DE202010003894U1

DE202010003894U1 - Lösungsmittelzusammensetzung

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Publication number: DE202010003894U1
Application number: DE201020003894
Authority: DE
Original assignee: Neste Oyj
Current assignee: Neste Oyj
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2020-03-23

Abstract

Lösungsmittelzusammensetzung, die von 25 bis 50 Gew.-% an C₅-C₇ n-Alkanen und von 50 bis 75 Gew.-% an C₅-C₇ Iso-Alkanen enthält, wobei die Menge an n-Hexanen von 5 bis 25 Gew.-% ist, und die Lösungsmittelzusammensetzung aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Lösungsmittelzusammensetzungen biologischen Ursprungs, die paraffinische C5-C7 Kohlenwasserstoffe enthalten und die z. B. als technochemische und industrielle Lösungsmittel, Bohrflüssigkeiten für Ölgewinnung, hydraulische Öle, Kabelöle, Wärmeaustauschflüssigkeiten, landwirtschaftliche Chemikalien, Brennstoffe und Brennstoffkomponente, in Zusätze für Brennstoffe, als Brennstoffe für Camping-Kochgeräte, Brennstoffe für Heizungs- und Beleuchtungszwecke, in Chemikalienmischungen und Formulierungen, als Reinigungsmittel, Treibmittel, in Lacken und Mitteln zur Oberflächenbehandlung, in Baumaterialien, in landwirtschaftlichen Chemikalien sowie in der Herstellung und Prozessierung von Polymeren und in Extraktionsprozessen anwendung finden.
STAND DER TECHNIK
Heutzutage ist ein Ziel in beinahe allen technischen Gebieten, die ungünstigen Umwelteinflüssen entweder direkt oder indirekt zu minimieren. Ein anderes Ziel ist die zukünftige Reduzierung der Emissionen von Kohlendioxyd und anderen Gewächshausgasen.
US 2007260102 beschreibt Lösungsmittel, die aus Ausgangsmaterialien biologischen Ursprungs hergestellt sind. In dieser Publikation wird die Herstellung von n-Paraffinen durch Wasserstoffbehandlung aus Pflanzenöl beschrieben, wobei als Produkt C₁₀-C₁₃ n-Paraffine erhalten werden, die als biologische Lösungsmittel verwendet werden können.
WO 2007068800 beschreibt die Oligomerisierung von Carbonsäuren biologischen Ursprungs zu Verbindungen mit grösseren Kettenlängen, und danach die Hydrodesoxygenierung dieser Verbindungen zu n-Paraffinen. Diese Verbindungen können gegebenenfalls zu entsperechenden verzweigten Iso-Paraffinen isomerisiert werden. Als Produkt erhält man eine C₅-C₁₀ Iso-Paraffin-Fraktion, die sich als Lösungsmittel eignet.
ZIEL DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist eine paraffinische Kohlenwasserstoffe enthaltende, kohlendioxydneutrale Lösungsmittelzusammensetzung, die es ermöglicht, Emissionen von Kohlendioxyd und Gewächshausgasen zu reduzieren, und in der der Gehalt von n-Hexanen geringer ist als in typischen, entsprechenden, auf dem Markt befindlichen Lösungsmitteln aus fossilen Rohstoffen.
Ein Ziel der Erfindung ist auch eine Lösungsmittelzusammensetzung, die paraffinische Kohlenwasserstoffe biologischen Ursprungs enthält, so dass das vom Lösungsmittel beim Brennen entstehende Kohlendioxid oder die daraus frei werdende Kohlenwasserstoffquelle aus Kohlenstoff aus organischem Material besteht.
Die charakteristischen Merkmale der erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung sind in den Schutzanprüchen wiedergegeben.
DEFINITIONEN
In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff ”biologisches Lösungsmittel” ein Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung aus Rohmaterialien biologischen Ursprungs.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aliphatische Lösungsmittelzusammensetzung mit C₅-C₇ n-Alkanen und Iso-Alkanen, in der die Menge an n-Hexanen typisch von 5 bis 25 Gew.-% ist. Der n-Hexangehalt des Lösungsmittels liegt deutlich niedriger als der der entsprechenden, typischerweise auf dem Markt befindlichen Lösungsmittel aus fossilen Rohstoffen.
Die Lösungsmittelzusammensetzung ist aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden, so dass die Lösungsmittelzusammensetzung ausgezeichnet als ein umweltfreudliches, biologisches Lösungsmittel geeignet ist. Das vom Lösungsmittel beim Brennen entstehende Kohlendioxid oder die daraus frei werdende Kohlenwasserstoffquelle besteht aus Kohlenstoff aus organischem Material.
Die Lösungsmittelzusammensetzung hat einen Siedebereich von 35 bis 150°C, eine Dichte bei +15°C von 660 bis 680 kg/m³, einen Schwefelgehalt von maximal 1 mg/kg und einen Dampfdruck von 35 bis 50 kPa, und enthält nicht mehr als 0,01 Gew.-% an aromatischen Verbindungen. Die Lösungsmittelzusammensetzung ist farblos, geruchlos und chemisch äusserst stabil.
Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung eignet sich u. a. für technochemische und industrielle Anwendungen als solche oder als Mischung mit anderen im Stand der Technik eingesetzten Lösungsmitteln und/oder Zusatz- und Hilfsmitteln. Als Beispiele für Anwendungsbereiche können auch Lösungsmittel, Bohrflüssigkeiten für Ölgewinnung, hydraulische Öle, Kabelöle, Wärmeaustauschflüssigkeiten, landwirtschaftliche Chemikalien, Brennstoffe und Brennstoffkomponenten, wie z. B. Brennstoffe für Camping-Kochgeräte, Brennstoffe für Heizungs- und Beleuchtungszwecke, Chemikalienmischungen und Formulierungen, Reinigungsmittel, Treibmittel, Zusatzmittel von Brennstoffen, Lackierungen und Mittel zur Oberflächenbehandlung, Baumaterialien und Lösungsmittel und Zusätze zur Herstellung von Papier, Prozessierung von Polymeren und für Extraktionsprozessen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder dieser Lösungsmittelzusammensetzung haben festgestellt, dass eine Lösungsmittelzusammensetzung aus n-Alkanen und Iso-Alkanen biologischen Ursprungs mit verschiedenen Vorteilen gegenüber bekannten Lösungsmitteln des Standes der Technik hergestellt werden kann.
Die erfindungsgemässe aliphatische Lösungsmittelzusammensetzung enthält C₅-C₇ n-Alkanen und Iso-Alkanen. Genauer gesagt, enthält die Lösungsmittelzusammensetzung von 25 bis 50 Gew.-% an C₅-C₇ n-Alkanen und von 50 bis 75 Gew.-% an C₅-C₇ Iso-Alkanen, wobei die Menge an n-Hexanen von 5 bis 25 Gew.-% ist. Bevorzugt enthält die Lösungsmittelzusammensetzung von 30 bis 45 Gew.-% an C₅-C₇ n-Alkanen und von 55 bis 70 Gew.-% an C₅-C₇ Iso-Alkanen, wobei die Menge an n-Hexan bei 15 bis 23 Gew.-%, die Menge an n-Pentan bei 4–8 Gew.-% und die Menge an n-Heptan bei 11–14 Gew.-% liegt.
Die Lösungsmittelzusammensetzung hat typischerweise einen Siedebereich von 35 bis 150°C, eine Dichte bei +15°C von 660 bis 680 kg/m³, einen Gefrierpunkt, der unter –60°C liegt, einen Schwefelgehalt von maximal 1 mg/kg und einen Dampfdruck von 35 bis 50 kPa, und enthält nicht mehr als 0,01 Gew.-% an aromatischen Verbindungen. Der Wärmewert LHV liegt typischerweise bei 44 bis 45 MJ/kg. Die Lösungsmittelzusammensetzung ist farblos, geruchlos und chemisch äusserst stabil.

Typische Merkmale der erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung und Methoden zur Bestimmung dieser Merkmale sind in der nächsten Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1

Merkmal	Einheit	Typisch	Methode
Aussehen, +25°C	-	klar	D 4176-1
Schwefel	mg/kg	max 1,0	EN ISO 20846
Destillation, verflüchtigt, Vol.-% IBP FBP/EP	°C		EN ISO 3405
	vol-%	min 35°C	EN ISO 3405
	vol-%	max 150°C	EN ISO 3405
Dichte, 15°C	kg/m³	660...680	EN ISO 12185
Wärmewert LHV	MJ/kg	44...45	ASTM D 240
Gefrierpunkt	°C	unter – 60	EEC A1/A2

Die erfindungsgemässe Zusammensetzung kann aus einem Ausgangsmaterial biologischen Ursprungs mit einer Methode hergestellt werden, in der zunächst ein Hydrodesoxygenationsschritt (HSO-Schritt) durchgeführt wird, in dem die Struktur der biologischen Ester- oder Triglyzeridkomponente abgebaut wird und die Sauerstoff-, Stickstoff-, Fosfor- und Schwefelverbingungen entfernt und gleichzeitig die olefinischen Bindungen hydriert werden, und dann das erhaltene Produkt isomerisiert wird, wobei die Kette des Kohlenwasserstoffes verzweigt wird und die Kalteigenschaften des Paraffins verbessert werden. Das Produkt kann zu gewünschen Fraktionen fraktioniert werden.
Fettsäuren und/oder Ester der Fettsäuren enthaltende biologische Rohstoffe aus Pfalzen, Tieren, oder Fischen können als Ausgangsmaterial eingesetzt werden.
Der Rohstoff kann aus der Gruppe der Pflanzenöle, tierischen Fette, Fischöle und deren Mischungen ausgewählt werden. Geeignete biologiche Rohstoffe sind u. a. Rapsöl, Rüböl, Canolaöl, Fichtenöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl, Hanföl, Olivenöl, Leinsamenöl, Senföl, Palmenöl, Erdnussöl, Rizinusöl, Kokosöl, tierische Fette wie Lard, Talg und Tran, und Recycling-Fette aus Lebensmitteln, gentechnisch hergestellte Ausgangsmaterialien und mit Hilfe von Mikroben wie Algen und Bakterien hergestellte biologische Ausgangsmaterialien. Aus biologischen Rohstoffen hergestellte Kondensationsprodukte, Ester und andere Derivate können auch als Ausgangsmaterialien eingestzt werden.
Im HDO-Schritt werden Wasserstoffgas und die biologischen Komponente entweder im Gegenstrom- oder Parallelstrombetrieb zum HDO-Katalysatorbett geführt. Im HDO-Schritt variiert der Druck zwischen 20 und 150 bar, und die Temperatur variiert zwischen 200 und 500 °C. Im HDO-Schritt können bekannte Hydrodesoxygenationskatalysatoren eingesetzt werden.
Vor dem HDO-Schritt kann der biologische Rohstoff gegebenenfalls unter milderen Bedingungen vorhydriert werden, um die Seitenreaktionen der Doppelbindungen zu vermeiden.
Nach dem HDO-Schritt wird das Produkt zum Isomerisationsschritt geführt, in dem das Wasserstoffgas und die biologische Komponente, die hydriert werden soll, und gegebenenfalls die n-Paraffinmischung entweder im Gegenstrom- oder Parallelstrombetrieb zum Isomerisationskatalysatorbett geführt werden.
Im Isomerisationsschritt variiert der Druck zwischen 20 und 150 bar, und die Temperatur variiert zwischen 200 und 500°C. Im Isomerisationsschritt können typischerweise an sich bekannte Isomerisationskatalysatoren eingesetzt werden.
Die Lösungsmittelzusammensetzung ist aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden, und aus diesem Grund ist sie ausgezeichnet als ein biologisches Lösungsmittel geeignet. Weil zur Herstellung der erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung keine fossilen Ausgangsmaterialien, sondern im Gegenteil Rohstoffe biologischen Ursprungs aus erneuerbaren Quellen eingesetzt werden, ist der Gesamteinfluss der Verwendung und des Gebrauchs auf den Ausgleich der Gewächshausgase geringer als der der Lösungsmittelzusammensetzungen aus fossilen Rohstoffen. Die Gesamtemissionen der Gewächshausgase aus der Lösungsmittelzusammensetzung sind während ihres Lebenszyklus typischerweise geringer als im Falle einer entsprechenden, aus fossilen Rohstoffen hergestellten traditionellen Lösungsmittelzusammensetzung. Das vom Lösungsmittel beim Brennen entstehende Kohlendioxid oder die daraus frei werdende Kohlenwasserstoffquelle besteht aus Kohlenstoff eines organischen Materials.
Die Lösungsmittelzusammensetzung enthät sehr geringe Mengen, gewöhnlich weniger als 2 Gew.-% an naphthenischen Verbindungen. So ist der Geruch des Produkts seh mild verglichen mit einem entsprechenden, auf Rohöl basierenden Lösungsmittel, das ca. 20 Gew.-% an Naphthenen enthält. Typischerweise enthält die Zusammensetzung deutlich weniger als 0,001 Gew.-% an aromatischen Verbindungen, weniger als 0,005 Gew.-% an Benzol, und unbedeutende Mengen an olefinischen Verbindungen oder sonstigen reaktivischen Komponenten.
Die Zusammensetzung ist chemisch äusserst stabil, hat einen engen Siedebereich, ist sehr kompatibel mit mehreren sonstigen Materialien, verursacht keine Korrosion der Metalle, hat eine die Viskozität effektiv herabsetzende Wirkung und einen niedrigen Gefrierpunkt.
Weil die Zusammensetzung von 5 bis 25 Gew.-% an n-Hexan enthält, das heisst, deutlich weniger als die fossilen Lösungsmittelzusammensetzungen, hat die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung Vorteile sowohl im Hinblick auf arbeitshygienischen Aspekte als auch Kalteigenschaften.
Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung ist ein leichtes und schnell verflüchtigendes Lösungmittel mit ausgezeichneten auflösenden Eigenschaften und Kalteigenschaften und eignet sich aus diesem Grund als solche oder als eine Mischung mit traditionellen Lösungsmitteln und/oder mit Zusätzen/Hilfsmitteln für mehrere Anwendungsgebiete.
Insbesondere die paraffinische Kombination der C₅-C₇ n-Alkane und Iso-Alkane, in der die Menge an n-Hexan typischerweise niedriger liegt als in den entspechenden gängigen Lösungsmitteln, führt dazu, dass die Eigenschaften des Lösungsmittels ausgezeichnet sind. Der relativ enge Siedebereich und der hohe Paraffingehalt der Zusammensetzung, mit Hauptanteil an Iso-Paraffinen, verbunden mit der chemischen Stabilität, chemischen Trägheit, niedrigen Viskozität und niedrigen Dichte führen dazu, dass die Zusammensetzung für mehreren Anwendungsgebieten besonders geeignet ist. Durch Mischen der Lösungsmittelzusammensetzung mit traditionellen Lösungsmitteln können die schädlichen Wirkungen der traditionellen Lösungsmittel reduziert und Anteile an Komponenten biologischen Ursprungs erhöht werden.
Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung eignet sich für mehrere technochemische und industrielle Anwendungsgebiete wie z. B. Lösungsmittel, Bohrflüssigkeiten für Ölgewinnung, hydraulische Öle, Kabelöle, Wärmeaustauschflüssigkeiten, landwirtschaftliche Chemikalien, Brennstoffe und Brenn stoffkomponente, Brennstoffe für Heizungs- und Beleuchtungszwecke, Zusätze für Brennstoffe, Chemikalienmischungen und Formulierungen, Reinigungsmittel, Treibmittel, Lacke und Mitteln zur Oberflächenbehandlung, Baumaterialien, sowie Lösungsmittel und Zusätze für die Herstellung und Prozessierung von Polymeren und Extraktionsprozesse. Die Lösungsmittelzusammensetzung ist besonders geeignet für Extraktionsprozesse, als ein schnell verflüchtigende Lösungsmittel der Strassenmarkierungslacke und als Waschlösungsmittel.
Darüber hinaus können als Beispiele für die Anwendungsgebiete der Lösungsmittelzusammensetzung u. a. geruchlose Beschichtungen und Lackierungen, eine schnelle Verflüchtigung vorauszetzende Lackierungen, gereinigtes Benzin, Treibmittel der Spray-Lacke, Brennstoff der Camping-Kochgeräte, Klebstoffe, wasserfrei Reinigungsmittel, Pfalzenschutzmittel, Lösungsmittel für Trockenreinigung, Mittel zur Oberflächenbehandlung von Holz und Holzöle, Reinigungs- und Entfettungsmittel für die Vorrichtungen der Lebensmittelindustri und für Metall im Allgemeinen, Extraktionsmittel für die geschlossenen industriellen Prozessen, Hilfsmittel für Metallbearbeitung, Druckfarben, Hilfsmittel für die Papierherstellung, Prozessflüssigkeiten, Reinigungs- und Polierungsmittel, Aerosolprodukte, Appreturmittel von Textilfasern, Luftreiniger, Sprays für landwirt schaftliche Nutztiere, kosmetische Produkte, Laborreagenzien und Extraktionsflüssigkeiten ewähnt werden.
Die Erfindung wird mit der im nächsten Beispiel beschriebenen Ausführungsform erläutert, die jedoch die Erfindung in keiner Weise einschränkt.
BEISPIEL
Die Eigenschaften einer auf Rohöl basierenden Lösungsmittelzusammensetzung (LIAV 75), die aus Rohöl durch Schwefelextraktion, daran anschliessenden Aromatenextraktion, und abschliessenden Fraktionierung hergestellt ist, und die einer erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung ist aus Palmenöl mit einer Methode, in der das Ausgangsmaterial in einem Hydrodesoxygenationsschritt behandelt und dann das erhaltene Produkt Isomerisiert und schliesslich fraktioniert wird, hergestellt.

Die Tabelle 2 zeigt, dass die erfindungsgemässe Zusammensetzung von einer Lösungsmittelzusammensetzung auf Rohölbasis deutlich unterscheidet. Tabelle 2.

	LIAV 75	Lösungsmittel biologischen Ursprungs
	typisch	Beispiel
	Gew.-%	Gew.-%
n-Pentan		5
C5-Isoparaffine		6
n-hexan	35	17
C6-Isoparaffine	45	22
C6-Naphthene	20	< 1
n-Heptan		12
C7-Isoparaffine		27
C7-Naphthene		< 1
C8-Isoparaffine		8
C/H-Verhältnis	5,35	5,21
Verhältnis von Iso/n Paraffinen		1,8

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007260102 [0003]
- WO 2007068800 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- D 4176-1 [0016]
- EN ISO 20846 [0016]
- EN ISO 3405 [0016]
- EN ISO 3405 [0016]
- EN ISO 3405 [0016]
- EN ISO 12185 [0016]
- ASTM D 240 [0016]

Claims

Lösungsmittelzusammensetzung, die von 25 bis 50 Gew.-% an C₅-C₇ n-Alkanen und von 50 bis 75 Gew.-% an C₅-C₇ Iso-Alkanen enthält, wobei die Menge an n-Hexanen von 5 bis 25 Gew.-% ist, und die Lösungsmittelzusammensetzung aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden ist.
Lösungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung von 30 bis 45 Gew.-% an C₅-C₇ n-Alkanen und von 55 bis 70 Gew.-% an C₅-C₇ Iso-Alkanen enthält, wobei die Menge an n-Hexan bei 15 bis 23 Gew.-%, die Menge an n-Pentan bei 4–8 Gew.-% und die Menge an n-Heptan bei 11–14 Gew.-% liegt, und die Lösungsmittelzusammensetzung aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden ist.
Lösungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung einen Siedebereich von 35 bis 150°C, eine Dichte bei +15°C von 660 bis 680 kg/m³ und nicht mehr als 0,01 Gew.-% an aromatischen und weniger als 2 Gew.-% an naphthenischen Verbindungen enthält.
Lösungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ein technochemisches oder ein industrielles Lösungsmittel, ein Brennstoff, eine Bohrflüssigkeit, ein hydraulisches Öl, Kabelöl, eine Wärmeaustauschflüssigkeit oder landwirtschaftliche Chemikalie, ein Brennstoff für Heizungs- und Beleuchtungszwecke, eine Chemikalienmischung oder Formulierung, ein Reinigungsmittel, Treibmittel, Zusatz für Brennstoffe, ein Lack oder Mittel zur Oberflächenbehandlung, Baumaterial, Mittel für die Herstellung oder Prozessierung von Polymeren, Lösungsmittel oder Zusatz für Extraktionsprozesse oder eine seiner Komponente ist.
Lösungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ein Lösungsmittel für Extraktionsprozessen, Straßenmarkierungslacke oder Wäschzwecke ist.