば、以下の説明は、単なる例示であり、如何なる形においても限定するものではないことを理解されたい。他の実施態様は、それ自体で、そのような当業者に対し容易に示唆しているであろう。
図１は、エマルジョン用の製造装置１０の概略図を示す。好ましい実施態様においては、上記製造装置は、周囲条件下で作動する。製造装置１０は、原材料用の１連の入口を含む。図示目的において、入口１２は炭化水素燃料を供給し、入口１４は乳化剤パッケージを供給し、入口１６は水分源を供給し、適切な位置で混合装置３２に連結し得る。
入口１２と１４は、それぞれ、炭化水素燃料および乳化剤パッケージを、入口１２と１４の交差点に配置され導管２４を有する燃料ポンプ１８に供給する。
燃料ポンプ１８は、炭化水素燃料と乳化剤パッケージを混合ステーションポンプ２２に選定した流量で転送する。炭化水素と乳化剤パッケージは、分当り約3.29L(分当り約0.87ガロン(gpm))の速度で、約3.79L/分(約1gpm)の容量でもって乳化装置中を流動する。流量測定装置３０は、混合ステーションポンプ２２から混合装置３２へ向ける炭化水素燃料と乳化剤パッケージの混合物流を制御するよう適応させる。
入口１６は、水分源を導管２６によりウォーターポンプ２０に供給する。ウォーターポンプ２０は、水分源を流量測定装置２８に向わせる。その後、水分流を混合装置３２に選定した流量で転送する。水分は、約0.49L/分(約0.13gpm)の速度で、約3.79L/分(約1gpm)の容量でもって乳化装置中を流動する。
流量測定装置から流動した後、導管２４と２６は、各材料を混合装置３２に導く。材料は、現存のポンプ(例示しているような)を使用して、追加のポンプ(図示せず)を使用して、重力によって、または当該技術において公知の他の方法によって転送し得る。
混合装置３２は、限定するものではないが機械的ミキサー撹拌、スタティックミキサー、剪断ミキサー、超音波ミキサー、高圧ホモジナイザー等のような当該産業で使用するミキサー(図示せず)を含む。そのような装置の例としては、限定するものではないが、Silverson Corporationによるローターステーター設計ユニットミキサーがある。
エマルジョン生成後、エマルジョンは、製造後直ちに使用するか、或いは将来の使用のために保存タンク３６に導管３４により導き得る。
【０００７】
図２は、乳化剤パッケージ製造装置３８の略図を示す。好ましい実施態様においては、乳化剤パッケージ製造装置３８は、周囲条件下で作動する。乳化剤パッケージ製造装置３８は、原材料用の１連の入口を含む。図示目的において、入口４０は燃料可溶性生成物流を供給し、入口４２は安定剤流を供給し、入口44は水分流を供給し、適切な位置で混合容器６４に連結し得る。
入口４０は、燃料可溶性生成物(例えば、脂肪酸)の流れを、ポンプ４６と流体連通している導管５８に供給する。ポンプ４６は、燃料可溶性生成物を、導管５８に沿って混合容器６４に選定された流量で転送する。流量測定装置５２は、混合容器６４への燃料可溶性生成物流を制御するよう適応させる。燃料可溶性生成物は、約18.93L/分〜約30.28L/分(約5〜約8gpm)の速度で約189.27L(約50ガロン)の容量でもって混合容器６４中に流動し得る。
入口４２は、安定剤(例えば、ポリイソブチレン)の流れを、ポンプ４８と流体連通した導管６０に供給する。ポンプ４８は、安定剤を、導管６０に沿って混合容器64に選定された流量で転送する。流量測定装置５４は、混合容器６４への安定剤流を制御するよう適応させる。安定剤は、約37.85L/分〜約49.21L/分(約10〜約13gpm)の速度で約189.27L(約50ガロン)の容量でもって混合容器６４中に流動し得る。
入口４４は、水分(例えば、アンモニウム系水)即ち反応物の流れをポンプ５０と流体連通している導管６２に供給する。ポンプ５０は、水分を、導管６２に沿って混合容器６４に選定した流量で転送する。流量測定装置５６は、混合容器６４への水分流を制御するよう適応させる。水分は、約0.95L/分〜約2.84L/分(約0.25〜約0.75gpm)の速度で約189.27L(約50ガロン)の容量でもって混合容器６４中に流動し得る。
【０００８】
流量測定装置から流動した後、導管５８、６０および６２は、各材料を混合装置６４に導く。各材料は、現存のポンプ(例示するような)を使用して、追加のポンプ(図示せず)を使用して、重力によって、または当該技術において公知の他の方法によって転送し得る。
ミキサー６６は、入口４０、４２および４４から導入した各材料の混合用の混合容器６４内に配置する。ミキサー６６は、上記燃料可溶性生成物、安定剤および水分をさらに混合するための混合容器６６内に配置する。乳状剤パッケージ製造装置３８は、再循環装置６８および剪断装置システム７０を備えている。
再循環装置６８は、混合物を混合容器６４からポンプシステム(１基のポンプ７２のみを例示している)および複数の導管(１本の導管７６のみを例示している)に向かわせ、混合物を再指向させてさらなる加工のために混合容器６４中に戻す。
剪断装置システム７０は、限定するものではないが、機械的撹拌ミキサー、スタティックミキサー、剪断ミキサー、超音波ミキサー、高圧ホモジナイザー等のような液体撹拌産業で使用する高速ミキサー７４を含む。そのような装置の例としては、限定するものではないが、Silverson Corporationによるローターステーター設計ユニットミキサーがある。複数の導管(１本の導管７８のみを例示している)は、混合物を、ポンプ系(１基のポンプ８０のみを例示している)により、混合容器に再指向させて戻している。
乳化剤パッケージ系の生成後、乳化剤パッケージは、製造後直ちに使用するか或いは将来の使用のために導管８２により保存タンク８４に導入し得る。
必要に応じて、脂肪酸と称する燃料可溶性原材料およびポリイソブチレンおよびアンモニウム系水と称される水溶性原材料を、種々の間隔で且つ種々の順序で添加し得る。さらに、混合プロセスは、周囲環境よりも僅かに高いかまたは僅かに低い温度で起こり得る。該プロセスは、手動によりまたは制御装置によって制御し得る。しかしながら、これらの例が全てを包括するものではない。
【０００９】
水性燃料エマルジョンの製造において使用する好ましい化合物についての説明は、下記のとおりである。
水性炭化水素燃料エマルジョンを調製するのに使用する液体炭化水素燃料は、限定するものではないが、ASTM規格D439に定義されているようなモーターガソリン、ASTM規格D396に定義されているようなディーゼル燃料または燃料オイル、灯油、ナフサ、脂肪族物質、パラフィン系物質等のような、任意のおよび全ての炭化水素質石油留出物燃料であり得る。非炭化水素質物質を含む液状炭化水素燃料としては、限定するものではないが、メタノール、エタノール等のようなアルコール類；ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等のようなエーテル類；オルガノ-ニトロ化合物等；およびトウモロコシ、アルファルファ、頁岩、石炭等のような植物資源(即ち、バイオディーゼル油)または鉱物資源(即ち、鉱物由来燃料)に由来する液体燃料がある。また、液体炭化水素燃料は、1種以上の炭化水素質燃料と1種以上の非炭化水素質物質の混合物も含み得る。そのような混合物の例は、ガソリンとエタノールの組合せ、およびディーゼル燃料とエーテルの組合せである。
水性炭化水素燃料エマルジョンを調製するのに使用する乳化剤パッケージとしては、限定するものではないが、燃料可溶性生成物、イオン性または非イオン性化合物、水溶性化合物および安定剤の一部または全部の組合せがある。
燃料可溶性生成物は、約12〜約30個の炭素原子を含有し得る脂肪酸の誘導体である。例としては、限定するものではないが、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等、並びにこれらの組合せがある。好ましいオレイン酸は、Ashland Chemical Companyから商品名213 Oleic Acid Technicalとして入手可能な工業級である。
イオン性または非イオン性化合物は、約10〜約20範囲の親水性-親油性均衡を有する。例としては、McCutheonのEmulsifiers and Detergents 1998, North American & International Editionに記載されており、限定するものではないが、ブロックコポリマー類、エトキシル化ノニルフェノール類、エトキシル化脂肪酸およびエステル類、エトキシル化アルキルフェノール類、ソルビタン誘導体およびエトキシル化脂肪酸類、アルコール類等、並びにこれらの組合せがある。好ましいエトキシル化ノニルフェノールは、BASF社から入手可能なIGEPALRである。
【００１０】
水溶性化合物は、アミン塩、アンモニウム塩、アルカリ塩等、またはその幾つかの組み合わせであり得る。好ましいアンモニウム塩生成物は、少なくとも1種の脂肪酸誘導体をアンモニア含有水と反応させることにより調製する。脂肪酸と水で希釈したアンモニウム間の反応は、所望の水溶性生成物の形成を与える条件下で実施する。典型的には、水で希釈したアンモニウムおよび脂肪酸を、およそ周囲条件下において一緒に混合し、その後、剪断混合装置の形の特定量の機械的撹拌および所定時間量での再循環に供する。
安定剤は、ポリイソブチレンスクシネート化合物から誘導する。この化合物は、無水物を含み得る。好ましいポリイソブチレンコハク酸化合物は、OLOAR371であり、Chevron Oronite LLC社から入手可能である。
水性炭化水素燃料エマルジョンを調製するのに使用する水分は、任意の供給源から取得し得る。水分としては、限定するものではないが、水道水、脱イオン水、脱塩水および精製水がある。精製水は、逆浸透、脱イオン化、蒸留等のような任意の方法により処理し得る。
さらに、燃料エマルジョンは、分散剤、腐食抑制剤、酸化防止剤、防錆剤、洗浄剤および潤滑剤を含む群から選ばれたさらなる成分を含有し得る。これらのさらなる成分は、燃料増強剤であり、エマルジョン燃料のエマルジョン品質には必ずしも作用しない。
水性燃料エマルジョンの各成分の混合比は、質量％による。１つの実施態様においては、水性燃料エマルジョンにおける炭化水素質留出物燃料の質量％は、約81％〜約99.5％である。水性燃料エマルジョンにおける乳化剤パッケージの質量％は、約0.5％〜約19％、好ましくは約0.5％〜約5％である。水性燃料エマルジョンにおける水分の質量％は、約0.1％〜約18.5％である。
この実施態様においては、乳化剤パッケージの各成分の混合物比は、質量％により成分を分別し得る。乳化剤パッケージ中の水分の総質量％は、約10％〜約40％であり、水分中の水酸化アンモニウムの質量％は、約0.5％〜約3％である。乳化剤パッケージ中の脂肪酸混合物の質量％は、約50％〜約70％である。乳化剤パッケージ中のポリ無水物の質量％は、約3％〜約15％である。
【００１１】
乳化剤パッケージ製造装置の好ましい実施態様においては、該装置は、原材料用の１連の入口、50ガロン(約189.27L)混合タンク(該タンクは、開放または密閉システムである)、3枚刃プロペラミキサー、ギアポンプ駆動再循環装置およびローターステーター剪断装置を含む。50ガロン(約189.27L)タンクは、開放頂部、丸底、および頂部中心から底部中心までおよそ61cm(24インチ)の総深度を有し得る。混合タンク内には邪魔板はなく、混合タンクは、その容量のおよそ70％の容量で一般的に製造する。
上記ミキサーは、小角度で中心から外して位置させ得る。ミキサーは、分当り1750回転(rpm)モーターを装備する。操作中、混合rpmは、媒質容量および媒質密度(即ち、濃密性)に基づき変動し得る。例えば、媒体が濃密である場合、モーターは、約30％〜約35％の出力効率(約525rpm〜約612rpm)に設定し得る。一方、容量値が低いかまたは媒質が希薄である場合、モーターは、約15％の出力効率(約262rpm)に設定し得る。
再循環装置は、ギアポンプおよび１連の約2.54cm(約1インチ)径ホースから構成され得る。上記ポンプは、2700rpmモーターである。該モーターは、約75％〜約80％出力効率で操作する。タンクは、再循環回路内で媒質用の開始および終止シンクとして作用する。媒質は、混合タンクの底正面に位置させたバルブから混合タンクを出て、頂部で混合タンクに戻る。
ローターステーター剪断装置は、インラインミキサーである。3600rpmを有する1.5馬力モーターが装置を出力する。ステーターは、一般目的の分解用ヘッドタイプである。このステーターは広範囲の用途において使用し、上記ヘッドが最大処理能力を与える。ステーターは、スクリーンとして作用する約10個の孔を有する。各孔は、直径約9.1mm(約0.36インチ(およそ3/8''))または約9.5mmである。ローターは4枚刃を有する。
【００１２】
実施例１
水性燃料エマルジョンを次のプロセスを使用して調製した。水性燃料エマルジョンは、質量で約13％の水分源、約85％の留出物No.2オイル、および約2％の乳化剤パッケージからなっていた。乳化剤パッケージは、約62.5％の脂肪酸化合物、約7.5％のポリイソブチレンコハク酸化合物、および約30％の水系アンモニウム化合物からなっていた。
脂肪酸およびポリイソブチレン溶液は、タンクに手動で供給するのに使用する２個の5ガロン(18.93L)容器からなる。各原材料を添加する順序は必ずしも適切ではないけれども、脂肪酸系生成物を、該生成物が装置を流動する容易さ故に、ミキサーおよび再循環装置を稼動させながら、典型的に最初に導入する。
アンモニア含有水を、マイクロポンプ(2700rpmモーター)、流量計およびバルブを有するインジェクターヘッドにより、10ガロン(37.85L)タンクから導入する。水溶性乳化剤原材料を導入して、媒質上で、鹸化(セッケン化)反応である化学反応を開始させる。化学反応と剪断は、ほぼ同時に生じる。水溶性溶液の流量は、分当り約1リットルである。
１つの実施例において、後の順序は、以下のとおりであった：最初の脂肪酸化合物、次のポリイソブチレン化合物、および最後の水系アンモニウム化合物。
これらの手順を繰返し、容量を増大させる種々の操作パラメーターを試験したとき、剪断ミキサーによって生じた混合が、堅牢な油中水エマルジョンを生成し得る乳化剤パッケージの製造に対して臨界的に重要であることを見出した。換言すれば、剪断工程は、最適の乳化剤パッケージを調製するのに穏やかか或いは過酷過ぎ得る。秒当り約12,500回未満の剪断および秒当り約87,500回よりも多い剪断によって生じた乳化剤パッケージは、試験ときに熱安定で堅固ではない油中水エマルジョンを一貫して生成させていることを見出した。好ましくは、乳化剤パッケージは、秒当り約12,500回の剪断ないし秒当り約87,500回の剪断によって調製するが、秒当り約25,000回の剪断ないし秒当り約70,500回の剪断がより好ましく、秒当り約40,000回の剪断ないし秒当り約60,000回の剪断がさらにより好ましく、秒当り約50,000回の剪断ないし秒当り約55,000回の剪断が最も好ましい。
【００１３】
表１は、剪断装置を別々の速度で使用して混合した乳化剤パッケージを含むエマルジョンにおいて行なった試験の試験結果を示す。この情報は、不十分に混合した乳化剤パッケージによって製造した水性燃料エマルジョンが、当該技術におけるエマルジョンに対して共通の標準試験範囲に不合格であるかどうかを実証する。同じことは、過剰混合した水性燃料についても当てはまる。剪断速度各々についての説明は、次のとおりである：“低剪断”は、秒当り約12,500回未満の剪断である(詳細には、#1は秒当り約1,000回の剪断であり、#2は秒当り約5,000回の剪断であり、#3は秒当り約10,000回の剪断である)；“中剪断”は、秒当り約12,500回の剪断ないし秒当り約87,500回の剪断である(詳細には、#1は秒当り約25,000回の剪断であり、#2は秒当り約50,000回の剪断であり、#3は秒当り約75,000回の剪断である)；“高剪断”は、秒当り約87,500回よりも多い剪断である(詳細には、#1は秒当り約90,000回の剪断であり、#2は秒当り約100,000回の剪断であり、#3は秒当り約110,000回の剪断である)である。
【００１４】
以下は、表１において使用し例示する試験手順の要約である。
手順 A
水性燃料エマルジョンを100mlの試験管に入れ、周囲および静置環境において7日間放置した。“合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められなかったことを示し、“不合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められたことを示す。
手順 B
水性燃料エマルジョンを50mlの試験管に入れ、周囲環境の遠心分離機に6,000rpmで5分間置いた。“合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められなかったことを示し、“不合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められたことを示す。
手順 C
水性燃料エマルジョンを50mlの試験管に入れ、76.7℃(170°F)の温度の加熱遠心分離機に1,000rpmで1分間置いた。“合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められなかったことを示し、“不合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められたことを示す。
手順 D
水性燃料エマルジョンを、1,200rpmの基本負荷の8.3 Cummings Stationary Engineにおいて、燃料が約37.8℃〜約48.9℃(約100°F〜約120°F)に加熱されるまで使用した。上記規定温度での水性燃料サンプルを1,000ml容器内に集め、その後、周囲条件に１夜冷却した。およそ24時間後、サンプルを手順AおよびBに供した。手順AおよびBの応用に従い、“合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められなかったことを示し、“不合格”は、遊離水(即ち、約1mlよりも多い)が認められたことを示す。
手順 E
水性燃料エマルジョンを使用して、標準の市販車両を約160.9km (約100マイル)未満ではない道路走行を含む規定ルート上で作動させた。走行を終了した時点で、車両を48時間以上停車し実際の運転状況を模倣した。これによって、車両をしかるべき朝に“寒冷”始動させるまで、水性燃料エマルジョンが車両タンク内で鎮静するのを可能にした。“合格”は、点火タイミングに遅れがなく皆無に近い煤煙を有する車両始動を示す。”不合格”は、煤煙を有し点火タイミングに遅れがある車両始動を示す。
【００１５】
表１
2007505190.tif 000003
水性燃料乳化剤は、裸眼に対しては極めて類似しているよう見えるものの、重要なことは、エマルジョン品質および燃焼室でのその使用性は、一般に、水性燃料エマルジョンの安定性および応力試験を含む試験サイクルによって決定され得ることに留意することである。従って、上記乳化剤パッケージの製造および調製したエマルジョン中での上記乳化剤パッケージの使用は、優れた保存性、増大した熱安定性並びに改良された動的安定性および使用性のような優れた特性を有するエマルジョンを創生させている。
【００１６】
本発明を、例示としての実施態様を参照して説明してきたが、当業者であれば、種々の変更がなされ得、等価物を、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の各要素と置換え得ることを理解されたい。さらに、特定の状況または材料を本発明の本質的な範囲から逸脱することなく上記の教示に適応させる多くの修正も実施し可能である。従って、本発明は、本発明を実施するために意図した最良の形態として説明した特定の実施態様に限定さるものではなく、特許請求の範囲に属する全ての実施態様を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】水性燃料エマルジョン用の製造装置の略図である。
【図２】乳化剤パッケージ用の製造装置の略図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０    エマルジョン製造装置
１２    炭化水素燃料の入口
１４    乳化剤パッケージの入口
１６    水分源の入口
１８    燃料ポンプ
２０    ウォーターポンプ
２２    混合ステーションポンプ
２４    導管
２６    導管
２８    流動測定装置
３０    流動測定装置
３２    混合装置
３４    導管
３６    保存タンク
３８    乳化剤パッケージ製造装置
４０    燃料可溶性生成物流の入口
４２    安定剤流の入口
４４    水分流の入口
４６、４８、５０    ポンプ
５２、５４、５６    流量測定装置
５８、６０、６２    導管
６４    混合容器
６６    ミキサー
６８    再循環装置
７０    剪断装置システム
７２    ポンプ
７４    高速ミキサー
７６、７８    導管
８０    ポンプ
８２    導管
８４    保存タンク
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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