DE102005012807A1

DE102005012807A1 - Kraftstoff zum Betreiben von Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102005012807A1
Application number: DE102005012807A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Balfanz; Jörg-Christian Dr. Fröhling; Rudolf Terschek; Angela Spieckermann
Original assignee: Deutsche BP AG
Current assignee: BP Europe SE
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28
Also published as: AU2005211580A1; AU2005211580B2; US8177866B2; US20060207167A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff zum Betreiben von Dieselmotoren, insbesondere in Personenkraftwagen, wobei der Kraftstoff ein Antioxidant enthält. DOLLAR A Um zu erreichen, dass die Verfärbung des wasserhellen Dieselkraftstoffes bei längerer Lagerung und/oder Lichteinstrahlung zumindest über einen längeren Zeitraum verhindert wird, enthält der Kraftstoff als Antioxidant ein para-substituiertes, sterisch gehindertes Phenol (I), dessen Substituent in para-Stellung ungleich einer Tertiärbutylgruppe ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff zum Betreiben von Dieselmotoren, insbesondere in Personenkraftwagen, wobei der Kraftstoff ein Antioxidant enthält.

Dieselkraftstoffe für PKW sind üblicherweise an jeder Tankstelle erhältlich. Moderne Dieselkraftstoffe enthalten eine Vielzahl von Additiven, u. a. auch Antioxidantien, die z. B. die Lagerungs- bzw. Alterungsstabilität des Kraftstoffes gewährleisten.

Seit Juni 2004 sind neue Dieselkraftstoffe auf dem deutschen Markt, die zusätzlich zu den herkömmlichen Dieselkraftstoffen angeboten werden. Diese neuen Kraftstoffe zeichnen sich durch hohe Leistungsverbesserung, Reduzierungen der Schadstoffe im Abgas und Verminderung des Verbrauchs aus. Ein weiteres Merkmal dieser Kraftstoffe ist neben der deutlich reduzierten Geruchsintensität ein wasserhelles Aussehen. Dieses kristallklare Erscheinungsbild soll u. a. die besondere Leistungsfähigkeit des Kraftstoffes zum Ausdruck bringen. Das Farbbild des neuen Dieselkraftstoffs ist mit ca. 50 Hazen deutlich abweichend von den Farbkennzahlen herkömmlicher Dieselkraftstoffe, die Werte von 200 bis 300 Hazen aufweisen.

Ein Problem ergab sich dadurch, dass die wasserhelle Farbe des neuen Kraftstoffs bei längerer Lagerung oder wenn der Diesel dem Tages- bzw. Sonnenlicht ausgesetzt war, nicht aufrecht zu erhalten war. Es setzte je nach Intensität des einfallenden Lichts eine mehr oder weniger starke Verfärbung des Kraftstoffes ins Gelbliche ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Additiv zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Verfärbung des wasserhellen Dieselkraftstoffes bei längerer Lagerung und/oder Lichteinstrahlung zumindest über einen längeren Zeitraum zu verhindern bzw. zu vermeiden. Unter Lichtausschluss soll dabei der optische Eindruck eines wasserhellen Kraftstoffs auch noch nach einer Lagerung von 3 Monaten und mehr gegeben sein. Ist der Kraftstoff dem Tageslicht ausgesetzt, sollte eine entsprechende Farbstabilität für mindestens 2 Tage, idealerweise bis zu einer Woche gegeben sein.

Gelöst wurde diese Aufgabe durch einen Kraftstoff samt Antioxidant gemäß Anspruch 1.

Es hat sich gezeigt, dass die farbliche Veränderung durch Lagerung und/oder Lichteinfall unterbunden oder zumindest über einen längeren Zeitraum deutlich reduziert werden kann, wenn der Kraftstoff als Antioxidant ein para-substituiertes, sterisch gehindertes Phenol enthält, bei dem der Substituent in para-Stellung ungleich einer Tertiärbutylgruppe ist.

Besonders bevorzugt sind solche sterisch gehinderten Phenole, bei denen die ortho-Positionen mit sehr sperrigen Substituenten besetzt sind. Besonders geeignet sind hier tertiäre Alkylgruppen. Bevorzugt ist die einfachste aller tertiären Alkylgruppen, nämlich die Tertiärbutylgruppe.

Dagegen ist der Substituent in para-Stellung keine Tertiärbutylgruppe. Vorzugsweise befindet sich in dieser Position eine geradkettige Alkylgruppe. Vorzugsweise weisen diese n-Alkylgruppen eine C-Zahl von 1-4 auf. Bevorzugt sind Phenole, mit einer Methylgruppe in para-Stellung.

Gute farbstabilisierende Wirkungen ergeben sich, wenn das wie vorstehend beschriebene Phenol in einer Konzentration von 10-200 mg/kg Kraftstoff enthalten ist. Ein bevorzugter Bereich ist 50-100 mg/kg Kraftstoff. Ein so additivierter Kraftstoff zeigt gegenüber der Additivierung mit herkömmlichen Antioxidantien eine erhöhte Farbstabilität. Auch nach 6 Tagen Standzeit unter Tageslicht wird eine Farbkennzahl von 100 Hazen nur unwesentlich überschritten. Insbesondere nach Einstrahlung von Sonnenlicht ist jedoch eine leichte farbliche Änderung zu erkennen. Es wurde jedoch gefunden, dass sich auch diese Verfärbung unter drücken lässt, wenn dem Kraftstoff zusätzlich zu dem wie vorstehend beschriebenen Antioxidant mindestens ein weiterer Co-Wirkstoff zugefügt wird.

Dieser Co-Wirkstoff ist ebenfalls ein para-substituiertes, sterisch gehindertes Phenol, bei dem jedoch die para-Position durch eine Tertiäralkylgruppe besetzt ist. Bevorzugt werden solche Phenole als Co-Wirkstoff, bei denen auch die beiden ortho-Positionen durch je eine Tertiäralkylgruppe substituiert sind. Besonders geeignet sind sterisch gehinderte Phenole, bei denen alle Substituenten in ortho- und para-Stellung identisch sind. Bevorzugt wird hier wiederum die von ihrer Struktur einfachste Tertiäralkylgruppe, also eine Tertiärbutylgruppe.

Gute Ergebnisse hinsichtlich der Farbstabilität eines wasserhellen Dieselkraftstoffs werden erzielt, wenn das Verhältnis des sterisch gehinderten Phenols (I) zu dem Co-Wirkstoff in einem Bereich von 1 : 1 bis 20 : 1 liegt. Bevorzugt ist ein Bereich von 5 : 1 bis 15 : 1. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn das Verhältnis etwa 10 : 1 beträgt.

Ein wie vorstehend beschriebener Kraftstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Farbzahl dauerhaft einen Wert von 100 Hazen, vorzugsweise 50 Hazen nicht überschreitet. Dabei wird unter Dauerhaftigkeit verstanden, dass zumindestens die Zeiträume bzw. Bedingungen eingehalten werden, wie sie in der Aufgabenstellung genannt sind.

Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren die Verwendung eines parasubstituierten, sterisch gehinderten Phenols als Antioxidant in Kraftstoffen, insbesondere Dieselkraftstoffen, vorzugsweise solchen auf Basis von Mineralölen.

Der Dieselkraftstoff selbst ist eine Mischung verschiedener Raffinerieprodukte. Das wasserhelle Erscheinungsbild erhält man zunächst im Wesentlichen durch die Kombination geeigneter ebenfalls wasserheller Raffineriekomponenten. Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Kraftstoffs ist, das sein n-Paraffin-Gehalt 10 Vol.% nicht überschreitet.

Darüber hinaus lässt sich ein besonders geeigneter Kraftstoff wie folgt spezifizieren:

Cetanzahl:	> 55
Schwefelgehalt:	< 10 mg/kg
Dichte:	0,825 kg/l bis 0,840 kg/l
Aromatengehalt:	max. 15 Gew.%
Polyaromatengehalt:	max. 2 Gew.%

Im Winter kann zusätzlich zu diesem wie vorstehend beschriebenen Kraftstoff, der die Sommerqualität darstellt, die Kältestabilität, genauer das Ansprechverhalten der Kälteadditivierung, durch Zugaben bis max. 5 Vol.% eines aromatenarmen Wachses mit einem BMCI von 0-30, vorzugsweise 10-20 erzielt werden. Die Sommerqualität weist eine Dichte im Bereich von 0,83 kg/l auf, während die Winterqualität im Bereich von 0,84 kg/l liegt.

In der beigefügten Bespieltabelle finden sich Messergebnisse für einen Kraftstoff mit unterschiedlichen Antioxidantien, der dem Tageslicht ausgesetzt wurde. Die Messwerte geben die Farbzahl nach Hazen wieder. Die Farbzahlbestimmung nach Hazen ist eine gängige Methode, die oft bei Flüssigkeiten, Lösungsmitteln und dergleichen angewandt wird (vergl. Römpps Chemielexikon, Thieme-Verlag). Die Farbzahl der einzelnen Proben wurde über einen Zeitraum von max. 6 Tagen bestimmt. Wurde eine Farbzahl von etwa 150 erreicht, wurde der Versuch abgebrochen. Die unterschiedlichen Ausgangswerte beim jeweiligen Start des Versuchs sind auch darauf zurückzuführen, dass die unterschiedlichen, eingesetzten Antioxidantien an der Farbgebung beteiligt sind. Eine Erhöhung der Konzentration eines an der Farbgebung beteiligten Antioxidants kann im Einzelfall das Ergebnis sogar verschlechtern. Bei im Sinne der Erfindung nicht geeigneten Antioxidantien findet eine deutliche Verfärbung schon innerhalb sehr kurzer Zeit, spätestens nach wenigen Stunden statt. Sterisch gehinderte Phenole zeigen eine stabilisierende Wirkung, jedoch von unterschiedlicher Ausprägung.
Die Zahlen in der ersten Zeile der Tabelle geben die Standzeit in Tagen an. Bei identischem Kraftstoff wurden folgende Antioxidantien bzw. Kombinationen von Antioxidantien getestet. Die nachstehende Reihenfolge ist dieselbe wie in der Meßwertetabelle.

1. > 97% 2,4-Dimethyl-6-tert.-Butylphenol; 50 mg/kg
2. 2,6-Di-tert.Butyl-4-nonylphenol; 50 mg/kg
3. > 70% 2,6 Di-tert.Butylphenol, < 20% 2,4,6-Tri-tert.Butylphenol, < 10% 2-tert.Butylphenol; 50 mg/kg
4. 2,6-Di-tert.Butyl-4-methylphenol; 100 mg/kg
5. 2,6-Di-tert.Butyl-4-methylphenol und 2,4,6,-Tri-tert.Butylphenol im Verhältnis 10 : 1; 75 mg/kg

Claims

Kraftstoff zum Betreiben von Dieselmotoren insbesondere in Personenkraftwagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff als Antioxidant ein para- substituiertes, sterisch gehindertes Phenol (I) enthält, dessen Substituent in para-Stellung ungleich einer Tertiärbutylgruppe ist.
Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phenol (I) in beiden ortho-Positionen mit je einer Tertiäralkylgruppe substituiert ist.
Kraftstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiäralkylgruppe eine Tertiärbutylgruppe ist.
Kraftstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phenol (I) in para-Stellung mit einer n-Alkylgruppe mit einer C-Zahl von vorzugsweise 1 bis 4 substituiert ist.
Kraftstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die n-Alkylgruppe eine Methylgruppe ist.
Kraftstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phenol (I) in einer Konzentration von 10 bis 200 mg/kg, vorzugsweise 50 bis 100 mg/kg enthalten ist.
Kraftstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres para-substituiertes, sterisch gehindertes Phenol (II) enthalten ist, bei dem die para-Position mit einer Tertiäralkylgruppe substituiert ist.
Kraftstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ortho-Positionen durch je eine Tertiäralkylgruppe substituiert sind.
Kraftstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ortho- sowie die para-Positionen jeweils mit der gleichen Tertiäralkylgruppe substituiert sind.
Kraftstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Tertiäralkylgruppe um eine Tertiärbutylgruppe handelt.
Kraftstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Phenol (I) zu Phenol (II) 1 : 1 bis 20 : 1, vorzugsweise 5 : 1 bis 15 : 1, insbesondere 10 : 1 beträgt.
Kraftstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er dauerhaft eine Farbzahl von 100 Hazen, vorzugsweise 50 Hazen, nicht überschreitet.
Kraftstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der n-Paraffin-Gehalt 10 Vol.% nicht überschreitet.
Kraftstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Merkmale aufweist: Cetanzahl: > 55 Schwefelgehalt: < 10 mg/kg Dichte: 0,825 kg/l bis 0,840 kg/l Aromatengehalt: max. 15 Gew.% Polyaromatengehalt: max. 2 Gew.%
Verwendung eines para-substituierten, sterisch gehinderten Phenols als Antioxidant in Kraftstoffen, insbesondere Dieselkraftstoffen, vorzugsweise solchen auf Basis von Mineralölen.