EP0166006A1 - Motor-Kraftstoff - Google Patents

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Publication number
EP0166006A1
EP0166006A1 EP84106899A EP84106899A EP0166006A1 EP 0166006 A1 EP0166006 A1 EP 0166006A1 EP 84106899 A EP84106899 A EP 84106899A EP 84106899 A EP84106899 A EP 84106899A EP 0166006 A1 EP0166006 A1 EP 0166006A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrocarbons
weight
fuel
methanol
fuels
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP84106899A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Dr. Müller
Karl-Heinz Keim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
Original Assignee
Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG filed Critical Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
Priority to EP84106899A priority Critical patent/EP0166006A1/de
Priority to EP19850104214 priority patent/EP0166096B1/de
Priority to DE8585104214T priority patent/DE3580791D1/de
Priority to AT85104214T priority patent/ATE58911T1/de
Priority to IN902/DEL/85A priority patent/IN169742B/en
Publication of EP0166006A1 publication Critical patent/EP0166006A1/de
Priority to IN550/DEL/88A priority patent/IN169750B/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only

Definitions

  • the invention relates to fuels based on lower alcohols which contain additions of mixtures of saturated C 5 / C 6 -, C 5 - C 7 hydrocarbons as well as gasoline and mixtures of saturated C 4 hydrocarbons.
  • hydrocarbons used can also be partially unsaturated or consist of unsaturated hydrocarbons (column 5, lines 28-34).
  • Table 1 the additional components specified are n-petane, isopentane and a C 4 cut which contains up to 20% butenes.
  • a mixture of saturated C 5 hydrocarbons can also be used for the spe case of fuel for aircraft engines.
  • US Pat. No. 2,365,009 also describes mixtures of ethanol with aliphatic C 3 -C S hydrocarbons, where the aliphatic hydrocarbons can be both saturated and unsaturated, and preferably isopentane (Claim 8 and Table 1) is admixed as the hydrocarbon.
  • the experts are aware of important fuel-specific disadvantages of the lower alcohols.
  • B. the poor cold start behavior, the poor driving behavior at low outside temperatures, unsatisfactory miscibility with hydrocarbons, especially at low temperatures, and the wide explosion range when mixed with hydrocarbons.
  • the cold start problems are to be found in the low ignitability of the alcohols methanol and ethanol.
  • a measure of the ignitability is the vapor pressure of a fuel, which is measured at 37.7 ° C according to the so-called Reid test.
  • gasoline in the Reid test has a vapor pressure of 700 mbar, while methanol has a pressure of 350 mbar.
  • methanol has a pressure of 350 mbar.
  • the explosion limits of pure methanol in air are 6.75 to 36.7 vol.%, So that there is an explosive fuel-air mixture in the vehicle tanks between + 15 ° C and +25 ° C.
  • Additions of 6-9% by weight isopentane reduce the upper explosion limits to -7 ° C in summer and -20 ° C in winter. so that the security problems are largely eliminated.
  • Isopentane is also characterized by excellent solubility in both methanol and ethanol, especially at low temperatures.
  • the best setting data for the vapor pressure of pure methanol turned out to be the upper vapor pressure values of the fuel standard DIN 51 600 with 700 mbar for summer and 900 mbar for winter fuel (Reid test).
  • isopentane (2-methylbutane) was therefore regarded as the optimal admixing component to date.
  • the vapor pressure is too high when using pure methanol, despite the reduction of the isopentane content to 5 to 6% by weight, with undesirable outgassing of the isopentane occurring as a result, while in winter operation despite an isopentane content of up to 9% by weight, a vapor pressure drop occurs at low temperatures, which means that the cold start properties leave something to be desired in winterly cold temperatures below -10 ° C.
  • the object of the present invention was therefore to find fuels based on methanol and ethanol which provide better cold start behavior, better driving behavior, in particular at relatively high and relatively low outside temperatures, as is required in practical motor vehicle operation, with perfect solubility even in winter operation and Ensure lower outgassing in summer operation and at the same time ensure safe operation without an explosive mixture occurring in the fuel tank.
  • the total amount of C 4 hydrocarbons on the one hand and C 5 / C 6 or C 5 -C 7 hydrocarbons or gasoline on the other hand can be 0.1 to 25% by weight.
  • the ratio of C 4 hydrocarbons on the one hand to C 5 / C 6 or CS-C7 hydrocarbons and gasoline on the other hand can be 1: 500 to 3: 1.
  • a ratio of C 4 hydrocarbons on the one hand and C S / C 6 or C 5 -C 7 hydrocarbons or gasoline on the other hand is preferably from 1: 1 to 1:20.
  • non-C 4 -C 7 hydrocarbons as are inevitable in technical fractions, can be contained in the fuel, regardless of whether they are non-aromatic saturated and / or unsaturated or aromatic hydrocarbons.
  • Usual normal and super fuels can be used as gasoline.
  • the methanol quality previously used for methanol-based fuels is methanol processed by distillation, so-called pure methanol (absolutely pure or refined methanol). It is known to the person skilled in the art that high demands are made with regard to the purity of this methanol quality, a correspondingly high level of operational effort being required, particularly in the distillation area.
  • raw methanol contains up to approx. 5% by weight of water numerous impurities, e.g. Formaldehyde, methyl formate, formic acid, dimethyl sulfide, formaldehyde dimethyl acetal, iron pentacarbonyl and other carboxylic acids and their esters.
  • impurities e.g. Formaldehyde, methyl formate, formic acid, dimethyl sulfide, formaldehyde dimethyl acetal, iron pentacarbonyl and other carboxylic acids and their esters.
  • a crude methanol can also be used which is not distilled, but is topped off with removal of non-volatile impurities.
  • the vapor pressure of the fuel is pure or raw methanol and C 4 - / C 5 - / C 6 hydrocarbons in mbar against the temperature range -30 to +30 ° C for winter and summer.
  • compositions are given in Table 2, each in% by weight:
  • Dic Reid vapor pressures are 7CC mbar for summer fuels and 900 mbar for winter fuels.
  • FIG. 7 A single curve is shown in FIG. 8 for a mixture of 95.6% by weight of ethanol and C S / C 6 hydrocarbon additives. If you keep the total amount of z. B. C S / C 6 hydrocarbons constant, but varies the ratio of C 5 - to C 6 hydrocarbons, so you get similar sets of curves.
  • the vapor pressure of the fuel is pure or raw methanol with the addition of C 4 - / C - C 7 hydrocarbons in mbar against the temperature range -30 ° C to +30 ° C for winter and summer.
  • compositions are given in Table 3, in each case in% by weight:
  • Reid vapor pressures are 700 mbar for summer fuels and 900 mbar for winter fuels.
  • compositions are given in Table 4, each in% by weight:
  • Reid vapor pressures are 700 mbar for summer fuels and 900 mbar for winter fuels.
  • vapor pressures of the fuels according to the invention shown in the curves in FIGS. 1-3 are summarized in Table 5 for -30 ° C. and +30 ° C. They show that, for the person skilled in the art, the fuels according to the invention unpredictably ensure excellent vapor pressure behavior.
  • Table 8 summarizes the compositions of the ethanol-based fuels according to the invention.
  • FIG. 8 shows, by way of example for the addition of C S / C 6 to ethanol on the basis of the general curve in FIG. 7, from which concentration ranges the preferred or particularly preferred sections a and b are taken.
  • the ratio of C 5: C 6 in this example is 1: 1.
  • Ha t is the concentration of C 5 / C 6, or C 5 - C 7 or OK 7 and 8, determined according to the concentration curve, it is much C 4 added that the Reiddampftul is obtained.
  • Suitable corrosion inhibitors include e.g. those based on triazole, imidazole or benzoate.
  • Tricresyl phosphate e.g. Tricresyl phosphate, but also others, can be used.
  • emulsifiers such as glycols or their mono- and diether and others can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Kraftstoffe auf Basis niederer Alkohole nach Patentanmeldung 33.08433.5, die Zusätze an Gemischen von C5/C6-, C5-C7-Kohlenwasserstoffen sowie Benzin und an Gemischen von C4 Kohlenwasserstoffen enthalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kraftstoffe auf Basis niederer Alkohole, die Zusätze an Gemischen gesättigter C5/C6-, C5 - C7-Kohlenwasserstoffe sowie Benzin und Gemische gesättigter C4-Kohlenwasserstoffe enthalten.
  • Destilliertes Methanol, sogenanntes Reinmethanol, wird als alternativer Kraftstoff seit einigen Jahren intensiv untersucht. (Chemische Technologie, Winnacker-Küchler, Bd.5, Organische Technologie I, 4. Auflage, 1981, S. 517.) Auch Zusätze wie z.B. höhere Alkohole und Wasser zu Methanol für die Verwendung als Kraftstoff sind bekannt. (N. Iwai, The combustion of methanol mixed with water, Second Nato-Symposium; 4.-8. Nov. 1974, Düsseldorf.)
  • In einem älteren Patent US-PS 23,65,009 werden Kombinationen von Alkoholen mit 1 - 5 C-Atomen mit gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 3 - 5 C-Atomen beschrieben. Ferner wird von der gleichen Anmelderin in US-PS 2,404,094 (Contination in Part der US-PS 2,365,009) ein Kraftstoff beschrieben, der entweder aus absolut reinem Methanol oder handelsüblichem destilliertem wasserfreiem Methanol besteht (Spalte 6, Zeilen 8-11) und aliphatische C3-C5-Kohlenwasserstoffe enthält. Diese Anmeldung beansprucht auch einen Methanolkraftstoff, der 2-20 % eines aliphatischen C4- oder CS-Kohlenwasserstoffs enthält. Bevorzugt sind gemäß Spalte 5, Zeilen 22-27, Kohlenwasserstoffe in hochreiner Form. Ferner können die verwendeten Kohlenwasserstoffe auch teilweise ungesättigt sein bzw. aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen bestehen (Spalte 5, Zeilen 28-34). In den Beispielen (Tabelle 1) sind als Zusatzkomponenten n-Petan, Isopentan und ein C 4 -Schnitt angegeben, der bis zu 20 % Butene enthält. Gemäß Ansprüchen 5 und 6 kann auch ein Gemisch gesättigter C5-Kohienwasserstoffe eingesetzt werden für den speziellen Fall des Kraftstoffs für Flugzeugmotoren. In US-PS 2,365,009 werden auch Gemische von Ethanol mit aliphatischen C3-CS-Kohlenwasserstoffen beschrieben, wobei die aliphatischen Kohlenwasserstoffe sowohl gesättigt als auch ungesättigt sein können, und bevorzugt Isopentan (Anspruch 8 und Tabelle 1) als Kohlenwasserstoff zugemischt wird.
  • Weitere Beispiele von Ethanol/Kohlenwasserstoffgemischen sind beschrieben in DE-OS 2,806,673 und DE-OS 3,211,775. Insbesondere sind der Fachwelt die Bemühungen bekannt, in Ländern, in denen Ethanol reichlich zur Verfügung steht, wie z. B. in Brasilien, dieses sowohl rein als auch in Gemisch mit Kohlenwasserstoffen (Benzin) als Kraftstoff einzusetzen (z. B. Chemical Engineering Process, April 1979, S. 11).
  • Andererseits sind der Fachwelt wichtige kraftstoffspezifische Nachteile der niederen Alkohole bekannt, so z. B. das schlechte Kaltstartverhalten, das schlechteFahrverhalten bei niederen Außentemperaturen, unbefriedigende Mischbarkeit mitKohlenwasserstoffen insbesondere bei tiefen Temperaturen und der weite Explosionsbereich im Gemisch mit Kohlenwasserstoffen. Die Kaltstartprobleme sind in der geringen Zündfähigkeit der Alkohole Methanol und Ethanol zu suchen. Ein Maß für die Zündfähigkeit ist der Dampfdruck eines Kraftstoffs, der nach dem sog. Reid-Test bei 37,7 °C gemessen wird.
  • Zum Vergleich besitzt Benzin im Reid-Test einen Dampfdruck von 700 mbar, Methanol dagegen von 350 mbar. Bei Außentemperaturen unter 15 °C sind die Dampfdrucke von Methanol und Ethanol so niedrig, daß keine gasförmige, zündfähige Mischung mehr möglich ist. Die Explosionsgrenzen von Reinmethanol in Luft liegen bei 6,75 bis 36,7 Vol.%, so daß in den Kraftfahrzeugtanks zwischen + 15 °C und +25 °C ein explosionsfähiges Kraftstoff-Luftgemisch vorliegt. Zusätze von 6-9 Gew.% Isopentan verringern die oberen Explosionsgrenzen auf -7 °C im Sommer- und -20 °C im Winterbetrieb. so daß dann die Sicherheitsprobleme weitgehend beseitigt sind.
  • Ferner zeichnet sich Isopentan durch ausgezeichnete Löslichkeit sowohl in Methanol als auch Ethanol, insbesondere auch bei tiefen Temperaturen aus. Als die günstigsten Einstelldaten für den Dampfdruck von Reinmethanol erwiesen sich die oberen Dampfdruckwerte der Kraftstoff-Norm DIN 51 600 mit 700 mbar für Sommer-und 900 mbar für Winterkraftstoff (Reid-Test).
  • In Anbetracht der geschilderten Probleme und des Standes der Technik sowie der jüngeren Untersuchungen wurde daher Isopentan (2-Methylbutan) als bisher optimale Zumischkomponente angesehen.
  • Der Kraftstoff aus destilliertem Methanol und Isopentan, der als M 100 Kraftstoff bekannt ist, wurde in mehreren Autoflottentests erprobt und wird seit Jahren, insbesondere in der Bundesrepublik Deutschland in kommunalen Autoflottentests eingesetzt (s. H. Müller; 27. DGMK-Haupttagung, 6.-8. Okt. 1982). Obgleich isopentanhaltiges Methanol in gewissem Umfang die Erwartungen an einen brauchbaren Motor-Kraftstoff erfüllt, haben die Untersuchungen unerwartet ergeben, daß noch immer wesentliche Nachteile mit diesem Kraftstoff verbunden sind. Insbesondere liegt im Sommerbetrieb der Dampfdruck bei Verwendung von Reinmethanol, trotz Absenkens des Isopentangehalts auf 5 bis 6 Gew.%, zu hoch, wobei als Folge unerwünschtes Ausgasen des Isopentans auftritt, während im Winterbetrieb trotz eines Isopentangehaltes bis zu 9 Gew.% bei tiefen Temperaturen ein Dampfdruckabfall auftritt, der dazu führt, daß bei winterlicher Kälte von unter -10 °C die Kaltstarteigenschaften zu wünschen übrig lassen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Kraftstoffe auf Methanol- und Ethanolbasis zu finden, die besseres Kaltstartverhalten, ein besseres Fahrverhalten, insbesondere bei relativ hohen sowie relativ tiefen Außentemperaturen erbringen, wie es im praktischen Kraftfahrzeugbetrieb erforderlich ist, bei einwandfreier Löslichkeit auch im Winterbetrieb und geringerer Ausgasung im Sommerbetrieb und gleichzeitig einen sicheren Betrieb gewährleisten, ohne daß im Kraftstofftank ein explosives Gemisch auftritt.
  • Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch Kraftstoffe auf Methanolbasis gelöst mit gegebenenfalls bis 15 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Methanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus C5/C6- bzw. CS-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin zugesetzt wird,
    • a) die Gesamtmenge an C4-, C5/C6-, bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin im Kraftstoff 0,1-15 Gew.% bzw. 0,1-18 Gew.% bzw. 0,1-25 Gew.% beträgt und
    • b) das Verhältnis von C4 : C5/C5 bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin, 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt, sowie durch
  • Kraftstoffe auf Ethanolbasis mit gegebenenfalls bis zu 25 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ethanol ein Gemisch ausC4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus C5/C6- bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin zugesetzt wird,
    • a) die Gesamtmenge an C4-, C5/C6- bzw. C5 -C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin im Kraftstoff 0,1-15 Gew.% bzw. 0,1-18 Gew.% bzw. 0,1-25 Gew.% beträgt und
    • b) das Verhältnis von C4 : CS/C6 bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin, 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichsteile beträgt,

    bzw. durch Gemische der erfindungsgemäßen Kraftstoffe auf Methanol- und Ethanolbasis sowie durch Gemisch der erfindungsgemäßen Kraftstoffe mit Kraftstoffen auf Methanol- und Ethanolbasis, die Zusätze an C4- und CS-Kohlenwasserstoffen enthalten.
  • Es hat sich für den Fachmann überraschend gezeigt, daß Gemische aus C4-Kohlenwasserstoffen einerseits und CS/C6-Kohlenwasserstoffen, C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin andererseits mit Reinmethanol sowie mit nichtdestilliertem technischem Methanol, sog. Rohmethanol ebenso wie mit Ethanol bzw. technischem wasserhaltigem Ethanol in hervorragender, bisher unerreichter Weise Kraftstoffe liefern, die einwandfreies Kaltstartverhalten und besseres Fahrverhalten, insbesondere bei relativ hohen sowie relativ tiefen Außentemperaturen erbringen, wie es im praktischen Kraftfahrzeugbetrieb erforderlich ist, bei einwandfreier Löslichkeit auch im Winterbetrieb und geringer Ausgasung im Sommerbetrieb und gleichzeitig einen sicheren Betrieb gewährleisten, ohne daß im Kraftstofftank ein explosives Gemisch eintritt. Es war insbesondere überraschend, daß die Kombination der gewünschten Eigenschaften, also genügend geringes Ausgasen bei hohen Außentemperaturen,einwandfreies Kaltstartverhalten bei tiefen Außentemperaturen und sichere Explosionsgrenzen trotz Zusatzes eines relativ tief siedenden C4-Anteils erzielt wurde, wobei auch bei relativ hohem Wassergehalt, daher auch bei sehr feuchtem Klima, keine Phasentrennung im Kraftstoffgemisch eintritt. Insbesondere war es überraschend, daß sich technische Schnitte an C4-Kohlenwasserstoffen einerseits und C5/C6- bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin, wie sie im Raffinerie- und Primärchemikalien-Produktionsbereich, z. B. Ethylen- und Benzin/Toluol (BT)-Anlagen, anfallen andererseits, trotz unterschiedlicher Zusammensetzung an Einzelkohlenwasserstoffen hervorragend eignen.
  • Die Gesamtmenge an C4-Kohlenwasserstoffen einerseits und C5/C6- bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin andererseits kann bei 0,1 bis 25 Gew.% liegen. Das Verhältnis von C4-Kohlenwasserstoffen einerseits zu C5/C6 bzw. CS-C7-Kohlenwasserstoffen sowie Benzin andererseits kann bei 1 : 500 bis 3 : 1 liegen. Bevorzugt ist ein Verhältnis von C4-Kohlenwasserstoffen einerseits und CS/C6- bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen bzw. Benzin andererseits von 1 : 1 bis 1 : 20.
  • Kleine Mengen von Nicht-C4 -C7-Kohlenwasserstoffen, wie sie in technischen Fraktionen zwangsläufig enthalten sind, können im Kraftstoff enthalten sein, unabhängig davon, ob es sich um nichtaromatische gesättigte und/oder ungesättigte oder aromatische Kohlenwasserstoffe handelt.
  • Geeignete Fraktionen an C4-, C5-, C6- und C7-Gemischen sind beispielhaft in den folgenden Analysen angegeben:
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
  • Als Benzin können übliche Normal- und Superkraftstoffe eingesetzt werden.
  • Es ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff wie bei zahlreichen bekannten alternativen Kraftstoffen möglich, gewisse Mengen an weiteren üblichen Komponenten zuzumischen, z.B. C3-' C4- und höhere Alkohole, Ether, wie z. B. Methyl-tert.-butylether und andere zur Verfügung stehende Ether, ferner können auch Ketone, wie z.B. Aceton sowie zusätzliche Aromaten wie Benzol, Toluol und Xylole zugemischt werden.
  • Die bisher für Kraftstoffe auf Methanolbasis verwendete Methanolqualität ist destillativ aufgearbeitetes Methanol, sog. Reinmethanol (absolutely pure or refined methanol). Es ist dem Fachmann bekannt, daß bezüglich Reinheit dieser Methanolqualität hohe Anforderungen gestellt werden, wobei ein entsprechend hoher betrieblicher Aufwand, insbesondere im Destillationsbereich erforderlich ist. Da insbesondere bei Methanolkraftstoff bestimmte technische Probleme auftreten, wie z.B. korrosive und auflösende Einwirkung des Methanols auf Kraftfahrzeugteile wie Leitungen, Tankauskleidungen, Motorteile und Motorwerkstoffe und darüber hinaus hohe Anforderungen an die vollständige Verbrennung im Hinblick auf Umweltverunreinigungen gestellt werden, und ferner Ablagerungen, insbesondere im Vergaser und Motor, vermieden werden müssen, hat man nicht destillativ aufgearbeitetes Methanol, wie es in Nieder-, Mittel- oder Hochdruck-Syntheseanlagen anfällt (sog. Rohmethanol (non refined methanol)) nicht für geeignet gehalten.
  • Rohmethanol enthält bekanntlich neben bis zu ca. 5 Gew.% Wasser zahlreiche Verunreinigungen, wie z.B. Formaldehyd, Methylformiat, Ameisensäure, Dimethylsulfid, Formaldehyddimethylacetal, Eisenpentacarbonyl sowie weitere Carbonsäuren und deren Ester.
  • Es war ein nicht vorhersehbares Ergebnis der Untersuchungen der Anmelderin, daß im Gegensatz zum Vorurteil gemäß dem Stand der Technik, nichtdestilliertes Methanol ebenfalls hervorragend für die erfindungsgemäßen Kraftstoffe geeignet ist, insbesondere in Hinsicht auf die Fahrzeugteile, die mit dem Kraftstoff in Berührung kommen und im Hinblick auf die Emissionen. Es wurde überraschend gefunden, daß die Emissionen an CO, NO und Kohlenwasserstoffen niedriger als diejenigen bei Verwendung von reinem Methanol liegen. Dies zeigt im einzelnen folgende Tabelle:
    Figure imgb0003
  • Erfindungsgemäß kann auch ein Rohmethanol eingesetzt werden, daß nicht destilliert, jedoch abgetoppt ist unter Entfernung nichtflüchtiger Verunreinigungen.
  • Zur näheren Erläuterung der hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kraftstoffe auf Methanolbasis dienen die Fig. 1 bis 10.
    • In Fig. 1 ist die Abhängigkeit des Dampfdrucks (absolut) eines erfindungsgemäßen Kraftstoffs mit C4-/C5-/C6-Kohlenwasserstoff-zusatz von der Temperatur für Sommer- und Winterqualität für Reinmethanol und Rohmethanol dargestellt.
    • In Fig. 2 ist die gleiche Abhängigkeit dargestellt, wobei C4, C5-C7-Kohlenwasserstoffe zugesetzt wird.
    • In Fig. 3 ist die gleiche Abhängigkeit dargestellt, wobei C4-Kohlenwasserstoffe und Otto-Kraftstoff zugesetzt sind (OK).
    • In Fig. 4 ist die gleiche Abhängigkeit dargestellt mit Ethanol/ Wasser (95,6 Gew.% Ethanol und 4,4 Gew.% H20) und C4-/C 5/C 6-Kohlenwasserstoffen als Zusatz.
    • In Fig. 5 ist die gleiche Abhängigkeit wie in Fig. 4, jedoch mit C4- und C5-C7-Kohlenwasserstoffen als Zusatz dargestellt.
    • In Fig. 6 ist die gleiche Abhängigkeit wie in den Figuren 4 und 5, jedoch mit C4-Kohlenwasserstoffen und OK als Zusatz dargestellt.
    • In Fiq. 7 ist in allqemeiner Form die Abhänaiakeit des Dampfdrucks von der Kohlenwasserstoffkonzentration dargestellt.
    • Fig. 8 entspricht der Kurve der Fig. 7 für den beispielhaften Fall des Zusatzes von C5/C6-Kohlenwasserstoffen zu Ethanol (95,6%ig).
    • Fig. 9 und Fig. 10 geben Vergleichsdampfdruckkurven mit Isopentanzusatz zu Rein- und Rohmethanol wieder, entsprechend dem Stand der Technik.
  • Mit Hilfe der Figuren werden die erfindungsgemäßen Kraftstoffe näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist der Dampfdruck des Kraftstoffs Rein- bzw. Rohmethanol und C4-/C5-/C6-Kohlenwasserstoffen in mbar aufgetragen gegen den Temperaturbereich -30 bis +30 °C für jeweils Winter und Sommer.
  • In Tabelle 2 sind die Zusammensetzungen angegeben, jeweils in Gew.%.:
    Figure imgb0004
  • Dic Reid-Dampfdrucke sind für die Sommer-Kraftstoffe 7CC mbar und für die Winter-Kraftstoffe 900 mbar.
  • Die Mengen an C5- und C6-Kohlenwasserstoffen wurden für alle Gemische konstant gehalten.
  • Trägt man den Reid-Dampfdruck eines Gemisches von Methanol und Zusätzen an Kohlenwasserstoffen bei konstanter Temperatur gegen zunehmende Mengen an Kohlenwasserstoff-Zusatz auf, so steigt zunächst der Dampfdruck nahezu linear an mit zunehmender Menge an Kohlenwasserstoff-Zusatz. Bei einer bestimmten Menge Kohlenwasserstoff-Zusatz gelangt man in einen Bereich in dem die Dampfdruckzunahme stark abfällt und bei weiterem Zusatz nahezu horizontal weiter verläuft.
  • Dieses generelle Verhalten ist in Fig. 7 dargestellt. Eine einzelne Kurve ist für ein Gemisch aus 95,6 Gew.% Ethanol und CS/C6-Kohlenwasserstoffzusätzen in Fig. 8 dargestellt. Hält man die Gesamtmenge an z. B. CS/C6-Kohlenwasserstoffen konstant, variiert jedoch das Verhältnis von C5- zu C6-Kohlenwasserstoffen, so erhält man analog verlaufende Kurvenschaaren.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, im Hinblick auf die Stabilität des jeweiligen Kraftstoffs d. h. auf möglichst geringes Ausgasen einerseits bei Einhaltung der gewünschten Dampfdrücke der erfindungsgemäßen Kraftstoffe in Winter- und Sommerbetrieb andererseits, die zugesetzte Menge an C5/C6-, bzw. C5-C7-Kohlenwasserstoffen, bzw. Benzin so zu wählen, daß man sich im Bereich unterhalb des Übergangs in den nahezu horizontal verlaufenden Dampfdruckbereich befindet, wie in Fig. 7 dargestellt.
  • Die bevorzugten bzw. besonders bevorzugten Bereiche des Kohlenwasserstoffzusatzes sind in Fig. 7 angegeben.
  • In Fig. 2 ist der Dampfdruck des Kraftstoffs Rein- bzw. Rohmethanol mit Zusatz von C4-/C- C7-Kohlenwasserstoffen in mbar aufgetragen gegen den Temperaturbereich -30 °C bis +30 °C für jeweils Winter und Sommer.
  • In Tabelle 3 sind die Zusammensetzungen angegeben, jeweils in Gew.%:
  • Figure imgb0005
    Die Reid-Dampfdrucke sind für die Sommer-Kraftstoffe wiederum 700 mbar und für die Winter-Kraftstoffe 900 mbar.
  • Die Mengen der C5 - C7-Kohlenwasserstoffe wurden für alle Kraftstoffe konstant gehalten.
  • Die Fig. 3 ist der Dampfdruck des Kraftstoffs Rein- bzw. Rohmethanol mit Zusatz von Otto-Kraftstoff in mbar aufgetragen gegen den Temperaturbereich -30 °C - +30 °C für jeweils Winter und Sommer.
  • In Tabelle 4 sind die Zusammensetzungen angegeben, jeweils in Gew.%:
    Figure imgb0006
  • Die Reid-Dampfdrucke sind für die Sommer-Kraftstoffe 700 mbar und für die Winterkraftstoffe 900 mbar.
  • Da Otto-Kraftstoffe (Normalkraftstoffe) in Sommer- und Winterqualität in der Zusammensetzung unterschiedlich sind, wurden die "engen nicht konstant gehalten, sondern übliche Sommer- und Winterkraftstoffe in unterschiedlichen Mengen eingesetzt, wobei jedoch die bevorzugten Mengen gemäß Fig. 7 eingesetzt wurden.
  • Die Figuren 1 - 3 ergeben für den Fachmann überraschende Ergebnisse.
  • Es ist bekannt, daß gegenüber dem Einsatz von Isopentan, der dem Stand der Technik entspricht, für den technischen Einsatz von Methanol- bzw. Ethanol-Kraftstoffen niedrigere Dampfdrucke im Sommerbetrieb als es dem Isopentanzusatz entspricht und höhere Dampfdrücke für den Winterbetrieb erforderlich sind.
  • Die in den Kurven der Figuren 1 - 3 dargestellten Dampfdrücke der erfindungsgemäßen Kraftstoffe sind in Tabelle 5 für -30 °C bzw. +30 °C zusammengefaßt. Sie zeigen, daß für den Fachmann unvorhersehbar durch die erfindungsgemäßen Kraftstoffe ein hervorragendes Dampfdruckverhalten gewährleistet ist.
    Figure imgb0007
  • Betrachtet man Reinmethanol, so stellt man fest, daß bei erfindungsgemäßem Zusatz von Isopentan ein Dampfdruck für Sommerkraftstoff von 550 mbar gemessen wird und für Winterkraftstoff ein Dampfdruck von 70 mbar.
  • Eine geringfügige Erhöhung im Falle des Sommerkraftstoffs auf Basis Reinmethanol bei +30 °C tritt auf bei den Zusätzen von C 5 /C 6, C 5 - C7 und OK.
  • Betrachtet man den Winterkraftstoff, so stellt man fest, daß bei den erfindungsgemäßen Zusätzen von C5/C6, C5 - C7 und Benzin für den praktischen Fahrbetrieb wesentliche Erhöhungen des Dampfdrucks gegenüber Isopentan vorliegen. Dieses unerwartete Ergebnis trägt entscheidend zum Einsatz der Methanolkraftstoffe als alternativen Kraftstoffen bei.
  • Im Falle des Rohmethanols sind die erfindunsgemäßen Vorteile noch ausgeprägter.
  • Im Winterbetrieb erhält man bei Isopentan-Zusatz einen Dampfdruck von 110 mbar. Bei C5/C6-, C5 - C7- und OK-Zusatz erhält man Dampfdruckerhöhungen von 30, 50 und 40 mbar.
  • Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daß gegenüber dem Stand der Technik wesentliche unvorhersehbare Verbesserungen erzielt worden sind, die den praktischen Einsatz von Methanolkraftstoffen auch unter extremen klimatischen Bedingungen erst möglich machen. Betrachtet man die Explosionsgrenzen, die in Tabelle 6 dargestellt sind, so stellt man fest, daß auch bezüglich dieses Parameters mit den erfindungsgemäßen Kraftstoffen gegenüber dem Stand der Technik, nämlich dem Isopentan-Zusatz eindeutige Verbesserungen erzielt werden.
    Figure imgb0008
  • Vergleicht man die Dampfdrucke der Figuren 4, 5 und 6 bei 30 °C (Sommerkurve) bzw. -30 °C (Winterkurve) mit den entsprechenden Isopentan/Reinmethanoldampfdrucken, so stellt man fest, daß unter Reidbedingungen mit Ethanol (E 100) und Zusätzen C4/C5/C6, C4/C5-C7 und C4/Ottokraftstoff (OK) ein ausgezeichnetes Dampfdruckverhalten insbesondere im Winterbetrieb erhalten wird.
  • Die Dampfdrucke sind in Tabelle 7 zusammengefaßt.
    Figure imgb0009
  • In Tabelle 8 sind die Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffe auf Ethanolbasis zusammengefaßt.
    Figure imgb0010
  • Sehr gute Ergebnisse werden mit den erfindungsgemäßen Kraftstoffen auf Ethanolbasis auch hinsichtlich der Explosionsgrenzen erhalten, wie aus Tabelle 9 hervorgeht.
    Figure imgb0011
  • In Fig. 8 ist beispielhaft für den Zusatz von CS/C6 zu Ethanol auf Grundlage der allgemeinen Kurve der Figur 7 dargestellt, aus welchem Konzentrationsbereichen die bevorzugten bzw. besonders bevorzugten Abschnitte a und b entnommen werden.
  • Das Verhältnis von C5 : C6 ist in diesem Beispiel 1 : 1. Hat man die Konzentration von C5/C6, bzw. C5 - C7 bzw. OK gemäß der Konzentrationskurve 7 bzw. 8 ermittelt, so wird soviel C4 zugesetzt, daß der Reiddampfdruck erhalten wird.
  • Es ist dem Fachmann jedoch bekannt, daß die Reid-Dampfdrucke von 700 mbar (sammer) und 900 mbar (Winter) als Vergleichsbasis für die erfindungsgemäßen Kraft toffe zwar bevorzugt sind, daß jedoch erfindungsgemäß auch andere Sommer- bzw. Winterdampfdrucke als Basis gewählt werden können.
  • Die Additivierung der erfindungsgemäßen Kraftstoffe kann, wie bei Kraftstoffen auf Alkoholbasis üblich, erfolgen. Geeignete Korrosionsinhibitoren sind u.a. z.B. solche auf Triazol-, Imidazol- oder Benzoatbasis.
  • Als Zündkontrolladditiv können z.B. Trikresylphosphat, aber auch andere, eingesetzt werden.
  • Gegebenenfalls können Emulgatoren wie Glykole oder deren Mono-und Diether und andere verwendet werden.
  • Andere Additivierungen sind erfindungsgemäß ebenfalls möglich.
  • Zweifellos ist das Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Komponenten zu den neuen Kraftstoffen sowohl auf Rein-, Rohmethanol-und Ethanolbasis mit bisher unerreichten Eigenschaften, im Bedarfsfall herstellbar aus einheimischen Rohstoffen, nämlich aus Kohlesynthesegas oder Bioalkohol von größter volkswirtschaftlicher Bedeutung.
  • Wie die umfangreichen jahrelangen und unter hohem finanziellem Aufwand durchgeführten Untersuchungen der Anmelderin insbesondere mit Isopentanzusätzen, dessen Verwendung aufgrund des Standes der Technik als besonders geeignet anzusehen war zeigen, ist es ein unerwartetes Ergebnis der vorliegenden Erfindung, daß die erfindungsgemäßen Kraftstoffe alle Anforderungen, die in der Praxis an einem Kraftstoff gestellt werden, in so hervorragender bisher unerreichter Weise erfüllen.

Claims (14)

1. Kraftstoffe auf Methanolbasis mit gegebenenfalls bis 15 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Methanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus C5/C6-Kohlenwasserstoffen zugesetzt ist,
a) die Gesamtmenge an C4- und C5/C6-Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 0,1 bis 15 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : C5/C6, 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
2. Kraftstoffe auf Methanolbasis mit gegebenenfalls bis 15 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Methanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus C5- C7-Kohlenwasserstoffen zugesetzt ist,
a) die Gesamtmenge an C4- und C5 - C7-Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 0,1 bis 18 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : C5 - C7' 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
3. Kraftstoffe auf Methanolbasis mit gegebenenfalls bis 15 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Methanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und Benzin zugesetzt ist,
a) die Gesamtmenge an C4-Kohlenwasserstoffen und Benzin im Kraftstoff 0,1 bis 25 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : Benzin, 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
4. Kraftstoffe nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Methanol undestilliertes technisches Methanol ist.
5. Kraftstoffe auf Ethanolbasis mit gegebenenfalls bis zu 25 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ethanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus C5/C6-Kohlenwasserstoffen zugesetzt ist,
a) die Gesamtmenge an C4- und C5/C6-Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 0,1 bis 15 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : C5/C6, 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
6. Kraftstoffe auf Ethanolbasis mit gegebenenfalls bis zu 25 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ethanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus C5 - C7-Kohlenwasserstoffen zugesetzt ist,
a) die Gesamtmenge an C4- und C5 - C7-Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 0,1 bis 18 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : C5 - C7' 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
7. Kraftstoffe auf Ethanolbasis mit gegebenenfalls bis zu 25 Gew.% Wasser im Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ethanol ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und Benzin zugesetzt ist,
a) die Gesamtmenge an C4-Kohienwasserstoffen und Benzin im Kraftstoff 0,1 bis 25 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : Benzin, 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
8. Kraftstoffe nach den Ansprüchen 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Ethanol technisches wasserhaltiges Ethanol ist.
9. Kraftstoff nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus einem Gemisch aus wenigstens zwei der in den Ansprüchen 1 - 8 offenbarten Kraftstoffen besteht.
10. Kraftstoff nach den Ansprüchen 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus einem Gemisch aus wenigstens einem der in den Ansprüchen 1 - 8 offenbarten Kraftstoffen und einem Kraftstoff auf Methanolbasis besteht, der gegebenenfalls bis 15 Gew.% Wasser enthält und der ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus CS-Kohlenwasserstoffen enthält, wobei
a) die Gesamtmenge an C4- und CS-Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 0,1 - 15 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : C5-Kohlenwasserstoffen 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
11. Kraftstoff nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Methanol undestilliertes technisches Methanol ist.
12. Kraftstoff nach den Ansprüchen 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus einem Gemisch aus wenigstens einem der in den Ansprüchen 1 - 11 offenbarten Kraftstoffen besteht und einem Kraftstoff auf Ethanolbasis, der gegebenenfalls bis zu 25 Gew.% Wasser enthält und der ein Gemisch aus C4-Kohlenwasserstoffen und ein Gemisch aus CS-Kohlenwasserstoffen enthält, wobei
a) die Gesamtmenge an C4- und C5-Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 0,1 - 15 Gew.% beträgt und
b) das Verhältnis von C4 : C5-Kohlenwasserstoffen 1 : 500 Gewichtsteile bis 3 : 1 Gewichtsteile beträgt.
13. Kraftstoff nach den Ansprüchen 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Ethanol technisches, wasserhaltiges Ethanol ist.
14. Kraftstoff nach den Ansprüchen 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus einem Gemisch von wenigstens zwei der unter den Ansprüchen 1 - 13 offenbarten Kraftstoffen besteht.
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