DE19527423A1 - Verfahren zur Herstellung von Homogenkatalysatoren bei Treibstoffen unter Verwendung von Ketonen - Google Patents

Description

Die Verwendung carbonylhaltiger Aromate oder Aliphate als Homogenkatalysatoren zur Verbesserung des Oxidationsprozesses in Verbrennungsmaschinen wurde erstmals in P 43 21 808.3 beschrieben. In EP 94 02052 wurde eine Verbesserung dieses Verfahrens beschrieben, die den oxidationskatalytischen Effekt der Carbonylgruppe im Kreislaufverfahren nutzt. Die dort beschriebene Verwendung von benzolhaltigem Treibstoff ist allerdings unvollständig, da die Benzochinonbildung gleichsam eine Oxidation auf halbem Wege ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Homogenkatalysators für Kraftstoffe, wobei man dem Kraftstoff Aceton zusetzt und ihn danach mit Glyoxal oder Polyglyoxal anreichert. Anstelle von Aceton und Glyoxal kann man homologe Verbindungen mit anderen Alkylresten zusetzen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsmäßigen Verfahrens besteht darin, daß man das Glyoxal durch Ozonisierung von Benzol oder benzolhaltigem Treibstoff nach Zufügen von Aceton oder einer homologen Verbindung erzeugt.

Zweckmäßig wird Aceton oder ein homologes Di-Keton in Gewichtsanteilen von 0,01%-1% zugesetzt. Man kann dem Kraftstoff vor der Ozonisierung aber auch homologe Mono-, Di- oder Tri-Ketone zusetzen.

Zweckmäßigerweise werden Reaktionsprodukte, die nach Ozonisierung des Kraftstoffs ausfallen, in Aceton gelöst und diesem wieder zugefügt.

Vorteilhaft wird ein derartig präparierter Kraftstoff dem unpräparierten Kraftstoff in Gewichtsanteilen von 0,1%-2,5% zugesetzt.

Wird Benzol durch Ozon vollständig oxidiert, entsteht Glyoxal. Glyoxalmoleküle haben per s´ das Bestreben zu polymerisieren. Wird daher Benzol oder benzolhaltiger Treibstoff ozonisiert, wird der Treibstoff durch die dabei entstehenden Oxidationsprodukte trüb-opaleszent. Wird derartiger Treibstoff über mehrere Tage gelagert, setzen sich diese Reaktionsprodukte wandständig ab. Wird reines Benzol oder benzolhaltiger Treibstoff wiederholt hintereinander ozonisiert oder aber auch, wie in EP 94 02052 beschrieben, im Kreislaufverfahren einem Ozonisierungsprozeß unterzogen, entsteht eine amorphe Masse im Treibstoff. Diese amorphe Masse besteht aus Glyoxal, das durch Polymerisierung mehrerer Glyoxalmoleküle entsteht. Nachteil dieser Polykondensation ist, wie oben beschrieben, daß sie amorph-blasig ausfällt und Ozongasbläschen in sich einschließt. Diese amorphe Masse setzt sich um die Austrittsdiffusoren des Ozongases im Reaktionsgefäß fest, behindert den Austritt des O₂/O₃- Gemisches, schließt dieses in kleinen und kleinsten Bläschen ein und behindert somit die Reaktion mit dem Treibstoff. Es haftet an der Gefäßwand und steht somit als Homogenkatalysator nicht mehr zur Verfügung. Auch die Reaktionsprodukte des Ozons mit den aliphatischen Treibstoffbestandteilen, bspw. Olephinen, fallen nach wenigen Tagen Lagerung als wandständiger Niederschlag aus. Sie lassen sich jedoch zum großen Teil in Aceton lösen und damit dem Kraftstoff in gelöster Form wieder zuführen.

Sehr vorteilhaft ist es, dem Treibstoff vor Ozonisierung 0,01-1% Aceton hinzuzufügen. Dadurch wird sowohl eine intensive Polykondensation des Glyoxals weitgehend verhindert, der Einschluß des O₂/O₃-Gemisches in Bläschenform als auch der wandständige Niederschlag der Reaktionsprodukte des Ozons mit dem Treibstoff an der Wand des Reaktionsgefäßes.

Man geht dabei so vor, daß man dem Treibstoff Aceton in den angegebenen Gewichtsanteilen zugibt und danach bei Raumtemperatur den Treibstoff mit einem Ozon- Sauerstoff-Gemisch von 110 Microgramm/ml Konzentration durchperlt. Führt man diese Prozedur eine Stunde lang durch, dann färbt sich der Treibstoff rot-orange, der Farbumschlag wird durch Stehenlassen noch intensiver, jedoch fällt dabei kein wandständiger Niederschlag ab. Durch höhere O₃-Konzentrationen oder Anwendung unter Druck kann die Ausbeute entsprechend erhöht werden.

Neben Aceton sind Ketone mit anderen Alkylresten, wie z. B. Diäthylketon, Methyläthylketon und Methylisobutylketon in gleicher Weise bei gleicher Konzentration vorteilhaft einzusetzen. Dies gilt ebenso für die homologen Abkömmlinge des Glyoxals wie Methylglyoxal, wie für Polyglyoxal und anderen Polyketone, z. B. Triketone. Der Einsatz dieser Ketone verhindert nicht nur die "gumproducts"-Bildung durch das Ozonisieren, vielmehr wirken diese Ketone durch ihre Carbonylgruppe per s´ katalytisch, so daß sie bei erfindungsgemäßem Einsatz zusammen mit der Ozonisierung des Treibstoffes die katalytische Wirkung potenzieren. Wird Treibstoff ohne diese Zusätze ozonisiert, dann sinkt seine Oktanzahl insbesondere nach MOZ-Verfahren. Durch Zusatz der genannten Ketone sinkt dagegen die Oktanzahl nach ROZ nur geringfügig ab.

Sowohl in EP 94 02052 als auch in P 43 21 808.3 wird dieser Prozeß bei der vollständigen Ozonisierung des Benzolmoleküls nicht beschrieben. Gerade aber die Di-Ketongruppe des Glyoxals hat entscheidenden Einfluß auf die Verbrennung als Katalysator. Es genügt von derartig behandeltem Treibstoff und darin gelöstem Polykondensat nur 0,01% Volumenanteil dem Kraftstoff hinzuzufügen, um eine bis zu 90%ige Minderung des CO- und HC-Anteils in den Auspuffgasen von Ottomotoren im Leerlauf zu erzielen. Bei erhöhtem Leerlauf von 2500-3000 U/min wird immer noch bis zu 80% Emissionsminderung beobachtet. Bei dem Verfahren nach EP 94 02052 und P 43 21 808.3 wird dagegen nur eine Emissionsminderung von etwa 20% unter gleichen Bedingungen beobachtet. Der Motor läuft dabei außerordentlich rund, als ob höher oktaniger Kraftstoff verwendet würde. Bis zu einer Konzentration von 2,5% Gewichtsanteilen wird die Oktanzahl des Kraftstoffs durch den Zusatz des erfindungsgemäßen Homogenkatalysators nicht entscheidend beeinflußt.

Bei höherer Konzentration wird die freigesetzte Energie so hoch, daß die dadurch bedingte Wärmeentwicklung durch das Kühlsystem heutiger Motoren nicht mehr sicher abgeführt werden kann.

Wird derartig präparierter Kraftstoff auf seine Oktanzahl getestet, dann zeigt sich, daß im Rahmen einer Testreihe zur Klopffestigkeit die Oktanzahl anscheinend zunimmt, was nur den Schluß zuläßt, daß die Ozonreaktionsprodukte eine Verbindung mit der Wand des Brennraumes eingehen, etwa im Sinne eines Carbonylmetalls, das wiederum als Katalysator wirkt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Homogenkatalysators für Kraftstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Kraftstoff Aceton zusetzt und ihn danach mit Glyoxal oder Polyglyoxal anreichert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Kraftstoff homologe Verbindungen zu Aceton und Glyoxal mit anderen Alkylresten zusetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glyoxal durch Ozonisierung von Benzol oder benzolhaltigem Treibstoff nach Zufügen von Aceton oder einer anderen homologen Verbindung generiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aceton oder ein homologes Di-Keton in Gewichtsanteilen von 0,01-1% Gewichtsanteil zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraftstoff vor Ozonisierung Polyketone, vorzugsweise Di- oder Tri-Ketone vor Ozonisierung zugesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktionsprodukte, die nach Ozonisierung des Kraftstoffs ausfallen, in Aceton gelöst werden und diesem wieder zugefügt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß derartig präparierter Kraftstoff unpräpariertem Kraftstoff in Gewichtsanteilen von 0,1-2,5%, vorzugsweise 0,5%-1% zugesetzt wird.