DE3613652A1

DE3613652A1 - Kraftstoff-zusammensetzung

Info

Publication number: DE3613652A1
Application number: DE19863613652
Authority: DE
Inventors: Marshall Earl Davis; Rodney Lu-Day Dr Sung
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1987-10-29
Also published as: US4565548A; US4599088A

Description

Die Erfindung betrifft Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen, insbesondere eine neue klare, stabile Benzin-Alkohol- Wasser-Motorkraftstoff-Zusammensetzung.

Der Einsatz aliphatischer Alkohole wie Methanol und Ethanol zur Streckung von Kraftstoffbenzinen unter gleichzeitiger Erzielung einer höheren Oktanzahl (OZ) des Benzins wird seit langem versucht. Alkohol-Benzin-Gemische haben eine geringe Verträglichkeit gegenüber Wasser, das in den Misch- und Verteilungssystemen vorhanden ist. Methanol-Benzin- Gemische sind erheblich weniger wasserverträglich als Ethanol-Benzin-Gemische. Bei Anwesenheit von Wasser in solchen Systemen können instabile trübe Gemische resultieren. Trübe Benzine werden jedoch vom Verbraucher nicht akzeptiert, da sie ein Zeichen dafür sein können, daß das Produkt nicht in Ordnung ist; z. B. kann der Kraftstoff verschmutzt sein. Außerdem kann eine Phasentrennung stattfinden, wobei Wasser ausgeschieden wird und zu Korrosionsproblemen und Schwierigkeiten beim Anlassen des Motors führt.

Andererseits ist erkannt worden, daß ein gewisser Wasseranteil im Benzin wünschenswert ist, da durch die Anwesenheit von Wasser der erhöhte Oktanzahlbedarf reduziert und die Oktanzahl erhöht wird. Vorteilhafterweise kann durch die vorliegende Erfindung Benzin gestreckt und sein Betriebsverhalten durch die Zugabe von Alkoholen und Wasser verbessert werden, ohne daß eine Trübung und Trennung der Bestandteile eintritt.

Die US-PS 28 76 391 zeigt klare Motorkraftstoff-Mikroemulsionen, die Benzin, Waser, zwei verschiedene Tenside sowie ein wasserlösliches und ungenügend benzinlösliches Additiv enthalten. Dabei ist kein Alkohol vorhanden. Die US-PS 43 84 872 zeigt eine Motorkraftstoff-Zusammensetzung mit Benzin, Alkohol und einem Grenzflächenmodifikationsmittel. Dabei ist kein Wasser vorhanden.

Gemäß der Erfindung wird eine klare, stabile Benzin-Alkohol- Wasser-Motorkraftstoff-Zusammensetzung angegeben, die enthält: ca. 2,0- 10,0 Vol.-% eines Alkohols, der Methanol, Ethanol, tert-Butylalkohol, Isopropanol oder Gemische derselben ist, ca. 0,10-0,5 Gew.-% Wasser, ca. 0,10-3,0 Gew.-% eines nichtionischen Addukts eines Alkylphenols mit 9-24 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe und von Ethylenoxid mit 6-10,0 Ethylenoxidgruppen, Rest Benzin. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die klare stabile Motorkraftstoff- Zusammensetzung ein Gemisch aus einem Alkohol, der Methanol in einer Menge von ca. 2,0-5,0 Vol-%, Ethanol in einer Menge von ca. 2,0-10,0 Vol.-% oder Gemische derselben in einer Menge von ca. 3,0-9,0 Vol.-% ist, ca. 2,0-10 Vol.-% eines als Mischlösungsvermittler wirkenden Alkohols, der tert-Butylalkohol, Isopropanol oder Gemische derselben ist, Wasser zur Erzielung einer Gesamtwasserkonzentration von ca. 0,1-0,5 Gew.-%, ca. 0,10-3,0 Gew.-% des vorgenannten Tensids, Rest Benzin-Grundkraftstoff. Bevorzugt liegt das Volumenverhältnis von tert-Butylalkohol und/oder Isopropanol zu Methanol und/oder Ethanol bei der vorliegenden klaren, stabilen Motorkraftstoff-Zusammensetzung im Bereich von ca. 0,3-3,0, z. B. von ca. 0,5-2,0.

Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie zum Zuführen und Verbrennen der vorgenannten Motorkraftstoff-Zusammensetzung zu dieser angegeben.

Die Erfindung betrifft klare, stabile Motorkraftstoff- Zusammensetzungen, enthaltend Benzin, Alkohol, Wasser und ein Tensid. Dabei umfaßt das Tensid insbesondere bestimmte nichtionische Addukte eines Alkylphenols und von Ethylenoxid. Eine geringe Zugabe von z. B. ca. 2 Gew.-% oder weniger Tensid macht das Wasser löslich und bildet eine Mikroemulsion. Dabei handelt es sich um eine W/O-Emulsion, bei der der mittlere Teilchendurchmesser der dispersen Phase ca. 0,1 µm oder weniger beträgt. Dadurch werden klare, stabile Benzin-Alkohol-Wasser-Motorkraftstoff-Zusammensetzungen bereitgestellt, die verbessertes Betriebsverhalten aufweisen.

Die stabile Benzin-Alkohol-Wasser-Motorkraftstoff-Zusammensetzung enthält ca. 2,0-10,0 Vol.-% (bezogen auf die Motorkraftstoff- Zusammensetzung) des Alkohols, der Methanol, Ethanol, tert -Butylalkohol, Isopropanol oder Gemische derselben ist, ca. 0,10-0,5 Gew.-% Wasser (bezogen auf die Motorkraftstoff-Zusammensetzung), ca. 0,10-3,0 Gew.-% (bezogen auf die Motorkraftstoff-Zusammensetzung), z. B. ca. 1,0-2,04 Gew.-% eines Tensids, das aus einem nichtionischen Addukt eines Alkylphenols mit 9-24 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe und von Ethylenoxid mit 6-10,0 Ethylenoxidgruppen besteht, Rest Benzin-Grundkraftstoff. Bevorzugt liegt das Volumenverhältnis von tert -Butylalkohol und/oder Isopropanol zu Methanol und/oder Ethanol in der klaren, stabilen Motorkraftstoff-Zusammensetzung im Bereich von ca. 0,3-3,0, z. b. von ca. 0,5-2,0.

Bei einer Ausführungsform kann die klare, stabile Motorkraftstoff- Zusammensetzung wie folgt hergestellt werden:

Gemisch A wird hergestellt durch Vermischen eines Alkohols, der Methanol in einer Menge von ca. 2,0-5,0 Vol.-%, z. B. 2,70-4,75 Vol.-%, Ethanol in einer Menge von ca. 2,0-10,0 Vol.-%, z. B. ca. 4,75-9,0 Vol.-%, oder Gemische derselben in einer Menge von ca. 3,9-9,0 Vol.-% ist; ca. 2-10 Vol.-%, z. B. ca. 4,75-6,3 Vol.-% eines als Co- Lösungsmittel dienenden Alkohols, der tert.-Butylalkohol, Isopropanol oder Gemische derselben ist; und Wasser zum Erhalt einer Gesamtwasserkonzentration von ca. 0,1-0,5 Gew.-% (bezogen auf die Motorkraftstoff-Zusammensetzung). Wenn das Gemisch A und der Benzin-Grundkraftstoff, der im wesentlichen den Rest der Motorkraftstoff- Zusammensetzung bildet, miteinander vermischt werden, wird eine trübe Motorkraftstoff-Zusammensetzung erhalten. Ferner wird ca. 0,10-3,0 Gew.-% (bezogen auf die Motorkraftstoff- Zusammensetzung) eines Tensids, das noch näher erläutert wird, während des Vermischens des Gemischs A mit dem Benzin zugefügt. Das Rühren wird fortgesetzt, bis die klare, stabile Benzin-Alkohol-Waser-Motorkraftstoff-Zusammensetzung nach der Erfindung erhalten wird. Die gebildete klare Dispersion ist eine Mikroemulsion.

Das in der klaren, stabilen Motorkraftstoff-Zusammensetzung eingesetzte vorgenannte verbesserte Tensid ist das nichtionische Addukt von Alkylphenol und Ethylenoxid mit der folgenden Strukturformel:

R (CH₂CH₂O)_xH (1)

wobei R eine Alkylphenolgruppe ist, deren Alkylgruppen 9-24 Kohlenstoffatome, z. B. 10-12 Kohlenstoffatome, aufweist, und x eine ganze Zahl von 6-10, z. B. 7-9,5, etwa 7-8 ist.

Jedes Benzin, das für eine Brennkraftmaschine mit Vergasermotor geeignet ist, kann gestreckt und seine Oktanzahl erhöht werden durch Vermischen mit Wasser und einem bestimmten Alkohol bzw. Alkoholgemisch entsprechend der vorliegenden Erfindung. Dabei werden klare, stabile Benzin- Alkohol-Wasser-Motorkraftstoff-Zusammensetzungen erzeugt. Im allgemeinen ist der Grundkraftstoff ein Kohlenwasserstoffgemisch im Leichtbenzin-Siedebereich, d. h. im Siedebereich von ca. 24-232°C. Die Kohlenwasserstoffkomponenten können paraffinnaphthenische, aromatische und olefinische Kohlenwasserstoffe sein. Dieses Benzin kann entweder natürlich gewonnen oder durch thermisches oder katalytisches Kracken und/oder Reformieren von Erdölkohlenwasserstoffen erzeugt werden. Der Grundkraftstoff hat im allgemeinen eine ROZ von mehr als 85 und bis zu ca. 102, wobei der bevorzugte Bereich zwischen ca. 90 und 100 liegt.

In den meisten Fällen wird Wasser von einem externen Vorrat in die Motorkraftstoff-Zusammensetzung eingeführt, um etwa in dem Alkohol und/oder Benzin gelöstes Wasser zu ersetzen. Verwendbares Waser ist gereinigtes entionisiertes Wasser und Sumpfphasenwasser, z. B. Prozeßwasser, das in einem Benzin enthaltenden Schwerkraftabscheider zu Boden sinkt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann mit Wasser verunreinigtes Benzin zu einem höherwertigen klaren, stabilen Motorkraftstoff verarbeitet werden. In diesem Fall wird das Benzin-Wasser-Gemisch mit einem Gemisch der vorgenannten Alkohole, etwaigem zusätzlichem Wasser und dem nichtionischen Addukt von Alkylphenol und Ethylenoxid entsprechend der vorstehend angegebenen Formel (1) vermischt. Die Mengen der einzelnen Bestandteile sind die gleichen wie bei der bevorzugten Ausführungsform. Das Gemisch wird bewegt, bis sich eine klare Dispersion bildet.

Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden speziellen Beispielen, die der Erläuterung der Erfindung dienen.

Beispiele

Eine klare, stabile Benzin-Alkohol-Wasser-Kraftstoff-Zuammensetzung Nr. 1 wurde hergestellt durch Vermischen von 50 Volumenteilen klarem, unverbleitem Benzin (Grundkraftstoff) und 50 Volumenteilen klarem Benzin mit Zugabe von 4000 ppm Wasser, 2,7 Vol.-% Methanol und 6,3 Vol.-% tert- Butylalkohol unter Bildung einer trüben Kraftstoff-Zusammensetzung. Ein Tensid (Formel (1)) aus nichtionischen Addukten eines Nonylphenols und von Ethylenoxid mit 1-9,5 Ethylenoxidgruppen wurde dann der trüben Kraftstoff- Zusammensetzung tropfenweise bei Raumtemperatur (21-24°C) zugesetzt, bis das Gemisch klar war. Die Tabelle I zeigt das Aussehen des Kraftstoffs.

Tabelle I

Aussehen des Kraftstoffs

Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß der Wert von x in Formel (1) bevorzugt im Bereich von 6-9,5 liegen sollte und eine bestimmte Menge Tensid notwendig ist, um aus Alkohol- Benzin-Wasser bestehende klare, stabile Motorkraftstoff- Zusammensetzungen zu erhalten.

Weitere Beispiele für verschiedene Formulierungen von klaren, stabilen Benzin-Alkohol-Wasser-Motorkraftstoff- Zusammensetzungen sind in der Tabelle II angegeben.

Tabelle II - klare stabile Benzin-Alkohol-Wasser-Kraftstoff-Zusammensetzungen

Claims

1. Eine klare stabile Kraftstoff-Zusammensetzung gekennzeichnet durch ein Gemisch von etwa 2 bis 10 Vol.% (bezogen auf die Kraftstoff-Zusammensetzung) von Methanol, Ethanol, tert.-Butylalkohol, Isopropanol oder Gemischen davon; etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% (bezogen auf die Kraftstoff-Zusammensetzung) Wasser; etwa 0,1 bis 3 Gew.-% (bezogen auf die Kraftstoff- Zusammensetzung) eines nichtionischen Addukts von Alkylphenol und Ethylenoxid als Tensid mit der allgemeinen Formel I R (CH₂CH₂O)_xH,worin R eine Alkylphenol-Gruppe mit 9 bis 24 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe und x eine Zahl von 6 bis 10 bedeuten, und im übrigen Benzin-Kohlenwasserstoffen.

2. Kraftstoff-Zusammensetzung nach Ansppuch 1 mit einem Addukt der Formel I, worin die Alkylgruppe des Substituenten R 10 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist und x eine Zahl von 7 bis 9,5 und insbesondere von 7 bis 8 ist.

3. Kraftstoff-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin tert.-Butylalkohol und/oder Isopropanol einerseits und Methanol und/oder Ethanol andererseits im Volumenverhältnis von etwa 0,3 bis 3 enthalten sind.

4. Kraftstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das nichtionische Addukt von Alkylphenol und Ethylenoxid etwa 0,1 bis 2,04 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmacht.

5. Kraftstoff-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Wasser in einem Gewichtsverhältnis von etwa 0,3 bis 0,4, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, enthalten ist.

6. Kraftstoff-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung eine Mikroemulsion von "Wasser-in-Petroleum"-Typ ist und der durchschnittliche Teilchendurchmesser der dispergierten Phase etwa 0,1 µm oder kleiner ist.

7. Kraftstoff-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gemisch von Methanol in einer Menge von etwa 2 bis 5 Vol.%, Ethanol in einer Menge von etwa 2 bis 10 Vol.%, oder Mischungen beider Alkohole in einer Menge von etwa 3 bis 9 Vol.%; von etwa 2 bis 10 Vol.% eines Cosolvent- Alkohols, nämlich tert-Butylalkohol, Isopropanol oder Mischungen davon; von Wasser, um eine Wasserkonzentration von insgesamt etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% bereitzustellen und von 0,1 bis 3 Gew.% des nichtionischen Addukts von Alkylphenol und Ethylenoxid (jeweils bezogen auf die Kraftstoff-Zusammensetzung), wobei der Rest der Zusammensetzung Benzin-Kohlenwasserstoffe sind.

8. Kraftstoff-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus:
etwa 2 bis 5 Vol.% Methanol;
etwa 2 bis 10 Vol.% Ethanol;
etwa 0,1 bis 0,5 Gew.% Wasser;
etwa 0,1 bis 3 Gew.% des nichtionischen Addukts von Alkylphenol und Ethylenoxid und
im übrigen Benzin-Kohlenwasserstoffe.

9. Kraftstoff-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gemisch von:
etwa 4,7 Vol.% tert-Butylalkohol
und/oder 4,7 Vol.% Isopropanol;
etwa 0,1 bis 0,5 Gew.% Wasser;
etwa 0,1 bis 3 Gew.% des nichtionischen Addukts von Alkylphenol und Ethylenoxid
und im übrigen Benzin-Kohlenwasserstoffe.

10. Verfahren zur Herstellung der Kraftstoff-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten unter Bildung einer Mikroemulsion zusammengemischt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Wassers gelöst in den Benzin-Kohlenwasserstoffen und/oder dem oder den Alkohol-Komponenten bereitgestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mikroemulsion des "Wasser-in-Öl"-Typs hergestellt wird, worin der durchschnittliche Teilchendurchmesser der dispergierten Phase etwa 0,1 µm oder weniger beträgt.