EP0117532B1

EP0117532B1 - Treibstoff und eine Verwendung desselben

Info

Publication number: EP0117532B1
Application number: EP84101897A
Authority: EP
Inventors: Hans Joachim Majunke; Heinrich Dr. Müller
Original assignee: Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
Current assignee: DEA Mineraloel AG
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1988-08-24
Also published as: DE3473612D1; ATE36726T1; DE3307091C2; EP0117532A2; DE3307091A1; EP0117532A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Treibstoff auf Methanolbasis, der aus nicht destilliertem technischen Methanol, Wasser und Dimethylether sowie weiteren Zusätzen besteht und eine Verwendung desselben in motorisierten Gartengeräten.
Die Verwendung von destilliertem Methanol, sog. Reinmethanol, als Kraftstoff für Otto- und Dieselmotoren wurde im letzten Jahrzehnt intensiv untersucht (Chemische Technologie, Winnakker-Küchler, Bd. 5, Organische Technologie I, 4. Auflage 1981, S. 517). Als Zusatz zu Reinmethanol zur Verbesserung des Startverhaltens wurde neben zahlreichen anderen leichtsiedenden Komponenten auch Dimethylether vorgeschlagen (Neuen Kraftstoffen auf der Spur, Bundesministerium für Forschung und Technologie, Bonn, 1974, S. 160).
Auch der Zusatz von Wasser zu Reinmethanol ist bekannt:

1. Bernhardt, W.E., Lee, W. Combustion of methyl alcohol in spark ignition engines Int. Symp. on Combustion 15-31 Aug. 1974 (Tokyo)
2. Most, W.J., Longwill, J.P. Single-Cylinder Engine Evaluation of Methanol-Improved Energy Economy and Reduced NO_X SAE-Paper 750 119
3. lwai, N. u.a. The combustion of methanol mixed with water Second Nato-Symposium 4.-8. Nov. 1974 (Düsseldorf)

Die Ergebnisse der Versuche mit Reinmethanol zeigten zwar, dass keine unüberwindbaren technischen Schwierigkeiten bestehen, sie ergaben jedoch, dass umfangreiche Umrüstungen der Motoren und der Teile erforderlich sind, die mit Reinmethanol in Berührung kommen, insbesondere von Leitungen, Tank, Vergaser und Motorwerkstoffen. Die Verwendung von nicht destilliertem technischen Methanol als Treibstoff für Motoren erschien aufgrund der Befunde mit Reinmethanol sowie der zahlreichen im technischen Methanol vorhandenen schädlichen, insbesondere korrosiven und erwartungsgemäss Umwelt belastenden Komponenten technisch nicht durchführbar.
Nicht destilliertes technisches Methanol enthält z.B. Formaldehyd, Methylformiat, Dimethylsulfid. Formaldehyddiacetal, Ameisensäure, Eisenpentacarbonyl und weitere Carbonsäuren und deren Ester.
In langfristigen, umfangreichen chemischen und motorischen Untersuchungen wurde nunmehr entgegen dem bestehenden Vorurteil der Fachwelt überraschend gefunden, dass nicht destilliertes technisches Methanol, wie es sowohl bei der technischen Niederdruck- (z.B. Lurgi- und ICI-Synthese) als auch bei der Mitteldruck- und Hochdruck-Synthese (z.B. dem Verfahren der Union Rheinischen Braunkohlen Kraftstoff AG) entsteht, als Treibstoff in Motoren dann wenigstens gleichgut geeignet ist wie Reinmethanol, wenn es ganz bestimmte Mengen an Wasser und Dimethylether sowie bestimmte Mengen an Korrosionsinhibitoren, Emulgatoren und Zündkontrolladditivs enthält. Die Erfindung betrifft daher einen Treibstoff auf Methanolbasis, wobei zusätzlich höhere Alkohole, Äther, Ketone und Kohlenwasserstoffe bzw. deren Gemische enthalten sein können, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff aus nicht destilliertem technischen Methanol besteht, 0,5-18 Gew.% Wasser enthält und 0,5-12 Gew.% Dimethylether.
Dimethylether hat die Eigenschaft, dass er durch seinen niederen Siedepunkt von -24°C das Kaltstartverhalten ausreichend verbessert. Obgleich zu erwarten war, dass die Löslichkeit des Dimethylethers durch den angegebenen Wassergehalt des Methanols so weit herabgesetzt würde, dass Dimethylether als Kaltstarthilfsmittel zu frühzeitig verdampfen würde, haben die Langzeitversuche überraschend ergeben, dass Dimethylether in für die Verbesserung des Kaltstartverhaltens ausreichender Menge im Treibstoff gelöst bleibt. Obgleich die Ursachen hierfür nicht völlig verstanden werden, wird angenommen, dass Wasserstoffbrückenbindungen dieses Verhalten bewirken.
Die umfangreichen Untersuchungen haben ferner, für den Fachmann unvorhersehbar ergeben, dass die Einspritzung des erfindungsgemässen Treibstoffs in den Motor nicht erforderlich ist, sondern dass sich der Treibstoff auch für übliche Vergasermotoren sehr gut eignet.
In gewissen Mengen kann der erfindungsgemässe Treibstoff auch höhere Alkohole und Ether bzw. deren Gemische enthalten. Besonders geeignet sind z. B. Destillate, wie sie bei technischen Methanoldestillationen im Sumpf anfallen und z.B. ohne Einbezug der erfindungsgemässen Dimethylethermenge folgende Zusammensetzung haben:
Erfindungsgemäss kann auch abgetopptes nicht destilliertes Methanol verwendet werden, wobei leicht flüchtige Verunreinigungen über Kopf abdestilliert worden sind. Ferner können auch Gemische von destilliertem Methanol, nicht destilliertem Methanol und abgetopptem Methanol eingesetzt werden.
Ausser Dimethylether als erfindungsgemässer Treibstoff-Komponente können auch z. B. Diethylether und/oder Methyl-tert.-bytylether enthalten sein.
Als Korrosionsinhibitor eignen sich z.B. Phosphorsäureester kombiniert mit Triazolen, Inhibitoren auf Natriumbenzoat-Basis, Verbindungen wie 2-(5-Aminopentyl)-benzimidazol oder käufliche Produkte wie PFJ 876 der Fa. Ethyl Corp. u.a.
Als Emulgator sind insbesondere Glykole und Glykolether, wie z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, deren Monoether und Diether geeignet. Ein geeignetes Zündkontrolladditiv ist z. B. Trikresylphosphat.
Weitere Additivierungen, wie sie in Kraftstoffen üblich sind, können zusätzlich erfolgen.
Es ist für den Fachmann insbesondere unerwartet, dass bei Einsatz des erfindungsgemässen Treibstoffs in Viertakt-Motoren übliche Schmieröle sehr gut geeignet sind.
Auch in Zweitakt-Motoren ist der erfindungsgemässe Treibstoff einsetzbar. Hierbei sind jedoch Spezialschmieröle bevorzugt, wie z.B. Schmieröle auf Poly-a-Olefinbasis.
Die Untersuchungen haben ergeben, dass der erfindungsgemässe Treibstoff besonders gut geeignet ist für den Einsatz in motorisierten Gartengeräten.
Es ist bekannt, dass die Emissionen, die bei Verwendung von Reinmethanol als Treibstoff auftreten, niedriger sind als bei Verwendung der üblichen Kraftstoffe auf Mineralölbasis. Dies gilt insbesondere für Kohlenmonoxid-, Stickoxyd- und Kohlenwasserstoff-Emissionen. Überraschend wurde gefunden, dass bei Verwendung von nicht destilliertem technischen Methanol in Gegenwart der erfindungsgemässen Wassermenge eine noch geringere Emission auftritt, als im Fall von Reinmethanol, wie die folgende Tabelle zeigt:
Abgasemissionen nach ECE-Norm gemessen mit einem optimierten VW Golf, 1,6 L (Mittelwerte)
Dies ist insbesondere beim Betrieb von Gartengeräten von Bedeutung, da sich hier der Betreiber gewöhnlich hinter dem Gerät fortbewegt.
Bei der erfindungsgemässen Treibstoffzusammensetzung wurde ferner gefunden, dass bei den in Gartengeräten verwendeten 4-Taktmotoren, die gewöhnlich im oberen Drittel des Leistungsbereichs betrieben werden, eine vom Fachmann unvorhersehbare Energieeinsparung auf Heizwertbasis auftritt, die ausser auf die hohe Verdampfungswärme des Methanols vermutlich auf einen Wasserinnenkühlungseffekt zurückzuführen ist. Der erfindungsgemässe Treibstoff kann in allen Gartengeräten mit 4-Taktmotoren eingesetzt werden, wie umfangreiche Untersuchungen ergeben haben, ohne dass eine über die richtige Treibstoff-Luft-Einstellung hinausgehende Änderung an dem Gerät für den praktischen Gebrauch erforderlich ist.
Dem Fachmann ist bekannt, dass zur Vermeidung von Missbrauch von Stoffen, wie z. B. Treibstoffen, die Anfärbung solcher Stoffe wünschenswert ist.
Die Untersuchungen haben ergeben, dass bestimmte Farbstoffe, wie z. B. Brillantgrün und Kresolrot, einzeln oder in Gemischen, Färbungen ergeben, die keine Nachteile bei Einsatz in Motoren mit sich bringen und trotz ihrer pH-Indikatoreigenschaften auch bei Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr eine stabile Färbung bewirken.
Die Angabe dieser Farbstoffe ist jedoch nicht als Limitierung der vorliegenden Erfindung anzusehen.
Zur näheren Beschreibung eines erfindungsgemässen Treibstoffs werden beispielhaft folgende Daten angegeben:
Der erfindungsgemässe Treibstoff stellt zweifellos für das Betreiben motorisierter Fahrzeuge einen sehr bedeutenden wirtschaftlichen Erfolg dar, der die wirtschaftliche Versorgung von Motoren mit alternativen Treibstoffen um einen bedeutenden Schritt verbessert, da durch die Erfindung unerwartet gezeigt wird, dass der hohe technische und kostenmässige Aufwand der destillativen Aufarbeitung des technischen Methanols zu Reinmethanol für die Verwendung als Treibstoff nicht erforderlich ist und insbesondere bezüglich der Umweltbelastung eine überraschende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird.
Dies gilt insbesondere für motorisierte Gartengeräte, wo die Emissionsbelastung des Betreibers besonders hoch ist.

Claims

1. Treibstoff auf Methanolbasis, wobei zusätzlich höhere Alkohole, Äther, Ketone und Kohlenwasserstoffe bzw. deren Gemische enthalten sein können, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff aus nicht destilliertem technischen Methanol besteht, 0,5-18 Gew.% Wasser enthält und 0,5-12 Gew.% Dimethylether.

2. Treibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser vorzugsweise 2-15 Gew.% Wasser und vorzugsweise 2-8 Gew.% Dimethylether enthält.

3. Treibstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser 0,005 bis 0,5 Gew.%, vorzugsweise 0,005 bis 0,02 Gew.% eines Korrosionsinhibitors, 0,01 bis 3 Gew.%, vorzugsweise 0,01 bis 0,6 Gew.% eines Emulgators und 0,01 bis 0,5 Gew.% eines Zündkontrolladditivs enthält.

4. Verwendung des Treibstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in motorisierten Gartengeräten verwendet wird.

5. Verwendung des Treibstoffes nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser unter Zusatz von grünen methanollöslichen Farbstoffen bzw. Farbstoffgemischen, vorzugsweise von Gemischen von Brillantgrün (Tetraethyl-4,4' diamino-triphenylcarbinol-hydrogensulfat) und Kresolrot (o-Kresolsulfonphthalein) verwendet wird.

6. Treibstoff, nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Methanol aus nicht destilliertem, abgetopptem Methanol besteht.

7. Treibstoff, nach den Ansprüchen 1-3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Methanol aus einem Gemisch von destilliertem Methanol und nicht destilliertem Methanol und/oder abgetopptem nicht destilliertem Methanol besteht.

8. Treibstoff nach den Ansprüchen 1-3, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe aus Gemischen von Methanol und Alkoholgemischen höherer Alkohole aus der Methanoldestillation besteht.

9. Treibstoff nach den Ansprüchen 1-3 und 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe Methyl- tert.-butylether enthält.