DE112004000624T5

DE112004000624T5 - Schwefelarmer Dieselkraftstoff und Flugzeugkraftstoff

Info

Publication number: DE112004000624T5
Application number: DE112004000624T
Authority: DE
Inventors: Delanie Lamprecht; Petrus Nicolaas Johannes Roets
Original assignee: Sasol Technology Pty Ltd
Current assignee: Sasol Technology Pty Ltd
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2006-02-16
Also published as: BRPI0409261A; AU2004227418A1; CA2521864C; NO20055313D0; CN100587043C; ZA200508142B; ES2275445A1; US20090013590A1; CA2521864A1; NO20055313L; US7390397B2; GB2415436A; US20060111599A1; US8183419B2; JP5137399B2; CN1780899A; GB2415436B; JP2006522859A; GB0520487D0; WO2004090078A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines synthetischen, schwefelrmen Dieselkraftstoffes und eines Flugkraftstoffes mit niedriger Rußemission aus einem Niedertemperatur Fischer-Tropsch (LTFT) Ausgangsmaterial, wobei das genannte Verfahren die Fraktionierung des Niedertemperatur Fischer-Tropsch Ausgangsmaterials in eine leichte Kerosinfraktion und eine schwerere Dieselfraktion einschließt in einem volumetrischen Verhältnis zwischen 1:2 und 5:4, um die leichte Kerosinfraktion, verwendbar als Flugkraftstoff mit niedriger Rußemission und/oder eine Flugkraftstoffmischkomponente zu bilden, und die schwerere Dieselfraktion, verwendbar als synthetischer, schwefelarmer Dieselkraftstoff und/oder eine Dieselkraftstoffmischkomponente, wobei die genannten Fraktionen im Wesentlichen den Diesel- und Flugkraftstoffnormen entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft einen schwefelarmen Diesel- und Flugzeugkraftstoff und eine Mischkomponente für Flugzeugkraftstoff.
Hintergrund der Erfindung
In der vorliegenden Beschreibung wird auf das Niedertemperatur Fischer-Tropsch (LTFT – Low Temperature Fischer-Tropsch) Verfahren verwiesen. Dieses LTFT Verfahren ist ein wohlbekanntes Verfahren, bei dem Kohlenmonoxid und Wasserstoff über einem Eisen, Kobalt, Nickel oder Ruthenium enthaltenden Katalysator miteinander reagiert werden, um eine Mischung aus geraden und verzweigten Kohlenwasserstoffketten von Methan bis hin zu Wachsen und kleineren Mengen von Oxygenaten zu erzeugen. Dieses Kohlenwasserstoffsynthese-Verfahren beruht auf der Fischer-Tropsch Reaktion:
2 H₂ + CO → ~[CH₂]~ + H₂O, wobei ~[CH₂]~ den Grundbaustein der Kohlenwasserstoffproduktmoleküle bildet.
Das LTFT Verfahren wird industriell dazu verwendet, Synthesegas, welches von Kohle, Naturgas, Biomasse oder Schwerölströmen abgeleitet werden kann, in Kohlenwasserstoffe von Methan bis hin zu Verbindungen mit Molekülmassen höher als 1400 umzuwandeln. Obwohl sich die Bezeichnung Gas zu Flüssigkeit-Verfahren Gas-to Liquid (GTL) auf Methoden bezieht, die auf Naturgas beruhen, d.h. Methan, um das Synthesegas zu erhalten, ist die Qualität der synthetischen Produkte im Wesentlichen die gleiche sobald die Synthesebedingungen und die Produktaufarbeitung definiert sind.
Während die Hauptprodukte lineare paraffinische Materialien sind, können andere Verbindungen wie verzweigte Paraffine, Olefine und oxygenierte Bestandteile Teil der Produktpalette bilden. Die genaue Produktpalette hängt von der Reaktorkonfiguration, den Betriebsbedingungen und dem verwendeten Katalysator ab, wie aus Artikeln wie Catal. Rev.-Sci.Eng. 23 (1&2), 265-278 (1981) oder Hydroc. Proc. 8, 121-124 (182) hervorgeht.
Bevorzugte Reaktoren zur Herstellung schwererer Kohlenwasserstoffe sind Schlammbett- oder Rohrfestbett-Reaktoren, wobei Betriebsbedingungen vorzugsweise im Bereich von 160-280°C, in manchen Fällen im Bereich von 210-260°C und 18-50 bar, in manchen Fällen vorzugsweise zwischen 20-30 bar liegen.
Der Katalysator kann Aktivmetalle wie Eisen, Kobalt, Nickel oder Ruthenium aufweisen. Obwohl jeder Katalysator seine eigene einzigartige Produktpalette liefert, enthält die Produktpalette in allen Fällen etwas wachsartiges, hoch paraffinisches Material, das weiter zu verwendbaren Produkten veredelt werden muss. Die LTFT Produkte können in eine Reihe von Endprodukten wie Mitteldestillate, Naphtha, Lösungsmittel, Schmierölgrundstoffe usw. hydrokonvertiert werden. Eine solche Hydro-Umwandlung, die normalerweise aus einer Reihe von Verfahren wie Hydrokracken, Hydrobehandlung und Destillation besteht, kann als ein LTFT-Produktaufarbeitungsverfahren bezeichnet werden. Typischerweise ist das Verfahren normalerweise so ausgelegt, dass nur zwei Flüssigprodukte in die Lagerung überführt werden. In den meisten Fällen wird auch eine kleine Menge leichter, bis zu vier Kohlenatomen enthaltender Kohlenwasserstoffe miterzeugt. Die typische Qualität der LTFT Flüssigprodukte ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 Typische Qualität der LTFT Produkte
Die Anmelderin hat die Notwendigkeit des Einsatzes eines LTFT Kraftstoffes, einschließlich GTL Kraftstoff, unmittelbar, ohne Vermischung mit gekrackten Komponenten, als mit herkömmlichen Dieselkraftstoffen austauschbaren Kraftstoff erkannt.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff wurde 1999 gemäß den Vorschriften der British Aviation Turbine Fuel Defence Standard 91-91 (DEF STAN 91-91) zugelassen.
Es wurde daher ein Bedarf an einem Kraftstoff auf synthetischer Basis erkannt, der die oben genannten Normen erfüllt bzw. diese übertrifft und der die Verwendung von LTFT Produkten, einschließlich GTL Produkten oder Bestandteilen davon als Kraftstoffe und/oder Mischkomponenten in der Flugindustrie gestattet.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines synthetischen, schwefelarmen Dieselkraftstoffes und eines Flugkraftstoffes aus einem Niedertemperatur Fischer-Tropsch (LTFT) Ausgangsmaterial vorgesehen, wobei das genannte Verfahren die Fraktionierung eines Niedertemperatur Fischer-Tropsch Ausgangsmaterials in eine leichte Kerosinfraktion einschließt, verwendbar als Flugkraftstoff und/oder Flugkraftstoff-Mischkomponente und einschließlich einer schwereren Dieselfraktion, die als synthetischer, schwefelarmer Dieselkraftstoff und/oder Dieselkraftstoff-Mischkomponente verwendbar ist, wobei die Fraktionen im Wesentlichen die Diesel- und Flugkraftstoffnormen erfüllen.
Überraschenderweise erfüllt der Dieselkraftstoff, trotz hoher Hydrierung, ohne Einsatz von Zusatzstoffen die Vorschriften über Lubrizität. Normalerweise würde der Fachmann erwarten, dass hoch hydrierter Kraftstoff Lubrizitäts-Verbesserungsmittel benötigt.
Dies wurde als eine Methode erkannt, die Energiedichte des LTFT Kraftstoffes zu erhöhen und auch die Kaltflusseigenschaften (CFPP – cold filter plug point test) und Lubrizitätsvorschriften einzuhalten, während eine leichtere Kerosinfraktion hergestellt wird, die entweder verwendbar ist, um sie mit von Rohöl abgeleiteten Mischkomponenten zwecks Herstellung eines halbsynthetischen Flugkraftstoffes zu vermischen oder direkt als synthetischer Flugkraftstoff verwendbar ist.
Das Verfahren beinhaltet die Fraktionierung und Entziehung von wenigstens 33 Volumen % des LTFT Ausgangsmaterials zur Bildung des genannten Flugkraftstoffes oder der Mischkomponente mit einem Endsiedepunkt von ungefähr 270°C.
Typischerweise umfasst das Verfahren eine Fraktionierung und Entziehung von 45 Vol.% oder sogar 55 Vol.% des Ausgangsmaterials.
Die leichte Kerosinfraktion kann so abgetrennt werden, dass der. - 47°C Erstarrungspunkt von Jet A-1 bei einem Trennschnittwert von 270°C eingehalten wird. Die anhand eines Lubrizitätsmessers mit einer Kugel in einem Zylinder gemessenen Lubrizitätseigenschaften [ball on cylinder lubricity evaluator] (BOCLE) der Kerosinfraktion waren wiederum höher als erwartet.
Gemäß einem zweiten Gegenstand der Erfindung ist ein synthetischer, schwefelanner Kraftstoff oder eine Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff vorgesehen, wobei der genannte Kraftstoff oder die genannte Mischkomponente die folgenden Eigenschaften aufweisen:

– von 13 Gew.% bis 17 Gew.% Wasserstoff;
– Iso:n-Paraffine Massenverhältnis von 2 bis 5
– weniger als 0,1 % m/m Aromaten;
– CFPP gemäß IP309 unter -5°C;
– Dichte bei 20°C von wenigstens 0,780 kg/l; und
– Gesamtsauerstoffgehalt weniger als 80 ppm.

Typischerweise ist das Iso:n Paraffine Massenverhältnis im Bereich von 3 bis 4.
Das Iso:n Paraffine Massenverhältnis kann 3,7 betragen.
Der Wasserstoff kann etwa 15 Gew.% des Kraftstoffes oder der Mischkomponente betragen.
Typischerweise ist der CFPP unter -9°C.
Überraschenderweise erfüllt der Kraftstoff trotz hoher Hydrierung die Lubrizitätsvorschrift ohne Verwendung von Zusatzmitteln.
Vorteilhafterweise wurde der Emissionswert im Vergleich zu einem von Rohöl abgeleiteten, schwefelarmen Kraftstoff nicht negativ beeinflusst, obwohl sein leichteres Ende entfernt wird.
Bei dem Kraftstoff oder der Mischkomponente kann es sich um eine LTFT Dieselfraktion handeln.
Die Mischkomponente kann eine Viskosität bei 40°C von über 2cSt. aufweisen.
Der Kraftstoff bzw. die Mischkomponente kann einen Endsiedepunkt höher als 330°C, typischerweise von ungefähr 340°C aufweisen.
Der Kraftstoff bzw. die Mischkomponente kann einen Anfangssiedepunkt von über 200°C, typischerweise höher als 250°C, in einigen Ausführungsbeispielen höher als 265°C aufweisen.
Gemäß einem dritten Gegenstand der Erfindung ist ein synthetischer Flugkraftstoff bzw. eine Mischkomponente für einen halbsynthetischen Flugkraftstoff vorgesehen, wobei die genannte Mischkomponente folgende Eigenschaften aufweist:

– von 13 bis 17 Gew.% Wasserstoff;
– Iso:n-Paraffine Massenverhältnis von 0,5 bis 3
– BOCLE Lubrizitätsverschleißnarbe von weniger als 0,85mm;
– Sauerstoff als Oxygenate unter 50ppm; wovon
– Sauerstoff als primäre C7 - C12 Alkohole weniger ist als 50ppm; und
– Sauerstoff als primäre C12 - C24 Alkohole weniger ist als 50ppm.

Der Sauerstoff als Oxygenate kann weniger sein als ungefähr 10 ppm.
Der Sauerstoff als primäre C7 - C12 Alkohole kann weniger sein als ungefähr 10 ppm.
Der Sauerstoff als primäre C12 - C24 Alkohole kann weniger sein als ungefähr 10 ppm.
Der synthetische Flugkraftstoff bzw. die Kraftstoffmischkomponente kann weniger als 0,1 % m/m an Aromaten gemäß HPLC aufweisen.
Der synthetische Flugkraftstoff bzw. die Kraftstoffmischkomponente kann einen Rußpunkt höher als 50mm aufweisen.
Der synthetische Flugkraftstoff bzw. die Kraftstoffmischkomponente kann eine Dichte bei 20°C von etwa 0,75 kg/l aufweisen.
Der synthetische Flugkraftstoff oder die Kraftstoffmischkomponente kann einen Erstarrungspunkt unter -47°C aufweisen.
Typischerweise ist das Iso:n Paraffine Massenverhältnis von 1 bis 2.
Das Iso:n Paraffine Massenverhältnis kann 1,2 oder 1,16 betragen.
Der Wasserstoff kann etwa 15 Gew.% betragen.
Die Mischkomponente kann direkt als vollsynthetischer Flugkraftstoff ohne Vermischung mit von Rohöl abgeleiteten Kraftstoffkomponenten verwendet werden.
Die Mischkomponente kann eine LTFT Kerosinfraktion sein.
Die Mischkomponente kann eine Viskosität bei -20°C von weniger als 8cSt, typischerweise 4cSt. aufweisen.
Die Mischkomponente kann einen Endsiedepunkt höher als 200°C, typischerweise von ungefähr 270°C aufweisen.
Gemäß einem vierten Gegenstand der Erfindung ist ein halbsynthetischer Flugkraftstoff einschließlich einer wie oben beschriebenen Mischkomponente mit den folgenden Eigenschaften vorgesehen:

– Iso:n-Paraffine Verhältnis von 0,5 bis 3;
– Rußpunkt über 35mm; und
– wenigstens 8%m/m Aromaten

Der halbsynthetische Flugkraftstoff kann eine Dichte bei 15°C von wenigstens 0, 775kg/l aufweisen.
Der halbsynthetische Flugkraftstoff kann einen Rußpunkt von über 50mm aufweisen.
Der halbsynthetische Flugkraftstoff kann einen Erstarrungspunkt unter -47°C aufweisen.
Typischerweise beträgt das Iso:n Paraffine Massenverhältnis von 1 bis 2.
Das Iso:n Paraffine Massenverhältnis kann 1,8 betragen.
Die Mischkomponente kann eine Viskosität bei -20°C von unter 8cSt. oder sogar unter 4cSt. aufweisen.
Bei einem 50 Vol% Gemisch aus LTFT Kerosin und von Rohöl abgeleiteten gesüßtem und intensiv hydrobehandeltem Kerosin wurde den Anforderungen für Minimumdichte und aromatischen Gehalt gemäß der American Society for Testing and Material (ASTM D1655) und der British Aviation Turbine Defence Standard 91-91 für Jet A-1 entsprochen.
Da LTFT Kraftstoff fast nur aus normalen und Isoparaffinen zusammengesetzt ist, kann eine LTFT Kerosinfraktion als Flugturbinenkraftstoffmischkomponente verwendet werden. Dadurch, dass Aromaten und naphthenische Produkte im LTFT Kerosin so gut wie gar nicht vorkommen, hat es eine sehr gute Rußzahl (d.h. es erzeugt sehr wenig Ruß).
Gemäß einem fünften Gegenstand der Erfindung ist ein wärmestabiler Flugkraftstoff mit niedriger Ablagerungsneigung bei der Verbrennung vorgesehen. wobei der genannte Kraftstoff einen Kraftstoff oder mehrere Kraftstoffe, ausgewählt aus einem vollsynthetischen Flugkraftstoff, einem halbsynthetischen Flugkraftstoff und einer synthetischen Flugkraftstoffmischkomponente, wie oben beschrieben, einschließt.
Typischerweise haben der Flugkraftstoff und die Mischkomponente bei 260°C einen Thermostabilitätsröhrenablagerungswert kleiner als 1.
Typischerweise hat der Flugkraftstoff eine Quartz Crystal Microbalance (QCM) Ablagerung von weniger als 3 μg/cm².
Besonders typischerweise hat der Flugkraftstoff eine QCM Ablagerung von weniger als 2 μg/cm² bei einem 15 St. QCM Test bei 140°C ohne Beigabe eines Antioxidationsmittels.
Gemäß einem sechsten Gegenstand der Erfindung ist ein rußarmer Emissionsflugkraftstoff vorgesehen, wobei der genannte Kraftstoff einen Kraftstoff oder mehrere Kraftstoffe, ausgewählt aus einem vollsynthetischen Flugkraftstoff, einem halbsynthetischen Flugkraftstoff und einer synthetischen Flugkraftstoffmischkomponente, wie oben beschrieben, einschließt.
Typischerweise weist die Flugkraftstoffmischkomponente im Vergleich zu typischem, herkömmlichen Flugkraftstoff etwa eine 33%-ige Verringerung der genormten Partikelzahldichte unter Reisefluggeschwindigkeitsbedingungen auf, besonders typischerweise eine 60%-ige Verringerung bei Reisefluggeschwindigkeit und eine 67%-ige Verringerung der genormten Partikelzahldichte unter Leerlaufbedingungen, besonders typischerweise eine 83%-ige Verringerung unter Leerlaufbedingungen.
Beschreibung der Erfindungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand spezifischer Ausführungsbeispiele beschrieben, die die Erfindung zeigen, aber nicht deren Anwendung einschränken sollen.
Beispiele
Schwefelarmer Dieselkraftstoff
Sasol Slurry Phase Distillate^TM Diesel bzw. Sasol SPD^TM Diesel wurde fraktioniert, abzielend auf eine Erstarrungspunktanforderung für Jet A-1 von -47°C mit einem Endsiedepunkt von 270°C. Die resultierenden Dieselkraftstoff- und Kerosineigenschaften sind in Tabelle 2 aufgeführt und schließen Dichte, Viskosität, High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR) und Kugel-im-Zylinder Lubrizitätsmesser (BOCLE) Lubrizitätstest und Cold Filter Plugging Point (CFPP) von Diesel und den Erstarrungspunkt von Kerosin ein.
Tabelle 2: Ausgewählte Kraftstoffeigenschaften von Sasol SPD^TM Diesel, die schwerere Dieselfraktion und die durch Fraktionierung erhaltene, leichtere Kerosinfraktion
In Tabelle 2 ist:
Sasol SPD^TM Diesel der LTFT Diesel aus dem vollständigen Destillationsbereich
Sasol SPD^TM Diesel 1 ein 45%-iger Nachlauf LTFT Diesel
Sasol SPD^TM Diesel 2 ein 55%-iger Nachlauf LTFT Diesel
Sasol SPD^TM Kerosin 1 eine 55%-iger Vorlauf LTFT Kerosinfraktion
Sasol SPD^TM Kerosin 2 eine 45%-iger Vorlauf LTFT Kerosinfraktion
Tabelle 3: Ausgewählte Kraftstoffeigenschaften der Sasol SPD^TM Kerosinfraktionsgemische mit von Rohöl abgeleitetem gesüßten und hydrobehandeltem Kerosin
Dieselfraktionen
Die 45 Vol.% Nachlaufdieselfraktion hat hervorragende Eigenschaften zur Verwendung als reiner Sasol SPD^TM Diesel ohne Verwendung von Zusatzstoffen.
Ein maximaler Verschleißnarbendurchmesser (WSD wear scar diameter)) von 460 μm ist nach den EN 590:1999 Dieselkraftstoffvorschriften zulässig. Die Lubrizität der Sasol SPD^TM Dieselfraktionen mit einem Gesamtsauerstoffgehalt von weniger als 80ppm erhöhte sich deutlich und entspricht der derzeitigen Anforderung, aufgrund der höheren Viskosität der Dieselfraktionen, die die hydrodynamische Lubrizität ohne Verwendung eines Lubrizitätsverbesserungsmittels verbessert.
Die Flammpunkte der Sasol SPD^TM Dieselfraktionen sind aufgrund ihres höheren Anfangssiedepunktes hoch, während die Kaltflusseigenschaften der Dieselfraktion gut geblieben sind.
Gemäß Gaschromatograph-Massenspektrometrie- [Gas Chromatograph Mass Spectrometry] (GC MS) und Gaschromatograph Flammenionisationsfeststellungsergebnissen [Gas Chromatograph Flame Ionisation Detection] (GC-FID) hat Sasol SPD^TM Diesel, vor der Fraktionierung zu Kerosin und Diesel, ein Isoparaffin zu Normalparaffin Verhältnis von 2,2:1 (siehe 1). Die 55%-ige Nachlauf Dieselfraktion hat ein Isoparaffin zu Normalparaffin Verhältnis von 3,71.
Die Fraktionierung von Sasol SPD^TM Diesel erzeugt einen Diesel mit höherer Dichte (siehe 2) und Energiedichte, was zu einem besseren Kraftstoffverbrauch und erhöhter Leistung führt. Es stellten sich auch andere Veränderungen nach der Fraktionierung ein, einschließlich einer verbesserten Lubrizität, einer viel höheren Viskosität und einem höheren Flammpunkt. Die guten Kaltflusseigenschaften nahmen nicht dramatisch ab, obwohl die Dieselfraktion viel schwerer ist.
Abgasemissionsleistung von schwerem Fraktionsdiesel

Die Abgasemissionen einer schweren Fraktion von Sasol SPD^TM Dieselkraftstoff wurden mit denen des Sasol SPD^TM Diesels aus dem vollständigen Siedebereich verglichen sowie mit einem europäischen Referenzdieselkraftstoff. Die Tests wurden unter Verwendung eines jüngsten Modells eines europäischen Personenkraftwagens durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, dass die Emissionsleistung beim Vergleich mit dem herkömmlichen Diesel gemäß derzeitigen EN590 Kraftstoffvorschriften nicht beeinträchtigt wurde, obwohl unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Partikelemissionen im Vergleich zu Sasol SPD^TM Diesel des vollständigen Siedebereiches zurückgingen. Der höhere volumetrische Energiegehalt des Schwerfraktion Sasol SPD^TM Diesels hatte eine Verbesserung um 2% im gemessenen Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu Sasol SPD^TM Diesel des vollständigen Siedebereiches zur Folge. Testfahrzeug

Modell:	2002 BMW 320d Sedan
Testgewicht:	1 474 kg
Motorverdrängung:	1 995 cm³
Bohrung / Hub:	84 / 90 mm
Kompressionsverhältnis:	17 : 1
Nutzleistung:	110 kW bei 4000 U./Min.
Maximale Drehkraft:	330 Nm bei 2000 U./Min.
Kraftstoffeinspritzsystem:	Bosch gemeinsame Druckleitung
Auspuffnachbehandlung:	Doppelte Oxidationskatalysatoren
Emissionsbescheinigung:	EU 3 (2000)

Testkraftstoffe
Drei Kraftstoffe wurden für den Vergleich getestet:
EN590: Ein herkömmlicher Dieselkraftstoff, der der europäischen EN 590 Norm entspricht, mit einem Schwefelgehalt von < 10 mg/kg.
Sasol SPD^TM Diesel des vollständigen Siedebereichs: Sasol SPD^TM Diesel mit einem Anfangssiedepunkt von 150°C und einem Endsiedepunkt von 335°C.
55 Vol.% schwere Sasol SPD^TM Dieselfraktion: Eine Schwerfraktion von Sasol SPD^TM Diesel, bestehend aus dem Rest nachdem eine 45 Vol.% Kerosinfraktion durch Fraktionierung abgezogen wurde.
Relevante Kraftstoffnormen sind in Tabelle 2 oben aufgeführt:
Die Emissionstests wurden gemäß europäischer EC/ECE Testmethode unter Verwendung des NEDC Testzyklus durchgeführt. Zwei Vorbehandlungsläufe wurden in Vorbereitung auf jeden Test durchgeführt. Es wurden drei Tests jeweils mit dem EN590 und dem Sasol SPD^TM Diesel des vollständigen Siedebereichs durchgeführt, und zwei Tests wurden mit der 55 Vol.% schweren Sasol SPD^TM Dieselfraktion durchgeführt. Die Kraftstoffe wurden aufeinanderfolgend getestet, man ließ das Fahrzeug warm laufen und fuhr es bei einer Geschwindigkeit von 120 km/Std. für einen Zeitraum von 5 Minuten nach jedem Kraftstoffwechsel.
Die Ergebnisse für ECE R15 für Stadtfahrten, für EUDC für Autobahnfahrten und im kombinierten ECR15 + EUDC Bereich sind aus den nachfolgenden Tabellen 4, 5 und 6 ersichtlich.
Tabelle 4: ECE R15 Stadtzyklus-Emissionen und Kraftstoffverbrauch
Tabelle 5: EUDC Autobahnzyklus-Emissionen und Kraftstoffverbrauch
Tabelle 6: Kombinierte ECE + EUDC Zyklus-Emissionen und Kraftstoffverbrauch
Die Ergebnisse sind auch graphisch in den 3 bis 8 dargestellt. Folgendes lässt sich aus den durchgeführten Emissionstests schließen:

• Die Verwendung der Schwerfraktion von Sasol SPD^TM Dieselkraftstoff hat die Abgasemissionen des Testfahrzeuges beim Vergleich mit einem europäischen EN590 Referenzdieselkraftstoff nicht nachteilig beeinflusst.
HC und CO Emissionen waren niedriger als beim EN590 Kraftstoff, während NOx und Feststoffemissionen ähnlich waren. Alle vorgeschriebenen Emissionen waren durchaus innerhalb der Euro 3 Grenzen, für welche das Testfahrzeug zugelassen ist.
• Die Entfernung der leichteren 45% des Diesels hat im Vergleich zum Diesel des vollständigen Siedebereiches eine Erhöhung an HC, CO und Feststoffemissionen zur Folge. Obwohl HC und CO Emissionen immer noch niedriger sind als beim EN590 Referenzkraftstoff, waren Feststoffemissionen ähnlich wie beim EN590 Kraftstoff und um die 30% höher als bei Diesel aus dem vollständigen Siedebereich.
• Die erhöhte Dichte der Schwerfraktion des Sasol SPD^TM Diesels führt im Vergleich zu Diesel aus dem vollständigen Siedebereich zu einer Verbesserung des volumetrischen Kraftstoffverbrauches um 2%. Kraftstoffverbrauch ist jedoch immer noch um 3% höher als bei EN590 Dieselkraftstoff.

Flugkraftstoff
Es wird auf die obigen Tabellen und die Erörterung hinsichtlich des schwefelarmen Dieselkraftstoffes Bezug genommen.
Viskosität und Erstarrungspunkt sind physikalische Eigenschaften, die dazu verwendet werden, Flugkraftstofffluidität quantitativ zu kennzeichnen, weshalb nur eine obere Viskositätsgrenze für Flugtreibstoff angegeben wird, der die vollsynthetischen Sasol SPD^TM Kerosinfraktionen entsprechen. Die leichte 45 Vol.% Sasol SPD^TM vollsynthetische Kerosinfraktion erfüllte den ertorderlichen Erstarrungspunkt von -47°C für Jet A-1 gemäß DEF STAN 91-91 mit einem Erstarrungspunkt von -48°C (siehe Tabelle 2). Es wird angenommen, dass der niedrige Erstarrungspunkt, bestimmt gemäß der automatisierten ASTM 5901 Testmethode, den mehr als 60 Gew.-% Iso-Paraffinen zuzuschreiben ist, die im Sasol SPD^TM Diesel aus dem vollständigen Bereich vorhanden sind und den mehr als 50 Gew.% Iso-Paraffinen, die in der vollsynthetischen Sasol SPD^TM Kerosinfraktion vorhanden sind.
Die in einer vorgegebenen Kraftstoffmenge enthaltene Energiemenge ist von Bedeutung, da Raum in einem Flugzeug kostbar ist. Ein Kraftstoff mit hohem volumetrischen Energiegehalt maximiert die Energie, die in einem festgelegten Volumen gelagert werden kann und stellt somit die längste Flugreichweite zur Verfügung. Der vorgegebene netto gravimetrische Energiegehalt der Sasol SPD^TM Kerosinfraktionen ist höher als die festgesetzten 42,8MJ/kg (siehe Tabelle 3).
Die Lubrizität der vollsynthetischen Sasol SPD^TM Kerosinfraktion, ausgewertet mit dem Kugel-im-Zylinder Lubrizitätsmesser (BOCLE) (ASTM D5001 Testmethode) hat einen unerwarteten Verschleißnarbendurchmesser von weniger als dem maximalen Verschleißnarbendurchmesser, der für Jet A-1 vorgeschrieben ist.
Gesüßtes, von Rohöl abgeleitetes Kerosingemisch mit Sasol SPD^TM Kerosin
Gemäß der ausdrücklichen Zulassung von halbsynthetischem Turbinenkraftstoff als Jet A-1, darf sein aromatischer Gehalt nicht unter 8 Vol.% liegen. Mit Sasol SPD^TM Diesel ohne Aromaten (<0,001 Gew.-%), wurde die 45 Vol.%-ige Sasol SPD^TM Kerosinfraktion in einem Verhältnis von 50/50 mit gesüßtem, von Rohöl abgeleiteten Kerosin aus Merox^TM vermischt. Die Eigenschaften des vollsynthetischen Sasol SPD^TM Kerosins als Mischkomponente (siehe Tabelle 3) und ein Beispiel gesüßten Kerosins, Kero Merox^TM, und eine Mischung daraus sind ebenfalls in Tabelle 3 zusammengefasst.
Das für das Gemisch verwendete gesüßte, mit Merox behandelte, von Rohöl abgeleitete Kerosin wies eine Dichte von 0,809kg/l bei 15°C auf und das halbsynthetische Gemisch hatte eine Grenzwertdichte von 0,776kg/l bei 15°C. Der aromatische Gehalt des Gemisches lag über der 8 Vol.% Grenze (siehe Tabelle 3).
Die Zusammensetzungs-, Flüchtigkeits-, Fluiditäts-, Wassertrennungseigenschaften-, Lubrizitäts- und Wärmestabilitätsanforderungen (JFTOT) für halbsynthetischen Turbinentreibstoff werden mit bis zu einem 50 Vol.% gesüßten, von Rohöl abgeleiteten Kerosinstrom erfüllt – Sasol SPD^TM Kerosingemisch. Das Destillationsprofil des Gemisches ist aus 11 ersichtlich.
Synthetische Kerosingemische mit aus Rohöl abgeleitetem Düsentreibstoff wurden bereits mit bestimmten Einschränkungen zugelassen. Diese schließen ausschließlich aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren abgeleitetes, synthetisches Kerosin ohne Einbeziehung synthetischer, aromatischer Verbindungen ein. Das leichte Sasol SPD^TM Kerosin mit einem Endsiedepunkt von 270°C entspricht diesen Grenzwerten und auch der Erstarrungspunktanforderung von -47°C für Jet A-1. Als Gemisch werden seine Dichte und aromatischer Gehalt ebenfalls der Mindestanforderung von 0,775 kg/l bei 15°C und einem aromatischen Gehalt von 8 Vol.% entsprechen.
Stark hydrobehandeltes, von Rohöl abgeleitetes Kerosingemisch mit Sasol SPD^TM Kerosin
Verschnitte von Sasol SPD^TM bis zu 50 Vol.% mit stark hydrobehandeltem, aus Rohöl abgeleiteten Kerosin wurden ebenfalls hergestellt, um einen thermostabilen, halbsynthetischen Düsentreibstoff vorzuführen, der die Jet A-1 Anforderungen wie Erstarrungspunkt, Dichte und Lubrizität erfüllt. Die Eigenschaften eines 50 Vol. % Gemisches mit stark hydrobehandeltem Kerosin, beispielsweise ein Destillat hydrogekracktes Kerosin, wird in Tabelle 3 gezeigt.
WÄRMESTABILITÄT
Die Thermooxidationsstabilität des vollsynthetischen Flugkraftstoffes und des halbsynthetischen Flugtreibstoffes (Gemische aus leichten Sasol SPD^TM Kerosinfraktionen mit gesüßtem und stark hydrobehandeltem, aus Rohöl abgeleitetem Kerosin) wurden gemäß dem Düsentreibstoff Thermooxidationstestgerät (JFTOT), Testmethode ASTM D3241, bestimmt. Die Sichtröhrenablagerungsauswertung für den voll- wie auch halbsynthetischen Flugkraftstoff lag unter 1, ohne Druckabfall über den Filter hinweg.
Thermostabilitätsergebnisse mit Quartz Crystal Microbalance (QCM) bestätigten die JFTOT Resultate mit nur 2 μg/cm² Ablagerung, beobachtet nach dem 15-stündigen Test bei 140°C ohne Gegenwart von Antioxidanzien.
Mit dem thermostabilitätsverbessernden Zusatz JP-8+100 durchgeführte Tests haben die Stabilität des synthetischen Flugkraftstoffes und Gemischen daraus nicht verbessert, da der Kraftstoff derartig geringe Ablagerungen ergibt.
Rußemissionen
Gasturbinenmotortestergebnisse über Feststoffe (Ruß) des vollsynthetischen Flugkraftstoffes und Gemischen daraus unter Leerlauf- und Reiseflugbedingungen wurden mit denen eines typischen herkömmlichen Flugkraftstoffes verglichen. Die vollsynthetische Sasol SPD^TM leichte Kerosinfraktion bildete 40% weniger Ruß unter Reiseflugbedingungen als herkömmlicher JP-8 Flugkraftstoff, wohingegen ein Gemisch daraus 33% weniger Ruß unter Reiseflugbedingungen erzeugte.
Unter Leerlaufbedingungen bildete die Sasol SPD^TM Kerosin Mischkomponente im Vergleich zum typischen herkömmlichen Flugkraftstoff 83% weniger Ruß, wogegen Gemische daraus 67% weniger Ruß bildeten.
Zusammenfassung
Verfahren zur Herstellung eines synthetischen, schwefelarmen Dieselkraftstoffes und eines Flugkraftstoffes mit niedriger Rußemission aus einem Niedertemperatur Fischer-Tropsch (LTFT) Ausgangsmaterial durch die Fraktionierung des Niedertemperatur Fischer-Tropsch Ausgangsmaterials in eine leichte Kerosinfraktion und eine schwerere Dieselfraktion in einem volumetrischen Verhältnis zwischen 1:2 und 5:4, sowie nach diesem Verfahren hergestellte Flugkraftstoffe und Dieselkraftstoffe.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines synthetischen, schwefelrmen Dieselkraftstoffes und eines Flugkraftstoffes mit niedriger Rußemission aus einem Niedertemperatur Fischer-Tropsch (LTFT) Ausgangsmaterial, wobei das genannte Verfahren die Fraktionierung des Niedertemperatur Fischer-Tropsch Ausgangsmaterials in eine leichte Kerosinfraktion und eine schwerere Dieselfraktion einschließt in einem volumetrischen Verhältnis zwischen 1:2 und 5:4, um die leichte Kerosinfraktion, verwendbar als Flugkraftstoff mit niedriger Rußemission und/oder eine Flugkraftstoffmischkomponente zu bilden, und die schwerere Dieselfraktion, verwendbar als synthetischer, schwefelarmer Dieselkraftstoff und/oder eine Dieselkraftstoffmischkomponente, wobei die genannten Fraktionen im Wesentlichen den Diesel- und Flugkraftstoffnormen entsprechen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin wenigstens 33 Vol.% des LTFT Ausgangsmaterials getrennt werden, um den genannten Flugkraftstoff oder die genannte Mischkomponente mit einem Endsiedepunkt von etwa 270°C zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Verfahren die Fraktionierung und den Abzug von 45 Vol.%, oder sogar 55 Vol.% des Ausgangsmaterials einschließt, um den genannten Flugkraftstoff oder die genannte Mischkomponente zu bilden.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente für einen halbsynthetischen Flugkraftstoff, wobei der genannte Flugkraftstoff oder die Mischkomponente nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 erzeugt werden und die folgenden Eigenschaften aufweisen: – von 13 bis 17 Gew.% Wasserstoff; – Iso:n-Paraffine Massenverhältnis von 0,5 bis 3 – BOCLE Lubrizitätsverschleißnarbe von weniger als 0,85mm; und – Sauerstoff als Oxygenate mit weniger als 50ppm, typischerweise weniger als etwa 10 ppm; wovon – Sauerstoff als primäre C7 - C12 Alkohole weniger ist als 50ppm, typischerweise weniger als etwa 10 ppm; und – Sauerstoff als primäre C12 - C24 Alkohole weniger ist als 50ppm, typischerweise weniger als etwa 10 ppm.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß Anspruch 4 mit weniger als 0,1 %m/m Aromaten.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß Anspruch 4 oder 5 mit einer Rußzahl höher als 50 mm.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 mit einer Dichte bei 20°C von etwa 0,75 kg/l.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7 mit einem Erstarrungspunkt unter -47°C.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, worin das Iso:n Paraffine Massenverhältnis von 1 bis 2 beträgt.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, worin das Iso:n Paraffine Massenverhältnis von 1,16 bis 1, 2 beträgt.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, worin der Wasserstoff etwas 15 Gew. % beträgt.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, welcher/welche eine LTFT Kerosinfraktion ist.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 12, worin die Mischkomponente eine Viskosität bei -20°C von weniger als 8cSt. aufweist.
Synthetischer Flugkraftstoff oder Kraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13, welcher/welche einen Endsiedepunkt höher als 200°C aufweist, typischerweise von etwa 270°C.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff mit einer Mischkomponente von 0,1 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% gemäß einem der Ansprüche 4 bis 14, wobei der genannte halbsynthetische Flugkraftstoff – ein Iso:n Paraffine Verhältnis von 0,5 bis 3; – eine Rußzahl größer als 35 mm; und – wenigstens 8%m/m Aromaten aufweist.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff gemäß Anspruch 15 mit einer Dichte bei 15°C von wenigstens 0,775 kg/l.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff gemäß Anspruch 15 oder 16 mit einer Rußzahl größer als 35mm.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17 mit einem Erstarrungspunkt unter -47°C.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18 mit einem Iso:n Paraffine Massenverhältnis von 1 bis 2.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff gemäß Anspruch 19, worin das Iso:n Paraffine Massenverhältnis 1,8 beträgt.
Halbsynthetischer Flugkraftstoff gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20 mit 50 Vol.% der Mischkomponente, worin die Mischkomponente ein LTFT Kerosin ist und mit 50 Vol.% gesüßtem und stark hydrobehandeltem, von Rohöl abgeleiteten Kerosin.
Thermostabiler Flugkraftstoff mit niedriger Tendenz zur Ablagerung bei Verbrennung, wobei der genannte Kraftstoff einen oder mehrere Kraftstoff e) aus einem synthetischen Flugkraftstoff einschließt und eine synthetische Flugkraftstoffmischkomponente gemäß einem der Ansprüche 4 bis 14 und einen halbsynthetischen Flugkraftstoff gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der thermostabile Flugkraftstoff einen Thermostabilitätsröhrenablagerungswert von weniger als 1 bei 260°C aufweist.
Thermostabiler Flugkraftstoff gemäß Anspruch 22 mit einem Quartz Microbalance (QCM) Ablagerungswert unter 3μg/cm².
Thermostabiler Flugkraftstoff gemäß Anspruch 22 oder 23 mit einer QCM Ablagerung von weniger als 2 μg/cm² bei einem 15-stündigen QCM Test bei 140°C ohne Zugabe eines Antioxidationsmittels.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff, hergestellt nach dem Verfahren einer der Ansprüche 1 bis 3, wobei der genannte Kraftstoff oder die genannte Mischkomponente die folgenden Eigenschaften aufweisen: – von 13 Gew.% bis 17 Gew.% Wasserstoff; – Iso:n-Paraffine Massenverhältnis von 2 bis 5 – weniger als 0,1 % m/m Aromaten; – CFPP gemäß IP309 unter -5°; – Dichte bei 20° von wenigstens 0,780 kg/l; und – Gesamtsauerstoffgehalt weniger als 80 ppm.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß Anspruch 25, worin das Iso:n Paraffine Massenverhältnis von 3 bis 4 beträgt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß Anspruch 26, worin das Iso:n Paraffine Massenverhältnis 3,7 beträgt.
Synthetischer, schwefelanner Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, worin der Wasserstoff etwa 15 Gew.% beträgt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, worin der CFPP (cold flow plug point) unter -9°C liegt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 29, worin der Kraftstoff oder die Mischkomponente eine LTFT Dieselfraktion sind.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, welcher/welche eine Viskosität bei 40°C von über 2cSt. aufweist.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 31 mit einem Endsiedepunkt, der über 330°C liegt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 32 mit einem Anfangssiedepunkt, der über 200°C liegt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33 mit einem Anfangssiedepunkt, der über 250°C liegt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33 mit einem Anfangssiedepunkt, der über 265°C liegt.
Synthetischer, schwefelarmer Kraftstoff oder Mischkomponente für einen schwefelarmen Kraftstoff gemäß einem der Ansprüche 33 bis 35, der/die bei Verbrennung in einem Dieselmotor im Wesentlichen eine äquivalente Menge an Feststoffemissionen erzeugt wie ein europäischer EN590 Referenz-Dieselkraftstoff bei Verbrennung unter den gleichen Bedingungen im gleichen Motor.