188114. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagy stabilitású vizes szénhidrogén-emulziók előállítására
1 188 114 2 A találmány tárgya eljárás sokoldalúan felhasználható. igen stabilis vizes szénhidrogén-emulziók előállítására. Az emulziók felhasználhatók Ottó- és Diesel-motorok üzemanyagaként és kazánok, bojlerek tüzelőanyagaként. Alkalmazásuk folytán az égési folyamai javul, és ez egyrészt energiamegtakarítási biztosít, másrészt pedig csökken az égetés után kibocsátott környezetszennyező, káros gázokban a korom, füst és nitrogén-oxidok mennyisége. A szénhidrogének drágulása miatt a takarékosságra törekvés és a szigorú környezetvédelmi előírások különösen szükségessé teszik az ilyen korszerű és gazdaságos üzem- és tüzelőanyagok előállítását. A szénhidrogének égési tulajdonságainak javítása külön vízadagolással régóta ismeri [688 245. számú IJSA-beli szabadalmi leírás]. Két évtizede a vizet szénhidrogénekben emulgeálva alkalmazzák |lvanov, V. M.: Akad. Nauk., Sz.Sz.Sz.R. 11, 156 ( 1959), 969 051. számú KK-beli szabadalmi leírás]. Az üzem- illetve tüzelőanyagokban emulgeált víz égésjavíló hatását a szakirodalom a következőkkel magyarázza. A szénhidrogén égésének sebessége egyenesen arányos az égésben résztvevő cseppek felületével. A tiszta üzem- és tüzelőanyagok porlasztásakor kapott cseppek átmérője 30-100 mikrométer. Az emulzióban jelenlévő, 0,1-10 mikrométer átmérőjű vízeseppek az égéstér hőhatására a szénhidrogénnél előbb elpárologva „mikrorobbanást" idéznek elő, mely a porlaszlott víz/szénhidrogéneseppeket tovább aprózza. Ennek következtében az összesített égési felület megnövekszik, az égés kevesebb levegőt igényel, továbbá gyorsabb és egyenletesebb lesz. A víz párolgása viszont a lánghőmérsékletet esökkenti és megakadályozza a lokális lúlmelegedésekel. A kevesebb levegő és az alacsonyabb hőmérséklet csökkenti a nitrogén-oxidok keletkezési lehetőségét. A levegőben lévő nitrogén és oxigén az égő térben 1300 °C felett részben nitrogén-oxiddá alakul. A szénhidrogénekben lévő nitrogén pedig már 600 900 °C közötti hőmérsékleten is oviddá ég el. A tökéletesebb égés csökkenti a koromlartalmal, de a esökkentésben valószínű, hogy a vízgázreakciónak is van szerepe. A tökéletesebb égés, valamint a kis levegőfelesleggel való égetés folytán a füstgázban bekövetkező nagy oxigénkoncentráció-csökkenés hatására javul a termikus hatásfok, és ez végül is anyagmegtakarításhoz vezet [Ihara H, Gijutsu Shiryo: 53, 48-53 dW)]. A jelenleg használt égésjavító adalékoknak nincs ilyen összetett hatásuk, mivel csak a kibocsátott nitrogén-oxidok vagy pedig a korom- és füst menynyiségél csökkentik. Fgésjavító adalékként az irodalom szerint általában nagy fémtartalmú olajoldhaló sókat használnak [3 413 102. számú USA-beli szabadalmi leírás; Tóth A. és mások MÁFK1 Kiadv. 20, 203 225 ( 1979)], de alkalmazásuk nagyobb motorkopást és másodlagos szennyezést okoz. [Malyavinskii, L. V.: Chem. Technoi. Fuels Oils, 12, (11) 875 (1976)]. A szénhidrogének és víz egymással nem elegyíthetök, ezért csak kolloid oldat állítható belőlük elő. A kolloid oldatok közül az emulziók előállíthatok mechanikai úton a diszpergálandó anyagnak a diszperziós közegben igen finom cseppekké való felaprózásával - vagy felületaktív anyagok (emulgeátorok, tenzidek) használatával vagy a két módszer együttes alkalmazásával. Az emulziók használat szempontjából legfontosabb jellemzője a stabilitás. Ez alapvetően annál nagyobb, minél kisebb a szénhidrogén és a víz közötti fajsúlykülönbség, továbbá, minél nagyobb a diszperziós közeg viszkozitása és minél kisebb a felületi feszültsége. Ezen túlmenően a stabilitást befolyásolja még a diszpergált rész eloszlásának finomsága (azaz a részecskék átmérője), ez pedig az előállítási körülményekkel, elsősorban a keverés minőségével, az anyagok adagolási sorrendjével, az eljárás folyamatos vagy szakaszos voltával van öszszefüggésben. Ezenkívül függ még a stabilitás az előállítási hőmérséklettől, valamint a tárolási körülményektől (a tárolási időtől, hőmérséklettől és azok ingadozásától) is [Ihara, H.: Gijutsu Shiryo, 53, 48-53 (1979)]. Az emulgeált részecskék mérete meghatározza az emulzió külső megjelenési formáját: 0,5 mikrométeralatti átmérőnél az emulzió áttetsző, 1 mikrométer felettinél tejfehér, a kettő között pedig kissé áttetsző, szürkés vagy kékesfehér [T 73-409. sz. francia kísérleti szabvány (1976)]. Az előbbiek ismeretében megállapítható, hogy az . adott kiindulási anyagok felhasználásával, adott eljárás szerint készített emulzió stabilitását döntően a felületi feszültségek különbsége és nagysága határozza meg. A felületi feszültség csökkentése érdekében általában „olaj a vízben” típusú rendszereknél vízoldható, „víz az olajban” típusúaknál olajoldható tenzideket használnak. Arra is ta.lálunk irodalmi utalást, hogy egyszerre mindkét típusú felületaktív anyagot, sőt többfélét is együttesen alkalmaznak [Shinoda, K. J.: Colloid Interfac. Sei., 35, 624 (1971), 3 876 391. számú USA-beli szabadalmi leírás]: Az emulziók stabilitásának további növelésére úgynevezett kotenzideket (ezek poláros azaz amfipatikus vegyületek, így például alkoholok, aminok) is gyakran alkalmaznak, amelyek segítik a felületaktív anyagot az emulgeálásban. Az adott elegyben a felületaktív anyag és a kotenzid koncentrációja kölcsönös függésben van egymással [Jones, S. C., Dreher, K. D.: Society of Petroleum Eng. J., (6) 161 (1976); Eike, H. F.: J. of Colloid and Interface Science, 68, (3) 440-50 (1979)]. A legtöbb emulzió hátránya, hogy stabilitásuk nem megfelelő. Néhány perc, óra vagy nap után megbomlanak [Abthoff, J.: Combustion Engine Research Association Frankfurt; Main Res. Report 2-216/1; Res. Report 79, 1968]. Gázolajemulz.ióra az eddig közölt leghosszabb tárolási idő 12 nap [Murayama, T., Tsukahara, M., Morishima, Y., Miyamoto, N.: Report CONF-780208-91,15 (1978)], fűtőolajra pedig 15 hónap volt [2 713 067. NSZK-beli nyilvánosságra hozatali irat]. Munkánk során azt tapasztaltuk, hogy az eddigieknél sokkal stabilisabb és a céloknak jobban megfelelő, több területen használható vizes szénhidrogén-emulziót tudunk előállítani a legkülönfélébb szénhidrogénekből is (pl.: kerozin, benzin, petróleum, gázolaj, motorolaj, fűtőolaj, hulladékolaj) ha 5 10 ’5 20 25 30 á5 40 45 50 55 60 65 2
