DE68908880T2 - Äthanolbrennstoff und dessen verwendung als dieselbrennstoff. - Google Patents
Äthanolbrennstoff und dessen verwendung als dieselbrennstoff.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ethanolkraftstoff, der Polyalkylenglykol-Verbindungen als Zündverbesserer enthält.
- In einem Dieselmotor wird die Verbrennungsluft auf etwa 40 Bar verdichtet, wobei die Luft eine Temperatur erreicht, die so hoch ist, daß sie zur Zündung des eingespritzten Dieselöls ausreicht. Die Betriebstemperatur von Dieselöl liegt bei 336ºC, die von Kerosin bei 295ºC. Die Zündtemperatur von wasserfreiem Ethanol in Luft liegt bei 558ºC, und in Sauerstoffgas bei 425ºC. Außerdem entspricht die Verdunstung von Ethanol einem Abkühlen der Luft um etwa 125ºC in einem Stöchiometrischen Verhältnis zwischen Ethanol und Luft. Aufgrund der hohen Zündtemperatur von Ethanol ist es nicht möglich, in einem herkömmlichen Dieselmotor reines Ethanol als Kraftstoff zu verwenden.
- Eine Möglichkeit zur Zündung des Ethanolkraftstoffes besteht darin, den Dieselmotor mit Zündkerzen auszustatten; dies erfordert jedoch umfangreiche Veränderungen in der Motorkonstruktion. Bei herkömmlichen Dieselmotoren wurde dem Ethanol ein sogenannten Zündverbesserer, d.h. ein Mittel, das dazu dient, die Zündtemperatur des Kraftstoffes zu senken, zugegeben. Der vorwiegend verwendete Zündverbesserer umfaßt die Gruppe bestehend aus Alkylnitraten, und das am meisten verwendete Substrat ist 2-Ethylhexylnitrat, im allgemeinem mit EHN abgekürzt.
- EHN, das einen ziemlich starken und unangenehmen Geruch hat, ist giftig und kann, wenn es über einen längeren Zeitraum und insbesondere bei höheren Temperaturen gelagert wird, zu Salpetersäure und 2-Ethylhexanol hydrolysiert werden. Durch die Hydrolyse wird der pH-Wert erheblich herabgesetzt, was ein erhöhte Korrosionsgefahr mit sich bringt. Ein weiterer ernstzunehmender Einwand gegen EHN ist, daß die Substanz Stickstoff enthält, wodurch die Emission von Stickoxiden mit den Abgasen möglicherweise erhöht wird. Daher ist es allgemein wünschenswert, EHN und andere Zündverbesserer auf Nitratbasis durch ein Mittel zu ersetzen, das weniger umweltschädlich ist und eine höhere Stabilität besitzt.
- Die Zugabe von Korrosionsinhibitoren und Schmierstoffen zu Kraftstoffen ist ebenfalls bekannt. In der deutschen Patentanmeldung 3 628 504 A1 wird ein Krattstoffgemisch aus Kohlenwasserstoffen, einem Alkohol und einem Korrosionsinhibitor in einer Menge von bis zu 5000 ppm beschrieben. Dieser Inhibitor enthält ein oberflächenaktives Mittel, z.B. Blockpolymere von Alkylenoxiden.
- In der britischen Patentanmeldung 2 143 846 A wird die Verwendung von 0,005-0,05 Gewichtsprozent eines Polyalkylenglykols als Schmierfähigkeitsverbesserer in einem Dieselkraftstoff auf Methanol- und/oder Ethanolbasis offenbart.
- In der britischen Patentanmeldung 1 591 398 A wird ein Methanolkraftstoff beschrieben, der mindestens 50 Gewichtsprozent Methanol und als Zündverbesserer einen Methanollöslichen Polyether mit 4-400 von Ethylenoxid- und/oder Propylenoxid-Einheiten abgeleiteten Oxyalkylen-Einheiten enthält, wobei die Oxyalkylen-Einheiten mindestens 40 Gewichtsprozent des Polyethers ausmachen.
- Es wurde festgestellt, daß die oben genannten Nachteile des EHN beseitigt werden können, wenn man Polyalkylenglykol- Verbindungen als Zündverbesserer in Ethanolkraftstoff verwendet. Der erfindungsgemäße Ethanolkraftstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß er in Form einer Lösung vorliegt und 62-94%, vorzugsweise 70-85%, Ethanol, 2-8%, vorzugsweise 3-6%, Wasser und mindestens 1%, geeigneterweise 2-30%, und vorzugsweise 8-25%, einer wasserlöslichen Polyalkylenglykol-Verbindung mit der allgemeinen Formel
- RO(A)nH
- enthält, worin R Wasserstoff oder eine Kohlenwasserstoff- Gruppe mit 1-30 Kohlenstoffatomen ist, A eine Alkylenoxid- Gruppe mit 2-3 Kohlenstoffatomen ist, wobei mindestens 20% aller Alkylenoxid-Gruppen Ethylenoxid-Gruppen sind, und n eine ganze Zahl ist, die so ausgewählt ist, daß die Polyalkylenglykol-Verbindung ein Molekulargewicht von 400-1000 besitzt.
- Beim herkömmlichen Dieselmotor werden vorzugsweise 12-20 Gewichtsprozent der Polyalkylenglykol-Verbindung zugegeben, wenn man aber den Motor optimiert, indem man z.B. das Verdichtungsverhältnis erhöht und/oder die einströmende Luft vorher erwärmt, läßt sich die Zugabe vorzugsweise auf 2-12 Gewichtsprozent verringern. Die Ethanolzusammensetzung der vorliegenden Erfindung besitzt eine ausgezeichnete Entzündlichkeit und die Polyalkylenglykol-Verbindungen sind geruchlos, ungiftig und lagerbeständig. Da man sie leicht so auswählen kann, daß sie nur Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff enthalten, stellt ihre Verbrennung keine Gefahr für die Unwelt dar und Untersuchungen haben gezeigt, daß der erfindungsgemäße Ethanolkraftstoff eine ausgezeichnete Brennbarkeit besitzt und der Gehalt an organischen Kohlenwasserstoffen gering ist und gewöhnlich unter 1000 ppm liegt.
- Es ist wichtig, daß das Molekulargewicht der Polyalkylenglykol-Verbindungen höher als 400 ist, da Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht eine zu geringe Zündverbesserungswirkung aufweisen, wohingegen Verbindungen mit einem Molekulargewicht über etwa 1000 keine ausreichende Löslichkeit in dem Ethanolkraftstoff besitzen. Die erfindungsgemäßen Polyalkylenglykol-Verbindungen können sowohl von Ethylenoxid als auch von Mischungen von Ethylenoxid und Propylenoxid abgeleitet werden. Verwendet man Mischungen von Ethylenoxid und Propylenoxid, so können diese statistisch und in einem oder mehreren Blöcken verbunden sein. Die Alkylenoxide können auch mit einer Verbindung, die aktiven Wasserstoff enthält, die z.B. einen Alkohol oder einer Phenolverbindung, verbunden sein. Der Alkohol ist vorzugsweise so ausgewählt, daß er 1-16 Kohlenstoffatome enthält, und die Phenolverbindung so, daß sie 6-15 Kohlenstoffatome enthält.
- Vorzugsweise sind die Polyalkylenglykol-Verbindungen im wesentlichen frei von Asche, z.B. weniger als 0,02%, um Ablagerungen in Zylindern und Katalysatoren möglichst gering zu halten. Normalerweise enthalten die Polyalkylenglykol-Verbindungen Asche, die von bei der Herstellung verwendeten Metallverbindungen stammen. Diese Metallverbindungen können durch Ionenaustausch oder durch Ausfällen und anschließendes Filtrieren entfernt werden. Ein weiteres Verfahren, mit dem man aschefreie Polyalkylenglykole erhält, ist die Verwendung von aschenfreien Verbindungen als Katalysatoren bei der Herstellung.
- Neben Ethanol, Wasser und den Polyalkylenglykol-Verbindungen kann der erfindungsgemäße Kraftstoff auch eine Reihe herkömmlicher Zusätze, wie Korrosionsinhibitoren, Mittel zur Verbesserung der Schmierfähigkeit und Denaturierungsmittel, enthalten.
- Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
- Verschiedene Ethanolkraftstoffe wurden in einem 6-Zylinder- Versuchsdieselmotor mit Aufladung mit einem Verdichtungsverhältnis von 18:1 getestet. Die Kraftstoff-Einspritzdüsen hatten fünf Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,42 mm. Während des Tests wurde der Gehalt an organischen Kohlenwasserstoffen in den Abgasen bei verschiedenen Drehzahlen und einer Motorlast von 2% bestimmt. Die getesteten Ethanolkraftstoffe enthielten 60,8 Gewichtsteile Ethanol, 3,2 Gewichtsteile Wasser und 22 Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 400 (PEG 400), oder 20 Gewichtsteile eines Adduktes bestehend aus Nonylphenol in Verbindung mit 16 Mol EO (NF + 16 EO), oder aus Dinonylphenol in Verbindung mit 20 Mol Alkylenoxid bestehend aus einer Mischung von 30% Ethylenoxid und 70% Propylenoxid (DNF + (6 EO + 14 PO)). Man erhielt die folgenden Ergebnisse: Tabelle I Test Drehzahl Upm Kohlenwasserstoffgehalt, ppm
- Die Ergebnisse zeigen, daß der erfindungsgemäße Ethanolkraftstoff vorteilhafterweise als Dieselkraftstoff verwendet werden kann, und daß der Kohlenwasserstoffgehalt in den Abgasen weit unter 1000 ppm liegt. Ein Gehalt von mehr als 1000 ppm in den Abgasen ist aus Umweltgründen nicht zulässig.
- Die Tests wurden mit dem gleichen Dieselmotor wie in Beispiel 1 durchgeführt. Der Dieselmotor wurde bei 1300 Upm und einer Motorlast von 550 Nm erwärmt, woraufhin der Motor 10 Minuten lang im Leerlauf betrieben wurde. Der Dieselkraftstoff bestand aus 60,8 Gewichtsteilen Ethanol, 3,2 Gewichtsteilen Wasser und 14, oder alternativ 17, Gewichtsteilen einer Polyalkylenglykol-Verbindung bestehend aus Nonylphenol in Verbindung mit 16 Mol Ethylenoxid pro Mol Nonylphenol (NF + 16 EO). Für einige Tests wurde der Motor auch mit einem Katalysator zur Reinigung der Abgase ausgerüstet. Tabelle II Kohlenwasserstoffgehalt, ppm Test Drehzahl Upm Zeit, min Zusatz, Gewichtsteile mit Katalysator ohne Katalysator
- Die Ergebnisse zeigen, daß der Kohlenwasserstoffgehalt selbst im Leerlauf, in dem der Kohlenwasserstoffausstoß eines Dieselmotors normalerweise sehr hoch ist, weit unter 1000 ppm bleibt, wenn ein erfindungsgemäßer Ethanolkraftstoff verwendet wird.
- Ein Ethanolkraftstoff wurde bei 2000 Upm auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getestet. Der Ethanolkraftstoff enthielt 60,8 Gewichtsteile Ethanol, 3,2 Gewichtsteile Wasser und 18,7 Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 600. Man stellte fest, daß die Abgase 650 ppm organische Kohlenwasserstoffe enthielten.
Claims (6)
1. Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form
einer Lösung vorliegt und 62-94 Gewichtsprozent
Ethanol, 2-8 Gewichtsprozent Wasser und mindestens
1 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2-30 Gewichtsprozent,
einer wasserlöslichen Polyalkylenglykol-Verbindung mit
der allgemeinen Formel
RO(A)nH
enthält, worin R Wasserstoff oder eine
Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 1-30 Kohlenstoffatomen ist, A eine
Alkylenoxy-Gruppe mit 2-3 Kohlenstoffatomen ist, wobei
mindestens 20% aller Alkylenoxy-Gruppen Ethylenoxy-
Gruppen sind, und n eine ganze Zahl ist, die so
ausgewählt ist, daß die Polyalkylenglykol-Verbindung
ein Molekulargewicht von 400-1000 besitzt.
2. Kraftstoff wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch
gekennzeichnet, daß er 70-85 Gewichtsprozent Ethanol,
3-6 Gewichtsprozent Wasser und 2-20 Gewichtsprozent
der Polyalkylenglykol-Verbindung enthält.
3. Kraftstoff wie in Ansprüchen 1 oder 2 beansprucht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polyalkylenglykol
einen Aschegehalt von weniger als 0,02% hat.
4. Verwendung einer Zusammensetzung, die in Form einer
Lösung vorliegt und 62-94 Gewichtsprozent Ethanol,
2-8 Gewichtsprozent Wasser und 2-30 Gewichtsprozent
einer wasserlöslichen Polyalkylenglykol-Verbindung mit
der allgemeinen Formel
RO(A)nH
enthält, worin R Wasserstoff oder eine
Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 1-30 Kohlenstoffatomen ist, A eine
Alkylenoxid-Gruppe mit 2-3 Kohlenstoffatomen ist,
wobei mindestens 20% aller Alkylenoxid-Gruppen
Ethylenoxid-Gruppen sind, und n eine ganze Zahl ist,
die so ausgewählt ist, daß die Polyalkylenglykol-
Verbindung ein Molekulargewicht von 400-1000 besitzt,
als Dieselkraftstoff.
5. Verwendung wie in Anspruch 4 beansprucht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung 70-85
Gewichtsprozent Ethanol, 3-6 Gewichtsprozent Wasser
und 2-20 Gewichtsprozent der Polyalkylenglykol-
Verbindung enthält.
6. Verwendung wie in Ansprüchen 4 oder 5 beansprucht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polyalkylenglykol
einen Aschegehalt von weniger als 0,02% hat.
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