ЗАЩИТА ЖИДКИХ ТОПЛИВ
PROTECTION LIQUID FUELS

Настоящее изобретение касается защиты жидких топлив, таких как жидкие топлива, обычно используемые в двигателях, применяемых для создания движущей силы в таких транспортных средствах, как самолет с турбинным двигателем, но не ограничиваясь последним. В частности, настоящее изобретение относится к защите жидких топлив от вредных эффектов загрязнения водой, таких как влияние на двигатель, вызванное присутствием воды в качестве отдельной фазы в топливе. Более важно, настоящее изобретение предлагает защиту жидких топлив от образования льда с целью снижения возможности выноса ледяных комков в двигатель.
Настоящее изобретение также касается композиций, способов их получения и применения и концентратов. Более конкретно, настоящее изобретение касается микроэмульсий вода-в-масле, пригодных для применения в качестве топлива в самолете с турбинным двигателем, и их получения.
В целом, настоящее изобретение касается прозрачных водных композиций, которые включают по меньшей мере 99% масс. жидкого топлива и концентраты, используемые для получения таких композиций, которые используют в качестве топлива для самолета с турбинным двигателем, такого как эмульсии вода-в-масле, в которых средний размер капли водной фазы в масляной фазе не больше 0,25 мкм, предпочтительно не больше 0,1 мкм, и способов их получения.
Предпосылки создания изобретения
Топлива для реактивных двигателей часто становятся загрязненными в топливных баках самолета с турбинным двигателем малыми количествами свободной воды вследствие конденсации, происходящей из-за изменений температуры, связанных с перепадом высот. На земле температура топлива/бака может находиться в интервале от -18°С до +40°С, в то время как в полете она обычно лежит в интервале от -22°С до -39°С.
После прохождения ряда циклов изменения температуры, например после нескольких полетов, конденсация водяного пара может вызвать накопление в топливном баке воды, которая может существовать в виде отдельной фазы свободной воды в топливе. При возможности свободная вода объединяется и замерзает в топливном баке, с образованием комков льда (частицы льда достаточного размера для улавливания в топливной фильтрующей системе), которые могут быть потенциально опасны для работы двигателей самолета. Действительно, считалось, что Боинг 777 потерял достаточно мощности, чтобы это вызвало его аварийную посадку в Хитроу в январе 2008 года вследствие образования льда, замедлившего подачу топлива из топливных баков в двигатели (Предварительный отчет AAIB No. 2G-YMMM).
В настоящее время, в качестве альтернативы применению подогревателей топливных баков, такие материалы, как монометиловый эфир диэтиленгликоля (МЭДЭГ), смешивают с авиационным топливом, чтобы предотвратить образование льда в топливе. Хотя МЭДЭГ примерно одинаково смешивается и с водой, и с топливом при температурах выше замерзания, тщательный мониторинг во время процесса смешения должен проводиться все время, чтобы гарантировать гомогенность исходного топлива. Однако независимо от того, насколько он тщательно смешан, МЭДЭГ имеет склонность при температурах значительно ниже замерзания преимущественно концентрироваться в водной фазе. Таким образом вследствие неравномерного распределения МЭДЭГ в воде и топливе при низких температурах недостаточное содержание МЭДЭГ в топливной фазе может привести к образованию в топливе отдельной водной фазы (вода и МЭДЭГ). Присутствие МЭДЭГ в водной фазе будет препятствовать превращению части воды в этой фазе в лед. Однако смесь МЭДЭГ/вода имеет необычную характеристику в том, что она образует при низких температурах гелеподобное вещество; это гелеподобное вещество в авиационной промышленности часто называют "яблочным желе". Federal Aviation Authority США связывало несколько авиационных аварий с образованием этого "яблочного желе" в топливных баках самолетов.
Целью настоящего изобретения является уменьшить или устранить образование комков льда и "яблочного желе" в топливе в топливных баках самолета с турбинным двигателем.
Применение воды в качестве добавки к нефтяным топливам для уменьшения выброса загрязнений и облегчения ввода других улучшающих рабочие характеристики добавок было известно на протяжении многих лет. Использование воды в качестве добавки к смазочным маслам для улучшения охлаждающих свойств, например, к смазочно-охлаждающим жидкостям для обработки резанием также было известно на протяжении многих лет. Воду вводят в топлива и смазочные масла в виде эмульсии вода-в-масле.
Эмульсии вода-в-масле, образованные каплями воды большого размера, склонны иметь внешний вид молока. Эти эмульсии требуют ряда второстепенных добавок, таких как ингибиторы коррозии и бактерициды, чтобы преодолеть проблемы, связанные с добавлением водной фазы. Эти макроэмульсии вследствие своего большого размера капель воды склонны также проявлять нестабильность, которая приводит к разделению системы масло/вода. Совершенно очевидно, что это нежелательно, так как может привести не только к проблемам неисправности устройства, но и к проблемам воспламенения, например, в дизельном двигателе.
Смазочно-охлаждающие жидкости для обработки резанием на основе эмульсий вода-в-масле были использованы для смазки металлорежущих станков. Превосходные охлаждающие свойства воды были продемонстрированы в увеличении срока службы резцов. Однако ввод воды, сопряженный с нестабильностью макроэмульсий, порождает другие проблемы, такие как смазывающая способность масла, которая снижается при добавлении воды, затрагивая тем самым поверхностную отделку металла.
Эмульсии вода-в-масле, образованные каплями воды со средним размером 0,25 мкм или менее, предпочтительно 0,1 мкм или менее, более предпочтительно от 0,03 мкм до 0,08 мкм (называемые здесь далее "микроэмульсиями"), являются светопрозрачными. Типичная величина среднего размера капель воды составляет примерно 0,04 мкм. Этот малый размер капельки не только придает внешний вид, который более приятен эстетически пользователю, но также обеспечивает несколько важных преимуществ перед системами с каплями более крупного размера, большего размера. Эти пропускающие свет или прозрачные микроэмульсии склонны к большей стабильности, чем молочные макроэмульсии с каплями более крупного размера, поскольку капельки воды остаются в дисперсии более длительное время и не легко подвергаются разделению на макрофазы масло/вода. Малый размер капелек также, по-видимому, сводит на нет необходимость и в ингибиторах коррозии, и в бактерицидах.
US-A-3095286 (Andress et al.) описывает проблему накопления воды в складских резервуарах нефтяного топлива, являющегося результатом "дыхания" складских резервуаров, вызывающего проблему ржавления. Чтобы замедлить осаждение, забивку фильтров и ржавление в композициях нефтяного топлива во время хранения, описано использование соединения, выбранного из фталамовой кислоты, тетрагидрофталамовой кислоты, гексагидрофталамовой кислоты и надамовой кислоты и их солей первичных аминов, имеющих от 4 до 30 атомов углерода в молекуле, в качестве дополнительного агента к нефтяному топливу. В патенте нет указаний на добавление агентов для образования микроэмульсии вода-в-масле в нефтяном топливе.
US-A-3346494 (Robbins et al.) описывает приготовление микроэмульсий с применением выбранной комбинации трех микроэмульгаторов, конкретно жирной кислоты, аминоспирта и алкилфенола.
FR-A-2373328 (Grangette et al.) описывает приготовление микроэмульсий нефти и соленой воды путем применения серосодержащих поверхностно-активных веществ.
US-A-3876391 (McCoy et al.) описывает способ приготовления прозрачных стабильных микроэмульсий вода-в-нефти, которые могут содержать повышенные количества водорастворимых добавок. Микроэмульсии образуются путем использования и растворимого в бензине поверхностно-активного вещества, и водорастворимого поверхностно-активного вещества. Единственными водорастворимыми поверхностно-активными веществами, примененными в рабочих примерах, являются этоксилированные нонилфенолы.
US-A-4619967 (Emerson et al.) описывает использование эмульсий вода-в-масле для процессов эмульсионной полимеризации.
US-A-4744796 (Hazbun et al.) описывает стабильные микроэмульсии вода-в-топливе, применяющие комбинацию соповерхностно-активных веществ из третичного бутилового спирта и по меньшей мере одного амфотерного, анионного, катионного или неионного поверхностно-активного вещества. Кокоамидобетаины описаны как возможные амфотерные поверхностно-активного вещества.
US-A-4770670 (Hazbun et al.) описывает стабильные микроэмульсии вода-в-топливе, применяющие комбинацию соповерхностно-активных веществ из фенилового спирта и по меньшей мере одного амфотерного, анионного, катионного или неионного поверхностно-активного вещества. Кокоамидобетаины описаны как возможные амфотерные поверхностно-активные вещества.
US-A-4832868 (Schmid et al.) описывает смесь поверхностно-активных веществ, используемую для приготовления эмульсий масло-в-воде. В работе нет указаний на какие-либо микроэмульсии вода-в-масле, включающих по меньшей мере 60% масляной фазы.
6
15
US-A-5633220 (Cawiezel) описывает приготовление эмульсии вода-в-масле для раствора для разрыва пласта, включающей эмульгирующий агент, поставляемый в продажу ICI под торговой маркой Hypermer (эмульгирующие агенты Hypermer не раскрыты, поскольку являются этоксилатами спиртов С-С или их смесями.
6
15
Смеси этоксилатов спиртов С-С являются доступными на рынке поверхностно-активными веществами, обычно продаваемыми для использования при приготовлении, например, моющих детергентов.
8
9
11
WO-A-9818884 описывает микроэмульсии вода-в-топливе, включая примеры таких эмульсий, содержащих этоксилат спирта С с 6 ЭО-группами, смешанный полиглицерил-4-моноолеатом, и смеси этоксилатов спиртов С-С или с полиглицерилолеатами линейных спиртов, или с полиэфирами сорбитановых спиртов. Присутствие полиглицерилолеатов и полиэфиров сорбитановых спиртов имеет тенденцию оказывать вредное влияние на вязкостные свойства эмульсии, что, в свою очередь, оказывает последующее вредное влияние на смазывающие свойства эмульсии.
6
15
WO-A-9850139 описывает микроэмульсию вода-в-масле, включающую смесь, содержащую этоксилат амина жирной кислоты, этоксилат С-C алканола и необязательно, амин жирной кислоты таллового масла. Микроэмульсия вода-в-масле может быть индустриальной смазкой.
6
15
WO-A-0053699 описывает микроэмульсию вода-в-масле, включающую эмульгирующие агенты, содержащие этоксилат С-С алканола, этоксилат амина и полиизобутилсукцинимид или простой эфир сорбитана. Микроэмульсия вода-в-масле может являться топливом.
ЕР-А-1101816 описывает топливо, в частности для дизельных двигателей, в виде микроэмульсии, включающей жидкое топливо, эмульгатор и эмульсионный агент, причем эмульсионный агент имеет значение ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) выше 9.
6
15
US-A-6716801 описывает стабильную прозрачную микроэмульсию вода-в-масле, состоящую из примерно от 5 до 40% масс. водной фазы и примерно от 95 до примерно 60% масс. неводной фазы. Микроэмульсия включает от примерно 5 до 30% масс. эмульгаторов, состоящих из i) смеси этоксилатов С-С алканолов, каждый из которых включает от 2 до 12 ЭО-групп, (ii) от 0 до примерно 25% масс. полиизобутилсукцинимида или простого эфира сорбитана, и iii) от 0 до примерно 90% масс. этоксилата амина. Микроэмульсия описана как используемая в качестве топлива и/или смазки.
8
24
1
6
6
15
6
24
Смеси жидких эмульгирующих агентов, пригодных для использования при приготовлении микроэмульсий вода-в-масле, описаны в WO-A-07083106. Такие смеси, обычно называемые концентратами, включают от примерно 0,5 до примерно 15% масс. жирно-(С-С)-амидо-(С-С)алкилбетаина, от примерно 5 до примерно 99% масс. этоксилата С-С алканола, содержащего от 2 до 12 ЭО-групп, или смеси таких этоксилатов алканолов, предпочтительно смеси, от 0,5 до примерно 15% масс. оксида (C-C)алкиламина и от 0 до примерно 94% масс. другого неионного эмульгирующего агента в расчете на общую массу эмульгирующего агента в эмульсии.
Ни один из приведенных выше документов уровня техники не описывает поведение эмульсий вода-в-масле при низких температурах.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение в его различных аспектах представлено в прилагаемой формуле изобретения.
В первом аспекте настоящее изобретение предлагает концентрат, включающий в основном:
(А) от 0,1 до 10% масс. одного или нескольких амфотерных эмульгирующих агентов;
(В) от 30 до 95% масс. неионных алкоксилированных поверхностно-активных веществ;
(С) от 0 до 20% масс. одного или нескольких солюбилизаторов на основе гликоля; и
(D) от 0 до 65% масс. одного или нескольких органических растворителей,
6
15
6
15
6
15
6
15
6
15
в котором компонент (В) включает смесь этоксилатов С-С алканолов с различным углеродным числом алканольных звеньев, где углеродные числа двух С-С алканолов, которые имеют самую высокую долю в массе смеси, отличаются друг от друга по меньшей мере на 1,5 углеродных числа, предпочтительно по меньшей мере на 2,0 углеродных числа, более предпочтительно по меньшей мере на 2,5 углеродных числа, наиболее предпочтительно по меньшей мере на 3,0 углеродных числа. Предпочтительно в смеси этоксилатов С-С алканолов углеродное число одного из двух этоксилатов С-С алканолов, которые имеют самую высокую долю в массе смеси, находится в интервале от 9 до 11, а другого - в интервале от 12 до 14. Каждое из веществ смеси этоксилатов С-С алканолов может быть независимо от других этоксилатом чистого алканола c одним углеродным числом или этоксилатом смеси алканолов-гомологов со статистическим распределением углеродного числа.
Во втором аспекте настоящее изобретение предлагает способ изготовления концентрата по первому аспекту, отличающийся тем, что компоненты от (А) до (D) смешивают при температуре в интервале от -10°С до 60°С, предпочтительно от 0°С до 40°С.
В третьем аспекте настоящее изобретение предлагает стабильную эмульсию вода-в-масле, предпочтительно микроэмульсию вода-в-масле, включающую:
а) жидкое топливо или масло, которое не смешивается с водой;
b) до 1% масс., предпочтительно до 0,1% масс., в расчете на количество (a) воды; и
c) от 10 до 10000 ч/млн по массе, предпочтительно от 10 до 1000 ч/млн по массе, в расчете на количество (а) концентрата по первому аспекту.
В четвертом аспекте настоящее изобретение предлагает применение в жидком топливе для самолета с турбинным двигателем концентрата по первому аспекту, где указанное жидкое топливо или масло является несмешивающимся с водой, отличающееся тем, что указанное применение заключается в улавливании свободной воды, которая существует в указанном жидком топливе или масле или введена в него как загрязнение, путем образования эмульсии вода-в-масле или микроэмульсии вода-в-масле, чтобы тем самым привести указанное жидкое топливо или масло в пригодное для использования состояние или удержать его в этом состоянии.
В пятом аспекте настоящее изобретение предлагает способ улавливания свободной воды, которая существует или введена как загрязнение в несмешивающееся с водой жидкое топливо или масло, для того, чтобы тем самым привести указанное жидкое топливо или масло в пригодное для использования состояние или удержать его в этом состоянии, включающий добавление к практически несодержащему воду топливу или маслу или к топливу или маслу, загрязненному свободной водой, концентрата по первому аспекту для того, чтобы образовать стабильную эмульсию вода-в-масле или микроэмульсию вода-в-масле.
В каждом аспекте настоящего изобретения количества компонентов от (А) до (D) предпочтительно добавляют до 100%.
Термин "свободная вода" относится к воде, присутствующей в виде отдельной видимой жидкой фазы в двухфазной смеси жидкого топлива и воды. Она может возникнуть из унесенной воды или воды, которая была растворена в фазе жидкого топлива. Растворенная вода становится свободной водой с понижением температур вследствие снижения растворимости воды в жидком топливе.
В аспектах, упомянутых выше свободная вода, существует в жидком топливе или введена в него как загрязнение, т.е. эта не та вода, которая преднамеренно добавлена к жидкому топливу, такая как вода, добавленная к жидкому топливу при приготовлении эмульсии или микроэмульсии вода-в-масле. Свободная вода существует или вводится как загрязнение жидкого топлива, или когда, например, вода добавляется в жидкое топливо случайно или по халатности, или вода является влагой из окружающей среды, такой как от дождя или конденсационной влагой, получаемой от изменения уровня влажности в атмосфере в то время как жидкое топливо находится в резервуаре, имеющем сообщение с атмосферой, или в резервуаре, который подвергается изменению температуры в широком интервале, как в самолете. В перечисленных выше аспектах настоящего изобретения свободная вода является предпочтительно свободной водой, введенной в жидкое топливо как влага из окружающей среды. Несмотря на то что в экстремальных условиях количество свободной воды, которое может быть введено в жидкое топливо как загрязнение, может составить 0,5% масс. или более от объединенной массы воды и жидкого топлива, специалистам должно быть ясно, что на практике количество загрязнения свободной водой будет обычно значительно меньше, чем 0,5% масс. от объединенной массы воды и жидкого топлива. Например, обычно количество свободной воды, загрязняющей жидкое топливо, будет меньшим чем 0,2% масс. и более типично меньшим чем 0,1% масс., таким как 0,05% масс. или менее от объединенной массы воды и жидкого топлива.
Термин "поглотитель" означает "действовать как поглотитель", а "поглотитель" является веществом, добавляемым в химическую реакцию или смесь для того, чтобы противодействовать влиянию примесей, как определено в Collins English Dictionary, Fourth Edition 1998, перепечатан в 1999 (дважды), Harper Collins Publishers.
Термин "жидкое топливо" использован здесь как по существу эквивалент родовых терминов для жидкостей, таких как топлива для реактивных двигателей; авиационные бензины; топлива военных сортов; дизельные топлива; керосины; бензины/моторные топлива (этилированные или неэтилированные); парафинистые нафтеновые тяжелые нефтяные топлива; биотоплива; отработанные масла или такие, как сложные эфиры, полиальфаолефины и т.д., и их смеси. Жидкими топливами, наиболее подходящими для реализации настоящего изобретения, являются углеводородные нефтяные топлива, наиболее подходят топливо для реактивных двигателей, авиационный бензин, топлива военных сортов, биодизельное топливо, биоэтанол, дизельное топливо, керосин и бензин/моторное топливо.
Предпочтительно жидким топливом является топливо для самолета с турбинным двигателем, т.е. жидкое топливо для турбореактивных двигателей. Жидкое топливо для турбореактивных двигателей является топливом для турбореактивных двигателей, обычным в гражданской и военной авиации. Они включают, например, топлива под обозначениями Jet Fuel A, Jet Fuel A-1, Jet Fuel B, Jet Fuel JP-4, JP-5, JP-7, JP-8 и JP-8+100. Jet Fuel А и Jet Fuel A-1 являются спецификациями доступного в продаже топлива для турбореактивных двигателей на основе керосина. Сопровождающими стандартами являются ASTM D 1655 и DEF Stan 91-91. Jet B является более высококипящим топливом на основе лигроиновых и керосиновых фракций. JP-4 является эквивалентом Jet B, JP-5, JP-7, JP-8 и JP-8+100 являются военными топливами для турбореактивных двигателей, которые используются, например, военно-морскими и военно-воздушными силами. Некоторые из этих стандартов относятся к композициям, которые уже включают дополнительные добавки, такие как ингибиторы коррозии, другие ингибиторы обледенения, присадки для рассеивания статического заряда, детергенты, диспергаторы, антиоксиданты, дезактиваторы металлов и т.д.
Термин "жидкое топливо, которое не смешивается с водой" относится к жидкому топливу, такому как углеводородное нефтяное топливо, которое не смешивается с водой более чем на примерно 0,1% масс. воды, предпочтительно более чем на 0,05%, т.е. любая смесь жидкого топлива и воды с содержанием воды более 0,05% масс. разделяется при стоянии на две фазы.
Термины "эмульгирующий агент", "поверхностно-активное вещество" и "образующее микроэмульсию поверхностно-активное вещество", как они использованы здесь, относятся к любому подходящему поверхностно-активному веществу или смеси поверхностно-активных веществ, которые способны при простом смешении со смесью, включающей две видимые несмешивающиеся фазы жидкого топлива и воды, образовать микроэмульсию вода-в-масле. Образование микроэмульсии является практически мгновенным после добавления при температуре окружающей среды (например, 10-30°С) поверхностно-активного вещества (поверхностно-активных веществ) к смеси, включающей две видимые несмешивающиеся фазы жидкого топлива и воды. Специалисты должны быть знакомы с такими поверхностно-активными веществами или смесями поверхностно-активных веществ, описанными, например, в ссылках на микроэмульсии предшествующего уровня техники, упомянутых выше. Подходящими поверхностно-активными веществами, образующими стабильные прозрачные микроэмульсии вода-в-масле, являются амфотерные поверхностно-активные вещества или включающие смесь поверхностно-активных веществ, содержащие по меньшей мере один амфотерный бетаин. Наиболее предпочтительными поверхностно-активными веществами являются эмульгирующие агенты, описанные здесь ниже.
Хотя физическая природа прозрачных водных композиций неполностью понятна, считается, что прозрачные водные композиции включают водную фазу, распределенную в неводной фазе, где водная фаза распределена в неводной фазе в форме капелек, возможно, мицелл, имеющих размер не более чем примерно 0,1 мкм.
Указывая для микроэмульсий по настоящему изобретению, что они являются "стабильными", авторы имеют в виду, что водная фаза в эмульсии вода-в-масле существует в виде диспергированных в масляной фазе капелек, имеющих средний размер частиц не больше 0,1 мкм, в течение по меньшей мере 12 месяцев, когда хранится при постоянной температуре 25°С без перемешивания. Микроэмульсия является сплошной масляной фазой, в которой диспергированы капельки воды, имеющие средний размер капельки не больше или меньше 0,1 мкм. Полученная в результате прозрачная пропускающая свет микроэмульсия остается термодинамически стабильной, когда используется как топливо в реактивных или дизельных двигателях. Капельки в эмульсии вода-в-масле по настоящему изобретению могут быть в форме мицелл.
Было неожиданно обнаружено, что, когда жидкое топливо, содержащее подходящие поверхностно-активные вещества, охлаждается ниже температуры застывания, в топливе образуется, если вообще образуется, очень мало видимых частиц льда и не образуется гель. Как средство попытаться объяснить этот неожиданный эффект, но без желания быть ограниченным этим объяснением, считается, что присутствие поверхностно-активных веществ/эмульгирующих агентов в жидком топливе предотвращает замерзание воды, но если оно не предотвращает замерзание воды при низких температурах, то оно ограничивает размеры любых кристаллов льда и агломератов, которые могут образоваться в охлажденном топливе. Таким образом, даже если кристаллы льда образовались в жидкости, поверхностно-активные вещества/эмульгирующие агенты в топливе предотвращают значительную агломерацию кристаллов и поэтому не образуются комки льда. Далее, не наблюдалось образование яблочного желе.
Подробное описание изобретения
Жидкое топливо является углеводородным продуктом и может включать: топливо для реактивных двигателей; авиационные бензины; топлива военных сортов; дизельное топливо; керосин; бензин/моторное топливо (этилированный или неэтилированный); парафинистые нафтеновые тяжелые нефтяные топлива; биотоплива; отработанные масла или сложные эфиры, полиальфаолефины и т.д., и их смеси.
Настоящее изобретение предлагает содержащую воду жидкость, которая благодаря присущей ей стабильности предотвращает образование частиц льда и яблочного желе.
До настоящего изобретения такие вещества, как монометиловый эфир диэтиленгликоля (МЭДЭГ), использовали для предотвращения образования льда в топливе в самолетах малой и военной авиации (коммерческие авиалинии склонны использовать подогреватели баков). Вследствие их химических свойств они являются более растворимыми в воде, чем в топливе, и требуют интенсивного перемешивания для ввода в топливо. Тщательный мониторинг во время процесса смешения должен проводиться все время, чтобы гарантировать гомогенность начального топлива. Однако независимо от того, насколько тщательно смешан МЭДЭГ (химия такова, что он будет преимущественно находиться в водной фазе, когда температура понижается), он может отделиться от топлива при низких температурах и войти в водную фазу. МЭДЭГ будет препятствовать превращению части этой воды в лед. Однако смесь МЭДЭГ-вода имеет необычную характеристику в том, что она образует гелеподобное вещество, часто называемое в авиационной промышленности "яблочным желе". Federal Aviation Authority связывало несколько авиационных аварий с этим материалом. Считается, что настоящее изобретение решает эту проблему, предотвращая образование больших кристаллов льда или агломератов кристаллов льда. В действительности считается, что, если кристаллы льда и агломераты образовались в топливе, размер таких частиц ограничен до субмикронных частиц (<1 мкм). Микроэмульсии предоставляют несколько преимуществ перед использованием МЭДЭГ. Последний склонен быть более гигроскопичным по природе и будет притягивать воду в систему. МЭДЭГ также химически агрессивен и может воздействовать на покрытия топливного бака и т.п., и должен использоваться в больших концентрациях, чем эмульгирующие агенты. Транспортировка и использование МЭДЭГ также дороги из-за опасной природы продукта.
Все числа, выражающие количества ингредиентов, использованные здесь (кроме рабочих примеров или указанных иначе), должны пониматься как варьируемые во всех случаях термином "примерно".
Микроэмульсии по настоящему изобретению могут быть приготовлены из топлив, которые являются стандартными сортами, доступными на любой станции обслуживания от промышленных поставщиков. Предпочтительно нефтяное топливо выбирают из топлив для реактивных двигателей, авиационных бензинов; топлив военных сортов; дизельного топлива; керосина; бензинов/моторных топлив (этилированных или неэтилированных); и их смесей. Предпочтительно жидким топливом является топливо для самолета с турбинным двигателем, т.е. жидкое топливо для газотурбинных двигателей. Жидкое топливо для газотурбинных двигателей является топливом для газотурбинных двигателей, обычным в гражданской и военной авиации. Они включают, например, топлива под обозначениями Jet Fuel A, Jet Fuel A-1, Jet Fuel B, Jet Fuel JP-4, JP-5, JP-7, JP-8 и JP-8+100. Jet Fuel А и Jet Fuel A-1 являются спецификациями доступного в продаже топлива для газотурбинных двигателей на основе керосина. Сопровождающими стандартами являются ASTM D 1655 и DEF Stan 91-91. Jet B является более высококипящим топливом на основе лигроиновых и керосиновых фракций. JP-4 является эквивалентом Jet B, JP-5, JP-7, JP-8 и JP-8+100 являются военными топливами для газотурбинных двигателей, которые используются, например, военно-морскими и военно-воздушными силами. Некоторые из этих стандартов относятся к композициям, которые уже включают дополнительные добавки, такие как ингибиторы коррозии, другие ингибиторы обледенения, присадки для рассеивания статического заряда, детергенты, диспергаторы, антиоксиданты, дезактиваторы металлов и т.д. Типичные классы и виды таких дополнительных добавок описаны в US 2008/018523 A1, US 2008/0196300 A1, US 2009/0065744 A1 WO 2008/107371 и WO 2009/0010441.
Соотношения смешения топлива и воды, применяемые в настоящих эмульсиях, зависят от многих факторов. Говоря в общем, фаза топлива составляет по меньшей мере примерно 99%, предпочтительно по меньшей мере около 99,5%, более предпочтительно по меньшей мере 99,995%, наиболее предпочтительно примерно 99,999% масс., в расчете на суммарную массу прозрачной водной композиции или эмульсии. Generally speaking, топливная фаза составляет не более чем примерно 99,999% масс. и предпочтительно не более чем примерно 99,99% масс.
Обычно композиция или микроэмульсия включает от примерно 0,0001 до примерно 1,0% масс. поверхностно-активных веществ/эмульгирующих агентов, предпочтительно от примерно 0,0001 до примерно 0,50%, более предпочтительно от примерно 0,0001 до примерно 0,1% и еще более предпочтительно от примерно 0,0001 до примерно 0,025% масс. Эмульгатором наиболее предпочтительно является смесь эмульгирующих агентов, выбранных для того, чтобы минимизировать суммарное количество эмульгатора, требуемое для образования микроэмульсии для данного топлива.
Когда соединение называется "этоксилированным", имеется в виду, что оно включает по меньшей мере 2 ЭО-группы. Предпочтительно этоксилированные соединения включают от 2 до 12 ЭО-групп.
6
15
В предпочтительном осуществлении один или несколько этоксилатов алканолов С-С в качестве компонента (В) имеют среднюю степень метильного разветвления алканольного звена 3,7 или менее, предпочтительно 2,5 или менее, обычно от 1,5 до 2,5 или, в качестве альтернативы, 3,7 или менее, предпочтительно 1,5 или менее, обычно от 1,05 до 1,0.
6
15
Этоксилаты алканолов С-С могут иметь степень метильного ветвления по меньшей мере 2 на алканольном звене.
6
15
9
14
12
14
6
15
12
14
Когда в микроэмульсии применяют смесь этоксилатов алканолов С-С, она предпочтительно является смесью этоксилатов алканолов С-С или смесью этоксилатов алканолов С-С. Распределение любого из компонентов в смеси может лежать в интервале от 0 до 50% масс. и предпочтительно является гауссовским распределением. Доступные в продаже этоксилаты алканолов С-С включают подходящие продукты, продаваемые ведущими химическими компаниями. Примером доступного в продаже этоксилата алканола С-С является Lauropal 2 ( от Witco, England).
В одном осуществлении концентрат включает:
(А) от 0,1 до 10% масс. одного или нескольких амфотерных эмульгирующих агентов;
(В) от 30 до 95% масс. неионных алкоксилированных поверхностно-активных веществ;
(С) от 0 до 20% масс. одного или нескольких солюбилизаторов на основе гликолей; и
(D) от 0 до 65% масс. одного или нескольких органических растворителей,
6
15
6
15
6
15
6
15
6
15
6
15
где компонент (В) включает смесь этоксилатов алканолов С-С с различным углеродным числом алканольных звеньев, где углеродные числа двух этоксилатов алканолов С-С, которые имеют самую высокую долю в массе смеси, по меньшей мере на 1,5 углеродных числа отстоят друг от друга. Предпочтительно в смеси этоксилатов алканолов С-С углеродное число одного из двух этоксилатов С-С алканолов, которые имеют самую высокую долю в массе смеси, находится в интервале от 9 до 11, а другого из них - в интервале от 12 до 14. Такая смесь предпочтительно включает этоксилаты двух индивидуальных алканолов из алканолов С-С в массовом соотношении от 10:90 до 90:10, более предпочтительно от 30:70 до 70:30 и наиболее предпочтительно примерно 50:50. Типичным примером такой смеси этоксилатов индивидуальных алканолов С-С является смесь этоксилата изодеканола с тремя этиленоксидными звеньями (доступен в продаже от BASF SE под названием Lutensol ON 30) и этоксилата тридеканола с пятью этиленоксидными звеньями (доступен в продаже от BASF SE под названием Lutensol ТО 5) в массовом соотношении 50:50, где каждый из этих двух алканолэтоксилатных компонентов имеет среднюю степень метильного разветвления алканольного звена 2,2.
В одном осуществлении настоящего изобретения концентрат состоит главным образом из компонентов от (А) до (D).
Эмульгирующие агенты, применяемые в настоящем изобретении, являются жидкими при комнатной температуре.
Композиция эмульгатора может также включать другие вещества, такие как алифатические спирты, гликоли и другие компоненты, которые могут быть добавлены в топливо как стандартные присадки.
9
11
В другом осуществлении эмульгирующий агент включает следующее: (i) 2 части кокоамидопропилбетаина; (ii) 60 частей этоксилата спирта С-С, (iii) 4 части этиленгликоля; и (iv) 34 части этанола.
В одном осуществлении настоящего изобретения микроэмульсию готовят смешением:
(а) примерно от 99,995 до 99,999 частей, например 99,998 частей топлива, например топлива для реактивных двигателей; и
8
24
1
6
6
15
(b) примерно от 0,0001 до примерно 0,01 частей, например, 0,025 частей эмульгирующих агентов, где эмульгирующие агенты включают i) жирно-(С-С)-амидо-(С-С)алкилбетаин, ii) этоксилат спирта C-C, содержащий от 2 до 12 ЭО-групп, или смесь таких этоксилатов спиртов, где все части являются объемными.
Настоящее изобретение может быть использовано, среди прочего, в реактивных двигателях, дизельных двигателях, отопительных системах со сжиганием нефти и пригодно для всех использований в этих областях применения. Другие варианты применения в топливной промышленности известны специалистам.
Микроэмульсия может включать другие добавочные компоненты. Эти добавочные компоненты могут быть введены, чтобы улучшить противоизносные свойства, противозадирные свойства, улучшить рабочие характеристики при плохой погоде или улучшить сгорание топлива. Требование добавления дополнительных компонентов может быть определено областью применения, в которой используется микроэмульсия. Подходящие дополнительные компоненты и требования к ним в зависимости от области применения должны быть известны специалистам.
Композиция может быть добавлена в крыло самолета, чтобы предотвратить нежелательный захват воды во время процесса передачи топлива с нефтеперерабатывающего завода в топливный парк. Композиция может быть доставлена и однородно смешана с топливом с использованием стандартного топливозаправщика, который в настоящее время находится в эксплуатации в любом аэропорту. Добавочная композиция может быть дозирована в требуемом соотношении непосредственно в топливо, когда его закачивают в крыло самолета, с использованием, например, системы Вентури. Это делает возможным тщательное смешение, и вследствие природы композиции она легко распределяется по всему топливу и остается распределенной в топливе, даже когда температуры опускаются так низко, как до -50°С.
Настоящее изобретение будет теперь дополнительно описано посредством примеров.
Примеры
Ссылки здесь далее на "микроэмульсию вода-в-масле, где эмульсия является прозрачной пропускающей свет эмульсией", предполагают, что она является аналогом "микроэмульсии, в которой средний размер капелек водной фазы в эмульсии вода-в-масле составляет не более 0,25 мкм, предпочтительно не более 0,1 мкм". В настоящих примерах эмульсии оценивали визуально. Те, которые были прозрачными, считались имеющими средний размер капелек водной фазы в эмульсии вода-в-масле не более 0,1 мкм.
В следующих примерах все "части" являются массовыми частями, если не указано иное.
Пример 1
Концентрат, пригодный для объединения топлива для реактивных двигателей (керосина) с водой, готовили добавлением следующих компонентов в указанных количествах: (i) 97 частей смеси Lutensol ON 30/Lutensol TO 5 в массовом соотношении 50:50, которая описана выше, и (ii) 3 части кокоамидопропилбетаина.
Компоненты слабо перемешивали, чтобы образовать гомогенную композицию.
Пример 2
10
6
24
Концентрат, пригодный для объединения топлива для реактивных двигателей с водой, готовили добавлением следующих компонентов в указанных количествах: (i) 1 масс. часть кокоамидопропилбетаина; (ii) 8 масс. частей смеси Lutensol ON 30/Lutensol TO 5 в массовом соотношении 50:50, которая описана выше; (iii) 3 масс. части оксида С-алкиламина; и (iv) 90 масс. частей этоксилатов аминов жирных кислот (С-С), содержащих примерно от 2 до 20 ЭО-групп.
Компоненты слабо перемешивали, чтобы образовать гомогенную композицию.
Пример 3
10
6
24
Концентрат, пригодный для объединения топлива для реактивных двигателей с водой, готовили добавлением следующих компонентов в указанных количествах: (i) 5 масс. частей кокоамидопропилбетаина; (ii) 75 масс. частей смеси Lutensol ON 30/Lutensol TO 5 в массовом соотношении 50:50, которая описана выше; (iii) 10 масс. частей оксида С-алкиламина; и (iv) 10 частей этоксилатов аминов жирных кислот (С-С), содержащих примерно от 2 до 20 ЭО-групп.
Компоненты слабо перемешивали, чтобы образовать гомогенную композицию.
Пример 4
Концентрат, пригодный для объединения топлива для реактивных двигателей с водой, готовили добавлением следующих компонентов в указанных количествах: (i) 2 части кокоамидопропилбетаина; (ii) 60 частей смеси Lutensol ON 30/Lutensol TO 5 в массовом соотношении 50:50, которая описана выше; (iii) 4 части этиленгликоля; и (iv) 34 части этанола.
Компоненты слабо перемешивали, чтобы образовать гомогенную композицию.
Пример 5
0,001 л концентрата примера 1 добавляли к 1 л топлива для реактивных двигателей (керосина), загрязненного 200 ч/млн воды. Композицию вводили в топливо и воду микропипеткой. Полученную жидкость слабо перемешивали до тех пор, пока не наблюдалась прозрачная пропускающая свет жидкость. Полученная жидкость оставалась стабильной после более чем одного года.
Пример 6
0,001 л концентрата примера 2 добавляли к 1 л топлива для реактивных двигателей, загрязненного 200 ч/млн воды. Композицию вводили в топливо и воду микропипеткой. Полученную жидкость слабо перемешивали до тех пор, пока не наблюдалась прозрачная пропускающая свет жидкость. Полученная жидкость оставалась стабильной после более чем одного года.
Пример 7
0,001 л концентрата примера 3 добавляли к 1 л топлива для реактивных двигателей, загрязненного 200 ч/млн воды. Композицию вводили в топливо и воду микропипеткой. Полученную жидкость слабо перемешивали до тех пор, пока не наблюдалась прозрачная пропускающая свет жидкость. Полученная жидкость оставалась стабильной после более чем одного года.
Пример 8
0,001 л концентрата примера 4 добавляли к 1 л топлива для реактивных двигателей, загрязненного 200 ч/млн воды. Композицию вводили в топливо и воду микропипеткой. Полученную жидкость слабо перемешивали до тех пор, пока не наблюдалась прозрачная пропускающая свет жидкость. Полученная жидкость оставалась стабильной после более чем одного года.
Пример 9
Концентрат примера 4 подвергали дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) в сравнении с применяемым в настоящее время антиобледенителем монометиловым эфиром диэтиленгликоля (МЭДЭГ) в топливо для реактивных двигателей. Результаты сканирования показали, что композиция ведет себя так же хорошо, как МЭДЭГ в отсутствие воды, но в присутствии 200 ч/млн загрязняющей воды композиция не показывала изменения фаз, указывая на то, что лед не образовывался, тогда как МЭДЭГ показал, что лед образуется вследствие плохой растворимости в топливе, допускающей наличие свободной воды, в особенности при более низких температурах, т.е. при -40°С.
Пример 10
7
Концентрат примера 4 использовали для оценки развития микробов в авиационном топливе. Серию испытаний на основании Speed of Kill и Persistence of Kill проводили в сравнении с необработанным загрязненным водой авиационным топливом. Во всех случаях композиция предотвращала рост содержания микробов, тогда как необработанный контрольный образец показал рост до 10 колониеобразующих единиц.
Различные модификации и вариации описанных способов и системы по изобретению должны быть очевидны для специалистов без отклонения от объема и духа изобретения. Хотя изобретение было описано в связи с конкретными предпочтительными осуществлениями, должно быть понятно, что изобретение, как оно описано, не должно быть чрезмерно ограничено этими конкретными осуществлениями. Действительно, различные модификации описанных способов осуществления изобретения, которые очевидны для специалистов в химии или близких областях, подразумеваются входящими в объем притязаний, подлежащих правовой охране.