DE4321808A1 - Anreicherung von Treibstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Treibstoffe gem. dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Treibstoffe, zumeist aus fossilen Brennstoffen gebildet, belasten die Umwelt, z. B. durch den unvoll­ ständigen Verbrennungsablauf in den Motoren, mit dem Ausstoß von Kohlenmonoxid, mit unverbrannten Kohlen­ wasserstoffen und mit Stickoxid. Die zur Minderung der Belastung oft erfolgende katalytische Nachver­ brennung in Gegenwart von Metall-Keramik-Katalysa­ toren ist technisch eigentlich eine Notlösung, da eine Nachverbrennung ja prinzipiell den Verlust dieser Energielieferanten im primären Energiegewinnungsprozeß beinhaltet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Optimierung des Verbrennungsablaufes im unmittelbar energieliefern­ den Prozeß anzugeben.

Dazu wird eine Anreicherung des Treibstoffes gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Einzelheiten der Erfindung werden im nachfolgenden und in den Unteransprüchen beschrieben, wobei auch Erläuterungen über die Wirkungs­ weise erfolgen.

Prinzipiell wird durch die genannte Anreicherung mit Carbonylgruppenträgern, eventuell als Gemisch mit Peroxiden und Ozoniden, eine Beschleunigung und Inten­ sivierung des Verbrennungsablaufs bewirkt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Carbonylgruppe (C=O) eine im natürlichen Atmungsprozeß außerordentlich wichtige und wirksame physiologische Molekülkonfi­ guration ist. Biochemisch aktive Zentren der Atmungs­ fermente sind dabei Chinone, in erster Linie Para­ chinone, wobei der Elektronentransport, auf den ein Oxidationsprozeß reduziert werden kann, durch die Carbonylgruppen an Chinonring bewerkstelligt wird. Der Zusatz von Metall-Carbonyl-Komplex-Verbindungen wird behandelt in den DE-PS 4 48 620, DE-PS 4 55 525, DE-PS 12 21 488, DE-PS 8 01 865 sowie in DE-PS 5 82 718. Es handelt sich dabei um die Verwendung entweder von Eisenkarbonyl oder aber von sonstigen organometallischen Verbindungen. Diese Anwendung hat sich jedoch nicht durchgesetzt, da es bei Verwendung von Eisenkarbonyl zu Niederschlag von Eisenoxyd in den Verbrennungsräumen kommt. Aber auch die Verwendung von Nickel und Chrom, wie sie beispielsweise in DE-PS 5 82 718 vorgeschlagen wird, verbietet sich von vornherein durch ihre Kan­ zerogenität. Eine Verbesserung dazu stellen die Hinweise in den DE-PS 12 21 488, 4 48 620 und 8 45 286 dar, nach denen Kraftstoffen Chinone, Esther, Phenole oder Azyl­ verbindungen neben den Metallkarbonylen als Sauer­ stoffspender zugesetzt werden, wobei jedoch der grund­ sätzliche Nachteil des Metalloxydniederschlags im Verbrennungsraum oder der Metalloxydausstoß in den Abgasen erhalten bleibt. Die Verwendung von Anthra­ chinonen gemäß DE-PS 30 19 136, EU-PS 0095975 und EU-AS 0147704 betrifft nur Färbemittel und beinhaltet außerdem die grundsätzlich mögliche Gefahr der Kanzerogenität derartiger Verbindungen unmittelbar oder als Verbren­ nungsprodukt. In der DE-PS 6 12 073 wird die Gewinnung autooxydabler Zusätze zu fossilen Brennstoffen über Schwermetallkatalysatoren und Wasserdampf beschrieben.

Carbonylgruppenträger sind organische Moleküle, im vorliegenden Fall aliphatische und/oder aromatische Molekülstrukturen des Erdöls, an die eine oder mehrere Carbonylgruppen addiert werden. Die Carbonylgruppe entsteht an diesen Strukturen in an sich bekannter Weise durch Aufbrechen von Doppelbindungen, beispiels­ weise durch aktivierte Sauerstoffstufen, vorzugsweise durch Ozon.

Der Hauptgedanke der Erfindung liegt also in der Gene­ rierung aktiver Sauerstoffgruppen, etwa einer Ozoni­ sierung, aber auch einer Bildung von Singulettsauer­ stoff, z. B. durch UV-Strahlung. Zu beachten ist, daß bei der Bildung von Carbonylgruppenträgern zwangs­ läufig Peroxide und Ozonide entstehen. Diese sind aber instabile Produkte. Was übrigbleibt sind letzt­ endlich immer die Carbonylgruppenträger. Es resultiert daraus aber ein Vorteil: über die radikalische Form der Carbonylgruppe werden sekundäre Ozonide gebildet, durch deren Zerfall in Form einer Kettenreaktion erneut Carbonylgruppen entstehen. Es genügt daher, derartige Carbonylgruppenträger nur in geringer Menge dem Treib­ stoff zuzusetzen, um so eine relativ große Gesamt­ masse in diesem Sinne zu präparieren. Der Vorteil der Carbonylgruppenbildung durch Ozonisierung des Treibstoffs oder von Volumenanteilen desselben liegt unter anderen auch darin, daß die Bildung von Carbonyl­ gruppenträgern nicht nur an aromatischen Molekülkon­ figurationen stattfindet, z. B. durch Umwandlung von para-Hydrochinon zu para-Benzochinon, sondern auch an aliphatischen, so daß auf diese Weise Carbonylgruppenträger unterschiedlichster Konfiguration und damit spezifischer Affinität entstehen.

Die Ozonisierung von Kraftstoffen wird bereits in DE-PS 3 24 294 und DE-PS 5 53 943 beschrieben. In DE-PS 3 24 294 werden dabei Ozonide dem Kraftstoff zugefügt. Nachteil des Verfahrens ist die Unbeständigkeit der Ozonide, die bei der Ozonisierung entstehen, womit bei längerfristiger Lagerung zwangsläufig ein unterschiedliches Angebot an Sauerstoffträgern zur Verfügung steht, abgesehen von den damals nicht bekannten Problemen der Umweltbelastung, die somit diese Patentanmeldung nicht zum Inhalt haben kann und auch nicht hat: es wird das Ozonid nicht dem Treibstoff zugesetzt, sondern der ozonisierten Luft, also beim Füllen des Zylinders mit angesaugt oder eingepreßt. Auch beim Vorschlag nach dem DE-PS 5 53 943 wird zwar beigefügt, aber wesentlich auf­ wendiger, nämlich unter Druck von etwa 2,5 atü. In beiden Fällen wird auf die Umweltbelastung gar nicht eingegangen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aber der Treib­ stoff angereichert, etwa wie nachfolgend beschrieben: Treibstoff wird "ozonisiert" in mehreren Stufen, d. h. es wird zunächst 5 Minuten lang ozonisiert, danach wird es einen Tag gelagert und erneut ozonisiert. Der Sinn dieses fraktionierten Vorgehens liegt darin, daß zunächst über die erste Ozonisierung Carbonyl­ gruppen, aber auch Ozonide und Peroxide gebildet werden. Diese Ozonide und Peroxide setzen sich während der Lagerung um in weitere Carbonylgruppen. Beim zweiten Ozonisieren treffen nun die aktivierten Sauerstoff­ stufen bzw. das Ozon und die über Sekundärreaktionen aktivierten Sauerstoffradikale auf ein Gemisch von Carbonylgruppenträgern und Treibstoff. Da Carbonyl­ gruppenträger katalytisch wirken, wird der Oxidations­ prozeß, der am Vortage eingeleitet wurde, nochmals beschleunigt. Damit ist der Flüssigkeitskatalysator eigentlich schon fertig. Es genügt von diesem Reaktions­ produkt aus Treibstoff und Ozonisierung 50 bis 80 ccm in einen Tank mit 40 l Inhalt zu schütten, um nach kurzem Betrieb - nach einem initialen Ansteigen des Schadstoffausstoßes vermutlich durch Abbau von Verbrennungsrückständen - die Schadstoffemissionen auf 70 bis etwa 85% zu senken.

Es hat sich ergeben, daß bei längerer Standzeit des nach der Erfindung angereicherten Treibstoffs sich ein Teil der Ozonisierungsprodukte in Form einer öligen Suspension am Boden des Gefäßes absetzt. Setzt man nun dem Treibstoff einen Emulgator zu, etwa Harnstoff, der die Ozonisierungsadditive zumindest teilweise in Lösung hält, dann wird diese Phasentrennung zumindest teilweise reduziert; dabei genügt ein Zusatz zum Treib­ stoff von weniger als 1% Harnstoff.

Schon bei einem Mischungsverhältnis der Carbonylgruppen­ träger zur Gesamtmasse des Treibstoffes (unverbleites Normalbenzin) von 1 : 10 000 kann mit einer Reduktion des Schadstoffausstoßes um 70% gerechnet werden, ge­ messen an der Kohlenstoffmonoxidemission.

Die Verwendung eines derartigen Treibstoffzusatzes hat dabei nicht nur den Vorteil der verringerten Schad­ stoffemission, sondern auch den der erhöhten Klopf­ festigkeit des Treibstoffes, wie das bereits in DE-PS 3 24 294 und in DE-PS 5 53 943 in anderem Zusammenhang beschrieben wird. Ein weiterer Vorteil ist die Eigen­ verbrennung als organisches Material, so daß die Dis­ kussion um die eventuelle Verseuchung der Umgebung durch Schwermetalle wie Palladium und Platin beim bekannten Katalysator beendet wäre. Auch eine Redu­ zierung des Treibstoffverbrauchs wurde beobachtet.

Claims (13)

1. Treibstoff für Verbrennungskraftmaschinen und Turbinen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit Carbonylgruppenträgern aromatischer und/oder ali­ phatischer Konfiguration angereichert ist.

2. Treibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonylgruppenträger durch Generierung aktivierter Sauerstoffstufen entstanden sind.

3. Treibstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktivierten Sauerstoffstufen durch Anrei­ cherung des Treibstoffes mit Sauerstoff bei gleich­ zeitiger oder nachfolgender UV-Bestrahlung erzeugt sind.

4. Treibstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktivierten Sauerstoffstufen durch Ozoni­ sierung generiert sind.

5. Treibstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonylgruppenträger Chinone dienen.

6. Treibstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Chinon ein Hydrochinon ist.

7. Treibstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrochinon ein para-Hydrochinon ist.

8. Treibstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Chinon 9,10-Anthrachinon eingesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeich­ net, daß durch Zufügen von para-Benzochinon akti­ vierte Sauerstoffstufen während des Verbrennungs­ prozesses gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Carbonylgruppenträger dem Treibstoff im Nebenfluß kontinuierlich zugefügt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Carbonylgruppenträger in einem vorgege­ benen Mischungsverhältnis zur eigentlichen Treib­ stoffbasis zugegeben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Emulgator zugefügt wird.

13. Treibstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator Harnstoff ist.