ТОПЛИВНЫЙ ГЕЛЬ
FUEL GEL

Изобретение относится к топливной энергетике и может быть использовано для сокращения потерь летучих углеводородов при добыче и переработке нефти, попутного и сжиженного газов, повышения пожарной безопасности углеводородного топлива при 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%, отмечена 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 расслоению и соответственно к ухудшению эксплуатационных свойств продукта.
Наиболее близким по назначению, составу и устойчивости эмульсии является состав топливной эмульсии сжиженного газа в воде [3], принятый нами за прототип.
Топливная эмульсия содержит в качестве поверхностно-активного вещества продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, воду и углеводород - сжиженный пропан-бутан при следующем соотношении компонентов, об.%:
Поверхностно-активное вещество
0,08-0,09
Вода
0,92-0,91
Углеводород пропан-бутан
Остальное до 100.
Недостатком этого состава, как и всех вышеперечисленных, является ухудшение эксплуатационных свойств эмульсий в результате расслаивания при минусовых температурах.
Названный недостаток устраняют тем, что в топливную эмульсию включают спирт этиловый при следующем соотношении компонентов, об.%:
Поверхностно-активное вещество
0,10
Вода
1,40
Спирт этиловый
0,50
Углеводород
Остальное до 100.
Для получения составов согласно изобретению используют следующие вещества.
Поверхностно-активное вещество - вещество вспомогательное ОП-7 и ОП-10, ГОСТ 8433-81, представляющее собой продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена, применяемые в качестве смачивающих и эмульгирующих поверхностно-активных веществ. Вещества вспомогательные ОП-7 и ОП-10 по эмульгирующим свойствам не обнаруживают заметных различий, поэтому в дальнейшем в работе был использован ОП-7.
Вода питьевая.
Углеводород - керосин осветительный КО-25 ТУ 38-401-58-10-01.
Спирт этиловый ГОСТ 18300.
Гель получают в пробирке из прозрачного оргстекла для проведения визуальных наблюдений за консистенцией и устойчивостью геля.
Для долгосрочных испытаний (более суток) используют бытовой холодильник с морозильной камерой, позволяющей испытывать образцы при минус 20°С. Для краткосрочных испытаний (6 часов) при температуре минус 50°С используют кристаллизатор с ацетоном и сухим льдом.
В работе используют водный 10% раствор эмульгатора ОП-7 и водный раствор 50% спирта этилового.
Гель получают методом встряхивания.
Пример 1 - аналог прототипа
В пробирку вместимостью 50 мл помещают 0,3 мл 10% раствора эмульгатора ОП-7 и прибавляют 1 мл керосина. После краткосрочного встряхивания получается устойчивая эмульсия. После прибавления еще 2 мл керосина и встряхивания текучесть эмульсии понижается. Последующее прибавление 2 мл керосина и встряхивание приводят к образованию вязкого геля. В дальнейшем добавлением керосина порциями по 5-10 мл и встряхиванием получают 30 мл геля с содержанием компонентов, об.%:
Поверхностно-активное вещество
0,10
Вода
0,90
Углеводород - керосин
Остальное до 100.
Полученный гель подвергают низкотемпературному воздействию. Гель при выдерживании при температуре минус 20°С в течение четырех часов полностью расслаивается на водный раствор ОП-7 и керосин.
Пример 2 - согласно изобретению
В пробирку вместимостью 50 мл помещают 0,3 мл 10% раствора эмульгатора ОП-7 и прибавляют 1 мл керосина. После краткосрочного встряхивания получается устойчивая эмульсия. После прибавления еще 2 мл керосина и встряхивания текучесть эмульсии понижается. Последующее прибавление 2 мл керосина и встряхивание приводит к образованию вязкого геля. В дальнейшем добавлением керосина порциями по 5-10 мл и встряхиванием получают 30 мл устойчивого геля. В гель добавляют 0,3 мл 50% спирта этилового и после встряхивания подвергают низкотемпературному воздействию. При минус 20°С гель устойчив и не расслаивается неограниченное время. При выдерживании геля при минус 50°С в течение 6 часов гель также не расслаивается и не претерпевает видимых изменений.
Состав морозоустойчивого геля с содержанием компонентов, об.%:
Поверхностно-активное вещество
0,10
Вода
1,40
Спирт этиловый
0,50
Углеводород - керосин
Остальное до 100.
Индивидуальные углеводороды С5-С16 при испытаниях дают аналогичные результаты.
При изменении предельного соотношения ОП-7/углеводород 1/100, в сторону увеличения содержания углеводорода, гель становится рыхлым и далее расслаивается.
Соотношение ОП-7 (10%)/спирт этиловый (50%) 1/1 оптимальное для достижения поставленной цели - предотвращение расслаивания геля при низких температурах (-50°С). Содержание воды является величиной, зависимой от этого соотношения. Увеличение концентрации спирта в геле экономически нецелесообразно.
Литература
1. Michael L. Yaffee. Aviation Week and Space Technology. T.85, №1, 1966, s.36-41.
2. Редкина Н.И., Ходаков Г.С. Механохимия и технологические свойства водных эмульсий высоковязких нефтепродуктов. Теоретические основы химической технологии. 2002, том 36, №4, с.433-438.
3. Патент РФ №2253667, МПК C10L 1/32, 3/12, 10.06.2005, Бюл. №16.