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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Dieseltreibstoffzusammensetzungen
und insbesondere synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzungen
und Verfahren zum Herstellen solcher synthetischer Dieseltreibstoffzusammensetzungen.
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HINTERGRUND
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Dieser
Abschnitt enthält die vorliegende Offenbarung betreffende
Hintergrundinformationen, welche nicht notwendigerweise Stand der
Technik sind.
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Dieseltreibstoffe,
welche aus fossilen Treibstoffrohölquellen stammen, wie
beispielsweise Treibstoffe auf Basis von Erdöl, enthalten üblicherweise
mehrere Hundert Verbindungen. Die spezifischen, in dem Dieseltreibstoff
vorliegenden Verbindungen sind von dem Rohöl und von der
Durchführung der Raffination, welche zu verschiedenen Destillationsprofilen
führt, abhängig. Allerdings weisen viele der in
Dieseltreibstoff enthaltenen Verbindungen unerwünschte
Eigenschaften auf. Beispielsweise besteht eine dahingehende Tendenz, dass
Paraffine, welche typischerweise in Dieseltreibstoffen, welche aus
Rohölen auf Basis von Erdöl raffiniert worden
sind, enthalten sind, eine gewünscht hohe Cetanzahl aufweisen,
aber bei Umgebungstemperaturen dazu tendieren, in der unerwünschten
Form eines Wachses vorzuliegen und eine niedrige Dichte aufzuweisen. Polyzyklische
Aromaten, welche in raffinierten Dieseltreibstoffen auf Erdölbasis typischerweise
auch in hohen Konzentrationen vorliegen, erzeugen Feststoffpartikel,
wenn diese verbrannt werden.
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Während
synthetische Dieseltreibstoffe durch das Fischer-Tropsch-Verfahren
hergestellt worden sind, besteht eine dahingehende Tendenz, dass
solche synthetischen Dieseltreibstoffe hoch paraffinisch sind und folglich
wachsartig sind und eine niedrige Dichte aufweisen, was zu einer
verringerten Treibstoffökonomie und zu einer schlechten
Kalttemperaturfunktionsfähigkeit führt. Fischer-Tropsch-Treibstoffe
weisen ebenfalls einen niedrigen Aromatengehalt auf, was tendenziell
zu einer ungewünschten Dichtungsschrumpfung in Verbrennungsmotoren
führt, was möglicherweise eine Treibstoffleckage
oder andere Nachteile bewirken kann. Weil synthetische Fischer-Tropsch-Dieseltreibstoffe
hohe Gefrierpunkte aufweisen (was zu einer schlechten Kalttemperaturfunktionsfähigkeit
führt) und eine niedrige Dichte aufweisen (was zu einem
Verlust an Treibstoffökonomie führt), sind synthetische
Fischer-Tropsch-Dieseltreibstoffe praktisch lediglich als Treibstoffeinmischbestandteile
anwendbar. Die vorliegende Offenbarung schafft verbesserte synthetische
Dieseltreibstoffe mit einer verbesserten Leistungsfähigkeit
als primäre oder einzige Treibstoffquelle für
Dieselverbrennungsmaschinen oder -motoren. In bestimmten Aspekten
können die synthetischen Dieseltreibstoffe ein Biotreibstoff
sein, welcher aus einer erneuerbaren Quelle erhalten wird, wie beispielsweise
aus biologischen Quellen, wie aus tierischen oder pflanzlichen Materialien,
und diese werden folglich als ”umweltfreundlicher” als
Treibstoffe auf Erdölbasis betrachtet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Patentanmeldung eine
synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung. In verschiedenen Aspek ten
enthält die synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung
wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen.
Die synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung enthält
wenigstens eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung in einer
Menge von mehr als oder gleich ungefähr 10 Vol.-% bezogen
auf die Gesamtzusammensetzung. In verschiedenen Aspekten weist die synthetische
Dieseltreibstoffzusammensetzung eine Cetanzahl von größer
als 40, weist einen Gefrierpunkt von weniger als oder gleich ungefähr –20°C
(ungefähr –4°F) auf und weist eine Dichte
von größer als oder gleich ungefähr 0,81
g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) auf.
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In
bestimmten anderen Aspekten wird durch die vorliegende Patentanmeldung
eine synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung geschaffen, welche
wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan, Hexylbenzol,
Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol, Decylcyclohexan,
Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan enthält. Die synthetische
Dieseltreibstoffzusammensetzung enthält wenigstens eine
aromatische Kohlenwasserstoffverbindung in einer Menge von mehr
als oder gleich ungefähr 10 Vol.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
In bestimmten Aspekten ist die aromatische Kohlenwasserstoffverbindung
eine der wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffe.
Die synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung weist eine Cetanzahl
von größer als oder gleich ungefähr 42
und von weniger als oder gleich ungefähr 51 auf, weist
einen Gefrierpunkt von weniger als oder gleich ungefähr –20°C
(ungefähr –4°F) auf und weist eine Dichte
von mehr als oder gleich ungefähr 0,81 g/ml (ungefähr
6,8 lb/gal) und von weniger als oder gleich ungefähr 0,84
g/ml (ungefähr 7,0 lb/gal) auf.
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In
weiteren Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung Verfahren
zum Formulieren von synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen.
In bestimmten Aspekten umfassen die Verfahren das Vermischen von
einer oder mehreren C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan,
Hexylbenzol, Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol,
Decylcyclohexan, Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan. Die Zusammensetzung
ist so formuliert, dass wenigstens eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung
in einer Menge von größer als oder gleich ungefähr
10 Vol.-% vorliegt. Auf diese Weise wird eine synthetische Dieseltreibstoffmischung
mit einer Cetanzahl von größer als 40, mit einem
Gefrierpunkt von weniger als oder gleich ungefähr –20°C
(ungefähr –4°F) sowie mit einer Dichte von
größer als oder gleich ungefähr 0,81
g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) ausgebildet.
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Weitere
Anwendungsgebiete werden aus der nachfolgend bereitgestellten Beschreibung
offensichtlich werden. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele
in dieser Zusammenfassung sind lediglich für illustrative
Zwecke gedacht und sind nicht dazu beabsichtigt, den Schutzbereich
der vorliegenden Patentanmeldung zu beschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen werden lediglich für illustrative
Zwecke ausgewählter Ausführungsformen wiedergegeben
und nicht für alle möglichen Implementierungen,
und diese sind folglich nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der
vorliegenden Patentanmeldung zu beschränken.
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Die 1 ist
ein vergleichendes Diagramm, welches eine herkömmliche
Dieseltreibstoffdestillationskurve im Vergleich zu synthetischen
Diesel treibstoffzusammensetzungen, welche gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung ausgebildet worden sind, zeigt, und
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die 2 ist
ein vergleichendes Diagramm, welches eine herkömmliche
Dieseltreibstoffdestillationskurve im Vergleich zu synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen, welche gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgebildet worden sind, zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In
verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Patentanmeldung synthetische
Dieseltreibstoffzusammensetzungen und Verfahren zum Ausbilden solcher
synthetischer Dieseltreibstoffzusammensetzungen. In verschiedenen
Aspekten weisen die erfindungsgemäßen synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen wünschenswerte Funktionseigenschaften
auf, welche äquivalent zu denen und/oder besser als die
von Dieseltreibstoff oder von fraktionierten Erdöldiesel-Destillaten
aus raffiniertem Erdölrohöl, d. h. von ”herkömmlichem
Dieseltreibstoff”, oder anderen bekannten herkömmlichen
synthetischen Dieseltreibstoffen, wie beispielsweise von synthetischen
Fischer-Tropsch-Dieseltreibstoffen, sind. Dieseltreibstoffe auf
Basis von Erdöl sind eine komplexe Mischung von tausenden
von verschiedenen Verbindungen, von denen die meisten eine Anzahl
von Kohlenstoffen zwischen ungefähr 10 und 22 aufweisen.
Eine Vielzahl dieser Verbindungen fällt in die paraffinischen,
naphthenischen oder aromatischen Klassen von Kohlenwasserstoffen.
Dieseltreibstoffe enthalten im Allgemeinen irgendeinen Treibstoff,
welcher in einem Dieselmotor oder dergleichen eingesetzt werden
kann, und, welcher üblicherweise einen Siedepunkt in einem
Bereich zwischen ungefähr 200°C (ungefähr
392°F) und ungefähr 350°C (ungefähr
662°F) aufweist. In dem Internationalen ASTM-Standard
zur Spezifizierung von Dieseltreibstoffen D975 (geändert
im Dezember 2008) werden weitere Spezifikationen für sieben
Dieseltreibstoffgrade, einschließlich der Grade 1-D (hier
synonym als Grad 1-Dieseltreibstoff oder Nr.-1 Dieseltreibstoff
bezeichnet), 2-D (beispielsweise Grad 2- oder NR. 2-Dieseltreibstoff)
und 4-D (beispielsweise Grad 4- oder Nr. 4-Dieseltreibstoff) gemacht.
Jede ASTM-Spezifikation oder jedes andere hier beschriebene Referenzdokument
wird hiermit ausdrücklich in seiner Gesamtheit durch Referenz
aufgenommen.
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Grad
1-Dieseltreibstoffe sind leichte Mitteldestillat-Spezialtreibstoffe
zur Verwendung in Dieselmotoranwendungen und diese weisen eine höhere
Flüchtigkeit als Grad 2-Treibstoffe auf. Grad 1-Dieseltreibstoffe weisen
eine maximale Destillationstemperatur bei 90 Vol.-% von 288°C
(ungefähr 550°F) auf. Die Destillationstemperaturen
können im Wege von nicht beschränkenden Beispielen
durch den ASTM Standard D86 – Destillation
von Erdölprodukten – oder durch den ASTM
Standard D2887 – Siedebereichsverteilung von Erdölfraktionen
durch Gaschromatographie – bestimmt werden. Grad 2-Dieseltreibstoffe
sind Mitteldestillat-Universaltreibstoffe zur Verwendung in Dieselmotoranwendungen,
insbesondere denjenigen, welche für verschiedene Geschwindigkeiten
und Lasten eingesetzt werden. Grad 2-Dieseltreibstoffe weisen eine
minimale Destillationstemperatur bei 90 Vol.-% von 282°C
(ungefähr 540°F) sowie eine maximale Destillationstemperatur
von 338°C (ungefähr 640°F) auf. Bezüglich
der Sicherheit weist Grad 1 einen minimalen Flammpunkt von wenigstens
38°C (ungefähr 100°F) auf und weist der
Grad D-2 einen minimalen Flammpunkt von wenigstens 52°C (ungefähr
126°F) auf. Die Flammpunkte können durch den ASTM
Standard D93 – Flammpunkt durch die Pensky-Martens-Testvorrichtung
mit verschlossenem Behälter – bestimmt werden.
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Allerdings
können die Grade 1-D und 2-D für die Verwendung
bei kaltem Wetter gemäß dem ASTM Standard
D975 mit einem anderen vermischt werden, um den Trübungspunkt
für die Kaltwetterleistungsfähigkeit auf weniger
als oder gleich –12°C (ungefähr 10°F)
zu verringern, wie dies im Detail später beschrieben wird.
Solch eine Mischung aus vermischten Graden 1 und 2 kann zulässigerweise
gewisse andere Eigenschaften, einschließlich den Flammpunkt,
erhöhen oder verringern. Dieseltreibstoffgrade 1-D und
2-D werden ferner auf Basis des maximalen Schwefelgehalts weiter
unterklassifiziert. Dieseltreibstoff vom Grad 4-D ist ein Schwerdestillattreibstoff
für niedrige und mittlere Geschwindigkeits-Dieselmotoren,
welche durch einen hohen Schwefelgehalt sowie durch andere Eigenschaften
klassifiziert werden. In verschiedenen Aspekten betrifft die vorliegende
Patentanmeldung einen synthetischen Dieseltreibstoff, welcher ein
geeigneter Ersatz für Dieseltreibstoffe mit den Graden
1-D oder 2-D ist und Eigenschaften und/oder Leistungsfähigkeiten
aufweist, welche Dieseltreibstoffgraden 1-D oder 2-D gemäß dem ASTM
Standard D975 zugeordnet werden.
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In
verschiedenen Aspekten weisen die erfindungsgemäßen
synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen eine Cetanzahl von
größer als ungefähr 40 auf. Während
nordamerikanische Dieseltreibstoffe typischerweise eine Cetanzahl
von ungefähr 40 aufweisen, besteht eine dahingehende Tendenz,
dass europäische Dieseltreibstoffe eine höhere
Cetanzahl aufweisen, und zwar üblicherweise eine Cetanzahl
von gleich oder größer als 51. Die Cetanzahl ist
gemäß dem ASTM Standard D975 als
ein Maß für die Zündqualität
des Dieseltreibstoffs, welche die Verbrennungsrauheit beeinflusst,
definiert. Die Anforderungen an die Cetanzahl hängen von
der Motorausgestaltung, von der Motorgröße, von
der Natur der Geschwindigkeits- und Beanspruchungsvariationen und
von den Start- und den atmosphärischen Bedingungen ab.
In allen Aspekten beträgt das Minimum für die
Cetanzahl für alle Grade 1-D, 2-D und 4-D, welche in dem ASTM
Standard D975 dargelegt sind, 40. Der ASTM Standard
D613 ist ein Standardtestverfahren für die Cetanzahl
von Dieseltreibstoff, welche eine Cetanzahlskala definiert, in der
n-Hexadecan oder Cetan als Teil des Standards eine Einstufung von
100 erfährt und Heptamethylnonan für das untere
Ende des Bereichs in der Cetaneinstufung des Standards 15 zugeordnet
wird. In dem ASTM Standard D613 wird die Cetanzahl
eines Dieseltreibstoffs durch Vergleichen von dessen Zündverzögerungseigenschaften
in einem Standardtestmotor kooperativer-Treibstoffforschung (CFR) mit
denen für Mischungen von Referenztreibstoffen mit bekannter
Cetanzahl/bekannten Cetanzahlen bestimmt. Das Verdichtungsverhältnis
wird durch Einstellen eines von Hand kalibrierten Rads kalibriert,
um dieselbe Zündverzögerung für jede
Probe und für jede von zwei Referenztreibstoffen zu erhalten,
was die Interpolation von Cetanzahlen im Hinblick auf die Handradauslesungen
erlaubt.
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Die
Cetanzahl kann mit einer Vielzahl von Verfahren gemessen werden,
welche den Fachleuten auf dem hier relevanten Gebiet bekannt sind,
einschließlich einem Zündqualitätstestgerät
(IQT), wie in dem ASTM Standard D6890 – Standardtestverfahren
zur Bestimmung der Zündverzögerung und der abgeleiteten
Cetanzahl (DCN) – gemessen werden oder wie in dem zuvor
genannten ASTM Standard D613 beschrieben gemessen
werden. In anderen Aspekten kann ein berechneter Cetanindex eingesetzt
werden, um die Treibstoffleistung anzunähern, wenn beispielsweise
ein Standardmotor zum Untersuchen nicht verfügbar ist,
und zwar beispielsweise durch den ASTM Standard D4737 – durch
eine Vier-Variablen-Gleichung berechneter Cetanindex (unter Verwendung
der Dichte des Treibstoffs und der Destillationstemperaturen bei
10 Vol.-%, 50 Vol.-% und 90 Vol.-%, um die Cetanzahl abzuschätzen) – und
durch den ASTM Standard D976 – berechneter
Cetanindex von Destillattreibstoffen (welcher die Dichte des Treibstoffs
und seine Mitteldestillationstemperatur nutzt, um die Cetanzahl
abzuschätzen).
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In
verschiedenen Aspekten weisen die synthetischen Dieseltreibstoffe
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung eine Cetanzahl
von größer als oder gleich ungefähr 40
auf. In bestimmten Aspekten weisen die synthetischen Dieseltreibstoffe
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung eine Cetanzahl
von wenigstens ungefähr 40 und von weniger als oder gleich
ungefähr 51 auf. In bestimmten Aspekten weist die synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung
eine Cetanzahl von größer als oder von gleich
ungefähr 41, optional von größer als
oder gleich ungefähr 42, optional von größer
als oder gleich ungefähr 43, optional von größer
als oder gleich ungefähr 44 auf und in anderen Aspekten
von größer als oder gleich ungefähr 45
auf. In noch weiteren Aspekten weisen die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung eine Cetanzahl
von ungefähr 51 auf. In bestimmten Aspekten weisen die
erfindungsgemäßen synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
eine Cetanzahl von weniger als oder gleich ungefähr 51,
optional von weniger als oder gleich ungefähr 50, optional
von weniger als oder gleich ungefähr 49, optional von weniger
als oder gleich ungefähr 48, optional von weniger als oder
gleich ungefähr 47, optional von weniger als oder gleich
ungefähr 46 auf. In bestimmten Aspekten weisen die synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Cetanzahl von größer als oder gleich
ungefähr 45 auf.
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Die
Niedrigtemperaturfunktionsfähigkeit von Dieseltreibstoffen
kann, insbesondere für Mitteldestillattreibstoffe, wie
beispielsweise für Dieseltreibstoff von dem Grad 2, besonders
wichtig sein, weil eine dahingehende Tendenz besteht, dass solche
herkömmlichen Treibstoffe auf Basis von Erdöl
relativ große Mengen von geradkettigen und von verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen
aufweisen, welche sich bei Umgebungswintertemperaturen in kälteren
geografischen Bereichen verfestigen. Durch Mischungen von Biodiesel
mit herkömmlichen Dieseltreibstoffen kann die Wachsbildung
verschlimmert werden und dies kann den Treibstofffilter verstopfen
oder den Treibstoff gelieren, wodurch in dem Motor Treibstoffzufuhrschwierigkeiten
erzeugt werden. Wie zuvor angemerkt, ist es zulässig, gemäß dem ASTM
Standard D975 in bestimmten kalten Regionen Grad 1-Dieseltreibstoffe,
welche einen geringeren Wachsgehalt aufweisen, mit Grad 2-Treibstoffen
zu vermischen. In bestimmten Aspekten können verwandte
Treibstoffzusammensetzungseigenschaften, welche die Niedrigtemperaturleistung
des Dieseltreibstoffs anzeigen, die Niedertemperaturfunktionsfähigkeit
einschließen (ASTM Standard D4539 – Filtrierbarkeit
von Dieseltreibstoffen durch Niedertemperaturströmungstest
(LIFT) –, welches die minimale Temperatur ist, bei der
180 ml (ungefähr 11 in3) einer
Probe in einer Minute filtriert werden können, – und ASTM
Standard D6371 – Kaltfilterverstopfungspunkt (CFPP)
von Diesel- und Kraftstoffheiztreibstoffen –, welches die
höchste Temperatur ist, bei der 20 ml (ungefähr
1 in3) Treibstoff nicht durch ein Drahtnetz mit
45 μm (ungefähr 0,0018 Inches) unter 2 kPa (ungefähr
0,29 Pfund pro Quadratinch (psi)) Vakuum in weniger als 60 Sekunden
passieren). Gleichermaßen ist die Stockpunkttemperatur
einer Treibstoffzusammensetzung die niedrigste Temperatur, bei der
beim Kippen eine Probenbewegung auftritt.
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In
verschiedenen Aspekten weisen die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung einen Gefrierpunkt
von weniger als oder gleich ungefähr –20°C
(ungefähr –4°F) auf. In verschiedenen
Variationen beträgt der Gefrierpunkt der synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Patentanmeldung optionalerweise weniger als oder gleich ungefähr –25°C (ungefähr –13°F),
optional weniger als oder gleich ungefähr –30°C
(unge fähr –22°F) und in bestimmten Aspekten
weniger als oder gleich ungefähr –35°C
(ungefähr –31°F). In bestimmten Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung kann der
Gefrierpunkt als ein ”ultraniedriger” Gefrierpunkt
bezeichnet werden, welche weniger als oder gleich ungefähr –35°C
(ungefähr –31°F), optional weniger als
oder gleich ungefähr –40°C (ungefähr –40°F),
optional weniger als oder gleich ungefähr –45°C
(ungefähr –49°F), optional weniger als
oder gleich ungefähr –50°C (ungefähr –58°F)
und in bestimmten Aspekten weniger als oder gleich ungefähr –55°C
(ungefähr –67°F) beträgt.
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In
bestimmten Variationen weisen die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung einen Trübungspunkt
von weniger als oder gleich ungefähr –12°C
(ungefähr 10°F) auf. Der Trübungspunkt
definiert die Temperatur, bei welcher in dem Öl unter den
vorbestimmten Testbedingungen eine Trübung oder ein Nebel
von Wachskristallen auftritt, welcher sich somit im Allgemeinen
auf die Temperatur bezieht, bei welcher Wachskristalle beginnen,
aus dem verwendeten Treibstoff zu präzipitieren. Gemäß dem ASTM
Standard D2500 – Trübungspunkt von Erdölprodukten – wird
die Temperatur, bei der zuerst eine Trübung beobachtet
wird, als der Trübungspunkt eines Treibstoffs angesehen.
Während Gefrierpunkt und Trübungspunkt ähnlich
sind, werden diese unter verschiedenen Testbedingungen gemessen
und folglich können diese miteinander nicht korrelieren.
Gemäß dem ASTM Standard D975 liefert
der Trübungspunkt eine Basis zum Erfassen von anderen Eigenschaften
von Dieseltreibstoff.
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In
verschiedenen Aspekten weisen die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung eine Dichte
von größer als oder gleich 0,81 g/ml (ungefähr
6,8 lb/gal) auf. Wenn alle anderen Treibstoffeigenschaften unverändert
sind, ist der Brennwert pro Einheit Volumentreibstoff direkt proportional
zu der Treibstoffdichte. Folglich führt ein Treibstoff
mit einer verringerten Dichte zu einer Verringerung in dem Treibstoffenergiegehalt
und folglich zu einer Verringerung in der Treibstoffökonomie.
Ein typischer Dieseltreibstoff vom Grad 2 weist bei 15,6°C
(ungefähr 60°F) eine Dichte von zwischen ungefähr
0,82 und ungefähr 0,88 g/ml (ungefähr 6,8 bis
ungefähr 7,3 lb/gal) auf. In verschiedenen Aspekten weisen
die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung eine Dichte von größer
als oder gleich 0,81 g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) auf. In
bestimmten Aspekten ist die Dichte der erfindungsgemäßen
Dieseltreibstoffzusammensetzung größer als oder
gleich ungefähr 0,81 g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) und
diese beträgt weniger als oder gleich ungefähr
0,85 g/ml (ungefähr 7,1 lb/gal). In bestimmten Variationen weisen
die erfindungsgemäßen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
optional eine Dichte von größer als oder gleich
ungefähr 0,82 g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal), optional
von größer als oder gleich ungefähr 0,83
(ungefähr 6,9 lb/gal) und in bestimmten Aspekten von ungefähr
0,83 bis ungefähr 0,84 g/ml (ungefähr 6,8 bis
ungefähr 7,0 lb/gal) auf.
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In
verschiedenen Aspekten enthalten die erfindungsgemäßen
synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen wenigstens eine
organische aromatische Kohlenwasserstoffverbindung in einer Menge
von größer als oder gleich ungefähr 10
Vol.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung. In bestimmten nicht
beschränkenden Aspekten erhöht eine Erhöhung
des aromatischen Kohlenwasserstoffgehalts der Treibstoffzusammensetzung
die Dichte und folglich den Brennwert, führt allerdings
tendenziell zu einer Verringerung der Cetanzahl des Dieseltreibstoffs,
weil eine dahingehende Tendenz besteht, dass Aromaten niedrigere
Cetanzahlen aufweisen. Wenn die Gesamtmenge der aromatischen Kohlenwasserstoffkomponente
zu hoch ist, kann dies ebenfalls verursachen, dass die Dieseltreibstoffzu sammensetzung
außerhalb des in dem ASTM Standard D975 spezifizierten
Destillationstemperaturbereichs fällt. Eine minimale Menge
von größer als oder gleich ungefähr 10
Vol.-% von aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen stellt eine
Niedrigtemperaturbetriebsfähigkeit sicher, wie diese durch
einen Trübungspunkt von weniger als oder gleich ungefähr –12°C
(ungefähr 10°F) und/oder durch eine Gefrierpunktstemperatur
von weniger als oder ungefähr gleich –20°C
(ungefähr 4°F) wiedergegeben wird. Des Weiteren
stellt die minimale Menge von aromatischen Kohlenwasserstoffmolekülen
von größer als oder gleich ungefähr 10
Vol.-% sicher, dass in den Treibstoffsystemkomponenten keine Dichtungsschrumpfung
auftreten wird.
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Kohlenwasserstoffe
für Treibstoffzusammensetzungen enthalten Wasserstoff und
Kohlenstoff und schließen, wie hier verwendet, typischerweise
Paraffine, Naphthene, Olefine und Aromaten ein. Paraffine und Naphthene
sind typischerweise gesättigte Kohlenwasserstoffe, wohingegen
Aromaten und Olefine ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen
sind. Paraffine sind gesättigte, typischerweise lineare
Kohlenwasserstoffe mit der allgemeinen Formel CnH2n+2 einschließlich struktureller
Isomere, wie beispielsweise Isoparaffine. Olefine sind ähnlich
zu Paraffinen, diese weisen jedoch wenigstens eine Einheit an Ungesättigtkeit
(oder eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen) in der Kohlenwasserstoffkette
auf. Olefine mit einer einzelnen ungesättigten Doppelbindung
weisen die nominale allgemeine Formel CnH2n auf. Es besteht eine dahingehende Tendenz,
dass Olefine während Raffinationsprozessen oder in synthetischen
Verfahren, wie beispielsweise in dem synthetischen Fischer-Tropsch-Verfahren,
gebildet werden. Naphthene umfassen zyklische Ringstrukturen, welche
in Dieseltreibstoff dazu tendieren, Alkylringe mit 5 bis 6 Kohlenstoffatomen
aufzuweisen, optional umfassend kondensierte Ringstrukturen mit
einer linearen Kohlenwasserstoffkette. Naphthene mit einem einzelnen
Ring weisen die allgemeine Formel CnH2n auf. Aromaten umfassen Kohlenwasserstoffe
mit aromatischen Ringstrukturen, wie beispielsweise Benzylgruppen.
Eine aromatische Kohlenwasserstoff-Einring-Verbindung weist die
allgemeine Formel CnH2n-6 auf.
Polyzyklische aromatische Verbindungen umfassen diejenigen Kohlenwasserstoffe
mit zwei oder mehr aromatischen Ringen, welche optional kondensierte
Ringstrukturen sein können. Es gilt zu beachten, dass Verbindungen,
welche von Erdöl oder von anderen natürlichen Quellen
stammen, geringe Mengen von Heteroatomen enthalten können,
wie beispielsweise Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff oder Phosphor.
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In
verschiedenen Aspekten enthält die erfindungsgemäße
synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen.
Insbesondere geeignete C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Erfindung schließen
Decan, Butylcyclohexan, Hexylbenzol, Hexylcyclohexan, Octylbenzol,
Octylcyclohexan, Decylbenzol, Decylcyclohexan, Dodecylbenzol und
Dodecylcyclohexan ein. Die Eigenschaften von allen diesen besonders
geeigneten Kohlenwasserstoffverbindungen sind in der untenstehenden Tabelle
1 aufgeführt, wie diese ferner in dem Yaws Handbook
of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds von
Carl L. Yaws, Knovel (2003), in dem The Compendium
of Experimental Cetane Number Data, NREL/SR-540-36805 (2004),
in dem Diesel Fuels Technical Review von Chevron Global
Marketing (2008) und in dem National Institute
of Science and Technology Chemistry Web Book, Standardreferenzdatenbanknummer
69 (http://webbook.nist.gov/chemistry mit Datum Februar 2009) im
Detail dargelegt sind.
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Mischungen
dieser spezifischen Kohlenwasserstoffverbindungen werden so ausgewählt,
dass diese in Mischung die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen mit einer gewünschten
minimalen Cetanzahl von größer als oder gleich
40, mit einer Gefrierpunktstemperatur von weniger als oder gleich
ungefähr –20°C (ungefähr 4°F)
und mit einer Dickte von größer als oder gleich
ungefähr 0,81 g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) liefern.
Im Allgemeinen weisen die C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen,
welche zur Verwendung in den erfindungsgemäßen
synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Patentanmeldung besonders geeignet sind, einen Siedepunkt in einem
Bereich zwischen 170 und 330°C (ungefähr 338 bis
626°F) entsprechend dem Dieseltreibstoffdestillationskurvenbereich
auf. In alternativen Aspekten kann die erfindungsgemäße
synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung eine ähnliche oder äquivalente
Kohlenwasserstoffverbindung enthalten, welche so ausgewählt
ist, dass diese, wenn diese mit anderen Kohlenwasserstoffverbindungen
vermischt wird, einen Dieseltreibstoff mit einem Siedepunkt in einem
Bereich zwischen ungefähr 170°C und ungefähr
330°C (ungefähr 338°F bis ungefähr
626°F), mit einer Cetanzahl von größer
als 40, mit einer Gefrierpunktstemperatur von weniger als oder gleich
ungefähr –20°C (ungefähr –4°F)
und mit einer Dichte von größer als oder gleich
ungefähr 0,81 g/ml (ungefähr 0,47 oz/in3) liefert.
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In
bestimmten Aspekten werden wenigstens drei dieser C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen so ausgewählt,
dass diese in Mischung miteinander eine synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung
liefern, welche ähnlich zu einem Dieseltreibstoff vom Grad
1-D, und zwar mit einer Cetanzahl von größer als
oder gleich ungefähr 45, mit einer Dichte von wenigstens
0,81 g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) und mit einer Gefrierpunktstemperatur
von weniger als –20°C (ungefähr –4°F)
ist. In noch weiteren Ausführungsformen werden wenigstens
drei dieser C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
so ausgewählt, dass diese in Mischung miteinander eine
synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung liefern, welche ähnlich
zu einem Dieseltreibstoff vom Grad 2-D mit einer Cetanzahl von größer
als oder gleich ungefähr 45, mit einer Dichte von wenigstens
0,82 g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) und mit einer Gefrierpunktstemperatur
von weniger als –20°C (ungefähr –4°F).
In verschiedenen Aspekten vermeidet die Auswahl der wenigstens drei
oder mehr dieser besonderen Verbindungen die Probleme, welche mit
den synthetischen Fischer-Tropsch-Treibstoffen verbunden sind, welche
hohe Gefrierpunktstemperaturen (was zu schlechten Kalttemperatureigenschaften
führt) und niedrige Dichten aufweisen (was zu einem Verlust
an Treibstoffökonomie führt) aufweisen.
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Des
Weiteren enthalten die erfindungsgemäßen synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen wenigstens 10 Vol.-% aromatische
Kohlenwas serstoffe, welche alle Probleme hinsichtlich des Dichtungsschrumpfs,
für welche Fischer-Tropsch-Treibstoffe empfänglich
sind, minimiert. Ein Aromatizitätstest kann den aromatischen
Gehalt von Dieseltreibstoff gemäß dem ASTM
Standard D975 anzeigen, insbesondere bezüglich
Bedenken bezüglich des möglichen negativen Einflusses
auf Emissionen gemäß US-Verordnungen (Nummer 40
der Bundesverordnungen, Teil 80). In bestimmten Aspekten enthält
der aromatische Kohlenwasserstoff eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe
oder eine Arylgruppe, wie beispielsweise eine Phenyl- oder eine Benzylgruppe.
In bestimmten Aspekten ist solch eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung
eine der zuvor beschriebenen C10-C18-Kohlenwasserstoffe. Folglich schließen
besonders geeignete aromatische C10-C18-Kohlenwasserstoffe für synthetische
Dieseltreibstoffzusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung Hexylbenzol, Octylbenzol, Decylbenzol und/oder Dodecylbenzol
ein. In bestimmten Variationen liegen die einen oder mehreren aromatischen
Kohlenwasserstoffverbindungen in der erfindungsgemäßen
Dieseltreibstoffzusammensetzung kollektiv in einer Menge von größer
als oder gleich ungefähr 10 Vol.-% und in einer Menge von
weniger als oder gleich ungefähr 60 Vol.-%, optional in
einer Menge von größer als oder gleich ungefähr
15 Vol.-% bis weniger als oder gleich ungefähr 50 Vol.-%,
optional in einer Menge von größer als oder gleich
ungefähr 20 Vol.-% bis weniger als oder gleich ungefähr
40 Vol.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung vor.
-
In
verschiedenen Aspekten werden die wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan, Hexylbenzol,
Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol, Decylcyclohexan,
Dodecylbenzol und/oder Dodecylcyclohexan so ausgewählt, dass
diese die erfindungsgemäßen synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
formulieren. In bestimmten Aspekten werden die wenigstens drei der
C10-C18-Kohlen wasserstoffverbindungen
aus der Gruppe Butylcyclohexan, Hexylcyclohexan, Decylbenzol und/oder
Dodecylcyclohexan ausgewählt.
-
In
noch weiteren Variationen umfassen die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
wenigstens vier C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan,
Hexylbenzol, Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol,
Decylcyclohexan, Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan. In bestimmten
Aspekten enthalten die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
fünf, optional sechs, optional sieben, optional acht, optional
neun und in bestimmten Ausführungsformen alle eine der
C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan,
Hexylbenzol, Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol,
Decylcyclohexan, Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan.
-
Folglich
kann gemäß der vorliegenden Patentanmeldung eine
synthetische Treibstoffzusammensetzung bis zu zehn C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten,
um einen Dieseltreibstoff mit einer konsistenten Qualität
und Destillationskurven ähnlich zu den herkömmlichen
Erdöl-Dieseltreibstoffen mischen und formulieren zu können,
um in einem Dieselmotor eine ähnliche Leistung zu liefern,
einschließlich einer robusten Kaltstartleistung, während
eine gewünschte Treibstoffökonomie aufrechterhalten
wird. Während mehr als zehn solcher C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen möglich
sind und von der vorliegenden Patentanmeldung in Betracht gezogen
werden, ist es herausgefunden worden, dass eine synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung
mit zwischen drei und zehn dieser besonderen Kohlenwasserstoffverbindungen
die erforderliche Destillation, die erforderlichen physikalischen
Eigenschaften und die erforderlichen Leistungsattribute von Erdöl-Dieseltreibstoff
mit hunderten von Kohlenwasserstoffspezies ausreichend simulieren.
In bestimmten bevorzugten Aspekten weisen die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
nicht mehr als ungefähr fünfzig C10-C18-Verbindungen auf, besonders bevorzugt
sind diese beschränkt auf weniger als ungefähr
fünfundzwanzig C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
und in bestimmten Aspekten weisen diese zehn oder weniger der zuvor
beschriebenen und aufgeführten Verbindungen auf.
-
Abhängig
davon, wie viele C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
für die Dieseltreibstoffzusammensetzung gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung ausgewählt werden, kann jede
entsprechende Verbindung in irgendeiner Menge von größer
als oder gleich ungefähr 1 Vol.-% bis weniger als oder
gleich ungefähr 75 Vol.-% vorliegen. In besonderen Ausführungsformen
liegt jede jeweilige C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindung optional
in der Dieseltreibstoffzusammensetzung in einer Menge von größer
als oder gleich ungefähr 1 Vol.-% bis weniger als oder
gleich ungefähr 70 Vol.-%, optional in einer Menge von
größer als oder gleich ungefähr 3 Vol.-%
bis weniger als oder gleich ungefähr 65 Vol.-%, optional
in einer Menge von größer als oder gleich ungefähr
5 Vol.-% bis weniger als oder gleich ungefähr 55 Vol.-%,
optional in einer Menge von größer als oder gleich
ungefähr 7 Vol.-% bis weniger als oder gleich ungefähr
50 Vol.-% vor. In besonderen Ausführungsformen liegt jede
jeweiligen C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
in der Dieseltreibstoffzusammensetzung optional in einer Menge von
größer als oder gleich ungefähr 10 Vol.-%
bis weniger als oder gleich ungefähr 35 Vol.-% und optional
in einer Menge von weniger als oder gleich ungefähr 34
Vol.-% vor.
-
Die
in der nachstehenden TABELLE 2 gezeigten Formulierungen 1 bis 5
sind nicht beschränkende Beispiele für geeignete
synthetische Treibstoffe, welche gemäß der vorliegenden
Patentanmeldung hergestellt worden sind. TABELLE
2
-
Die
Formulierung 1 enthält alle von den zehn C10-C18-Kohlenwasserstoff-Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan, Hexylbenzol, Hexylcyclohexan,
Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol, Decylcyclohexan, Dodecylbenzol
und Dodecylcyclohexan, und zwar jeweils in einer Menge von 10 Vol.-%.
Die Gesamtmenge der aromatischen Verbindungen in der Treibstoffzusammensetzung enthält
40 Vol.-% Hexylbenzol, Octylbenzol, Decylbenzol und Dodecylbenzol.
Die resultierende Gefrierpunktstemperatur wird auf –23°C
(ungefähr –9,4°F) berechnet, die Cetanzahl
wird auf 45 berechnet und die Dichte wird auf 0,819 g/ml (ungefähr
6,83 lb/gal) berechnet. Die Formulierung 2 weist ungefähr
15 Vol.-% Decan, 15 Vol.-% Butylcyclohexan, 10 Vol.-% Hexylbenzol,
15 Vol.-% Hexylcyclohexan, 15 Vol.-% Octylbenzol, 10 Vol.-% Decylbenzol
und 10 Vol.-% Dodecylbenzol bzw. Dodecylcyclohexan auf. Die gesamten
organischen aromatischen Verbindungen liegen in der Zusammensetzung
kumulativ in einer Menge von 45 Vol.-% (Hexylbenzol, Octylbenzol,
Decylbenzol und Dodecylbenzol) vor. Die synthetische Dieseltreibstoff-Formulierung
2 weist eine berechnete Gefrierpunktstemperatur von –28,4°C
(ungefähr –19,1°F), eine berechnete Cetanzahl
von 45,9 und eine berechnete Dichte von ungefähr 0,821
g/ml (ungefähr 6,85 ml/gal) auf.
-
Die
synthetische Dieseltreibstoff-Formulierung 3 weist 25 Vol.-% Butylcyclohexan,
25 Vol.-% Hexylcyclohexan, 25 Vol.-% Decylbenzol und schließlich
25 Vol.-% Dodecylcyclohexan auf, was zu einer Dieseltreibstoffzusammensetzung
führt, in der die Summe der vorliegenden aromatischen Verbindungen
25 Vol.-% beträgt, und welche eine berechnete Gefrierpunktstemperatur
von –21,3°C (ungefähr –6,34°F),
eine berechnete Cetanzahl von 45,6 und eine berechnete Dichte von
ungefähr 0,83 g/ml (ungefähr 6,9 lb/gal) aufweist.
Die Formulierung 4 enthält ungefähr 33 Vol.-%
Butylcyclohexan, 34 Vol.-% Decylbenzol und 33 Vol.-% Dodecylbenzol. Die
Gesamtvolumenkonzentration von aromatischen Verbindungen in der
synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzung beträgt 67
Vol.-%. Die Formulierung 4 weist eine berechnete Gefrierpunktstemperatur
von –28,5°C (ungefähr –19,3°F),
eine berechnete Cetanzahl von 48,8 und eine berechnete Dichte von
ungefähr 0,824 g/ml (ungefähr 6,87 lb/gal) auf.
-
Schließlich
enthält die synthetische Dieseltreibstoff-Formulierung
5 12 Vol.-% Decan, 13 Vol.-% Butylcyclohexan, 12 Vol.-% Hexylcyclohexan,
13 Vol.-% Octylbenzol, 12 Vol.-% Decylbenzol, 13 Vol.-% Decylcyclohexan
und 25 Vol.-% Dodecylbenzol. Die Gesamtmenge von aromatischen Verbindungen
in der Formulierung 5 beträgt 50 Vol.-% (Octylbenzol, Decylbenzol
und Dodecylbenzol). Die Formulierung 5 weist eine berechnete Gefrierpunktstemperatur
von –20,3°C (ungefähr –4,54°F),
eine berechnete Cetanzahl von 47,7 sowie eine berechnete Dichte
von ungefähr 0,823 g/ml (ungefähr 0,476 oz/in3) auf. Wie zuvor dargelegt, sind die Formulierungen
1 bis 5 geeignete Äquivalente zu Erdöldiesel,
der aus Dieseltreibstoff auf Basis von Erdöl raffiniert worden
ist.
-
Letztlich
hängen die Dieseltreibstoffflüchtigkeitsanforderungen
von dem Motoraufbau, von der Motorgröße, von der
Natur der Geschwindigkeits- und Lastvariationen und von den Start-
und atmosphärischen Bedingungen ab. Für Motoren,
welche mit schnell fluktuierenden Lasten und Geschwindigkeiten betrieben
werden, wie beispielsweise in dem Bus- und Lastkraftwagenbetrieb,
können flüchtigere Treibstoffe die beste Leistung
liefern, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Emissionen. Allerdings
wird im Allgemeinen eine bessere Treibstoffökonomie für
die Treibstoffe vom schwereren Typ erhalten, und zwar aufgrund ihres
größeren Wärmegehalts. Die Flüchtigkeit
eines Dieseltreibstoffs kann durch dessen Destillationsprofil beschrieben
werden. In der 1 wird eine herkömmliche
Dieseltreibstoffdestillationskurve von zu dem Sommergrad 2-D raffinierten
Erdöl mit den vorhergesagten Destillationskurven für
die zuvor als die Formulierungen 1 bis 5 beschriebenen erfindungsgemäßen
synthetischen Dieseltreibstoffe verglichen.
-
Wie
gesehen werden kann, beginnt der herkömmliche Vergleichsdieseltreibstoff
vom Grad 2-D, sich bei ungefähr 350°F (ungefähr
171°C) zu verflüchtigen, und werden bis ungefähr
625°F (ungefähr 330°C) 90 Vol.-% gewonnen.
Diese durchschnittlichen Destillationsdaten für Dieseltreibstoff
vom Grad 2-D stammen aus der Dieseltreibstoffübersicht
der Allianz der Automobilhersteller von Nordamerika vom Sommer 2008
auf Basis von Daten von 150 über die Vereinigten Staaten
ausgewählten Proben. Die Destillation wurde gemäß dem ASTM
Standard D86 – Destillation von Erdölprodukten – durchgeführt.
Die synthetischen Dieseltreibstoff-Formulierungen 1 bis 5 gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung beginnen ebenfalls, sich in einem Bereich
zwischen 340 und 360°F (ungefähr 171 bis 182°C)
zu verflüchtigen, und bei 625°F (ungefähr
330°C) werden 90 Vol.-% verdampft. Diese Annäherung
der synthetischen Dieseltreibstoffe gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung an die Petrodieseltreibstoffdestillationskurve
liefert eine ausreichende Leistungsfähigkeit, um die herkömmlichen
Dieseltreibstoffe zu ersetzen. Beispielsweise beein flusst eine ausreichende
Niedrigtemperaturverdampfung die Kaltstartleistung positiv (was
eine ausreichende Verdampfung für die Verbrennung bei niedrigen
Temperaturen sicherstellt), während ein Bereich von Kohlenwasserstoffen
mit Siedepunkten in einem Bereich in den höheren Temperaturen
sicherstellt, dass die Dichte erhöht wird und folglich
die Treibstoffgehaltswerte und folglich die Treibstoffökonomie
erhöht werden. Folglich sieden in bestimmten Aspekten verschiedene
für die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
ausgewählte Verbindungen in dem spezifizierten Dieseltreibstoffbereich.
Es gilt zu beachten, dass die vorliegende Patentanmeldung es in
Betracht zieht, dass die erfindungsgemäßen synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen des Weiteren herkömmliche
Dieseltreibstoffadditive enthalten, welche in diesen exemplarischen
Zusammensetzungen nicht enthalten sind.
-
Folglich
wird in verschiedenen Aspekten der vorliegenden Patentanmeldung
eine synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung bereitgestellt,
welche wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan, Hexylbenzol,
Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol, Decylcyclohexan,
Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan enthält. Die synthetische
Dieseltreibstoffzusammensetzung enthält wenigstens eine
aromatische Kohlenwasserstoffverbindung in einer Menge von mehr
als oder gleich ungefähr 10 Vol.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
Ferner weist die synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung eine
Cetanzahl von größer als 40, einen Gefrierpunkt
von weniger als oder gleich ungefähr –20°C
(ungefähr –4°F) sowie eine Dichte von
größer als oder gleich ungefähr 0,81
g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) auf.
-
Im
Allgemeinen sind die synthetischen Dieseltreibstoff-Formulierungen
gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung
in Dieselmotoren geeignet. Insbesondere enthalten die Formulierungen
in besonderen Ausführungsformen im Wesentlichen keinen
Schwefel und erfüllen die US-, die europäischen
oder andere Regierungsanforderungen für Ultraniedrigschwefel-Dieseltreibstoff
(in den USA weniger als ungefähr 15 mg/kg maximaler Schwefelgehalt).
Folglich weisen solche Treibstoffe einen niedrigen Schwefelgehalt
auf, so dass diese Treibstoffe auch die Kupferstreifenkorrosionsgrenzen
in der D975 (welcher die reaktiven Schwefelverbindungen
in dem Treibstoff misst) erfüllen. Die synthetischen Treibstoffe
können ebenfalls die Aromatizitätsanforderungen
erfüllen, wenn der Gesamtaromatengehalt weniger als 35
Vol.-% beträgt oder der Cetanindex größer
als 40 ist, was eine Dichte und 50% Verdampfungsdestillationstemperatur
nutzt. In verschiedenen Aspekten enthalten die Formulierungen minimale
Mengen an oder gar keine anorganischen Elemente, um die Aschegrenze
zu erfüllen. In verschiedenen Aspekten wird die Flammpunktanforderung
für die synthetischen Treibstoffformulierungen gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung ebenfalls erfüllt.
-
Andere
exemplarische Formulierungen, welche gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung hergestellt worden sind, sind in der
Tabelle 3 aufgeführt. Die Formulierung 6 weist eine relativ
hohe berechnete Cetanzahl von ungefähr 51 mit einer entsprechenden
Gefrierpunktstemperatur von –23,7°C (ungefähr –10,7°F)
und mit einer berechneten Dichte von ungefähr 0,817 auf.
Die Formulierung 6 enthält 24 Vol.-% Decan, 19 Vol.-% Butylcyclohexan,
33 Vol.-% Hexylcyclohexan und 24 Vol.-% Dodecylbenzol (eine aromatische
Verbindung).
-
Die
Formulierung 7 weist eine vergleichsweise niedrige Gefrierpunktstemperatur
auf, welche so berechnet ist, dass diese ungefähr –35,7°C
(ungefähr –32,3°F) beträgt,
was diese insbesondere für eine synthetische Kaltstart-Dieseltreibstoffzusammensetzung
geeignet macht. Die Cetanzahl beträgt ungefähr
46,6 und die Dichte beträgt 0,816 g/ml (ungefähr
6,81 lb/gal). Die synthetische Dieseltreibstoff-Formulierung 7 enthält 46
Vol.-% Butylcyclohexan, 13 Vol.-% Hexylcyclohexan, 20 Vol.-% Decylbenzol
(aromatische Verbindung) sowie 21 Vol.-% Dodecylcyclohexan. Die
Formulierung 9 ist eine synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung mit
einer ”ultraniedrigen” Gefrierpunktstemperatur
mit einem berechneten Gefrierpunkt von –55,8°C
(ungefähr –68,4°F). Diese enthält
70 Vol.-% Butylcyclohexan, 18 Vol.-% Hexylcyclohexan und 12 Vol.-%
Decylbenzol (aromatische Verbindung).
-
Schließlich
ist die Formulierung 8 in der Tabelle 3 eine synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung, welche
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung hergestellt
worden ist, welche eine vergleichsweise hohe Dichte von ungefähr
0,839 g/ml (ungefähr 7,00 lb/gal) aufweist. Diese enthält
16 Vol.-% Decan, 15 Vol.-% Butylcyclohexan, 59 Vol.-% Hexylcyclohexan
und 10 Vol.-% Dodecylbenzol (aromatische Verbindung). Diese weist
im Einklang mit der vorliegenden Patentanmeldung eine berechnete
Cetanzahl von ungefähr 45,4 sowie eine Gefrierpunktstemperatur
von –21,1°C (ungefähr –5,9°F)
auf.
-
In
der
2 werden die erfindungsgemäßen
Formulierungen 6 bis 8 mit einem herkömmlichen Dieseltreibstoff
vom Grad 2-D mit derselben Zusammensetzung, welche in der zuvor
beschriebenen
1 verwendet worden ist, verglichen.
Herkömmlicher Dieseltreibstoff vom Grad 2-D beginnt, sich
bei ungefähr 350°F (ungefähr 171°C)
zu verflüchtigen, und bei ungefähr 625°F
(ungefähr 330°C) werden 90 Vol.-% wiedergewonnen.
Die Formulierungen 6 bis 8 weisen jeweils Destillationskurven mit
Siedepunkten in einem Bereich zwischen 340°F (ungefähr
171°C) und ungefähr 625 bis 635°F (ungefähr
329 bis 335°C) auf. TABELLE
3
-
In
bestimmten Aspekten können die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
im Wesentlichen aus drei oder mehr der C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan, Hexylbenzol,
Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol, Decylcyclohexan,
Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan bestehen. Solch eine synthetische
Dieseltreibstoffzusammensetzung kann ferner im Wesentlichen aus
anderen herkömmlichen Dieseltreibstoffadditiven und Verdünnungsmitteln,
welche in Dieseltreibstoffzusammensetzungen herkömmlicherweise
enthalten sind, bestehen. Herkömmliche Dieseltreibstoffadditive
schließen Antioxidationsmittel, Biozide, Cetanverbesserer,
Kaltflussverbesserer, Korrosionsinhibitoren, Detergentien und Reibungsverbesserer
ein. Entsprechende Konzentrationen solcher Additive betragen typischerweise
ungefähr 0,0001 bis 0,1 Massen-%. In noch weiteren Aspekten
können die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung in verschiedenen
Mengen mit Biodiesel oder mit anderen alternativen oder herkömmlichen
Treibstoffen vermischt und kombiniert werden.
-
Wie
zuvor dargelegt, enthalten die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
optional herkömmliche Dieseltreibstoffadditive. Verfügbare
Treibstoffadditive können die Geeignetheit der Dieseltreibstoffe für
eine Langzeitlagerung verbessern und die thermische Stabilität
erhöhen. Wie zuvor dargelegt, können solche herkömmlichen
Additive im Wege von nicht beschränkenden Beispielen Antioxidationspakete,
Detergentien, Reibungsverringerer, Antiverschleißadditive
und/oder reibungsverbessernde Mittel, Korrosionsinhibitoren, Cetanverbesserer,
Kaltflussverbesserer, Bioizide oder Biostatika (welche das Wachstum
von Pilzen und Bakterien zerstören oder inhibieren), Nichtmetalldispergiermittel,
Nichtmetalldetergentien, Korrosions- und Rostinhibitoren, Metalldesaktivatoren,
Entschäumungsmittel, Farbstoffe, Macker, antistatische
Additive, Verbrennungsverstärker und Mischungen hiervon
einschließen. Solche Additive können in dem dem
Fachmann auf dem vorliegenden Fachgebiet gut bekannten Mengen eingesetzt
werden und können im Wege von nicht beschränkenden
Beispielen zusammen in einer Menge von ungefähr 0,01 bis
ungefähr 1 Gewichts-% bezogen auf die Dieseltreibstoffgesamtzusammensetzung,
optional in einer Menge von ungefähr 0,0001 bis ungefähr 0,1
Gewichts-% der Treibstoffgesamtzusammensetzung vorliegen.
-
In
noch anderen Aspekten schafft die vorliegende Patentanmeldung Verfahren
zum Formulieren von wie zuvor beschriebenen synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen.
In bestimmten Aspekten umfassen die Verfahren das Vermischen von
wenigstens drei C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan,
Hexylbenzol, Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol,
Decylcyclohexan, Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan. In anderen
Aspekten können die Formulierungsverfahren, vor dem Vermischen,
den Schritt des Auswählens von einer oder mehreren C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Decan, Butylcyclohexan,
Hexylbenzol, Hexylcyclohexan, Octylbenzol, Octylcyclohexan, Decylbenzol,
Decylcyclohexan, Dodecylbenzol und Dodecylcyclohexan auf Basis der
Cetanzahl, der Gefrierpunktstemperatur, der Dichte, dem Siedepunkt
und/oder dem Treibstoffwert umfassen.
-
Die
Zusammensetzung wird so formuliert, dass, wie zuvor beschrieben,
wenigstens eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung in einer
Menge von größer als oder gleich ungefähr
10 Vol.-% in den Formulierungen vorliegt. In anderen Aspekten umfasst
das Vermischen die Zugabe von einer oder mehreren der C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen jeweils
in einer Menge von 1 bis 75 Vol.-%. In anderen Variationen liegen
die einen oder mehreren der C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen optional
in der Dieseltreibstoffzusammensetzung in einer Menge von größer
als oder gleich ungefähr 1 Vol.-% bis weniger als oder
gleich ungefähr 70 Vol.-%, optional in einer Menge von
größer als oder gleich ungefähr 3 Vol.-%
bis weniger als oder gleich ungefähr 65 Vol.-%, optional
in einer Menge von größer als oder gleich ungefähr
5 Vol.-% bis weniger als oder gleich ungefähr 55 Vol.-%,
optional in einer Menge von größer als oder gleich
ungefähr 7 Vol.-% bis weniger als oder gleich ungefähr
50 Vol.-% vor. In bestimmten Variationen liegt jede entsprechende C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
in der Dieseltreibstoffzusammensetzung optional in einer Menge von größer
als oder gleich ungefähr 10 Vol.-% bis weniger als oder
gleich ungefähr 35 Vol.-% vor und ist in der Dieseltreibstoffzusammensetzung
eingemischt.
-
Auf
diese Weise wird eine synthetische Dieseltreibstoffmischung mit
einer Cetanzahl von größer als 40, mit einem Gefrierpunkt
von weniger als oder gleich ungefähr –20°C
(ungefähr –4°F) und mit einer Dichte von
größer als oder gleich ungefähr 0,81
g/ml (ungefähr 6,8 lb/gal) ausgebildet. In bevorzugten
Aspekten weist die synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzung,
welche die vorausgewählten C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen enthält,
einen Trübungspunkt von wenigstens ungefähr –12°C
(ungefähr 10°F) auf. In verschiedenen Aspekten
erfüllen die synthetischen Dieseltreibstoffe gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung die Anforderungen, welche in dem ASTM
Standard D975 gefunden werden, oder können künftige
Standards, welche von der ASTM sind oder von anderen Verordnungen
oder von anderen Standard setzenden Behörden zu entwickeln,
erfüllen. Die erfindungsgemäßen synthetischen
Dieseltreibstoffe bieten eine größere Konsistenz
in der Formulierung/Zusammensetzung und liefern größere
Designvorteile. Beispielsweise können die resultierenden
Kraftfahrzeugemissionssysteme besser auf solche Treibstoffe maßgeschneidert
werden und verbesserte Emissionsverringerungen liefern. In besonderen
Aspekten werden die synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
mit einem oder mehreren herkömmli chen Dieseltreibstoffadditiven
in den zuvor diskutierten Konzentrationen vermischt. Folglich kann
das Vermischen der Komponenten für die synthetische Treibstoffzusammensetzung
ferner die Zugabe von einem oder mehreren herkömmlichen
Dieseltreibstoffadditiven umfassen, welche aus der Gruppe ausgewählt
sind, welche besteht aus: Antioxidationspaketen, Detergentien, Reibungsverringerern,
Antiverschleißadditiven und/oder Reibung verbessernden
Mitteln, Korrosionsinhibitoren, Cetanverbesserern, Kaltflussverbesserern,
Bioziden oder Biostatika (welche das Wachstum von Pilzen und Bakterien
zerstören oder inhibieren), Nichtmetalldispergiermitteln,
Nichtmetalldetegentien, Korrosions- und Rostinhibitoren, Metalldesaktivatoren,
Entschäumungsmitteln, Farbstoffen, Markern, antistatischen
Additiven, Verbrennungsverbesserern und Mischungen hiervon.
-
Die
besonders geeigneten C10-C18-Verbindungen
zur Verwendung in den synthetischen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Patentanmeldung können
im Unterschied zu einem herkömmlichen Dieseltreibstoff,
welcher gesamt aus raffiniertem Rohöl erzeugt wird und
hunderte von Kohlenwasserstoffverbindungen enthält, aus
herkömmlichen Quellen geliefert werden, welche synthetische
Verbindungen oder aus einem Raffinationsprozess isolierte Verbindungen
enthalten können. In verschiedenen Variationen werden ein
oder mehreren der C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
aus Nicht-Erdölquellen erzeugt, welche aus einer biologischen,
einer erneuerbaren oder einer natürlichen Quelle gebildet
sind, und, welche eine synthetische Dieselzusammensetzung gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung erzeugen, welche ein so genannter ”Biotreibstoff” oder ”alternativer
Treibstoff” ist. Genetisch konstruierte Mikroben können
maßgeschneidert werden, um im Wege von nicht beschränkenden
Beispielen aus Biomasse, Pflanzenquellen, wie beispielsweise Pflanzenölen,
wie beispielsweise Sojabohnenöl, Raps- oder Hanföl,
oder aus tierischen Quellen, wie beispielsweise tierischen Fetten,
die C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen
herzustellen. Andere alternative Treibstoffe umfassen Biotreibstoffe
hergestellt aus pflanzlichen Quellen, einschließlich Getreide,
wie beispielsweise Mais, Gerste, Hirse und Weizen, welche aufgespalten
und verarbeitet werden können, um die Verbindungen zur
Verwendung als Treibstoff zu verarbeiten. Andere nicht beschränkende
Quellen für Biotreibstoffe sind Pflanzenmaterialien auf
Basis von Cellulose und/oder auf Basis von Lignocellulose, wie beispielsweise
Heu, Maisstengel, Weizenstengel, Landwirtschafts-, Gemeinde-, Papierindustrie-
und Forstwirtschaftsabfallprodukte. Ferner können in besonderen
Aspekten synthetische Dieseltreibstoffe, welche gemäß der
vorliegenden Patentanmeldung hergestellt worden sind und welche
aus Biomasse stammen, mit Biodiesel vermischt werden, um eine Biodieselzusammensetzung
herzustellen. Alle diese Treibstoffe weisen im Vergleich zu herkömmlichen
Dieseltreibstoffen verringernde CO2-Emissionen
auf.
-
Die
vorliegende Patentanmeldung schafft vorzugsweise synthetische Dieseltreibstoffzusammensetzungen,
welche primäre Treibstoffe (und nicht nur Einmischmittel)
sind, welche gewünschterweise maßgeschneidert
werden können, um bessere Eigenschaften und Charakteristika
aufzuweisen, einschließlich dem Maßschneidern
der Dieseltreibstoffcetanzahl, der Dichte, dem Gefrierpunkt und
dergleichen. Die erfindungsgemäßen synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen enthalten wenigstens drei und
optional bis zu zehn C10-C18-Kohlenwasserstoffverbindungen,
welche zuvor erörtert worden sind, um eine konsistente,
verlässliche und vorhersagbare Treibstoffleistung bereitzustellen.
Die erfindungsgemäßen Dieseltreibstoffzusammensetzungen
vermeiden wünschenswerterweise Probleme, welche mit Rohöl-Diesel
und mit Fischer-Tropsch-Treibstoffen verbunden sind, einschließlich
Treibstoffzusammensetzungsvariabilität und Verringerung
die Anwesenheit von wachsartigen Kohlenwasserstoffkom ponenten und
von Kohlenwasserstoffkomponenten mit niedriger Dichte, um die Niedrigtemperaturleistung
zu verbessern, und, um die Dichtungsschrumpfprobleme zu lösen.
Ferner sind die erfindungsgemäßen synthetischen
Dieseltreibstoffzusammensetzungen besonders geeignet, aus alternativen
Treibstoffquellen auf Nicht-Erdölsbasis zu stammen, wie
beispielsweise aus Biomasse, die aus durch mikrobielle Synthese
erzeugten Treibstoffen stammt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
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