ГИБРИДНОЕ ЭМУЛЬСИОННОЕ ТОПЛИВО
HYBRID EMULSION FUEL

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для повышения пожарной безопасности углеводородного топлива при транспортировке, хранении 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 консистентной эмульсии на 76,7%. В случае геля эта величина уменьшена на 85%.
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%, составляет для эмульсий с 20%-ным содержанием воды, наименьшие потери энергии и наибольшее увеличение коэффициента полезного действия топлива для эмульсий с 10%-ным содержанием воды [2].
Недостатком топлива на основе водных эмульсий как прямого, так и обратного типа является относительно высокая температура замерзания воды, что при минусовых температурах неизбежно приводит к расслаиванию и соответственно к ухудшению эксплуатационных свойств горючего.
Наиболее близким по назначению, составу и устойчивости эмульсии является состав топливного геля [3], принятый нами за прототип.
Топливный гель содержит в качестве поверхностно-активного вещества продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, воду, углеводород и спирт при следующем соотношении компонентов, об.%:
ПАВ
0,10
Вода
1,40
Спирт этиловый
0,50
Керосин
Остальное до 100
Топливный гель отличается высокой устойчивостью при хранении, устойчивостью к вибрации и высокотемпературному воздействию, что важно при использовании горючего в авиационной и ракетной технике, а также при доставке топлива в чрезвычайных ситуациях методом десантирования.
Недостатком состава является необходимость, для получения высококонцентрированной устойчивой эмульсии - геля, поэтапного порционного введения горючего в малый объем водного раствора эмульгатора, при интенсивном перемешивании. Использование при крупнотоннажных производствах специальных устройств - коллоидных мельниц.
Другим недостатком состава геля является невозможность его использования в современных двигателях внутреннего сгорания и топливных энергетических установках из-за низкой текучести.
Этого недостатка лишен состав пенообразной эмульсии, который упрощает ее производство и восстановление в процессе эксплуатации при следующем соотношении компонентов, об.%:
Бензин, керосин, дизтопливо
70
Вода
18-30
Спирт этиловый
0-12
ПАВ, ОП-7
0,3-0,8
Состав может быть получен обычным встряхиванием или при кратковременном интенсивном перемешивании компонентов.
Для получения составов согласно изобретению используют следующие вещества и оборудование.
Поверхностно-активное вещество ОП-7, ГОСТ 8433-81. (Продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена).
Вода питьевая.
Бензин А-80 неэтилированный марки «нормаль-80» класс 4.
Керосин осветительный КО-25 ТУ 38-401-58-10-01.
Дизтопливо - летнее.
Спирт этиловый ГОСТ 18300.
Эмульсию получают в прозрачных сосудах из стекла или полиэтилена, для проведения визуальных наблюдений за консистенцией и устойчивостью системы к расслаиванию.
Для долгосрочных испытаний при минусовых температурах используют бытовой холодильник с морозильной камерой, позволяющей выдерживать образцы при температуре - минус 25°С.
Пример 1.
В емкость помещают 30 мл водного раствора с содержанием 0,3 г эмульгатора ОП-7. Затем добавляют 70 мл бензина А-80. При интенсивном встряхивании получают устойчивую молочного цвета эмульсию.
Содержание компонентов, об.%:
Бензин А-80
70
Вода
30
ПАВ, ОП-7
0,3
Эмульсия при выдерживании в морозильной камере при температуре минус 25°С затвердевает. После размораживания эмульсия не теряет прежних свойств.
Пример 2.
В емкость помещают 6 мл водного раствора с содержанием 0,6 г эмульгатора ОП-7, затем добавляют 70 мл бензина А-80 и встряхивают. После этого добавляют 24 мл 50% спирта. При встряхивании получают устойчивую молочного цвета эмульсию.
Содержание компонентов, об.%:
Бензин
70
Вода
18
Спирт этиловый
12
ПАВ, ОП-7
0,6
Эмульсия не расслаивается при комнатной температуре более 5 суток и остается текучей при температуре минус 25°С. В случае частичного расслаивания при хранении, быстро восстанавливается после перемешивания.
Пример 3.
В емкость помещают 30 мл водного раствора с содержанием 0,3 г эмульгатора ОП-7. Затем добавляют 70 мл керосина. При интенсивном встряхивании получают устойчивую молочного цвета эмульсию.
Содержание компонентов, об.%:
Керосин
70
Вода
30
ПАВ, ОП-7
0,3
Эмульсия при выдерживании в морозильной камере при температуре минус 25°С затвердевает. После размораживания эмульсия не теряет прежних свойств.
Пример 4.
В емкость помещают 6 мл водного раствора с содержанием 0,6 г эмульгатора ОП-7. 3атем добавляют 70 мл керосина и после встряхивания 24 мл 50% спирта. При перемешивании получают устойчивую белую эмульсию.
Содержание компонентов, об.%:
Керосин
70
Вода
18
Спирт этиловый
12
ПАВ, ОП-7
0,6
Эмульсия длительно не расслаивается при комнатной температуре и остается текучей при минус 25°С.
Пример 5.
В емкость помещают 30 мл водного раствора с содержанием 0,3 г эмульгатора ОП-7. Затем добавляют 70 мл дизельного топлива и после интенсивного встряхивания получают устойчивую эмульсию.
Содержание компонентов, об.%:
Дизельное топливо
70
Вода
30
ПАВ, ОП-7
0,3
Эмульсия устойчива при комнатной температуре.
При выдерживании в морозильной камере при температуре минус 25°С эмульсия затвердевает, но после размораживания не теряет прежних свойств.
Пример 6.
В емкость помещают 8 мл водного раствора, с содержанием 0,8 г ОП-7, а затем добавляют 70 мл дизельного топлива и встряхивают до образования белой эмульсии. После этого добавляют 24 мл 50% этилового спирта в воде. После интенсивного встряхивания образуется стойкая эмульсия.
Содержание компонентов, об.%:
Дизельное топливо
70
Вода
18
Спирт этиловый
12
ПАВ, ОП-7
0,8
Эмульсия не расслаивается при комнатной температуре не менее 5 суток, затем наблюдается медленное расслаивание. Система после практически полного расслаивания при встряхивании быстро восстанавливает свои прежние свойства. Эмульсия не замерзает при минус 25°С.
Эмульсия отличается высокой устойчивостью при хранении. При замораживании и размораживании не изменяет своих свойств.
Соотношение воды к спирту в эмульсиях, приведенных в примерах 1-6, является величиной зависимой от оптимальной температуры эксплуатации составов. Уменьшение содержания углеводородов в эмульсиях энергетически нецелесообразно.
Производство эмульсии в более крупных масштабах показывает, что предлагаемые составы относительно легко эмульгируются, а в случаях частичного расслаивания при хранении могут быть легко восстановлены любыми способами перемешивания.
Дополнительным преимуществом является возможность введения в состав эмульсии различных добавок (водорастворимых, спирторастворимых, маслорастворимых), улучшающих эксплуатационные свойства топлива.
В целом, смеси углеводородов без посторонних примесей отличаются более высокой 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 RU №2399649, МПК C10L 1/32, 1/16, 20.09.2010 Бюл. №26.