DE102013013712A1

DE102013013712A1 - Verfahren zur Erhöhung der H2O-Abscheideeffizienz aus Dieselkraftstoffen

Info

Publication number: DE102013013712A1
Application number: DE201310013712
Authority: DE
Inventors: Michael Harenbrock; Martin Veit
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoffen vorgestellt. Dabei wird dem Kraftstoff ein organisches Salz zugefügt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung der Koaleszenz von Wassertropfen.
Stand der Technik
Die Hochdruck-Einspritzsysteme moderner Dieselaggregate stellen hohe Anforderungen an die Reinheit des Kraftstoffs. So hat beispielsweise neben Schmutzpartikeln auch tropfenförmiges Wasser direkte Auswirkungen auf die Komponenten des Einspritzsystems und muss zuverlässig aus dem Kraftstoff abgeschieden werden. Aufgrund der über die letzten Jahre stark veränderten Zusammensetzung des Dieselkraftstoffs – geringerer Schwefel- und höherer Biokraftstoff- und Additivanteil – haben die beim Durchgang durch die Dieselkraftstoffsysteme gebildeten Wassertropfen nur noch einen mittleren Durchmesser von wenigen Mikrometern.
Diese kleinen Wassertropfen werden von den genannten Additiven bzw. Biokomponenten im Kraftstoff umhüllt. Die polaren Molekülbereiche richten sich dabei zum Tropfen hin aus, die unpolaren Reste stehen nach außen, wodurch der Tropfen in der unpolaren Flüssigkeit stabilisiert wird. Kleine Tröpfchen können somit schlechter in Kontakt kommen, koaleszieren und dann sedimentiert werden.
Die WO 2010/091767 A1 beschreibt eine Vorrichtung für ein Kraftstoff-Filtersystem, das Wasser aus dem Kraftstoff ausscheidet, wobei mittels der Vorrichtung das Wasser durch Einwirken eines Mediums eine das Abscheiden begünstigende Eigenschaft annimmt. Dieses die Koaleszenz begünstigende Medium ist vorteilhafterweise auf Salzbasis aufgebaut, wobei sich die Benutzung von NaCl als besonders günstig erwiesen hat. Damit kann mithilfe von Filtersystemen üblicher Bauweise aus dem sozusagen ”vorbehandelten” Kraftstoff eine weitestgehende Wasserabscheidung erreicht werden.
Aus der DE 10 2005 036 187 A1 ist ein Kraftstofffilter mit verbesserter Wasserabscheidung bekannt, der ein Feinfilterelement umfasst, das derart klein bemessene Poren aufweist, dass diese beim Durchströmen des Kraftstoffs erstens Schmutzpartikel zurückhalten sowie zweitens Wassertröpfchen agglomerieren und abscheiden. Dem Feinfilterelement ist in Strömungsrichtung des Brennstoffs ein Grobfilterelement vorgeschaltet, das derart groß bemessene Filterporen aufweist, dass diese beim Durchströmen des Kraftstoffs erstens im Brennstoff enthaltenes Wasser durchlassen sowie zweitens grobe Schmutzpartikel zurückhalten.
Die WO 2004/082804 offenbart ein Filtersystem für Kraftstoffe, insbesondere ein Dieselfilter. Hierzu ist ein Partikelfilter in einem Gehäuse vorgesehen, wobei ein Coalescer-Element dem Partikelfilter vorgeschaltet ist. Der Kraftstoff durchströmt zunächst das Coalescer-Element und anschließend den Partikelfilter, wobei das Coalescer-Element zu einer Verbesserung der Wasserabscheidung führt.
Schließlich zeigt die DE 10 2010 047 101 A1 einen Wasserabscheider für Kraftstoff, der ein Coalescer-Element zur Wasserabscheidung aufweist, dem eine Heizeinrichtung zugeordnet ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoffen bereitzustellen, bei dem die Koaleszenz der Wassertropfen verbessert wird Diese und weitere Aufgaben werden durch das Verfahren in Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Salz organisch.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Salz als Schicht auf einer Struktur immobilisiert.
In bevorzugter Weise ist die Struktur ein Filtermaterial.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem immobilisierten organischen Salz um ein quartäres Ammoniumsalz.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist dem Abscheidungsschritt ein Schritt zur Entfernung des organischen Salzes aus dem Kraftstoff nachgeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Entfernungsschritt mittels eines Ionenaustauschers durchgeführt.
In bevorzugter Weise ist dem Ionenaustauscher ein Sieb zur Zurückhaltung von im Ausnahmefall vorhandenen Salzpartikeln zugeordnet.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ausrüstung von Textilien mit antimikrobiellen Komponenten bekannt. Dazu werden beispielsweise Substanzen wie Triclosan (ein Phenoxy-Phenol-Derivat) oder in jüngster Zeit auch Zubereitungen auf der Basis von Silberionen eingesetzt. Auch der Einsatz von quartären Ammonium-Verbindungen (so genannte ”Quats”) für die antibakterielle Ausrüstung von Textilien wird beschrieben. Seit langem ist bekannt, dass quartäre Ammoniumverbindungen dann bakterizid wirken, wenn mindestens einer der vier Substituenten am quartären Stickstoff eine Kettenlänge von 8 bis 18 C-Atomen aufweist, vorzugsweise eine solche von 12 bis 16 C-Atomen.
Quartäre Ammoniumverbindungen haben die positive Eigenschaft, dass sie in Wasser gut löslich sind. Es handelt sich bei diesen Verbindungen um Salze (ionische Verbindungen), bestehend aus einem Kation und einem Anion. Zur räumlichen Fixierung von Bakterien, Zellen oder Enzymen werden diese Verbindungen immobilisiert, was zu einer Verlagerung der katalytischen Aktivität von submikroskopisch und mikroskopisch kleinen Einheiten in makroskopisch fassbare Partikel führt, wodurch eine Rückhaltung erreicht wird.
Wie bereits erwähnt, werden kleine Wassertropfen im Kraftstoff von Additiven bzw. Biokomponenten im Kraftstoff umhüllt. Die polaren Molekülbereiche richten sich dabei zum Tropfen hin aus, die unpolaren Reste stehen nach außen, wodurch der Tropfen in der unpolaren Flüssigkeit stabilisiert wird. Kleine Tröpfchen können somit schlechter in Kontakt kommen, koaleszieren und dann sedimentiert werden.
Gibt man dem Kraftstoff nun Salze, insbesondere organische Salze bei, so destabilisieren diese die Hüllen aus Additiven und/oder Biokomponenten, indem sie diese verdrängen, insbesondere deren unpolare Reste. Zunächst wechselwirkt der unpolare Rest des Salzes (beispielsweise ein quartäres Ammonium-Salz) mit der unpolaren Hülle und stört so die Hülle als solche. Nachfolgend kann eine Wechselwirkung des polaren Wassertröpfchens mit der polaren Ammoniumfunktion erfolgen. Aufgrund der reduzierten Abstoßungskraft können die Tröpfchen nun wieder besser koaleszieren, was zu einer Verbesserung der Wasserabscheideeffizienz führt.
Das organische Salz verfügt über eine positive oder negative Ladung, z. B. N⁺ in quartären Ammoniumsalzen, sowie über reaktionsfähige Gruppen, mit Hilfe derer sich ein stabiler Oberflächenfilm ausbilden kann, oder über sonstige funktionelle Gruppen, die eine anziehende Wechselwirkung mit der Substratoberfläche eingehen können Im Kraftstoff gelöste Salze können in Einspritzsystemen Ablagerungen bilden, die sich negativ auf die Leistung des Motors auswirken. Um dies zu vermeiden, werden die Salze bevorzugt als Schicht auf einer Struktur, z. B. einem Filtermaterial, immobilisiert, um eine dauerhafte Funktion gewährleisten zu können und ein Ablösen/Auswaschen zu verhindern. Für diese Immobilisierung sind organische Verbindungen besonders geeignet, da sie über vernetzungsfähige, funktionelle Gruppen verfügen können, die zur permanenten Fixierung auf der Struktur, z. B. der Faser, verwendet werden können. Zum Einsatz können z. B. siliciumhaltige Reaktivgruppen kommen. Alternativ können auch Ankergruppen verwendet werden, die die Adhäsion an einer Substratoberfläche fördern. Zur Immobilisierung können zahlreiche bekannte Verfahren eingesetzt werden. Die rein physikalische Aufbringung des organischen Salzes durch Eintauchen in eine z. B. wässrige Lösung des organischen Harzes mit anschließender Trocknung kann noch durch eine nachgeschaltete Vernetzung ergänzt werden.
Um organische Salze, die sich über den Einsatz z. B. durch Alterungsreaktionen von der Oberfläche gelöst haben, nicht in den Kraftstoffkreislauf gelangen zu lassen, kann nach der Wasserabscheidung stromabwärts ein Ionenaustauscher angeordnet sein. Der Ionenaustauscherfilter nimmt somit eine ”Polizeifunktion” wahr. Auf diese Weise kann ein salzfreier Kraftstoff zur Verfügung gestellt werden. Der Ionenaustauscher kann zudem ein Sieb für die Zurückhaltung von Salzpartikeln aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/091767 A1 [0004]
DE 102005036187 A1 [0005]
WO 2004/082804 [0006]
DE 102010047101 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftstoff ein organisches Salz zugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz als Schicht auf einer Struktur immobilisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur ein Filtermaterial ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Salz durch eine Reaktion aus Molekülen gebildet wird, die über eine positive oder negative Ladung verfügen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Salz eine quartäre Ammoniumverbindung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abscheidungsschritt ein Schritt zur Entfernung des organischen Salzes aus dem Kraftstoff nachgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsschritt mittels eines Ionenaustauschers durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ionenaustauscher ein Sieb zur Zurückhaltung von Salzpartikeln zugeordnet ist.