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Flugbenzin Die Erfindung betrifft ein Flugbenzin mit einem Siedebereich
von etwa 38 bis 177', das aromatische Kohlenwasserstoffe mit 7 bis
io Kohlenstoffatomen in einer Menge vou 2 bis 22 Volumprozent und verzweigte Alkyläther
von 2 bis io Volumprozent enthält, beides auf die gesamte Treibstoffmenge bezogen,
wobei das Volumenverhältnis zwischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und den Alkyläthern
o,5 bis 2,5,
vorzugsweise i bis 2 beträgt. Der verzweigte Alkyläther ist vorzugsweise
Düsopropyläther, dessen Menge 3 bis 7 Volumprozent der gesamten Treibstoffmenge
ausmacht.
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Verschiedene Arten und Verfahren zur Herstellung von Flugbenzinen
sowie die Verwendung von Bei-, mischungen, z. B. von verzweigten Alkyläthem und
Aminen, sind in der Technik bekannt. Flugbenzine
haben in der Regel
einen verhältnismäßig engen Siedebereich, z. B. den obengenannten Bereich von etwa
38 bis 177'. Um völlig zufriedenzustellen, müssen diese Flugbenzine
hinsichtlich der Mindestoktanzahl, die mit einer mageren und einer reichen Mischung
erzielt wird, bestimmte Bedingungen erfüllen. Außerdem müssen die Flugbenzine noch
andere Voraussetzungen erfüllen; so müssen sie z. B. einen Mindestheizwert, ausgedrückt
in kcal/kg, eine genügende Beständigkeit gegenüber der Berührung mit Wasser ohne
übermäßigen Verlust durch Auflösung in diesem Wasser, einen niedrigen Gefrierpunkt
und einen geringen oder unbedeutenden Gehalt an nichtflüchtigen Harzen oder Rückständen
nach der Verdampfung haben.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, verzweigte Äther zu verwenden, um
die Neigung des Flugbenzins zum Klopfen herabzusetzen. Zu den für diesen Zweck verwendbaren
verzweigten Äthern gehören Methyltert.-butyläther, Methyl-tert.-amyläther, Di-tert,
butyläther und andere Homologe, die insgesamt 4 bis 8 Kohlenstoffatome pro
Molekül und wenigstens eine verzweigte Alkylgruppe haben. Di-isopropyläther oder
Isopropyläther, wie er gemeinhin genannt wird, ist typisch für die bisher in der
Technik verwendeten verzweigten Äther, wobei man als Beimischung für einen Kraftstoff
Konzentrationen von 5 bis 50 0/, oder mehr anwandte. Es -warde ferner
vorgeschlagen, Methyl-tert.-butyläther als Beimischung für Flugbenzin zu verwenden,
um besonders erstrebenswerte Antildopfeigenschaften zu erzielen.
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Die verzweigten Äther haben im Flugbenzin, sowohl in mageren als auch
in reichen Benzin-Luft-Mischungen, hohe Antiklopfwerte. Jedoch haben die Äther einen
geringeren kalorischen Wert als die Kohlenwasserstoffe, aus denen Flugbenzin besteht,
und da der Flugbereich des Flugzeugs von dem kalorischen Wert der Treibstoffmenge
abhängt, die das Flugzeug mitführen kann, ist es nicht zweckmäßig, die Äther in
wesentlichen Mengen in einem solchen Treibstoff zu verwenden. Es ist ein anerkannter
Grundsatz in der Technik, daß ein solcher Treibstoff einen reinen kalorischen Wert
von wenigstens 10 400 kcal haben soll. Flugbenzin von der in der US.-Qualitätsvorschrift
MIL = F-5572 angegebenen Qualität von ioo/i3o wurde untersucht, und es wurde ein
reiner Heizwert von io 564 kcal/kg festgestellt. Es ist deshalb einleuchtend, daß
nach der vorliegenden Erfindung ein verzweigter Alkyläther in Konzentrationen beigemischt
wird, die io "/, nicht überschreiten und vorzugsweise zwischen 3 und
7 Volumprozent des Flugbenzins hegen.
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Unter den Kohleriwasserstoffen, wie z. B. Paraffinen, Isoparaffinen,
Naphthenen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, die im Flugbenzin enthalten sein
können, haben die asomatischen Kohlenwasserstoffe den -niedrigsten Heizwert. Man
ist deshalb bei der Herstellung von Flugbenzin dazu übergegangen, den
- Volumengehalt aller aromatischen Bestandteile, die einen geringeren Heizwert
als io ooo kcal/kg haben, auf eine maximale Gesamtkonzentration von 25 04
und gewöhnlich auf eine Konzentration nicht über 2o0/, bei einer nur aus Kohlenwasserstoffen
bestehenden Zusammensetzung zu beschränken. Da die Motoroktanzahl der meisten aromatischen
Kohlenwasserstoffe irn Siedebereich des Flugbenzins ebenso hoch oder höher als die
Oktanzahl der meisten verzweigten Äther und insbesondere des Di-isopropyläthers
ist, und da der Heizwert der Äther geringer ist als der Heizwert der aromatischen
Mittel, ist es bisher nicht üblich gewesen, verzweigte Äther zusammen mit aromatischem
Kohlenwasserstoff in Flugbenzin als Beimischung zu verwenden. Nach der vorliegenden
Erfindung werden aromatische Kohlenwasser-ofife mit 7 bis io Kohlenstoffatomen
pro Molekül und vorzugsweise solche mit 8 oder 9 Kohlenstoffatomen
in einer maximalen Gesarntkonzentration von :z2 0/, zusammen mit verzweigten Äthern
in geringerer Konzentration dem Flugbenzin beigernischt.
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Wie oben schon angeführt, haben die verzweigten Äther im Flugbenzin
hohe Antildopfwerte. Ihre Beimischungen haben eine gute Wassertoleranz mit nur geringem
Verlust durch Überführung der Beirnischung von der Benzinphase zur Wasserphase.
Die Beimischungen können und lösen auch tatsächlich bei der gegebenen Temperatur
mehr Wasser, als es ein nur aus einem Kohlenwasserstoffgemisch bestehendes Flugbenzin
vermag. Bei der Herstellung und Lagerung wird Flugbenzin mit Wasser, womit es in
Berührung gebracht wird, gesättigt. Ein typisches gesättigtes Flugbenzin enthält
bei Zimmertemperatur etwa 0,003 Volumprozent Wasser. Geringe Beimischungen
von 5 0/0 an verzweigtem Äther in einem solchen Flugbenzin ergeben bei Sättigung
wenigstens o,oo6 Volumprozent Wasser.
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Die Löslichkeit des Wassers in Flugbenzin und in Beimischungen von
verzweigten Äthern mit Flugbenzin läßt mit abfallender Temperatur merklich nach.
Die Löslichkeit des Wassers verringert sich um
das Zehnfache, wenn die Temperatur
von 38 auf -18' abfällt. Beim Flug finden zwischen dem Boden und hoben Flughöhen
normalerweise Temperaturstürze von 38' und mehr in den Treibstoffsystemen
des Flugzeuges statt. Fällt die Temperatur, so wird das Wasser, das bei der höheren
Temperatur in Lösung zugegen war, bei der niedrigeren Temperatur ausgeschieden.
Liegt die Temperatur unter o', so wird das Wasser als ein Feststoff in Form von
Eiskristallen oder Schnee ausgefällt.
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Die Treibstoffsysteme des Flugzeuges haben feine Filter von etwa i2oo
Maschen pro cm2 oder auch Poren von einem Durchmesser von nur io Mikron, die schnell
durch Eiskristalle verstopft werden. Wird der Treibstofffluß auf diese Art plötzlich
unterbrochen, so kann dies für das Flugzeug unheilvolle Folgen haben. je größer
der ursprüngliche Wassergehalt in dem Treibstoff ist, desto größer ist das Gewicht
des ausgefällten Eises in einem gegebenen Treibstoffvolumen oder während einer gegebenen
Dauer des Treibstoffflusses durch das Filter. Bei Mischungen von verzweigten Äthern
im Flugbenzin ist nicht nur die Menge des so ausgeschiedenen erstarrten Wassers
größer als bei gewöhnlichem Flugbenzin, sondern das Wasser erstarrt auch in Form
von flockigem Schnee, der eher dazu neigt, die Filter zu verstopfen als feine Eiskristalle.
| Qualitätsunterschied bei der Verwendung von Diisopropyläther, |
| 100/13o Treibstoff Flugbenzin'nach der |
| 5 0/0 Däso- Qualitätsvorschrift |
| kein Äther 1 propyläther MIL-F-5572 |
| Untersuchungen |
| Bleitetraäthylgehalt (cm3/i 1), .................. 0,78
0,79 1,21 max. |
| Dampfdruck nach Reid, kg/CM2 ............... 0,45 0,415
0,40-0,51 |
| ASTM-Harzbildung, Mg/CM3 ................... 1,0 0,8 3,0
max. |
| Harz, mg/ioo cm3 iß i,q 6,o max. |
| Harzbildung nach 16 Stunden Ausfällung |
| mg/ioo CM3 0 0 2,o max. |
| Korrosionsprüfung mit Kupferstreifen, 3 Stunden keine
keine keine, leicht verfärbter |
| bei ioo . ................................... Beanstandung
Beanstandung Kupferstreifen |
| Erstarrungspunkt ............................. . unter
-67' unter -67' unter -6o' |
| Prüfung auf Wassertoleranz, Verlust üi cm3 ...... 0 0
2,o max. |
| Reiner Heizwert, kcal/kg ........................ 10571
10495 10 400 mÜL |
| ASTM-Destillation (bei 4 bis 5 cm3/Min.) |
| :[0 0/«-Punkt ..................................
680 68" 75' max. |
| 4o 0/,-Punkt .................................... 87 860
750 min. |
| 50 0/ü-Purikt ..................................
940 92 0 1050 max. |
| go 0/07Punkt ......................................
116' 115' 135' max. |
| Endpunkt .................................... 169' 168'
169' max. |
| Summe des io0/0- und 500/ü-Punlctes ............ 162'
16o' 1:35' min. |
| Destillationsverlust, 0/0 ........................ I, --
0,5 1:,5 max. |
| Rückstand nach der Destillation, 0/, ............. oß
1,0 1,5 max. |
| Oktanzahl ioo bei armen Mischungen (5,4 bis 6,3 kg Luft
pro 0,45 kg Treibstoff). |
| Leistungszahl i3o bei reichen Mischungen (4,05 bis 4,5o
kg Luft Pro 0,45 kg Treibstoff). |
Unter den Kohlenwasserstoffen, die in wesentlichen Mengen im Flugbenzin anwesend
sein können, haben die aromatischen die größte Neigung, Wasser aufzulösen. Zum Beispiel
lösen Benzol und Toluol bei
38' etwa o,45 Molprozent Wasser auf, wogegen
die Naphthene und Isoparaffine in Flugbenzin etwa
0,13 Molprozent Wasser
auflösen. Bei io' beträgt die vergleichbare Löslichkeit des Wassers o,i7 Molprozent
bzw.
0,035 Molprozent. Da ein hoher Löslichkeitsgrad des Wassers in Flugbenzin
bei gewöhnlichen Temperaturen aus den oben angeführten Gründen unerwünscht ist,
und da beide, verzweigter Äther und aromatische Kohlenwasserstoffbestandteile dazu
neigen, mehr Wasser zu lösen, als normalerweise von Flugbenzin gelöst wird, ist
es bisher auch aus diesen Gründen nicht üblich gewesen, beide Bestandteile zusammen
in Beimischungen für Flugbenzin zu verwenden.
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Es wurde nun gefunden, daß die Voraussetzungen hinsichtlich des Heizwertes
und die qualitativen Erfordernisse hinsichtlich eines ausgeglichenen Anti-Idopfverhaltens
in mageren und reichen Treibstoff-Luft-Mischungen z. B. erfüllt werden können und
die Neigung des Treibstoffes, zu vereisen, wesentlich herabgesetzt wird, wenn aromatische
Kohlenwasserstoffe in Verbindung mit verzweigten Äthern in regulierten Mengen in
Flugbenzinen verwendet werden. Beispiel i Die Neigung verzweigter Äther, die Wasserlöslichkeit
in Flugbenzinmischungen zu erhöhen und folglich auch die Temperatur zu erhöhen,
bei der die Büdung der Eiskristalle bemerkbar wird, wird durch die folgenden Angaben
gezeigt. Eine Probe Alkylatf.lugbenzin und eine Mischung isoparaffinischer Kohlenwasserstoffe,
die normalerweise wenigstens 5o Volumprozent des Flugbenzins darstellen, werden
als Basis für die Mischungen gewählt. Alkylatflugbenzin wird industriell # durch
Behandlung von Isobutan mit Butenen und/oder Pentenen in Gegenwart eines Katalysators,
wie Schwefelsäure oder Fluorwasserstoffsäure, hergestellt. Die Alkylatprobe hat
einen »Erstarrungspunkt« unter -6o'. Der »Erstarrungspunkt« wird durch die Temperatur
bestimmt, bei der die Bildung einer Phase aus Feststoffen oder Kristallen zuerst
in einem Prüfrohr sichtbar wird. Da die Bestimmungen für Flugbenzüi einen maximalen
Erstarrungspunkt von -6o' vorschreiben, ist es üblich, nur »unter -6o'(c anzugeben,
wenn eine Probe der Bestimmung entspricht. Das Grundbenzin und seine Mischkomponente
mit verschiedenen verzweigten Äthem werden heftig mit Wasser geschüttelt und etwa
24 Stunden -über Wasser gelagert. Dann wird die Treibstoffprobe sorgfältig mit einer
Pipette von der Wasserschicht abgehoben und untersucht, wobei sich die folgenden
Ergebnisse zeigen:
| Zusammensetzung der Probe, |
| mit Wasser gesättigt SicÜtbarer |
| »F-rstarrungs- |
| Alkylat Verzweigter Äther punkt« |
| % % Name |
| 100 - unter -6o' |
| 95 5 Methyl-tert.-butyl -40' |
| go 10 Methyl-tert.-butyl -340 |
| 95 5 Äthyl-tert.-butyl. unter -6o' |
| go 10 Äthyl-tert.-butyl -510 |
Beispiel 2 Die vorteilhafte Auswirkung der Zugabe einer geringen Menge eines aromatischen
Kohlenwasserstoffs, nämlich Toluol, zeigt sich bei der Durchführung derselben Versuche
mit folgenden Zusammensetzungen:
| Wirkung der aromatischen Kohlenwasserstoffe bei niedrigen Temperaturen |
| Filtrierbarkeit des Flugbenzins |
| Zeit bis zur Verstopfung des Filters in Minuten |
| .Volumprozent des der hfischung zugegebenen aromatischen Kohlenwasserstoffes |
| 0 0,25 015 1 3 10 |
| C, Toluol ................ - - 18 - 9 |
| C, Xylole ................ 40 ioo+ ioo+ ioo+
- |
| Äthylbenzol .............. 68 ioo+ - - |
| C, Isopropylbenzol ........ 5 - 45
ioo+ - - |
| Trimethylbenzole ......... go ioo+ - - |
| C" sek.-Butylbenzol ....... 40 - - |
| Cl, Triäthylbenzol ......... 18 - - |
Die Erfindung bezieht sich auf Flugbenzine, die etwa in dem Bereich von
38 bis 177' sieden. Flugbenzin kann aus einer Vielzahl von Bestandteilen,
wie z.-B. Alkylat, Grundbenzin, Isopentan, gemischt werden.
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Nach der vorliegenden Erfindung soll die Menge der vorhandenen axomatischen
Kohlenwasserstoffe in dem -Bereich von 2 bis 7,2 0/, liegen; vorzugsweise
soll,sie aromatische C.- und C,-Kohlenwasserstoffe in vorherrschender Menge enthalten.
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Nach der Erfindung werden die Äther aus der Klasse der ROR'-Äther
gewählt, wobei R und- R' dieselben oder verschiedene verzweigte Alkylgruppen sind
und die Gesamtzahl der in R und R' enthaltenen Kohlenstoffatome zwischen 4 und
8 liegt. Der bevorzugte Äther ist Düsopropyläther.
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Die bevorzugten aromatischen
C.- und C,-Kohlenwasserstoffe
sind para-, meta- und ortho-Xylol, Äthylbenzol, n-Propyl-benzol, Isopropylbenzol,
para-, meta-und ortho-Äthyl-toluol, Pseudocumol, Mesitylen und Hemellithol. Bei
einigen der verzweigten Äther wird es besonders vorgezogen, aromatische Kohlenwasserstoffe
zu verwenden, die orthosubstituiert sind, wie ortho-Xylol oder Pseudocumol. Die
Menge des verwendeten verzweigten Äthers soll 2 bis io
0/" bezogen auf die
gesamte Treibstoffinenge, sein. Es wird gewünscht, daß das Verhältnis der aromatischen
Kohlen-
| Zusammensetzung der Probe, |
| mit Wasser gesättigt Sichtbarer |
| »Erstarrungs- |
| Alkylat Toluol Verzweigter Äther punkt« |
| % 1 % % 1 Name |
| 90,2 4,8 5 Methyl-tert.-butyl unter -6o' |
| 90,2 4,8 5 Äthyl-tert.-butyl - -6o' |
| 85,5 4,5 io Methyl-tert.-butyl - -6o' |
| 85,5 4,5 10 ÄthYl-tert.-butY1 - -6o- |
Beispiel
3
Der besondere Wert der aromatischen
C,- und C,-Kohlenwasserstoffe
bei der Enteisung des Treibstoffes geht aus der folgenden Tabelle gut hervor. Sie
zeigt die Ergebnisse, die bei einer halbstündigen Abkühlung des Treibstoffes auf
-46' erzielt werden, wobei der wassergesättigte Treibstoff mit einer Fließgeschwindigkeit
von
75 cm'/Mül./6,45 cm2 durch einen io-I#hkron-Füter fließt. wasserstoffe
zu dem verzweigten Äther zwischen
0,5 und
23,5 liegt. Vorzugsweise
soll das Verhältnis zwischen i bis 2 Volumen des aromatischen Kohlenwasserstoffs
und i Volumen Äther liegen.
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Das Flugbenzin der vorliegenden Erfindung kann auch Inhibitoren, Farbstoffe,
Bleitetraäthyl und andere Zusätze enthalten. Eine typische, zufriedenstellende Zusammehsetzung
nach der vorliegenden Erfindung ist die folgende:.
| Bestandteile Volumprozent |
| Düsopropylä:ther ................... 5,0 |
| C4 Alkylatflugbenzin ................ 45,6 |
| unbehandeltes Naphtha ............ 25,8 |
| aromatische Kohlenwasserstoffe*) .... io,8 |
| Isopentan ......................... j:--,8 |
| *) so0/0 Xylol und 5o0/0 Toluoi |
Der Treibstoff enthält 4,6 CM3 Tetraäthylblei pro
3,78 1. Der verwendete
Inhibitor ist 2, 6-di-tert.-Butylpara-cresol in Mengen von o,45
kg pro 18
goo
1. Roter Farbstoff wurde in den Treibstoff in einer Konzentration von
o,28
g pro
378 1 gegeben. Der oben angeführte Treibstoff hat einen
Siedebereich io8/i45.
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Beispiel 4 Düsopropylä.ther, besonders in einer Konzentration von
5 bis io0/" hat bei mageren Treibstoffen eine
Antiklopfwirkung,
die der des Alkylats überlegen ist, und bei reichen Treibstoffen eine Antiklopfwirkung,
die der des Toluols entspricht. Dieser Äther ist deshalb .besonders vorteilhaft
zur Erzielung jedes erwünschten Ausgleiches zwischen der Antiklopfwirkung bei mageren
und reichen Flugbenzinmischungen. Im folgenden wird ein Vergleich der Antiklopfeigenschaften
der drei Mischungen gezeigt, und zwar bei Flugbenzin vom Siedebereich von 100/130,
wobei alle Mischungen 4,6 cm3 Bleitetraäthyl pro
3,78 1 enthielten:
| Arme Mischung Reiche Mischung |
| Oktanzahl |
| der Mischung Index Nr. |
| Qualität 100430 ... ioo 130 |
| Diisopropyläther ... 129 248 |
| Butenalkylat ...... 107 150 |
| Toluol ............ ioi 250 |
Beispiel
5
Die Filtrierbarkeit der Flugbenzinmischungen mit einem Gehalt von
50/, Diisopropyläther und verschiedenen Konzentrationen an aromatischen Kohlenwasserstoffen
wird init der einer Mischung verglichen, die keinen' Äther enthielt. Die Mischungen
werden mit Wasser bei Zimmertemperatur gesättigt, innerhalb l/. Stunde auf -29'
abgeschreckt und dure einen Standardfilter für Flugbenzinleitungen mit einem Porendurdhinesser
von io Mikron gefiltert. Die Fließgeschwindigkeit des Treibstoffs entspricht der
Fließgeschwindigkeit in Flugbenzinsystemen. Die Geschwindigkeit beträgt ioo cm3
pro Minute pro 6,45 CM2 der Filteroberfläche. Zusammensetzung der Mischung in Xolumprozent:
| Aromatische Kohlenwasser- |
| stoffe (C, und C,) ...... 0 5 15 25 |
| Alkylat-Grundbenzin (Ver- |
| hältnis 2: 1) ............ 95 go 8o 75 |
| Düsopropyläther .......... 5 5 5 0 |
| ioo ioo ioo ioo |
| Volumprozent der Wasser- |
| sättigung bei Zimmer- |
| temperatur ............. o,oo6 o,oo7 o,oo8
0,005 |
| Zeit vor der Filterverstopfung |
| in Minuten bei -29' ... 2o keine keinekeine |
»keine« zeigt an, daß die gesamte Treibstoffprobe bei -29' in il/, bis 2 Stunden
durch den Filter gepumpt wird, ohne Unterbrechung infolge Verstopfung.