-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung und Verwendung
von flüssigen
synthetischen Kraftstoffen, insbesondere von solchen vom Typ Dieselkraftstoff.
-
Der
Begriff "Kraftstoff" wird dabei in der
vorliegenden Anmeldung in einem umfassenden erweiterten Sinne verwendet
und soll nicht nur zum Betrieb von Fahrzeug- oder Flugzeug-Verbrennungsmotoren
bzw. -triebwerken verwendete Flüssigkeiten
bezeichnen. Wenn ein Kraftstoff, wie er in der vorliegenden Anmeldung beschrieben
wird, anderweitig eingesetzt wird, z.B. als Brennstoff in Generatoren
oder in dafür
geeigneten Heizanlagen, soll eine solche Verwendung nicht aus dem
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung heraus führen, auch
wenn auf derartige Verendungsmöglichkeiten
im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung nicht mehr weiter eingegangen
wird.
-
Um
die hohe Abhängigkeit
der Industrieländer
von Rohölimporten
und die Belastung der Umwelt durch das Treibhausgas Kohlendioxid
aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen aus fossilen Rohstoffen
zu verringern, wird weltweit nach alternativen Energieträgern gesucht,
die regenerativ und umweltschonend sind. In der EU müssen daher
neuerdings den konventionellen Otto- und Dieselkraftstoffen auf
der Basis von Rohöl Alternativkraftstoffe
aus Biomasse zugesetzt werden. Derzeit sind diese Alternativkraftstoffe
aus Biomasse Alkohole und Ether für Ottokraftstoff, und Fettsäureester,
insbesondere Fettsäuremethylester
(Abkürzung
FAME; Fatty Acid Methyl Ester) aus mit einem Alkanol, insbesondere
Methanol oder ggf. Ethanol, umgeesterten ölen und Fetten, insbesondere
Pflanzenölen,
als Dieselkraftstoff oder als Zusatz zu einem herkömmlichen
Dieselkraftstoff. FAME werden allgemein häufig mit Biodiesel gleichgesetzt.
In einem strengen Sinne sind jedoch nur solche Fettsäureester,
die die Vorgaben der Europäischen
Norm EN 14214 (national umgesetzt z.B. als DIN EN 14214 oder ÖNORM EN
14214) erfüllen,
als Biodiesel zu bezeichnen.
-
Die
o.g. genannten Alternativkraftstoffe unterscheiden sich in ihrem
technischen Verhalten in vielfacher Hinsicht von den herkömmlichen
Kraftstoffen auf Rohölbasis
und würden
bei ihrer Verwendung als alleinige Kraftstoffe, soweit das im Einzelfall
möglich
ist, teilweise gravierende Anpassungen der herkömmlichen Motoren verlangen.
Um die Motoren nicht anpassen zu müssen, werden daher diese Alternativkraftstoffe
derzeit in erster Linie nur in geringer Konzentration (meist bis
zu 5%) den konventionellen Kraftstoffen beigemischt.
-
Die
Anforderungen an die Qualität
der Ottokraftstoffe sind in der EN 228 spezifiziert. Für Dieselkraftstoff
gelten die in der EN 590 festgelegten Spezifikationen, und diese
müssen
auch bei Zusatz von Alternativkraftstoffen eingehalten werden, d.h.
im Falle von Diesel bei Zusatz von Biodiesel.
-
An
Dieselkraftstoffe für
den Einsatz in modernen hochgezüchteten
Motoren werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Es müssen zahlreiche
anwendungstechnische Eigenschaften (z.B. bezüglich der an den Verwendungsort
angepassten Kälteund
Lagerstabilitäten)
erfüllt
werden, und gleichzeitig sollen die Emissionen aus der Verbrennung
des Dieselkraftstoffs im Motor minimiert werden.
-
Einige
der Anforderungen an einen modernen Dieselkraftstoff sind insbesondere:
- – Um
ein optimales Brennverhalten und einen ruhigen Betrieb zu gewährleisten,
muss der Kraftstoff eine möglichst
hohe Cetanzahl aufweisen.
- – Um
Schadstoffemissionen zu reduzieren und Korrosionen zu vermeiden,
werden „schwefelfreie" Dieselkraftstoffe
verlangt.
- – Schwefelfreie
Dieselkraftstoffe sind jedoch durch die scharfe Hydrierung bei ihrer
Herstellung ihrer natürlichen
Schmierfähigkeit
beraubt und müssen
daher mit einem Lubricity-Zusatz zur Schmierung der Einspritzpumpe
in PKW-Motoren versehen werden.
- – Um
Rauch, Ruß und
Abgaspartikel zu verringern, soll der Kraftstoff möglichst
aromatenarm bzw. aromatenfrei sein.
- – Damit
der Kraftstoff längere
Zeit lagerbar ist, sollte er keine ungesättigten Verbindungen (z.B.
aus Krackanlagen oder mehrfach ungesättigte Pflanzenölester)
enthalten, oder muss mit Antioxidantien stabilisiert werden.
- – Um
den Kraftstoff auch im Winter in Gebieten, in denen ggf. hohe Minustemperaturen
auftreten können, transportieren,
lagern und verwenden zu können,
muss er eine entsprechende Kältestabilität besitzen.
-
Wesentliche
Beiträge
zu den Emissionen von Schadstoffen und zum Ausstoß von Ruß, Abgaspartikeln und
Staub liefern Aromaten (insbesondere Mehrkernaromaten), weil diese
lange Verbrennungszeiten benötigen
und in den Motoren nur unvollständig
verbrennen.
-
Durch
Zusatz von sauerstoffhaltigen Verbindungen kann das Ausbrandverhalten
verbessert werden. Die sauerstoffhaltigen Verbindungen führen zu
einem Eintrag von gebundenem Sauerstoff direkt in den Kraftstoff
und bewirken so einen besseren Ausbrand, führen jedoch in der Regel zu
einem etwas verminderten Brennwert. Der Zusatz von sauerstoffhaltigen
Verbindungen ist derzeit in den Normen begrenzt, weil durch zu hohe
Anteile die motortechnischen Kennwerte verstellt werden müssten.
-
FAME
oder Biodiesel stellt einen möglichen
sauerstoffhaltigen Zusatz dar, der schadstoffarm ist und ein sehr
gutes Ausbrandverhalten zeigt und außerdem ein hocherwünschtes
Schmierverhalten aufweist. Trotzdem stößt die vom Gesetzgeber gewünschte Einführung von
Biodiesel auf dem Kraftstoffbereich auch auf eine Reihe von technischen
und ökonomischen
Schwierigkeiten.
-
Da
Pflanzen, die für
die Pflanzenölerzeugung
geeignet sind, nicht gleichmäßig in allen
Klimazonen gedeihen, kann Pflanzenöl, das zur Biodieselherstellung
geeignet ist, z.B. in Mitteleuropa nicht in denjenigen Mengen hergestellt
werden, wie sie zur Erfüllung
der Beimischpflicht benötigt
werden. Viele besonders ölreiche oder
kostengünstig
Pflanzenöle
liefernde Pflanzen, z.B. Ölpalmen,
gedeihen nur in klimatisch besonders begünstigten, entfernten Gegenden,
z.B. in Südasien.
Es wäre
daher möglich
und auch ökonomisch
sinnvoll, Pflanzenölester
(z.B. Palmölester)
aus wärmeren
Gegenden zu importieren, um die heimischen Produkte zu ergänzen, ggf.
zusätzlich
zur Erzeugung von Estern aus Pflanzenaltöl oder Fetten anderer Herkunft.
-
Derartige
Importprodukte weisen jedoch leider ein sehr schlechtes Kälteverhalten
auf.
-
In
den Normen EN 14214 und EN 590 wird das zu fordernde Kälteverhalten
von Biodiesel bzw. Dieselkraftstoff für bestimmte Klimaklassen, die
die klimatischen Bedingungen eines Landes, ggf. auch noch jahreszeitenabhängig, widerspiegeln,
definiert. Die nachfolgende Tabelle 1 enthält die Grenzwerte für den sog. CFPP-Wert
von Kraftstoffklassen vom Dieseltyp, die in Abhängigkeit von den klimatischen
Bedingungen, die in einem Land herrschen, jeweils vorgeschrieben
sein können. Tabelle 1 CFPP-Grenzwerte (bestimmt nach EN 116)
für verschiedene
Klimaklassen
| | Klimaklasse | CFPP-Grenzwert
(max) °C |
| Klasse | A | 5 |
| Klasse | B | 0 |
| Klasse | C | –5 |
| Klasse | D | –10 |
| Klasse | E | –15 |
| Klasse | F | –20 |
-
Der
in der Tabelle angebene Wert für
den CFPP (Cold Filter Plugging Point) ist ein Kennwert für die Kältefestigkeit
eines Kraftstoffs im Endverbrauch, der nach der Norm EN 116 (bzw.
ASTM D-6371) bestimmt wird. Er ist definiert als die höchste Temperatur,
bei der ein flüssiges
Kraftstoffprodukt, das unter festgelegten Bedingungen abgekühlt wird,
nicht mehr durch einen Filter definierter Porengröße in einer
bestimmten Zeiteinheit fließt.
-
In
südlichen
Ländern
ist aufgrund der dort üblichen
konstanten hohen Temperaturen keine besondere Winterfestigkeit erforderlich,
so dass der dort zulässige
CFPP-Spezifikationswert für
das Kälteverhalten
bei positiven Temperaturen liegen kann (Klasse A). In nördlichen
Ländern
hingegen muss der CFPP von Kraftstoffen bei tieferen Temperaturen
liegen. In den meisten Ländern
Mitteleuropas beträgt
z.B. der festgelegte CFPP für einen
Kraftstoff von Winterqualität < –20°C (Klasse
F).
-
Die
Fettsäurezusammensetzung
eines beliebigen FAME-Produkts spiegelt die Fettsäurezusammensetzung
in dem als Ausgangsprodukt eingesetzten Pflanzenöl (einem Fettsäureglycerintriester)
wider. Zu hohe Mengen an gesättigten
Fettsäuren
sind der Grund für
ein schlechtes Kälteverhalten,
während
ungesättigte Fettsäuren für eine schlechte
Oxidationsstabilität
verantwortlich sind.
-
Pflanzenöl-Gemische
aus einfach ungesättigten
Fettsäuren
und gesättigten
Fettsäuren
in mäßigen Konzentrationen
können
ein noch akzeptierbares Kälteverhalten
und eine akzeptable Oxidationsstabilität aufweisen.
-
In
Europa werden überwiegend
Methylester aus den Pflanzenölen
Rapsöl,
Sonnenblumenöl,
aber auch aus Altspeiseölen
verwendet. Der Rapsölmethylester
ist praktisch der einzige Ester, der auch im Winter zu 100% (ohne
Vermischung) als Biodiesel verwendet werden kann und der bei Zusatz
von Fließverbesserern den
für das
Kälteverhalten
festgelegten CFPP-Wert (unter –20°C) für Länder mit
kalten Jahreszeiten erfüllt.
-
Die
unvermischten Methylester aus vielen anderen Pflanzenölen (z.B.
Palmöl,
Sonnenblumenöl,
Kokosöl,
Sojaöl,
Baumwollsamenöl)
weisen einen zu hohen Wert für
den CFPP auf, so dass sie bei winterlichen Temperaturen fest werden,
ausfallen und die Kraftstofffilter verlegen können.
-
Palmölmethylester
(nachfolgend abgekürzt
als POME), ein auf dem Weltmarkt ausreichend und kostengünstig erhältliches
Produkt, weist aufgrund seiner Zusammensetzung aus überwiegend
gesättigten
Fettsäuremethylestern
eine niedrige Jodzahl und damit hohe Oxidationsstabilität auf. Sein
Nachteil ist aber, dass POME aufgrund seines hohen Anteils an Estern
von gesättigten
C16- und C18-Fettsäuren
einen hohen CFPP (> 10°C) und damit
ein besonders schlechtes Kälteverhalten
aufweist.
-
Bei
Einsatz von POME mit einem CFPP > 10°C kann die
Anforderung an einen CFPP für
einen Dieselkraftstoff für
Mitteleuropa von < –20°C weder pur
noch im Gemisch mit einem konventionellen Dieselkraftstoff erfüllt werden.
Auch der Transport von Palmöl
oder POME aus den Produktionsländern
in Länder
mit niedrigeren Temperaturen und die Lagerung vor Ort erfordert
bereits besondere Vorsichtsmaßnahmen,
damit das Produkt in der Kälte
nicht ausfällt
und einstockt, da ein solches Produkt dann nicht mehr fließfähig ist
und nicht verpumpt werden kann.
-
Bisher
untersuchte Möglichkeiten
zur Verbesserung des Kälteverhaltens
von problematischen FAME-Produkten sind beispielhaft die folgenden:
- – Abkühlen des
Produkts und Abfiltrieren des festen Anteiles; nachteilig an einem
solchen Vorgehen ist, dass nur ein geringer Anteil des ursprünglichen
Produkts mit dem angestrebten gutem Kälteverhalten zurück bleibt.
- – Vermischen
mit weniger problematischen FAME-Produkten anderer Herkunft mit
besserem Kälteverhalten;
nachteilig ist, dass große
Mengen der relativ teuren FAME erforderlich sind und in der Regel
die Jodzahl und Oxidationsstabilität verschlechtert werden.
- – Vermischen
mit herkömmlichen
Kohlenwasserstoffen auf Erdölbasis,
die ein besseres Kälteverhalten
aufweisen, wie z.B. mit Dieselkraftstoff oder Kerosin; nachteilig
ist, dass durch die Zumischung von konventionellem Dieselkraftstoff
oder Kerosin (Jet Al) Aromaten in das Gemisch gelangen, die beim
Verbrennen die Umwelt durch Ruß-,
Feinteilchen- und Staubbildung belasten.
- – Zugabe
von bestimmten Fließverbesserern;
nachteilig sind die allgemein schlechte Ansprechbarkeit von FAME
wie z.B. POME auf solche Zusätze
und die hohen Kosten.
-
Es
ist daher von großem
praktischen Interesse, eine Möglichkeit
zu finden, FAME-Produkte mit zu hohen CFPPs, ggf. selbst POME-Produkte,
in Gemische überführen zu
können,
die als ausreichend kältefeste Kraftstoffe
vom Dieseltyp mit guten Brennverhalten dienen können bzw. ohne Schwierigkeiten
auch in einem kalten Klima transportiert und gelagert werden können, z.B.
für eine
Endabmischung bei einem lokalen Kraftstoff-Produzenten oder -Verbraucher.
-
Alles
in allem ist die Ausgangslage jedoch so, dass eine Verbesserung
von zahlreichen wichtigen Eigenschaften von Kraftstoffen, insbesondere
Dieselkraftstoffen, häufig
nur auf Kosten anderer Eigenschaften erreichbar ist, so dass die
nötige
Optimierung in der Regel ein komplexer technischer und ökonomischer
Entscheidungsprozess ist, wobei Faktoren wie Brennverhalten, Abgasentwicklung,
Kälteverhalten,
Dichte und Schmierfähigkeit
eine zentrale Rolle spielen. Wie eingangs erwähnt kann man hierbei im Allgemeinen
sagen, dass höhere
Cetanzahlen mit einem optimierten Brennverhalten korrelieren, während niedrige
Aromaten- und Schwefelwerte für
reduzierte Schadstoffemissionen von Bedeutung sind.
-
Die
Erfinder stellten es sich zum Ziel, durch eine adäquate Abmischung
mit geeigneten Mischungskomponenten einen Kraftstoff bereit zu stellen,
der eine optimale Kombination der oben genannten Eigenschaften bietet,
ohne dass in einem der genannten Bereiche nennenswerte Abstriche
gemacht werden müssen.
-
Dieses
Ziel wird durch Kraftstoffzusammensetzungen gemäß Anspruch 1 und deren vorteilhafte
Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 2 bis
8 und ihre Verwendungen gemäß Anspruch
9 bzw. durch die Verwendung eines synthetischen Kohlenwasserstoffgemisches
gemäß den Ansprüchen 10
bis 12 erreicht.
-
Die
erfindungsgemäßen Kraftstoffzusammensetzungen
sind dabei im wesentliche binäre
Zusammensetzungen aus nur zwei Arten von Typen von Kraftstoff-Komponenten,
nämlich
den Komponenten (i) und (ii) gemäß Anspruch
1, wobei die Zusammensetzungen allerdings ggf. noch Additive enthalten
können,
um das Betriebsverhalten bei der beabsichtigten Endverwendung zu
verbessern. Im Rahmen der Grundzusammensetzung gemäß Anspruch
1 liegen Spezialzusammensetzungen, die berücksichtigen, ob die Zusammensetzung
direkt für
eine Verwendung als Kraftstoff (z.B. Dieselkraftstoff) bestimmt
ist, oder ob vorgesehen ist, sie zum Abmischen mit einem herkömmlichen
Kraftstoff zu verwenden. Ferner ergeben sich unterschiedliche Randbedingungen
für die
praktisch sinnvollen Konzentrationbereiche der Komponenten (i) und
(ii) auch noch daraus, welche Eigenschaften, insbesondere im Hinblick
auf seine Kältefestigkeit,
der jeweils verwendete Fettsäureester
bzw. das jeweils verwendete Fettsäureestergemisch aufweist.
-
Im
Vorfeld der vorliegenden Erfindung untersuchten die Erfinder zur
Erreichung des o.g. Ziels verschiedene Kombinationen aus sauerstoffhaltigen
Fettsäureestern,
insbesondere FAME-Verbindungen (Fettsäuremethylestern vom Biodieseltyp)
und speziellen Kohlenwasserstoff-Gemischen, die im Hinblick auf
Brennverhalten und Schadstoffentwicklung vorteilhaft waren, d.h.
insbesondere cetanreich und aromatenarm sein sollten. Dabei konzentrierten
sich die Untersuchungen auf solche synthetische Kohlenwasserstoff-Gemische, wie
sie aus verschiedenartigen Einsatzprodukten nach einer zwischengeschaltete
Synthesegas-Erzeugung nach dem Fischer-Tropsch- Verfahren bzw. seinen verschiedenen
moderneren Weiterentwicklungen industriell erzeugbar sind.
-
Sie
fanden, dass auch problematische FAME-Produkte bei Abmischung mit
einem speziellen Typ von synthetischen Kohlenwasserstoff-Gemischen
zu Produkten führen,
die aufgrund ihrer hohen Cetanzahl und Aromatenfreiheit nicht nur
ein hervorragendes Brennverhalten mit niedrigen Emissionswerten
für die
wichtigsten Schadstoffe zeigen, sondern aufgrund vorteilhafter Mischbarkeitseigenschaften
und niedriger Werte für den
Pourpoint (Stockpunkt) auch ein erheblich verbessertes Kälteverhalten
zeigen. Das gilt sowohl bei relativ hoher Verdünnung des FAME-Bestandteils,
die einen direkten Einsatz der Gemische als Kraftstoff vom Dieseltyp
ermöglicht,
als auch bei Gemischen mit höheren
bis hohen FAME-Konzentrationen,
die insbesondere für eine
nachgeschaltete weitere Abmischung mit einem flüssigen Kraftstoff, z.B. einem
herkömmlichen
Dieselkraftstoff, verwendet werden können.
-
Synthetische
Kohlenwasserstoff-Gemische, die aus verschiedenen Einsatzprodukten über eine
zwischengeschaltete Synthesegas-Erzeugung synthetisiert werden und
aus denen die erfindungsgemäß zu verwendenden
Kohlenwasserstoffgemische vorzugsweise ausgewählt werden können, schließen insbesondere ein
- – BtL-Kraftstoffe
(BtL: Biomass-to-Liquid), die nach Verfahren erzeugt werden, bei
denen zuerst eine getrocknete Biomasse (z.B. Brennholz, Stroh, Bioabfall,
Tiermehl, Schilf u.ä.)
vergast und zu einem Synthesegas verarbeitet wird, aus dem anschließend katalytisch
flüssige
Kohlenwasserstoff-Gemische hergestellt werden; oder
- – GtL-Kraftstoffe
(GtL: Gas-to-Liquids), bei denen ein in der Regel fossiles Ausgangsprodukt
wie Erdgas, Erdölrückstände oder
Kohle in Synthesegas überführt wird
und aus dem Synthesegas anschließend katalytisch in einer oder
mehreren Konversionsstufen flüssige
Kohlenwasserstoffgemische erzeugt werden.
-
Sowohl
BtL- als auch GtL-Kraftstoffe können
aufgrund der verwendeten Ausgangsprodukte und Produktionstechnologie
in weitgehend oder vollständig
schwefelfreien und/oder aromatenfreien Qualitäten hergestellt werden, die
auf dem Weltmarkt erhältlich
sind. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung wurden solche Produkte ausgewählt, die
geeignet sind, bei ihrer Abmischung mit FAME die in den Ansprüchen und
nachfolgend genauer definierten Kriterien zu erfüllen.
-
In
Rahmen von Versuchen wurde gefunden, dass bei Verwendung eines Typs
einer speziellen Kohlenwasserstoff-Komponente, die die Angaben im
Anspruch erfüllt,
sehr wenige Aromaten, insbesondere keinerlei Mehrkernaromaten, in
ein FAME enthaltendes Gemisch gelangen und das Kälteverhalten von FAME mit relativ
hohen Anteilen an gesättigten
Fettsäureestern
stark verbessert wird. Durch zusätzliches
Abmischen mit anderen Fettsäureestern
als weitere Gemischkomponente kann insbesondere das Kälteverhalten
des erhaltenen Gemischs weiter so weit verbessert werden, dass ein
stabiler und kältebeständiger Kraftstoff
erhalten wird, der als aromatenfreier Dieselkraftstoff oder als
unproblematisch transportier- und lagerbare Mischkomponente für einen
Dieselkraftstoff verwendet werden kann.
-
Charakteristische
Kenndaten von drei als synthetische Kohlenwasserstoff-Komponenten
geeigneten Produkten KW1 (ein Kerosin), KW2 (ein Gasöl) sowie
KW3 aus der Weltproduktion sind in der nachstehenden Tabelle 2 angeführt. Tabelle 2 Charakterisierung von drei synthetischen
Kohlenwasserstoff gemischen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung
zum Abmischen mit FAME-Produkten geeignet sind
| Kennwert | Bestimmungs
methode | Komponente
1
(KW1) | Kom
ponen
te
2
(KW2) | Kom
ponen
te
3
(KW3) |
| Dichte | ASTM
D 4052 | 765 | 795 | 780 |
| bei
15°C, kg/m3 | | | | |
| Flammpunkt, °C | ASTM
D 93 | 64 | 96 | > 55 |
| Gesamtaromaten,
% | UOP
495 | < 0,006 | < 0,03 | < 0,5 |
| Mehrkern-
aromaten, % | EP
1654 | < 0,0001 | < 0,001 | < 0,001 |
| Anilinpunkt, °C | ASTM
D 611 | 81 | 90 | |
| Pourpoint, °C | ASTM
D | < –60 | < –50 | < 0 |
| Siedebeginn, °C | ASTM
D 86 | 180 | 220 | |
| Siedeende, °C | ASTM
D 86 | 210 | 358 | < 360 |
-
Durch
das gezielte Vermischen geeigneter Fettsäureester nach erfindungsgemäßen Mischverhältnissen
mit einem aromaten- und schwefelfreien synthetischen Kohlenwasserstoff
wird ein Transport von z.B. POME in Schiffen oder Tankwagen und
eine Lagerung in Behältern
ohne Beibeheizung ermöglicht.
Außerdem bleiben
die Umweltvorteile von POME hinsichtlich der Emissionen aus der
Verbrennung in einem Verbrennungsmotor oder auch in einer Feuerungsanlage
erhalten. Überdies
ist das Brennverhalten der Zusammensetzung dank der hohen Cetanzahl
des synthetischen Kohlenwasserstoffgemischs (z.B. bei KW3 von > 74) vorzüglich.
-
Um
die für
das Einsatzgebiet benötigte
jeweilige Kältestabilität zu erreichen,
sollte gemäß der vorliegenden
Erfindung die Menge der gesättigten
Fettsäureester
im Gemisch einen bestimmten Konzentrationsbereich nicht überschreiten.
-
Dabei
gilt als Regel, dass
- – dann, wenn der CFPP der Zusammensetzung –15°C oder weniger
betragen soll, die Konzentration an gesättigten C16-C22 Fettsäuremethylestern
in der Zusammensetzung 5 Masse-% nicht übeschreiten soll, und
- – dann,
wenn der CFPP der Zusammensetzung bei 0°C und höher liegen darf, die Konzentration
an gesättigten
C16-C22 Fettsäuremethylestern
in der Zusammensetzung bei 20 Masse-% und mehr liegen kann.
-
Die
genannten Konzentrationsgrenzen zur Einstellung eines CFPP-Wertes
gelten für
FAME oder FAME-Mischungen oder Mischungen aus FAME mit Kohlenwasserstoffgemischen,
bei denen die gesättigten (C16
bis C22) Fettsäuremethylester
in den in der nachfolgenden Tabelle 3 genannten Konzentrationsbereichen
vorhanden sind. Tabelle 3 Zulässige
Konzentrationsbereiche (Masse-%) für Methylester von gesättigten
C16 bis C22 Fettsäuren
| C-Zahl
des gesättig
ten
Esters | Konzentrations-Bereich
Masse-% | Bevorzugter
Bereich
Masse-% |
| C16 | 0–40 | 0–20 |
| C18 | 0–20 | 0–10 |
| C20 | 0–5 | 0–1 |
| C22 | 0–1 | < 1 |
| Die
Konzentration an
ungesättigten
Fett
säureestern
sollte
außerdem über der
Konzentration
der
gesättigten
liegen | | |
-
Der
in den Zusammensetzungen der Tabelle 3 auf 100% fehlende Rest sind
ungesättigte
Fettsäureester
und/oder Kohlenwasserstoff-Gemische wie z.B. Dieselkraftstoff, Jet,
Kerosin u.a. mit einer Kältestabilität < –20°C.
-
Bei
binären
Kraftstoffzusammensetzungen aus FAME und Kohlenwasserstoffgemischen
bestimmt das Verhältnis
der beiden Komponenten in den Zusammensetzungen, und deren Auswahl,
d.h. der speziellen Fettsäureester-Komponente
(z.B. RME, POME und/oder SME) einerseits und der speziellen Kohlenwasserstoffgemisch-Komponente
(vgl. z.B. die Produkte KW1 bis KW3 gemäß Tabelle 2) andererseits,
das Kälteverhalten der
Gesamt-Zusammensetzung, ausgedrückt
als deren CFPP.
-
Beispielhaft
werden ferner nachstehend in Tabelle 4 die Ergebnisse von Untersuchungen
zur Kältestabilität (ausgedrückt als
CFPP) mit POME (FAME 1) in Abmischungen mit einem weiteren FAME-Produkt
(FAME 2; Sojamethylester; SME) sowie den Kohlenwasserstoff-Komponenten
KW1 und KW2 aus Tabelle 2 bei Einhaltung von Konzentrationswerten
für das
Gesamtgemisch im Bereich der Tabelle 3 aufgeführt, gegenüber gestellt den Werten für ein Rapsölfettsäuremethylester-Produkt
(FAME 3; RME): Tabelle 4 Werte für den CFPP für verschiedene
Gemische aus FAME und synthetischen Kohlenwasserstoff-Gemischen
| FAME
1 | FAME
2 | FAME
3 | KW1 | KW2 | C16 | C18 | C20 | C22 | Sum
me
ges.
Est. | CFPP
°C |
| 100 | | | | | 39,5 | 4,3 | 0,4 | 0,1 | 43,8 | 11 |
| | 100 | | | | 10,5 | 3,8 | 0,3 | | 14,7 | –2 |
| 25 | 25 | | 50 | | 13,1 | 2,3 | 0,2 | 0,2 | 15,8 | –4 |
| 15 | 35 | | 50 | | 10,5 | 2,4 | 0,2 | 0,3 | 13,4 | –7 |
| | | 100 | | | 4,5 | 1,8 | 0,5 | 0,3 | 7,1 | –14 |
| | 20 | | | 80 | 2,1 | 0,8 | < 0,1 | | 2,9 | –17 |
-
Das
Vermischen der Komponenten FAME/synthetisches Kohlenwasserstoffgemisch
kann auf verschiedene Weise erfolgen:
Bei Verwendung mehrerer
unterschiedlicher Fettsäuremethylester
ist es sinnvoll, zunächst
die Ester zu mischen und dann mit den Kohlenwasserstoffen zu verdünnen. Wenn
die Mischung bei tiefen Temperaturen hergestellt werden muss, kann
zunächst
ein Ester mit Kohlenwasserstoffen verdünnt und dann mit einem zweiten Ester
vermischt werden.
-
Es
kann auch zielführend
sein, bei der Verdünnung
mit Kohlenwasserstoffen einen geeigneten Lösungsvermittler einzusetzen.
-
Bei
Bedarf können
dem Gemisch zuletzt auch die für
weitere anwendungsbezogene Verbesserungen erforderlichen Additive
zudosiert werden. Dies können
z.B. Fließverbesserer,
Detergentien, Dispergiermittel, Antischaummittel, Korrosionsschutzmittel,
Dehazer und Antioxidantien sein.
-
Lubricity-Additive
müssen
normalerweise nicht zugesetzt werden, weil ein weiterer Vorteil
der erfindungsgemäßen Mischungen
darin liegt, dass die Fettsäureester
der KW-Mischkomponente
ausreichende Schmierwirkung verleihen.
-
Wie
der Fachmann in Tabelle 2 erkennen kann, erfüllen die synthetischen Kohlenwasserstoffgemische als
unvermischte Produkte nicht die Norm EN 590, die bezüglich der
Dichte mindestens 820 kg/m3 (15°C) und bezüglich der
Schmierfähigkeit
eine Grenze von 460 μm
vorschreibt. Nach Beimischung von Fettsäureestern gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben sich für
die Zusammensetzung Werte für
die Dichte und die Schmierfähigkeit,
die innerhalb der von der Norm EN 590 gesetzten Grenzen liegen.
-
Abschließend kann
festgestellt werden, dass es den Erfindern gelungen ist, durch adäquate Zusammensetzungen
aus einer Fettsäuremethylester-Komponente
und synthetischen Kohlenwasserstoffgemischen (inklusive GtL) einen
Kraftstoff vom Dieseltyp zu schaffen, dessen Eigenschaften eine
einzigartige optimale Kombination sind, indem gleichzeitig
- – die
hohe Cetanzahl und der niedrige Aromatenwert des synthetischen Kohlenwasserstoffgemischs
ein hervorragendes Brennverhalten bei reduzierten Schadstoffemissionen
gewährleisten,
- – die
Kältestabilität des synthetischen
Kohlenwasserstoffgemischs den Einsatz von kostengünstigen
Fettsäuremethylester-Kraftstoff-Komponenten
mit einem an sich unattraktiven CFPP ermöglichen, während
- – durch
Beimischung von eben diesen Fettsäuremethylester-Komponenten die unzulänglichen
Werte bezüglich
Dichte und Schmierfähigkeit
des synthetischen Kohlenwasserstoffgemischs ausgeglichen werden.