DE10038426A1 - Low-emission diesel fuels with defined heat capacity or enthalpy of evaporation characteristics - Google Patents

Low-emission diesel fuels with defined heat capacity or enthalpy of evaporation characteristics

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DE10038426A1
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Thomas Garbe
Werner Engeler
Richard Dorenkamp
Olaf Graupner
Belau Jens Mueller
Herbert Krumm
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Volkswagen AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/04—Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons
    • C10L1/08—Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons for compression ignition

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Abstract

Diesel fuels in which the 10-90 vol.% fraction (F1) either (a) comprises at least 7 vol.% of one or more components with an average heat capacity of more than 15 J/gK at 20 deg C and/or at least 10 vol.% of one or more components with an average heat capacity of more than 12 J/gK or (b) comprises at least one component with an enthalpy of evaporation of at least 0.65 kJ/g and/or has an average enthalpy of evaporation of more than 0.5 kJ/g.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dieselkraftstoffe insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren.The present invention relates to diesel fuels, in particular for motor vehicles Diesel engines.

Dieselkraftstoffe sind schwer entflammbare Gemische von flüssigen Kohlenwasserstoffen, die als Kraftstoffe für Brennermotoren (Dieselmotoren) verwendet werden. Sie bestehen überwiegend aus Paraffinen mit Anteilen von Olefinen, Naphthenen und aromatischen Kohlenwasserstoffen. Man erhält Dieselkraftstoffe bei der Destillation von Erdöl aus dem Gasöl, beim Kracken, aus den Teeren, die bei der Schwelung bzw. Hydrierung von Braun- oder Steinkohlen gewonnen werden und durch Hydrierung des Kohleextraktes.Diesel fuels are flame retardant mixtures of liquid Hydrocarbons used as fuels for burner engines (diesel engines) become. They mainly consist of paraffins with some olefins, Naphthenes and aromatic hydrocarbons. You get diesel fuel the distillation of petroleum from gas oil, from cracking, from the tars, from the Smoldering or hydrogenation of brown or hard coal can be obtained and by Hydrogenation of the coal extract.

Bei der Verbrennung des Dieselkraftstoffs im Dieselmotor wird Luft in den Zylinder gesogen, durch starke Verdichtung auf 550 bis 900°C erhitzt, wodurch sich ein Strahl von eingespritztem Dieselkraftstoff von selbst entzündet und bei einer Verbrennungstemperatur von 1500 bis 2200 einen Verbrennungsdruck von 50-80 bar erreicht, durch den der Kolben bewegt und Arbeit geleistet wird.When the diesel fuel is burned in the diesel engine, air enters the cylinder sucked, heated to 550 to 900 ° C by strong compression, which creates a jet of injected diesel fuel ignited by itself and at one Combustion temperature from 1500 to 2200 a combustion pressure of 50-80 bar achieved by moving the piston and doing work.

Ein wesentlicher Faktor für die Verwendbarkeit von Dieselkraftstoffen ist ihre Zündwilligkeit, für deren quantitative Angabe die Cetanzahl (CZ) eingeführt wurde. Die Anforderungen an diese Kraftstoffe sind bei langsamlaufenden Motoren CZ 20 bis 40, bei kleinen und schnelllaufenden CZ größer 45. Dem Dieselkraftstoff werden oftmals Cetanzahlverbesserer als Additiv zugesetzt. Zu Cetanzahlverbesserern zählen beispielsweise Salpeter- oder Salpetrigsäureester. Cetanzahlverbesserer werden im allgemeinen in Mengen unter 5000 mg/kg eingesetzt, um eine Verbesserung der Cetanzahl des Gesamtkraftstoffs um mindestens einen Punkt zu bewirken.An essential factor for the usability of diesel fuels is their Ignitability, for the quantitative indication of which the cetane number (CZ) was introduced. The The requirements for these fuels are for CZ 20 to 40 slow-running engines, with small and fast-running CZ larger than 45. Diesel fuel is often used Cetane number improver added as an additive. Cetane number improvers include for example nitric or nitric acid esters. Cetane number improvers are used in generally used in amounts below 5000 mg / kg to improve the Total fuel cetane number to cause at least one point.

Die bei der Verbrennung von Dieselkraftstoffen entstehenden Abgase enthalten mehr Stickoxide (NOx) und 30 bis 100 mal mehr Partikelmasse, als diejenigen aus Otto- Kraftstoffen nach der katalytischen Reinigung. The exhaust gases generated by the combustion of diesel fuels contain more nitrogen oxides (NO x ) and 30 to 100 times more particle mass than those from petrol fuels after catalytic cleaning.

Aufgrund der bereits bestehenden, insbesondere auch durch Autoabgase verursachten Umweltverschmutzung, sind gerade solche Kraftstoffe gefragt, die die Umwelt möglichst wenig belasten. Gleichzeitig wird naturgemäß auch angestrebt, das Zünd- und Verbrennungsverhalten insbesondere von Dieselkraftstoffen zu verbessern, um auf diese Weise den Kraftstoff effektiver auszunutzen, und damit zum Umweltschutz beizutragen.Due to the existing ones, especially those caused by car exhaust fumes Pollution, such fuels are in demand that the environment as possible burden little. At the same time, it is naturally also sought to ignite and To improve combustion behavior especially of diesel fuels in this way to use the fuel more effectively, and thus to protect the environment contribute.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schadstoffemission von Dieselkraftstoffen bei deren Verbrennung zu vermindern und gleichzeitig das Zünd- und Verbrennungsverhalten von Dieselkraftstoffen zu verbessern. Die damit verbundene Erhöhung der Cetanzahl des Dieselkraftstoffes sollte auch ohne Zugabe von Zündverbesserern ermöglicht werden.It is therefore an object of the present invention to reduce the emission of pollutants To reduce diesel fuels during their combustion and at the same time the ignition and Improve combustion behavior of diesel fuels. The Associated Increasing the cetane number of diesel fuel should also be done without adding Ignition improvers are made possible.

Die Aufgabe wird mit einem Dieselkraftstoff gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.The object is achieved with a diesel fuel according to the features of the claims 1 and 2 solved.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dieselkraftstoff mit einer Fraktion, die durch Verdampfung von 10 Vol.-% des Volumens bis 90 Vol.-% des Volumens gewonnen worden ist, wobei diese Fraktion mindestens eine Komponente mit mindestens einer der folgenden Eigenschaften enthält:
The present invention relates to a diesel fuel with a fraction which has been obtained by evaporation from 10% by volume to 90% by volume of the volume, this fraction containing at least one component with at least one of the following properties:

  • - eine Einzelkomponente oder mehrere Komponenten mit einer (mittleren) Wärmekapazität von über 15 J/gK bei 20°C, wobei diese Komponente/n mindestens 7 Vol.-% der Fraktion ausmachten, und/oder- a single component or multiple components with a (medium) Heat capacity of over 15 J / gK at 20 ° C, this component / n accounted for at least 7% by volume of the fraction, and / or
  • - eine Einzelkomponente oder mehrere Komponenten mit einer (mittleren) Wärmekapazität von über 12 J/gK bei 20°C, wobei diese Komponente/n mindestens 10 Vol.-% der Fraktion ausmachten.- a single component or multiple components with a (medium) Heat capacity of over 12 J / gK at 20 ° C, this component / n Make up at least 10% by volume of the fraction.

Die über die Wärmekapazität charakterisierte Fraktion kann ebenfalls über die Verdampfungsenthalpie ihrer Komponenten definiert werden.The fraction characterized by the heat capacity can also by the Evaporation enthalpy of their components can be defined.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Dieselkraftstoff mit einer Fraktion, die durch Verdampfung von 10% des Volumens bis 90% des Volumens gewonnen worden ist, wobei diese Fraktion mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
The present invention therefore also relates to a diesel fuel with a fraction which has been obtained by evaporation from 10% by volume to 90% by volume, this fraction having at least one of the following properties:

  • - sie enthält zu mindestens 10 Vol.-% mindestens eine Komponente mit einer Verdampfungsenthalpie dieser Komponente/n am Verdampfungspunkt der jeweiligen Reinkomponente von mindestens 0,65 kJ/g und/oder- It contains at least 10% by volume of at least one component with a Evaporation enthalpy of this component / s at the evaporation point of the respective pure component of at least 0.65 kJ / g and / or
  • - eine mittlere Verdampfungsenthalpie der gesamten Fraktion von über 0,5 kJ/g.- an average enthalpy of vaporization of the entire fraction of over 0.5 kJ / g.

Die Siedegrenzen beziehen sich auf eine Siedegrenze nach DIN ISO 3405-88.The boiling limits refer to a boiling limit according to DIN ISO 3405-88.

Die Wärmekapazität und auch die Verdampfungsenthalpie der Einzelkomponente bzw. gesamten Komponenten in der Fraktion werden nach herkömmlichen Verfahren gemessen.The heat capacity and also the evaporation enthalpy of the individual component or Whole components in the fraction are made using conventional methods measured.

In der vorliegenden Beschreibung ist mit "10% des Volumens" das Anfangsvolumen des Gesamtdestillats gemeint. Die Angabe "90% des Volumens" ist der Teil, der zu 90%, ausgehend vom Gesamtdestillationsansatz, verdampft worden ist. Die erfindungsgemäße Fraktion sind die dazwischenliegenden 80% des Volumens.In the present description, "10% of the volume" is the initial volume of the Total distillate meant. "90% of the volume" is the part that is 90% starting from the total distillation batch, has been evaporated. The fraction according to the invention are the intermediate 80% of the volume.

Die Reinkomponente ist in der Regel ein Ester (Polyester).The pure component is usually an ester (polyester).

Bei dem erfindungsgemäßen Dieselkraftstoff sind vorteilhaft bei höchstens 330°C 90% des Volumens verdampft und/oder der oberhalb 330°C verdampfende Anteil des Dieselkraftstoffes enthält zu höchstens 50 Vol.-%, vorteilhaft zu höchstens 30 Vol.-% Ester, insbesondere sauerstoffhaltige Verbindungen.In the diesel fuel according to the invention, 90% is advantageous at a maximum of 330 ° C. of the volume evaporates and / or the portion of the evaporating above 330 ° C Diesel fuel contains at most 50 vol.%, Advantageously at most 30 vol.% Esters, especially oxygen-containing compounds.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Fraktion mindestens 5 Vol.-% sauerstoffhaltiger Komponenten. Diese Komponenten umfassen normalerweise Ester bzw. Alkohole. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Fraktion mindestens zwei, insbesondere mindestens drei der über die Wärmekapazität bzw. über die Verdampfungsenthalpie spezifizierten Komponenten, insbesondere einzeln zu mindestens 2 Vol.-%.In a preferred embodiment, the fraction contains at least 5% by volume components containing oxygen. These components usually include esters or alcohols. In a further preferred embodiment, the fraction contains at least two, in particular at least three, of the heat capacity or the enthalpy of vaporization specified components, in particular individually at least 2% by volume.

Die Dichte des Gesamtkraftstoffes liegt in den Grenzen der DIN EN 590 (1999). Dieses ist ein Bereich von 820 bis 860 g/l, gemessen bei 15°C. So liegt auch die Viskosität des Gesamtkraftstoffes normalerweise in den Grenzen der DIN EN 590 (1999). Die Viskosität liegt daher in der Regel im Bereich von 2,0 bis 4,5 mm/s, gemessen bei 40°C. The density of the total fuel is within the limits of DIN EN 590 (1999). This is a range from 820 to 860 g / l, measured at 15 ° C. So is the viscosity of the Total fuel normally within the limits of DIN EN 590 (1999). The Viscosity is therefore usually in the range from 2.0 to 4.5 mm / s, measured at 40 ° C.  

Die Cetanzahl des Gesamtkraftstoffs sollte im Bereich der DIN EN 590 (1999) liegen, wobei die CZ größer als 49 sein sollte. Die Zugabe von Cetanzahlverbesserern ist hier nicht notwendig. Nach Bedarf können aber Cetanzahlverbesserer eingesetzt werden. Normalerweise verwendet man übliche Cetanzahlverbesserer, vorzugsweise EHN.The cetane number of the total fuel should be in the range of DIN EN 590 (1999), where the CZ should be greater than 49. The addition of cetane number improvers is here unnecessary. If required, however, cetane number improvers can be used. Normal cetane number improvers are used, preferably EHN.

Die obigen Bedingungen für die DIN EN 590 (1999) treffen auch für den Diesel in Schweden (Klasse 1) zu.The above conditions for DIN EN 590 (1999) also apply to diesel in Sweden (class 1) too.

Der erfindungsgemäße Kraftstoff weist gegenüber den bisher verwendeten Dieselkraftstoffen folgende Vorteile auf:
Im Vergleich zu den rein mineralischen Kraftstoffen bzw. den Fischer-Tropsch- Kraftstoffen hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Dieselkraftstoff eine effektivere Wärmekappazität bzw. Verdampfungsenthalpie aufweist.The fuel according to the invention has the following advantages over the diesel fuels previously used:
In comparison to the purely mineral fuels or the Fischer-Tropsch fuels, it has been shown that the diesel fuel according to the invention has a more effective heat capacity or evaporation enthalpy.

So ist auch der erfindungsgemäße Kraftstoff gegenüber methanol- und ethanolhaltigen Kraftstoffen sowie gegenüber RME-Kraftstoffen dahingehend effektiver, weil Zünd- und Durchbrennverhalten besser auf einen Standard-Dieselmotor eingestellt sind.The fuel according to the invention is also compared to methanol and ethanol Fuels as well as compared to RME fuels more effective because ignition and Blowing behavior are better adjusted to a standard diesel engine.

Die erfindungsgemäßen Dieselkraftstoffe sind somit beispielsweise hervorragend für den Betrieb aller Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren geeignet. Sie sind umweltschonend und zeigen ausgezeichnetes Zünd- und Verbrennungsverhalten.The diesel fuels according to the invention are thus, for example, excellent for the Operation of all vehicles with diesel engines suitable. They are environmentally friendly and show excellent ignition and combustion behavior.

Claims (9)

1. Dieselkraftstoff mit einer Fraktion, die durch die Verdampfung von 10% des Volumens bis 90% des Volumens gewonnen worden ist, wobei diese Fraktion mindestens eine Komponente mit mindestens einer der folgenden Eigenschaften enthält:
eine Einzelkomponente oder mehrere Komponenten mit einer (mittleren) Wärmekapazität von über 15 J/gK bei 20°C, wobei diese Komponente/n mindestens 7 Vol.-% der Fraktion ausmachten, und/oder
eine Einzelkomponente oder mehrere Komponenten mit einer (mittleren) Wärmekapazität von über 12 J/gK bei 20°C, wobei diese Komponente/n mindestens 10 Vol.-% der Fraktion ausmachten.1. Diesel fuel with a fraction obtained by evaporation from 10% by volume to 90% by volume, this fraction containing at least one component with at least one of the following properties:
a single component or multiple components with an (average) heat capacity of over 15 J / gK at 20 ° C, these component (s) accounting for at least 7% by volume of the fraction, and / or
a single component or several components with an (average) heat capacity of over 12 J / gK at 20 ° C, these component (s) making up at least 10% by volume of the fraction. 2. Dieselkraftstoff mit einer Fraktion, die durch Verdampfung von 10% des Volumens bis 90% des Volumens gewonnen worden ist, wobei diese Fraktion mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
sie enthält zu mindestens 10 Vol.-% mindestens eine Komponente mit einer Verdampfungsenthalpie dieser Komponenten am Verdampfungspunkt der jeweiligen Reinkomponente von mindestens 0,65 kJ/g und/oder
eine mittlere Verdampfungsenthalpie der gesamten Fraktion von über 0,5 kJ/g.2. Diesel fuel with a fraction obtained by evaporation from 10% by volume to 90% by volume, this fraction having at least one of the following properties:
it contains at least 10% by volume of at least one component with an enthalpy of vaporization of these components at the evaporation point of the respective pure component of at least 0.65 kJ / g and / or
an average enthalpy of vaporization of the entire fraction of over 0.5 kJ / g. 3. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei höchstens 330°C 90% des Volumens verdampft sind.3. Diesel fuel according to claim 1 or 2, characterized in that at at most 330 ° C 90% of the volume has evaporated. 4. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktion mindestens 5 Vol.-% von mindestens zwei Komponenten enthält. 4. Diesel fuel according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the Fraction contains at least 5 vol .-% of at least two components.   5. Dieselkraftstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fraktion mindestens drei Komponenten enthalten sind.5. Diesel fuel according to claim 4, characterized in that in the fraction at least three components are included. 6. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Dichte im Bereich von 820 bis 860 g/l bei 15°C liegt.6. Diesel fuel according to claim 1 or 2, characterized in that its density in the range of 820 to 860 g / l at 15 ° C. 7. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Viskosität im Bereich von 2,0 bis 4,5 mm2/s bei 40°C liegt.7. Diesel fuel according to claim 1 or 2, characterized in that its viscosity is in the range of 2.0 to 4.5 mm 2 / s at 40 ° C. 8. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Cetanzahl größer als 49 ist.8. Diesel fuel according to claim 1 or 2, characterized in that its Cetane number is greater than 49. 9. Dieselkraftstoff nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Cetanzahlverbesserer enthält.9. Diesel fuel according to at least one of the preceding claims, characterized characterized that it contains a cetane number improver.
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