乳化燃料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及含有水在烃（例如柴油机燃料）中形成的乳液的新燃料。本发明专利技术的主要课题是提供含有稳定的、无污染的和经济的水／烃乳液的燃料（例如发动机燃料）。提出的溶液含有在至少一种烃中的水乳液，所述的乳液含有表面活性剂体系，含有：脱水山梨醇倍半油酸酯（Ⅰ），聚乙二醇单油酸酯（Ⅱ）和壬基酚乙氧基化物（Ⅲ），其特征在于含水分散相的液滴的平均尺寸小于或等于１μｍ，标准偏差为１μｍ，其中乳化体系的组分比例如下：Ⅰ∶Ⅱ∶Ⅲ＝３∶２∶１（重量份数）。表面活性剂体系的ＨＬＢ为６－８。本发明专利技术还涉及制备这些乳液的方法。该燃料可被用作柴油机燃料、汽油、煤油、重油和用水乳化的燃料油。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的领域是燃料组合物，特别是供热机用的燃料，更确切地说，本专利技术范围内的燃料主要含有液体烃和特别含有-来自矿物油来源，例如包括汽油、柴油机燃料、煤油和取暖用油这类油的石油衍生物，和/或例如由煤或煤气(合成发动机燃料)衍生的烃；-来自植物油来源，例如酯化的或未酯化的植物油的烃；-和它们的混合物。更具体地说，本专利技术涉及新的燃料组合物，该组合物包括在至少一种烃和通常在烃混合物中，例如构成柴油机燃料的混合物中的水的乳液。因此本专利技术涉及稳定的水/烃乳液，该乳液含有能够乳化和稳定该乳液的表面活性剂。本专利技术还涉及与一种或多种表面活性剂结合的乳化水/烃燃料(例如发动机燃料)的制备方法。本专利技术属于长期以来一直得到普遍关注的研制燃料组合物的领域，尤其是发动机燃料组合物，该燃料包括石油衍生物的替代产物，其目的是降低成本和减少污染。人们很快发现水是有价值的添加剂或者是汽油或柴油机燃料的部分替代物。实际上水是廉价的和无毒的液体，已证明水可减少燃料的消耗和可见或不可见污染物的排放。尽管所有这些设想都是有利的，但是在具体应用中在工业上还没有大规模地使用水/烃发动机燃料，因为其加工和使用有价格过高的困难。根据第一种方法，已设想在车辆上采用分别储存水和燃料，并在使用时将它们混合。该方法需要在车辆上安装复杂的和改进的设备以进行特殊的混合和计量操作。在开发该方法过程中已证实该设备的成本、容积和精密程度足以使人望而却步。第二种可考虑的方法包括使用随时可配制的水和油的混合物，但是该方法没有考虑在-20℃至-70℃温度下该混合物的储存稳定性和在使用条件下在罐中乳液稳定性的值得考虑的问题。因此，有许多技术建议是无效果的，这些建议无价值地提供了含有水的乳化发动机燃料，更一般地说，提供了低消耗的新的无污染发动机燃料。作为一个这种现有技术的实例，可以提到法国专利中请2470153，该专利中请公开了乳化发动机燃料，该燃料含有烃、水和醇(甲醇，乙醇)和由脱水山梨醇单油酸酯和乙氧基化壬基酚形成的乳化体系。在乳液中乳化体系的浓度为3-10％(体积)。在该乳液中主要存在的醇构成了极不利的因素，尤其是在经济和用该乳液可得到的发动机性能特性方面。此外，应当注意这种水-醇/烃乳液的稳定性有些不足。事实上，乳液存放72小时后(相应于使用这种燃料的车辆的实际非使用时间)，就会在烃和含水醇混合物之间产生初期相分离(分相/分层)。在这个时间结束时分相(分离开)的烃可高达乳液的3％(体积)。容易想象出，存放几天之后根据专利申请2470153的该乳液的分相足以阻止车辆在通常使用条件下运行。US4877414还公开了一种乳化发动机燃料，该燃料含有许多添加剂，包括由脱水山梨醇倍半油酸酯、脱水山梨醇单油酸酯和十二醇的聚氧乙烯醚(6 EO)形成的乳化体系。优选的是，根据该专利所有添加剂的总浓度为约2.1％。除了乳化体系外可使用的其他添加剂是单-α-烯烃(1-癸烯)、甲氧基甲醇、甲苯、烷基苯和氢氧化钙。该配方是极复杂的，但只要使用该数量的添加剂即可。该配方也是相当昂贵的。最终，该专利的乳化燃料，特别是在低温下还具有缺乏稳定性的缺点。此外，申请人可以通过再现该美国专利的乳化燃料的优选实施方案清楚地显示这一缺点。我们发现在1小时内乳液发生分离(分相)，在低于5℃的温度下这一现象进一步加重。因此，很难想象当处于冬季使用条件下含有该乳液的车辆油箱中会发生什么情况。化学文摘87:138513x给出的日本专利77-69909的摘要涉及乳化发动机燃料(煤油/水)，该燃料含有作为乳化剂的脱水山梨醇倍半油酸酯和壬基酚的聚乙二醇醚。含水分散相的液滴大小为≤20μ，平均值为约10μ。该技术建议仍不能适当地达到具备物理化学稳定性、减少污染、降低成本和减少燃料消耗的目的。因此，所介绍的这个技术对在本专利技术所述领域中工作的技术人员来说不能提供帮助。另一篇概括了巴西专利824947的化学文摘101:57568z涉及一种乳化燃料，该燃料含有包括很粘的和很重的石油衍生物的烃、水、乙醇和包括乙氧基化壬基酚的乳化剂，该乳化燃料试图用于常规炉子和重油燃烧炉。该燃料不能满足预期的燃烧性能技术要求、污染物的减少和低的消耗。此外，该乳液的物理化学稳定性差。申请人的PCT国际专利申请WO-93/18117叙述了乳化燃料，本专利技术对该燃料提出了改善。可以是发动机燃料的这些乳化燃料含有特定量的烃和少量的一组添加剂，这些添加剂特别包括含有脱水山梨醇油酸酯、聚乙二醇和烷基酚乙氧基化物的乳化体系。这些乳化燃料分散相的含水量为5-35％(重量)，而添加剂的量为0.1-1.5％(重量)。脱水山梨醇油酸酯、聚乙二醇和烷基酚乙氧基化物的浓度范围分别为0.20-0.26/0.20-0.25/0.20-0.27。整个专利申请指出这三种主要添加剂以等量1/1/1使用。这些已知乳化燃料在稳定性、可见和不可见污染物的减少、消耗的减少和成本的降低方面的性能特性是完全可以改善的。特别是对这些乳化发动机燃料的研究和开发已能够显示出在乳液的成本和稳定性方面的改善是合乎要求的，尤其是在车辆的实际应用条件下。现有技术的评述表明尚未满足对物理化学稳定的(无分相)、产生低污染并且是经济的和降低消耗的这种乳化燃料的需要。申请人对上述意见是有信心的，为此制定了一些目的，这些目的将列出如下。本专利技术的一个主要目的是通过提供乳化燃料，特别是发动机燃料来改正上述不足，该燃料是由稳定的水/烃乳液形成的，该乳液在储罐和构成燃烧设备(其中可使用所述的燃料)的回路的部件中长期保持充分均匀。本专利技术的另一个主要目的是提供新的改善的乳化发动机燃料，该燃料在降低燃料消耗和减少可见污染物的排放，即烟雾、固体颗粒和气体不可见污染物如CO，NOx和/或SO2，未燃烧的烃和CO2的排放方面产生良好结果。本专利技术的另一个主要目的是提供新的乳化燃料，该燃料具有低的成本价格，但条件是不会消除用水部分替代价格贵的烃所得到的优点。本专利技术的另一个目的是提供制备稳定的、无污染和经济的乳化燃料的方法，另外有必要的是该方法应价格便宜，此外还容易进行，不需要复杂的操作方案或设备。由于上述原因，申请人进行了创造性的努力并开发出了新的改善的乳化燃料，有创造性的特征如下一方面，燃料含有由尺寸减小的液滴组成的含水分散相，该液滴具有界面膜以解决聚结现象的发生。为了使乳液具备稳定性，重要的是使水滴的大小分布尽可能的窄。另一方面，在达到稳定性、煤油燃料相中的含水相的液滴大小和尺寸分布的技术要求方面，乳化体系所选择的组成是有影响的因素。由上可得出，本专利技术涉及改善的含有在至少一种烃中的水乳液的乳化燃料，该燃料的特征在于→该乳液含有乳化体系，该乳化体系含有Δ(Ⅰ)至少一种具有如下通式的山梨醇酯 其中-基团X彼此相同或不同，并且各自是OH或R1COO-，其中R1是视具体情况而定被羟基取代并含有7-22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和脂族烃基，R1优选是没有羧基端基的脂肪酸残基，该酯(Ⅰ)的HLB为1-9；Δ(Ⅱ)至少一种具有如下通式的脂肪酸酯 其中-R2是视具体情况而定被羟基取代并含有7-22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和脂族烃基，R2优选是没有羧基端基的脂肪酸残基，-R3是直链或支链C1-C10亚烷基，优选C2-C3亚烷基，-n本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有水在至少一种烃中形成的乳液的改善燃料，其特征在于：→该乳液含有乳化体系，该乳化体系含有：Δ（Ⅰ）至少一种具有如下通式的山梨醇酯＊－ＣＨ↓［２］－Ｘ （Ⅰ）或＊－ＣＨ↓［２］－Ｘ （Ⅰ′）其中：－基团Ｘ彼此相同或不同， 并且各自是ＯＨ或Ｒ↑［１］ＣＯＯ－，其中Ｒ↑［１］是视具体情况而定被羟基取代并含有７－２２个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和脂族烃基，Ｒ↑［１］优选是没有羧基端基的脂肪酸残基，该酯（Ⅰ）的ＨＬＢ为１－９；Δ（Ⅱ）至少一种具有如下通式 的脂肪酸酯Ｒ↑［２］－＊－Ｏ－（Ｒ↑［３］Ｏ）↓［ｎ］－Ｒ↑［４］ （Ⅱ）其中：－Ｒ↑［２］是视具体情况而定被羟基取代并含有７－２２个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和脂族烃基，Ｒ↑［２］优选是没有羧基端基的脂肪酸残基，－Ｒ↑ ［３］是直链或支链Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］亚烷基，优选Ｃ↓［２］－Ｃ↓［３］亚烷基，－ｎ是大于或等于６的整数，优选６－３０，和－Ｒ４是Ｈ，直链或支链Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］烷基或－＊－Ｒ↑［５］其中Ｒ↑［５］与上述Ｒ↑［２］ 定义相同，该酯（Ⅱ）的ＨＬＢ优选大于或等于９；和Δ（Ⅲ）至少一种具有如下通式的聚烷氧基化烷基酚Ｒ↑［６］－＊－Ｏ－（Ｒ↑［７］－Ｏ）－↓［ｍ］－Ｒ↑［８］其中：－Ｒ↑［６］是直链或支链Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］烷基，优选Ｃ ↓［５］－Ｃ↓［２０］烷基，－ｍ是大于或等于８的整数，优选８－１５，和－Ｒ↑［７］和Ｒ↑［８］分别与式（Ⅱ）中Ｒ↑［３］和Ｒ↑［４］的定义相同，该酯（Ⅲ）的ＨＬＢ优选为１０－１５；→该乳化体系的总的ＨＬＢ为６－８，优选为６． ５－７．５；→该乳液以这样的方式制备，即含水分散相的平均液滴大小小于或等于３μｍ，优选２μｍ，特别优选１μｍ，具有标准偏差小于１μｍ。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A昊派斯，P舒勒茨，P伯罗彻特，
申请(专利权)人：埃尔弗安塔法国公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]