Патент на изобретение №2227155
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬГИРОВАННОГО ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к процессу приготовления эмульгированного топлива, например, эмульсий типа “вода в газойле” или “вода в бензине”, которое может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания или в энергетическом оборудовании. Способ состоит в смешивании органической фазы, водной фазы и добавок для гомогенизации объема V жидкости, содержащей органическую фазу и добавки. Способ осуществляют путем циркуляции указанного объема жидкости внутри гомогенизационной емкости со скоростью Qc, выбранной таким образом, что Qc/V100 час-1, циркуляцией гомогенизированной жидкости во внешней ветви циркуляции, содержащей эмульгирующую систему, со скоростью circ, выбранной таким образом, что V/Qcirc находится между 0 и 2 час, подачей воды в ветвь циркуляции перед эмульгирующей установкой по направлению потока до тех пор, пока эмульсия не приобретет характеристики, желательные с точки зрения стабильности при хранении. Описано также устройство для осуществления данного способа. Изобретение обеспечивает возможность промышленного производства эмульсий, которые стабильны в течение 4 мес. и где дисперсионная среда является органической, а дисперсная фаза – водной. 3 с. и 10 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу приготовления эмульгированного топлива, т.е. эмульсионной смеси воды, и, по меньшей мере, одного органического соединения, причем эта смесь предназначена для поставок точно таким же образом, как и другие жидкие топлива, прежде всего моторные топлива на основе нефти и топлива для отопления индивидуального жилья. В топливах подобного типа органическая фаза представляет собой нефтепродукт, масло растительного или животного происхождения или любое другое топливо, используемое преимущественно в автомашинах и котлах домашних отопительных систем или, в более общем случае, в двигателях внутреннего сгорания и аналогичных двигателях и в энергетическом оборудовании. Изобретение также относится к устройству для промышленной реализации указанного способа в форме стационарных или передвижных промышленных модулей. Уровень техники Использование эмульгированного топлива хорошо известно специалистам в данной области техники. Однако его практическое применение затруднительно из-за отсутствия стабильности применяемых топливных эмульсий. Требования по стабильности подобных эмульсий при хранении были определены Директоратом по углеводородам Министерства промышленности Франции. В соответствии с его распоряжением эмульсия воды в газойле считается стабильной при хранении при комнатной температуре, если в течение, по меньшей мере, четырех месяцев не наблюдается никакого разделения фаз. Способы и устройства для получения топливных эмульсий типа дизельного топлива, устанавливаемые на наземных транспортных средствах, описаны, в частности, в патентных документах DE 19704874, DD 216863 и WO 95/33023. Указанные топлива получают смешиванием компонентов и эмульгированием полученной смеси непосредственно на транспортном средстве. Описанные эмульсии относятся к типу, в котором дисперсионная среда может быть водной, с возможностью инвертирования эмульсии путем разбавления органической фазой (см. DE 19704874). Эмульсия, описанная в документе WO 95/33023, содержит менее 20% по объему воды, причем дисперсионную среду образует водная фаза. Международная заявка WO 92/11927 относится к приготовлению концентрированной эмульсии, содержащей от 40 до 80% по объему воды, причем это приготовление состоит в раздельном приготовлении смеси нефтяное топливо/эмульгатор и смеси вода/спирт и во вводе этих двух смесей в двух различных точках в петлю циркуляции, содержащую эмульгирующий насос, служащий также для обеспечения циркуляции всех ингредиентов по указанной петле. Получаемая концентрированная эмульсия отбирается еще из одной точки петли. Международная заявка WO 95/27021 описывает эмульгированное водосодержащее топливо типа “углеводород в воде”, содержащее от 20 до 80% по объему воды, составляющей дисперсионную фазу, и от 3 до 20% спирта, с углеводородами и неионным эмульгатором, составляющими баланс. Согласно данной заявке углеводород представляет собой бензин, керосин, газойли, синтетические топливные масла и производные масел растительного и животного происхождения. В указанной заявке заявлен также способ крупномасштабного приготовления этого эмульгированного топлива, которое стабильно, по меньшей мере, в течение трех месяцев и состоит, с одной стороны, из смеси углеводорода и эмульгатора и, с другой стороны, из смеси воды и спирта. Ни один из названных патентных документов не описывает способ промышленного приготовления стабильных эмульгированных топлив, в которых органическая фаза составляет дисперсионную среду эмульсии. В то же время, по очевидным соображениям совместимости топлива с частями, расположенными между топливным баком и системой подачи топлива в двигатель, предпочтительно использовать топливо, у которого дисперсионная среда идентична среде того топлива, для которого были рассчитаны названные части. В случае эмульгированных моторных топлив, у которых дисперсионная среда является водной, могут иметь место такие явления, как коррозия металлических поверхностей и/или ускоренный износ эластомерных материалов. Кроме того, сжигание эмульсии “вода в топливе” предпочтительнее, чем эмульсии “топливо в воде”, поскольку быстрое испарение капелек воды, диспергированных в топливе, существенно улучшает дисперсию углеводородов в камере сгорания (см. документы SAE 890449, SAE 920464 to M. Tsukuhara et al., SAE 920198 to N. Sawa et al.). Подобное топливо было предложено заявителем настоящего изобретения в международной заявке WO 97/34969. Настоящее изобретение относится к приготовлению подобных эмульгированных топлив, дисперсионную среду в которых образует органическое соединение и которые могут быть стабильны в течение достаточного длительного периода, например, более 4 месяцев, с тем чтобы обеспечить возможность их хранения в промышленных объемах с последующей выдачей с использованием насоса, т.е. аналогично моторным и другим топливам. Сущность изобретения Таким образом, изобретение относится к способу приготовления в промышленных масштабах эмульгированного топлива из воды в органическом соединении (соединениях), причем дисперсионная среда топлива является органической, и оно содержит менее 20% по объему воды и, по меньшей мере, одну добавку, необходимую для формирования эмульсии. Данный способ характеризуется тем, что состоит, по существу, из следующих операций: (а) ввода добавки (добавок) в емкость, снабженную, по меньшей мере, одной мешалкой с осевым прокачивающим перемещением и содержащую, по меньшей мере, органическое соединение (соединения); (б) гомогенизации результирующего Qc/V100 час-1, объема V жидкости, т.е. органических соединений и добавок, посредством мешалки при следующем отношении Qc/V, предпочтительно Qc/V250 час-1 и наиболее предпочтительно 1000 час-1 Qc/V300, где Qc – это скорость циркуляции жидкости внутри емкости; (в) обеспечения циркулирования жидкости, гомогенизированной посредством мешалки, в ветви циркуляции, отходящей от емкости, и через, по меньшей мере, одну эмульгирующую систему, расположенную в указанной ветви, с такой скоростью, чтобы отношение V/Qcirc составляло: 0 час Формула изобретения 1. Способ приготовления в промышленном масштабе эмульгированного топлива из воды в органическом соединении (соединениях), причем дисперсионная среда топлива является органической и оно содержит менее 20% по объему воды и, по меньшей мере, одну добавку, необходимую для формирования эмульсии, отличающийся тем, что состоит, по существу, из следующих операций: (а) ввода добавки (добавок) в емкость, снабженную, по меньшей мере, одной мешалкой с осевым прокачивающим перемещением и содержащую, по меньшей мере, органическое соединение (соединения), (б) гомогенизации результирующего объема V жидкости, т.е. органических соединений и добавок, посредством мешалки при следующем отношении Qc/V, Qc/V100 ч-1, предпочтительно Qc/V 250 ч-1, наиболее предпочтительно 1000 ч-1 Qc /V 300, где Qc – это скорость циркуляции жидкости внутри емкости, (в) обеспечения циркулирования жидкости, гомогенизированной посредством мешалки, в ветви циркуляции, отходящей от емкости, и через, по меньшей мере, одну эмульгирующую систему, расположенную в указанной ветви, с такой скоростью, чтобы отношение V/Qcirc составляло: 0 ч < V/Qcirc 2 ч, предпочтительно 0 ч < V/Qcirc 1,8 ч, и наиболее предпочтительно 0 ч < V/Qcirc 1,5 ч, где Qcirc – это скорость циркуляции жидкости в ветви циркуляции, (г) подачи водной фазы, необходимой для образования эмульсии, в ветвь циркуляции, перед эмульгирующей системой и (е) поддерживания гомогенизации в емкости и циркулирования жидкости в ветви циркуляции до тех пор, пока эмульсия не приобретет желательные характеристики в отношении стабильности при хранении. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он предусматривает выполнение перед операцией (а) операции (ап), во время которой добавки, необходимые для образования эмульсии, смешивают, по меньшей мере, с одним растворителем в порядке, соответствующим уменьшению вязкости добавок, причем эти разбавления выполняют в емкости, снабженной, по меньшей мере, одной мешалкой с осевым прокачивающим перемещением и, желательно, также средствами для нагрева и охлаждения. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что растворитель, используемый на операции (ап), выбирают из группы, содержащей органическое соединение (органические соединения), используемое (используемые) для формирования эмульсии, выбранное(ые) из спирта, кетона, простого или сложного эфира и одной из добавок, которая способна выполнять роль растворителя по отношению к другим добавкам. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что органическое соединение выбирают из топлив на основе нефти, бензинов, газойлей, керосинов и топлив для индивидуальных жилищ, причем эти продукты предпочтительно обрабатывают кислородосодержащими соединениями, такими как трет-амилметиловый эфир (ТАМЭ) или метил трет-бутиловый эфир (МТБЭ) применительно к бензинам, или такими, как диметиловый эфир (ДМЭ), диметоксиметан (ДММ) или триэтоксипропан (ТЭП) применительно к газойлям, или рафинированные или нерафинированные масла растительного или животного происхождения или их этерифицированные производные. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что водную фазу инжектируют в гомогенизированную жидкость с расходом Qe, пропорциональным скорости циркуляции объема V жидкости в указанной емкости, причем отношение Qe/Qc варьируют от 0 до 1. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что водную фазу инжектируют в гомогенизированную жидкость с расходом Qe, выбранным таким образом, что Qe/Qc варьируют от 0,05 до 0,20. 7. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что содержит закрытую емкость, снабженную мешалкой с осевым смещением и тремя трубопроводами подачи текучей среды, соответственно для органического соединения (соединений), добавок и эмульсии, трубопроводом для выпуска текучей среды и, возможно, нагревательной и/или охлаждающей системой, причем последние два трубопровода присоединены к трубопроводу циркуляции, определяющему ветвь циркуляции, которая содержит также входной трубопровод и эмульгирующую систему, и, в довершение, трубопроводом выдачи эмульгированной жидкости, который размещен либо на емкости, либо на ветви циркуляции, выше или ниже по направлению потока по отношению к эмульгирующей системе. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что трубопровод для органического соединения (соединений) служит для инжектирования смеси добавок, предварительно приготовленной и гомогенизированной во второй емкости, снабженной мешалкой с осевым перемещением для гомогенизации указанной смеси добавок и имеющей входные трубопроводы и выходной трубопровод для смеси, а также, возможно, систему нагрева и/или охлаждения указанной емкости. 9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что емкости, снабженные мешалками, обеспечивают перемешивание в продольном направлении по отношению к оси вращения, создавая переменный заданный уровень сдвига. 10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что эмульгирующая система содержит, по меньшей мере, один эмульгирующий насос и/или одну или более динамических мешалок, снабженных парой ротор/статор с малой воздушной щелью (фиксированной или переменной) и высокой скоростью вращения, которая предпочтительно превышает 2000 об/мин. 11. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что вместо эмульгирующей системы или перед или за этой системой по направлению потока предусмотрены одна или более статических мешалок и/или одна или более эмульгаторных машин, действующих на основе механического воздействия или ультразвука, или СВЧ излучения. 12. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что трубопровод для инжектирования воды в ветвь снабжен, по меньшей мере, одной системой диспергирования капель. 13. Способ приготовления эмульгированных моторных топлив из воды в нефтепродукте, особенно эмульсий воды в газойле или воды в бензине для сжигания в стационарных или транспортируемых двигателях внутреннего сгорания, отличающийся тем, что способ осуществляют в соответствии с любым из пп.1-6. РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 09.12.2009
Извещение опубликовано: 20.11.2010 БИ: 32/2010
|
||||||||||||||||||||||||||