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Kraftstoff für Ottomotoren von Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft
einen Kraftstoff für Ottomotoren von Kraftfahrzeugen.
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Hochklopffeste bleifreie Kraftstoffe, bestehend aus Benzin und Kokereibenzol,
sind bekannt. Diese Kraftstoffe haben außer ihrer hohen Klopffestigkeit eine Reihe
von vorteilhaften Eigenschaften, z. B. hohe Ergiebigkeit. Die hohe Klopffestigkeit
dieser Kraftstoffgemische beruht auf ihrem Gehalt an Benzol bzw. den übrigen Inhaltsstoffen
von Kokereibenzol. Die zur Verfügung stehende Menge von Kokereibenzol ist gebunden
an die verbrauchbare Menge von Koks. Diese ist verhältnismäßig begrenzt und keinesfalls
beliebig änderbar, so daß der Verwendung von Kokereibenzol als Bestandteil von Kraftstoffgemischen
Grenzen, und zwar verhältnismäßig enge Grenzen, gesetzt sind.
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Die Erfindung weist nun einen Weg, diese Begrenzung erheblich zu mindern,
wobei Kraftstoffe für Kraftfahrzeugmotoren gewonnen werden können, deren Klopffestigkeit
ebenso hoch oder höher liegt als die der bekannten Gemische von Benzin und Kokereibenzol.
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Kraftstoffe auf Basis Benzin, die gegebenenfalls auch Benzol enthalten
können, mit einem Gehalt an alkylierten aromatischen Verbindungen, insbesondere
an Alkylbenzolen, z. B. Isopropylbenzol, sind bekannt. Auch sind äthylierte Diisopropylbenzole
als Zusatz zu bleihaltigem Benzin vorgeschlagen.
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Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Diisopropylbenzolisomere, nämlich
das p- und das m-Diisopropylbenzol im Gegensatz zu o-Diisopropylbenzol durch besondere
Wirksamkeit eine Sonderstellung einnehmen, so daß der Kraftstoff gemäß der Erfindung
nicht unwesentliche Mengen an m-Diisopropylbenzol und/oder p-Düsopropylbenzol, z.
B. ein Gemisch im Verhältnis 1 : 1 enthält.
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Die folgende Tabelle zeigt die Verhältnisse im einzelnen.
| Tabelle I |
| Test-Vergaserkraftstoff (OZ = 60) + Aromaten |
| 80:20 Volumprozent |
| Mittlerer |
| ROZ Misch- MOZ Misch- Sunkt |
| ROZ MOZ pDI\ |
| 51751) |
| o-Diisopropyl- |
| benzol ..... 71,1 115 205°C |
| m-Diisopropyl- |
| benzol ..... 76,2 141 73,8 129 199° C |
| p-Diisopropyl- |
| benzol..... 78,0 150 76,0 140 204,5°C |
| m-/p-Diiso- |
| propylbenzol |
| 1:1 ....... 76,7 144 74,7 134 2010C |
Es ist bemerkenswert, daß von den Isomeren des Diisopropylbenzols die p-Isomere
sich durch höchste Klopffestigkeit auszeichnet, während - wie die Tabelle III zeigt
- bei den Xylolen das m-Isomere den höchsten Wert aufweist.
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Es wurde festgestellt, daß in einem Gemisch Benzin-Kokereibenzol 1
Volumteil von m- und/oder p-Diisopropylbenzol 2 Volumteilen Kokereibenzol bezüglich
der Klopffestigkeit-Mischoktanzahl äquivalent ist, so daß in einem Gemisch von x
Teilen Benzin und y Teilen Kokereibenzol unter Beibehaltung der diesem Mengenverhältnis
von x : y zukommenden Oktanzahl der Benzolanteil um 2 z vermindert werden
und der Benzinanteil um 1 z erhöht werden kann, wenn z Anteile m- und/oder p-Düsopropylbenzol
zugesetzt werden.
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Die Tabelle II zeigt die Verhältnisse im einzelnen.
| Tabelle II |
| Kokerei- |
| Benzin benzol Diisopropyl- ROZ |
| MOZ |
| Volum- benzolm/pl:l |
| prozent (DIN 51'756) |
| 100 - - 90,2 82,1 |
| 60 40 - 97,1 86,3 |
| 65 30 5 96,9 86,4 |
| 70 20 10 96,6 86,4 |
| 75 10 15 96,8 86,3 |
| 70 30 - 95,1 84,8 |
| 75 20 5 95,1 85 |
| 80 10 10 95,1 85 |
| 85 - 15 94,9 85,2 |
Das Kraftstoffgemisch der Erfindung kann außer m- oder p-Diisopropylbenzol bzw.
einem Gemisch dieser Diisopropylbenzole noch weitere Alkylbenzole, wie p-Diäthylbenzol
oder/und Methyl-p-isopropylbenzol (p-Cymol) , Toluol, Xylol oder Äthylbenzol, enthalten.
Gemische
von Benzinkohlenwasserstoffen mit den beiden genannten Diisopropylbenzolen ergeben
auch ohne Anteil an Kokereibenzol gute, klopffeste Treibstoffe. Bevorzugt sind,
insbesondere wegen ihrer besseren Vergasbarkeit, Gemische" die Kokereibenzol enthalten.
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Nach der Erfindung kann auch an Stelle des Ersetzens eines Teiles
des Benzols im Gemisch mit Benzin durch m- und/oder p-Diisopropylbenzol ein Treibstoffgemisch
erhalten werden mit Oktanzahlen, die höher liegen als die Oktanzahlen der Benzol-Benzin-Gemische,
so daß es nach der Erfindung sogar möglich ist, Kraftstoffe herzustellen von Oktanzahlen
von etwa 100, wie sie in Tabelle IV veranschaulicht werden.
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Benzinhaltige Treibstoffe mit derart hohen Oktanzahlen konnten bisher
nur unter Verwendung von klopfverhindernden Mitteln, wie Bleitetraäthyl, erhalten
werden, während nach der Erfindung ein Kraftstoff dieser hohen Oktanzahl, der von
Blei frei ist, erhalten werden kann.
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Es ist bekannt, daß Alkylbenzole verhältnismäßig klopffest sind, also
hohe Oktanzahlen aufweisen. Die Mischoktanzahl von m- und p-Diisopropylbenzol war
jedoch nicht bekannt. Sie liegt überraschend hoch (bei 144).
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Die folgende Tabelle führt' eine Reihe von Werten von Kokereibenzol
und Reinbenzol einerseits und alkylierten Benzolen andererseits auf, die zeigt,
daß m- und/oder p-Diisopropylbenzol eine sehr hohe Mischoktanzahl hat.
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Die Messungen erfolgten gemäß internationalen Normen nach der CFR-Research-
und Motormethode gemäß DIN
51756; die Werte werden als ROZ bzw. MOZ bezeichnet.
'" Die Werte wurden bestimmt durch Verschneiden der Aromaten in Anteilen von 20
Volumprozent mit der Restmischung Normalheptan-Isooctan einer OZ von 60 (Test-Vergaserkraftstoff).
| Tabelle III |
| Test-Vergaserkraftstoff (OZ 60) + Aromaten 80: 20 |
| ROZ Misch- MOZ |
| Misch- |
| ROZ MOZ |
| Kokereibenzol........ 69,6 108 67,2 96 |
| Reinbenzol .......... 68,4 102 66,7 94 |
| Reintoluol ........... 73,2 126 69,5 108 |
| o-Xylol . . . . . . . . . . . . . 70,3 111 |
| m-Xylol............. 77,5 147 73,6 128 |
| p-Xylol ............. 75,3 132 71,2 116 |
| Athylbenzol ......... 75,2 136 72,6 123 |
| p-Diäthylbenzol....... 76,7 144 73,9 130 |
| Isopropylbenzol (Cumol) 72,2 121 71,6 118 |
| Methyl-p-isopropyl- |
| benzol (p-Cymol) ... 75 135 73,2 126 |
| m-/p-Diisopropyl- |
| benzoll:l ........ 76,7 144 74,7 134 |
Der Gehalt des Kraftstoffes gemäß der Erfindung an m- oder p-Diisopropylbenzol bzw.
an dem Gemisch dieser beiden Stoffe soll 3 Volumprozent und zweckmäßig 5 Volumprozent
nicht unterschreiten und liegt vorzugsweise bei Kokereibenzol-Benzin-Gemischen bei
8 bis 10 Volumprozent und höher, z. B. 12 oder 15 Volumprozent.
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Vorzügliche Kraftstoffgemische liegen im Bereich von 20 Volumprozent
Kokereibenzol, 10 Volumprozent eines Gemisches von m- und p-Diisopropylbenzol 1
: 1 und 70 Volumprozent Benzin. Die Klopffestigkeit eines solchen Gemisches entspricht
der Klopffestigkeit eines Kraftstoffgemisches von 40 Volumprozent Kokereibenzol
und 60 Volumprozent des Benzins. Ein Kraftstoff mit einer Oktanzahl in der Größenordnung
von ROZ 100 liegt bei folgender Zusammensetzung:
| Tabelle IV |
| I II |
| Volum- Volum- |
| p ro z ent pr oze nt |
| Benzin ROZ 93/94*) ....... 60 55 |
| Kokereibenzol ............. 30 30 |
| m-/p-Diisopropylbenzol 1 : 1 10 15 |
| *) Bestehend aus Reformat, Crackbenzin und Isomerisat. |
Bei Benzin ROZ 93 zeigt die Zusammensetzung I eine ROZ 99; bei Verwendung von Benzin
ROZ 94 zeigt die Zusammensetzung II eine ROZ 100,5.
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Statt m- oder p-Diisopropylbenzol oder eines Gemisches dieser beiden
Diisopropylbenzole können auch Gemische dieses Stoffes bzw. dieser Stoffe mit z.
B. p-Diäthylbenzol und/oder p-Cymol verwendet werden; das Mischungsverhältnis ist
beliebig, jedoch soll im gesamten Kraftstoffgemisch der Gehalt an Diisopropylbenzolen
nicht unterhalb 2 °/o liegen.
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Nicht nur wird infolge des etwa doppelt so hohen Klopffestigkeitswertes
von m- und p-Diisopropylbenzol gegenüber Benzol (im Verhältnis 2 : 1) ein nicht
unbeträchtlicher Teil der Benzollücke verengert, sondern es wird auch bei der Herstellung
des Diisopropylbenzols aus Benzol eine Vermehrung der Quantität geschaffen, die
sich in einer weiteren Verengerung der Benzollücke äußert.
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Theoretisch werden nach der Reaktionsgleichung
aus 78 Gewichtsteilen Benzol -E- 84 Gewichtsteilen Propylen 162 Gewichtsteile Diisopropylbenzol
gewonnen.
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Durch Propylierung des Benzols wird also das Ausbringen an klopffesten
Aromaten praktisch verdoppelt; bei dem unterschiedlichen spezifischen Gewicht -
0,884 gegen 0,862 bei 15° C - wird die volumetrische Stoffbilanz noch weiter in
erwünschtem Sinne verschoben, Durch den Einsatz von m- und/oder p-Diisopropylbenzol
im Kraftstoff wird also Benzol (C,HB) als Klopfbremse vierfach aufgewertet.