DD147854A5 - Kraftstoffe und ihre verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Kraftstoffe fuer Verbrennungsmaschinen wie Otto-und Dieselmotoren sowie Rotationskolbenmaschinen und Turbinen, die in den fuer die jeweiligen Aggregate ueblichen Treibstoffen Emulgatoren bzw. Emulgatormischungen und Wasser sowie gegebenenfalls Alkohole enthalten.

Description

Berlin, den 12.5.1980 AP C 10 L/217 654 56 599 /11

Kraftstoffe und ihre Verwendung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kraftstoffe für Verbrennungskraftmaschinen wie Otto- und Dieselmotoren sowie Rotationskolbenmaschinen und Turbinen, die in den für die jeweiligen Aggregate üblichen Treibstoffen Emulgatoren bzw. Emulgatormischungen und Wasser sowie gegebenenfalls Alkohole enthalten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Verwendung von Wasser und Emulgatoren in Kraftstoffen zur Förderung der Verbrennung ist bereits bekannt geworden (DE-OS 1 545 509 und DE-OS 2 633 462). So wird z. B. das Klopfverhalten von B_enzi_n i_n höherverdichteten Motoren durch Wasser stärker positiv beeinflußt als durch den vielfach vorgeschlagenen Methanolzusatz (Motorzeitschrift, Jahrgang 37, Nr, [ S. 187 (1976); SAE-Veröffentlichung 750 123). Bei den dabei bisher eingesetzten Emulgatoren mußte jedoch eine ^eihe von zum Teil erheblichen Nachteilen in Kauf genommen werden, insbesondere die mangelhafte Kältestabilität.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von neuen Kraftstoffgemischen, welche neben den üblichen Treibstoffen Emulgatoren, Wasser sowie gegebenenfalls Alkohole enthalten, die in ihren Eigenschaften ebenso gut oder besser als die gebräuchlichen Treibstoffe sind und eine gute Kältestabilität besitzen,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, geeignete Emulgatoren sowie geeignete Mischungskomponenten und Mischungsverhältnisse aufzufinden.

Es wurden nun Kraftstoffe für Verbrennungskraftmaschi nen, die einen nichtionischen Emulgator, Wasser und gegebenenfalls einen Alkohol enthalten, gefunden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie als Emulgator ein Anlagerungsprodukt von Äthylenoxid oder Propylenoxid an ein Carbonsäureamid mit 8-22 Kohlen stoffatomen enthalten.

Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Kraftstoffe

40-95 Gew.-% Kohlenwasserstoffe, 0,5-6 Gew.-% eines nichtionischen Emulgators

der Formel

(i)

in der

R für einen gegebenenfalls substituierten., geradkettigen oder ver

zweigten oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest steht,

Y die Gruppierung -CH₀-CH-O- bedeu-

^Z I

tet, wobei R₉

R₂ Wasserstoff oder Methyl bedeutet, und in der

η für eine ganze Zahl von 1 bis

steht, und Le A 19 300

R₁ Wasserstoff darstellt oder die Bedeutung der Gruppierung ^Yf_n ^H hat,

0-20 Gew.-% eines 1 - 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkohols, der geradkettig oder

verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein kann, und

0,5 - 35 Gew.-% Wasser.

Besonders bevorzugt ist eine Kraftstoffzusammensetzung mit 60 - 95 Gew.-% eines Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches, 1,0 - 3,5 Gew.-% eines oder mehrerer Emulgatoren der Formel (I), gegebenenfalls 0,5 - 10

Gew.-% eines C₁-C₀-AIkOhOIs und Wasser als Rest, ι ο

Die in den erfindungsgemäßen Kraftstoffen enthaltenen Kohlenwasserstoffe sind im allgemeinen die für diesen Zweck üblichen Gemische, wie sie mit ihren physikalischen Daten in der DIN-Vorschrift 51 600 oder in der United States Federal Specification W-M-561 a-2, 30. Oktober 1954, gekennzeichnet sind. Es sind aliphatische Kohlenwasserstoffe vom gasförmigen, gelösten Butan bis zu C-Q-Kohlenwasserstoffen (als Restfraktion des Dieselöls), z.B. cycloaliphatische, olefinische und/oder aromatische Kohlenwasserstoffe, natürliche naphthenbasische oder raffinierte technische Kohlen-Wasserstoffe. Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen keine Bleialkyle und ähnlich giftige Additive.

Der nichtionische Emulgator stellt vorzugsweise ein Fettsäureamid dar, das durch Anlagerung von 1 bis 50 Mol Äthylenoxid oder Propylenoxid an ein Fettsäureamid zustandegekommen zu denken ist, mit der Formel

Le A 19 300

217 654

R-C

in welcher R, R₂ und η die oben angegebene Bedeutung haben.

Der Rest R bedeutet im allgemeinen den Rest einer gesättigten oder ungesättigten Carbonsäure, die hinsichtlich ihres Molekülaufbaus in weitesten Grenzen variiert werden kann. Beispielsweise seien Fettsäuren genannt, wie z.B. Octan-, Decan-, Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Behen-, Arachinsäure oder Ölsäure, Erucasäure, Rizinolsäure oder deren Gemische, wie sie z.B. im Kokosfett, Palmöl, Sonnenblumenöl, Safloröl, Sojaöl, Rizinusöl, Walöl, Fischöl, Talgfett, Schweinefett vorkommen.

Die vorgeschlagenen Emulgatoren der Formel (I) sind bereits bekannt (vgl. M.J.Schick, Nonionic Surfactans, Volume 1, Seite 209-211'; M.Dekker, New York 1976); sie sind physiologisch sehr verträglich (Verwendung in Handwaschmitteln) und biologisch abbaubar. Die Rohstoffe von der Fettseite her sind in großer Menge vorhanden und auf lange Zeit auch vermehrbar, da sie von fossilen Lagerstätten unabhängig sind. Selbstverständlich sind auch synthetische Säuren einsetzbar, wie sie bei der Paraffinoxidation oder bei der Oxidation vons£- Olefinen oder Tri- und Tetrapropylen entstehen. Werden die' Amide aus den natürlichen Triglyceriden hergestellt, so können die Monoglyceride dieser Fette noch enthalten sein, wenn nur zwei der Fettsäurereste des Triglycerids für die Amidbildung genutzt werden.

Le A 19 300

21 765

Der Oxiäthylierungsgrad, d.h. Art und Zahl der Gruppierungen Y der Formel (I), ist in weiten Grenzen variierbar. Vorteilhafterweise werden als Emulgatoren Verbindungen der Formel (I) eingesetzt/ die Addukte von 1-3 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Carbonsäureamid und/oder von 5-25 Mol Äthylenoxid und/oder Propylenoxid an 1 MqI Carbonsäureamid darstellen. Beispielsweise kann dabei der Gehalt an 1-3:1-Addukt 15-70 Gew.-% und der Gehalt an 5-25:1-Addukt 30 - 85 Gew.-% des erfindungsgemäßen Kraftstoffs betragen. Besonders bevorzugt ist der Emulgator das Addukt von 1-2 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Fettsäureamid (gegebenenfalls vermischt mit herstellungsbedingten Anteilen eines Fettsäuremonoglycerids) und/oder das Addukt von 5-10 Mol Äthylenoxid und/oder Propylenoxid an 1 Mol Fettsäureamid und gegebenenfalls das Addukt von 20 - 30 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Fettsäureamid.

Die Herstellung der Emulgatoren geschieht am vorteilhaftesten über die Fettsäuren und Äthanolamin (vgl.

M.Schick, Nonionic Surfactants, a.a.0, S. 213 - 214). Aus diesen Komponenten läßt sich durch Wasserabspaltung bei 16O-18O°C in etwa 60 - 90 Minuten ein erfindungsgemäßes, 1 Mol Äthylenoxid enthaltendes Fettsäureamid mit sehr hohem Reinheitsgrad herstellen. Wenn man vom Fettsäureamid ausgeht, (vgl. M.Schick, Nonionic Surfactants, a.a.O., S.213) addiert man 1 Mol Äthylenoxid, vorteilhaft bei erhöhter Temperatur, z.B. bei 100 - 140°C, eventuell unter schwach saurer oder schwach basischer Katalyse. Zur Erzielung einer größeren Gleichmäßigkeit der Produkte kann es zweckmäßig sein, erst vom 1:1 Addukt an mit den üblichen Oxialkylierungskatalysatoren, wie Natriumhydroxid, Natriummethylat, Kaliumhydroxid,zu arbeiten und die gewünschte Menge Äthylenoxid unter Druck zu addieren.

Le A 19 300

217654

Wenn vcm natürlidien Fett ausgegangen wird, setzt man dieses mit Mol Äthanolamin um. Nach etwa 2-5 Stunden und ca. 140 - 180°C Reaktionstemperatur können im allgemeinen kein Äthanolamin und kein Triglycerid mehr nachgewiesen werden. Diese 1:2 Mol-Mischung von Fettsäure-monoglycerid,und Fettsäureamid-1:1-Äthylenoxid-Addukt kann vorteilhafterweise in einer Menge von 15-70 Gew.-% des nichtionischen Emulgators eingesetzt werden.

Die nichtionischen Emulgatoren können von der technischen Herstellung her Verunreinigungen enthalten, die aus Verunreinigungen im Vorprodukt, z.B. aus dem Äthylenoxid stammen, durch Feuchtigkeit bedingt sind oder aus dem Oxiäthylierungskatalysator herrühren. Es handelt sich dabei bevorzugt um Polyäthylenglyko-Ie, die für die Verschlechterung der Emulsionsqualität und für die Bildung eines wäßrigen Bodensatzes verantwortlich sein können. Falls sie in Mengen von über 1 % in den Emulgatoren vorliegen, empfiehlt es sich, sie durch eine der bekannten Reinigungsoperationen für nichtionische Emulgatoren zu entfernen z.B. gemäß DE-PS 828 839. Hierfür eignet sich im technischen Maßstab vorzugsweise eine neuartige Reinigungsmethode, wie sie in Patentanmeldung P 28 54 541.7 vorgeschlagen wird.

Von den niederen Alkoholen wird in den erfindungsgemäßen Kraftstoffen Gebrauch gemacht, um die Spontanität der Emulsion, die Kältestabilität und die Temperaturabhängigkeit bei der Emulgierung des Wassers zu steuern. Die Spontanität läßt sich im allgemeinen mit Hilfe von Mischemulgatoren verschiedener Ionogenität hervorrufen. Da in einem Motorentreibstoff aus Korrosionsgründen nur nichtionische und. rückstandsfrei verbrennbare Emulgatoren ohne Schwierigkeiten verwendet werden können, muß es als

Le A 19 300

217654

ausgesprochen überraschend bezeichnet werden, daß mit den erfindungsgemäßen Emulgatoren spontane Wasser-in-Öl-Emulsionen erhalten werden. Die erfindungsgemäßen Kraftstoffe weisen infolgedessen eine erheblieh verbesserte Kältestabilität auf, die nicht nur darin besteht, daß die Bildung von Eiskristallen verhindert wird, sondern auch auf das Nichtzustandekommen von Gelstrukturen, die einen unkontrollierten Viskositätsanstieg verursachen können, zurückzuführen ist.

Als Alkohole seien geradkettige oder verzweigte aliphatische Alkohole sowie cycloaliphatische Alkohole genannt wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, Amylalkohol, iso-Amylalkohol, Hexylalkohol, 1,3-Dimethyl-butanol, Cyclohexanol, Methylcyclohexanol, Octanol, 2-Äthyl-hexanol. Auch Gemische dieser Alkohole sind gut verwendbar. Bevorzugt werden technisch gut zugängliche Alkohole eingesetzt, z.B. Methanol, Äthanol, Isopropanol, iso-Butanol, 2-Äthylhexanol.

Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Emulsion wird durch Verrühren des Wassers in die Lösung des Emulgators in dem gegebenenfalls Alkohol enthaltenden Kohlenwasserstoff hergestellt, wobei vorzugsweise keine weitere Verteilungsenergie liefernden Maschinen eingesetzt werden. In einer Abwandlung hiervon kann der Emulgator, wahlweise auch der Alkohol, auf Benzin und/ oder Wasser verteilt werden.

Le A 19 300

-8-217 654

Nach Bildung der Emulsion ist es zweckmäßig, die Viskosität der Emulsion nicht "auf wesentlich'höhere Werte als Io mPA s (vgl.DIN-Vorschrift 9040) ansteigen zu lassen, denn eine Viskosität von über 100 PA s kann bereits dazu führen, daß die normalen Filter, Pumpen und Düsen der Kraftfahrzeuge nicht mehr störungsfrei passiert werden können. Vorzugsweise empfiehlt es sich daher, für die erfindungsgemäßen Kraftstoffe eine Viskosität von 5 m PA s,z.B. für Benzinemulsionen unter 2 m PA s, einzuhalten. Die Viskosität sollte auch bei Abkühlung auf ca. -15°C nicht wesentlich ansteigen, und die Emulsion soll stabil bleiben.

Die für die erfindunasaemäßen Kraftstoffe als Emulgatoren einzusetzenden Monoamide, insbesondere solehe der Formel (II), zeigen eine ausgeprägte Rostschutzwirkung. Bislang beispielsweise eingesetzte Methylpolyätheramide sind demgegenüber weitgehend wirkungslos. Die übrigen bisher für den Einsatz in Kraftstoffen beschriebenen Emulgatoren zeigen - wahrscheinlich aufgrund ihrer entfettenden Wirkung - in Gegenwart von Wasser eine eher vermehrte Rostbildung.

Weiterhin führt der erfindungsgemäße Emulgatortyp weder bei den mit dem Kraftstoffsystem in Berührung kommenden Kunststoffteilen noch den Lackflächen zu vermehrten Quellungen oder Ablösungen, wie dies bei den Estern der Polyäther beobachtet werden kann.

Le A 19 300

217654

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffe besteht darin, daß der Einsatz von Bleitetraalkylen mit dem dafür geforderten extrem niedrigen Wert für die Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK-Wert) von 0,01 ppm vermieden werden kann. Es können weiterhin die zur Entfernung des Bleioxids im Motor notwendigen "Fluide" (oder sog. Scavenger, vgl. Chemiker-Zeitung 97 (1973) Nr. 9, S. 463) entfallen, die in den letzten Unfallverhütungsvorschriften in die Klasse III B eingestuft worden sind {Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaft der chemischen Industrie, Anlage 4, MAK-Werte-Liste vom 01.10.1978)."

Weiterhin vermindert die Erniedrigung der Temperatur des Verbrennungsvorganges die Schadstoffmengen im Ab-· gas (z.B. den NO-Gehalt) und wegen dieser "eingebauten Kühlung" kann mit dem "abgemagerten" Gemisch sparsam gefahren werden. Es ist nicht mehr notwendig, die Brennraumtemperatur durch ein "fettes" Gemisch, das einem unnötig erhöhten Treibstoffverbrauch entspricht, herabzusetzen. Da die Zusätze Emulgatoren sind, wird auch die Aggregatverschmutzung durch ihre Detergent-Wirkung vermieden.

Das Verhältnis von genutztem und nur maschinen-technisch notwendigem Treibstoff ist natürlich bei schnelllaufenden Antriebsaggregaten besonders ungünstig, wie z.B. beim Wankelmotor und bei Turbinen, die ihre Antriebskraft nur bei hohen Umdrehungszahlen entfalten. Außerdem führen die notwendigen Verbrennungswärmen hier schnell zu Wärmestauproblemen und damit auch zu ungünstigen Abgaswerten. Hier ist der Einsatz der er-

Le A 19 300

-ίο- 217654

findungsgemäßen Treibstoff-Wasser-Emulsion besonders dazu geeignet, einen günstigeren spezifischen Verbrauch zu erzielen und die Wärme- und Abgasprobleme zu lösen.

Ein weiterer Vorteil der Emulgatoren und Wasser sowie gegebenenfalls Alkohole enthaltenden erfindungsgemäßen Kraftstoffe besteht darin, daß ihre elektrostatische Aufladung stark herabgesetzt ist, so daß eine wesentliche Gefahr beim Umgang mit Treibstoffen herabgesetzt wird (vgl. Haase, Statische Elektrizität als Gefahr, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstraße 1968, insbesondere Seite 69, 96 - 99, 114 und 115). Die elektrostatische Aufladung der erfindungsgemäßen Treibstoffe ist so gering, daß keine gefährlichen Entladungen mehr auftreten können. Das verwendete Normalbenzin zeigt bei 20 C für den spezifischen Durchgangswiderstand Werte um 1.10 ^2· cm, der erfindungsgemäße Treibstoff dagegen weist im allgemeinen einen spezifischen Durchgangswiderstand von kleiner als 1.10 ß-cm, beispielsweise 1.10 bis 1.10 £2·cm, auf. Bevorzugt beträgt der spezifische Durchgangswiderstand der erfindungsgemäßen

ο q j_

Kraftstoffe 1.10 bis 9.10 i<· cm. Bei Werten von unter 10 J2«. cm findet keine Gefährdung durch elektrostatische Aufladung beim Abfüllen, Umfüllen und Auslaufen mehr statt.

überraschenderweise bleibt trotz des zum Teil erheblichen Wassergehalts die Brennbarkeit des Treibstoffes - sogar unter Herabsetzung der Rußentwicklung erhalten. Für erfindungsgemäß zusammengesetzte Dieselkraftstoffe wird die Toleranzgrenze im Treibstoff-Luft-Verhältnis bis zum stark belästigenden, rußigen Qualmen der Dieselfahrzeuge weit nach oben verschoben.

Le A 19 300

-11-2 17 65 4i2.5.198O

AP C 10 L/217 56 599/11

Die Zündwilligkeit der erfindungsgemäßen Treibstoffemulsionen ist in keiner ^v'eise beeinträchtigt, so daß Fahrzeuge auch nach vielwöchiger, im Freien verbrachter Pause ohne Verzögerung beim Starten anspringen. Diese Betriebssicherheit wird auch durch die hervorragende Lagerstabilität der erfindungsgemäß einzusetzenden Emulsionen erreicht, die weder im Vergaser noch in der Benzinpumpe oder im ^ri'ank V/asser - a,uch nicht in geringen Mengen - absetzen. Die bekannten Schwierigkeiten beim Starten und die Zündaussetzer beim Fahrbetrieb entfallen infolgedessen. Bisher bekannte Emulgatcrsysteme neigen - insbesondere wegen der in ihnen enthaltenen Nebenprodukte - zur ^ildung dieser sog. Wassersümpfe.

Schließlich wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Kraftstoffe auch noch eine Verbesserung der Oktanzahl erreicht,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen ^Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die in den folgenden -Beispielen enthaltenen Prozentangaben sind, soweit nichts anderes gesagt ist, Gewichtsprozent«

217654

• Beispiel 1

In einem Normaltreibstoff käuflicher Qualität (spe-

1 2

zifischer Durchgangswiderstand 1.10 Q- cm) werden 2,4 % eines nichtionischen, von Polyäthylenglykol gereinigten ölsäureamids mit 7 Mol Äthylenoxid (Addukt aus 7 Mol Äthylenoxid an 1 Mol ölsäureamid), 0,6 % eines Kokosfettsäureamids mit 1 Mol Äthylenoxid (frei von Esteranteilen) und 1,5 % Isobutanol gelöst.

Unter Rühren mit einem Rührwerk (ca. 200 - 300 U/Min.) läßt man in die Benzin-Emulgator-Lösung (70,5 % Normalbenzin) 2,5 % Wasser einlaufen. Wenn die Emulsion durch und durch umgewälzt worden ist, ist ein opalmilchiger Treibstoff zur Verwendung fertig. Unter dem Mikroskop sind bei 900-fächer Vergrößerung nur gleichmäßige, feinste Tröpfchen und keine, vom Objektträger breitgedrückten Wasserinseln sichtbar. Der so hergestellte Kraftstoff besitzt einen spezifischen Durchgangswiderstand von 3.10 £2· cm.

Die Viskosität bei 20°C betrug "σ/96 m PA s und die Durch- *® laufzeiten durch ein Boschbenzinfilter unterschieden sich nicht von der einer gleichen Menge Benzin. Ein Opel Kadett von der Leistung 4 5 PS mit 1,1 Liter Hubraum wurde auf einem HPA-Testgerät (Rollenprüfstand) 15 Minuten bei 100 km/h Geschwindigkeit und mit einem Widerstand von 20 kg auf den Rollen geprüft.

Der Treibstoff wurde dem Vergaser separat aus einem Meßgefäß zugeführt. Der höheren Oberflächenviskosität und höheren Dichte entsprechend wurden die Leerlaufund die Vollastdüse etwas vergrößert. Die Außentempe-

Le A 19 300

- 217654

ratur betrug 14 C. Aus der gemessenen Treibstoffmenge und der bei ca. 100 km/h zurückgelegten Kilometerzahl wurde folgender Verbrauch ermittelt:

Treibstoffemulsion 8,84 1 für 100 km

Normal-Benzin (ohne die obigen Zusätze)

10,47 1 für 100 km

Mit einer Tankfüllung der Treibstoffemulsion konnte der Wagen gefahren und nach beliebigem Stehenlassen direkt wieder gestartet werden. Die CO-Abgaswerte Iagen bei 2,5 Vol-%.

Beispiel 2

3 % des in Beispiel 1 verwendeten Emulgators ölsäureamid mit 7 Mol Xo (= Äthylenoxid) wird in 72 % Normalbenzin gelöst und durch langsames Einrühren von 25 % Wasser zu einer Emulsion der gleichen Qualität wie in Beispiel 1 verarbeitet. Diese Emulsion ist bei Temperaturen über 15°C für Vergasermotoren einsatzfähig·. .

Beispiel 3

Werden der Treibstoffemulsion aus Beispiel 2 noch 0,3 % des 1:1-Addukts aus Rizinusölsäureamid und Äthylenoxid (ÄO) zugegeben, so bleibt die Gebrauchsfähigkeit bei O⁰C erhalten.

Le A 19 300

- 14 - 217 654

Beispiel 4

Zur Herstellung eines Treibstoffes wurden in eine Mischung aus 70 % bleifreiem Normal-Benzin, 2,4 % ölsäureamid mit 7 Mol Äthylenoxid, 0,6 % technischem Kokosfettsäureamids mit 1 Mol ÄO (hergestellt durch Erhitzen von 1 Mol Kokosfett mit 2 Mol A'thanolamin auf 160°C bis kein freies Amin mehr titriert werden konnte) und 5 % eines Gemisches aus Methanol und iso-Butanol (4:1) unter gutem Rühren bei Außentemperaturen von ca. 15 C 22 % Wasser einemulgiert.

Es wurde eir.a stabile, opal-milchige Emulsion erhalten, die eine Viskosität von unter 1. m PA s aufwies und auch bei -10°C noch keine gelartigen Schlieren bildete.

Mit diesem Treibstoff wurde ein Kraftfahrzeug vom Typ Fiat 128, mit 55 PS Leistung und 1180 ecm Hubraum, betankt, das bis dahin mit Superkraftstoff gefahren worden war. Bei leichter Erhöhung des Saugdruckes im Vergaser durch eine teilweise Betätigung des Chokes konnte mit dem Fahrzeug ein lebhafter Stadtverkehr ohne nennbare Einbußen der Fahreigenschaften absolviert werden. Ein Beschleunigungsklopfen (Klingeln), wie es bei Benzin ungenügender Qualität festgestellt wird, ließ sich weder bei kaltem noch betriebswarmem Motor beobachten. Auffallend war die geringe Verschmutzung der Kerzen nach dem Kurzs treckenverkehr.

Le A 19 300

- 217

Beispiel 5

Mit dem wie folgt hergestellten Treibstoff wurde ein 1,7 Liter-Opel Rekord gefahren:

Eine Mischung aus 67 % eines bleifreien Normalkraft-Stoffes, 2,25 % ölsäureamid mit 7 Mol Äthylenoxid (gereinigt), 0,75 % eines technischen Kokosfettsäureamids mit 1 Mol Äthylenoxid (hergestellt durch Amidierung von 1 Mol Kokosfett mit 2 Mol Äthanolamin bei 160 - 170°C) und 5 % eines Alkoholgemisches aus Methanol, Isobutanol, 2-Äthylhexanol (17:2:1) wurde bei 11 - 14°C (Erdtankt* unter Rühren emulgiert.

bei 11 - 14°C (Erdtanktemperatur) mit 25 % Wasser

Der Treibstoff bildete eine opal-milchige Wasser-in-Öl-Emulsion und hatte eine Viskosität von 1 ,1 m PA s, die auch bei -15°C keine gelartigen Schlieren zeigte.

Im Vergaser des Fahrzeugs wurden die Leerlauf- und die Hauptdüse durch Düsen mit ca. 10 % und 15 % erweitertem Durchmesser ersetzt. Bei normalem Mischbetrieb von. Stadtverkehr und Autobahn wurde ein Verbrauch von 10,7 - 11,7 1 ermittelt. Dieser Verbrauch wurde vorher auch mit Benzin gemessen. Das Fahrverhalten und die Höchstgeschwindigkeit entsprach der vorher mit verbleitem Benzin gemessenen. Die Beobachtung des Zustandes der Kerzen wies auf eine saubere, rückstandsfreie Verbrennung bei diesem gemischten Verkehr hin. Abgasmessungen zeigten einen CO-Wert

Le A 19 300

217654

von 0,5 - 1,0 % an, während das gleiche Fahrzeug mit Superbenzin bei CO-Werten von 3,5 - 4,5 % lag. Beim Dauerbetrieb konnte eine weniger starke Aufheizung des Motors beobachtet werden, als beim Fahren mit vorgeschriebenem Benzin gemessen wird.

Beispiel 6

Zur besseren Handhabung der hochviskosen Emulgatormischung aus Beispiel 5 werden die 3 % Emulgator mit 3 % Benzin und 3 % Wasser zu einer klaren, niedrigviskosen Lösung formiert. Diese kann dann leicht, eventuell unter Verwendung mechanischer Dosiervorrichtungen, in 64 % Benzin klar gelöst werden und direkt anschließend mit 22 % Wasser emulgiert werden. Man erhält den Treibstoff nach Beispiel 5 in der gleichen Zusammensetzung und Qualitat.

Beispiel 7

Für den Betrieb eines Dieselmotors wurde der folgende Treibstoff hergestellt:

70,5 % handelsübliches Dieselöl, 2,3 % Stearinsäureamid und 5 Mol Äthylenoxid (gereinigte Ware), 0,7 % Kokosfettsäureamid und 1 Mol Äthylenoxid und 1,5 % Isobutanol werden miteinander gelöst, und sodann werden 25 % Wasser einemulgiert. Es genügt die Anwendung eines einfachen Rührwerkes.

Le A 19 3OO

- 21 7654

Diese Emulsion kann direkt verwendet werden oder bei Erwartung von tiefen Außentemperaturen noch mit 5 % Methanol vermischt werden. Ein Wagen mit einem 2-Liter-Dieselmotor konnte ohne Beeinträchtigung betrieben werden.

Der Treibstoff ließ sich mit dem Rizinusfettsäureamid mit 1 Mol Äthylenoxid, das in technischer Qualität aus 1 Mol Rizinusöl und 2 Mol Äthanolamin bei 160 - 180°C in etwa 5 Stunden herstellbar ist, in der gleichen Qualität erhalten, wenn dies anstelle des Kokosfettsäureamids mit 1 Mol ÄO eingesetzt wurde.

Beispiel 8

Es wird wie in Beispiel 7 verfahren, wobei jedoch ein Dieselöl der folgenden Zusammensetzung eingesetzt wird:

67,5 % Dieselöl

1,8% Stearinsäurearaid mit 5 Mol ÄO

0,5 % Stearinsäureamid mit 20 ÄO

0,7 % Kokosfettsäureamid mit 1 ÄO

0,5 % 2-Äthylhexanol,

29 % Wasser.

Ohne die Schwierigkeiten, wie sie durch einen instabilen und sich in Schichten trennenden Treibstoff entstehen können, ist dieser Treibstoff in einem dieselbetriebenen Fahrzeug verwendbar.

Le A 19 300

-217

Beispiel 9

67 % Normalbenzin wurden mit 1,8 % Kokosfettsäureamid + 2 Mol ÄO {hergestellt aus Kokosfettsäuren und Diäthanolamin im Verhältnis 1:1), 1,2 % ölsäureamid und 7 Mol ÄO (gereinigt) und 5 % Alkoholgemisch (84 % Methanol, 10 % Isobutanol, 6 % 2-Äthylhexanol) vermischt und anschließend mit 25 % Wasser versetzt, das eingerührt wurde. Mit diesem niedrigviskosen und stabilen Treibstoff lassen sich die in Beispiel 4, 5 und 6 beschriebenen Fahrzeuge in gleicher Weise wie dort beschrieben, betreiben.

Die gleichen guten Ergebnisse werden erzielt, wenn anstelle des Alkoholgemisches 1,5% Isopropanol verwendet werden (unter Erhöhung des Benzinanteils auf

Beispiel 10 -

Ein Normalbenzin, das frei von Bleialkylen und dessen "Fluiden" ist, wird mit einem Anteil von 79 % eingesetzt; darin werden 1,2 % Additionsprodukt aus 1 Mol ölsäureamid und 7 Mol Äthylenoxid (durch Reinigung weniger als 0,8 % PEG (Polyethylenglykol) und weniger als 0,07 % Salze enthaltend) und 1,8 % Kokosfettsäurediäthanolamid gelöst. Durch Einrühren von einer Mischung aus 15 % Wasser und 4 % Methanol stellt man eine opale Emulsion her. Die Dichte liegt bei 0,778. Dieser Treibstoff wurde in einem 1,7 1 Opel Rekord gefahren; die Leistungen entsprachen dabei den für dieses Fahrzeug vorgeschriebenen. Der Verbrauch ist der gleiche wie für die üblichen (Wasser- und Emulgator-freien) Kraftstoffe. Nach einer Nacht im Freien,

Le A 19 300

217654

bei der die Morgentemperatur -19 C betrug, ließ sich der Motor nach wenigen Sekunden problemlos starten. Eine Vergleichsmessung des Abgaswertes lag für Wasser- und Emulgator-freies Benzin bei 1,5 % CO, für den erfindungsgemäßen Kraftstoff bei 0,1 % CO (gemessen bei betriebswarmem Motor im Leerlauf). Dabei wurde keine Erhöhung des NOp-Wertes gemessen.

Beispiel 11

Der erfindungsgemäße Kraftstoff des Beispiels 10 wurde in einem 3 Jahre alten Fahrzeug auf den CO-Gehalt im Abgas bei betriebswarmem Motor im Leerlauf gemessen. Der Wert betrug 0,3 % CO. Normalbenzin ergab 3.0 % CO. Mischungen dieses Benzins mit 15 % Methanol bzw. 15 % Äthanol führten zu CO-Werten, die weniger als 0,3 % vom Wert des Normalbenzins abweichen (Angaben in der DE-OS 2 806 673, Figur 2, bestätigen unsere Messungen für Äthanol). -

Beispiel 12

Bleifreies Normalbenzin wurde zu einem erfindungsgemäßen Kraftstoff wie folgt verarbeitet: 80 % Normalbenzin, 1,2.# Addukt aus 1 Mol Ölsäureamid + 7 Mol ÄO, 1,8 % Kokosfettsäurediäthanolamid (aus Kokosfett und Diäthanolamin hergestellt) wurden vermischt; sodann wurden unter Rühren 15 % Wasser, 2 % Methanol und 1 % Äthanol einemulgiert. Dieser opale Treibstoff bringt in einem Mercedes 250 mit 95 kw (130 PS) Motorleistung die Höchstgeschwindigkeit. Dafür wurde die Hauptdüse dem etwas veränderten Verhalten des Treibstoffes durch Erweiterung von 97,5 auf 105 angepaßt. Der Verbrauchs-

Le A 19 300

wert war, auf einem Rollenstand bei hoher Belastung (180 kp) ermittelt, dem Superbenzin gleichzusetzen. Ein Motorklopfen war trotz des Normalbenzineinsatzes nicht zu beobachten.

Es wurden die gleichen Ergebnisse erzielt, wenn ein oxyalkyliertes ölsäureamid (aus Ölsäure, Aminopropanolamin durch Wasserabspaltung und anschließende Oxyäthylierung mit 6,5 Mol Äthylenoxid hergestellt) verwendet wurde anstelle der 1,2 % des Ölsäureamids niit 7 Äthylenoxideinheiten.

Beispiel 13

Für den Betrieb eines Kleinlastwagens wurde folgender Dieselkraftstoff formuliert: In 82,5 % Dieselöl mit 0,9 % Additionsprodukt aus 1 Mol Ölsäureamid + 7 Mol ÄO, 2,1 . % Kokosfettsäurediäthanolamid (aus Kokosfett und Diäthanolamin hergestellt) und 0,5 % 2-Äthylhexanol wurden 14 % Wasser einemulgiert. Mit diesem Kraftstoff konnten im Kurzstreckenverkehr befriedigende Fahr- und Verbrauchswerte erzielt werden. Gegenüber dem üblichen Dieselkraftstoff wurde jedoch beim Entnehmen eines Teilstroms aus den Abgasen über ein weißes Filterpapier innerhalb von 3 Minuten nur eine kaum merkliche Anschmutzung beobachtet, während der Dieselkraftstoff ohne Emulgatoren und Wasser eine starke Schwärzung des Filters verursachte.

Le A 19 300

21 76

Beispiel 1 4 "

Einem Aromaten- und Additiv-freiem Benzin wurden 2o % Toluol zugemischt. In 85 % dieser Mischung wurden 1,8 % Kokosfettsäurediäthanolamid und 1,2 % ölsäureamid mit 7 ÄO gelöst; darin wurden 10 % Wasser und 2 % Äthanol emulgiert.

Mit dieser opalen Kraftstoffemulsion wurde in einem . VW-Fahrzeug -(1,6 Liter Motor, 62 kw (85 PS)) unter DIN-Verbrauchsbedingungen 8,4 Liter/1oo km verbraucht. I^m Kurzstreckenverkehr lag dieser Wert bei 9,1 1/100 km. • Mit Normalbenzin wurden unter den gleichen Bedingungen dieselben Verbrauchswerte gemessen.

Wenn der in diesem Beispiel beschriebene Kraftstoff direkt nach der Herstellung mit dem genannten Benzingemisch im Verhältnis 1 : 1 verdünnt wurde, ließen sich dieselben Werte bei einem störungsfreien Fahrverhalten erzielen.

Beispiel 15

In 75 % der Benzinmischung des Beispiels 14 wurden 2 % eines Kokosfettsäureäthanolamids, das unter den üblichen Oxyäthylierungsbedingungen mit einem Mol Äthylenoxid zur Reaktion gebracht worden war, und 1 % Ölsäureamid mit 7 ÄO gelöst. Darin wurde eine Mischung aus 10 % Wasser und 2 % Äthanol emulgiert. Mit dem Kraftstoff wurden dieselben Werte wie in Beispiel 14 erreicht.

Le A 19 300

Claims (4)

1. -22-2 1 7 654 12,5.1980

   AP C 10 L/217 56 599 / 11

   Erfindungsanspruch

   1» Kraftstoffe für Verbrennungskraftmaschinen, die einen nichtionischen Emulgator, Wasser und gegebenenfalls einen Alkohol enthalten, gekennzeichnet dadurch, daß sie als Emulgator ein Anlagerungsprodukt von Äthylen-• oxid oder Propylenoxid an ein Carbonsäureamid mit 9 bis Kohlenstoffatomen enthalten,
2. 2. Kraftstoffe gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie enthalten

   bis 95 Gew.-% Kohlenwasserstoffe,

   0,5 bis 6 Gbw*-$ eines nichtionischen Emulgators der

   Formel

   R-C

   in der

   R für einen gegebenenfalls substituierten, geradkettigen oder verzweigten oder cyclischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest steht,

   Y die Gruppierung -CH₀-CH-O-bedeutet, wobei R₀

   217

   -23- 12.5.1980

   AP C 10 L/217 654 56 599 / 11

   R₂ Wasserstoff oder Methyl bedeutet, und in der

   η für eine ganze Zahl von 1 bis 50 steht, und

   R,. Wasserstoff darstellt oder die Bedeutu ng der Gruppierung W_nH hat,

   0 bis 20 Gew»-?S eines 1 bis 8 Kohl enst of fat ome enthaltenden Alkohols, der geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein kann, und
   0,5 bis 35 Gew.-?5 V/asser.

   3ο Kraftstoffe gemäß Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß sie als nichtionischen Emulgator das Addukt von

   1 bis 3 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Carbonsäureamid und/oder das Addukt von 5 bis 25 Mol Äthylenoxid und/oder Propylenoxid an 1 Mol Carbonsäureamid enthalten.
3. 4. Kraftstoffe gemäß Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sie als nichtionischen Emulgator das Addukt von 1 bis 2 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Fettsäureamid und/ oder das Addukt von 5 bis 10 Mol Äthylenoxid und/oder Propylenoxid an 1 Mol Fettsäureamid und gegebenenfalls das Addukt von 20 bis 30 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Fettsäureamid enthalten·

   -24-2 1 7 654 12.5.1980

   AP C 10 L/217 56 599 / 11

   5· Kraftstoffe gemäß Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß sie als Kohlenwasserstoff-Bestandteil gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte aliphatische Kohlenwasserstoffe, naphthenbasische Kohlenwasserstoffe oder aromatische Kohlenwasserstoffe, die vorzugsweise frei von Bleitetraalkyle!! und deren Lösungsvermittlern sind, enthalten.
4. 6. Kraftstoffe gemäß Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet durch

   *1 f*\

   einen spezifischen Durchgangswiderstand von ζ 1.10 Qj* cm.

   7» Verwendung von Kraftstoffen gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie für Ottomotoren, Dieselmotoren, Rotationskolbenmaschinen oder Turbinen angewandt werden»