DE612073C - Verfahren zur Herstellung eines leicht zuendenden Dieseltreibstoffes aus Steinkohlenteroel - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines leicht zündenden Dieseltreibstoffes aus Steinkohlenteeröl Steinkohlenteeräle, das heißt Öle, die dadurch ausgezeichnet sind, daß sie hoher Temperatur unterworfen sind und dadurch in ihrer Struktur eine Aromatisierung erfahren haben, werden zur Zeit hauptsächlich als Heizöle verwendet. Als Kraftstoffe für Dieselmotoren kommen sie nur in begrenztem Maße zur Anwendung, und zwar nur für den langsam laufenden Motor von großer Leistung. Im kompressorlosen, schnell laufenden Motor, der gerade bei Fahrzeugen sein großes Anwendungsgebiet gefunden hat, läßt sich das Steinkohlenteeröl nicht verwenden, trotzdem bei der Aufarbeitung der Öle alle korrodierenden Stoffe, Asphalte, kristalline Ausscheidungen usw. entfernt werden.
• Der.Grund ist darin zu suchen, daß die Brauchbarkeit als Dieselkraftstoff von der Zündwilligkeit des Öles abhängt. Bislang herrschte die Ansicht, daß lediglich der Selbstentzündungspunkt, abgekürzt Zündpunkt, das heißt die Höhe der Temperatur maßgebend sei, bei der das Öl in Luft- oder Sauerstoffatmosphäre mit oder ohne Druck ohne Zuhilfenahme einer Fremdzündung zündete. Die Höhe,des Zündpunktes sollte der thermischen Stabilität proportional sein. Es zeigte sich jedoch, daß diese Eigenschaft der Öle keinen Schluß auf die Eignung im Motor zuließ. Es wurde erkannt, daß nicht die Höhe der Temperatur, sondern der Zündverzug die kritische Größe bei der Beurteilung der Eignung eines Öles für den Dieselmotor ist. Weiter ist erkannt worden, daß unter gegebenen motorischen Bedingungen, wie Kraftstoffluftverteilung, Kompression., Drehzahl usw., neben der Wärmebeständigkeit die Größe und Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption für das Verhalten des Öles im Motor von erheblicher Bedeutung ist, was wiederum von dem Ausmaße der Autoxydationsfähigkeit der ölbestandbeile abhängig ist.
• Der Vorgang im Dieselmotor ist also folgender: Je nach dem Gehalt an autoxydablen Stoffen im Öl wird der in die komprimierte Luft eingespritzte Kraftstoff sich infolge der Sauerstoffabsorption zusätzlich erwärmen. Der Temperaturanstieg geht dabei um so schneller vor sich, je stärker die Autoxydationsfähigkeit des Kraftstoffes ausgeprägt ist. Erreicht der Kraftstoff eine bestimmte für jeden Kraftstoff charakteristische Temperatur, so tritt eine weitere Geschwindigkeitserhöhung der exotherm verlaufenden Sauerstoffaufnahmedadurch ein, daß einzelne Verbindungen zerfallen, Wasserstoff abspalten und dadurch eine erhöhte Reaktionsfähigkeit erhalten.
• In beiden Fällen führt die Sauerstoffabsorption zur Bildung von höheren Oxyden, die bei Überschreitung einer gewissen, wenn auch geringen Konzentration einen stark exotherm verlaufenden Zerfall erleiden. Dabei wird Sauerstoff in aktiver Form gebildet, der seinerseits die weniger reaktionsfähigen Verbindungen angreift. Die Folge ist eine weitere Temperatursteigerung des Kraftstoff- Luft-Gemisches. Erst nach dieser Induktionsperiode wird die Geschwindigkeit der Verbrennung so groß, daß ein adiabatischer Verlauf der Verbrennung eintritt, mit anderen Worten, .der Zündpunkt erreicht ist, der die eigentliche Verbrennung einleitet.
• Die Erkenntnis, daß die Autoxydationsfähigkeit der Öle einen erheblichen Einfluß auf die Zündeigenschaft der Öle besitzt, führt zu den erfindungsgemäßen Vorschlägen. Unbehandeltes Steinkohlenteeröl bedarf im Dieselmotor bis zum Einsetzen der eigentlichen Verbrennung einer größeren Induktionsperiode, und zwar nicht nur infolge seiner hohen Wärmebeständigkeit, sondern auch infolge seiner geringen Autoxydationsfähigkeit.
• Man kann auch das Teeröl für den kompressorlosen, schnell laufendenDieselmotor dadurch verwendungsfähig machen, daß man seine Wärmebeständigkeit herabmindert. Ein Weg wäre z. B. die Hydrierung, die nur unter Anwendung erheblicher Energien und Kosten zu ermöglichen wäre. Bekannt ist der Zusatz von Gasöl des Erdöles und anderen wasserstoffreichen Verbindungen. Der Zusatz muß aber beträchtlich sein (bis 5o °/o), wenn ein leichtes Zünden im schnell laufenden Dieselmotor erreicht werden soll. Leicht siedende, leichtentflammbareProdukte,wieÄther, Methylalkohol usw., sind vorgeschlagen worden, umMischungen von höhersiedenden Erdölfraktionen und Steinkohlenteerölfraktionen in Vergasermotoren verwendbar zu machen. Eine derartigeMischung ist im schnell laufenden Dieselmotor nicht verwendbar, da der niedrige Flammpunkt in keiner Weise auf die Zündwilligkeit des Öles von Einfluß ist.
• Es wird daher vorgeschlagen, dieAutoxydationsfähigkeit der Teeröle zu erhöhen. Dies läßt sich auf verschiedene Wege erreichen: z. durch den Zusatz von autoxydablen Verbindungen zum Steinkohlenteeröl. Im allgemeinen sind sauerstoffhaltige Verbindungen nicht autoxydabel. Beispielsweise haben die Alkohole, Phenole, Säuren, Ester und Äther, soweit sie gesättigter Natur sind, so gut wie garkeineAutoxydationseigenschaft. Starkausgeprägt ist dagegen die Eigenschaft bei Aldehyden, Chinonen und in schwächerem Maße bei Ketonen, ebenso bei den ungesättigten Verbindungen. Bei der Auswahl der autoxydablen Stoffe wird man natürlich auch die Wärmebeständigkeit derselben berücksichtigen, weil die Wärmeunbeständigkeit in zusätzlicher Weise den Temperaturanstieg, insbesondere gegen Ende der Induktionsperiode, beim Kraftstoff fördert; a. durch den Züsatz von autoxydablen, öl- artigen Stoffen, wie Holzteer und seineDestillate, fette Öle und ätherische Öle; 3. durch die Oxydation der Teeröle von ihrerVerwendung imMotor, indem man einen geringen Teil des Teeröles in autoxydationsfähige Verbindungen überführt. Die aromatischen Verbindungen des Teeröles lassen sich infolge der außerordentlichen Beständigkeit des Ringes mit Leichtigkeit zu aldehyd-, chinon- und ketonartigen Verbindungen oxydieren. Die Oxydation aromatischer Verbindung mittels Sauerstoffs zu Aldehyden, Chinonen und Ketonen ist bekannt. Bei der Destillation des rohen Steinkohlenteers können z. B. die Dämpfe der Schweröl- und Anthräcenfraktionen bei einer Temperatur von 40o bis 6oo°C mit der nötigenVerbrennungsluft über einen Oxydationskatalysator, wie Vanadiumpentoxyd # oder Chromoxyd, geschickt werden. Die Höhe der Arbeitstemperatur hängt dabei von der Kontaktdauer und der Sauerstoffkonzentration ab. Um die oxydierende Wirkung zu mildern, kann man noch Wasserdampf hinzufügen, doch geht die Oxydation auch ohne denselben ' in der geforderten Weise vor sich. Wesentlich ist, däß die Oxydation in der gasförmigen Phase durchgeführt wird, da in der flüssigen Phase die Oxydation zu asphaltartigen, hochpolymeren Oxydationsprodukten führt. Versuche zeigten, daß eine Aufnahme von Sauerstoff in den Ölen bewirkt werden kann, ohne daß sich der Verkohlungsrückstand, die Säurezahl, der Flammpunkt und der Brennpunkt wesentlich änderte; 4. durch den Zusatz von öllöslichen Oxydationskatalysatoren, wie die öllöslichen, fettsauren, leinölsauren, harzsauren und bzw. oder borsäuren Salze, insbesondere von Blei, Mangan und Kobalt, zu dem nach i, 2 und 3 vorbehandelten Teeröl oder die öllöslichen fettsauren, leinölsauren, harzsauren und bzw. oder borsauren Salze des Bleis zum unbehandelten Steinkohlenteeröl. Daß man die Aufnahmefähigkeit für Sauerstoff bei Ölen durch Zusatz von Katalysatoren beträchtlich steigern kann, ist aus der Lack- und Firnisindustrie bekannt. Die Oxydationskatalysatoren wirken im entgegengesetzten Sinne wie die Antiklopfmittel beim Benzin, wo man zur Erzielung einer .größerenKornpresssionsfestigkeit .durch Zugabe von Katalysatoren, wie Bleitetraäthyl, Eisenkarbonyl usw.; die autoxydierende Wirkung herabsetzt. Grundsätzlich unterscheidet sich ein derartiges Arbeitsverfahren nicht von den vorhergehenden. Die Hinzufügung von Katalysatoren erhöht die Fähigkeit der Öle, Sauerstoff aufzunehmen und autoxydable Verbbindungen zu bilden, die dann ihrerseits den Oxydationsvorgang beschleunigen. Die Erzeugung der autaxydablen Verbindungen ist also lediglich in den Dieselmotor selbst verlegt worden. -

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Herstellung eines leicht zündenden Dieseltreibstoffes aus Steinkohl.enteeröl, dadurch gekennzeichnet, daß :die Zündwilligkeit des Steinkohlenteeröls mit Hilfe autoxydabler Stoffe verbessert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Aldehyde und Chinone zugesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ölartige Stoffe, wie Holzteer und seine Destillate, fette Öle und ätherische Öle zugesetzt werden. q.. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Steinkohlenteeröle zugesetzt werden; die in der Dampfphase einer teilweisen Oxydation mittels Luft und gegebenenfalls in Anwesenheit von Wasserdampf -und an sich bekannter Oxydationskatalysatoren, z. B. Vanadiumpentoxyd oder Chromoxyde, bei etwa q.oo bis 6oo° C unterworfen worden sind. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man den unbehandelten Steinkohlenteerölen öllösliche Oxydationskatalysatoren, wie die fettsauren, leinölsauren, harzsauren und bzw. oder borsauren Salze,des Bleis, zusetzt. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man den nach den Ansprüchen 2, 3 und q. hergestellten Ölen bekannte öllösliche Oxydationskatalysatoren, wie die fettsauren, leinölsauren und bzw. oder borsauren Salze von Blei, Mangan und Kobalt, zusetzt.