專利名稱:乳化液的制作方法
本發(fā)明關(guān)系到制造一種乳化劑，它用于制造具有熱穩(wěn)定性的水在燃油的乳化液。也關(guān)系到這種乳化液本身和它們的生產(chǎn)，尤其關(guān)系到一種在燃燒前能被預(yù)熱的乳化液。
眾所周知，在碳?xì)浠衔镱愐后w燃燒中加入水，組成乳化液，對(duì)這種燃料的燃燒會(huì)帶來好處。在燃燒的過程中，包在油層里的微小水珠，因汽化而爆炸，使燃油充分霧化而提高了燃燒的效率。雖然因加了水，燃料的總熱值有降低。但還是能節(jié)省一些燃料的消耗，更進(jìn)一步地分析，由于水的存在，降低了火焰溫度，使散發(fā)出的氮的氧化物減少。這種較干凈的燃燒，也歸因于較少地散發(fā)出燃料的未燃盡部分和一氧化碳。事實(shí)證明，以重油作燃料時(shí)，它的乳化液燃燒干凈，因此可降低爐子的維修費(fèi)用。
至今，用于柴油機(jī)的乳化燃油，都是在燃燒前臨時(shí)用機(jī)械方法將水和油混和乳化的，這種乳化液不能長(zhǎng)久地穩(wěn)定地存在。所以每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)必須配備專用的乳化器，和分別貯存上述油和水的容器和處理系統(tǒng)。
有一種乳化劑可用來生產(chǎn)穩(wěn)定的水在石油分餾物里的乳化液，美國(guó)專利3876391號(hào)和英國(guó)專利申請(qǐng)2066288號(hào)，都提到了這種乳化劑，美國(guó)專利3876391號(hào)在表3中公開了把吐溫-80(TWeen-80)和司班-80(SPan-80)混合作乳化劑來制造水在JP4航空燃油中的乳化液。英國(guó)專利申請(qǐng)2066288號(hào)，在例1中公開了用山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)，一種司班(a SPen)和羥乙基化的山梨糖醇酐單油酸酯(ethoxylated Sorbitan monooleate)，一種吐溫(a TWeen)來生產(chǎn)水在輕燃油和甲醇混合物中的乳化液，盡管如此，這些公開的已有技術(shù)，都是僅關(guān)系到輕質(zhì)的石油分餾物，它們不需要在燃燒前先預(yù)熱來降低它們的粘度。
一般燃油在燃燒前需預(yù)熱(例對(duì)200cs粘度的燃油需預(yù)熱至40°～50℃)燃油可能經(jīng)常被重復(fù)加熱、冷卻數(shù)次，這就帶來了問題，如此加熱會(huì)引起水在油里的乳化液的油、水分離。這里所指的燃油，包括了粘度200至380厘(cs)的燃油和在常溫下粘度為1000，2000和6000厘(cs)的重燃油。輕質(zhì)的石油分餾物不需要預(yù)熱，像汽油、車輛柴油、粗柴油和工業(yè)柴油機(jī)用柴油。[輕質(zhì)燃油和粘度低于200厘(sc)]都不包括在需預(yù)熱的燃油范圍內(nèi)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種乳化劑，能使生產(chǎn)具有熱溫定性的水在油里的乳化燃油發(fā)明的公開本發(fā)明提供了一種乳化劑，用于生產(chǎn)具有熱穩(wěn)定性的水在油里的乳化燃油，該乳化劑是一種混合物，組成如下(Ⅰ)重量百分比為93-97%的山梨糖醇酐脂肪酸酯(Sorbitan fatty acid monoester)和(Ⅱ)重油百分比為3～7%的吐溫-80(Polysorbate-80)典型的脂肪酸是十二烷酸、十六烷酸、硬脂酸或油酸。山梨糖醇酐單酯(Sorbitan monoester)最好是山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)(一般商品名稱稱之為SPan-80)。
吐溫-80(Polysorbate-80)是一種廣泛使用的名字，用于稱1克分子(mole)山梨糖醇酐油酸酯與約20克分子(mole)環(huán)氧乙烷的共聚物。
成份(ⅰ)和(ⅱ)的重量比例范圍在93-97;3-7%。如果成份(Ⅱ)使用過多，乳化液就變得太粘滯。這一具有實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)的比例，在本文提到的美國(guó)、英國(guó)書里沒有公開過。
這兩種成份，必須在加水之前先混合在一起組成乳化劑，然后乳化劑再與水混合，最后再加碳?xì)浠衔铩Ｍǔ＜拥娜榛瘎┝繛樘細(xì)浠衔?，容積的0.02～1%。加水的量可達(dá)到碳?xì)浠衔锶莘e的70%。常規(guī)使用加水量為5～20%，但在有些需要低溫的火焰的地方，例如在鉆機(jī)的閃耀煙道中，這時(shí)摻的水可高達(dá)25%。
第一步粗制的乳化液最好再經(jīng)過離心膠體磨的再加工，以把水粉碎成微粒。
總的來說，乳化劑里的微珠的尺寸小于100微米，水珠的尺寸的分布同乳化液的含水量有關(guān)。例如在含5%的典型乳化液中，大部分水成的水珠其直徑在10～25微米之間，但還有相當(dāng)大量的更微小的水珠存在。含15%水的乳化液，大部分水成的水珠其直徑在50-100微米的范圍內(nèi)。本發(fā)明的好處按以上方法制造的水在油里的乳化液，具有長(zhǎng)期的熱穩(wěn)定性，而且保管處理法同碳?xì)浠衔锉旧硪粯?，無需增加措施。一般地說，加熱沸騰和離心作用對(duì)乳化液無實(shí)質(zhì)性的影響。
圖1，是使用本發(fā)明的乳化劑，生產(chǎn)水在油里的乳化液的連續(xù)混合系統(tǒng)的流程示意圖。
本發(fā)明的具體化內(nèi)容，現(xiàn)僅參用附圖和其他一些實(shí)例來說明。
例1生產(chǎn)水/油乳化液圖1顯示了一連續(xù)混合系統(tǒng)，定量的乳化劑正從貯罐(4)流入一水流W，水和乳化劑的混合液。然后與油O混合流入一預(yù)混合器(5)，它帶有攪拌葉片。經(jīng)混合后的乳化液，然后進(jìn)入一離心膠體磨(6)，它具有0.003英寸(0.008cm)的間隙，以宜于生產(chǎn)水在油里的乳化液。
各液流都如圖示進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)數(shù)據(jù)輸入中心控制站(7)，它又反過來控制水/乳化劑流量閥(1)、油流量閥(2)，以及通過劑量泵控制器(8)來控制乳化劑劑量泵(3)。傳感器(9)、(10)、和(11)分別監(jiān)控在管道(13)里的水/乳化劑的流量，在管道(14)里的乳化劑流量，和在管道(15)里的油流量。傳感器(10)和(11)測(cè)得的流速數(shù)據(jù)輸入控制站。比例偏差裝置(12)保證正確的水/油的比例。警告燈Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ表示是否有“沒有加入”或“過多加入”或“少油”的情況產(chǎn)生，通過膠體磨的水在油里的乳化劑，然后進(jìn)入貯存罐。通常燃燒前，乳化液在一封閉回路系統(tǒng)里再預(yù)熱。
乳化劑是一混合物，它包含有以體積計(jì)算95%山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)，司班-80(S Pan80)(一種商標(biāo)，阿特拉斯化學(xué)公司產(chǎn)品Atlas chemicals)和5%吐溫-80(Polysoybate)即(TWee-80)在乳化液里的乳化劑成份占油的容積的0.04%。為了作以下的試驗(yàn)用。準(zhǔn)備了以容積比例計(jì)算的5%、10%、15%的乳化液，用的油是重燃油。
含水量5%的乳化液，大部分的水是以直徑為10～25微米的水珠存在，其余部分的水以大量但是非常微小的直徑1～2微米的水珠存在。在含水量為10%的乳化液中，非常小的水珠也能觀察到，但是水珠尺寸增大至約75微米。含水量為15%的乳化液，非常小的水珠也能觀察到，但是水珠尺寸變得更大，增大至100微米，大部分體積的水以50～100微米的水珠存在。
這種乳化液產(chǎn)品是不透明的，深咖啡顏色的液體具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
例2乳化液的燃燒新南威爾士紐卡斯?fàn)?Nen Castle newsouth wales)大學(xué)獨(dú)立地進(jìn)行了對(duì)重燃油和例1所述的水-油乳化液的燃燒和熱傳導(dǎo)特性的測(cè)試對(duì)比。
為此，建造了一專用的實(shí)驗(yàn)爐。該爐能測(cè)量燃油的流量，煙氣的成份、溫度、火焰及輻射溫度，熱量的吸收(被水冷圈)，還能進(jìn)行火焰觀察。這樣就能測(cè)出全面的熱平衡情況。
純油，水占容積比例為5%、10%和15%的乳化液的火焰照片，定性地顯示了水/油乳化液燃料，產(chǎn)生較短的、更強(qiáng)烈的、帶有更為高焰鋒溫度的火焰。用光學(xué)和全輻射高溫計(jì)來測(cè)量火焰的輻射情況也肯定了這點(diǎn)。
對(duì)圍繞在火焰周圍的水冷圈吸收熱量的測(cè)量，顯示了火焰溫度的增加能使熱傳遞效率增加和爐子熱效率增加。在油中加10%水的乳化液增加效率最大，焰鋒溫度也能增加約50℃。
關(guān)于對(duì)爐子進(jìn)行熱平衡計(jì)算的結(jié)果，由表示出。該表列出了水冷圈的吸收熱量百分比，由此來測(cè)量出火焰所產(chǎn)生的熱量，從表中能反映出水在油里的乳化液，尤其是含水量為10%的水在油里的乳化液，火焰產(chǎn)生的熱值最大，從表中還可以看出，含有較少水的乳化液(5%)，熱量的輸出就減少了。分析原因，可能是燃料熱值的降低超出了燃燒效率的增加。
表水成分 % V/V(容量百分比)0 5 10 15熱量輸入 % 100 100 100 100水冷圈吸收熱量 % 38 35 44 41煙氣流失 % 43 42 44 44爐墻損失 % 10 11 10 10不可估計(jì)損失 % 9 12 2 5例3 乳化液穩(wěn)定性的比較A.使用下列乳化劑，用攪拌法來制造水在重油中的乳化液將不屬于本發(fā)明的范圍。
ⅰ)山梨糖醇酐單酸酯(Sorbitan monoole-ate)+吐溫20ⅱ)山梨糖醇酐單酸酯(Sorbitan monooleate)+吐溫81ⅲ)二辛基鈉硫代琥珀酸鹽(dioetyl Sodium Solfos uccinate)+吐溫80ⅳ)二辛基鈉硫代琥珀酸鹽(dioetyl Sodium Solfos uccinate)+吐溫81ⅴ)二辛基鈉硫代琥珀酸鹽(dioetyl Sodium Solfosuc cinate)+吐溫20
每次攪拌的配比二種成份占的重量百分比都不同，范圍從5%∶95%變化至95%∶5%，每次配比的增值為10%(重量百分比)。
上述的某些配比能得到穩(wěn)定的水在油里的乳化液，但是這些乳化液一旦加熱到45℃就分離了。不可能得到具有熱穩(wěn)定性的乳化液。
B.使用乳化劑來制造水在重燃油中的乳化液。這種乳化劑是山梨醇酐單酸酯(Sorbitan monooleate)和吐溫80混合物，前者和后者的重量配比從5%∶95%變化至95%∶5%，每次配比的增值為5%(重量百分比)。得到如下的結(jié)果。
以重量百分比計(jì)，95%山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)加5%吐溫80，對(duì)制造具有熱穩(wěn)定性的水在油里的乳化液具有最好的效果。
權(quán)利要求
1.一種用于制造水在油里的乳化液的乳化劑，它是一種山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)和羥乙基化的山梨糖醇酐單油酸酯(ethoxylated Sorbitan monooleate)，其特征在于，這種乳化劑被用來制造具有熱穩(wěn)定性的水在油里的乳化液，該乳化劑包含一混合物，其組成是(i)93～97%重量百分比的山梨糖醇酐脂肪酸單酯(Sorbitan fatty acid monoester)和(ii)3～7%重量百分比的吐溫-80(polysorbate-80)。
2.如權(quán)利要求
1所述的乳化劑，其特征在于所說的單酯(monoester)是山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)
3.一種水在油里的乳化液包含有一乳化劑，它是一種山梨糖醇酐單油酸酯(Sorbitan monooleate)和羥乙基化的山梨糖醇酐單油酸酯(ethoxylated Sorbitan monooleate)的混合物，其特征在于乳化液包含有燃油占燃油體積0.02～1%的上述二權(quán)利要求
所提的乳化劑，和水
4.如權(quán)利要求
3所述的乳化液，其特征在于水的含量是燃油容積的5～20%
5.如權(quán)利要求
3或4所述的乳化液，其特征在于實(shí)質(zhì)上所有水珠的尺寸小于75微米。
專利摘要
在燃油燃燒(例用于爐子)的技術(shù)領(lǐng)域：
，燃燒水在油里的乳化液能改善燃燒，但是怎樣得到穩(wěn)定的和能在燃燒前預(yù)熱的水在油里的乳化液還是問題。
文檔編號(hào)C10L10/00GK85100482SQ85100482
公開日1987年1月24日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者喬奇·凱文·培肯 申請(qǐng)人:澳大利亞吹制油有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan