ITRM990598A1 - Procedimento per l'estrazione di componenti privi di zolfo dal carburante del motore a bordo di un autoveicolo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo:

"Procedimento per l'estrazione di componenti privi di zolfo dal carburante del motore a bordo di un autoveicolo"

L' invenzione si riferisce ad un procedimento per l'estrazione di componenti privi di zolfo dal carburante del motore a bordo di un autoveicolo.

La desolforazione del carburante per motori viene usualmente con procedimenti chimici in grande scala nelle raffinerie durante la produzione del carburante. Procedimenti conosciuti a questo riguardo sono l'estrazione, l'adsorbimento, la distillazione o processi microbiologici. I carburanti per motore commerciali in Europa presentano attualmente un contenuto di zolfo residuale di circa 200 ppm. La cosa è problematica tenuto conto della compatibilità per lo zolfo di moderni sistemi di post-trattamento dei gas di scarico, che contengono adsorbenti e catalizzatori. Si deve tendere quindi a tenori di zolfo residuale inferiori a 10 ppm.

Oggetto dell'invenzione è di realizzare un procedimento per l'estrazione di componenti privi di zolfo da un carburante per motori, che sia idoneo all'applicazione in sistemi immobili. In particolare dovranno essere necessari per la sua realizzazione soltanto un modesto volume di costruzione e un basso peso .

Questo problema viene risolto con il procedimento secondo la rivendicazione 1. Forme di esecuzione vantaggiose dell'invenzione sono oggetto di rivendicazioni ulteriori.

Il procedimento secondo la presente invenzione utilizza il fatto che componenti del carburante ccntenenti zolfo presentano in genere un punto di ebollizione più alto che non componenti del carburante privi di zolfo.

La separazione a bordo dei componenti a basso punto di ebollizione privi di zolfo avviene secondo la presente invenzione mediante evaporazione sotto vuoto. A tale scopo il recipiente del carburante in cui si trova il carburante di partenza viene pompato via mediante una pompa per produrre una depressione. In questo modo i componenti del carburante a basso punto di ebollizione privi di zolfo evaporano e vengono allontanati dal recipiente di carburante per mezzo della pompa. I componenti privi di zolfo estratti possono essere successivamente condensati a pressione aumentata (riferita alla pressione ambientale o atmosferica).

La totalità dei componenti del carburante estratti dal carburante di partenza viene chiamato in ciò che segue anche frazione di carburante povera di zolfo. Di conseguenza la totalità dei componenti del carburante rimasti nel carburante di partenza viene chiamata frazione di carburante ricca di zolfo.

Mediante l'impiego della frazione di carburan-Te povera di zolfo, la durata utile dei moderni sistemi di post-trattamento dei gas di scarico può essere notevolmente prolungata.

L'impiego di apparecchiature per l'esecuzione del procedimento secondo la presente invenzione è modesto. Un vantaggio sostanziale del procedimento secondo l'invenzione è il fatto che l'evaporazione sotto vuoto può svolgersi a temperatura ambiente. Dispositivi di riscaldamento supplementari, per esempio strutture di evaporazione riscaldabili con elementi di riscaldamento a resistenza, sono di conseguenza non necessari. Ne consegue anche la possibilità di mantenere bassi il volume della costruzione e il peso. Il procedimento secondo la presente invenzione si presta quindi molto bene all'impiego in tutti i sistemi immobili come automobili o veicoli commerciali e industriali o in veicoli su rotaia.

Un vantaggio ulteriore del procedimento secondo la presente invenzione consiste nel fatto che la frazione di carburante povera di zolfo si rende disponibile immediatamente nell'avviamento del motore a bordo. Si può dunque fare a meno di un serbatoio di riserva supplementare per carburante povero di zolfo, specialmente per la fase di avviamento a freddo.

Il procedimento secondo la presente invenzione è utilizzabile per tutti i carburanti per motori, in particolare carburanti del ciclo Otto o diesel, cherosene o metanolo.

Per l'evaporazione sotto vuoto si può impiegare una pompa di alimentazione di gas, in particolare una pompa a membrana. La condensazione a pressione aumentata (riferita alla pressione ambiente o alla pressione atmosferica) può allora aver luogo vantaggiosamente in un recipiente a pressione collegato all'uscita della pompa, così che per l'esecuzione della condensazione sotto pressione non è necessario alcun impegno tecnico supplementare di apparecchiature.

Come già menzionato sopra, l'evaporazione sotto vuoto può essere effettuata a temperatura ambientale. In una forma di esecuzione particolarmente vantaggiosa, si possono tuttavia impiegare senz'altro sorgenti di calore presenti nell'autoveicolo per il riscaldamento del carburante da frazionare. Si propongono per questo scopo in particolare l'olio per motori (>100°C) o il refrigerante (circa 80°C) per il raffreddamento del motore.

La condensazione dei componenti privi di zolfo estratti può aver luogo parimenti a temperatura ambiente. Inoltre è tuttavia anche possibile effettuare la condensazione a temperature inferiori alla temperatura ambiente.

La frazione povera di zolfo estratta mediante 1'evaporazione sotto vuoto può essere impiegata direttamente per la combustione nel motore (in forma gassosa o liquida) oppure può essere immagazzinata in un serbatoio. La frazione povera di zolfo si presta dunque in particolare anche per l'aggiunta nel motore durante la fase di avviamento a freddo o durante il funzionamento con miscela povera di un motore del ciclo Otto.

In un motore diesel, è possibile ridurre l'emissione di particelle nel gas di scarico mediante l'aggiunta di combustibile diesel povero di zolfo.

Una ulteriore applicazione della frazione povera di zolfo isolata con il procedimento della presente invenzione è l'impiego nella desoliatazione di un catalizzatore nel sistema di post-trattamento dei gas di scarico di un motore. Nel sistema di posttrattamento dei gas di scarico si raccoglie di tanto in tanto zolfo alla superficie del catalizzatore, il quale viene allontanato mediante rigenerazione (desorbimento). La cosa può aver luogo soltanto nel caso di gas di scarico povero di zolfo.

Oltre all'applicazione come carburante per motori, la frazione di carburante povera di zolfo può essere impiegata anche come mezzo riducente a basso punto di ebollizione per catalizzatori di deazotazione in gas di scarico magro.

L'evaporazione sotto vuoto per la estrazione della frazione povera di zolfo può aver luogo sia dal serbatoio di carburante dell'autoveicolo sia da un contenitore intermedio aggiuntivo. La frazione altobollente ricca di zolfo che rimane nel contenitore intermedio dopo la estrazione dei componenti bassobollenti privi di zolfo può essere impiegata in questo caso in fasi di funzionamento del motore speciali. Una fase di funzionamento di un motore Otto appropriata per 1'impiego della frazione ricca di zolfo è il funzionamento in condizioni stechiometriche (λ = 1) o in condizioni di miscela ricca (funzionamento a pieno carico, λ essendo inferiore a 1). Grazie al maggior numero di ottani della frazione ricca di zolfo e grazie al maggior potere antidetonante ad esso collegato, il motore del ciclo Otto può essere progettato con un rapporto di compressione più alto. Il funzionamento del motore in condizioni di compressione maggiori conduce ad un minor consumo di carburante.

Grazie alla costante aspirazione della fase gas dal serbatoio di carburante durante l'esecuzione dell'evaporazione sotto vuoto, si evitano ampiamente perdite da evaporazione. Di conseguenza le emissioni di idrocarburi dal serbatoio dell'autoveicolo vengono diminuite e il grado di efficienza dell'autoveicolo viene aumentato.

L'invenzione verrà meglio illustrata alla luce di un disegno. Nel disegno:

La Figura 1 è una rappresentazione schematica dello svolgimento del procedimento secondo la presente invenzione;

La Figura 2 mostra l'effetto del contenuto di zolfo del carburante sulla conversone di NO* di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico. ;Lo svolgimento del procedimento secondo la presente invenzione è meglio chiarito nella Figura 1. Nel serbatoio di carburante KV, che contiene il carburante liquido, l'evaporazione dei componenti basso-bollenti privi di zolfo avviene grazie alla depressione (psaug) prodotta dalla pompa di alimentazione del gas PU. Questi componenti vengono aspirati dal serbatoio di carburante KV mediante la pompa di alimentazione di gas PU. L'uscita della pompa è collegata ad un recipiente a pressione DG, in cui si crea grazie alla portata della pompa una sovrappressione (pdruck) · Nelle condizioni di questa sovrappressione i componenti privi di zolfo estratti si condensano nel recipiente a pressione DG e possono essere poi immediatamente utilizzati. ;Nel serbatoio di carburante KV avviene un accumulo dei componenti del carburante alto-bollenti contenenti zolfo. Sia l'evaporazione che la condensazione sotto pressione connessa ad essa possono essere effettuate vantaggiosamente sul lato pressione della pompa a temperatura ambiente, così che il procedimento secondo la presente invenzione riesce senza misure supplementari di riscaldamento o raffreddamento. ;A seconda del tipo di pompa, si può impostare grazie alla progettazione della pompa (pressione sul lato aspirazione sul lato pressione) e tenore di zolfo desiderato della frazione da isolare nonché grazie alla prestazione della pompa si può impostare il tempo di frazionamento necessario. Si sono mostrate particolarmente idonee per questo scopo pompe per vuoto a membrana, che operano senza richiedere manutenzione (senza olio), hanno una elevata durata utile e sono insensibili nei confronti dei mezzi che si condensano nella pompa. Anche il fabbisogno di energia elettrica di una pompa a membrana di questo genere à straordinariamente basso. ;Composti basso-bollenti come per esempio butano, che possono essere condensati nella distillazione solo con un raffreddamento molto intenso (< 0°C), possono essere isolati mediante il procedimento della presente invenzione con un impegno relativamente modesto. ;In base ai procedimenti descritti nella Figura 1, è stato effettuato un frazionamento di carburante del ciclo Otto. Da 1000 mi del carburante impiegato sono stati isolati 350 mi di frazione basso-bollente povera di zolfo e 650 mi di frazione alto-bollenti ricca di zolfo. La pressione sul lato aspirazione andava da 100 a 300 mbar, sul lato pressione da 1 a 2 bar. Sul lato pressione della pompa i componenti basso-bollenti privi di zolfo vengono fortemente accumulati, mentre componenti del carburante altobollenti contenenti zolfo (tra l'altro aromatici) non seno quasi più contenuti. Il carburante che rimane nel serbatoio mette in evidenza un accumulo dei componenti del carburante alto-bollenti contenenti zolfo . ;I singoli contenuti di zolfo erano i seguenti: Contenuto di zolfo del carburante di partenza (ROZ95): (No. di ottano 95) 128 ppm Contenuto di zolfo della frazione basso-bollente pevera di zolfo: 14 ppm Contenuto di zolfo della frazione alto-bollente ricca di zolfo: 177 ppm Nella Figura 2 è rappresentato l'effetto del contenuto di zolfo del carburante sulla conversione di NO* di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico. In ascissa è riportata la durata di funzionamento (in ore), sulla ordinata la conversione dei NOx (in percentuale).Sono state registrate due serie di misure per i contenuti di zolfo 31 ppm e 130 ppm con lo stesso tipo di catalizzatore. Le prove sono state effettuate con un motore del ciclo Otto ad iniezione diretta nel funzionamento con miscela magra (30 secondi di funzionamento con miscela magra con λ = 1,5 e 2 secondi di funzionamento con miscela ricca con λ = 0,75). Come si può riconoscere dal confronto delle serie di misurazione, la durata utile del catalizzatore cala drasticamente con un maggior contenuto di zolfo.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l'estrazione di componenti privi di zolfo da carburanti di motori a bordo di un autoveicolo mediante evaporazione sotto vuoto.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i componenti privi di zolfo estratti vengono condensati a pressione aumentata .
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che per l'evaporazione setto vuoto viene impiegata una pompa di alimentazione di gas, in particolare una pompa a membrana .
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la condensazione dei componenti privi di zolfo avviene all'uscita della pompa di alimentazione del gas.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il carburante è un carburante del ciclc (8) o un combustibile diesel o cherosene o metanolo.
6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'evaporazione sotto vuoto e/o la condensazione vengono effettuati a temperatura ambiente.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l'evaporazione sotto vuoto viene effettuata ad una temperatura aumentata .
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che per il riscaldamento del carburante questo si trova a contatto termico con l'olio del motore o con il refrigerante del motore dell' autoveicolo.
9. 9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i componenti del carburante privi di zolfo estratti vengono utilizzati direttamente oppure vengono raccolti in un serbatoio.
10. 10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i componenti del carburante privi di zolfo vengono addotti al motore in forma gassosa o liquida.
11. 11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il componente del carburante basso-bollenti privi di zolfo vengono addotti al motore nella fase di avviamento a freddo.
12. 12. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i componenti del carburante povero di zolfo vengono addotti nel funzionamento con miscela magra del motore oppure nella desolfatazione del sistema di pcst-trattamento del gas di scarico del motore.
13. 13. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ì componenti del carburante privi di zolfo vengono impiegati come agenti riducenti per i catalizzatori di deazotazione nel gas di scarico magro.
14. 14. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'evaporazione sotto vuoto viene effettuata in un contenitore intermedio, che è presente in aggiunta al serbatoio di carburante nell'autoveicolo.
15. 15. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il componente del carburante contenenti zolfo evaporati vengono addotti al motore in fasi funzionamento con funzionamento stechiometrico durante il funzionamento sotto pieno carico.