Защита жидких топлив

Защита жидких топлив

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к защите жидких топлив, таких как жидкие топлива, обычно используемые в двигателях, используемых для получения движущей силы в транспортных средствах, таких как, хотя и не ограничиваясь этим, летательный аппарат с газотурбинными двигателями. В частности, настоящее изобретение относится к защите таких жидких топлив от вредных воздействий загрязнения водой, таких как воздействие на двигатели, вызываемое присутствием воды как отдельной фазы в топливе. Что более важно, настоящее изобретение обеспечивает защиту жидких топлив от образования льда, тем самым уменьшая вероятность попадания ледяных пробок в двигатель.

Настоящее изобретение также относится к композициям, к их способу получения и к использованию, и к концентратам. Более конкретно, хотя и не исключительно, настоящее изобретение относится к микроэмульсиям типа вода в масле, таким как те, которые пригодны для использования в качестве топлива для летательного аппарата с газотурбинными двигателями, и к их получению.

В целом, настоящее изобретение относится к прозрачным водным композициям, которые содержат, по меньшей мере, 99% масс. жидкого топлива и концентратов, пригодных для использования при получении таких композиций, эти композиции пригодны для использования в качестве топлива для летательного аппарата с газотурбинными двигателями, такие как эмульсии типа вода в масле, где средний размер капель водной фазы в масляной фазе не больше, чем 0,25 мкм, предпочтительно не больше чем 0,1 мкм, и к их получению.

Уровень техники

Реактивное топливо часто загрязняется в топливном баке летательного аппарата с газотурбинными двигателями малыми количествами свободной воды от конденсации, возникающей в результате изменений температуры из-за изменения высоты. На земле температура топлива/бака может находиться в пределах от -18°C до +40°C, в то время как в полете она, как правило, находится в пределах от -22°C до -39°C.

В течение ряда циклов изменения температуры, например, в течение ряда полетов, конденсация паров воды может приводить к аккумуляции воды в топливном баке, которая может существовать как отдельная фаза или свободная вода в топливе. Если свободная вода получает возможность собираться и замерзать в топливном баке, она может формировать пробки изо льда (частицы льда достаточных размеров, таких, что они могут захватываться в системе фильтрования топлива), которые могут быть потенциально опасными для функционирования двигателей летательного аппарата. В самом деле, считается, что летательный аппарат Боинг 777 утратил значительную мощность, что привело к экстренной посадке в Хитроу в январе 2008 года из-за образования льда, уменьшившего поток топлива из топливных баков в двигатели (внутренний отчет AAIB № 2 G-YMMM).

В настоящее время, в качестве альтернативы использованию нагревателей топливных баков, такие материалы, как простой монометиловый эфир диэтиленгликоля (DiEGME), смешивают с авиационным топливом для предотвращения образования льда в топливе. Хотя DiEGME примерно одинаково смешивается как с водой, так и с топливом при температурах выше температуры замерзания, тщательный мониторинг во время процесса смешивания должен осуществляться во все моменты времени для получения изначально гомогенного топлива. Однако, независимо от того, насколько тщательно он перемешивается, DiEGME имеет тенденцию при температуре значительно ниже температуры замерзания к предпочтительному концентрированию в водной фазе. Таким образом, из-за непропорционального распределения DiEGME в воде и топливе при низкой температуре недостаточное количество DiEGME в фазе топлива может приводить к образованию отдельной водной фазы (вода и DiEGME) в топливе. Присутствие DiEGME в водной фазе будет предотвращать превращение в лед некоторого количества воды в этой фазе. Однако смесь DiEGME/вода имеет ту необычную характеристику, что она образует гелеобразное вещество при низких температурах: гелеобразное вещество обычно упоминается в авиационной промышленности как "яблочное желе". US Federal Aviation Authority приписывает несколько авиационных происшествий образованию этого материала "яблочного желе" в топливных баках летательных аппаратов.

Патент США US-A-2886423 (Vitalis et al.) описывает включение определенных ациламидоалкилглицинбетаинов в жидкие углеводородные топлива, такие как авиационные топлива, для улучшения низкотемпературных характеристик. Хотя ациламидоалкилглицинбетаины, как показано, понижают температуру, при которой в реактивном топливе развивается помутнение или затемнение, помутнение или затемнение, как описывается, должно вызываться появлением малых кристаллов льда или воска. Видимое появление этих малых кристаллов льда или воска показывает, что значительная доля самих кристаллов или частиц агломерированных кристаллов имеет размер частиц выше, по меньшей мере, 1 мкм. Авиационное топливо, содержащее дисперсии частиц льда с размером выше 1 мкм, имеют тенденцию к демонстрации нестабильности, где частицы такого размера могут выпадать в осадок из суспензии и/или агломерировать с другими частицами льда, приводя к возможному образованию ледяных пробок.

Целью настоящего изобретения является уменьшение или устранение образования ледяных пробок и яблочного желе в топливе в топливных баках летательного аппарата с газотурбинными двигателями.

Применение воды в качестве добавки в топливных маслах для уменьшения выбросов загрязнений и для облегчения включения других добавок, полезных для рабочих характеристик, известно в течение многих лет. Применение воды в качестве добавки в смазочных маслах для улучшения охлаждающих свойств, например, в смазочно-охлаждающей жидкости, также известно в течение многих лет. Вода включается в топливо и смазочные масла в форме эмульсии типа вода в масле.

Эмульсии типа вода в масле, сформированные с большим размером капель воды (большим чем 1 мкм), имеют тенденцию к тому, чтобы они имели внешний вид, сходный с молоком. Эти эмульсии требуют ряда вторичных добавок, таких как ингибиторы коррозии и бактерициды, для преодоления проблем, связанных с добавлением водной фазы. Эти макроэмульсии, из-за большего размера капель воды в них, также имеют тенденцию к проявлению нестабильности, которая приводит к разделению масло/вода. Естественно, это является нежелательным, поскольку это может приводить к проблемам не только с отказом машины, но также к проблемам с зажиганием, например, в дизельном двигателе.

Смазочно-охлаждающие жидкости, на основе эмульсий типа вода в масле, используют для смазки инструмента для машинной обработки.

Превосходные охлаждающие свойства воды, как продемонстрировано, продлевают жизнь инструмента. Однако включение воды, связанное с нестабильностью макроэмульсий, приводит к появлению других проблем, таких как смазываемость масла, которая уменьшается при добавлении воды, тем самым влияя на качество поверхности металла.

Эмульсии типа вода в масле, сформированные со средним размером капель воды 0,25 мкм или меньше, предпочтительно 0,1 мкм или меньше, более предпочтительно, от 0,03 мкм до 0,08 мкм (далее упоминаются как "микроэмульсии"), являются светопроницаемыми. Типичное значение для среднего размера капель воды составляет примерно 0,04 мкм. Этот малый размер капель не только придает внешний вид, который является более приятным эстетически для пользователя, но также дает несколько больших преимуществ по сравнению с системами, где размер капель больше. Эти светопроницаемые или прозрачные микроэмульсии имеют тенденцию к большей стабильности, чем сходные с молоком макроэмульсии, где размеры капель больше, поскольку капли воды удерживаются в дисперсии дольше и не подвергаются легко макроскопическому фазовому разделению масло/вода. Малый размер капель также, видимо, исключает необходимость как в ингибиторах коррозии, так и в бактерицидах.

Патент США US-A-3095286 (Andress et al.) описывает проблему аккумуляции воды в танках для хранения топливных масел, возникающую в результате "дыхания" емкостей для хранения, представляющую собой проблему ржавления.

Для ингибирования седиментации, забивания сеток и ржавления в композициях топливных масел во время хранения описывается использование соединения, выбранного из полуамида фталевой кислоты, полуамида тетрагидрофталевой кислоты, полуамида гексагидрофталевой кислоты и производного надик-ангидрида и их солей с первичными аминами, имеющими в пределах между 4 и 30 атомами углерода на молекулу, в качестве агента для добавления в топливное масло. Описания агентов для добавления, образующих микроэмульсии типа вода в масле, в топливном масле нет.

Патент США US-A-3346494 (Robbins et al.) описывает получение микроэмульсий, использующих выбранное сочетание из трех микроэмульсификаторов, конкретно, жирной кислоты, аминоспирта и алкилфенола.

Патент Франции FR-A-2373328 (Grangette et al.) описывает получение микроэмульсий масла и соленой воды посредством использования поверхностно-активных веществ, содержащих серу.

Патент США US-A-3876391 (McCoy et al.) описывает способ получения прозрачных, стабильных микроэмульсий типа вода в нефти, которые могут содержать повышенные количества водорастворимых добавок. Микроэмульсии формируются посредством использования как поверхностно-активного вещества, растворимого в бензине, так и водорастворимого поверхностно-активного вещества. Единственные водорастворимые поверхностно-активные вещества, используемые в рабочих примерах, представляют собой этоксилированные нонилфенолы.

Патент США US-A-4619967 (Emerson et al.) описывает использование эмульсий типа вода в масле для способов эмульсионной полимеризации.

Патент США US-A-4744796 (Hazbun et al.) описывает стабильные микроэмульсии типа вода в топливе, использующие сочетание вторичного поверхностно-активного вещества, третичного бутилового спирта и, по меньшей мере, одного амфотерного, анионного, катионного или неионного поверхностно-активного вещества. Кокоамидобетаины описываются в качестве возможных амфотерных поверхностно-активных веществ.

Патент США US-A-4770670 (Hazbun et al.) описывает стабильные микроэмульсии типа вода в топливе, использующие сочетание вторичного поверхностно-активного вещества - фенилового спирта и, по меньшей мере, одного амфотерного, анионного, катионного или неионного поверхностно-активного вещества. Кокоамидобетаины описываются в качестве возможных амфотерных поверхностно-активных веществ.

Патент США US-A-4832868 (Schmid et al.) описывает смеси поверхностно-активных веществ, пригодные для использования при получении эмульсий типа масло в воде. Описания какой-либо микроэмульсии типа вода в масле, содержащей, по меньшей мере, 60% масс. масляной фазы, нет.

Патент США US-A-5633220 (Cawiezel) описывает получение жидкости для гидроразрыва на основе эмульсии типа вода в масле, содержащей эмульсифицирующий агент, продаваемый ICI под торговым наименованием Hypermer (эмульсифицирующие агенты Hypermer не описываются как представляющие собой C₆-C₁₅ этоксилаты спиртов или их смеси).

Смеси C₆-C₁₅ этоксилатов спиртов представляют собой коммерчески доступные поверхностно-активные вещества, обычно продаваемые для использования при получении, например, моющих веществ для стирки.

WO-A-9818884 описывает микроэмульсии типа вода в топливе, включая примеры таких эмульсий, содержащие C₈ этоксилат спирта, с 6 группами EO (этиленоксида), смешанный с полиглицерил-4-моноолеатом, и смеси C₉-C₁₁ этоксилатов спиртов, смешанные либо с полиглицерилолеатами линейных спиртов, либо с POE (полиоксиэтилен) сорбитановыми спиртами. Присутствие полиглицерилолеатов и POE сорбитановых спиртов имеет тенденцию к осуществлению неблагоприятных воздействий на вязкие свойства эмульсий, что, в свою очередь, имеет последующее неблагоприятное воздействие на смазывающие свойства эмульсий.

WO-A-9850139 описывает микроэмульсию типа вода в масле, содержащую смесь поверхностно-активных веществ, содержащую этоксилат амина жирной кислоты, C₆-C₁₅ этоксилат спирта и, необязательно, амин жирной кислоты таллового масла. Микроэмульсия типа вода в масле может представлять собой промышленное смазывающее вещество.

WO-A-0053699 описывает микроэмульсию типа вода в масле, содержащую эмульсифицирующие агенты, содержащие C₆-C₁₅ этоксилат спирта, амин этоксилат и полиизобутилсукцинимид или сложный сорбитановый эфир. Микроэмульсия типа вода в масле может представлять собой топливо.

EP-A-1101815 описывает топливо, в частности, для дизельных двигателей, в форме микроэмульсии, содержащей жидкое топливо, эмульсификатор и эмульсионный агент, эмульсионный агент имеет значение ГЛБ(гидрофильно-липофильный баланс) выше чем 9.

Патент США US-A-6716801 описывает стабильную, прозрачную микроэмульсию типа вода в масле, состоящую примерно из 5-40% масс. водной фазы и примерно 95 - примерно 60% масс. неводной фазы. Микроэмульсия содержит примерно от 5 до 30% масс. эмульсификаторов, состоящих из i) смеси C₆-C₁₅ этоксилатов спиртов, каждый из них содержит от 2 до 12 групп EO, ii) от 0 примерно до 25% масс. полиизобутилсукцинимида и/или сложного сорбитанового эфира и iii) от 0 примерно до 90% масс. амина этоксилата. Микроэмульсия, как описывается, должна быть пригодной для использования в качестве топлива и/или смазывающего вещества/охладителя.

Смеси жидких эмульсифицирующих агентов, пригодных для использования при получении микроэмульсий типа вода в масле, описываются в WO-A-07083106. Такие смеси, обычно упоминаемые как концентраты, содержат примерно от 0,5 примерно до 15% масс. жирного (C₈-C₂₄)-амидо-(C₁-C₆)алкилбетаина, от примерно 5 до примерно 99% масс. C₆-C₁₅ этоксилата спирта, содержащего от 2 до 12 групп EO, или смеси таких этоксилатов спиртов, предпочтительно смеси от 0,5 примерно до 15% масс. (C₆-C₂₄)алкиламиноксида и от 0 или примерно до 94% масс. другого неионного эмульсифицирующего агента по отношению к общей массе эмульсифицирующего агента в эмульсии.

Ни одна из ссылок на предыдущий уровень техники, однако, не описывает рабочих характеристик микроэмульсии типа вода в масле при температурах, достигающих -40°C или ниже, например, при -50°C.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение в его различных аспектах является таким, как представлено в прилагаемой формуле изобретения.

В одном из аспектов настоящее изобретение предусматривает использование, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества, которое может диспергировать воду в жидком углеводородном топливе, с получением стабильной прозрачной микроэмульсии типа вода в масле, где размер капель дисперсной водной фазы не более 0,25 мкм, в жидком углеводородном топливе, содержащем меньше чем 50 м.д. воды, для уменьшения или по существу устранения образования в указанном жидком углеводородном топливе частиц льда, имеющих средневзвешенный размер частиц больше чем 1 мкм, когда указанное жидкое углеводородное топливо охлаждается до температур в пределах от 0 до -50°C, где количество указанного, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества, используемого в указанном жидком углеводородном топливе, является достаточным для диспергирования, по меньшей мере, 50 м.д. воды в указанном жидком углеводородном топливе.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ уменьшения или по существу устранения образования в жидком углеводородном топливе частиц льда, имеющих средневзвешенный размер частиц больше, чем 1 мкм, когда указанное жидкое углеводородное топливо охлаждается до температур в пределах от 0 до -50°C, указанный способ включает: a) получение определенного количества жидкого углеводородного топлива, указанное жидкое углеводородное топливо содержит меньше чем 50 м.д. воды, b) получение, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества, которое может диспергировать воду в указанном жидком углеводородном топливе с получением стабильной прозрачной микроэмульсии типа вода в масле, где размер капель дисперсной водной фазы не более 0,25 мкм, c) добавление указанного, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества к указанному определенному количеству жидкого углеводородного топлива в количестве, достаточном для диспергирования, по меньшей мере, 50 м.д. воды в указанном жидком углеводородном топливе, и d) диспергирование указанного, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества в указанном жидком углеводородном топливе.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ дозаправки летательного аппарата жидким углеводородным топливом, которое после этой дозаправки имеет пониженную тенденцию к образованию частиц льда, имеющих средневзвешенный размер частиц больше чем 1 мкм, когда указанное жидкое углеводородное топливо охлаждается до температуры в пределах от 0 до -50°C, указанный способ включает: a) закачку определенного количества жидкого углеводородного топлива в топливный бак летательного аппарата, указанное жидкое углеводородное топливо содержит меньше, чем 50 м.д. воды, b) получение, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества, которое может диспергировать воду в указанном жидком углеводородном топливе, с получением стабильной прозрачной микроэмульсии типа вода в масле, где размер капель дисперсной водной фазы не более 0,25 мкм, c) добавление указанного, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества в указанное жидкое углеводородное топливо в количестве, достаточном для диспергирования, по меньшей мере, 50 м.д. воды в указанном жидком углеводородном топливе в то время, когда указанное жидкое углеводородное топливо закачивается в указанный топливный бак или после этого, и d) диспергирование указанного, по меньшей мере, одного поверхностно-активного вещества в указанном жидком углеводородном топливе. Также описывается способ добавления композиции в крыло летательного аппарата или настолько близко от него, насколько это возможно, для предотвращения нежелательного поглощения воды в ходе процесса переноса топлива из нефтеперерабатывающей установки в хранилище топлива. Композиция может поставляться и тщательно перемешиваться с топливом с использованием стандартного топливозаправщика, который работает в настоящее время в любом аэропорту. Композиция добавки дозируется при заданной пропорции непосредственно в топливо, когда оно закачивается в крыло летательного аппарата с использованием трубки Вентури и/или стандартной системы нагнетания.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает авиационное топливо, имеющее пониженную тенденцию к образованию частиц льда, имеющих средневзвешенный размер частиц больше чем 1 мкм, когда указанное жидкое углеводородное топливо охлаждается до температур в пределах от 0 до -50°C, указанное жидкое углеводородное топливо содержит:

i) от 45 до 4575 м.д., предпочтительно 45-500 м.д., по меньшей мере, одного (C₆-C₁₅) этоксилата спирта и/или ii) от 0 или до 425 м.д., например, 5-425 м.д., предпочтительно 2-50 м.д., по меньшей мере, одного (C₈-C₂₄)алкиламидо(C₁-C₆)алкилбетаина.

В дополнение к поверхностно-активным веществам/ эмульсифицирующим агентам, авиационное топливо может содержать один или несколько дополнительных компонентов, таких как агент для диссипации статического электричества, антиоксиданты, пассиваторы металлов, добавки для детектирования утечек, ингибиторы коррозии, агенты для улучшения смазываемости, спирты, гликоли и другие стандартные продукты, известные специалистам в данной области, и загрязнения, такие как сложный метиловый эфир жирной кислоты.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает жидкий концентрат, содержащий в основном:

(A) от 0,1 до 10% масс. одного или нескольких амфотерных эмульсифицирующих агентов;

(B) от 30 до 95% масс. одного или нескольких неионных алкоксилированных поверхностно-активных веществ;

(C) от 0 до 20% масс. одного или нескольких солюбилизаторов на основе гликоля и

(D) от 0 до 65% масс. одного или нескольких органических растворителей.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ получения концентрата, как описано выше, отличающийся тем, что компоненты (A)-(D) смешиваются при температуре в пределах от -10°C до 60°C, предпочтительно от 0°C до 40°C.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает стабильную эмульсию типа вода в масле, предпочтительно микроэмульсию типа вода в масле, содержащую

(a) жидкое топливо или масло, которое не смешивается с водой;

(b) до 1% масс., предпочтительно до 0,1% масс. по отношению к количеству (a) воды; и

(c) от 10 до 10000 м.д. масс., предпочтительно от 10 до 1000 по отношению к количеству (a) концентрата, как описано выше.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает использование в жидком топливе для летательного аппарата с газотурбинными двигателями концентрата, как описано выше, где указанное жидкое топливо не смешивается с водой, отличающееся тем, что указанное использование предназначается для поглощения свободной воды, которая существует в указанном жидком топливе или масле как загрязнение или вводится в него, посредством образования стабильной эмульсии типа вода в масле или микроэмульсии типа вода в масле, чтобы при этом привести указанное жидкое топливо или масло в пригодное для использования состояние или сохранить его в нем.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ поглощения свободной воды, которая существует как загрязнение в жидком топливе, которое не смешивается с водой или вводится в него, чтобы при этом привести указанное жидкое топливо в пригодное для использования состояния или сохранить его в нем, этот способ включает добавление к жидкому топливу, по существу, не содержащему воды, или к жидкому топливу, загрязненному свободной водой, концентрата, как описано выше, для формирования стабильной эмульсии типа вода в масле или микроэмульсии типа вода в масле.

В каждом аспекте настоящего изобретения, который упоминает концентрат, как описано выше, количество компонентов (A)-(D), предпочтительно вместе составляет 100%.

Термин "не содержащий воды" относится к воде, присутствующей как отдельная видимая жидкая фаза в двухфазной смеси жидкого топлива и воды. Это может быть связано с захваченной водой или с водой, которая растворяется в фазе жидкого топлива. Растворенная вода становится свободной водой при понижении температуры из-за понижения растворимости воды в жидком топливе.

В указанных выше аспектах настоящего изобретения свободная вода существует в жидком топливе как загрязнение или вводится в него, то есть она не является водой, которую произвольно добавляют в жидкое топливо, такой как вода, добавляемая в жидкое топливо при приготовлении эмульсии или микроэмульсии типа вода в масле. Свободная вода существует в жидком топливе как загрязнение или вводится в него, или представляет собой воду, когда вода, например, добавляется в жидкое топливо случайно или намеренно, или вода представляет собой влажность из окружающей среды, например, от дождя, или это вода от конденсации, возникающая в результате изменений уровней влажности в атмосфере, когда жидкое топливо находится в танке, сообщающемся с атмосферными условиями, или в баке, который подвергается сильным изменениям температур, например, как в летательном аппарате. В указанных выше аспектах настоящего изобретения свободная вода, предпочтительно, представляет собой свободную воду, попадающую в жидкое топливо как влажность из окружающей среды. Хотя в экстремальных условиях количество свободной воды, которая может вводиться в качестве загрязнения, может составлять 0,5% масс. или больше от объединенной массы воды и жидкого топлива, специалистам в данной области будет очевидно, что на практике количество загрязнения свободной воды, как правило, будет составлять значительно меньше чем 0,5% масс. от объединенной массы свободной воды и жидкого топлива. Например, как правило, количество свободной воды, загрязняющей жидкое топливо, будет меньше чем 0,2% масс., а чаще меньше чем 0,1% масс., например, 0,05% масс. или меньше по массе от объединенной массы воды и жидкого топлива.

Термин "поглощать" означает действовать в качестве поглотителя, а "поглотитель" представляет собой вещество, добавляемое в химическую реакцию, или смесь для противодействия воздействию примесей, как определено в Collins English Dictionary, Fourth Edition 1998, Reprinted 1999 (twice), HarperCollins Publishers.

Термины "жидкое углеводородное топливо", "углеводородное топливо" или "жидкое топливо", как используются в настоящем документе, представляют собой по существу эквивалентные общие термины для таких жидкостей, как реактивные топлива, авиационные бензины, топлива военного класса, дизельные топлива; керосины; бензины/петролейные фракции (с добавлением свинца или без него); парафиновые, нафтеновые, тяжелые топливные масла, биотоплива, отработанные масла, сложные метиловые эфиры жирных кислот (FAME), поли альфа-олефины и их смеси, все они, как правило, считаются несмешиваемыми с водой. Жидкие топлива, наиболее пригодные для осуществления настоящего изобретения, представляют собой углеводородные топливные масла, наиболее пригодными для использования являются реактивное топливо, авиационный бензин, топлива военного класса, биодизельное топливо, дизельное топливо, керосин, бензин/петролейные фракции и их смеси, и смеси рассмотренных выше топлив с 1% масс. или более биоэтанола и/или FAME, такого как сложный метиловый эфир рапсового масла (RME).

Способность поверхностно-активных веществ/эмульсифицирующих агентов, формирующих микроэмульсии, к уменьшению или устранению образования частиц льда, больших чем 1 мкм, демонстрируется на углеводородных топливах, содержащих FAME, такой как сложный метиловый эфир рапсового масла (RME), в качестве загрязнения. Таким образом, в каждом релевантном аспекте настоящего изобретения жидкое топливо может содержать FAME, такой как RME, в качестве загрязнения, например, в количестве до 500 м.д., например, 100 м.д.

Предпочтительно, жидкое топливо предназначено для летательного аппарата с газотурбинными двигателями, то есть представляет собой жидкое топливо для турбореактивных двигателей. Жидкое топливо для турбореактивных двигателей представляет собой топливо для турбореактивных двигателей, распространенное в гражданской или военной авиации. Оно включает, например, топлива с обозначениями Jet Fuel A, Jet Fuel A-1, Jet Fuel B, Jet Fuel JP-4, JP-5, JP-7, JP-8 и JP-8+100. Jet A и Jet A-1 представляют собой коммерчески доступные спецификации топлива для турбореактивных двигателей на основе керосина. Современные стандарты включают, например, ASTM D 1655 и DEF STAN 91-91, Jet B представляет собой более высококипящее топливо на основе фракций нафты и керосина. JP-4 эквивалентен Jet B. JP-5, JP-7, JP-8 и JP-8+100 представляют собой топливо для военных турбореактивных двигателей. Некоторые из этих стандартов относятся к препаратам, которые уже содержат дополнительные добавки, такие как ингибиторы коррозии, другие ингибиторы образования льда, агенты для диссипации статического электричества, моющие вещества, дисперсанты, антиоксиданты, пассиваторы металлов и тому подобное.

Термин "жидкое топливо, которое не смешивается с водой,..." относится к жидкому топливу, такому как углеводородное топливное масло, которое не смешивается с водой при более чем примерно 0,1% воды, предпочтительно при более 0,05%, то есть любая смесь жидкого топлива и воды с содержанием воды выше 0,05% разделяется при стоянии на две фазы.

Термин эмульсифицирующий агент, поверхностно-активное вещество и поверхностно-активное вещество, образующее микроэмульсию, как используется в настоящем документе, относится к любому пригодному для использования поверхностно-активному веществу или к смеси поверхностно-активных веществ, которые могут при простом смешивании со смесью, содержащей две видимые несмешиваемые фазы жидкого топлива и воды, образовывать микроэмульсию типа вода в масле. Образование микроэмульсии является по существу самопроизвольным при добавлении при температуре окружающей среды (например, при 10-30°C) поверхностно-активного вещества (поверхностно-активных веществ) к смеси, содержащей две видимые несмешиваемые фазы жидкого топлива и воды, когда отношение вода: поверхностно-активное вещество составляет 1:1. Специалистам в данной области будут известны такие поверхностно-активные вещества или смеси поверхностно-активных веществ, например, как описано в ссылках на микроэмульсии, известные из литературы, рассмотренные выше. (Хотя процесс ингибирования седиментации, забивания сита и ржавления для композиций топливных масел во время хранения, описанного в патенте США US-A-3095286, не исследовался, агенты для добавления, описанные в патенте США US-A-309528, как предполагается, не образуют стабильных, прозрачных микроэмульсий типа вода в масле при смешивании со смесью, содержащей две видимые несмешиваемые фазы жидкого топлива и воды. Соответственно, агенты для добавления, описанные в патенте США US-A-3095286, не рассматриваются как поверхностно-активные вещества/эмульсифицирующие агенты, образующие микроэмульсии, как требуется в настоящем изобретении. Подобным же образом, ациламидоалкилглицинбетаины, описанные в патенте США US-A-2886423 (Vitalis et al), как считается, не образуют стабильных, прозрачных микроэмульсий типа вода в масле при смешивании со смесью, содержащей две видимые несмешиваемые фазы жидкого топлива и воды.

Соответственно, ациламидоалкилглицинбетаины, описанные в патенте США US-A-2886423, как считается, не являются поверхностно-активными веществами/эмульсифицирующими агентами, образующими микроэмульсии, как требуется в настоящем изобретении. Однако для устранения любых сомнений, выражение "одно или несколько поверхностно-активных веществ, образующих стабильные, прозрачные микроэмульсии типа вода в топливе", как используется в настоящем изобретении, исключает аминовые кислоты формул (1), (2), (3) и (4) и их соли с первичными аминами, имеющие в пределах между 4 и 30 атомами углерода на молекулу, как описано в патенте США US-A-3095286, и ациламидоалкилглицинбетаины, как описано в патенте США US-A-2886423.

Пригодная для использования смесь поверхностно-активных веществ может содержать C₆-C₁₅ этоксилат спирта или смесь таких этоксилатов и/или этоксилат амина жирной кислоты и, необязательно, амина жирной кислоты таллового масла. Другая пригодная для использования смесь поверхностно-активных веществ может содержать C₆-C₁₅ этоксилат спирта или смесь таких этоксилатов и/или этоксилат амина жирной кислоты и полиизобутилсукцинимид и/или сложный сорбитановый эфир. Особенно пригодные для использования поверхностно-активные вещества, образующие стабильные, прозрачные микроэмульсии типа вода в масле, являются амфотерными или содержат смесь поверхностно-активных веществ, содержащую, по меньшей мере, одно амфотерное поверхностно-активное вещество. Предпочтительные амфотерные поверхностно-активные вещества представляют собой бетаины и сульфобетаины, в частности бетаины. Наиболее предпочтительные поверхностно-активные вещества представляют собой эмульсифицирующие агенты, описанные в настоящем документе ниже.

Хотя физическая природа прозрачных водных композиций не является вполне понятной, предполагается, что прозрачные водные композиции содержат водную фазу, распределенную в неводной фазе, где эта водная фаза распределена в неводной фазе в форме капель, возможно, мицелл, имеющих размер не более чем примерно 0,1 мкм, например, от 0,03 мкм до 0,08 мкм, как правило, в среднем, он составляет примерно 0,04 мкм.

Упоминая микроэмульсию по настоящему изобретению как "стабильная", авторы подразумевают, что, когда вода и поверхностно-активное вещество или эмульсифицирующий агент в отношении 1:1 добавляются в жидкое углеводородное топливо в количестве 1% масс. по отношению к общей массе жидкого углеводородного топлива, воды и поверхностно-активного вещества/эмульсифицирующего агента с образованием эмульсии типа вода в масле, водная фаза в эмульсии типа вода в масле существует как дисперсные капли, имеющие средний размер частиц не более 0,1 мкм в масляной фазе в течение, по меньшей мере, 12 месяцев, когда она хранится при постоянной температуре 25°C без перемешивания. Микроэмульсия состоит из сплошной фазы топлива, в которой диспергированы капли воды, имеющие средний размер капель не более 0,1 мкм. Полученная прозрачная полупрозрачная микроэмульсия остается термодинамически стабильной, когда используется в качестве топлива для использования в реактивных или дизельных двигателях. Капли в эмульсии типа вода в масле по настоящему изобретению могут находиться в форме мицелл.

Неожиданно обнаружено, что, когда жидкое топливо, содержащее релевантное количество поверхностно-активного вещества/эмульсифицирующего агента, образующего стабильную микроэмульсию, и воду, охлаждается до -50°C, образуется очень мало видимых частиц льда, если они вообще образуются в топливе, и не образуется геля. В качестве средства в попытке объяснения этого очень неожиданного явления, но без желания ограничиваться этим объяснением, предполагается, что, когда микроэмульсия типа вода в масле охлаждается, присутствие поверхностно-активных веществ/эмульсифицирующих агентов в жидком топливе изначально предотвращает замерзание капель воды, диспергированных в топливе при нормальных температурах, понижая температуру замерзания воды, но если или когда температура понижается настолько, что вода по существу замерзает, поверхностно-активное вещество/эмульсифицирующий агент действует, ограничивая размер каких-либо кристаллов и агломератов льда, которые могут сформироваться в охлажденном топливе. Таким образом, даже если кристаллы льда образуются в топливе, поверхностно-активное вещество/эмульсифицирующий агент в топливе предотвращает рост или агломерацию кристаллов льда с образованием частиц с размером значительно выше 1 мкм, что, как следствие, означает, что ледяные пробки не образуются. Кроме того, наблюдается, что не образуется яблочного желе.

Чертежи

Фиг.1 показывает DSC (дифференциальную сканирующую калориметрию) топлива Jet с 200 м.д. воды и 700 м.д. DiEGME.

Фиг.2 показывает DSC топлива Jet с 200 м.д. воды и 200 м.д. концентрата из Примера 4.

Фиг.3A показывает контейнер при -17°C, сообщающийся с атмосферой, содержащий реактивное топливо, 200 м.д. воды, окрашенной в красный цвет, и 200 м.д. композиции из Примера 4.

Фиг.3B показывает контейнер при -17°C, сообщающийся с атмосферой, содержащий реактивное топливо, 200 м.д. воды, окрашенной в красный цвет, и 700 м.д. DiEGME.

Фиг.4 показывает сравнение DSC топлива Jet с 200 м.д. воды и 500 м.д. сложного метилового эфира рапсового масла и DSC топлива Jet с 200 м.д. воды, 500 м.д. сложного метилового эфира рапсового масла и 200 м.д. концентрата из Примера 4.

Подробное описание

Настоящее изобретение может предусматривать текучую среду с содержанием воды, в которой присущая ее стабильность предотвращает образование частиц льда, имеющих размер частиц больше чем 1 мкм, предпочтительно, она предотвращает образование частиц льда, имеющих размер частицы больше чем 0,1 мкм, и яблочного желе.

До настоящего изобретения материалы, такие как простой монометиловый эфир диэтиленгликоля (DiEGME), использовались для предотвращения образования льда в топливе в малых и военных летательных аппаратах (коммерческие авиалинии имеют тенденцию к использованию нагревателей баков). Благодаря их химическим свойствам они являются более растворимыми в воде, чем в топливе, и представляют большие проблемы при смешивании относительно их попадания в топливо. Тщательный мониторинг во время процесса смешивания должен осуществляться во все моменты времени для получения изначально гомогенного топлива. Однако независимо от того, насколько тщательно перемешивается DiEGME (химический механизм является таким, что соединение будет предпочтительно находиться в водной фазе, когда температура понижается), он может выделяться из топлива при низких температурах и поступать в водную фазу. DiEGME предотвратит превращение некоторой части этой воды в лед. Однако водная смесь с DiEGME имеет ту необычную характеристику, а именно образование гелеообразного вещества, часто упоминаемого в авиационной пром