DE2633462C2

DE2633462C2 - Emulsionen aus Kraftstoffen und Wasser für Verbrennungs- oder aus leichten Heizölen und Wasser für Ölfeurungen

Info

Publication number: DE2633462C2
Application number: DE19762633462
Authority: DE
Inventors: Rolf 4019 Monheim Bietz; Hans-Jürgen Dipl.-Chem. Dr. 4020 Mettmann Lehmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1976-07-26
Filing date: 1976-07-26
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE2633462A1

Description

eines flüssigen Kohlenwasserstoffes
Wasser

eines niederen einwertigen Alkohols mit 1—4 C-Atomen
eines niederen mehrwertigen Alkohols mit 2 -4 C-Atomen
einer nichtionischen Emulgatorkombination, bestehend aus eines Partialesters oder Partialestergemisches aus Glycerin und einer Fettsäure mit 8—22 C-Atomen,

eines Äthylenoxidadduktes eines Fettalkohols oder einer Fettsäure mit jeweils 8-22 C-Atomen, wobei 1 Mol Addukt 5-30 Äthylenoxideinheiten enthält

2. Emulsionen aus Kraftstoffen oder leichten Heizölen und Wasser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulgatorkombination aus 30—60 Gew.-% eines Mono- und/oder Diglycerids der Ölsäure oder Ricinolsäure und 20-40 Gew.-% eines Adduktes von 5-30 Mol Äthylenoxid an 1 Mol Fettalkohol oder Fettsäure mit 12-18 C-Atomen besteht

50 - 94,95 Gew.-q

5-45 Gew.-%
0-30 Gew.-°/o

0 - 10Gew.-%
0,05 - 5 Gew.-%
10 - 90 Gew.-%

90 - 10Gew.-%

Die Erfindung betrifft Emulsionen aus Kraftstoffen und Wasser für Verbrennungsmotoren mit erhöhter Klopffestigkeit und verbesserten Abgaswerten sowie Emulsionen aus leichten Heizölen und Wasser für ölfeuerungen, die ebenfalls verbesserte Abgaswerte zeigen und erhöhten Wirkungsgrad besitzen.

Es ist bekannt, daß mit Emulgatorkombinationen Benzin-Wasser-Emulsionen hergestellt werden können (US 38 76 391). Bei diesen Kombinationen werden aber die Emulgatoren nur in Verbindung mit organischen Aminen/Amiden eingesetzt Amine/Amide ergeben aber im Verbrennungsprozeß bekanntermaßen nitrose Gase NO* Eine Erhöhung der NOrWerte steht aber der Umweltgesetzgebung entgegen, da diese den entgegengesetzten Trend verfolgt Es ist ebenso bekannt, daß aus Gemischen lipophiler und hydrophiler Emulgatoren Benzin-Wasser-Emulsionen hergestellt werden (DE-OS 25 00 205). Diese Emulsionen eignen sich allerdings nicht für den Durchstrom großer Kraftstoffmengen. Auch zeigen diese Emulsionen nach kurzer Beobachtungszeit eine weitgehende Entmischung, so daß Dosierpumpen, Ultraschall und Einspritzpumpen — obwohl in dieser Anmeldung nicht obligatorisch — in der Praxis beim Gebrauch notwendig sind, da sie der Entmischung entgegenwirken.

Es ist bekannt, daß Nonylphenol- und Dodecylphenolpolyglycoläther zur Herstellung von Kohlenwasserstoff-Wasser-Emulsionen verwendet werden (US 29 20 948). Hierbei werden allerdings ausschließlich Öl-in-Wasser-Emulsionen mit kleinen Kohlenwasserstoffanteilen hergestellt, die für das Betreiben von Verbrennungsmotoren und für ölfeuerungen völlig ungeeignet sind Außerdem bilden diese Alkylphenolpolyglycoläther bei Wasser-in-Öl-Emulsionen keine stabilen Emulsionen.
Es ist bekannt, daß in Schachtöfen, wie z. B. Hochöfen,

ίο Emulsionen aus schweren Heizölen und Wasser als Brennstoff verwendet werden (DE-OS 23 18 082). Diese Emulsionen sind nicht verwendbar für Verbrennungsmotoren und für ölfeuerungen, in denen leichtes Heizöl verwendet wird.

Weiterhin ist bereits bekannt, Motorkraftstoffen gewisse Wassermengen zuzusetzen, um die Klopffestigkeit zu erhöhen und die schädlichen Abgase'-.standteile, insbesondere Stickoxide, zu reduzieren (DE-OS 15 45 509; Chemical Engineering, November 11 (1974), Seiten 84-88). Es ist ferner bekannt, in Heizölen für ölfeuerungen Wasserzusätze mit Hilfe von Ultraschalldispergatoren zu dispergieren. Diese Bemühungen haben aber nicht zu völlig befriedigenden Ergebnissen geführt, da es bisher nicht gelungen ist, den Wasserzusatz ausreichend stabil im Kraftstoff bzw. Heizöl zu emulgieren.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß man erhebliche Mengen Wasser in einem für Verbrennungsmotoren geeigneten flüssigen Kraftstoff stabil dispergieren kann, wenn man hierzu eine Kombination bestimmter nichtionischer Emulgatoren, gegebenenfalls in Verbindung mit ein- und/oder mehrwertigen niederen

Alkoholen verwendet. Gegenstand der Erfindung sind demgemäß Emulsio-

nen aus Kraftstoffen mit Wasser für Verbrennungsmotoren und aus leichten Heizölen und Wasser für Ölfeuerungen, beide auf der Basis von flüssigen Kohlenwasserstoffen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

50 - 94,95 Gew.-<?

5-45 Gew.-%
0-30 Gew.-o/o

0 - 10Gew.-%
0,05 - 5 Gew.-%

10-90 Gew.-%

90- 10Gew.-%

eines flüssigen Kohlenwasserstoffes

Wasser

eines niederen einwertigen Alkohols mit 1 -4 C-Atomen
eines niederen mehrwertigen Alkohols mit 2 — 4 C-Atomen
einer nichtionischen Emulgatorkombination, bestehend aus
eines Partialesters oder Partialestergemisches aus Glycerin und einer Fettsäure mit 8-22 C-Atomen,

6ö Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Emulsionen ist ein flüssiger Kohlenwasserstoff, wie er als Antriebsmittel für Verbrennungsmotoren üblicherweise verwendet wird, z. B. Normal- oder Superbenzin, Dieselöl und Benzol oder ein leichtes Heizöl auf Kohlenwasserstoffbasis, wie es für Ölfeuerungen geeignet ist. Es hat sich gezeigt, daß Dieselkraftstoffe bzw. Heizöle etwas höhere Wasserzusätze vertragen als Vergaserkraftstoffe.

Diesen Kraftstoffen bzw. leichten Heizölen werden 5 bis 45 Gew.-% Wasser einverleibt, wozu man zweckmäßig destilliertes oder demineralisiertes Wasser verwendet. Allerdings nimmt die Leistung der Motoren bzw. die Heizleistung von ölbrennern bei sehr hohen Wasserzusätzen deutlich ab. Zweckmäßigerweise wird der Wassergehalt von Vergaserkraftstoffen daher auf 25 Gew.-%, derjenige von Dieselkraftstoffen und leichten Heizölen auf 30 Gew.-% beschränkt

Die erfindungsgemäß einzusetzende Emulgatorkom- ι ο bination besteht aus 2 anspruchsgemäß genannten Komponenten und wird im Verhältnis 9 :1 bis 1 :9 und einer Gesamtmenge von 0,05—5 Gew.-%, je nach der Wassermenge, eingesetzt

Die eine Emulgatorkomponente ist ein Partialester oder Partialestergemisch aus Glycerin und einer höheren Fettsäure mit 8-22 C-Atomen. Bevorzugt werden Mono- oder Diglyceride der ölsäure bzw. Ricinolsäure bzw. entsprechende MonoVDiglyceridgemische. Die zweite Komponente ist ein Äthylenoxidaddukt eines Fettalkohols bzw. einer Fettsäure mit 8-22 C-Atomen, wobei 1 Mol Addukt 5-30 Mol Äthylenoxid enthält Die günstigsten Stabilitätswerte erhält man bei Verwendung von Addukten von 10—25 MoI Äthylenoxid an Fettalkohole mit 16—18 C-Atomen, wenn das Mengenverhältnis von Partialester £u Äthylenoxidaddukt 80 - 60 zu 20 - 40, vorzugsweise 70 :30, beträgt Im allgemeinen werden erfindungsgemäß 1—3 g Emulgatormischung zur Dispergierung von 20—30 Gew.-% Wasser im Kraftstoff oder leichten Heizöl benötigt

Um der Gefahr von Vereisungen in den Tanks, Treibstoffleitungen, Vergasers usw. - jrzubeugen, ist es zweckmäßig, der anspruchsg?mäßen Emulsion aus Kraftstoff bzw. leichten Heizöl und W» ser in der kalten Jahreszeit niedere einwertige Alkohole mit 1—4 C-Atomen und/oder niedere mehrwertige Alkohole mit 2-4 C-Atomen zuzusetzen. Beispielsweise verhindern Zusätze von etwa 5 Gew.-% Glykol oder Methanol ein Gefrieren des Wassers bis etwa -10° C

Die Herstellung der Treibstoff-Wasser-Emulsion erfolgt ohne besonderen technischen Aufwand, indem man zunächst den Emulgator und dann das Wasser und gegebenenfalls die übrigen Bestandteile oder auch alle Komponenten gleichzeitig dem Treibstoff zusetzt und gut verrührt Es bildet sich spontan eine feinteilige, sehr beständige Emulsion, die bis zu einigen Wochen stabil bleibt und kein Wasser abscheidet Die Homogenität und Beständigkeit der Emulsion kann durch Zuhilfenahme mechanischer Hilfsmittel, die hohe Scherkräfte auf die Flüssigkeit ausüben, z. B. schnell laufende Rührwerke, Ultraschall- oder Spaltdispergatoren, weiter verbessert werden. Nach längerem Stehen abgeschiedene geringe Wassermengen lassen sich durch einfaches Umrühren wieder dispergieren.

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Beispiele

1. Es wurde ein Kraftstoff-Wasser-Emulsion folgender Zusammensetzung hergestellt:

723 Gew.-% Normalbenzin

25.0Gew.-% Wasser
2,5 Gew.-% Emulgatorkombination, bestehend aus 70

Gew.-% Glycerin-mono-oleat und 30 μ Gew.-% eines Adduktes aus 1 Mo! Cetylstearylalkohol und 12 Mol Äthylenoxid

a). Durch einfaches Zusammenrühren wurde eine stabile, feinteilige Emulsion erhalten, die zum Betrieb eines handelsüblichen Motors verwendet wurde. Veränderungen wurden an dem Motor nicht durchgeführt, lediglich die Luftmenge wurde entsprechend dem verringerten Benzinanteil gedrosselt

Der Motor wurde im Leerlauf unter konstanten Bedingungen bei Drehzahlen von 1500 U/min urd 30 Minuten Laufzeit betrieben. Der Motor lief unter diesen Bedingungen störungsfrei. Die Messung des Treibstoffverbrauches erbrachte folgendes Ergebnis:

Verbrauch an Normalbenzin 1140 ml,
Verbrauch an Kraftstoff-Wasser-Emulsion 990 m!,
entsprechend 790 ml Normalbenzin

Damit werden bei Verwendung der wasserhaltigen Mischung im Leerlauf nur etwa 70% der normalerweise benötigten Treibstoffmenge bei gleicher Leistung verbraucht

b) Bei Fahrversuchen mit einem PKW konnte keine Herabsetzung der Beschleunigung sowie der Höchstgeschwindigkeit festgestellt werden. Sowohl im kalten wie im warmen Zustand sprang der Motor bei Außentemperaturen von etwa 8 — 10° C ohne weiteres an.

2. Es wurde eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion folgender Zusammensetzung hergestellt:

78,5 Gew.-°/o Normalbenzin

15,0Gew.-% Wasser

1,5 Gew.-% Emulgatorkombination, bestehend aus 65 Gew.-% eines Mono-/Diestergemisches aus Glycerin und Ricinolsäure und 35 Gew.-% eines Adduktes aus 1 Mol Kokosfettsäure-C_t2_i8 und 15 Mol Äthylenoxid,

5,0Gew.-% Methanol

Die stabile, feinteilige Kraftstoff-Wasser-Emulsion eignete sich zum Betrieb eines für tsuper-Kraftstoff ausgelegten handelsüblichen Motors. Der Motor lief störungsfrei und zeigte normale Leistung, ohne daß Klopf-Erscheinungen oder Klingel-Geräusche auftraten. Zusätze an Antiklopfmitteln, wie Bleitetraäthyl, waren nicht erforderlich.

3. Mit einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion folgender Zusammensetzung:

67,0 Gew.-% Dieselkraftstoff

30,0Gew.-% Wasser

3,0 Gew.-% Emulgatorgemisch, bestehend aus 70 Gew.-% Glycerin-mono-ricinoleat und 30 Gew.-% eines Addukts aus 1 Mol Talgfettalkohol und 25 Mol Äthylenoxid

wurde ein Dieselmotor betrieben.

Die Emulsion wurde durch Zusammengeben der Komponenten und Homogenisieren mit einem Laborrührwerk mit ca. 10 000-20 000 U/min hergestellt. Praktische Fahrversuche wurden mit einem Diesel-PKW durchgeführt. Der Motor lief problemlos und zeigte normale Leistung.

4. Mit einer Heizöl-Wasser-Emulsion folgender Zusammensetzung:

71 Gew.-% leichtes Heizöl
27 Gew.-% Wasser

2 Gew.-% Emulgatorgemisch, bestehend aus 67 Gew.-% Glycerin-mono-oleat und 33

Gew.-% eines Addukts aus 1 Mol ölsäure und 15 Mol Äthylenoxid

wurde nach dem Vermischen der Komponenten eine stationäre ölfeuerung problemlos bei normaler Leistung betrieben.

5. Mit einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion der Zusammensetzung

74 Gew.-%	Normalbenzin
20 Gew.-%	Wasser
3 Gew.-%	Emulgatorkombination wie in Beispiel 2.
2 Gew.-%	Isopropanol
1 Gew.-%	Erythrit

wurde ein handelsüblicher Motor störungsfrei mit normaler Leistung betrieben.

6. Mi* einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion folgender Zusammensetzung

76 Gew.-% Normalbenzin
18 Gew.-°/o Wasser

3,5 Gew.-% Emulgatorkombination wie in Beispiel 1.

1 Gew.-% n-Butanol

l,5Gew.-^o/o Glycerin

wurden Fahrversuche mit einem PKW betrieben. Der Motor lief störungsfrei ohne Klopf- oder Klingelgeräusche bei normaler Leistung.

Claims

Patentansprüche:

1. Emulsionen aus Kraftstoffen mit Wasser für Verbrennungsmotoren oder aus leichten Heizölen und Wasser für ölfeuerungen, beide auf der Basis von flüssigen Kohlenwasserstoffen, gekennzeichnetdurch folgende Zusammensetzung: