DE1545337B - Die Verwendung neuer Stabilisatoren für die Stabilisierung von Brenn- und Kraftstoffen - Google Patents
Die Verwendung neuer Stabilisatoren für die Stabilisierung von Brenn- und KraftstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung bestimmter Zusätze zur Stabilisierung von Brenn- und Kraftstoffen
des Siedebereiches von 150 bis 4800C. Die
Erfindung betrifft damit die Stabilisierung von Brennölen, wie Dieselöle und Brenneröle, sowie Erdölfraktionen,
die zur Herstellung dieser Brennöle verwendet werden, die normalerweise, insbesondere bei
erhöhten Temperaturen einer Verschlechterung unter Bildung von unlöslichem Schlamm und Ablagerungen
unterliegen.
Die Beständigkeit gegen Verfärbung und Bildung von unlöslichen Stoffen ist eine erwünschte Eigenschaft
der heutigen Brennöle einschließlich der Heizöle, Dieselöle und Gasturbinenöle, besonders wenn
diese Brennöle während der Lagerung und beim Gebrauch erhöhten Temperaturen und oxydierenden
Atmosphären ausgesetzt sind.
Handelsübliche Kraftstoffe für Ölbrenner, Öfen, Dieselmotoren und Düsenmotoren werden aus
Straight-run-Erdöldestillaten und Rohölen durch thermische
und katalytische Krackung hergestellt. Da Dieselöl und Heizöl wirtschaftlicher und in größeren
Mengen durch katalytische oder thermische Krackung hergestellt werden, wird der erhöhte Bedarf weitgehend
durch verstärkte Produktion von Krackmaterialien (bekannt als leichtes Kreislauföl (cycle oil
oder recycle stocks)) gedeckt. Diese können als solche verwendet oder mit Straight-run-Destillaten gemischt
werden. Wie jedoch bekannt, verfärben sich diese Kraftstoffe und Materialien, die im wesentlichen oder
teilweise aus gekrackten Kohlenwasserstoffen bestehen, und bilden unlöslichen Schlamm, insbesondere unter
thermischer Beanspruchung. Diese deutliche Instabilität im Gegensatz zu der relativen Indifferenz von
Straight-run-Destillaten wird in erster Linie Oxydations-, Polymerisations- und Kondensationsreaktionen
von Olefinen und Diolefinen und von Schwefel- und Stickstoffverbindungen zugeschrieben, die in den gekrackten
(insbesondere in den katalytisch gekrackten) Brennölen vorhanden sind.
Bisher wurden die verschiedensten Zusatzstoffe einschließlich verschiedener Amine als Stabilisatoren für
Destillatheizöle vorgeschlagen. Beispielsweise werden in der USA.-Patentschrift 2 672 408 öllösliche Amine
(einschließlich Ν,Ν-Diäthylcyclohexylamin) als wirksame
Mittel zur Verzögerung der Verfärbung von gemischten Ölen beschrieben. Im Gegensatz dazu
stellt jedoch die USA.-Patentschrift 2 945 749 fest, daß zwar gewisse primäre Alkylamine mit tertiären
Alkylresten in Heizölen die Farbstabilität sehr wirksam erhöhen und die Bildung von Ablagerungen
während der Lagerung verhindern, »daß aber die geradkettigen und cycloaliphatischen Amine nicht nur
keine wesentliche inhibierende Wirkung hinsichtlich der Bildung von Schlammablagerungen zeigen, sondern
sich in verschiedenen Fällen sogar nachteilig auswirken«.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die Verwendung von 0,00033 bis 0,05 Gewichtsprozent, bezogen
auf zu stabilisierendes Material, Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin und gegebenenfalls 3 bis 15 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin, eines Metalldeaktivators und/oder 0,00017 bis
0,01 Gewichtsprozent, bezogen auf zu stabilisierendes Material, eines öllöslichen polymeren Dispergiermittels
zum Stabilisieren von Brenn- und Kraftstoffen des Siedebereichs von 150 bis 48O0C.
Gemäß der Erfindung werden damit im Heizölbereich siedenden Erdöldestillatfraktionen
1. etwa 0,00033 bis 0,05 Gewichtsprozent Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin,
bezogen auf das Heizöl, zugesetzt bzw.
2. Zusätze verwendet, die im wesentlichen aus a) etwa 85 bis 97 Gewichtsteilen Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin
und b) etwa 15 bis 3 Gewichtsteilen eines N,N'-Di-(o-hydroxyaryliden)-l,2-alkylendiamins
mit einem Arylidenrest von 6 bis 7 C-Atomen und einem Alkylenrest von 2 bis 3 C-Atomen als Metalldeaktivator bestehen.
Die Erfindung umfaßt ferner die Verwendung von Stabilisatorgemischen in im Heizölbereich siedenden
Erdöldestillatfraktionen, die die folgenden Bestandteile haben:
a) 0,00017% bis etwa 0,01 Gewichtsprozent, bezogen auf zu stabilisierendes Material, eines der folgenden
öllöslichen polymeren Dispergiermittel:
ax) Basischen Aminostickstoff enthaltende Additionsmischpolymere,
die in gebundener Form als wesentliche monomere Komponenten copolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Verbindungen
enthalten, von denen jede nur eine polymerisierbare äthylenische Bindung aufweist,
wobei wenigstens eine dieser Komponenten aminfrei ist und 8 bis etwa 18 C-Atome in einer aliphatischen Kohlenwasserstoffkette
hat, die im Polymeren nicht nur Hauptkette gehört, eine der Komponenten so, wie sie im
Polymeren vorliegt, ein basisches Aminostickstoffatom in der Seitenkette besitzt, das
Copolymere 0,1 bis 3,5 Gewichtsprozent basischen Aminostickstoff enthält und eine
Grenzviskosität von 0,1 bis 3,0 hat, bestimmt bei einer Konzentration von 0,1 g/100 cm3 im
Benzol bei 25° C;
a2) Copolymere, die in copolymerisierter Form
10 bis 30 Gewichtsprozent gemischte C8-C18-Alkylchlorpropylenoxyester
von ungesättigten konjugierten zweibasischen C4-C5-Säuren und
90 bis 70 Gewichtsprozent eines der folgenden copolymerisierbaren Monomeren enthalten:
Vinylester von Q-C^Fettcarbonsäuren, C8-C20-Alkylmaleate,
Cg-Qg-Alkylfumarate und
deren Gemische, wobei das Polymere ein Molekulargewicht zwischen 6000 und 20000 nach Staudinger hat, und
a3) Copolymere, die in copolymerisierter Form
5 bis 30 Gewichtsprozent eines N-Vinylpyrrolidinons oder ringalkylierten N-Vinylpyrrolidinons
mit 7 bis 10 C-Atomen im Molekül, 65 bis 95 Gewichtsprozent wenigstens eines
Acrylsäureesters der Formel
25 CH2 = CR — COOR1
worin R Wasserstoff oder ein Methylrest ist und R1 für wenigstens einen Alkylrest mit
4 bis 18 C-Atomen und durchschnittlich wenigstens 8 C-Atomen steht, und 0 bis 5 Gewichtsprozent
eines Aminoalkylacrylats der Formel
CH2 = CR — COOCnH2nNR2R3
35
enthalten, worin R Wasserstoff oder ein Methylrest ist, CnH272 für einen Alkylenrest
steht, worin η eine ganze Zahl von 2 oder 3 ist, und wobei R2 und R3 einzeln Q-C^Alkylreste
und gemeinsamen Äthylen-, Trimethylen-, Tetramethylen- und Diäthylenoxyreste sin,d,
und
45
b) 0,00033 bis 0,05 Gewichtsprozent Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin.
Gemäß der Erfindung können durch für im Heizölbereich siedende Erdöldestillate Zusätze verwendet
werden, die im wesentlichen aus den folgenden Kornponenten bestehen:
a) ein öllösliches polymeres Dispergiermittel der vorstehend unter a,), a2) und a3) genannten Art,
b) 0,2 bis 3 Gewichtsteile Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin
je Teil des Mischpolymeren a),
c) ein normalerweise flüssiger, inerter Kohlenwasserstoff als Lösungsmittel in einer Menge von 20 bis
Gewichtsprozent des Gemisches.
Ein besonders bevorzugtes Gemisch von Stabilisatorzusatzstoffen für Destillatheizöle und -kraftstoffe
enthält im wesentlichen folgende Bestandteile:
60
65
a) ein öllösliches, basischen Aminostickstoff enthaltendes
Additionsmischpolymeres, nämlich ein Tripolymeres, das in gebundener Form als wesentliche monomere Komponenten 50 Teile
Octadecenylmethacrylat, 40 Teile Styrol und 10 Teile /J-Diäthylaminoäthylmethacrylat als
mischpolymerisierbare, äthylenisch ungesättigte Verbindungen sowie 0,1 bis 3,5 Gewichtsprozent
basischen Aminostickstoff enthält und eine Grenzviskosität von 0,1 bis 3,0 hat, bestimmt bei einer
Konzentration von 0,1 g/100 cm3 in Benzol bei 25°C,
b) 0,2 bis 3 Gewichtsteile Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin
pro Gewichtsteil des Tripolymeren a) innerhalb des Bereiches der zuzusetzenden Mengen.
Es wurde gefunden, daß die Verwendung der Kombination dieses polymeren Dispergiermittels mit
N.N-Dimethylcyclohexylamin Destillate ungewöhn-Hch
wirksam gegen QualitätsVerschlechterung, insbesondere
bei erhöhten Temperaturen, stabilisiert. Der polymere Zusatzstoff bewirkt offensichtlich eine Dispergierung
von Schlamm und Ablagerungen, während das nicht- polymere HN-Dimethylcyclohexylamin die BiI-dung
dieser unlöslichen Stoffe wirksam verzögert. Überraschenderweise stabilisiert die Kombination der
Zusatzstoffe das Heizöl wirksamer als die beiden Zusatzstoffe einzeln auf gleicher Gewichtsbasis, d. h.,
die Zusatzstoffe wirken in der Kombination synergistisch, wobei Ergebnisse erhalten werden, die besser
sind als die Summe der Ergebnisse der Einzelkomponenten.
Ferner ist Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin in Kombination
mit den genannten polymeren Dispergiermitteln bei hoher Temperatur ein wirksamer Schlamminhibitor
als andere Amine, die bisher für die Verhinderung der Schlammbildung in den genannten
Heiz- und Brennölen vorgeschlagen wurden, z. B. die von Andress in der USA.-Patentschrift 2 945 749
vorgeschlagenen tertiären Amine. Ferner hat sich gezeigt, daß der öllösliche polymere Zusatzstoff und das
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin beide in hohen Konzentrationen in üblichen, normalerweise flüssigen
Kohlenwasserstoffen gelöst werden können, wobei homogene Konzentrate erhalten werden, die sich
bequem und leicht den Erdöldestillaten zusetzen lassen und sich darin lösen.
Auch als Verzögerer für die Trübung und Nebelbildung in Erdöldestillaten wirksame langkettige
quaternäre Ammoniumhalogenide und -nitrite können diesen Konzentraten zugesetzt werden, die daraufhin
homogenen sind. Ferner können viele andere übliche Zusatzstoffe, z. B. Di-(o-hydroxyaryliden)-l,2-alkylendiamin u
als Metalldeaktivator den Konzentraten
zugegeben werden, ohne daß diese inhomogen werden.
„ N.N-pimethylpyclohexylaniin ist eine bekannte
„ N.N-pimethylpyclohexylaniin ist eine bekannte
y,erbum,dung U"d ^ m. ei?fa*her, We'se durch
Methylieren von Anilin mit Methanol in Gegenwart ^n" sauren Katalysators in bekannter Weise (K i r k -
° l h m e Γ>
ξ^1^* f* C«™™\, ^° Ψ'
Intersc.ence, Bd. 1, S. 915 916 923, 924) und katalytische
Hydrierung des N-methyherten Anilins zum entsprechenden Cyclohexylaminderivat hergestellt. Das
technische Produkt, das häufig N-Monomethylcyclohexylamin
in geringen Mengen von beispielsweise 1 bis 5 Gewichtsprozent enthalten kann, eignet sich
ebenfalls für die Zwecke der Erfindung. Dieses Produkt sowie die reine Dimethylverbindung werden nachstehend
als Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin (DMCHA)
bezeichnet.
NjN-Dimethylcyclohexylamin ist unter Normalbedingungen
flüssig und in den Heizölen und Kraftstoffen leicht löslich. Es läßt sich durch Wasser aus
den Kraftstoffen praktisch nicht extrahieren, trägt nicht zu Trübung oder Emulsionsbildung durch
Wasser bei und ist aschefrei. Besonders vorteilhaft neben den vorstehend beschriebenen Zusatzstoffkombinationen
ist eine erfindungsgemäße Kombination aus etwa 85 bis 97 Gewichtsprozent DMCHA und etwa
15 bis 3 Gewichtsprozent eines N,N-Di-(o-hydroxyaryliden)-l,2-alkylendiamins als Metalldeaktivator,
wobei der Arylidenrest 6 bis 7 C-Atome und der Alkylenrest 2 bis 3 C-Atome enthält, z. B. 1,2-Äthylen
und 1,2-Propylen. Bevorzugt als Metalldeaktivatoren werden N,N'-Disalicyliden-l,2-propylendiamin und
N^'-Disalicyliden-l^-äthylendiamin.
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin und seine Kombinationen
mit den vorstehend genannten Metalldeaktivatoren sind unter Normalbedingungen flüssig und können
als solche unmittelbar dem zu stabilisierenden Heizöl bzw. Kraftstoff zugesetzt werden. Gegebenenfalls
kann der Zusatzstoff auch als 20- bis 80%ige Lösung in einem normalerweise flüssigen, inerten
Kohlenwasserstoff, z. B. Leuchtpetroleum, Xylol od. dgl., zugegeben werden.
Die verwendete Menge des Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamins
beträgt vorzugsweise 0,00033 bis 0,01 Gewichtsprozent. Zu den im Heizölbereich siedenden
Erdöldestillaten gehören allgemein Gemische von Kohlenwasserstoffen, die im Bereich von 150 bis 480° C
sieden und unter Wärmeeinwirkung und oxydativen Bedingungen normalerweise einer Qualitätsverschlechterung
unter Bildung von Farbkörpern und unlöslichem Schlamm und Ablagerungen unterliegen. Die
Erfindung ist somit auf die Stabilisation von Produkten gerichtet, die als Dieselkraftstoffe für stationäre
Motoren, Schiffsmotoren, Automotoren und Lokomotivmotoren verwendet werden und in der ASTM-Spezifikation
D-975-53T beschrieben sind, sowie auf die Stabilisation von Heizöfen für Haushalt und Industrie,
die in der ASTM-Spezifikation D-396-48T beschrieben sind. Hierzu gehören Straight-run-Kraftstoffe,
thermisch gekrackte, katalytisch gekrackte, thermisch reformierte und katalytisch reformierte
Materialien und deren Gemische, wie sie in der Technik bekannt und allgemein verwendet werden.
Die Erfindung ist insbesondere für die Stabilisierung
von Destillatkraftstoffen wichtig, die wesentliche Anteile, d. h. wenigstens 10 bis 20 Volumprozent katalytisch
gekrackte Materialien enthalten. Der Ausdruck »Erdöldestillat im Heizölbereich« umfaßt nicht nur die
Handelsprodukte, sondern auch die Zwischenprodukte, die für deren Herstellung verwendet werden, z. B. die
Kreislaufmaterialien (Recycle Stocks), die durch katalytische Krackung fir Dieselkraftstoffe und Brenneröle
hergestellt werden.
In den folgenden Beispielen beziehen sich die Mengenangaben auf das Gewicht, falls nicht anders
angegeben.
B e i s ρ i e 1 1
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin (DMCHA) wird durch Rühren mit fünf verschiedenen handelsüblichen
Heizöfen Nr. 2 (F-132, F-133, F-153, F-155 und F-156
und einem Dieselkraftstoff (F-154) gemischt, wöbe die in Tabelle 1 genannten Gemische erhalten wer
den, die 0,00033 bis 0,01 Gewichtsprozent Amin enthalten.
Die Wirksamkeit des Amins bezüglich der Verhinderung einer Qualitätsverschlechterung bei erhöhten
Temperaturen wird durch den bei 149° C durchgeführten Schnelltest zur Ermittlung der Stabilität von
Heizöl (»Accelerated Fuel Oil Stability Test« zuweilen auch als »EMD Diesel Fuel Test«, »Union Pacific Test'
oder »Nalco«-Test bezeichnet) veranschaulicht. Bei diesem Test wird die relative Stabilität von Destillatkraftstoffen
bei kurzzeitiger Alterung bei hoher Temperatur unter Lufteinwirkung bestimmt. Er dient
auch zur Bewertung der Wirksamkeit von Zusatzstoffen bezüglich der Verhinderung der Rückstandsbildung und Verfärbung von Destillatkraftstoffen
unter den Testbedingungen. Die Methode besteht darin, daß man die Probe 90 Minuten bei 149° C
altert, auf Raumtemperatur kühlt und einen etwaigen unlöslichen Rückstand durch Vakuumfiltration durch
Filterpapier abtrennt. Das erhaltene Filterpapier wird mit einer Gruppe von Vergleichsproben verglichen
und mit einer Ziffer 1 bis 20 für die Güte des Heizöls bzw. Kraftstoffs bewertet. Menge und Farbe der
Abscheidung auf dem Filterpapier bestimmen die Bewertungsziffer und zeigen das Ausmaß der Qualitätsverschlechterung des Kraftstoffes an. Je niedriger der
Wert, um so stabiler ist der Kraftstoff. Im allgemeinen ist ein Wert von 7 oder weniger erwünscht, und 7 kann
als die Trennlinie angesehen werden, unter der die Probe als befriedigend und über der die Probe als
unbefriedigend bezeichnet wird.
Neben der Bewertung durch den Filtertest wird auch die ASTM-Farbe (gemäß ASTM D-5100-58T) des
Heizöls bzw. Kraftstoffs vor und nach der Alterung bestimmt. Typische Ergebnisse, die mit DMCHA erhalten
wurden, sind in Tabelle 1 angegeben. Daneben enthält die Tabelle 1 auch die Ergebnisse aus den
Vergleichsversuchen, bei denen zwei bekannte Zusatzstoffe auf Aminbasis verwendet wurden, und zwar das
N,N-Diäthylcyclohexylamin(DECHA) und der »Aminzusatz 2«. Der zuletzt erwähnte Zusatzstoff, der im
wesentlichen aus primären CI2-C14-t-Alkylaminen besteht,
wird in der USA.-Patentschrift 2 945 749 als Stabilisierungszusatz für Heizöle empfohlen. Dieser
zweite Zusatzstoff ist im folgenden Text aus Gründen der Vereinfachung durch die Abkürzung »Aminzusatz 2«
gekennzeichnet.
Diese Versuchsergebenisse sind auch in F i g. 1 a bis If (Filtertest) und in F i g. 2 a bis 2 f (ASTM-Farbwerte)
graphisch dargestellt.
Die Ergebnisse in Tabelle 1 und in F i g. la bis If
sowie 2a bis 2f zeigen, daß mit Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin im allgemeinen bessere Ergebnisse als mit
Diäthylcyclohexylamin hinsichtlich der Verhinderung der Bildung von Ablagerungen und hinsichtlich der
Verfärbung bei erhöhten Temperaturen erhalten werden. Bei allen sechs Kraftstoffen war es hinsichtlich
der Verhinderung der Bildung von Ablagerungen besser als NjN-Diäthylcyclohexylamin, und in fünf
von den sechs Kraftstoffen war es dem primären Amin überlegen. Die Ergebnisse lassen ferner erkennen, daß
der mit den beiden bisher verwendeten Aminen erzielte Stabilisationsgrad mit wesentlich kleineren Mengen
des gemäß der Erfindung als Zusatzstoff verwendeten NjN-Dimethylcyclohexylamins erreicht werden kann.
Vergleich von Dimethylcyclohexylamin (DMCHA) und Diäthylcyclohexylamin (DECHA) beim Schnelltest zur
Bestimmung der Stabilität von Heizöl (149° C)
F-132 | Filter | F-133 | Filter | Heizöl bzw. | Filter | Kraftstoff | Filter | F-155 | Filter | F-156 | Filter | |
Zusatzstoff | ASTM- | test | ASTM- | test | F-153 | test | test | ASTM- | test | ASTM- | test | |
Farbe | 17 | Farbe | 14 | ASTM- | 8 | F-154 | 17 | Farbe | 17 | Farbe | 20 | |
(kg/100 m3) | 7,0 | — | L6,5 | — | Farbe | 4 | ASTM- | 14 | 6,0 | 12 | D8,0 | 18 |
Ohne Zusatz | — | — | —. | 3,5 | 7 | Farbe | — | 4,0 | 14 | D8,0 | 18 | |
0,29 DMCHA | — | — | — | 2,5 | 8 | 5,0 | 4,5 | 16 | D8,0 | 20 | ||
0,29 DECHA | — | — | — | 3,0 | 3 | L4,5 | 7 | 5,0 | 4 | D8,0 | 11 | |
0,29 Aminzusatz 2 | — | — | — | — | L3,5 | 4 | — | — | 2,0 | 5 | 5,5 | 15 |
0,86 DMCHA | — | — | — | — | L2,5 | 4 | — | — | L3,0 | 11 | 7,5 | 20 |
0,86 DECHA | — | — | — | — | 2,5 | 3 | L3,5 | 4 | 4,0 | 3 | D8,0 | 3 |
0,86 Aminzusatz 2 | — | — | — | — | L3,0 | 4 | — | 2,0 | 5 | L2,5 | 8 | |
1,43 DMCHA | — | — | — | — | 2,0 | 3 | — | — | 2,5 | 7 | L4,0 | 20 |
1,43 DECHA | 8 | — | 10 | L2,5 | 3 | 3,0 | 4 | 4,0 | 3 | D8,0 | 3 | |
1,43 Aminzusatz 2 | 5,0 | 13 | L6,0 | 12 | L2,5 | 4 | — | 8 | 2,0 | 5 | L2,0 | 5 |
2,85 DMCHA | 6,0 | 17 | 6,0 | 7 | 2,0 | 2 | — | 10 | L2,5 | 6 | 2,5 | 16 |
2,85 DECHA | L7,5 | 7 | L6,5 | 8 | L2,5 | 3 | L3,0 | 3 | 4,0 | 2 | D8,0 | 2 |
2,85 Aminzusatz 2 | L5,0 | 12 | L6,0 | 11 | 2,0 | 3 | 3,5 | 5 | 1,5 | 4 | L2,0 | 4 |
5,7 DMCHA | L6,0 | 17 | L6,0 | 5 | L2,0 | 2 | 4,5 | 5 | L2,0 | 5 | L2,5 | 7 |
5,7 DECHA | L7,5 | 6 | L6,5 | 6 | 2,0 | 2 | 2,5 | 3 | L4,0 | 2 | 5,0 | 2 |
5,7 Aminzusatz 2 | 4,5 | 7 | L6,0 | 10 | 2,0 | 3 | 3,0 | 4 | 1,5 | 3 | L2,0 | 3 |
8,6 DMCHA | 5,0 | 16 | L6,0 | 4 | L2,0 | 2 | L4,5 | 4 | L2,0 | 4 | L2,0 | 1 |
8,6 DECHA | L7,5 | L6,5 | 2,0 | L2,5 | L4,0 | L4,5 | ||||||
8,6 Aminzusatz 2 | 2,0 | L3,0 | ||||||||||
4,0 | ||||||||||||
Stabilisation von Heizöl gegen oxydative Schädigung Bestimmung gemäß vorgeschlagenem beschleunigtem
ASTM-Stabilitätstest
DMCHA- Konzen- tration |
Unlösliche Stoffe insgesamt im Heizöl [mg/100 cm3] |
B | C | ASTM-Farbe des Heizöl-Filtrats |
B | C |
[kg/100 m3] | A | 1,3 | 4,9 | A | 5,0 | 4,0 |
5,7 | 0,8 | 1,1 | 5,0 | 5,0 | 3,0 | |
1,43 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 2,5 | L5,0 | L3,0 |
4,28 | 0,6 | 2,5 |
35
Die Wirksamkeit von DMCHA in der Verhinderung der Bildung von Ablagerungen und der Verfärbung in
fünf verschiedenen typischen Heizölen Nr. 2 (A, B, C, G und I) unter oxydierenden Bedingungen wird durch
weitere Bewertungsmethoden veranschaulicht, die nachstehend beschrieben werden.
A. Vorgeschlagener ASTM-Schnelltest zur *°
Bestimmung der Stabilität von Erdöldestillat im Heizölsiedebereich
(Accelerated Stability Test for Distillate Fuel Oil (ASTM Standard on Petroleum Products,
Appendix 16,1961).
'
Man läßt die Probe 16 Stunden bei .95 0C altern,
bläst Sauerstoff durch die Probe, die dann zur Entfernung der unlöslichen Stoffe filtriert wird, worauf
die Mengen der unlöslichen Stoffe bestimmt werden und die Farbe des Filtrats gemessen wird. Die Ergebnisse
für die Kraftstoffe A, B und C sind in Tabelle 2-A angegeben. Sie sind als unlösliche Stoffe insgesamt
und als Verfärbungsgrad des gefilterten Öls unter diesen Bedingungen ausgedrückt.
B. Beschleunigter Stabilitätstest für Heizöle
Nr. 2, Great Lakes Pipeline (»Great Lakes Pipeline Accelerated Stability Test for No. 2 Fuel Oils«).
Die Proben werden 16 Stunden unter einem Sauerstoffdruck von 7,7 Atm bei 100° C in einer Bombe
gehalten und dann gekühlt und nitriert, worauf der Gehalt an löslichem Harz, unlöslichem Harz und
Gesamtharz bestimmt wird. Auch die Farbe des Filtrats wird gemessen. Zwei typische Heizöle Nr. 2
(I und G) wurden in dieser Weise mit und ohne Ν,Ν-Dimethyl-cyclohexylamin (DMCHA) und mit
DMCHA gemeinsam mit Ν,Ν'-Disalicyliden-1,2-propylendiamin
(DMD) als Metalldeaktivator geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2-B zusammengestellt.
Verzögerung der Harzbildung beim Great-Lakes-Pipeline-Test
60
65 Konzentration
des Zusatzstoffes
im Heizöl Nr. 2
des Zusatzstoffes
im Heizöl Nr. 2
[kg/100 m3]
DMCHAI DMD
DMCHAI DMD
55 Harz-Konzentration [mg/100 cm3]
löslich unlöslich gesamt
ASTM-Farbe
Heizöl I
0,86
1,43
2,85
0,86
1,43
4,28
1,43
2,85
0,86
1,43
4,28
1,71
1,43
1,43
— | 52 | 27 | 79 |
— | 34 | 16 | 50 |
— | 24 | 14 | 38 |
— | 19 | 8 | 27 |
0,143 | 31 | 13 | 44 |
0,143 | 24 | 12 | 36 |
0,143 | 9 | 3 | 12 |
Heizöl G | 17 | 48 | |
— | 31 | 4 | 17 |
13 | 2 | 12 | |
0,143 | 10 |
7,0 6,5 6,5 5,0 6,0 5,5 3,5
6,0 4,0 3,5
109 583/361
Aus den Tabellen 2-A und 2-B ist ersichtlich, daß DMCHA allein oder in Kombination mit dem Metalldeaktivator
äußerst wirksam den oxydativen Abbau in Heizölen und Kraftstoffen unterdrückt.
Proben eines typischen handelsüblichen Heizöls Nr. 2 mit und ohne DMCHA (2,14 kg/100 m3) wurden
mit 10 Volumprozent Wasser 10 Minuten kräftig geschüttelt. Die Proben wurden vor und nach dieser
Extraktion mit Wasser nach dem im Beispiel 1 beschrieben »Accelerated Fuel Oil Stability Test« bei
149° C bewertet. Das Heizöl ohne DMCHA zeigte beim Filtertest einen Wert von 17 vor dem Waschen
und einen Wert von 16 nach dem Waschen. Der ASTM-Farbwert betrug L8,0 vor und 7,0 nach dem
Waschen. Heizöl, das 2,14 kg DMCHA/100 m3 enthielt, hatte beim Filtertest den gleichen Wert von 1 vor
und nach dem Waschen und den gleichen ASTM-Farbwert von Ll,5 vor und nach dem Waschen.
Einer Reihe von Heizölen Nr. 2 wurden 5,7 kg DMCHA/100 m3 zugesetzt, worauf sie auf Emulgierung
und Neigung zu Nebelbildung wie folgt geprüft wurden:
Beim Emulgierungstest wird das Öl in einem hochtourigen Mischer 5 Minuten mit 5 Volumprozent
Wasser gerührt. Wenn nach 24stündigem Stehen keine Emulsion zurückbleibt, wird die Behandlung mit dem
gleichen Wasser und der gleichen Frischölprobe wiederholt. Die Zahl der Ölwechsel, die vorgenommen
werden könnten, ohne daß eine Emulsion gebildet wird, gilt als Kriterium für die Güte. Unter diesen
Bedingungen zeigten die Heizöle mit und ohne DMCHA das gleiche Verhalten.
Beim Trübungstest werden das Heizöl und 0,2 Volumprozent Wasser in einem hochtourigen Mischer
5 Minuten gerührt. Die sich einstellende Trübung wird periodisch bestimmt, indem Proben für Lichtdurchlässigkeitsmessungen
genommen werden. Unter diesen Bedingungen zeigten die behandelten und die unbehandelten Öle praktisch das gleiche Verhalten
hinsichtlich der Geschwindigkeit der Rückkehr zu praktisch vollständiger Lichtdurchlässigkeit.
B ei s ρ i el 4
Einem handelsüblichen Heizöl Nr. 2 ■ wurden NjN-Dimethylcyclohexylamin (DMCHA) bzw. die
verzweigte primäre Aminkomponente »Aminzusatz 2« in den in der Tabelle genannten Mengen für Vergleichszwecke
zugesetzt. Die Gemische wurden auf ihre Stabilität bei hoher Temperatur nach dem im
Beispiel 1 beschriebenen »Accelerated Fuel Oil Stability Test« geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3
aufgeführt.
Konzentration des Zusatzstoffs |
Aussehen des | Filterpapiers und Bewertung | 18 | DMCHA | 18 |
[kg/100 m3] | Aminzusatz 2 | 18 | schwarz | 16 | |
15 Ohne Zusatz | schwarz | 17 | grauschwarz | 11 | |
0,285 | schwarz | 16 | grau | 8 | |
0,57 | schwarz | 16 | hellgrau | 5 | |
0,86 | grauschwarz | 15 | braun | 4 | |
1,43 | grauschwarz | 14 | braun | 4 | |
20 2,0 | dunkelgrau | braun | 3 | ||
2,85 | mittelgrau | hellbraun | |||
4,28 | — |
Aus den vorstehenden Werten ist ersichtlich, daß das cycloaliphatische tertiäre Amin dem verzweigten
primären Alkylamin als Hochtemperaturstabilisator eindeutig überlegen ist.
B e i s ρ i e 1 5
NjN-Dimethylcyclohexylamin und die in Tabelle 4
angegebenen Amine wurden einem handelsüblichen Heizöl Nr. 2 in einer solchen Menge zugerührt, daß
die Konzentration 2,85 kg/100 m3 Öl betrug. Die Wirksamkeit der verschiedenen Amine hinsichtlich
der Verhinderung einer Qualitätsverschlechterung und der Bildung von unlöslichem Rückstand bei erhöhten
Temperaturen ergibt sich aus den Ergebnissen des bei 99° C durchgeführten Enjay-Testes und des im Beispiel
1 beschriebenen, bei 149° C durchgeführten »Accelerated Fuel Oil Stability-Test«. Beim Enjay-Test
wird eine Ölprobe 16 Stunden bei 99° C gehalten. • Der Test ist ausführlicher in der USA.-Patentschrift
2 912 314 (Beispiel 1) und in der USA.-Patentschrift 2 974 025 (Beispiel 2) beschrieben. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
Zusatzstoff
99°C-Test
ASTM-Farbe
nach dem
Test
mg Rückstand/
600 g Öl
600 g Öl
149°C-Test
Aussehen
des Filters
des Filters
Bewertung
Ohne Zusatz
Anilin
N-Monomethylanilin
N,N-Dimethylanilin
Cyclohexylamin
N-Monomethylcyclohexylamin
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin (DMCHA)
Aminzusatz 2
Aminzusatz 2
6—
5—
7
7-
2,5-
2-
2-
2-
49,5
40,8
53,5
57,9
6,1
2,5
1,9
1,3
schwarz
schwarz
schwarz
schwarz
braun
hell-lohfarben
hell-lohfarben
grau
18
17
17
18
17
Die Werte lassen erkennen, daß DMCHA und N-Monomethylcyclohexylamin das Öl unter den Bedingungen
beider Prüfungen sehr wirksam stabilisieren, während »Aminzusatz 2« nur unter den weniger
scharfen Temperaturbeanspruchungen des Enjay-Testes zufriedenstellende Wirksamkeit hat. Ferner
scheint die Wirksamkeit bei den höheren Temperaturen den N-Methylsubstituenten in den Mono- und
Dimethylcyclohexylaminen zuzuschreiben sein, da das Cyclohexylamin selbst bei dem 149°C-Test völlig unwirksam
ist. Dieser Effekt der N-Methylsubstituenten scheint speziell dem Cyclohexylaminsystem vorbehalten
zu sein, da er den entsprechenden Anilinen fehlt, wo die N-Methylsubstituenten die entgegengesetzte
Wirkung haben, d. h. die Wirksamkeit von Anilin für diese Zwecke aufheben.
NjN-Dimethylcyclohexylamin wurde in einer Konzentration
von 2,85 kg/100 m3 einem leichten Kreislauföl zugesetzt, das aus einer katalytischen Krackanlage
bei einer Temperatur von etwa 49 bis 54° C austrat. Das auf diese Weise stabilisierte gekrackte
Material wurde bei Raumtemperatur gelagert und von Fall zu Fall mit einem Straight-run-Destillat Nr. 1 gemischt,
um ein Einsatzmaterial für die hydrierende Entschwefelung herzustellen, das aus 10 bis 40 Volumprozent
gekracktem Material und 90 bis 60 Volumprozent Straight-run-Material bestand. Ein Durchschnittsgemisch enthielt 35 % gekracktes Material und 65 %
Straight-run-Material.
Der Gehalt an DMCHA in den genannten Gemischen betrug 0,285 bis 1,14 kg/100 m3 und durchschnittlich
1 kg/100 m3. Die Wirksamkeit von DMCHA bezüglich der Stabilisierung des gemischten Einsatzmaterials
für die hydrierende Entschwefelung gegen thermische Beanspruchung wurde wie folgt bestimmt.
Vor der Einführung in die Entschwefelung wurde ein kontinuierlicher Strom eines unbehandelten Gemisches
der gleichen Zusammensetzung vorgewärmt, indem es unter Druck durch zwei Röhrenwärmeaustauscher
und einen gasbeheizten Erhitzer, die hintereinandergeschaltet waren, geleitet wurde. Der Einsatz
verließ den ersten Austauscher bei einer Temperatur im Bereich von 104 bis 168° C bei 57 Atm, den zweiten
Wärmeaustauscher bei etwa 3160C und 53 Atm und die dritte Heizzone bei 366 bis 4070C und 50 Atm.
Unter diesen Bedingungen wurde die Vorwärmung im Durchschnitt 67 Tage vorgenommen, bevor der Heizwirkungsgrad
abfiel und die Wärmeaustauscher umgangen werden mußten. Im Gegensatz dazu konnten
bei Zusatz von DMCHA in den Gemischen die Wärmeaustauscher im Durchschnitt wenigstens 180 Tage gefahren
werden. Ferner waren die Ablagerungen in den Wärmeaustauschern weicher und außerdem leichter
zu entfernen.
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin, Polymer A, Kerosin
und andere Komponenten, die nachstehend genannt sind, wurden in den in Tabelle 5 angegebenen Mengenverhältnissen
zu den erfindungsgemäßen Stabilisatorgemischen I bis VII für Heiz- und Dieselöl gemischt.
Das Polymere A ist eine 50%ige Kerosinlösung eines Tripolymeren von 50 Teilen Octadecenylmethacrylat,
40 Teilen Styrol und 10 Teilen /3-Diäthylaminoäthylmethacrylat.
Diese Bestandteile sind in gebundener Form als wesentliche monomere copolymerisierbare,
äthylenisch ungesättigte Verbindungen vorhanden. Das Tripolymere enthält 0,1 bis 3,5% basischen
Aminostickstoff und hat eine Grenzviskosität von 0,1 bis 3,0, bestimmt bei einer Konzentration von
0,1 g in 100 cm3 Benzol bei 25° C. Dieses Tripolymere war im wesentlichen nach dem Verfahren des USA.-Patents
2 737 452 hergestellt worden. Die Menge des eigentlichen Tripolymeren (aktiver Bestandteil) beträgt
somit die Hälfte der genannten Mengen des Polymeren A.
Das Dicocodimethylammoniumchlorid wurde als 75gewichtsprozentige Lösung in Isopropylalkohol zugesetzt.
Das Dicocodimethylammoniumnitrit wurde als 50gewichtsprozentige Lösung in Isopropylalkohol
zugegeben. Die Abkürzung »DMD« in der 'Tabelle steht für N^'-Disalicyliden-l^-propylendiamin.
Tabelle 5
Gemische von Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin und Aminostickstoff enthaltendem Polymerisat
Gemische von Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin und Aminostickstoff enthaltendem Polymerisat
Zusatz
Zusammensetzung des | III | Gemisches | in Gewichtsprozent | VI | |
I | II | 60 | IV | V | 46 |
40 | 30 | 20 | 40 | 40 | 18,4 |
30 | 35 | 10 | 20 | 30 | — |
— | — | 10 | 10 | 12 Q |
|
— | — | 10 | — | — | O 15,6 |
30 | 35 | 30 | 20 |
Polymer A
DMCHA
Dicocodimethylammoniumchlorid
Dicocodimethylammoniumnitrit
DMD
Leuchtpetroleum*
* Zusätzlich zu dem im Polymer A vorhandenen.
Das Gemisch VI stellt ein besonders bevorzugtes erfindungsgemäßes Gemisch dar. Seine Zusammensetzung
kann auch wie folgt angegeben werden: 23 Gewichtsprozent (1 Teil) Tripolymeres (50% Polymer
A), 18,4 Gewichtsprozent (0,8 Teile) Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin, 6 Gewichtsprozent (0,26 Teile)
Dicocodimethylammoniumnitrit, 6 Gewichtsprozent Isopropylalkohol, 8 Gewichtsprozent (0,35 Teile)
N,N'-Disalicyliden-l,2-propylendiamin und 38,6 Gewichtsprozent (23 % des Polymeren A) Leuchtpetroleum.
Die vorstehend genannten Stabilisatorgemische I, II, III, IV und V werden repräsentativen handelsüblichen
Heizölen Nr. 2, nämlich Brennstoff A (katalytisch gekrackt) und Brennstoff B, in den Konzentrationen
zugesetzt, die in Tabelle 6 angegeben sind, in der auch typische Testergebnisse zusammengestellt sind. Die
Wirksamkeit dieser Gemische bezüglich der Verhinderung der Qualitätsverschlechterung und der Bildung
von unlöslichen Rückständen bei erhöhten Temperatüren wird durch den Enjay-Test (s. Beispiel 5) und
den EMD-Dieselkraftstoff-Stabilitätstest, auch als »149° C Accelerated Fuel Oil Stability-Test« bekannt
(s. Beispiel 1), veranschaulicht.
13
14
Stabilisierung von Heizöl bzw. Kraftstoff (A und B) mit Gemischen von Dimethylcyclohexylamin und
Aminopolymeren
Konzentration | Enjay-Test | B | 990C | B | EMD-Dieselkraftstofftest (149° C) | ) Filterpapiers |
an Stabilisatorgemisch | ASTM-Farbe nach dem Test |
6,5- | 46,4 | Aussehen des | B | |
[Gewichtsprozent] | A | 6,5- | mg Rückstand/ 600 g Öl |
44,5 | A | schwarz |
Ohne Zusatz '■— | 5— | 6— | A | 6,3 | schwarz | dunkelbraun |
Polymer A 0,0017 | 5- | 6- | 12,4 | 4,3 | schwarz | dunkelbraun |
0,0033 | C | 2- | 10,9 | 0,2 | grauschwarz | braun, fleckig |
0,005 | 5- | 2- | 7,3 | 0,0 | grau | graubraun |
I 0,0017 | 5- | 2- | 2,5 | 0,0 | grau | lohfarben |
0,0033 | 4 | 2- | 3,0 | 2,1 | hellgrau | farblos |
0,005 | A- | 2- | 0,4 | 1,1 | lohfarben | grau |
II 0,0017 | A- | 2- | 0,0 | 1,3 | grau | hellgrau |
0,0033 | 4- | 2- | 0,0 | 1,3 | hellgrau | farblos |
0,005 | 4 | 2- | 0,0 | 0,0 | sehr hellgrau | lohfarben |
III 0,0033 | A- | 2 | 0,0 | 0,0 | hellgrau | sehr helle Lohfarbe |
0,005 | A- | 2- | 1,3 | 0,8 | fast farblos | sehr helle Lohfarbe |
IV 0,005 | A- | 0,7 | fast farblos | fast farblos | ||
V 0,005 | A- | 0,9 | fast farblos | |||
0,4 | ||||||
Die Wirksamkeit des Mehrkomponentenzusatzes VI als Stabilisator für Heiz- und Dieselöle wurde nach der
»Proposed Method for Accelerated Stability Test for Distillat Fuel Oil«, Anhang XVI, ASTM Standards
for Petroleum Products, Bd. 1, 38. Auflage, 1961, bewertet. Der Kraftstoff war ein Gemisch eines Straightrun-Heizöls
und eines katalytisch gekrackten Heizöls Nr. 2. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 aufgeführt.
Tabelle 7
Stabilisierung von Heizöl mit dem Gemisch VI
Stabilisierung von Heizöl mit dem Gemisch VI
Konzentration
des Zusatzes
[Gewichtsprozent]
0,0017
0,005
0,008
0,005
0,008
Beschleunigter Stabilitätstest
Unlöslicher Rückstand [mg/100 cm3]
ASTM-Farbe
L5,0 L3,5 L2,5 L2,5
6,4 2,3 0,2 0,1
Die Werte zeigen, daß die Gemische, die N,N-Di-
methylcyclohexylamin enthalten, dem basischen Amin- 45 Sediment, insbesondere beim EMD-Dieselkraftstoffstickstoff
enthaltenden Tripolymeren allein bezüglich test und beim beschleunigten Stabilitätstest, weit
der Stabilisierung gegen Verfärbung und Bildung von überlegen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verwendung von 0,00033 bis 0,05 Gewichtsprozent, bezogen auf zu stabilisierendes Material,
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin und gegebenenfalls
3 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin, eines Metalldeaktivators
und/oder 0,00017 bis 0,01 Gewichtsprozent, bezogen auf zu stabilisierendes Material, eines öllöslichen
polymeren Dispergiermittels zum Stabilisieren von Brenn- und Kraftstoffen des Siedebereichs
von 150 bis 48O0C.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalldeaktivator ein
N,N'-Di-(o-hydroxyar yliden)-1,2-alkylendiamin mit
einem Arylidenrest von 6 bis 7 Kohlenstoffatomen und einem Alkylenrest von 2 bis 3 Kohlenstoffatomen
und als öllösliches polymeres Dispergiermittel ein basisches Aminostickstoff enthaltendes
Additionscopolymeres verwendet werden.
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