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Verfahren zur Gewinnung von Motorkraftstoffen DieErfindungbetrifft
die GewinnungvonMotorkraftstoffen, insbesondere Flugzeugmotorenkraftstoffen, aus
Erdölprodukten unter Zusatz von Bleitetraäthyl.
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Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, aus einer Erdölfraktion im
Benzinsiedebereich Isopentan bzw. eine aus reinem Isopentan bestehende Fraktion,
eine Fraktion mit dem Siedebereich von 45 bis 6q.° (Isohexanfraktion) und eine Fraktion
mit dem Siedebereich von 72 bis etwa g2° (Isoheptanfraktion), durch Fraktionieren
herauszuschneiden und diese Fraktionen mit der dritten Fraktion als Hauptteil so
miteinander zu vermengen, daß der Prozentsatz der ersten Fraktion 2o °/o und der
Prozentsatz der zweiten Fraktion 25 °/o des Gemisches nicht übersteigt.
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Auf diese Weise wird ein hervorragender Motorkraftstoff erhalten,
insbesondere ein sogenanntes Fliegerbenzin, d. h. ein Kraftstoff für Flugzeugmotoren,
der allen Anforderungen gerecht wird. Mit besonderem Vorzug wird das Gemisch der
drei Fraktionen so zusammengesetzt, daß in dem Endprodukt die erste Fraktion nicht
über 2o °/o, die zweite nicht über 35 °/o und die dritte Fraktion nicht über 55
% beträgt.
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Bevor auf Einzelheiten des Verfahrens der Erfindung eingegangen und
dieses durch Ausführungsbeispiele erläutert wird, seien zunächst einige Bemerkungen
allgemeiner Natur vorausgeschickt.
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Bisher wurde im wesentlichen die Oktanzahl als Maßstab für die Güte
von Treibstoffen angewendet, und für Flugzeugmotorenkraftstoffe wurde üblicherweise
ein Gemenge mit einer Oktanzahl von go bis ioo durch Vermischen von Destillaten
des betreffenden Siedebereichs mit synthetischen Isoparaffinen hergestellt. Als
solche wurden sogenannte Alkylate verwendet, wie sie durch Einwirkenlassen von z.
B. Butenen auf Isobutan oder Pentenen oder Propen auf Isobutan,
hydrierte
Polymere von Olefinen, wie Isobuten, n-Butene oder Propen oder hydrierte Copolymere
von Isobuten und n-Butenen erhalten werden können. Zu dem Gemenge wurde dann Bleitetraäthyl
zugegeben, z. B. in einer Menge von o,65 bis 1,3 ccm pro Liter.
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Nun ist aber die Oktanzahl kein recht geeigneter Maßstab für die Klopffestigkeit
bzw. die Kraftleistung eines Motorkraftstoffes. Motorkraftstoffe mit verhältnismäßig
hoher Oktanzahl von z. B. etwa zoo zeigen je nach der Zusammensetzung mitunter geringere
Leistungswerte als ein anders zusammengesetzter Kraftstoff der gleichen Oktanzahl
oder sogar ein Kraftstoff mit niedrigerer Oktanzahl.
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Bei Verwendung von Straight-run-Destillaten aus naphthenischen Rohölen
für die Herstellung von Flugzeugmotorenkraftstoffen sind, wie gefunden wurde, Gemenge
mit synthetischen Isoparaffinen dann befriedigend, wenn der Gehalt an diesen Stoffen
5o bis 6o Volumprozent beträgt; sie weisen dann gute Kraftleistung auf. Werden jedoch
Straight-run-Destillate aus paraffinischen Rohölen verwendet, so haben Gemenge mit
synthetischen Isoparaffinen von einer Oktanzahl des Gemenges von etwa roo nur dann
befriedigende Eigenschaften, wenn der Prozentsatz an den synthetischen Paraffinen
erheblich höher liegt, z. B. in der Größenordnung von 7o bis go °(o. Die Verwendung
derartig großer Mengen an synthetischen Isoparaffinen ist bis zur Unwirtschaftlichkeit
kostspielig.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, befriedigende Kraftstoffe,
insbesondere Flugzeugmotorenkraftstoffe, aus Straight-run-Destillaten von Mineralölen
herzustellen unter Vermeidung oder Verringerung von kostspieligen Zusätzen, wie
Isoparaffinstoffen, und ferner die Aufgabe gestellt, solche Kraftstoffe herzustellen
unter ausschließlicher oder fast ausschließlicher Verwendung von Straight-run-Destillaten
oder Fraktionen solcher Destillate.
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Wird als Ausgangsmaterial für das Verfahren der Erfindung paraffinisches
iranisches Erdöl verwendet, so wird das Rohöl zunächst destilliert unter Abnahme
einer Fraktion oder von Fraktionen im Siedebereich der Flugzeugmotorenkraftstoffe.
Diese Fraktion oder diese Fraktionen werden dann gemäß der Erfindung einer Feinfraktionierung
unterzogen, die gemäß dem folgenden Verfahrensschema durchgeführt werden kann, zur
Erhaltung hochkonzentrierter Fraktionen, und zwar einer Isopentanfraktion, einer
Isohexanfraktion mit dem Siedebereich von 45 bis 64' und einer Isoheptanfraktion
mit dem Siedebereich von 72 bis etwa g2'. Die Isohexanfraktion weist eine hohe Oktanzahl
auf und enthält Cyclopentan sowie Dimethylbutane und die etwa im Siedebereich von
45 bis 64' siedenden Methylpentane. Die Isoheptanfraktion weist ebenfalls eine hohe
Oktanzahl auf und enthält die cyclischen Kohlenwasserstoffe und die verzweigtkettigen
Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von etwa 72 bis g2'. Diese aus der Ausgangsfraktion
bzw. den Ausgangsfraktionen im Siedebereich der Flugzeugmotorenkraftstoffe gesammelten
Fraktionen werden gemäß der Erfindung dann. miteinander vermengt, und es wird also
gemäß der Erfindung lediglich unter Verwendung von Fraktionen von Straight-run-Destillaten
ein bei Zusatz von Bleitetraäthyl vorzüglicher Motorkraftstoff erhalten, wenn in
dem Gemenge die Isoheptanfraktion überwiegt und die Isopentanfraktion 2o °J1, und
die Isohexanfraktion 25 °/o nicht übersteigt.
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Durch das Herausschneiden des n-Pentans, des n-Hexans und des n-Heptans
und der schwereren Kohlenwasserstoffe aus dem Straight-run-Destillat bzw. durch
das Fehlen dieser Stoffe bzw. Fraktionen in dem Endprodukt werden die bisherigen
Übelstände beseitigt, und es wird auf wirtschaftliche Weise, ohne die Notwendigkeit
der Verwendung kostspieliger Zusatzstoffe, wie synthetischer Isoparaffine, ein hochwertiger
Kraftstoff, insbesondere Flugzeugmotorenkraftstoff, erhalten.
| Fraktion vom Flugzeugmotorenkraftstoffsiedebereich |
| Schwerere |
| Feinfraktionierung Kohlenwasserstoffe |
| 1 Siedepunkt > 300' C |
| Isopentan Isohexan Isoheptan |
| n-Heptan |
| n-Pentan n-Hexan und schwerere |
| Kohlenwasserstoffe |
| Lösungsmittelextraktion E |
| Raffinat Extrakt |
| Destillation |
| geringerwertiges Material |
| Aromaten Lösungs- |
| mittel |
| Kraftstoff Oktanzahl zoo nach |
| Zusatz von Bleitetraäthyl |
Das Vorgehen gemäß der Erfindung sei an Hand einer eingehenden
Verfahrensbeschreibung erläutert.
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Wird eine leichte Fraktion eines iranischen Rohöls in einer Kolonne
mit 75 theoretischen Böden destilliert, so ergeben sich die in der folgenden Tabelle
aufgezeigten Fraktionen:
| Tabelle i |
| Siede Oktan- |
| Punkt °C I zahl |
| C,H.12 (Pentan-Isomere) |
| Isopentan .......... 27,8 89 N-Pentan . . . . . . .
. . . 36,o8 61 a -' |
| Isohexanfraktion |
| Cyclopentan . . . . . . . . 49,5 83 |
| 2, 2-Dimethylbutan. . 49,7 96 |
| 2, 3-Dimethylbutan. . 58,1 95 b |
| 2-Methylpentan ..... 6o,3 73 |
| 3-Methylpentan ..... 63,2 75 |
| N-Hexan .......... 68,8 25 |
| Isoheptanfraktion |
| Methylcyclopentan .. 72,0 82 |
| Benzol............. 8o,i 108 |
| 2, 2-Dimethylpentan . 79,3 93 |
| 2, 4-Dimethylpentan . 8o,6 82 |
| Cyclohexan . . . . . . . . . 8o,8 77 |
| 2, 2 # 3-Trimethylbutan 81,o Isooctane |
| lcc. T. E. L. |
| i-Methyl-2-isopropyl- |
| cyclopropan ...... 8i,o |
| 3, 3-Dimethylpentan . 86,o etwa 84 c |
| i, i-Dimethylcyclo- |
| pentan . . . . . . . . . . . 87,5 etwa 8o |
| 2, 3-Dimethylpentan . 89,8 89 |
| 2-Methylhexan ...... go,i etwa 45 |
| i, 3-Dimethylcyclo- |
| pentan . . . . . . . . . . . 90,7 etwa 8o |
| trans-i, 2-Dimethyl- |
| cyclopentan ...... gi,8 etwa 8o |
| 3-Methylhexan ...... gi,8 etwa 45 |
| 3-Äthylpentan ...... 93,3 |
| N-Heptan . . . . . . . . . . 98,4 |
Durch Vermengen der Isopentanfraktion a und der Isohexanfraktion b und der Isoheptanfraktion
c wird ein Gemenge mit einer Oktanzahl von 78, das nach Zusatz von o,88 ml Bleitetraäthyl
(flüssig) pro Liter eine Oktanzahl von
96 aufweist, erhalten.
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Die Gewinnung der hochgradig reinen Fraktionen und das Ausschneiden
der Fraktionen geringerer Brauchbarkeit durch die Feinfraktionierung kann nach dem
folgenden Verfahren durchgeführt werden.
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Die Trennung der Isopentan- und der n-Pentanfraktionen in praktischer
Reinheit kann leicht bewerkstelligt werden, da andere Produkte nur in sehr geringen
Mengen, z. B. i bis 3 Volumprozent, anwesend sind.
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Die Isohexanfraktion kann bei iranischem Rohöl leicht durch Sammeln
einer Fraktion mit dem Siedebeginn von 45 und dem Siedeschluß von 64° erhalten werden,
jedoch muß die Fraktionierung genau durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß
die Fraktion nur wenig n-Pentan und ebenfalls nur wenig n-Hexan enthält.
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Bei der Isoheptanfraktion soll eine Fraktion mit dem Siedebeginn von
72° und dem Siedeschluß von etwa g2° gesammelt werden. Auch hier ist sorgfältig
zu fraktionieren, um sicherzustellen, daß die Fraktion so viel Methylcyclopentan
(Oktanzahl 82) wie möglich und so wenig n-Hexan wie möglich auf der niedrigsiedenden
Seite und so viel Dimethylcyclopentane wie möglich und so wenig 3-Methylhexan (Oktanzahl
45) und 3-Äthylpentan (Oktanzahl etwa 45) wie möglich an der höhersiedenden Seite
enthält. Ein vollständiges Herausschneiden bzw. Trennen der Fraktionen mit niedriger
Oktanzahl und hoher Oktanzahl ist jedoch auch unter den beschriebenen Bedingungen
der Feinfraktionierung nicht möglich. Infolge des besonderen Dampfdruckverhältnisses
von Gemengen von n-Hexan und Benzol enthält die n-Hexanfraktion (n-Hexan Oktanzahl
25) eine geringe Menge Benzol (Oktanzahl Zoo), z. B. i bis 5 °/o. Auch liegen
die Siedepunkte einiger Kohlenwasserstoff e von erheblich unterschiedlicher Oktanzahl
so nah aneinander, daß eine vollständi;e Trennung unmöglich ist. So hat z. B. das
transi, 2-Dimethylcyclopentan (Oktanzahl 8o) praktisch den gleichen Siedepunkt (gi,8)
wie 3-Methylhexan mit einer Oktanzahl von etwa 45.
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Bei Verwendung der höchsten noch wirtschaftlichen Zahl von Böden und
eines hohen Rückflußverhältnisses sowie sorgfältiger Fraktionierung kann die Verunreinigung
bzw. Vermischung der Fraktionen durch Kohlenwasserstoffe benachbart liegender Siedepunkte
und niederer Oktanzahl auf ein Minimum herabgesetzt werden, so daß die erwünschten
Eigenschaften des Endgemisches und seine Oktanzahl nicht oder nicht wesentlich herabgemindert
werden.
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Wird das gleiche Ausgangsmaterial wie üblich destilliert bzw. fraktioniert,
so ergibt sich ein Produkt vom Siedebeginn von z. B. 37 und einem Siedeschluß von
z. B. 67,5° mit der Oktanzahl von nur 71,1. Bei Fraktionen mit höherem Siedebeginn
und höher liegendem Siedeschluß sinken die Oktanzahlen.
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Die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung herausgeschnittenen Fraktionen,
also z. B. die 11-Heptanfraktion sowie die höhersieden.den Kohlenwasserstoffe können
einer Lösungsmittelextraktion unterzogen werden, wonach das Raffinat den herausgeschnittenen
n-Pentan- und n-Hexanfraktionen zugefügt wird, während der Extrakt destilliert werden
kann. und die aromatischen Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von Motorkraftstoffen
durch Fraktionierung abgetrennt werden können. Die abgetrennten aromatischen Kohlenwasserstoffe
können zwecks Konzentrierung weiterbehandelt werden und können den durch die Feinfraktionierung
erhaltenen Fraktionen bzw. dem Gemenge zugefügt werden.' Nach einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird dem Gemenge aus der Isopentanfraktion, der Isohexanfraktion
und der Isoheptanfraktion, d. h. den Fraktionen von Kohlenwasserstoffen mit hoher
Oktanzahl, Toluol oder ein anderer aromatischer Kohlenwasserstoff oder Kohlernwasserstoffe,
soweit ihre Siedepunkte im Motorkraftstoffbereich liegen, zugefügt.
Die
Bedingungen der Feinfraktionierung richten sich naturgemäß nach der Zusammensetzung
des Rohöls bzw. des Ausgangsmaterials. Die Siedebereiche der gesammelten Fraktionen
werden gemäß dieser Zusammensetzung eingestellt, und zwar derart, daß Fraktionen
gesammelt und danach vermengt werden, die möglichst nur Kohlenwasserstoffe von.
hoher Oktanzahl besitzen, und daß Fraktionen herausgeschnitten werden, mit Kohlenwasserstoffen
von niedriger Oktanzahl.
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Mitunter kann es angebracht sein, z. B. bei der Toluol- und Xylolfraktion,
die mitunter Isoparaffine und normale Paraffine und/oder Naphthene von niedriger
Oktanzahl enthalten, eine Lösungsmittelextraktion, z. B. mit flüssigem S02 bei Temperaturen
von - 18 bis - 57° anzuwenden zur Erzeugung von Fraktionen mit einem Gehalt von
9o bis 95 % an aromatischem Kohlenwasserstoff, die dann dem Gemenge bzw.
den Fraktionen zugesetzt werden.
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Im folgenden sei die Erfindung an einigen Gemenge verschiedener Zusammensetzung
zeigenden Beispielen veranschaulicht. Beispiel = Ein Gemenge aus 2o Volumprozent
Isopentan, io Volumprozent der Isohexanfraktion, 5o Volumprozent der Isoheptanfraktion
und 2o Volumprozent Toluol weist nach Zusatz von o,88 ml Bleitetraäthyl (flüssig)
pro Liter die ausgezeichneten Eigenschaften eines üblichen Flugzeugmotorenkraftstoffs
von der Oktanzahl ioo auf, bringt gute Leistungswerte sowohl in luftgekühlten als
auch in wassergekühlten Flugzeugmotoren bei allen Mischungsverhältnissen von Luft
zu Kraftstoff. Beispiel 2 Ein aus iranischem Rohöl fraktioniertes Gemenge aus io
Volumprozent Isopentan, 2o Volumprozent der Isohexanfraktion und 7o Volumprozent
der Isoheptanfraktion weist eine Flüchtigkeit von 30 °/o bei 7o° und von ioo °/o
bei ioo° auf. Die Oktanzahl ist 75. Bei Zusatz von o,88 ml Bleitetraäthyl pro Liter
wird ein Gemenge von vorzüglichen Eigenschaften erhalten. Beispiel 3 Ein Gemenge
aus io Volumprozent Isopentan, 2o Volumprozent der Isohexanfraktion, 5o Volumprozent
der Isoheptanfraktion und 2o"/, eines Aromatenextraktes ergibt nach Zusatz von o,88
ml Bleitetraäthyl pro Liter vorzügliche Ergebnisse in einem Flugzeugmotor bei allen
Mischungsverhältnissen.