DE3140382A1 - Dieselkraftstoff - Google Patents

Dieselkraftstoff

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DE3140382A1 DE19813140382 DE3140382A DE3140382A1 DE 3140382 A1 DE3140382 A1 DE 3140382A1 DE 19813140382 DE19813140382 DE 19813140382 DE 3140382 A DE3140382 A DE 3140382A DE 3140382 A1 DE3140382 A1 DE 3140382A1
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Description

3 ■■■ 3U0382
VEBA OEL AKTIENGESELLSCHAFT
Dieselkraftstoff
Zur Verminderung der Rauch- bzw. Rußbildung in Dieselmotoren ist es bekannt, dein Dieselkraftstoff Äther, insbesondere in Mischung mit Salzen organischer Säuren von Metallen der II. Hauptgruppe des Periodensystems, insbesondere des Bariums zuzusetzen. Als Äther werden vor allem Mono- und Di-Alkyläther von Glykolen, insbesondere Mono- und Dimethyläther von Äthylenglyko.1 vorgeschlagen. Diese Zusätze haben den Nachteil, daß ihre Herstellung sehr aufwendig und ihre Wirkungsweise als rußminderndes und abgasrezudierendes ' Additiv nur gering ist. Zudem ist die Belastung der Umwelt durch die Emission von Cadmium, Barium, Strontium zu befürchten.
Weiterhin ist es bekannt, Dieselmotoren mit Mischungen von Alkoholen und Äthern zu betreiben. Als Alkohole werden Methanol, Äthanol, n-Propanol und n-Butanol vorgeschlagen; bevorzugt werden Mischungen von Dimethyläther und Methanol. Bei diesen Gemischen hat es sich als notwendig erwiesen, die beiden Bestandteile dem Zylinder getrennt zuzuführen, z. B. ; über die Ansaugluft und durch die üblichen Einspritzpumpen. Zudem ist der Heizwert bezogen auf die Grundkomponente Dieselkraftstoff um mehr als die Hälfte geringer und die solchen Mischungen eigene Cetanzahl als Maß für die Zündwilligkeit stark vermindert, wenn nicht unzureichend für den runden Lauf eines handelsüblichen Dieselmotors.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten, Äther enthaltenden Dieselkraft-Stoffe und zeichnet sich durch ein gegenüber üblichen Dieselkraftstoffen verbessertes Verbrennungsverhalten und damit eine erhöhte Nutzleistung und einen verringerten Schadstoffausstoß der damit betriebenen Motore aus.
Erreicht werden diese und weitere, sich aus der folgenden Beschreibung ergebende Vorteile erfindungsgemäß durch den Zusatz eines oder mehrerer Äther der allgemeinen Formel R1-O-C(CHo)2-R- zum Dieselkraftstoff, wobei R, und R2 jeweils einen Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, 2-Propyl-, 1-Butyl- oder 2-Butylrest, R2 auch Wasserstoff bedeuten. R1 und R2 können gleich oder verschieden sein. Besonders brauchbar sind Methyl-tert.-butyläther (2-Methoxy-2-methylpropan) , Methyl-tert.-amyläther (2-Methoxy-2-methylbutan), Isopropyltert.-butyläther (2- (2 ' -Propoxy) -2-methy!propan) , sec-Butyl-tert.-butyläther (2-(2'-Butoxy)-2-methy!propan), Methyl-tert.-2,3-dirnethylbutyläther (2-Methoxy-2, 3-dimethylbutan) und Methyl-tert.-2-methylpentylather (2-Methoxy-2-methylpentan). Bevorzugt werden Äthergemische, die bis zu 90 VoI-. % eines der genannten Äther enthalten. Insbesondere beträgt der Gehalt des Zusatzes an Methyl-tert.-butyläther 5-50 Vol.%, an Methyl-tert.-amyläther 5-50 Vol.%, an Isopropyl-tert.-butyläther 5-50 Vol.%, an sec.-Butyltert.-butyläther 5-50 Vol.%, an Methyl-tert.-2,3-dimethylbutyläther 5-50 Vol.% und an Methyl-tert.-2-methylpenty1-äther 5-50 Vol.%.
Es ist zwar bekannt, vorstehend genannte Äther, insbesondere Methyl-tert.-butyläther Vergaserkraftstoffen zuzusetzen. Hieraus konnte jedoch nicht auf die Eignung der Äther als Zusatzstoffe für Dieselkraftstoffe geschlossen werden. Zum einen ist die Klopffestigkeit des Kraftstoffes bei Dieselmotoren nicht wesentlich; zum anderen ist ein bestimmtes Selbst-, . ζündungsvermögen und eine gewisse Verdampfungsgeschwindigkeit bei guten Lösungseigenschaften für Dieselkraftstoff notwendig. ·
Die günstigen Wirkungen treten bereits bei relativ geringen Zusatzmengen von 2, vorzugsweise 5 Vol.% des Äthergemisches zu Dieselkraftstoff auf. Die erfindungsgemäß dem Dieselkraftstoff zuzufügenden Äther können durch einfache Verfahren aus den bei der Erdölgewinnung und -verarbeitung anfallenden,
unter Normalbedingungeri gasförmigen oder leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen hergestellt und in großen Mengen zur Verfügung gestellt werden. Es ist daher durchaus möglich, Dieselkraftstoff mit den.erfindungsgemäßen Zusätzen herzustellen, der bis zu 40, vorzugsweise bis zu 25 VoI ."% aus dem Äthergemisch besteht,
üblicher Dieselkraftstoff enthält Cycloparaffine und mehrkernige Aromaten, die bei der Verbrennung zur Bildung von Rußpartikeln neigen. Die Einhaltung einer vorgeschriebenen Räuchbildungszahl (Rußzahl, Smoke-unit) erfordert gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis Kraftstoff/Luft einen Luftüberschuß und vermindert damit die maximal freisetzbare Energie pro verbrauchter Masse Dieselkraftstoff. Durch den erfindungsgemäßen Ätherzusatz wird die Rußbildungszahl stark erniedrigt, wodurch die Herabsetzung des Luftüberschusses möglich ist. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades und damit der Nutzleistung des Motors durch höheren Mitteldruck. Zugleich wird die absolute Abgasmenge verringert und der Schadstoffausstoß, insbesondere die NO -Emission reduziert. Außerdem zeichnet sich der in verringerter Konzentration emittierte Ruß dadurch aus, daß die extrahierbaren karzinogenen Anteile polyzyklischer Aromaten ganz wesentlich vermindert sind.
.
Da die als Zusatzstoffe eingesetzten Äther praktisch schwefelfrei sind, verringert sich der absolute Schwefel gehalt im Dieselkraftstoff. Die geringere Rauchneigung und der kleinere SO2-Gehalt bewirken eine geringere Motorölverschmutzung und damit eine längere Standzeit des Motoröls.
Die erfindungsgeraäß dem Dieselkraftstoff zugesetzten Äthergemische können weiterhin als Lösungsvermittler für .Alkohole, insbesondere Methanol und Äthanol dienen. Sie ermöglichen es, Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, z. B. Methanol,
Äthanol, Isopropanol, Butanol, see.-Butanol und tert.-Eutanol einzeln oder in Mischung, sogar mit geringen Wassergehalten, dem Dieselkraftstoff zuzusetzen, wobei die Alkoholgehalte des Kraftstoffes 2 bis 40, vorzugsweise 5 bis 25 VoI,% betragen- Hierdurch lassen sich z. B..aus Biomasse gewonnene Alkohole in größeren Mengen als Dieselölzusätze nutzen.
Beim Zusatz von Alkoholen rneben den erfindungsgemäßen A'thern ist darauf zu achten, daß der Gehalt des Kraftstoffes an Kohlenwasserstoffen mindestens 40, vorzugsweise mehr als 50 Vol.% beträgt.
Es ist zwar bekannt, Dieselkraftstoffen Alkohole unter Verwendung von Lösungsvermittlern zuzumischen. Die bisher hier-' für vorgeschlagenen Lösungsvermittler werden jedoch durch ein aufwendiges Verfahren hergestellt und sind daher nicht ohne .weiteres in den benötigten größeren Mengen verfügbar.
Auch fehlt den bisher als Lösungsvermittler in Betracht gezogenen Substanzen die Eigenschaft, das Verbrennungsverhalten von Dieselkraftstoffen günstig zu beeinflussen, wie dies bei den erfindungsgemäßen A'thern der Fall ist.
Seispiele · . :
Als Mischungskomponente für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoffe und als Basis für die Vergleichsversuche wurde ein handelsüblicher Dieselkraftstoff mit den in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften verwendet.
3H0382
Tabelle 1
Dichte 0,830 g/ml
Flammpunkt 80 0C
Viskosität 4,46 mm2/s
Schwefel 0,23 Gew.%
Heizwert 42,9 MJ/kg
Siedebeginn - Siedeende 199 0C - 353 0C
Destillationsrückstand 1,5 VoI.%
Cetanzahl 56,5
Aus der Grundkomponente und Äther- bzw. Alkoholzusätzen wurden durch Mischung die in Tabelle 2 aufgeführten acht erfindungsgemäßen Dieselkraftstoffe hergestellt, die die dort angegebenen Eigenschaften aufweisen. ;
Tabelle 2
Bsp. Kraftstoffzusammensetzung Dichte Schwefel Viskosität Heizwert H
U 		Cetanzahl
Vol.Z g/ml Gew.% mm2/see. MJ/kg
1 50 DK + 50 B1 0,793 0,12 1,53 39,87 40*
2 43 DK + 32 B1 + 29 M 0,798 0,10 1,69 35,24 - ■
3 50 DK + 25 B + 25 E 0,804 0,12 2,05 37,19 45*
4 90 DK + 10 B1 0,821 0,21 3,43 42,46 49,5
5 78,5 DK + 16,5 B1 + 5 M 0,815 0,18 2,70 40,91 41,0
6 81 DK + 14 B1 + 5 E 0,817 0,19 2,94 41,11 42,0
7 50 DK + 50 B2 0,778 0,11 1,78 40,43 45*
8 90 DK + 10 B2 0,822 0,21 3,50 42,38 49,5
Hierbei bedeuten:
DK: Grundkomponente gemäß Tabelle 1f
B^: Gemisch aus 90 Vol.% Methyl-tert.-butylather, Isopropyl-tert.-butyläther, see.-Butyl-tert.-butyläther (im Volumen-Verhältnis
M:
E:
*
1 : 1 : 1) und 10 Vol.% Methanol, Isopropanol, sec-Butanol (im Volumen-Verhältnis 1:1:1), : see.-Butyl-tert.-butylather,
Methanol,
Ethanol
Bei der Bestimmung der Cetanzahl wurde den Kraftstoffen gemäß Beispiel 1, 3 und 7 als Zündbeschleuniger 0,5, 3,5 bzw. 2,0 Gew.% (bezogen auf den Kraftstoff) Di-secbutyl-para-phenyldiamin zugesetzt.
Die Vergleichsversuche der erfindungsgemäßen Dieselkraftstoffe mit handelsüblichem Kraftstoff wurden mit handelsüblichen Dieselmotoren (Daimler Benz Typ 240 D und VW Typ Golf D) vorgenommen. Zur Vergleichbarkeit der Meßergebnisse wurde die Leistung bei festen Drehzahlen (4400 bzw. 4800 min ) bei Verwendung der verschiedenen Mischungen so eingestellt, daß die mit dem Grund-Dieselkraftstoff erzielte Leistung erreicht wurde.
Die Bosch-Zahl (BZ) als Maß der Abgasschwärze und der spezifische Energieverbrauch wurden mit einem Daimler-Benz-Motor Typ 240 D bei 4400 min*" und einer Leistung von 47,3 kW bestimmt. In Tabelle 3 sind Bosch-Zahl und spezifischer Energieverbrauch des Grund-Dieselkraftstoffes (0) und der Mischungen nach Beispiel 1 bis 8 zusammengestellt.
Tabelle 3
Bsp. BZ spezifischer '.Energieverbrauch MJ/kWh
0 2,1 15,98
1 1,2 16,00
2 0,8 15,06
3 0,8 15,22
4 1,3 15,73
5 1,4 15,80
6 1,1 15,30
7 0,9 15,54
8 1,4 15,88
-tr-
Aus Tabelle 3 wird ersichtlich, daß Verbesserungen der Bosch-Zahl als Maß für die Rußbildung bis zu 62 % gegenüber konventionellem Dieselkraftstoff erzielt werden. Bereits Mischungen, deren Gehalt an den erfindungsgemäßen Komponenten nur 10 Vol.% beträgt, weisen Bosch-Zahlen auf,· die bis zu 38 % vermindert sind.
Außerdem zeigt sich, daß der. spezifische Energieverbrauch trotz geringerer Heizwerte der erfindungsgemäßen Mischungen TO ebenso gut oder in den meisten Fällen niedriger ist als bei Verwendung des Grund-Dieselkraftstoffes,
Die NOx~Werte im Abgas wurden mit einem .handelsüblichen VW-Motor Typ Golf D bei einer Leistung von 31,4 kW bei 4800 min ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4
Kraftstoff ΝΟχ (ppm)
0 500
1 370*
2 440*
3 430*
4 470
5 410
6 450
7 380
8 500
* Die Mischungen gemäß Beispiel 1, 2 und 3 enthielten als Zündbeschleuniger 1,0, 2,5 bzw. 1,5 Vol.% (bezogen auf den gesamten Kraftstoff) Di-sec-butyl-para-phenyldiamin.
/to
Aus Tabelle 4 ist zu entnehmen/ daß die erfindungsgemaßen Dieselkraftstoffe im Abgas zu einer Verminderung der Stickoxid-Konzentration bis zu 26% (bezogen auf handelsüblichen Dieselkraftstoff) führen.

Claims (12)

Patentansprüche
1. Gegebenenfalls Alkohole enthaltender Dieselkraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er einen oder mehrere Äther der allgemeinen Formel R--O-C(CH3)2~R2 enthält, wobei R- und R2 jeweils einen Methyl-, Äthyl-, 1-Propyl-, 2-Propyl-, 1-Butyl- oder 2-Butylrest, R„ auch .Wässerstoff bedeutet.
2. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 2 - 50 Vol.% eines Zusatzes enthält, der aus
0-90 Vol.% Methyl-tert.-butyläther 0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-amyläther 0-90 Vol.% Isopropyl-tert.-butyläther 0-90 Vol.% see.-Butyl-tert.-Butyläther 0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-2,3-dimethylbutyläther "■■; ■■i >- , .0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-2-methylpentyläther
besteht.
3. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 5 bis 25 Vol.% des Äthergemisches enthält.
4. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-butyläther besteht.
5. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-amyläther besteht.
6. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu 5 bis 50 V.ol.% aus Isopropyl-tert.-butyläther besteht.
-" -:· 3U0382
- ρώ -
7. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus sec.-Butyl-tert.-butyläther besteht.
8. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-2,3-dimethylbutylather besteht.
9. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-2-methylpentyläther besteht.
10. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9,' dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Methyl-tert.-butyläther, Isopropyl-tert.-butyläther und sec.-Butyl-tert.-butyläther etwa im Volumenverhältnis 1:1:1 enthält.
11. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er 2 bis 40 Vol.% an Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen·im Molekül enthält.
12. Dieselkraftstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er 5 bis 25 Vol.% an Alkohol enthält.
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