182366. lajstromszámú szabadalom • Nagy stabilitású, vizes szénhidrogén-emúlzió
3 182366 4 perziós 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 diszpérgált 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. Ezen kívül 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 mikrométer alatti átmérőnél az emulzió áttetsző, 1 mikrométer felettinél tejfehér, a kettő között pedig kissé áttetsző, szürkés vagy kékesfehér [T 73—409. francia kísérleti szabvány (1976)]. Az előbbiek ismeretében megállapítható, hogy 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 találunk 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, mint például az alkoholok, aminok) is gyakran alkalmaznak, amelyek segítik a felületaktív anyagot az emulgeálásban. Az adott rendszerre 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 No. 2—216/1; Res. Report 79, 1968], Gázolajemulzióra 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 stabilabb és a céloknak jobban megfelelő, több területen használható vizes szénhidrogén-emulziót tudunk előállítani a legkülönfélébb szénhidrogénekből is (például: kerozin, benzin, petróleum, gázolaj, motorolaj, fűtőolaj, hulladékolaj), ha felületaktív anyagként a szénhidrogénre számított 0,1—5% mennyiségben 320—370-es molekulatömegű olaj, olefin vagy paraffin alapon előállított szintetikus ammónium-alkil-benzol-szulfonátot, kotenzidként 0,05—2,5% mennyiségben egyértékű Ct—C4 alkoholt és 0,05—2,5% mennyiségben etilénglikolt vagy glicerint használunk. Az előbb felsorolt anyagok felhasználásával 1,0—50% vizet tartalmazó szénhidrogén-emulziót készíthetünk. Az alkalmas ammónium-alkil-benzol-szulfonátot úgy állítjuk elő, hogy a megfelelő molekulatömegű fehérolajat vagy paraffint klórozzuk, a klórparaffinnal benzolt alkilezünk. Az alkil-benzolt kén-trioxiddal szulfonáljuk, majd savgyantamentesítés után a szulfonsavat ammónium-hidroxiddal semlegesítjük, oly mértékben, hogy a termékben savas anyagok ne maradjanak. Az emulziót célszerűen úgy készítjük, hogy keverés közben a szénhidrogénben feloldjuk a felületaktív anyagot, majd sorra hozzáadjuk a kotenzideket és a vizet, a keverést pár órán át folytatjuk. A felhasznált ammónium-alkil-benzol-szulfonát és kotenzidek koncentrációjának helyes megválasztásával a rendszer felületi feszültségét igen nagy mértékben csökkentjük. Az így előállított szénhidrogén-emulzió állandó szobahőmérsékleten olyan stabilis, hogy egy évig vízkiválás nélkül tárolható, és 0—60 °C közötti ciklikusan változó hőmérsékleten is több hónapon keresztül. Az általunk előállított emulzió égése után a távozó gázokban a korom és füst mennyisége 50—60%-kal, a nitrogén-oxidok mennyisége 25—50%-kal csökken, továbbá a másodlagos szennyezés lényegesen kisebb, mint a nagy fémtartalmú égésjavító adalékok alkalmazásánál. Ezenkívül 3—6% anyagmegtakarítást is lehetővé tesz az eredeti víz nélküli szénhidrogén használatához képest. A találmány további előnye az, hogy az egyértékű alkoholok hozzáadásával nemcsak a stabilitást segítjük elő, hanem még tovább javul az üzemanyag- és tüzelőanyagemulzió égési hatásfoka is. Ezenkívül az egyértékű alkohol a víz viszkozitásnövelő hatását, valamint — a többértékű alkohollal együtt — az emulzió dermedéspontját is csökkenti. Az általunk javasolt felületaktív anyag és segédanyagok használata kiküszöböli a nagy nyírófeszültséget igénylő keverőberendezések használatát, tehát az eljárás nem energiaigényes. További előnye a találmánynak, hogy az emulzió előállításához desztillált vagy ipari víz helyett keményebb víz, sőt csapvíz is használható. Az előállított 0,5—1,0 mikrométer cseppméretű emulzió „víz-az-olajban” típusú, ezért nem gélszerű, és felhasználáskor a motor és tüzelőrendszer átalakítása nem szükséges. Benzin és gázolajemulziók oktán- és cetánszáma az eredeti szénhidrogénhez képest a vízmennyiség növelésével alig változik. Az emulzió a felhasználás során korróziós és indítási problémákat nem okoz. A találmány bemutatására az alábbi példák szolgálnak: 1. példa 100 g gázolajhoz 1 g szintetikus ammónium-alkil-benzol-szulfonátot — amelynek molekulatömege 510— 520, pH-ja 7—9 közötti — 0,5 g etil-alkoholt, 0,9 g etilénglikolt, majd 12 g vizet keverünk, és a keverést 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
