DE102006060210A1

DE102006060210A1 - Dieselkraftstoffzusammensetzung mit hohem Ethanolgehalt

Info

Publication number: DE102006060210A1
Application number: DE102006060210A
Authority: DE
Inventors: Xavier Montagne
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2007-06-28
Also published as: SE531803C2; FR2895418B1; FR2895418A1; SE0602724L; BRPI0605525A

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Zusammensetzung eines Dieselkraftstoffes, bestehend aus: DOLLAR A - dem Volumen nach 10 bis 30% Ethanol; DOLLAR A - dem Volumen nach 20 bis 60% eines Gemisches aus Alkylestern aus pflanzlichen Ölen (zum Beispiel Methyl- oder Ethylester, EMHV oder EEHV) und DOLLAR A - dem Volumen nach 30 bis 60% eines pflanzlichen Öles, das sehr stark hydrobehandelt wurde.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Kraftstoffzusammensetzungen für Dieselmotoren.
STAND DER TECHNIK

Die Entwicklung von alternativen "Kraftstoffen" ist im Kontext der Umstellung auf neue Energiequellen von großer Bedeutung. In diesem Zusammenhang stellen die Kraftstoffe aus Biomasse im Hinblick auf die CO₂-Bilanz eine Auswahlalternative dar. Die immanenten Eigenschaften der Produkte aus Biomasse, die für die Verwendung als Kraftstoffe vorgesehen sind, legen diese jedoch auf ganz bestimmte Anwendungsbereiche fest. Heutzutage gibt es zwei große Gruppen von Biokraftstoffen: Der Sektor der Ethanole und der Sektor der Biodiesel. Die immanenten Eigenschaften des Ethanols weisen dieses üblicherweise dem Benzinpool zu, wobei dieses in Europa überschüssig ist. Der andere Typus von Biokraftstoffen sind Methylester oder Ethylester aus pflanzlichen Ölen (EMHV oder EEHV), die ausgehend von pflanzlichen Ölen, die zum Beispiel aus Raps, Sonnenblumen, Soja oder sogar der Palme stammen, hergestellt werden. Da diese für die direkte Zuführung in moderne Dieselmotoren nicht geeignet sind, müssen die pflanzlichen Öle durch einen Vorgang der Transesterifizierung mit einem Alkohol (Methanol oder Ethanol) umgewandelt werden, wodurch sie zu EMHV oder EEHV und Glyzerin werden. In Bezug auf den Ethanolsektor befindet sich der Biodieselsektor aufgrund des schwachen Ertrages pro Hektar Rapsanbau im Nachteil. Der Bedarf an Biodiesel wird jedoch aufgrund der Zunahme von Dieselmotoren im europäischen Fuhrpark zunehmen. In diesem Kontext wäre es sehr sachdienlich, eine einfache Absatzmöglichkeit für große Mengen an Ethanol für den Benzinpool zu finden.

NACHTEILE AUFGRUND DES DERZEITIGEN STANDES DER TECHNIK

Der Hauptnachteil, der sich heutzutage darstellt, geht aus der Tatsache hervor, dass die Eigenschaften von Ethanol naturgemäß nicht denen des Benzinpools entsprechen, insbesondere im Hinblick auf die Cetanzahl, die Mischbarkeit, das Risiko eines sehr niedrigen Brennpunktes im Gemisch etc.

Heutzutage gibt es zwei Typen von Benzinformeln, die im Dieselsektor verwendet werden. Der erste Typus besteht aus einer Ethanol-/Benzin-Emulsion (etwa 10 bis 15 % Ethanol). Diese Lösung erfordert die Hinzugabe von Tensiden in die Formel, da Ethanol in Benzin nur bis zur einer Höhe von 1 oder 2 % mischbar ist, was die Kosten erheblich erhöht. Auf der anderen Seite ergeben sich bedeutende Probleme bei hohem Druck, da die Emulsionen sehr instabil sind. Der zweite Typus der gesuchten Formel umfasst einen erhöhten Gehalt an Ethanol (mehr als 90 %) und bedarf einer großen Menge an Cetanverbesserern, da die Cetanzahl des Ethanols sehr niedrig ist. In jedem Fall bereiten diese Formeln im Hinblick auf Injektionssysteme Probleme, da das Ethanol keine Schmiereigenschaften aufweist und es demnach notwendig ist, Fahrzeuge im Hinblick auf diesen Typus von Kraftstoffen eigens anzupassen.

Die Patentanmeldung WO 2004/022674 beschreibt eine Zusammensetzung für einen Dieselkraftstoff, die 0,1 bis 99 an Gewicht eines Bestandteiles enthält, der aus einem Rohmaterial pflanzlicher oder tierischer Herkunft stammt, und der 0 bis 20 % an Bestandteilen enthält, die Sauerstoff enthalten. Diese zwei Bestandteile werden in einem Verschnitt aus ursprünglich Erdöl und/oder entsprechend des Fischer-Tropsch-Verfahrens vermischt, wobei die drei Bestandteile zusammen den Dieselkraftstoff ausbilden.

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Formel für einen Dieselkraftstoff bereit, der 100 % biologisch ist, und der einen großen Anteil an Ethanol, vorzugsweise wasserfrei, enthält, wobei man diesem die Eigenschaften anderer Basen verleiht, so dass die oben genannten Nachteile aufgehoben werden. Die Wahl der Basen, die eine erhöhte Cetanzahl aufweisen, gestattet es, mit Hilfe der Gegenwart des Ethanols in der Krafstoffformel die Verringerung der Cetanzahl zu kompensieren.

Die Zusammensetzung der Erfindung gestattet eine direkte Aufwertung des Ethanols im Benzinpool, was von ganz besonderem Interesse ist und eine neue Aufwertung dieses Bestandteiles darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Erfindung hat die Bereitstellung einer Zusammensetzung eines Dieselkrafstoffes zum Gegenstand, welcher die direkte Einbeziehung großer Anteile an Ethanol gestattet, wobei die oben genannten Nachteile minimiert oder aufgehoben werden. Die Grundidee besteht darin, die Eigenschaften einiger charakteristischer Basen mit diesem zu verbinden.

Die Zusammensetzung des Dieselkraftstoffes gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus einem Gemisch besteht, das sich zusammensetzt aus:

– dem Volumen nach 10 bis 30 % Ethanol, vorzugsweise wasserfrei;
– dem Volumen nach 20 bis 60 % eines Gemisches aus Alkylestern aus pflanzlichen Ölen, zum Beispiel Methyl- oder Ethylester (bezeichnet als EMHV oder EEHV); und
– dem Volumen nach 30 bis 60 % eines pflanzlichen Öles, das sehr stark hydrobehandelt wurde.

Die verwendeten pflanzlichen Öle, die sehr stark hydrobehandelt wurden, führen zu einem Paraffinverschnitt mit einer hohen Cetanzahl, der vergleichbar ist mit Verschnitten nach dem BTL-Verfahren (Biomass To Liquid).

Die Hydrobehandlung, der die Öle unterzogen werden, gestattet die Erhaltung eines ausschließlichen Parrafingehaltes, der gesättigt ist. Der Grad der Sättigung eines Öles wird gekennzeichnet durch seinen Jodindex, der ausgehend von der Zusammensetzung der Fettsäuren errechnet wird. Der Jodindex einer gesättigten Fettsäure ist gleich Null.

Die Patentanmeldungen FI 100248 , EP 1396531 oder die US-Patentschrift Nr. 4,992,605 beschreiben Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen ausgehend von Rohstoffen pflanzlicher Herkunft, die als Dieselkraftstoffe verwendbar sind. Indem man die Fettsäuren oder die Triglyceride der pflanzlichen Öle hydrogenisiert, erhält man N-Parrafine, die dann sofort isomerisiert werden können, um verzweigte Parrafine zu erhalten. Thermische, chemische und mechanische Behandlungen werden mit den Ausgangsstoffen vor deren eigentlicher Hydrobehandlung durchgeführt, um alle Unreinheiten, die auf Stickstoff, Schwefel oder Phosphor zurückgehen, zu entfernen, da diese dazu neigen, den im Verfahren der Hydrobehandlung verwendeten Katalysator zu verunreinigen.

Diese Art von pflanzlichen Ölen, die sehr stark hydrobehandelt wurden, wurde insbesondere durch Neste Oil entwickelt und ist unter der Bezeichnung NExBTL (L. Rantaneen et al., „NExBTL-Biodisel Fuel of the Second Generation", SAE technical Paper 2005-01-3771, 2005) bekannt.

Das Dokument EP 1 396 531 beschreibt Öle, die sehr stark hydrobehandelt wurden, da der Jodindex nach einer Hydrogenisierung, die bei 150 °C durchgeführt wurde, gleich 1 ist.

In den Zusammensetzungen der Erfindung ist der Ethanol-/Alkylesterverschnitt aus pflanzlichen Ölen nicht dissoziierbar, kann jedoch in variablen Mengenverhältnissen verwendet werden.

Die vorgeschlagenen Kohlenwasserstoffverschnitte gestatten die Herstellung einer Destillationskurve, die nahe derjenigen von Benzin liegt und ebenso den Ausgleich des mit dem Ethanol in Zusammenhang stehenden Cetandefizites. Die Basen können im Hinblick auf den Typus des Motors und den Bedarf der Verwendung eines Kraftstoffes mit einer mehr oder weniger erhöhten Cetanzahl ausgewählt werden.

In Tabelle 1 werden die typischen Merkmale von sehr stark hydrobehandelten pflanzlichen Ölen (1) dargestellt, sowie auch die Merkmale des synthetisierten Benzins, das auf das Fischer-Tropsch-Verfahren zurückgeht, auf den Benzintypus Gas to Liquid GTL (2) und auf das Benzin Biomass to Liquid BTL (3 und 4), und zu Vergleichszwecken die typischen Merkmale von herkömmlichem Benzin.

Tabelle 1

Die Gegenwart von Alkylestern (zum Beispiel Methyl- oder Ethylestern) aus pflanzlichen Ölen (EMHV oder EEHV) hat den Vorteil, die Rolle des Ethanols als Kompatibilisierer zu gewährleisten.

Die Zusammensetzung des Dieselkraftstoffes der vorliegenden Erfindung kann ebenso Zusatzstoffe enthalten, die üblicherweise für die Formulierung und Verwendung von Benzinkraftstoffen verwendet werden, wie zum Beispiel Zusatzstoffe, die die Verbesserung der Kältemerkmale erhöhen, Zusatzstoffe für die Cetanverbesserung (zum Beispiel Nitrate), Reinigungsmittel und Antischaummittel.

Die Verwendung von Kraftstoffzusammensetzungen der Erfindung in einem Fahrzeug mit Dieselmotor gewährleistet auf eine allgemeine Weise eine erhebliche Verringerung der Emissionen von CO₂, verbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickstoffoxyden (NO₂) und Partikeln.

Die Zusammensetzungen gemäß der Erfindung bestehen aus hochleistungsfähigen Dieselkraftstoffen. Ihre Direktver wendung kann insbesondere für Fuhrparks in Betracht gezogen werden.

Um die Zusammensetzungen der Kraftstoffe gemäß der Erfindung zu formulieren, kann man einerseits ein Vorgemisch aus Ethanol mit Estern aus pflanzlichen Ölen herstellen.

Das Ester spielt hier die Rolle des Lösungsmittels für das Ethanol, welches dadurch einfach in die Stickstoffbase integriert werden kann.

Alternativ dazu kann das Gemisch der Ester aus pflanzlichen Ölen auch in die Stickstoffbase eingefügt und dann das Ethanol hinzugegeben werden.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne deren Reichweite einzuschränken.
Beispiel

20 Volumenanteile Ethanol wurden mit 30 Volumenanteilen Methylestern aus pflanzlichen Ölen (Rapsöl) vermischt. Dann wurde dieses Gemisch in 50 Volumenanteile eines Schnittes des Typus NExBTL gegeben, dessen Merkmale die folgenden sind:

– Dichte bei 15 °C (kg/m²) :	780, 0
– Cetanzahl:	∼ 91,5
– PCI (kJ/kg):	44200
– C (% an Masse):	84,5
– H (% an Masse):	15,5
– O (% an Masse):	0
– H/C	2, 1
– Schwefel (ppm_masse)	∼ 0
– kinematische Viskosität bei 40 °C: (mm²/s )	3,2
Destillierung:
– Anfangspunkt (°C)	216
– T 10 % (°C)	265
– T 90 % (°C)	297,5
– Endpunkt (°C)	321

Der Kraftstoff, der auf diese Weise ausgebildet wurde, wurde dann in einem Dieselfahrzeug gemäß dem Verfahren, das durch den nMVEG-Zyklus (New Motor Vehicle Exhaust Group) geregelt wird, verwendet.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Dieselkraftstoff konnte die Verwendung dieses Kraftstoffes die Emissionen reduzieren:
von CO um 30
von HC um 35
von NO₂ um 18
der Partikel um 60 %.

Claims

Dieselzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus einem Gemisch besteht, das sich zusammensetzt aus: – dem Volumen nach 10 bis 30 % Ethanol, vorzugsweise wasserfrei; – dem Volumen nach 20 bis 60 % eines Gemisches aus Alkylestern aus pflanzlichen Ölen; und – dem Volumen nach 30 bis 60 % eines pflanzlichen Öles, das sehr stark hydrobehandelt wurde.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Alkylester aus pflanzlichen Ölen Methylester oder Ethylester sind.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerdem mindestens einen Zusatzstoff umfasst, der unter den Zusatzstoffen, die die Verbesserung der Kältemerkmale gestatten, den Antischaummitteln und den Reinigungsmitteln ausgewählt ist.
Verfahren der Formulierung einer Dieselzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt ein Vorgemisch aufbereitet, das aus Ethanol und Alklyestern aus pflanzlichen Ölen besteht, und dass besagtes Gemisch daraufhin in den Dieselverschnitt oder die Dieselbasis inkorporiert wird.
Verfahren der Formulierung einer Dieselzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst die Alkylester in den Dieselverschnitt oder in die Dieselbasis inkorporiert und man dann Ethanol zu dem auf diese Weise hergestellten Gemisch hinzugibt.
Direktverwendung einer Dieselzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder formuliert nach einem der Ansprüche 4 und 5 für einen Fuhrpark.