NO174160B - Etanoldrivstoff, samt anvendelse av dette som dieseldrivstoff - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et etanoldrivstoff som inneholder polyalkylenglykol forbindelser som tenningsforbedrende middel, samt anvendelse av etanoldrivstoffet som dieseldrivstoff.

I en dieselmotor blir forbrenningsluften komprimert til ca. 40 bar og luften får dermed en temperatur som er høy nok til å antenne dieseloljen som injiseres. For gassolje er brukstemperaturen spesifisert til 336 °C og for kerosen er den 295 °C. For vannfri etanol er antenningstemperaturen i luft spesifisert til 558 °C og i oksygengass til 425 °C. Videre vil fordamping av etanol tilsvare en luftavkjøling på ca. 125 °C i et støkiometrisk forhold mellom etanol og luf t«På grunn; avetanolens høye antenningstemperatur er det ikke mulig å bruke ren etanol som drivstoff i en vanlig dieselmotor.

En måte å antenne etanoldrivstoffet på er å forsyne dieselmotoren med tennplugger, men dette medfører betydelige modifikasjoner av motorkonstruksjonen. I vanlige dieselmotorer blir etanolen tilsatt et såkalt antenningsforbed-rende middel dvs. en forbindelse som senker drivstoffets antenningstemperatur. Den overveiende gruppen antennings-forbedrende midler er gruppen bestående av alkylnitrater og den mest brukte forbindelsen er 2-etylheksylnitrat, generelt forkortet til EHN.

EHN som har en sterk og ubehagelig lukt, er toksisk og kan hydrolyseres til salpetersyre og 2-etylheksanol når det lagres i lengre perioder, spesielt ved høy temperatur. Hydrolysen gir en markert reduksjon av pH og dette kan medføre en alvorlig korrosjonsrisiko. Et annet viktig poeng som taler mot bruk av EHN er at forbindelsen inneholder nitrogen som kan øke mengden av nitrogenoksyder i eksosen. Det er derfor generelt ønskelig at EHN og andre nitrogen-baserte tenningsforbedrende midler kan erstattes av et middel som er mindre miljøskadelig og som har høyere stabi-litet.

Det er også kjent å tilsette korrosjonsinhibitorer og smøremidler til drivstoff. DE-A1-3.628.504 beskriver en drivstoffblanding av hydrokarboner, en alkohol og en korro-sjonsinhibitor i en mengde på opptil 5000 ppm. Denne inhi-bitoren inneholder en overflateaktiv forbindelse, f.eks. blokk-kopolymerer av alkylenoksyder.

GB-A2-143.846 beskriver anvendelse av 0.005 - 0.05 vekt% polyalkylenglykol som smøremiddel i et dieseldrivstoff basert på metanol og/eller etanol.

Det er funnet at de nevnte ulempene med EHN kan elimineres ved bruk av polyalkylenglykolforbindelser som tenningsforbedrende middel i etanoldrivstoff. Etanoldrivstoffet i henhold til oppfinnelsen erkarakterisert vedat det er i form av en løsning bestående av 62 - 94 %, fortrinnsvis 70 - 85 % etanol, 2 - 8 %, fortrinnsvis 3 - 6 % vann og minst 1-30 %, fortrinnsvis 2 - 20 % , av en vannløselig polyalkylenglykolforbindelse som inneholder 6-50 alkylen-oksydenheter med 2-4 karbonatomer og som har en molekylvekt på mindre enn 2500.

Spesifikke eksempler på slike polyalkylenglykolforbindelser er de som kan uttrykkes med den generelle formel

R 0(A)nH,

hvor R er hydrogen eller en hydrokarbongruppe med 1 til 30 karbonatomer, A er en alkylenoksydgruppe med 2-3 karbonatomer, hvor minst 20 % av alle alkylenoksydgruppene er etylenoksydgrupper og n er et heltall valgt slik at polyalkylenglykol forbindelsen har en molekylvekt på fra 300 til 2000, fortrinnsvis fra 400 til 1000.

Andre brukbare polyalkylenglykolforbindelser er forbindelser hvor alkylenoksyd med 2-3 karbonatomer er kombinert med en tiolforbindelse, en karboksylsyre, et primært eller sekundært amin, eller et alkanolamin i en slik mengde at polyalkylenglykolforbindelsen erholder den ønskede molekylvekt.

I konvensjonelle dieselmotorer er mengden av polyalkylen-glykolen som tilsettes fortrinnsvis 12 - 20 vekt%, men ved å optimalisere motoren, f.eks. ved å øke kompresjonsfor-holdet og/eller forvarme innløpsluften, kan tilsetningen reduseres fortrinnsvis til 2-12 vekt%. Etanolblandingen i foreliggende oppfinnelse har en utmerket brennbarhet og polyalkylenglykolforbindelsene er luktfrie, ikke-toksiske og stabile ved lagring. Siden de lett kan velges på en slik måte at de kun inneholder karbon, hydrogen og oksygen, vil ikke forbrenningen medføre noen fare for miljøet og undersøkelser har vist at etanoldrivstoffet i henhold til oppfinnelsen har utmerket forbrenning og at innholdet av organiske hydrokarboner er lavt, vanligvis langt under 1000 ppm.

Det er viktig at polyalkylenglykol forbindelsene har en molekylvekt høyere enn 300, fordi forbindelser med lavere molekylvekt har en tenningsforbedrende effekt som er alt for lav, mens forbindelser med molekylvekt høyere enn ca. 2500 ikke er tilstrekkelig stabile i etanoldrivstoffet. Dersom det tilsettes store mengder polyalkylenglykol forbindelser, bør molekylvekten derav ikke overstige 1000 for å sikre en tilfredstillende løselighet i etanol drivstoffet. Polyalkylenglykolforbindelsene i henhold til oppfinnelsen kan erholdes både fra etylenoksyd og blandinger av etylenoksyd og propylenoksyd. Dersom det anvendes blandinger av etylenoksyd og propylenoksyd, kan disse kombineres både tilfeldig og i en eller flere blokker. Alkylenoksydene kan også kombineres med en forbindelse som inneholder aktivt hydrogen, som f.eks. en alkohol, en karboksylsyre, et amin, en tiol eller en fenolforbindelse. Alkoholen, karboksylsyren, aminet eller tiolen velges fortrinnsvis slik at det inneholder 1-16 karbonatomer og fenolforbin-delsen slik at den inneholder 6-15 karbonatomer.

Fortrinnsvis er polyalkylenglykolforbindelsene hovedsakelig fri for aske, f.eks. lavere enn 0.02 %, for å minimalisere avsetninger i sylindrene og den katalytiske eksosconver-teren. Vanligvis inneholder polyalkylenglykolforbindelsene aske fra metallforbindelser som brukes ved fremstillingen. Disse metallforbindelsene kan fjernes ved ionebytting eller utfelling etterfulgt av filtrering. En annen metode for å erholde askefrie polyalkylenglykoler er å bruke askefrie forbindelser som katalysatorer ved fremstillingen.

I tillegg til etanol, vann og polyalkylenglykolforbindelsene, kan drivstoffet i henhold til oppfinnelsen også inneholde et antall konvensjonelle additiver, som f.eks. korrosjonsinhibitorer, smøremidler og denaturanter.

Oppfinnelsen vil bli nærmere illustrert ved de etterføl-gende eksempler.

EKSEMPEL 1.

Forskjellige etanoldrivstoff ble undersøkt i en 6-sylindret superladet laboratoriedieselmotor med et kompresjons forhold på 18:1. Drivstoffinjektorene hadde fem hull med en diame-ter på 0.42 mm. Under forsøket ble innholdet av organiske hydrokarboner i eksosen bestemt ved forskjellige motor-hastigheter og ved en belastning på 2 %. De undersøkte etanoldrivstoffene inneholdt 60.8 vektdeler etanol, 3.2 vektdeler vann og 22 vektdeler polyetylenglykol med molekylvekt 400 (PEG 400), eller 20 vektdeler av et addukt bestående av nonylfenol kombinert med 16 mol EO (NF + 16 EO), eller av dinonylfenol kombinert med 20 mol alkylenoksyd bestående av 30 % etylenoksyd og 70 % propylenoksyd (DNF + (6 EO + 14 PO)). Følgende resultater ble erholdt : Resultatene viser at etanoldrivstoffet i henhold til oppfinnelsen med fordel kan brukes som dieseldrivstoff og at innholdet av hydrokarboner i eksosen i hovedsak er under 1000 ppm. Innhold av hydrokarboner i eksosgassen over 1000 ppm er uakseptabelt av miljøhensyn.

EKSEMPEL 2.

Det ble utført undersøkelser med den samme dieselmotoren som i eksempel 1. Dieselmotoren ble oppvarmet ved 1300 rpm med en belastning på 550 Nm, hvorved motoren ble kjørt i 10 minutter på tomgang. Dieseldrivstoffet bestod av 60.8 vektdeler etanol, 3.2 vektdeler vann og 14 eller alter-nativt 17 vektdeler polyalkylenglykolforbindelse bestående av nonylfenol kombinert med 16 mol etylenoksyd pr. mol nonylfenol (NF+16 EO). I enkelte forsøk ble motoren også forsynt med en katalysator for rensing av eksosen.

Resultatene i tabell 2 viser at selv på tomgang, når innholdet av hydrokarboner i eksosen vanligvis er meget høyt, vil innholdet av hydrokarboner i eksosen holde seg godt under 1000 ppm når det brukes et etanoldrivstoff i henhold til foreliggende oppfinnelse.

EKSEMPEL 3.

På samme måte som i eksempel 1 ble det undersøkt et etanol-drivstof f ved 2000 rpm. Etanoldrivstoffet inneholdt 60,8 vektdeler etanol, 3,2 vektdeler vann og 18,7 vektdeler polyetylenglykol med en molekylvekt på 600. Eksosgassen ble funnet å inneholde 650 ppm av organiske hydrokarboner.

Claims (8)

1. Etanoldrivstoff inneholdende vann og en polyalkylenglykolforbindelse, karakterisert vedat drivstoffet er i form av en løsning og inneholder 62 - 94 vekt% etanol, 2-8 vekt% vann og som et tenningsforbedrende middel 2-30 vekt% av en vannløselig polyalkylenglykolforbindelse inneholdende 6-50 alkylenoksyenheter med 2-4 karbonatomer og med en molekylvekt på mindre enn 2500.

2. Drivstoff i henhold til krav 1,karakterisert vedat den vannløselige polyalkylenglykolforbindelsen har den generelle formel

hvor R er hydrogen eller en hydrokarbongruppe med 1-30 karbonatomer, A er en alkylenoksygruppe med 2-3 karbonatomer, hvor minst 20 % av alle alkylenoksygruppene er etylenoksygrupper, og n er et heltall valgt slik at polyalkylenglykol forbindelsen har en molekylvekt fra 300 til 2000.

3. Drivstoff i henhold til krav 1-2,karakterisert vedat det inneholder 70 - 85 vekt% etanol, 3-6 vekt% vann og 2 - 20 vekt% av polyalkylenglykolforbindelsen.

4. Drivstoff i henhold til krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat polyalkylenglykolforbindelsen har en molekylvekt på 400 - 1000.

5. Anvendelse av en blanding i form av en løsning inneholdende 62 - 94 vekt% etanol, 2-8 vekt% vann og 2 - 30 vekt% av en vannløselig polyalkylenglykolforbindelse inneholdende 6-50 alkylenoksyenheter med 2-4 karbonatomer og en molekylvekt mindre enn 2500, som drivstoff for dieselmotorer.

6. Anvendelse i henhold til krav 5, hvor den vannløselige polyalkylenglykolforbindelse har den generelle formel

hvor R er hydrogen eller en hydrokarbongruppe med 1-30 karbonatomer, A er en alkylenoksygruppe med 2-3 karbonatomer, hvorav minst 20 % av alle alkylenoksygruppene er etylenoksygrupper og n er et heltall valgt slik at polyalkylenglykol forbindelsen har en molekylvekt på fra 300 til 2000.

7. Anvendelse i henhold til krav 5 eller 6, hvor blan-dingen inneholder 70 - 85 vekt% etanol, 3-6 vekt% vann og 2-20 vekt% av polyalkylenglykolforbindelsen.

8. Anvendelse i henhold til krav 5, 6 eller 7, hvor polyalkylenglykolforbindelsen har en molekylvekt på 400 - 1000.