DE69723558T2

DE69723558T2 - Alternativer brennstoff

Info

Publication number: DE69723558T2
Application number: DE69723558T
Authority: DE
Inventors: F. Stephen PAUL
Original assignee: Princeton University
Current assignee: Stephen Fpaul West Orange Nj Us
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: ID18442A; EA199800995A1; JP3072492B2; ZA973901B; NZ332651A; KR20000010915A; US6712866B2; CA2253945C; ES2210525T3; EP0914404A1; WO1997043356A1; CN1218495A; TR199802281T2; AU2822197A; PL329834A1; HK1021198A1; ATE245183T1; BR9710439A; US20020035802A1; CZ363498A3

Description

HINTERGRUNDINFORMATIONEN ZUR ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Kraftstoffzusammensetzung für Ottomotoren, die aus flüssigen Kohlenwasserstoffen besteht. Diese Kohlenwasserstoffe werden aus biogenen Gasen gewonnen und mit einem Alkohol von Kraftstoffqualität und einem Co-Lösungsmittel für den flüssigen Kohlenwasserstoff und den Alkohol gemischt. Die Kraftstoffmischung ist klopffest, weist einen Wärmegehalt auf und besitzt ein Trocken-Dampfdruck-Äquivalent (DVPE), das den Bedingungen für eine Verbrennung in Otto-Motoren genügt, vorausgesetzt, daß kleine Änderungen an den Motoren vorgenommen werden. Insbesondere geht es bei dieser Erfindung um Mischungen von Flüssig-Kohlegas (CGL) oder Flüssig-Erdgas (NGLs) mit Ethanol, in denen das aus Biomasse gewonnene 2-Methyltetrahydrofuran (MTHF) als Co-Lösungsmittel dient.
Es besteht eine Notwendigkeit für Alternativen zu den Benzinkraftstoffen für die Verbrennung in Ottomotoren. Benzin wird aus Erdöl gewonnen, indem man es zunächst als Rohöl den unterirdischen Lagerstätten entnimmt. Dieses Rohöl besteht im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen, die unter atmosphärischem Druck in flüssiger Phase bleiben. Bei der Raffinierung wird das Rohöl durch ein Destillationsverfahren in seine Grundprodukte zerlegt. Dabei ist der leichte Naphtenbestandteil das Benzin.
Lediglich 10 Prozent der weltweiten Rohölreserven sind in den Vereinigten Staaten von Amerika (USA), wobei der größte Teil der verbleibenden 90 Prozent nicht nur außerhalb seiner Grenzen, sondern auch der seiner Freihandelpartner in Nordamerika liegt. Über 50 Prozent herkömmlichen Benzins wird importiert und diese Menge soll sich im folgenden Jahrhundert stetig erhöhen.
Die Zusammensetzung herkömmlichen Benzins ist relativ kompliziert. Es besteht aus über 300 Einzelstoffen, einschließlich Naphtenen, Olefinen, Alkenen, Aromaten und anderen leicht flüchtigen Stoffen. Es kann Zusätze enthalten, die für Gebrauch in den Ottomotoren beigemischt werden. Der Anteil von Benzol im Standardbenzin kann 3 bis 5 Prozent und der des Schwefels bis zu 500 ppm betragen. Neuformuliertes, schadstoffar mes Benzin (RFG) begrenzt den Benzolanteil auf 1 Prozent, den Schwefelanteil auf 330 ppm und andere toxische Chemikalien in gleichem Maße.
Herkömmliche Alternativen zu den Kraftstoffen, die aus Rohöl gewonnen werden, wie komprimiertes Erdgas (CNG), Propan oder Elektrizität, erfordern sowohl hohe Investitionen für die Umrüstung an den Kraftfahrzeugen als auch an der Infrastruktur für den Energieträger, wobei Entwicklungskosten noch nicht berücksichtigt sind. Daher sollte ein alternativer Kraftstoff dieselben Verbrennungseigenschaften wie Benzin haben, ohne signifikante Motoränderungen zu erfordern, und auch denselben Lagerungs- und Transporterfordernissen genügen wie herkömmliches Benzin. Um sich als Alternative gegen gasförmige Kraftstoffe wie Methan oder Propan durchzusetzen, sollte ein flüssiger Kraftstoff allen Anforderungen der Behörde für Umweltschutz in den USA (EPA) für «saubere Kraftstoffe» entsprechen.
Die CGLs und NGLs sind nicht genügend klopffest und daher wenig verwendet worden als Alternativen zu Rohöl als Kohlenwasserstoffquelle für Kraftstoffe in Ottomotoren. Versuche, diesen Mangel zu beheben, haben diese Kohlenwasserstoffströme für eine Anwendung als Motor-Kraftstoff unbrauchbar gemacht.
Die Wirkung von Kohlegasen ist seit langer Zeit aufgrund der Explosionen im Kohlebergbau erkannt worden. Diese Gase gelten als Betriebs-Gefahr und die Stollen sind belüftet worden, um einen sicheren Betrieb zu gewährlesten. Aber diese Belüftung trägt dazu bei, daß zunehmend Methan in die Atmosphäre gelangt und somit den Treibhauseffekt verstärkt (C. M. Boyer, et al. U.S. EPA, Air and Radiation (ANR-445) EPA/400/9-90/008). Die Kohlegase können bedeutsame Mengen an schwereren Kohlenwasserstoffen von bis zu 70% der C₂₊-Fraktionen enthalten. Siehe: D. Rice, Hydrocarbons from Coal, (American Association of Petroleum Geologists, Studies in Geology, Nr. 38), 1993, S. 159.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Quellen von Benzin, sind über 70 Prozent der Weltreserven von NGLs in Nordamerika. Die Importe von NGLs in die Vereinigten Staaten belaufen sich auf weniger als 10 Prozent der inländischen Produktion. Die NGLs können aus Erdgas, an Betrieben, die das Gas verarbeiten, und in manchen Fällen an Erdgasanlagen gewonnen werden. NGLs, die durch Separatoren extrahiert werden, sind ebenfalls in der Definition von NGLs eingeschlossen. Die NGLs werden entsprechend den veröf fentlichten Spezifikationen der Gas Processors Association und der American Society for Testing and Materials (ASTM) definiert. Die Bestandteile von NGLs werden entsprechend der Länge der Kohlenstoffketten wie folgt eingestuft: Ethan, Propan, N-Butan, Isobutan und «Pentane plus».
Die Bezeichnung «Pentane plus», wie durch die Gas Processors Association und die ASTM definiert, schließt eine Mischung von Kohlenwasserstoffen, überwiegend Pentane und schwerere Kohlenwasserstoffe, die aus Erdgas extrahiert werden, einschließlich Isopentane, Natürliches Benzin und Kondensate aus Verarbeitungsanlagen ein. Die Pentane plus haben den niedrigsten wirtschaftlichen Wert unter den NGLs. Während Propane und Butane an die chemische Industrie verkauft werden, während die Pentane plus auf Raffinerieströme niedrigeren wirtschaftlichen Werts verteilt, um Benzin zu produzieren. Ein Grund dafür, daß die Pentane plus nicht generell im Benzin wünschenswert sind, ist ihr niedriger Antiklopf-Index, der seine Leistung als Kraftstoff für einen Ottomotor begrenzt, sowie ein hohes DVPE, das bei warmer Witterung im Motor zu einer Blockierung durch Kraftstoffdampf führt. Einer der Vorteile der Pentane plus gegenüber anderen NGLs ist, dass sie bei Raumtemperatur flüssig sind. Folglich ist es der einzige Bestandteil, der in geeigneten Mengen als Kraftstoff für einen Ottomotor benutzt werden kann, ohne bedeutsame Änderungen an Motor oder Kraftstofftank vornehmen zu müssen.
Das USA Patent Nr. 5.004.850 offenbart einen auf NGLs basierenden Motorkraftstoff, der für Ottomotoren bestimmt ist und in dem Natürliches Benzin mit Toluol gemischt wird, um einen Motortreibstoff zur Verfügung zu stellen, der einen zufriedenstellenden Antiklopf-Index und Dampfdruck hat. Jedoch ist Toluol ein kostspieliger aromatischer Kohlenwasserstoff, der aus Rohöl gewonnen wird. Sein Verbrauch wird durch die neuformulierten Kraftstoff-Bestimmungen im «Änderungsgesetz für Saubere Luft» von 1990 streng beschränkt.
Die USA sind der größte Produzent der Welt von Alkohol als Treibstoff und importieren weniger als 10 Prozent des Ethanols. Ethanol ist ein Motortreibstoffzusatz, der aus Biomasse gewonnen wird und die Oktanzahl erhöht. Reines Ethanol hat einen niedrigen Dampfdruck, aber, wenn es nur mit Kohlenwasserstoffen gemischt wird, hat die resultierende Mischung eine unakzeptabel hohe Verdampfungsrate für die Verwendung in Gebieten, die gemäß dem EPA die Ozon-Standards nicht einhalten. Diese Gebiete umfas sen die meisten Großstadtbereiche in den USA. Die Dampfdruckeigenschaften von Ethanol überwiegen in einer Mischung mit Pentanen plus nicht, wenn der Volumenanteil des Ethanols 60% übersteigt. Jedoch sind Mischungen mit solch hohem Anteil an Ethanol teuer und bei kalter Witterung sind Motoren schwierig zu starten, weil Ethanol eine hohe Verdampfungwärme hat. Darüber hinaus ist der Wärmeinhalt des Ethanols niedrig und das führt im Vergleich mit Benzin zu schlechter Brennstoffökonomie.
Die kostengünstige Produktion von MTHF und die Produktion sowie der Einsatz von aus Erdgas gewonnenen Stoffen wie Ethanol oder MTHF als Zusatz für Benzin bis zu einem Volumeanteil von ungefähr 10 Prozent ist bekannt durch Wallington et al., Environ. Sci. Technology, 24, 1596–99 (1990); Rudolph et al., Biomass, 16, 33–49 (1988); und Lucas et al., SAE Technical Paper Series, Nr. 932675 (1993). Die kostengünstige Produktion von MTHF und seine Eignung aufgrund seiner niedrigen Oktanzahl als Oxygenat zum Zusatz für Benzin mit oder ohne Ethanol, um einem oxygenierten Motorkraftstoff herzustellen, wurde in einer unveröffentlichten Darstellung zur Ethanol-Koalition der Gouverneuren durch Stephen W. Fitzpatrick, Ph.D., von Biofine, Inc. am Februar 16, 1995 offenbart. Genaue technische Daten einschließlich des DVPE-Gemisches und die Misch-Oktanzahlen für MTHF waren nicht vorhanden. Ein Bedarf besteht weiterhin an einem Kraftstoff für Motoren, der aus anderen Quellen als Rohöl gewonnen wird und ein DVPE sowie einen Antiklopf--Index hat, um für den Gebrauch in Verbrennungsmotoren wie dem Ottomotor verwendbar zu sein, aber gleichsam nur minimale Änderungen am Motor bedingt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieser Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung erfüllt. Es ist für einige Co-Lösungsmittel für CGL und für NGLs als Kohlenwasserstoffe wie natürliches Benzin oder von Pentanen plus und von kraftstofffähigem Alkohol wie Ethanol entdeckt worden, dass sie eine Mischung ergeben, die das erforderliche DVPE und den Antiklopf-Index für die Anwendung in einem herkömmlichen Ottomotor hat, vorausgesetzt daß kleine Modifikationen durchgeführt werden.
Folglich wird, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, eine Treibstoffzusammerensetzung für Ottomotoren zur Verfügung gestellt. Sie besteht im wesentlichen aus:
einer Kohlenwasserstoffkomponente, die im Wesentlichen aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen besteht, ausgewählten aus Alkanen mit linearen oder verzweigten Ketten von vier bis acht Kohlenstoffatomen, wobei die Kohlenwasserstoffkomponente hat dabei gemäß Messung nach ASTM D-2699 und D-2700 Standards einen minimalen Antiklopf-Index von 65 und gemäß ASTM D-5191 einem maximalen DVPE von 103 kPa (15 P/in², 1 atm.) hat;
einem Alkohol von Treibstoffqualität; und
einem Co-Lösungsmittel, das in der besagten Kohlenwasserstoffkomponente und im Alkohol von Treibstoffqualität mischbar ist;
worin die besagte Kohlenwasserstoffkomponente, der besagte Alkohol von Treibstoffqualität und das besagte Co-Lösungsmittel in genügenden Mengen vorhanden sind, um einen Motortreibstoff mit einem minimalen Antiklopf--Index von 87 herzustellengemessen nach ASTM D-2699 und D-2700 Standards-und in welchem die besagte Treibstoffzusammensetzung weniger als 0,5 Vol.-% von Aromaten, weniger als 0,1 Vol.-% von Olefinen, und weniger als 10 ppm an Schwefel enthält.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Zusammensetzung eines Motortreibstoffs für Ottomotoren zur Verfügung, die im wesentlichen aus folgendem besteht:
einer Kohlenwasserstoffkomponente, die hauptsächlich aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen besteht, die aus Alkanen selektiert wurden, die lineare oder verzweigte Ketten von vier bis acht Kohlenstoffatomen haben und im wesentlichen frei sind von Olefinen, Aromaten, Benzol und Schwefel. Dabei hat die Kohlenwasserstoffkomponente gemäß ASTM D-2699 und D-2700 Standards einen minimalen Antiklopf-Index von 65, sowie gemäß ASTM D-5191 Standard einen maximalen DVPE von 103 kPa (15 P/in²);
einem Alkohol von Treibstoffqualität; und einem Co-Lösungsmittel der besagten Kohlenwasserstoffkomponente und des Alkohols von Treibstoffqualität;
worin die Kohlenwasserstoffkomponente, der Alkohol von Treibstoffqualität und das Co-Lösungsmittel in genügenden Mengen vorhanden sind, um einen Motortreibstoff gemäß ASTM D-2699 und D-2700 Standards mit einem minimalen Antiklopf-Index von 87 und gemäß ASTM D-5191 einem maximalen DVPE von 103 kPa (15 P/in²) bereitzustellen.
Treibstoffzusammensetzungen, die mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmen, können n-Butan in einer Menge enthalten, um die Mischung gemäß ASTM D-5191 mit einem DVPE von ungefähr 12 P/in² bis 15 P/in² zu versehen. n-Butan wird vorzugsweise aus NGLs und CGL erhalten.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zum Senken des Dampfdrucks einer Mischung von Kohlenwasserstoffen und Alkohol. Verfahren in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mischen einen Alkohol von Treibstoffqualität für Motoren und einen oder mehreren Kohlenwasserstoffen, die aus NGLs erhalten werden, mit einer Menge eines Co-Lösungsmittels für den Alkohol und die Kohlenwasserstoffe, damit eine tenäre Mischung erreicht wird, die ein DVPE hat, das gemäß ASTM D-5191 Standard niedriger ist, als das DVPE für eine binäre Mischung des Alkohols und der Kohlenwasserstoffe.
Das Co-Lösungsmittel für die Kohlenwasserstoffkomponente und den Alkohol in Treibstoffqualität, was sowohl die Zusammensetzung als auch das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft, werden vorzugsweise aus Biomasse wie zellulosehaltigen Abfällen gewonnen, wie Hülsen und Kolben vom Mais, Stroh, Hülsen vom Hafer oder Reis, Vorräte an Zuckerrohr, Altpapier mit niedriger Qualität, Schlamm, der als Abfall von einer Papiermühle kommt, Abfall vom Holz und von ähnlichen Materialien. Co-Lösungsmittel, die aus solchen zellulosehaltigen Abfällen gewonnen werden können, schließen MTHF und andere heterozyklische Ether wie Pyrane und Oxepane mit ein. MTHF wird besonders bevorzugt, weil es in großen Mengen und niedrigen Kosten verbreitet verfügbar produziert werden kann. Außerdem ist es, wie erforderlich, mischbar mit Kohlenwasserstoffen und Alkohol, und es hat den geforderten Siedepunkt, Flammpunkt und Dichte.
Folglich kann eine der vorliegenden Erfindung entsprechende Treibstoffzusammensetzung, hauptsächlich aus erneuerbaren, einheimischen, preiswerten, Biomasse-Abfall Materialien produziert werden wie Ethanol und MTHF, und zwar in Kombination mit Kondensaten der Kohlenwasserstoffe wie Pentanen plus kombiniert, die anders betrachtet Verluste der Erdgasproduktion sind, und ist im wesentlichen frei von Rohölderivaten. Bei der Zusammensetzung handelt es sich um saubere alternative Kraftstoffe, die keine Olefine, Aromaten, schweren Kohlenwasserstoffe, Benzol, Schwefel oder andere Produkte enthalten, die vom Rohöl abgeleitet werden. Die Zusammensetzung emittiert weniger Kohlenwasserstoffe als Benzin, hilft Regierungen, Ozon zu verringern, und entspricht bundesstaatlichen Standards für saubere Luft. Zusammensetzungen können hergestellt werden, die allen Anforderungen des EPA für «saubere Kraftstoffe» entsprechen und dennoch die gegenwärtige Automobil-Technologie mit nur kleinen Änderungen am Motor nutzt. Die Zusammensetzung erfordert wenig mehr als die momentan bestehende Infrastruktur für die Anlieferung des Kraftstoffs und basiert auf Bestandteilen, die eine Mischung ergeben, deren Preis zu dem des Benzins konkurrenzfähig ist. Andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen dargestellt, die die Prinzipien der Erfindung und die besten Modi offenbaren, die momentan für deren Durchführung erwogen werden.
Die bisher erwähnten sowie andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit nachfolgender Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und in Verbindung mit den angeschlossenen Zeichnungen klarer.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN VERKÖRPERUNG
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist praktisch frei von unerwünschten Olefinen, Aromaten, schweren Kohlenwasserstoffen, vom Benzol und Schwefel, also verbrennt die Treibstoffzusammensetzung sehr sauber. Die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann als Kraftstoff für die herkömmliche interne Verbrennung in Ottomotoren verwendet werden, vorausgesetzt, daß kleine Änderungen an den Motoren vorgenommen werden. Die Grundanforderung ist das Senken des Luft-Kraftstoff Verhältnisses bis ungefähr 12 bis 13. Dieses ist im Gegensatz zu 14.6 typisch für Ottomotoren. Diese Justage ist wegen der großen Quantität des Sauerstoffes notwendig, der bereits im Kraftstoff enthalten ist.
Diese Justage kann in den Automobilen erzielt werden, die in und nach 1996 hergestellt wurden, indem man die Software im Fahrzeug-Computer ändert. Für ältere Autos ist es notwendig, einen integrierten Schaltkreis im Fahrzeug-Computer zu ersetzen, oder in einigen Fällen den Computer völlig zu ersetzen. Demgegenüber können Automobile mit Vergasern auf das passende Verhältnis der Luft zum Kraftstoff leicht justiert werden, in den meisten Fällen genügt einfach ein Austauschen der Öffnung. Automobile, die mit der Mischung der vorliegenden Erfindung betankt werden, sollten an Ethanol oder Methanol vorzugsweise angepaßt werden, indem man Teile des Brennstoffsystems anbringt, die mit Ethanol und Methanol kompatibel sind. Sie sollten keine Komponenten aus Ethanol- bzw. Methanol- empfindlichen Materialien wie Nitrilgummi und ähnlich haben.
Die Gesetzesänderungen für saubere Luft (Clean Air Act oder CAA) von 1990 setzten Maximalwerte für Olefine und Aromaten fest, weil sie zur Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffe führen. Ein maximaler Volumenanteil von 24,6 Prozent Aromaten kann im Winter und in einem maximalen Volumeanteil von 32,0 Prozent im Sommer anwesend sein. Ein maximaler Volumenanteil von 11,9 Prozent Olefinen kann im Winter und ein maximaler Volumenanteil von 9,2 Prozent im Sommer anwesend sein. Benzol muß weniger oder gleich 1,0 Prozent Volumeanteil haben und die maximal erlaubte Menge an Schwefel beträgt 338 ppm. Die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen frei von diesen Materialien.
Eine Treibstoffzusammensetzung gemäß der Erfindung wird hergestellt, indem man einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe mit treibstofffähigem Alkohol (ausgewählt aus Methanol, Ethanol oder Mischungen von diesen) und einem Co-Lösungsmittel für den bzw. die einen oder mehreren Kohlenwasserstoffe und den Alkohol von Treibstoffqualität mischt. Der Alkohol von Treibstoffqualität wird zugesetzt, um den Antiklopf--Index der Kohlenwasserstoffkomponente zu erhöhen. Die Co-Lösungsmittel der vorliegenden Erfindung machen es möglich, einer Treibstoffzusammensetzung bedeutende Mengen Alkohol beizumengen, die wirkungsvoll sind, um eine brauchbare Kombination von Antiklopf-Index und DVPE bereitzustellen. Verwendbare Alkohole von Treibstoffqualität können zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung vom Fachmann leicht identifiziert und besorgt werden.
Es können auch andere Zusätze zur Erhöhung des Antiklopf--Index benutzt werden, einschließlich solche wie Toluol, die aus Rohöl abgeleitet werden. Jedoch ist die bevorzugte Zusammensetzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im wesentlichen frei von Zusätzen, die von Rohöls abgeleitet werden, einschließlich derjenigen Rohölderivate als Additive, die benutzt werden, um den Antiklopf--Index zu erhöhen.
Im wesentlichen ist jede Quelle für Kohlenwasserstoffe verwendbar für den Gebrauch in der vorliegenden Erfindung, die ein oder mehrere Alkane mit linearen oder verzweigten Ketten von fünf bis acht Kohlenstoffatomen enthält, wenn die gesamte Kohlenwasserstoffquelle einen minimalen Antiklopf--Index von 65-gemäß den ASTM D-2699 und D-2700 Standards, sowie ein maximales DVPE von 103 kPa (15 P/in²) gemäß ASTM D-5191 hat. Der Fachmann sollte verstehen, daß sich die Bezeichnung «Antiklopf-Index» auf den Durchschnitt von Forschungs-Oktanzahl («RON» ist «R»), gemessen durch ASTM D-2699 und Bewegungs-Oktanzahl («MON» ist- «M»), gemessen durch ASTM D-2700 Standards, bezieht. Dieses wird allgemein als (R+M)/2 ausgedrückt.
Die Kohlenwasserstoffkomponente wird vorzugsweise von CGL oder von NGLs abgeleitet und ist vorzugsweise die NGL-Fraktion, die von der Gas Processors Association und der ASTM als Pentane plus definiert wird, die im Handel erhältlich ist. Jedoch kann irgendeine andere Mischung von Kohlenwasserstoffen, die einen gleichwertigen Inhalt von Energie, Sauerstoff und Verbrennungseigenschaften hat, auch verwendet werden. Zum Beispiel kann die NGL-Fraktion, die von der Gas Processors Association und die ASTM als «Natürliches Benzin» definiert wurde, mit Isopentan gemischt werden und anstelle Pentane plus ersetzt werden. Außerdem kann Natürliches Benzin alleine benutzt werden. In den meisten Fällen kostet die Herstellung von Mischungen, anstatt der Verwendung der „einfachen" Pentane plus oder des Natürliches Benzin, mehr. Obgleich jede andere gleichwertige Mischung verwendet werden kann, treffen ähnliche Betrachtungen der Kosten zu.
Die Kohlenwasserstoffkomponente wird mit dem Alkohol von Treibstoffqualität unter Anwendung eines Co-Lösungsmittels gemischt, das ausgewählt wird, um eine Mischung zur Verfügung zu stellen, die ein DVPE unter 15 P/in² hat, ohne den Antiklopf-Index oder den Flammpunkt der resultierenden Mischung zu vermindern, so daß eine Kraftstoffmischung enthalten wird, die für den Gebrauch in einem Ottomotor verwendbar ist, vorausgesetzt, daß kleine Änderungen am Motor durchgeführt werden. Die geeigneten Co-Lösungsmittel für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung sind mischbar mit den Kohlenwasserstoffen und dem Alkohol von Treibstoffqualität und haben einen Siedepunkt (vorzugsweise grösser als 75°C), der hoch genug ist, um ein DVPE mit weniger als 15 P/in² in der fertigen Mischung zu erreichen. Das Co-Lösungsmittel sollte einen Flammpunkt haben, der niedrig genug ist (vorzugsweise kleiner als –10°C), um das Starten des Motors bei kalter Witterung zu ermöglichen. Das Co-Lösungsmittel sollte auch mindestens einen Unterschied von 85°C zwischen dem Siedepunkt und Flammpunkt haben und ein spezifisches Gewicht, das grösser als 0,78.
Heterozyklische Ringverbindungen mit fünf bis sieben Atomen sind als Co-Lösungsmittel bevorzugt. Die heteroatomare polare Struktur des Ringes ist mit Alkohol von Treibstoffqualität kompatibel und doch besitzt sie apolare Regionen, die mit Kohlenwasserstoffen kompatibel sind. Die Heteroatomstruktur ermöglicht auch den Dampfdruck des Co-Lösungsmittels und infolgedessen der resultierenden Mischung zu senken. Die gleichen vorteilhaften Eigenschaften können mit Ether mit kurzen Ketten auch erreicht werden; jedoch werden Substanzen mit Ringen bevorzugt.
Gesättigte, alkyverzweigte, heterozyklische Verbindungen mit einem einzelnen Sauerstoffatom im Ring, werden bevorzugt, weil die Zweige der Alkylgruppen den Dampfdruck des Co-Lösungsmittels weiter senken. Die Substanz mit dem Ring kann Mehrfachverzweigungen der Alkylgruppen enthalten, obwohl ein einzelner Zweig bevorzugt wird. MTHF ist ein Beispiel eines heterozyklischen Ringes mit fünf Mitgliedern mit einem Methyl-Zweig neben dem Sauerstoffatom im Ring.
Substanzen mit Ringen, die Stickstoff enthalten, sind unter den Co-Lösungsmitteln der vorliegenden Erfindung enthalten, obwohl sie weniger bevorzugt werden, weil der Stickstoff als Heteroatom Produkte der Verbrennung bildet, die Oxide des Stickstoffes enthalten, die Umweltverunreinigungen sind. So werden die heterozyklischen Mittel, die Sauerstoff in den Ringen enthalten, gegenüber Ringe, die Stickstoffheteroatome enthalten, bevorzugt, wobei alkylierte Ringverbindungen besonders bevorzugt sind. Zusätzlich fungiert der Sauerstoff im Ring auch als Oxygenat und fördert das reinere Verbrennen der Zusammensetzung der Kraftstoffe für Motoren der vorliegenden Erfindung. So sind heterozyklische Mittel mit Ringen, die Sauerstoff enthalten, besonders bevorzugte Co- Lösungsmittel in der Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, weil sie Sauerstoff zu einer Treibstoffzusammensetzung zur Verfügung stellen können, damit er sauberer brennt; Und zusätzlich sind sie Co-Lösungsmittel, die den Dampfdruck der Mischungen der Kohlenwasserstoffe und des Alkohol von Treibstoffqualität senken.
Dementsprechend sind heterozyklische gesättigte Ringe mit fünf bis sieben Atomen, die Sauerstoff enthalten, am meisten bevorzugt. MTHF ist besonders bevorzugt. Während MTHF dafür bekannt ist, das Oktan für Benzin zu senken, verbessert es die Oktanbewertung von NGLs. MTHF hat überlegene Mischbarkeit mit Kohlenwasserstoffen und Alkohol und einen wünschenswerten Siedepunkt, Flammpunkt und Dichte. MTHF ist auch ein billiges Gebrauchsgut, das in den großen Mengen leicht vorhanden ist. MTHF hat auch einen höheren Wärmeinhalt als Alkohol von Treibstoffqualität, nimmt nicht wie Alkohol Wasser auf und ist folglich in einer Rohrleitung für Erdöl brauchbar. Dies erlaubt größere Mengen an Alkohol von Treibstoffqualität, die verwendet werden können, um den Antiklopf--Index der Zusammensetzung der Kraftstoffe für Motoren zu erhöhen.
Zusätzlich wird MTHF von der kommerziellen Produktion der Lävulinsäure aus zellulosehaltigen Biomasse-Abfällen gewonnen wie Hülsen vom Mais, Kolben vom Mais, Stroh, Hülsen der Hafers oder Reis, Vorräte an Zuckerrohr, Altpapier geringer Qualität, Papierschlamm als Abfall von Papiermühlen, von Holzabfällen und von ähnlichen Materialien. Die Produktion von MTHF aus diesen Abfallprodukten, die Zellulose enthalten, wird im USA Patent Nr. 4.897.497 offenbart. MTHF, das aus zellulosehaltiger Abfall-Biomasse produziert worden ist, ist als Co-Lösungsmittel in dem Treibstoffzusammensetzungen für Motoren der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt. Beispiele anderer verwendbarer Co-Lösungsmittel, die auf der Grundlage von Siedepunkt, Flammpunkt, Dichte und Mischbarkeit mit einem Alkohol von Treibstoffqualität und Pentanen plus vorgewählt werden, sind 2-Methyl-2-propanol, 2-Buten-2-on, Tetrahydropyran, 2-Ethyltetrahydrofuran (ETHF), 3,4-Dihydro-2H-pyran, 3,3-Dimethyloxetan, 2-Methylbutyraldehyd, Butylethylether, 3-Methyltetrahydropyran, 4-Methyl-2-pentanon, Diallylether, Allylpropylether und ähnliche. Wie von der oben genannten Liste offensichtlich ist, funktionenieren Ether mit kurzen Ketten wie heterozyklische Ringverbindungen hinsichtlich der Mischbarkeit mit Kohlenwasserstoffen und Alkohol von Treibstoffqualität und der Dampfdruckverringerung der resultierenden Zusammensetzung vom Kraftstoff für Motoren. Wie die heterozyklischen Mittel mit Ringen, die Sauerstoff enthalten, sind die Ether mit kurzen Ketten idealerweise auch Oxygenate, die den Dampfdruck senken.
Die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung schließt eine Menge n-Butan ein, die wirkungsvoll ist, um ein DVPE zwischen ungefähr 7 P/in² und ungefähr 15 P/in² bereitzustellen. Jedoch kann die Zusammensetzung so formuliert werden, daß ein DVPE von nur 3,5 P/in² entsteht. Das höhere DVPE ist in den Vereinigten Staaten Nordamerikas und in Europa während des Winters wünschenswert, um das Starten bei kalter Witterung zu begünstigen. Vorzugsweise wird das n-Butan aus NGLs oder CGL erhalten.
Die Treibstoffzusammensetzung schließt auch wahlweise herkömmliche Zusätze für Kraftstoffe für Ottomotoren mit ein. So kann die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung herkömmliche Quantitäten oberflächenaktive, Antischaum- und enteisenden Zusätze und ähnlicher Zusätze einschließen. Die Zusätze können von Rohöl abgeleitet werden; jedoch ist die bevorzugte Zusammensetzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im wesentlichen frei von Rohölderivaten.
Die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird mit herkömmlichen Techniken für das Mischen von Kraftstoffen hergestellt, die Ethanol enthalten. Um Verdampfungsverluste zu verhindern, wird vorzugsweise zuerst der dichte Co-Lösungsmittel-Bestandteil durch eine Öffnung in der Unterseite eines Misch-Behälters kalt (weniger als 21°C (70°F)) gepumpt. Dann werden die Kohlenwasserstoffe ohne Umrühren durch die gleiche Öffnung in der Unterseite des Behälters gepumpt, um Verdampfungsverluste herabzusetzen. Wenn es benutzt wird, wird N-Butan durch die Unterseite des Behälters kalt (weniger als 6°C (40°F)) gepumpt. Zunächst wird das Butan durch die untere Öffnung gepumpt, also wird es sofort verdünnt, damit der Dampfdruck an der Oberfläche herabgesetzt wird, um Verdampfungsverluste zu vermeiden. Wechselweise können zwei oder mehr von MTHF, Kohlenwasserstoffen und η-Butan, wenn sie verwendet werden, zusammen durch die untere Öffnung gepumpt werden. Wenn sie nicht am Verteileranschluß gemischt werden, können die zwei oder drei Teile als Mischung durch herkömmliche Rohrleitungen für Benzin erhalten werden. Da Ethanol alleine den Dampfdruck der Kohlenwasserstoffe erhöhen und Verdampfungsverluste fördern würde, wird das Ethanol vorzugsweise erst zugesetzt, nachdem das MTHF und das n-Butan (falls verwen det) bereits mit den Kohlenwasserstoffen gemischt sind. Dies erfolgt durch herkömmliche Spritz-Mischmethoden, um den Benzinkraftstoffen Ethanol beizumengen.
Somit wird für eine Mischung, die n-Butan, Ethanol, MTHF und Pentane plus enthält, zuerst das MTHF in den Misch-Behälter gepumpt. Ohne Bewegung werden Pentane plus durch die Unterseite des Behälters in das MTHF gepumpt, gefolgt vom n-Butan (falls verwendet). Schließlich wird Ethanol durch die Unterseite beigemischt. Die resultierende Mischung wird dann mit herkömmlichen Methoden zurückgewonnen und gespeichert.
Die Kohlenwasserstoffe, der Alkohol von Treibstoffqualität und das Co-Lösungsmittel werden in Mengen hinzugefügt, die so gewählt werden, um eine Treibstoffzusammensetzung zu erhalten, die gemessen nach dem ASTM D-2699 und D-2700 Standards einen minimalen Antiklopf-Index von 87 hat und gemessen nach ASTM D-5191 einen maximalen DVPE von 103 kPa (15 P/in²). Ein minimaler Antiklopf-Index von 89,0 wird bevorzugt, und ein minimaler Antiklopf-Index von 92.5 ist noch stärker bevorzugt. Im Sommer wird ein maximales DVPE von 56 kPa (8,1 P/in²) bevorzugt, wenn möglich sogar von 52 kPa (7,2 P/in²). Im Winter sollte das DVPE möglichst 103 kPa (15 P/in²) betragen, vorzugsweise zwischen ungefähr 83 kPa (12 P/in²) und 103 kPa (15 P/in²). Aus diesem Grund kann n-Butan der Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung in einer Menge beigemischt werden, die wirkungsvoll ist, um ein DVPE innerhalb dieses Bereiches zu erhalten.
In der bevorzugten Treibstoffzusammensetzung, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, besteht die Kohlenwasserstoffkomponente im wesentlichen aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen, die von NGLs erhalten werden, gemischt mit Ethanol MTHF und wahlweise n-Butan. Das Volumen der Kohlenwasserstoffe von NGLs, die beigemischt sein können, liegt ungefähr zwischen 10 und 50 Prozent. Das Volumen des Ethanols, das zugesetzt sein kann, liegt ungefähr zwischen 25 und 55 Prozent. Das Volumen von MTHF, das zugesetzt sein kann, liegt ungefähr zwischen 15 und ungefähr 55 Prozent, und das Volumen des η-Butans, das zugesetzt sein kann, liegt zwischen null und ungefähr 15 Prozent. Die mehr bevorzugte Treibstoffzusammensetzung enthält einen Volumenanteil von ungefähr 25 bis etwa 40 Prozent Pentanen plus, einen Volumenanteil von ungefähr 25 bis etwa 40 Prozent Ethanol, einen Volumenanteil von ungefähr 20 bis 30 Prozent MTHF und einen Volumenanteil von null bis ungefähr 10 Prozent n-Butan.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann als Kraftstoffmischungen für Sommer und Winter formuliert werden, mit den Werten T10 und T90 gemäß der Messungen von ASTM-D86 und ASTM-Spezifikationen für Sommer- und Winterkraftstoffe. Die Zusammensetzung der Erfindung für Wintermischungen ist deutlich flüchtiger als das herkömmliche Benzin, um das Starten des Motors bei kalter Witterung zu unterstützen. Die Werte T90 geben die Menge der schweren Bestandteile im Kraftstoff an. Diese Substanzen werden bei niedrigen Temperaturen als Primärquelle der unverbrannten Kohlenwasserstoffe während der Phase des Startens des Motors betrachtet. Die niedrigeren Werte der schweren Bestandteile in den Formulierungen der vorliegenden Erfindung führen auch zu verbesserten Emissionswerten. Die Menge des festen Rückstandes nach der Verbrennung beträgt nur ein Fünftel derjenigen, die üblicherweise im herkömmlichen Benzin gefunden wird.
Eine besonders bevorzugte Mischung des Kraftstoffs für Sommer enthält einen Volumenanteil von ungefähr 32,5 Prozent Pentane plus, einen Volumenanteil von ungefähr 35 Prozent Ethanol und einen Volumenanteil von ungefähr 32,5 Prozent MTHF. Diese Mischung wird wie folgt gekennzeichnet:
Die besonders bevorzugte Mischung des Kraftstoffs für Winter enthält einen Volumeanteil von ungefähr 40 Prozent Pentane plus, einen Volumenanteil von ungefähr 25 Prozent Ethanol, einen Volumenanteil von ungefähr 25 Prozent MTHF und einen Volumenanteil von ungefähr 10 Prozent n-Butan. Diese Mischung wird wie folgt gekennzeichnet:
Die bevorzugte Premium-Mischung für den Sommer enthält einen Volumenanteil von ungefähr 27,5 Prozent Pentane plus, einen Volumenanteil von ungefähr 55 Prozent Ethanol und einen Volumenanteil von ungefähr 17,5 Prozent MTHF. Die Mischung wird wie folgt gekennzeichnet:
Die bevorzugte Premium-Mischung für den Winter enthält einen Volumenanteil von ungefähr 16 Prozent Pentane plus, einen Volumenanteil von ungefähr 47 Prozent Ethanol, einen Volumenanteil von ungefähr 26 Prozent MTHF und einen Volumenanteil von ungefähr 11 Prozent n-Butan. Die Mischung wird wie folgt gekennzeichnet:
Somit wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung einen alternativen Kraftstoff bereitstellt, der im wesentlichen frei von Rohölprodukten ist und Ottomotoren bei minimalen Änderungen am Motor antreiben kann und dennoch gemischt werden kann, um Emissionen, hervorgerufen durch Verdampfungsverluste, zu begrenzen. Die vorliegende Erfindung zeigt Treibstoffzusammensetzungen, die weniger als 0,1 Prozent Benzol, 0,5 Prozent Aromaten, 0,1 Prozent Olefine und 10 ppm Schwefel enthalten. Die folgenden Beispiele veranschaulichen zudem die vorliegende Erfindung und sollen nicht als Grenze des Machbaren verstanden werden. Alle Anteile und Prozentsätze sind auf Volumina bezogen, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben. Alle Temperaturen sind Grad Fahrenheit angegeben.
BEISPIEL Nr.1
Eine Treibstoffzusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung wurde realisiert durch einen Volumenanteil von 40 Prozent Natürlichen Benzins von Daylight Engineering, Elberfield, Indiana, einen Volumenanteil von 40 Prozent reinem Ethanol 100% von Pharmco Products, Inc., Brookfield, Connecticut und einem Volumeanteil von 20 Prozent MTHF von Quaker Oats Chemical Company, W. Lafayette, Indiana. Zwei Liter Ethanol wurden zuerst mit einem Liter MTHF gemischt, um Verdampfungsverluste des Ethanols nach dem Lösen in Natürlichem Benzin zu vermeiden. Das Ethanol und das MTHF wurden vor dem Mischen auf 4°C (40°F), abgekühlt, um Verdampfungsverluste weiter herabzusetzen.
Zwei Liter des natürlichen Benzins wurden einem Misch-Behälter zugeführtt. Das natürliche Benzin wurde auch auf 4°C (40°F) abgekühlt um Verdampfungsverluste herabzusetzen. Die Mischung des Ethanols und des MTHF wurde dann dem natürliches Benzin zugesetzt. Die Mischung wurde fünf Sekunden lang leicht gerührt, bis eine gleichmässige, homogene Mischung erreicht wurde.
Der Inhalt des natürliches Benzin wurde durch Inchcape Testing Services (Caleb-Brett) von Linden, NJ analysiert. Danach hatte sie folgende Bestandteile:

Butan nicht gefunden

Isopentan 33 Vol.%

n-Pentan 21 Vol.%

Isohexan 26 Vol.%

n-Hexan 11 Vol.%

Isoheptan 6 Vol.%

n-Heptan 2 Vol.%

Benzol < 1 Vol.%

Toluol < 0,5 Vol.%
Obwohl sich Daylight Engineering bei diesem Produkt auf « natürlichem Benzin» bezieht, passt das Produkt sowohl gemäß der Definition der Gas Processor's Association als auch gemäß der Definition der vorliegenden Erfindung zu Pentanen plus.
Der Kraftstoff wurde getestet an einem Chevrolet Caprice Classic 1984 mit dem V-8 Motor, der einen Hub von 5,7 Litern (350 Kubikzoll) und einen Vierkammer-Vergaser (Kraftwagen-Kennnummer (VIN) 1GIAN69HEX149195) hat. Ein Vergaser-Motor wurde gewählt, damit die Justage der Leerlauf-Mischung des Kraftstoffs ohne elektronisches Einwirken möglich war. Es gab eine elektronische Kraftstoff-Steuerung mit deren Hilfe der Sauerstoffgehalt im Abgas, der Luftdruck im Verteilerrohr, Drosselposition und Kühlmitteltemperatur gemessen wurden. Abgastests wurden über zwei Drosselpositionen bei hohen (1950 U/min) und niedrigen Drehzahlen (720 U/min) gemessen. THC (Gesamtkohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid), O₂ und CO₂-Abgase wurden mit einem Viergas Analysator mit Abgassensor gemessen.
Der Motor wurde überprüft und eine defekte Vakuumleitung wurde ersetzt. Die Geschwindigkeit im Leerlauf des Motors und der Zeitpunkt der Zündung wurden gemäß der Spezifikationen des Herstellers eingestellt. Der Zündfunke schien gleichmäßig zu sein und zeigte, daß es kein Schwierigkeit mit der Zündkerze oder Zündleitungen gab. Das Ansaugvakuum war beständig zwischen 20 und 21 Zoll und zeigte keine Probleme mit den Kolbenringen oder den Einlaßventilen und Auslaßventilen an.
Als diese Tests durchgeführt wurden, gab es an den Tankstellen im Gebiet von New York kein herkömmliches Benzin. Folglich wurde kein Vergleich mit „Grundbenzin" gemäß Definition im Clean Air Act durchgeführt, sondern nur mit «reformuliertem Benzin», das bessere Verbrennungseigenschaften hat. Die Emissiontests, die an besagten Treibstoffzusammensetzungen durchgeführt wurden, wurden mit Sunoco (eingetragenes Warenzeichen) reformuliertem Benzin mit einer Oktanbewertung von 87 verglichen, das an einer normalen Tankstelle angeboten wurde. Die Tests wurden am gleichen Motor, am gleichen Tag und jeweils innerhalb einer Stunde durchgeführt. Die drei Tests umfaßten:

(1) Emissionstest für Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) und Kohlenmonoxid (CO) mit hoher und niedriger Leerlaufdrehzahl;
(2) Kraftstoffverbrauch bei hoher Leerlaufdrehzahl; und
(3) im Fahrbetrieb auf einer Strecke von 4,3 Kilometern (2,7 Meilen) auf Brennstoffökonomie und Fahrbarkeit.

Die Zusammenfassung der Emissiontests wird in der folgenden Tabelle gezeigt:
Es sollte angemerkt werden, daß die Anforderungen für Automobile im Staate von New Jersey vom Modelljahr 1981 bis heute, eine Begrenzungen der Emissionen auf THC < 220 ppm und CO < 1,2 Prozent sind.
Der Motor wurde mit einer hohen Leerlaufdrehzahl (1970 U/min) ungefähr sieben Minuten lang betrieben. Der Kraftstoffverbrauch für die oben genannte Treibstoffzusammensetzung war 650 ml in sechs Minuten und 30 Sekunden (100 ml pro Minute). Der Kraftstoffverbrauch für das neuformulierte Benzin war 600 ml in sieben Minuten (86 ml pro Minute). Der Fahrtest auf 4,3 Straßenkilometer (2,7 Meilen) zeigte keinen bedeutenden Unterschied im Kraftstoffverbrauch (900 ml für die oben genannten Treibstoffzusammensetzung und 870 ml für das reformulierte Benzin).
Verglichen mit dem re-formulierten Benzin, verringerte die oben genannte Treibstoffzusammensetzung die CO-Emissionen um Faktor 10 und die THC Emissionen um 43 Prozent. Im schnellen Leerlauftest war der Verbrauch der oben genannten Treibstoffzusammensetzung 14 Prozent höher als bei re-formulierten Benzin. Beim Test auf der Straße wurde kein nennenswerter Unterschied bezüglich des Fahrverhaltens beobachtet. Während der Beschleunigung bei Volleistung waren Klopfgeräusche mit dem reformulierten Benzin etwas deutlicher.
So wird angenommen, daß die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung für den Gebrauch in Ottomotoren benutzt werden kann. Eigenschaften der CO- und THC-Emission sind besser als bei reformuliertem Benzin (RFG), das eine bessere Verbrennung hat als normales Benzin. Die Unterschiede bezüglich des Kraftstoffverbrauchs sind vernachlässigbar.
DAS ZWEITE BEISPIEL
Eine Sommerkraftstoffinischung wurde analog zum ersten Beispiel vorbereitet und enthielt einen Volumenanteil von 32.5 Prozent an natürlichem Benzin (von Daylight Engineering), einen Volumenanteil von 35 Prozent Ethanol und einen Volumenanteil von 32,5 Prozent MTHF. Eine Winterkraftstoffmischung wurde wie in Beispiel I vorbereitet und enthielt einen Volumenanteil von 40 Prozent Pentane plus, einen Volumenanteil von 25 Prozent Ethanol, einen Volumenanteil von 25 Prozent MTHF und einen Volumenanteil von 10 Prozent n-Butan. Diese Motortreibstoffe wurden zusammen mit E_D85 (E85), einem bereits existierenden alternativen Kraftstoff geprüft. Er enthält 80 Prozent 200%-ig reinen Ethylalkohol und 20 Volumen-Prozent Indolen, wie durch das EPA in 40 C.F.R. §86 bestätigt und definiert. Er wurde bei Sunoco in Marcus Hook, Pennsylvania gekauft. Das E85 wurde entsprechend der Methode aus Beispiel I hergestellt. Die drei Kraftstoffe wurden gegen Indolen als Kontrolle auf einem Ford Taurus GL sedan Ethanol flexiblen-Kraftstoff Vehikel 1996 (VIN 1FALT522XSG195580) bei Betriebstemperatur des Motors geprüft. Die Prüfung der Emissionen wurde bei Compliance and Research Services, Inc. von Linden, NJ durchgeführt.
Der Kraftwagen wurde auf einem Dynamometer des Modells ECE-50 (mit aufgeteilten Rollen), das von Clayton, Inc. hergestellt wurde, geladen. Die Einstellung auf dem Dynamometer war für ein Trägheitstestgewicht von 1.700 Kilogramm (3.750 Pfund). Die Abgase wurden mit einem Gasanalysator des Modells CVS-40 (eingetragenes Warenzeichen), der von Horiba Instruments, Inc. hergestellt wurde, getestet. Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) wurden mit einem Model FIA-23A (eingetragenes Warenzeichen) Flammenionisations-Detektor (FID) von Horiba hergestellt, analysiert. Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxyd (CO2) wurden mit einem Horiba Nicht-Dispersionsinfrarotdetektor (NDIR) AIA-23 (eingetragenes Warenzeichen) analysiert. Die Einteilung der Kohlenwasserstoffe in Gruppen wurde an einem Gaschromatographen mit einem FID gemacht, das von Perkin Eimer, Inc. hergestellt wurde. Die Gaschromatographie-Säule war eine Supelco (eingetragenes Warenzeichen) 100 M × 0.25 Millimeter × 0.50 Mikron DH (eingetragenes Warenzeichen). Das komplette Testgerät für Emissionen wurde 1984 hergestellt.
Die Zusammenfassung der Emissionen, die direkt vom Absaugventilatorverteilerrohr gemessen wurden (vor dem katalytischen Konverter), werden in der folgenden Tabelle als die Prozentsatzverkleinerung von THC und von CO für jede Kraftstoffmischung gezeigt, die mit Indolen verglichen wird:
Die Treibstoffzusammensetzung brannte bei niedriger Bewegungsgeschwindigkeit im wesentlichen ähnlich wie Indolen, aber erheblich bessert bei 2500 U/min und höherer Geschwindigkeit. In den meisten Fällen verbrannten die Kraftstoffe so sauber wie oder sauberer als E85.
Die wesentliche Eigenschaft des Ford Taurus flexiblen-Kraftstoff Vehikels war seine Fähigkeit, das korrekte Verhältnis der Luft zum Kraftstoff für jede mögliche Mischung der verwendeten Kraftstoffe zu wählen. Das Vehikel wurde äußerlich zwischen den Tests in keiner Weise geändert. Der Computer zur elektronischen Messung der Emissionen und der Kraftstoff-Sensor zeigten, daß das vorgewählte Verhältnis der Luft zum Kraftstoff wie folgt war:

Indolen 14,6

Winter-Mischung 12,5

Sommer-Mischung 11, 9

E85 10,4
Die oben erwähnten Beispiele und Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, veranschaulichen, anstatt sie einzuschränken. Wie leicht zu erkennen ist, können zahlreiche Veränderungen und Kombinationen der oben festgelegten Eigenschaften verwendet werden, ohne dabei von der vorliegenden Erfindung gemäß den Ansprüchen abzuweichen. Alle solche Änderungen sollen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.

Claims

Treibstoffzusammensetzung für Ottomotoren, bestehend im Wesentlichen aus: einer Kohlenwasserstoffkomponente, bestehend im Wesenlichen aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus geradkettigen oder verzweigten Alkanen mit vier bis acht Kohlenstoffatomen, worin die Kohlenwasserstoffkomponente einen minimalen Antiklopf--Index von 65, gemessen über die D-2699 und D-2700 der American Society for Testing and Materials (ASTM), und ein maximales Trocken-Dampfdruck-Äquivalent (DVPE – dry vapor pressure equivalent) von 103 kPa (15 psi, eine Atmosphäre), gemessen über ASTM D-5191, hat; einen Alkohol von Treibstoffqualität; und ein Co-Lösungsmittel, mischbar sowohl in der Kohlenwasserstoffkomponente als auch dem Alkohol mit Treibstoffqualität; worin die Kohlenwasserstoffkomponente, der Alkohol mit Treibstoffqualität und das Co-Lösungsmittel in Mengen vorhanden sind, die zum Bereitstellen eines Motorentreibstoffes mit einem minimalen Antiklopf-Index von 87 wirksam sind, gemessen mittels ASTM D-2699 und ASTM D-2700, und worin die Treibstoffzusammensetzung weniger als 0,5 Vol:-% Aromaten, weniger als 0,1 Vol.-% Olefine und weniger als 10 ppm Schwefel umfasst.
Treibstoffzusammensetzung, wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffkomponente im Wesentlichen aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen besteht, ausgewählt unter Erdgaskondensat-Kohlenwasserstoffen und Kohlegaskondensator-Kohlenwasserstoffen.
Treibstoffzusammensetzung, wie in Anspruch 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffkomponente im Wesentlichen aus Erdgaskondensat-Kohlenwasserstoffen besteht, ausgewählt unter: (a) Naturbenzin und (b) Pentanen plus.
Treibstoffzusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffkomponente n-Butan umfasst und dass die Kohlenwasserstoffkomponente, der Alkohol von Treibstoffqualität und das Co-Lösungsmittel in Mengen vorhanden sind, die wirksam sind, ein DVPE zwischen etwa 83 kPa (12 psi, 0,8 atm) und etwa 103 kPa (15 psi, 1 atm) bereitzustellen.
Treibstoffzusammensetzung, wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Alkohol mit Treibstoffqualität um Ethanol handelt.
Treibstoffzusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Alkohol mit Treibstoffqualität um Methanol handelt.
Treibstoffzusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Lösungsmittel eine gesättigte, fünf bis sieben Atome enthaltende, heterozyklische Ringverbindung ist.
Treibstoffzusammensetzung, wie in Anspruch 7 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die heterozyklische Ringverbindung alkyl-substituiert ist.
Treibstoffzusammensetzung, wie in Anspruch 7 oder Anspruch 8 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringheteroatom Sauerstoff ist.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Lösungsmittel 2-Methyltetrahydrofuran (MTHF) ist.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 10 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Lösungsmittel 2-Ethyltetrahydrofuran (ETHF) ist.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffkomponente im Wesentlichen aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen besteht, ausgewählt unter Erdgaskondensat-Kohlenwasserstoffen, der Alkohol mit Treibstoffqualität Ethanol umfasst und das Co-Lösungsmittel MTHF ist.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 12 beansprucht, umfassend zwischen etwa 10 und etwa 50 Vol.-% der Erdgaskondensat-Kohlenwasser-stoffe, zwischen etwa 25 und etwa 55 Vol.-% Ethanol, zwischen etwa 15 und etwa 55 Vol.-% MTHF und zwischen 0 und etwa 15 Vol.-% n-Butan.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 13 beansprucht, umfassend von etwa 25 bis etwa 40 Vol.-% Pentane plus, von etwa 25 bis etwa 40 Vol.-% an Ethanol, von etwa 20 bis etwa 35 Vol.-% MTHF und von 0 bis etwa 10 Vol.-% n-Butan.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 14 beansprucht, mit einem minimalen Antiklopf--Index von 89,0.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 15 beansprucht, mit einem minimalen Antiklopf-Index von 92,5.
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 16 beansprucht, mit einem maximalen DVPE von 57 kPa (8,3 psi, 0,5 atm).
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 17 beansprucht, mit einem DVPE zwischen etwa 83 kPa (12 psi, 0,8 atm) und etwa 103 kPa (15 psi, 1 atm) .
Treibstoffzusammensetzung für Motoren, wie in Anspruch 13 beansprucht, umfassend etwa 32,5 Vol.-% Pentane plus, etwa 35 Vol.-% Ethanol und etwa 32,5 Vol.-% MTHF und aufweisend ein DVPE von etwa 57 kPa (8,3 psi, 0,5 atm) und einen Antiklopf--Index von etwa 89,7, oder umfassend etwa 40 Vol.-% Pentane plus, etwa 25 Vol.-% Ethanol, etwa 25 Vol.-MTHF und etwa 10 Vol.-% n-Butan und aufweisend ein DVPE von etwa 101 kPa (14,7 psi, 1 atm) und einen Antiklopf-Index von etwa 89,0 oder umfassend etwa 27,5 Vol.-% Pentane plus, etwa 55 Vol.-% an Ethanol und etwa 17,5 Vol.-% an MTHF und aufweisend ein DVPE von etwa 55 kPa (8,0 psi, 0,5 atm) und einen Antiklopf-Index von etwa 93,0 oder umfassend etwa 16 Vol.-% Pentane plus, etwa 47 Vol.-% an Ethanol, etwa 26 Vol.-% an MTHF und etwa 11 Vol.-% an n-Butan und aufweisend ein DVPE von etwa 101 kPa (14,6 psi, 1 atm) und einen Antiklopf-Index von etwa 93,3 oder umfassend etwa 40 Vol.-% Pentane plus, etwa 40 Vol.-% Ethanol und etwa 20 Vol.-% MTHF.
Verfahren zum Senken des Dampfdruckes eines Kohlenwasserstoff/Alkohol-Gemisches, umfassend das Mischen des Alkohols und einer Kohlenwasserstoffkomponente mit einer Menge an Co-Lösungsmittel für den Alkohol und die Kohlenwasserstoffkomponente, so dass eine ternäre Mischung erhalten wird mit einem Trocken-Dampfdruck-Äquivalent (DVPE), gemessen über D-5191 der American Society for Testing and Materials (ASTM), unterhalb des DVPE für eine binäre Mischung des Alkohols und der Kohlenwasserstoffkomponente, worin die Kohlenwasserstoffkomponente im Wesentlichen aus einem oder mehreren Koh lenwasserstoffen besteht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus geradkettigen oder verzweigten Alkanen mit vier bis acht Kohlenstoffatomen, und worin die ternäre Mischung weniger als 0,5 Vol.-% Aromaten, weniger als 0,1 Vol.-% Olefine und weniger als 10 ppm Schwefel umfasst.
Verfahren, wie in Anspruch 20 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol Ethanol ist.
Verfahren, wie in Anspruch 20 oder Anspruch 21 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol, die Kohlenwasserstoffe und das Co-Lösungsmittel vorhanden sind in Mengen, ausgewählt, um einen Motorentreibstoff mit einem minimalen Antiklopf--Index von 87, gemessen über ASTM D-2699 und D-2700, und einem maximalen DVPE von 103 kPa (15 psi, 1 atm) bereitzustellen.
Verfahren, wie in einem der Ansprüche 20 bis 22 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe und das Co-Lösungsmittel miteinander vorgemischt werden, bevor sie mit dem Alkohol gemischt werden.
Verfahren, wie in einem der Ansprüche 20 bis 23 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe Pentane plus umfassen, der Alkohol Ethanol umfasst und das Co-Lösungsmittel MTHF ist.
Verfahren, wie in einem der Ansprüche 20 bis 23 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Lösungsmittel ausgewählt ist unter MTHF und ETHF.
Verfahren, wie in einem der Ansprüche 20 bis 25 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffkomponente im Wesentlichen aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen besteht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Erdgaskondensat und Kohlegaskondensat als Kohlenwasserstoffen.