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Die Erfindung betrifft eine Treibstoff-Mischung auf Basis von flüssigen Kohlenwasserstoff- - Treibstoffen, beispielsweise für Benzinmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, welche neben aliphatischen Kohlenwasserstoffen mindestens einen Emulgator auf Basis einer Polyoxyalkylen-Verbindung und/oder eines Sulfonates sowie gegebenenfalls flüchtige Alkohole und/oder Benzol, enthält, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
In den letzten Jahren ist, insbesondere hervorgerufen durch die steigenden Preise für Erd- öl-Produkte, das Interesse an der Entwicklung alternativer Energiequellen sowie von Verfahren, welche Einsparungen bei konventionellen Treibstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis oder deren teilweisen Ersatz ermöglichen, ausserordentlich gestiegen.
Es ist an sich seit langem bekannt, dass verschiedene, im Treibstoff verteilte Zusätze von Metallverbindungen katalytische, den Verbrennungsvorgang im Brennraum verbessernde Wirkung aufweisen. Ebenfalls lange ist es bekannt, die Klopffestigkeit von Treibstoffen durch derartige Metall-Zusätze, insbesondere durch Bleitetraalkyle, zu erhöhen.
Weiters wurde bereits vorgeschlagen, durch Zusätze von Alkohol und/oder insbesondere Wasser flüssige Treibstoffe zu strecken, was aber ohne Einbussen in deren Leistung bisher nicht möglich war. Diese Versuche haben, soweit bekannt, bisher keine überzeugenden Ergebnisse gebracht.
Zum Beispiel ist aus der US-PS Nr. 4, 158, 551 ein Beitrag zur Verminderung des Treibstoffverbrauchs durch Substitution bekannt. Dort ist eine homogene Mischung bzw. Emulsion beschrieben, die im wesentlichen aus einem Treibstoff, höchstens 22% Wasser und einem nichtioni- schen äthoxylierten Alkylphenol besteht. Diese Mischung ist, wie eigene Versuche ergeben haben, trüb und neigt zur Entmischung.
Es besteht die Aufgabe, eine Treibstoffmischung zu entwickeln, die für Verbrennungs-Kraftmaschinen, beispielsweise für Benzinmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen verschiedener Art geeignet ist und es infolge gezielter Verbesserung des Verbrennungs-Vorganges bei gleichzeitiger Verringerung von Korrosionsvorgängen und der Emission schädlicher Abgase gestattet, bei praktisch gleichbleibender Gesamt-Leistung bzw. Kilometerleistung wesentliche Einsparungen beim Verbrauch konventionellen Treibstoffs zu erzielen.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass sich ausgesprochen stabile und relativ hohe Anteile an Wasser bzw. Alkohol aufweisende Treibstoffe mit Oktanzahlen von Superbenzinen und darüber in gewissen Fällen auch von Dieseltreibstoffen mit guten Cetanzahlen mit im Vergleich zu herkömmlichen Kohlenwasserstoff-Treibstoffen zumindest gleichen, teilweise aber sogar besseren Eigenschaften erzielen lassen, wenn im Basis-Treibstoff ganz bestimmte Kombinationen von Zusätzen gleichzeitig mit dem als teilweisen Ersatz für den Kohlenwasserstoff-Treibstoff vorgesehenen Wasser oder Alkohol vorhanden sind.
Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe ist die erfindungsgemässe Treibstoffmischung vor allem dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Benzin, insbesondere Superbenzin, bzw. Dieselöl, Leichtöl und/oder Kerosin als Basis-Bestandteil und Wasser oder Methanol bzw. Äthanol als Kohlenwasserstoff-Substitutions-Bestandteil und mindestens zwei weiteren Komponenten aus der Gruppe Dieselöl, Butyl-Cellosolve, Kokosnussöl (Kokosfettsäure)-Sulfonat-Triäthanolamin-Salz oder (Türkisch)-Rotöl-Triäthanolamin-Salz, Triäthanolamin und Benzol, sowie gegebenenfalls Äthylenglykol, zusammengesetzt ist, wobei die Zusammensetzung der Treibstoff-Mischung vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe der folgenden Zusammensetzungen
I.
2 bis 5 Vol.-% Dieselöl (2), 2 bis 5 Vol-% Benzol (8), bis zu 40, vorzugsweise von 15
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äthanolamin (7) pro Tonne Gemisch (G) + Wasser (5) oder V. 2 bis 10 Vol.-% Dieselöl (2), 1 bis 5 Vol.-% Benzol (8), 1 bis 5 Vol.-% Butyl-Cello- solve (4), 10 bis 26 Vol.-% Methanol oder Äthanol (3) und 94 bis 54, insbesondere
80 bis 60, vorzugsweise 70 Vol.-%, Benzin und/oder Superbenzin (1), VI. 2 bis 5, insbesondere 3 Vol.-%, Butyl-Cellosolve (4), 7 bis 13, insbesondere 10 Vol.-%,
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bisX.
50 bis 75, insbesondere 65 Vol.-%, Benzin und/oder Superbenzin (1),
2 bis 5 Vol.-% Butyl-Cellosolve (4),
3 bis 5 Vol.-% Benzol (8),
42 bis 7 Vol.-% Äthanol (3),
2 bis 5 Vol.-% Türkisch-Rotöl-Triäthanolamin-Salz (6) und
1 bis 3 Vol.-% Triäthanolamin (7).
In der AT-PS Nr. 207027 sind Ottomotor-Kraftstoffe mit Zusätzen von Polyoxyalkylen-Verbindungen, zu denen das erfindungsgemäss als Komponente der neuen Treibstoffmischungen vorgesehene Cellosolve zu rechnen ist, beschrieben. Dieser Zusatz soll die Vereisung von Vergasern und Motoren infolge einer durch den Wassergehalt jedes Treibstoffes hervorgerufenen Ausbildung von Eiskristallen verhindern.
Das Ziel der Erfindung ist jedoch eine teilweise Substitution von Kohlenwassertreibstoffen durch Methanol oder Äthanol oder Wasser, die dann aber jeweils in erheblichen Mengen im Treibstoff vorhanden sind.
Gemäss der AT-PS Nr. 207027 sind zwar Verschnitte des Treibstoffes mit Benzol oder flüchtigen Alkoholen genannt, es ist dort ganz allgemein die Rede davon, dass "organische Verbindungen" als Zusatzstoffe in Frage kommen, und es sind auch Emulgatoren auf Basis von Sulfonaten als Zusätze genannt.
Die erfindungsgemässen Gemische unterscheiden sich qualitativ von jenen der AT-PS Nr. 207027 durch ihre Gehalte an Triäthanolamin, Kokosfett (säure) sulfonat-Triäthanolamin-Salz, das ebenso wie das in mehreren der erfindungsgemässen Mischungen als Komponente vorgesehene Türkisch-Rot- öl-Triäthanolamin-Salz einen ausgesprochen "sanften", motorschonenden Emulgator-Zusatz darstellt,
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und teilweise durch erhebliche, zur angestrebten Substitution von Treibstoff dienende Wassergehalte.
Die prozentuellen Anteile der Einzelkomponenten in den erfindungsgemässen Treibstoff-Mischungen sind der AT-PS Nr. 207027 nicht zu entnehmen.
In der DE-OS 2442756 ist ein Treibstoff beschrieben, in welchem als Zusatz zu Benzin und/oder Superbenzin reines Benzol vorgesehen ist. Als weiterer Zusatz ist dort ein Oberöl vorgesehen.
Es sollen mit diesem Treibstoff zwar CO-arme Abgase erreicht werden, eine Substitution von Kohlenwasserstoffen in Treibstoffen durch Wasser oder Alkohol ist aber nicht vorgesehen.
Die DD-PS Nr. 147683 bezieht sich auf die Verhinderung des Stillsetzens von Verbrennungsmotoren infolge von Eiskristallbildung, wobei dort das bei tieferen Temperaturen störende Wasser als den Verbrennungsvorgang förderndes Mittel eingesetzt ist.
Das Hauptaugenmerk ist dabei auf die Emulgatoren gerichtet, von denen einige der erfin-
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vorgesehen sein können.
Diese Umsetzungsprodukte sind aber keine Türkisch-Rotöle oder Kokosfett-Sulfonate bzw. deren Salze, die in den erfindungsgemässen Mischungen enthalten sind.
Der DD-PS Nr. 147683 ist weder eine Treibstoff-Mischung zu entnehmen, welche die Kombination der Einzelkomponenten der erfindungsgemässen Mischungen aufweist, geschweige denn die Einzelkomponenten in den beanspruchten Mengenverhältnissen.
Die flüssige Treibstoffkombination der DE-OS 2441737 offenbart Treibstoffe auf Basis von aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen und Alkoholen mit 1 bis 4 C-Atomen sowie ein vegetabilisches Öl. Die letztgenannte Komponente ist in der erfindungsgemässen Treibstoff-Mischung nicht vorgesehen ; die in den erfindungsgemässen Mischungen enthaltenen Sulfonate sind aber bestenfalls als Derivate von vegetabilischen Ölen anzusprechen.
In der DE-OS 2441737 sind die erfindungsgemässen Kombinationen von Komponenten und deren Mengenverhältnisse nicht beschrieben.
Der in der DE-AS 1920520 beschriebene Treibstoff für Ottomotoren soll als Zusatz-Komponenten ein Polyalkylenglykol ("Butyl-Cellosolve"ist diesem Begriff zuzuordnen), einen einwertigen Alkohol, der Propyl- oder Butylalkohol sein muss-also nicht Methanol oder Äthanol ein Säureamid und ein Glykoläther enthalten.
Diese Einzelkomponenten unterscheiden sich wesentlich von den Einzelbestandteilen der erfindungsgemässen Treibstoff-Mischungen, welche C, - und C 2 -Alkohole oder Wasser als echte Substitutionskomponenten und Triäthanolamin-Salze von bestimmten Säuren, also keine Amide, sind. Nicht die Substitution von Kohlenwasserstoffen durch Wasser oder Alkohol, sondern die Verhinderung von Kälte-Startschwierigkeiten üblicher Treibstoffe infolge von Eiskristallbildung ist das Ziel der DE-AS 1920520.
Auch der der DE-PS Nr. 1102477 zu entnehmende flüssige Treibstoff hat die Aufgabe, die bei Ottomotor-Vergaser-Treibstoffen in der Kälte infolge Eiskristallbildung auftretenden Probleme zu mindern, und darauf ist auch seine Zusammensetzung abgestimmt. Es ist dort ebenfalls ein Polyoxyalkylenäther als Zusatz vorgesehen. Mit der erfindungsgemässen Treibstoff-Mischung ist der in der DE-PS Nr. 1102477 geoffenbarte Treibstoff, sowohl was die Einzelkomponenten als auch deren Mengenverhältnisse betrifft, aber nicht zu vergleichen.
Schliesslich steht auch bei den in der GB-PS Nr. 906, 891 beschriebenen Treibstoffen die Vereisungsverhinderung im Vordergrund. Es ist dort zwar der Zusatz von"Butyl-Cellosolve"vorge- sehen, allerdings muss er zwingend in Kombination mit einem mehrwertigen Alkohol vorliegen.
Das Problem, das sich ergibt, wenn grössere Teile des Treibstoffes durch Alkohol (e) oder Wasser substituiert werden sollen, ist weder behandelt noch angedeutet.
Die GB-PS Nr. 906, 891 offenbart somit verständlicherweise ebenfalls weder die Kombination von Bestandteilen, welche bei den erfindungsgemässen Mischungen vorgesehen sind, noch die erfindungsgemäss bevorzugten Mengenverhältnisse.
Die Triäthanolamin-Zusätze in den Gemischen I. und X. haben unter anderem die Aufgabe,
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den PH-Wert dieser Gemische im Bereich von 7 zu halten.
Es ist günstig, vorzusehen, dass für den Winterbetrieb die jeweils in den Zusammensetzungen II, IV, VI, VII und VIII enthaltenen Mengen Wasser (5)
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für den Betrieb bei Temperaturen von unter 20 OC durch 10 bis 15 Vol.-% Äthylenglykol ersetzt sind.
Für die Mischung I ist für den Winterbetrieb vorteilhaft vorgesehen, die Komponente (2), Dieselöl in einer Menge von 2 bis 4 Vol.-% und die Komponente (8) Benzol ebenfalls in einer Menge von 2 bis 4 Vol.-% zuzusetzen.
Für den Sommerbetrieb enthält die Mischung I günstigerweise die Komponenten Dieselöl (2) und Methanol oder Äthanol (3), jeweils in Mengen von 4 bis 5 Vol.-%.
Die neuen Treibstoff-Mischungen ermöglichen Energieeinsparungen im Bereich von bis zu 40, vorzugsweise von 5 bis 35, insbesondere von etwa 30% und eignen sich zur Verwendung in herkömmlichen Explosions- und/oder Verbrennungs-Motoren, seien es nun Hub- oder Kreis-Kolben-Motoren, oder gegebenenfalls auch Turbinen-Motoren od. dgl.
Die in der erfindungsgemässen Treibstoff-Mischung enthaltenen Komponenten jeweils in den Kombinationen I bis X in Verbindung mit dem im Treibstoff vorhandenen, klar gelösten Wasser bzw. Alkohol bewirken, dass zum ersten Mal ganz gezielt eine echte Substitution der immer kostspieliger werdenden Kohlenwasser-Treibstoffe durch Wasser oder Methanol bzw. Äthanol erfolgen kann, ohne dass dabei aber eine Einbusse hinsichtlich deren Leistung oder Verhalten in Kauf genommen werden muss. Die mit dem neuen Treibstoff betriebenen Motoren brauchen, wie Tests gezeigt haben, praktisch die gleiche Menge an Treibstoffgemisch in Litern wie sie bisher konventionellen Treibstoff, also insbesondere Superbenzin, in Litern verbraucht haben. Gleichzeitig bleiben die Motoren von Ablagerungen und Korrosionen frei.
Die Motoren erweisen sich überraschenderweise auch bei Kälte und Feuchtigkeit startfreudiger als mit üblichen Treibstoffen betriebene Motoren und zeigen im Vergleich zu diesen infolge der homogenen Verbrennung wesentlich verbesserte Abgaswerte, insbesondere weitgehend verminderte CO-Gehalte im Abgas.
Diese mit den neuen Treibstoff-Mischungen erzielbaren Wirkungen dürften darauf beruhen, dass durch Wasser bzw. Alkohole infolge Radikalbildung eine wirkungsvollere Verbrennung des Basis-Treibstoffes erreicht und ein Teil des Wassers bzw. Alkohols direkt in den Verbrennungsprozess einbezogen wird, und dass durch die stabilisierende Wirkung der Emulgatoren eine Verkettung der hydrophilen und hydrophoben Bestandteile geschaffen wird, was die Korrosion herabsetzt.
Der Anteil Wasser bzw. Alkohol, der nicht direkt in den Verbrennungsprozess einbezogen ist, bewirkt einen zusätzlichen "Dampfmaschinen-Effekt" und insbesondere eine Art "innere Kühlung" des Motors.
Alle Faktoren gemeinsam, nämlich bessere Verbrennung der Basis-Kohlenwasserstoffe, die Einbeziehung von Wasser oder Methanol bzw. Äthanol in den Verbrennungsprozess, die Verringerung der notwendigen Kühlleistung sowie der Dampfmaschineneffekt, die hintangehaltene Korrosion usw. können Einsparungen von bis zu gegebenenfalls 50 % Treibstoff bringen, und es können bei den Gemischen II bis X auch Treibstoffe mit niedrigerer Qualität als Superbenzin eingesetzt werden, die Gemische haben dann Superbenzin-Eigenschaften.
Der in den Gemischen I bis VII und X enthaltene Treibstoff ist ein übliches Benzin mit ROZ von 85 bis 92 und/oder Superbenzin mit ROZ von mindestens 92 und darüber.
Beim Betrieb sind an den auf üblichen Betrieb eingestellten Motoren keine bzw. höchstens unbedeutende Einstellungs-Änderungen vorzunehmen.
Obwohl es im Motorbetrieb letztlich kaum entscheidend sein dürfte, in welcher Form die Bestandteile zu den erfindungsgemässen Treibstoff-Mischungen vermischt werden, haben sich, insbesondere, was die Stabilität beim Fördern in Leitungen, beim Pumpen, beim Transport und bei der Lagerung in den Tanks betrifft, bei bestimmten Mischungen folgende Verfahrensabfolgen als vorteilhaft erwiesen :
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Für die Herstellung der Zusammensetzung I ist es günstig, zuerst Superbenzin (1) mit Benzol (8) und Dieselöl (2) zu versetzen und danach die gewünschte Menge Methanol oder Äthanol hinzuzufügen. Es wird eine klare Lösung erhalten.
Für die Herstellung der Zusammensetzung II ist es günstig, zuerst Superbenzin (1) und Kokosfettsäure-Sulfonat-Triäthanolamin-Salz (6) und Butyl-Cellosolve (4) in beliebiger Reihenfolge zu vermischen und danach, vorzugsweise langsam, Wasser (5) zuzumischen. Es wird eine klare Lösung erhalten, die sich bei oberflächlicher Betrachtung von üblichem Benzin bzw. Superbenzin nicht unterscheidet.
Für die Herstellung der Zusammensetzung III geht man bevorzugt so vor, dass zuerst Diesel- öl (2), Methanol oder Äthanol (3) und Benzin und/oder Superbenzin (1) in beliebiger Reihenfolge vermischt werden, und danach die vorgesehene Menge Butyl-Cellosolve (4), vorzugsweise langsam, zugefügt werden.
Für die Herstellung der Zusammensetzung IV ist eine Verfahrensabfolge vorteilhaft, bei welcher zuerst Butyl-Cellosolve (4), (Türkisch)-Rotöl (6) und Benzin bzw. Superbenzin (1) miteinander vermischt werden, dann Wasser (5), vorzugsweise langsam, zugefügt wird, und schliesslich aus der trüben Mischung nach, vorzugsweise langsamem, Zufügen der kleinen, vorgesehenen Menge an Triäthanolamin (7) die klare, von üblichen Benzinen kaum zu unterscheidendes Aussehen aufweisende, erfindungsgemässe Treibstoff-Mischung erhalten wird.
Für die Zusammensetzungen V bis X ist eine Reihenfolge der Zugabe der Komponenten günstig, die deren Reihenfolge in der oben angeführten summarischen Aufzählung der Komponenten entspricht.
Für die Herstellung der Zusammensetzung Va ist es günstig, vorzusehen, dass man die Komponenten in der Reihenfolge Benzin, insbesondere Superbenzin (1), Dieselöl (2), Butyl-Cellosolve (4), Benzol (8) und Methanol oder Äthanol (3) miteinander mischt.
Die erfindungsgemässen Treibstoffe können in genau der gleichen Weise gehandhabt werden, wie alle bisher bekannten Benzine bzw. Superbenzine, es ist also mit deren Einsatz kein Mehraufwand in Fahrzeugen, Tankstellen od. dgl. verbunden.
Beim Einsatz der oben angeführten Treibstoff-Mischungen I bis X in einem mit Ottomotor betriebenen, handelsüblichen Personenkraftwagen wurde die teilweise bis auf die erste Dezimale gleiche Kilometer-Leistung erzielt wie bei Einsatz gleicher Volumina konventionellen Superbenzins ROZ 96, die speziellen Beschleunigungswerte entsprachen ebenfalls jenen bei Einsatz handels- üblichen Superbenzine (ROZ 96). Auch in einem dieselben betriebenen Personenkraftwagen konnte bei Einsatz der Mischung IX mit Diesel kein Unterschied zum üblichen Dieselbetrieb festgestellt werden.
Wie allerdings beobachtet werden konnte, sind vom vorherigen Betrieb mit üblichem Supertreibstoff herrührende Ablagerungen im Motorraum, an den Ventilen usw. nach kurzer Gebrauchsdauer der erfindungsgemässen Mischungen weitestgehend verschwunden gewesen.
Beispiel 1 : Es wurden, bezogen auf die endgültige Zusammensetzung in der angegebenen Reihenfolge 70 Vol.-% Superbenzin ROZ 98 (1) mit 5 Vol.-% Dieselöl (2), 2, 5 Vol.-% Butyl-Cellosolve (4) und 2, 5 Vol.-% Benzol vermischt und dann das Methanol zugemischt.
Die erhaltene Treibstoff-Mischung war transparent und klar und unterschied sich im Aussehen nicht von ungefärbtem Superbenzin.
Die Ergebnisse der praktischen vergleichenden Kilometer-Leistungs- und Beschleunigungstests in einem Personenkraftwagen ergaben, dass sich die oben angeführte Mischung in ihrer Leistung nicht von der Leistung von Superbenzin als Treibstoff unterschied. Das Treibstoff-Gemisch erfüllte, wie entsprechende Tests zeigten, auch die Anforderungen an flüssige Kraftstoffe gemäss DIN-Norm 51600 [1976].
Enthielt die obenangeführte Zusammensetzung statt Methanol Äthanol, so wurden praktisch die gleichen Resultate erhalten wie bei Methanol.
Beispiel 2 : Es wurden 72 Vol.-% Superbenzin'ROZ 98 (1), 3 Vol.-% Butyl-Cellosolve (4),
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zugemischt und eine klare, von ungefärbtem handelsüblichem Superbenzin nicht unterscheidbare Treibstoff-Mischung erhalten.
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Die Ergebnisse der praktischen vergleichenden Kilometer-Leistungs- und Beschleunigungstests in einem Prsonenkraftwagen ergabe, dass sich die oben angeführte Mischung in ihrer Leistung nicht von der Leistung von Superbenzin als Treibstoff unterschied.
Die Mischung dieses Beispiels erfüllte ebenfalls die DIN-Form 51600 [1976].
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