DE69002790T2

DE69002790T2 - Kraftstoffzusätze.

Info

Publication number: DE69002790T2
Application number: DE90106426T
Authority: DE
Inventors: Hisamoto Nasu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: ES2055267T3; AU624053B2; CA2013367A1; AU6302890A; DE69002790D1; ATE93263T1; CN1060306A; DE69008176T2; DE69008176D1; US5087267A; EP0478828A1; CN1027901C; EP0394715A1; US5011502A; DK0478828T3; EP0478828B1; EP0394715B1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kraftstoffadditive, um den thermischen Wirkungsgrad von Erdölkraftstoff wie Benzin oder Dieselöl zu verbessern und die Erzeugung von schädlichen Gasen bei der Verbrennung zu verringern.

2. Stand der Technik

Bei Brennkraftmaschinen wie etwa Kraftfahrzeugmotoren gilt im allgemeinen, daß der thermische Wirkungsgrad und das Leistungsvermögen umso höher und die Kraftstoffkosten umso niedriger sind, je höher das Verdichtungsverhältnis ist. Wenn Normalbenzin verwendet wird, führt die hohe Verdichtung dazu, anomale Verbrennung oder Klopfen zu verursachen, und infolgedessen wird der thermische Wirkungsgrad verringert.
Um das zu verhindern, wird Benzin mit hoher Oktanzahl, das eine Antiklopfwirkung hat, verwendet, um das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen und den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern. Benzine mit hoher Oktanzahl, die durch Vermischen verschiedener Benzinkomponenten mit geeignetem Verhältnis erzeugt werden, sind jedoch teuer.
Die Oxidation von Benzin verringert die Oktanzahl, und der resultierende hochmolekulare Gum erhöht den Kraftstoffverbrauch. Daher sollte handelsüblichem Benzin ein Oxidationsschutzmittel zugesetzt sein.
Andererseits sind im Fall von Dieselöl, das für Dieselmotoren (Motoren mit Selbstzündung) verwendet wird, Stabilität, Fluidität, Zündfähigkeit die kritischen Faktoren. Daher ist Dieselöl mit einem hohem Cetanwert notwendig, obwohl es im Vergleich mit dem normalen Dieselöl teuer ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Oxidation von Dieselöl zur Bildung von hochmolekularem Gum führt. Wenn die Menge des erzeugten hochmolekularen Gums groß ist, wird die Einspritzdüse blockiert und dadurch die Kraftstoffzufuhr beeinträchtigt.
Um das zu verhindern, ist die Reinigung mittels Hydrierung notwendig.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde durch den Reichtum des in Meerwasser enthaltenen verfügbaren Elements und die Reaktion eines alkalischen Mittels im Verbrennungsprozeß inspiriert und hat ein Verbrennungshilfsmittel entwickelt, bei dem ein spezielles alkalisches Mittel in Meerwasser gelöst wird (JP-OS 63-225695 = EP-A-0 265 850), und hat einen erstaunlichen Erfolg erzielt. Dieses Verbrennungshilfsmittel (flüssig) hat sich als besonders wirksam erwiesen, wenn es in den Motor eingesprüht wird, und führte zur Entwicklung eines Systems, um dieses Verbrennungshilfsmittel dem Motor zuzuführen (JP-OS 63-147938, JP-Patentanmeldung 62- 319327).
Dieses Verbrennungshilfsmittel verlangt jedoch eine Modifikation in bezug auf den entsprechenden Motor und kann nicht für alle Motortypen verwendet werden. Vor allem ist das vorgenannte System für eine Brennkraftmaschine ausgelegt, die den durch die Kolbenbewegung erzeugten niederen Druck nutzt, um ein Gasgemisch einem Brennraum zuzuführen. Bei Verwendung in einem Motor mit Turbolader muß das Verbrennungshilfsmittel mit Druck zugeführt werden und benötigt daher ein hochentwickeltes System, was mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik werden durch die vorliegende Erfindung erfolgreich beseitigt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Kraftstoffadditive anzugeben, um den thermischen Wirkungsgrad jeder Art von Flüssigkraftstoff wie Benzin oder Dieselkraftstoff durch direkte Zugabe zu dem Kraftstoff zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Kraftstoffadditiven, die mit jeder Art von Verbrennungssystem verwendbar sind und die gleichzeitig sowohl die Forderung der Abgasreinigung als auch die Forderung einer Verbesserung des Verbrennungs-Wirkungsgrads erfüllen.
Die Kraftstoffadditive gemäß der Erfindung weisen folgendes auf: (1) ein Pulver, das durch Entfernen von Wasser aus einer wäßrigen Lösung des Reaktionsprodukts eines Kohlenwasserstofföls und eines starken Alkalis in See- bzw. Meerwasser erhalten ist, und (2) ein Lösungsmittel, in dem das Pulver gelöst ist und das in dem Kraftstoff, dem das Kraftstoffadditiv zugesetzt wird, löslich ist. Die Kraftstoffadditive können die Bildung von sauren Schadstoffen wie CO und NOx im Verbrennungssystem verhindern und können gleichzeitig eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs erreichen, wenn sie dem Kraftstoff beigemischt sind.
Diese und weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.

GENAUE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die noch folgenden Beispiele beschrieben, sie soll aber nicht als durch diese Beispiele eingeschränkt angesehen werden; der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Patentansprüche gegeben.
Ein Kraftstoffadditiv gemäß der Erfindung ist eine Lösung, die in Kraftstoff löslich ist, wobei Pulver, das durch Entfernen von Wasser aus einem von der Anmelderin entwickelten Verbrennungshilfsmittel erhalten ist, gelöst wird. Das Verbrennungshilfsmittel ist eine wäßrige Lösung des Reaktionsprodukts eines Kohlenwasserstofföls und eines starken Alkalis in Meerwasser.
Das Reaktionsprodukt eines Kohlenwasserstofföls und eines starken Alkalis wird nachstehend beschrieben.
Erdölfraktionen, die dem Kraftstoff äquivalent oder schwerer als dieser sind, oder dergleichen werden als das Kohlenwasserstofföl verwendet, und sie sind nicht notwendigerweise handelsübliche Erdölfraktionen, sondern können alternativ halogenhaltige Öle sein. Ferner können Destillate, die durch Fraktionierung (Trockendestillation) von Vinylharzen wie etwa Kunststoffen, die Industrieabfälle sind, von Polystyrolschaum oder von Altreifen erhalten sind, wirkungsvoll eingesetzt werden, und eine solche Quelle wird vom Standpunkt einer effektiven Nutzung von Industrieabfällen bevorzugt.
Als das hier eingesetzte starke Alkali werden Alkalimaterialien bevorzugt, die Calciumoxid als eine Hauptkomponente enthalten. Wiederum aus praktischen Gesichtspunkten können jedoch alkalische Produkte eingesetzt werden, die durch Sintern von Schalen, Knochen, Kalkstein oder dergleichen bei hohen Temperaturen von 1000-1500 ºC erhalten sind. Die Sinterprodukte von Schalen oder dergleichen bei hohen Temperaturen sind stark alkalisch und enthalten als eine Hauptkomponente Calciumoxid. Wenn sie in Wasser gelöst werden, ergeben solche Sintermaterialien eine stark alkalische wäßrige Lösung mit einem pH von 13. Das Reaktionsprodukt (a) ist ein pulverförmiges oder tonartiges Reaktionsgemisch, das erhalten ist durch Vermischen des Kohlenwasserstofföls mit dem starken Alkali in einem Verhältnis von ungefähr 1:1, Zusetzen einer geringen Menge einer wäßrigen Lösung des stark alkalischen Mittels und Rühren des Gemischs. Das Mischungsverhältnis des Kohlenwasserstofföls und des starken Alkalis ist zwar normalerweise ungefähr 1:1, es ist jedoch nicht darauf beschränkt, weil sich das Verhältnis je nach dem eingesetzten Öltyp geringfügig ändern kann. Die kleine Menge von stark alkalischer wäßriger Lösung wird zugesetzt, um die Reaktion des Öls mit dem trockenen starken Alkali zu beschleunigen, und das zur Bildung dieser waßrigen Lösung eingesetzte Alkali kann das gleiche starke Alkali sein, das dem Kohlenwasserstoff zugesetzt wird, um das Reaktionsprodukt (a) zu bilden. Wenn die Trockenfraktionierungsöle, die in dem Reaktionsgemisch (a) eingesetzt werden, Wasser enthalten, ist es nicht erforderlich, bei der Herstellung von (a) Wasser zuzugeben.
Eine wäßrige Lösung wird erhalten durch Auflösen des Reaktionsprodukts (a) in Meerwasser. Meerwasser wird verwendet, weil Meerwasser erstens ein unbegrenzt vorhandener Rohstoff ist. Zweitens enthält Meerwasser Spuren von verschiedenen Metallionen, und man glaubt, daß diese Metalle die Verbrennung katalytisch unterstützen. Drittens ist die Zusammensetzung von Meerwasser relativ konstant, und es kann so, wie es ist, eingesetzt werden. Es wird bevorzugt, daß der pH von Meerwasser vor dem Vermischen mit dem Produkt (a) stark sauer oder stark alkalisch eingestellt wird je nach der beabsichtigten Verwendung. Vor dem Auflösen des Reaktionsprodukts in Meerwasser wird der pH von Meerwasser niedrig oder hoch eingestellt.
Um Meerwasser sauer zu machen, wird dem Meerwasser verdünnte Schwefelsäure (pH 0,1 oder niedriger) oder eine speziell eingestellte Säure (nachstehend als "P-S-Säure" bezeichnet), die nachstehend beschrieben wird, zugesetzt. Der hier verwendete Ausdruck "P-S-Säure" bezieht sich auf eine wäßrige Lösung, die erhalten ist durch Zugabe von ca. 5 % konzentrierter Schwefelsäure zu einer starken Elektrolytlösung, die Calciumphosphat enthält, und Abtrennen von Präzipitaten, was in einer Lösung mit einem pH von 0,1 oder niedriger resultiert. Das Meerwasser, dessen pH durch Zugabe der P-S-Säure gesenkt wird, sorgt für gute Mischbarkeit mit dem Produkt (a), d. h. dem Reaktionsgemisch des Kohlenwasserstofföls und des Alkalis.
P-S-Säure oder verdünnte Schwefelsäure wird dem Meerwasser in einer Menge von ca. 5 % zugesetzt, um seinen pH auf 2 oder niedriger einzustellen. Das Meerwasser mit niedrig eingestelltem pH kann zum Auflösen des Reaktionsprodukts eingesetzt werden. Das pH-eingestellte Meerwasser, dessen pH auf diese Weise herabgesetzt wurde, kann auf einen hohen pH durch Zugabe eines stark alkalischen Mittels eingestellt werden.
Um Meerwasser stark alkalisch zu machen, kann man Natriumhydroxid, Calciumoxid oder das gleiche starke Alkali, das zur Bildung des Reaktionsprodukts (a) eingesetzt wird, verwenden. Durch Abscheiden von Unlöslichem oder Präzipitaten kann eine wäßrige Lösung mit einem pH 13 oder höher erhalten werden.
Das Reaktionsgemisch (a) von Kohlenwasserstoffölen und einem starken Alkali wird in dem pH-eingestellten Meerwasser bis zur Sättigung gelöst. Durch Abtrennen von Unlöslichem wird eine wäßrige Lösung (b) erhalten.
Die Feststoffkomponente der Kraftstoffadditive der vorliegenden Erfindung, Pulver (1), wird erhalten durch Entfernen von Wasser aus der wäßrigen Lösung (b) durch Erhitzen und Verdampfen. Dieser Vorgang wird bevorzugt unter Niedrigdruck durchgeführt. Das Ergebnis der Elementaranalyse des Pulvers (1) ist in der Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Pulver (1) (Gew.-%) Kraftstoffadditive (Gew.%) Meerwasser (mg/l)
Nach der Analyse ist die Chloridmenge in dem Pulver (1) erheblich geringer als diejenige im Meerwasser, und das Pulver (1) ist stark alkalisch.
Das Kraftstoffadditiv gemäß der Erfindung wird dann erhalten, indem das Pulver (1) in einem Lösungsmittel gelöst wird, das mit einem verwendeten Kraftstoff kompatibel ist. Das diese Bedingungen erfüllende Lösungsmittel ist bevorzugt ein Gemisch von Alkohol und einem organischen Lösungsmittel. Kerosin ist als ein organisches Lösungsmittel praktisch brauchbar. Der Alkohol ist Methanol, Butanol oder ein Gemisch dieser Alkohole.
Das Verhältnis von Kerosin und Alkohol und die Alkoholsorte werden je nach dem verwendeten Kraftstoff geeignet gewählt. Wenn als Kraftstoff Benzin oder Leichtbenzin verwendet wird, wird es bevorzugt, daß das Lösungsmittel des Kraftstoffadditivs mindestens 10 % Butanol enthält.
Die Konzentration des Pulvers (1) in dem Lösungsmittel ist ca. 1 %. Es wird bevorzugt, eine Stammlösung herzustellen, in der mehrere Prozent des Pulvers (1) gelöst sind, und dann die Konzentration und Zusammensetzung des Lösungsmittels durch Zugabe eines geeigneten Lösungsmittels zur Anpassung an den verwendeten Kraftstoff einzustellen. Das Resultat der Elementaranalyse der Stammlösung ist in Tabelle 1 insgesamt gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, werden die Kraftstoffadditive der Erfindung dem Kraftstoff wie etwa Benzin, Leichtbenzin, Schweröl direkt zugefügt. Die zuzufügenden Mengen der Kraftstoffadditive sind je nach der Art des Kraftstoffs verschieden. Im allgemeinen wird 0,1-0,3 % zu Benzin, 0,3-0,5 % zu Leichtbenzin und ungefähr 1 % zu Schweröl zugegeben.
Durch die Zugabe der Kraftstoffadditive der Erfindung zu diesen Kraftstoffen werden die Verbrennungsbedingungen erheblich verbessert, die Kraftstoffkosten werden gesenkt, und giftige Gase wie CO, NOx werden unterdrückt.

Beispiel

1. Herstellen von P-S-Säure

50 g eines Pulvers, das im wesentlichen aus Calciumphosphat besteht, das durch Sinterung von Tierknochen erhalten ist, wurden in 1 l reinem Wasser gelöst. Dann wurde 5 % konzentrierte Schwefelsäure der wäßrigen Lösung zugefügt, um eine stark saure wäßrige Lösung mit einem pH von 0,2 zu erhalten (P-S-Säure).

2. Einstellen des pH von Meerwasser

500 l Meerwasser wurden 10 l der oben beschriebenen P-S-Säure zugefügt. Nach Stehenlassen für 3 h wurden Verunreinigungen abfiltriert. Als Resultat hatte das Meerwasser einen pH von 1,6. Dann wurden 3 % Natriumhydroxid zugefügt. Nach Stehenlassen über Nacht wurden Präzipitate abgetrennt, um Meerwasser mit einem pH von 13,7 zu erhalten.

3. Herstellen eines Reaktionsprodukts

500 g des starken Alkalis, das durch Sintern von Kalkstein bei hohen Temperaturen von 1000-1500 ºC erhalten worden war, wurden 500 cm³ fraktioniertem Öl von Altreifen zugefügt, und 100 cm³ einer wäßrigen Lösung von starkem Alkali wurde dem Gemisch außerdem zugefügt. Nach Rühren wurde das Gemisch für 30 min unter ca. 202,65 kPa (2atm) stehengelassen, um ein pulverförmiges Reaktionsgemisch (a) zu ergeben.
Nach Rühren von 1000 cm³ des alkalischen Meerwassers und 30 g des Reaktionsgemischs (a) in einem Reaktionsbehälter unter 151,99 kPa (1,5 atm) bei Raumtemperatur für etwa eine Stunde ließ man das Gemisch nahezu über Nacht stehen. Unlösliches wurde abgetrennt, um eine wäßrige Lösung in Form einer homogenen Flüssigkeit zu ergeben.
60 kg von Pulver (1) wurde erhalten durch Verdampfen von einer Tonne dieser Lösung.
Andererseits wurde das Lösungsmittelgemisch von Kerosin und Alkohol nach der folgenden Vorschrift zusammengestellt, und 1 kg des vorgenannten Pulvers (1) wurde jedem von 30 Lösungsmittelgemischen zugefügt und gerührt, so daß die Stammlösung der Kraftstoffadditive erhalten wurde.

Vorschrift A

Methanol 6 l
Butanol 10 l
Kerosin 14 l

Vorschrift B

Methanol 8 l
Butanol 12 l
Kerosin 20 l
Verdünner 4 l

Vorschrift C

Butanol 0,5 l
Verdünner 4 l

Vorschrift D

Methanol 5 l
Butanol 12,5 l
10 l dieser Stammlösung von Vorschrift A und D wurden mit einem Lösungsmittel verdünnt, das aus 20 l Xerosin und 1,5 l Butanol bestand, um die Kraftstoffadditive A und D zu ergeben. Das Kraftstoffadditiv C wurde erhalten durch Verdünnen von 2,5 l der Stammlösung von Vorschrift C mit einem Lösungsmittel, das aus 15 l Kerosin und 6,5 l Butanol bestand.

Beispiele 1 & 2

Die Kraftstoffe wurden hergestellt durch Zugabe von 120 cm³ Kraftstoffadditiv A oder D zu 60 l Benzin, und Fahrtests eines Benzinfahrzeugs von 2000 cm³ Abgas wurden durchgeführt unter Verwendung dieser Kraftstoffe. Nach einer Fahrleistung von 15.000 km wurden die Mengen von HC und CO im Abgas analysiert. Die Ergebnisse und der Kraftstoff-Wirkungsgrad sind in der Tabelle 2 gezeigt, verglichen mit einem Vergleichsbeispiel 1 eines Fahrzeugs des gleichen Typs ohne Verwendung von Additiven. Tabelle 2 Beisp. Vergl. 1 Kraftstoff (km/l)

Beispiel 3

Der Kraftstoff wurde hergestellt durch Zugabe von 180 cm³ des Kraftstoffadditivs A zu 60 l Dieselöl, und Fahrtests eines Dieselfahrzeugs wurden unter Verwendung dieses Kraftstoffs durchgeführt. Nach einer Fahrleistung von 15.000 km wurde der Kraftstoff-Wirkungsgrad getestet, und schwarzer Rauch im Abgas wurde analysiert. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 2 für ein Kraftfahrzeug der gleichen Marke ohne Verwendung von Additiven. Tabelle 3 Beisp. 2 Vergl. 2 Kraftstoff (km/l) schwarzer Rauch

Beispiele 4 & 5

Das Kraftstof fadditiv C oder die Stammlösung B wurde in einer Menge von 1 % den Brennstoffen eines Ölofens und die Stammlösung B in einer Menge von 1 % einem Ölkessel zugefügt. Die Verbrennungsbedingungen wurden in jedem Fall gegenüber den vorherigen Bedingungen ohne Brennstoffadditive verbessert. Gleichzeitig wurden der unangenehme Geruch und schwarzer Rauch verringert, und es wurde weniger Brennstoff verbraucht.
Gemäß der Erfindung werden also Kraftstoff- bzw. Brennstoffadditive angegeben, die den Kraftstoff-Wirkungsgrad jedes Fahrzeugs rasch erhöhen und HC, CO usw. im Abgas senken und die nicht nur bei Brennkraftmaschinen jedes Typs, sondern auch bei Verbrennungsanlagen wie einem Kessel oder einem Ofen anwendbar sind.

Claims

1. Kraftstoffadditiv, das aufweist: ein organisches Lösungsmittel und in dem organischen Lösungsmittel gelöst ein Pulver, das erhalten ist durch Entfernen von Wasser aus einer wäßrigen Lösung des Reaktionsprodukts eines Kohlenwasserstofföls und eines starken Alkalis in Seewasser, wobei das organische Lösungsmittel in dem Kraftstoff, dem das Kraftstoffadditiv zuzusetzen ist, löslich ist.

2. Kraftstoffadditiv nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel einen Alkohol aufweist.

3. Kraftstoffadditiv nach Anspruch 2, wobei das organische Lösungsmittel 21,69 %, 28,24 % bzw. 37,1 % Alkohol aufweist.

4. Kraftstoffadditiv nach Anspruch 2 oder 3, wobei das organische Lösungsmittel wenigstens 10 % Butanol aufweist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffadditivs, das die folgenden Schritte aufweist:

i) Entfernen von Wasser aus einer wäßrigen Lösung des Reaktionsprodukts eines Kohlenwasserstofföls und eines starken Alkalis in Seewasser, um ein Pulver zu bilden; und

ii) Lösen dieses Pulvers in einem organischen Lösungsmittel, das in dem Kraftstoff, dem das Kraftstoffadditiv zuzusetzen ist, löslich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als ein starkes Alkali ein Alkalimaterial eingesetzt wird, das Calciumoxid als einen Hauptbestandteil enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das einzusetzende Alkalimaterial durch Sintern von Muschelschalen, Knochen oder Kalkstein bei hohen Temperaturen von 1000 ºC bis 1500 ºC erhalten wird.