WO2013171269A1 - Verfahren zur herstellung eines treibstoffadditivs - Google Patents
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- C10L2230/00—Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole
- C10L2230/22—Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole for improving fuel economy or fuel efficiency
Definitions
- the present invention relates to a process for the preparation of a fuel additive, a fuel additive obtained by this process, a fuel containing a fuel additive prepared by the process, and kits and processes using such a fuel additive.
- Fossil fuels in the form of liquid fossil fuels, especially in the form of hydrocarbon mixtures at the present time are still one of the main pillars of the energy industry in developed countries.
- a large part of the goods and passenger transport takes place e.g. still using internal combustion engines based on gasoline or diesel fuels.
- a further application of such liquid fossil fuels is also the supply of heat and, albeit to a lesser extent, the supply of electrical energy to the population.
- Another approach is to suppress the formation of deposits in engines or to reduce deposits formed in the engine by adding substances, in particular of substances with detergent effect.
- substances which have been developed in this context can be found, for example, in EP 0 626 994 B1.
- this strategy again has, similar to the previously described, the disadvantage that on the one hand the achievable efficiency increases are limited and, secondly, that again larger amounts of substance must be added, which in turn can significantly affect the economics of such a process.
- a process for the preparation of a catalytic fuel additive is known from EP 478 828 A1.
- the method described in this document has the great disadvantage that there are used as starting materials natural and compositionally highly variable substances such as seawater and calcined animal bones, so that it is extremely difficult to long term a consistent product and thus a reproducible result to reach.
- seawater is used as the starting material here, it is also incomprehensible to a viewer which exact ingredients, in which concentration and in which combination exactly lead to the desired solution, so that in this respect the substances described there are neither comprehensible nor in any way could be reproduced or optimized.
- the use of seawater also has the problem that the differences in the composition can not ensure that the additive obtained according to this method can always meet all the requirements for fuel additives that are used in combination with modern engines.
- Another object of the present invention is to provide a fuel additive with which a uniform and reproducible increase in the efficiency of an engine and a reduction in exhaust emissions can be achieved.
- Another object of the present invention is to provide methods and kits with which both the fuel consumption and the pollutant emissions of an internal combustion engine can be reduced uniformly and reproducibly.
- the above object is achieved by a process for the preparation of a fuel additive based on a liquid hydrocarbon mixture with the following steps, namely: a.) Providing a liquid hydrocarbon mixture comprising at least one hydrocarbon component consisting of one or more aliphatic C 2 - C 18 hydrocarbons selected from the group consisting of the alkanes, the alkenes, the alkynes, the alcohols, the aldehydes, the ketones, the hydroperoxides, the ethers, the esters and mixtures thereof, and an alcohol component consisting of one or more Ci C 8 monoalcohols, wherein the hydrocarbon component and the alcohol component are completely miscible, b.) Treating the liquid hydrocarbon mixture with a solid mixture comprising at least one inorganic silicon compound and at least one mineral salt, and c.) Separating the liquid hydrocarbon Mixture of the solid mixture, wherein the liquid hydrocarbon mixture forms the fuel additive.
- the object is further achieved by a fuel additive which can be prepared or prepared by the above-mentioned method.
- the object is further achieved by a fuel having a fuel additive prepared by the method described above or the above-mentioned fuel additive.
- a fuel additive of consistent and reproducible quality can be prepared, with this fuel additive in each batch has a substantially equal concentration of metal ions and thus always leads to the same catalytic, that is, fuel-saving effect. Furthermore, it can also be ensured by the method that it can not lead to a fluctuation of the ion concentration in the production of the fuel additive, which can lead to damage of an internal combustion engine when a limit value is exceeded in extreme cases.
- treating the hydrocarbon mixture with the solid mixture is understood in the context of the invention that the hydrocarbon mixture over a given period and at a given temperature is intensively mixed with the solid mixture.
- the solid mixture is used according to the invention in such an amount that it does not come to a complete, preferably not to a significant resolution.
- treating the hydrocarbon mixture with the solid mixture may also be understood to a limited extent as a leaching of the solid mixture with the hydrocarbon mixture.
- the treating of the hydrocarbon mixture with the solid mixture is preferably carried out according to the process of the present invention in that the solid mixture is in the form of a fixed bed and the hydrocarbon mixture is pumped generally in the form of a cycle through the fixed bed.
- Another possibility is to simply treat the hydrocarbon mixture in a stirred reactor with the fixed bed. In both cases, it should be pointed out once again that during the treatment with the amount of solid mixture used, preferably no appreciable dissolution of the solid in the hydrocarbon mixture occurs, so that the solid mixture is available for further treatment after separation of the hydrocarbon mixture.
- the solids mixture is used based on the hydrocarbon mixture in an amount corresponding to a mass ratio of 0.5: 1 to 5: 1, preferably 1: 1 to 3: 1 and in particular from 1, 5: 1 to 2: 1.
- the solid mixture is used in excess, based on the mass of the hydrocarbon mixture.
- the separation of the liquid hydrocarbon mixture from the solid mixture is carried out according to the invention by mechanical separation processes, usually by filtration, sedimentation or a combination of the two methods, wherein the sedimentation can be accelerated, for example by centrifugation.
- the separation of the liquid hydrocarbon mixture from the solid mixture can be carried out both in one or in several steps, e.g. by a combined sedimentation and filtration or a multiple filtration.
- a fuel in the context of the present invention is generally a liquid, consisting of hydrocarbons or at least predominantly hydrocarbons fuel, optionally further additives, such as those skilled in the art, or possibly water, can be present in the fuel ,
- the fuel selected from the group consisting of gasoline, kerosene, diesel oil, light oil and heavy fuel oil.
- An internal combustion engine of the present invention is any engine in which a fuel is burned to generate energy. This includes both internal combustion engines of all types and types, as well as jet engines and gas turbines, but also e.g. burners operated with liquid hydrocarbons, e.g. in heating systems or power plants.
- the liquid hydrocarbon mixture used in the process comprises at least one hydrocarbon component consisting of one or more aliphatic C 2 -C 18 -hydrocarbons selected from the group consisting of the alkanes, the alkenes, alkynes, alcohols, aldehydes, ketones, hydroperoxides, ethers, esters, and mixtures thereof.
- the aliphatic hydrocarbons used in the process may be saturated or partially unsaturated.
- the cited aliphatic C 2 -C 18 hydrocarbons which form, either alone or in combination, a hydrocarbon component of the hydrocarbon mixture used in the process according to the invention, are known per se to the person skilled in the art and can be used by the person skilled in the art with regard to the later desired properties of the fuel additive, eg in terms of boiling point, viscosity or solubility in the various fuels to be used.
- Examples of aliphatic hydrocarbons that can form the at least one hydrocarbon component in the process according to the present invention include, but are not limited to, products and by-products of refining and processing fossil and renewable fuels, especially distillates from the lignite coal tar treatment or the so-called slop fraction from mineral oil storage. Distillatively processed mineral oil fractions from light liquid separators can also be used purposefully and successfully. Also usable are products and by-products from the production of organic bulk and fine chemicals. It is particularly advantageous for the hydrocarbon component in this case if such substances are used as the hydrocarbon component, which are already incurred, for example, in the refining of hydrocarbons or, for example, in the production of biodiesel as a by-product. Examples of these include fatty acid esters which are obtained in the transesterification of vegetable and animal oils or fats, fatty acid methyl esters in particular (fatty methyl ester acid FAME) are used, since these are often available on economically favorable terms.
- the alcohol component used in the process according to the invention consists of one or more CC 8 monoalcohols.
- CC 8 monoalcohols are known per se to a person skilled in the art and this can select both the amount and the type of monoalcohol (s) (monoalcohols) based on the desired properties of the fuel additive to be prepared, in particular with regard to, for example, boiling point and solubility.
- Examples of the inventive CC 8 monoalcohols include the following, namely methanol, ethanol, n-propanol, / '-propanol, n-butanol, /' butanol, sec-butanol, f-butanol, pentanol, hexanol, Cyclohexanol, heptanol and octanol.
- An exemplary and preferred source of the alcohol component is alcohols obtained from the dehydrating workup of fusel alcohols from the bioalcohol distillation.
- the inorganic silicon compounds used in a solid mixture according to the method of the invention may be any inorganic silicon compound known to those skilled in the art.
- these are Si0 2 and its modifications and silicic acids and their derivatives.
- inorganic mixed compounds containing silicon such as alumino silicates, for example in the form of zeolites.
- the inorganic silicon compounds no other toxic components and in particular no toxic metal components such as heavy metal components.
- the silicon compounds should be as lead-free as possible.
- a mineral salt as used in the process according to the invention, is any ionic, salt-like, inorganic compound known to those skilled in the art. These salts may be metal salts, but also other salts, such as ammonium salts.
- the term mineral salts also includes mixed salts and optionally Solvatformen, such as. Hydrate forms, and salt mixtures.
- the mineral salt used in the process of the present invention is free of heavy metals, and more preferably, as mentioned above, for use in engines equipped with exhaust gas catalyst, preferably free of lead.
- the process comprises a further step d.) Of treating the liquid hydrocarbon mixture with an oxidizing agent, wherein the oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of ozone, oxygen, and air , Hydrogen peroxide, the organic and the inorganic peroxides, preferably from the group consisting of oxygen, air, hydrogen, the alkali metal peroxides, in particular lithium, sodium, potassium peroxide, the alkaline earth metal peroxides, the persulfate in particular, ammonium, sodium, potassium persulfate, the organic peracids, in particular MCPBA and dibenzoyl peroxide.
- the oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of ozone, oxygen, and air , Hydrogen peroxide, the organic and the inorganic peroxides, preferably from the group consisting of oxygen, air, hydrogen, the alkali metal peroxides, in particular lithium, sodium, potassium peroxide, the alkaline earth metal peroxides, the pers
- Step d.) both during the treatment of the hydrocarbon mixture with the solid mixture as well as thereafter, possibly after separating the solid mixture, take place.
- step d.) Takes place at least during part of the treatment of step b.).
- the process after step c.) Or optionally after step d.) Comprises a further step e.) Of adding a solubility enhancer, wherein the solubility enhancer is preferably selected from the fatty acid alkyl esters, in particular from the fatty acid methyl esters, in particular from the methyl esters of vegetable oils and animal fats.
- a solubility enhancer is preferably selected from the fatty acid alkyl esters, in particular from the fatty acid methyl esters, in particular from the methyl esters of vegetable oils and animal fats.
- the at least one inorganic silicon compound is selected from zeolites, polysilicic acids, silicates, in particular sodium and potassium silicates, silica, silica gel, water glasses and mixtures thereof.
- the at least one mineral salt is selected from the alkali metal salts, the alkaline earth metal salts, the ammonium salts and mixtures thereof.
- the at least one mineral salt is selected from the carbonates, the hydrogencarbonates, the sulfates, the hydrogen sulfates, the phosphates, the hydrogen phosphates, the dihydrogen phosphates, the halides and mixtures thereof.
- a halide in the context of the invention denotes a fluoride, chloride, bromide or iodide.
- the above-mentioned components lead to an effective fuel additive, but at the same time are generally available at reasonable prices on the market.
- the abovementioned constituents furthermore generally have the advantage that they have low toxicity and easy handling. and also during combustion do not lead to toxic waste gases.
- the solid mixture preferably has neither strongly acidic nor strongly alkaline properties.
- the molar ratio of the cationic component of the at least one mineral salt to the bound silicon in the at least one inorganic silicon compound is 2: 1 to 10: 1, preferably 4: 1 to 5: 1.
- the alcohol component constitutes from 5 to 95% by volume, preferably from 70 to 95% by volume, of the liquid hydrocarbon.
- liquid hydrocarbon mixture is substantially free of aromatic hydrocarbons.
- Aromatic hydrocarbons often have the disadvantage that they exert a toxic effect on the human and animal organism, so that they are already in view of the handling by the end user less desirable. Furthermore, the emission of aromatic hydrocarbons, for example by motor vehicles, is strictly monitored and regulated, so that it is also preferred with regard to the achievement of any existing environmental standards if the inventive Fuel additive has no aromatic hydrocarbons. Aromatic hydrocarbons are also responsible due to the unfavorable carbon-to-hydrogen ratio for increased soot formation, which is also undesirable.
- the treatment in step d.) Is carried out for 5 to 200, preferably for 48 to 120 hours.
- the process is carried out at temperatures of 10 to 60 ° C, preferably from 20 to 55 ° C.
- the process is carried out at pressures of 0.5 to 6 bar, preferably 1 to 2 bar.
- a fuel additive can be obtained, both in gasoline and diesel engines of motor vehicles, as well as, for example.
- load diesel which are used for example for power generation
- a reduction in fuel consumption as well as the pollutant emissions leads.
- internal combustion engines which are operated with diesel oil or biodiesel
- the present invention also relates to the use of a fuel additive prepared by the process according to the invention or of a fuel additive according to the invention for the production of a fuel.
- the present invention also relates to the use of a fuel additive according to the invention or a fuel additive prepared by the process according to the invention for reducing the fuel consumption and / or emissions of an internal combustion engine.
- the invention further relates to a method for reducing the fuel consumption and / or the emissions of an internal combustion engine, comprising mixing a fuel additive of the invention or a fuel additive prepared by the process according to the invention with a fuel for the internal combustion engine and operating the internal combustion engine with such a fuel having.
- the invention further relates to a method for operating an internal combustion engine, wherein the fuel of the internal combustion engine, a fuel additive according to the invention or a fuel additive prepared by the process according to the invention is added.
- the invention further relates to a kit comprising a fuel additive according to the invention or a fuel additive prepared by the process according to the invention and a guide for mixing the fuel additive with a fuel.
- the molar ratio of zeolite bound silicon to ammonium (NH 4 +) is 0.012.
- the total mass of the fixed bed corresponds to twice the mass of all liquid components used.
- the temperature of the system is thermostated to 60 ° C via an intercooler.
- the pressure loss over the fixed bed is 0.17 bar.
- the treatment is interrupted, the fixed bed is added 0.005% of its total mass of sodium peroxide and the treatment continued for another 5h.
- the liquid phase is then removed, withdrawn and pressed through a filter device for the separation of mechanical residues.
- the substance mixture thus obtained can be used directly as an additive to the fuel.
- the fixed bed remaining in the system is reused for the next batch, only the peroxide must be re-dosed. The process generates no waste apart from the slight filter residue.
- the mixture of active substances obtained by the method described above is subjected to a test on the test engine.
- a equipped with direct injection diesel engine is operated without catalytic exhaust aftertreatment in medium load.
- the injection system works according to the common rail principle. Charging takes place by means of turbocharger and charge air cooling.
- Comparatively low-sulfur diesel fuel according to standard EN 590 with and without addition of the active substance mixture is tested for identical operating modes of the engine. 80 ppm of the active ingredient mixture are added to the diesel sample to be added, and the entire mixture is then intensively homogenized by internal circulation at ambient temperature. To determine the fuel consumption, the gravimetric principle is applied.
- the analysis of the exhaust gas is carried out using a commercially available exhaust gas measuring system BEA 850 from Bosch and computer-aided evaluation.
- the evaluation of the particle output is based on the measurement of the blackening of an exhaust filter used. The test was started for both fuel samples after running the engine to steady-state operating temperature and carried out over 14 h.
- a fatty acid methyl ester mixture obtained by transesterification of refined elderberry oil and compliant with the biodiesel standard EN 14214, is mixed with tertiary butyl ethyl ether (ETBE) in a molar ratio of 25: 1 in a sufficiently large reservoir with stirring.
- EBE tertiary butyl ethyl ether
- This mixture is brought into contact with a fixed bed at 2 bar for 3 hours and the treatment isothermal at 35 ° C.
- the fixed bed is composed of molecular sieve 5A, extruded in strand form and sodium carbonate of commercial quality, wherein the molar ratio of carbonate: silicon is about 4.
- the process is stopped first.
- the system is now metered volumetrically 2-propanol so much that a tenfold dilution results.
- the procedure is then continued for another 10 hours.
- the liquid mixture will come to an end withdrawn from the treatment and pressed after cooling to room temperature over a fuel filter. After that
- the active substance mixture produced in this way is comparatively tested and examined on a test bench gasoline engine. 160 ppm of the above-described active ingredient mixture was added to the additized test sample, the blending into the fuel was carried out by circulation over a centrifugal pump for several hours.
- the fuel consumption was determined gravimetrically at two load points, each corresponding constant speed of 60 km / h (load point 1) or 100 km / h (load point 2). Attention was paid to the constancy of the oil temperature in order to avoid distortions due to changing oil viscosity.
- the mixture is in the mass ratio 1: 1, 5, a mixture consisting of sodium bisulfate and saline boiling salt in the ratio 8: 2 added with stirring. After the addition, 10% of the mass of the salt is added to sodium silicate. This solid suspension is slowly circulated at 50 ° C for 5 h. For a further 5 h, 100 l / h of air are introduced from a compressed gas cylinder via the gassing stirrer. After the stirrer has been switched off, the system remains in the container for a further 30 h for sedimentation. About the suction pipe, which is provided with suction basket and filter, then the liquid cooled to room temperature liquid mixture is sucked off and again subjected to a fine filtration. The filtrate is used as fuel additive without further treatment or purification.
- the active substance concentrate according to the invention thus produced is used as fuel additive in diesel-powered electricity generators.
- a long-term double-blind study on four generator modules over a trial period of four months (volumetrically determined via calibrated fuel storage tanks, consumption calculation normalized to generated electric energy per unit time) compared to non-additive basic fuel, the B30 with 30% Soyamethylesteranteil in mineral diesel), the following results:
- the generators were operated at constant speed of (network fluctuations statistically averaged) 1500 U / min.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffadditivs, ein nach diesem Verfahren erhaltenes Treibstoffadditiv, einen Treibstoff enthaltend ein nach dem Verfahren hergestelltes Treibstoffadditiv sowie Kits und Verfahren unter Verwendung eines solchen Treibstoffadditivs.
Description
Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffadditivs
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffadditivs, ein nach diesem Verfahren erhaltenes Treibstoffadditiv, einen Treibstoff enthaltend ein nach dem Verfahren hergestelltes Treibstoffadditiv sowie Kits und Verfahren unter Verwendung eines solchen Treibstoffadditivs.
[0002] Fossile Energieträger in Form von flüssigen fossilen Brennstoffen, insbesondere in Form von Kohlenwasserstoffgemischen bilden zum jetzigen Zeitpunkt noch immer einen der Hauptpfeiler der Energiewirtschaft in den entwickelten Ländern. Ein großer Teil des Waren- und Personentransports erfolgt z.B. noch immer unter Verwendung von Brennkraftmaschinen auf Basis von Otto- oder Dieselkraftstoffen. Eine weitere Anwendung solcher flüssiger fossiler Brennstoffe ist ferner die Wärmeversorgung und, wenn auch in etwas geringerem Umfang, die Versorgung der Bevölkerung mit elektrischer Energie.
[0003] Trotz intensiver Forschungsentwicklungsbemühungen ist mittelfristig eine Ablösung von Transportmitteln auf Basis von Brennkraftmaschinen sowie auch ein völliges Überflüssigmachen der Wärme- und Energieversorgung, basierend auf fossilen Brennstoffen, durch andere Energieträger nicht zu erwarten.
[0004] Vor dem Hintergrund der Verknappung solcher fossiler Energieressourcen und den damit verbundenen steigenden Kosten sowie auch den zunehmenden politischen Spannungen, die sich aus dem Konflikt eines steigenden Entwicklungsgrades und damit einer vermehrten Nachfrage nach fossilen Brennstoffen und eines sinkenden Angebots ergeben, sowie den immer deutlicher werdenden mit der Verwendung der beschriebenen fossilen Energieträger zusammenhängenden Umwelt- und insbesondere Klimaproblemen, ist es augenblicklich von höchstem Interesse, die Effizienz bei der Verwendung solcher fossiler Brennstoffe zu erhöhen.
[0005] Neben der Entwicklung von neuen Generationen von Brennkraftmaschinen besteht eine weitere Strategie zur Reduktion des Verbrauchs fossiler Brennstoffe darin, den Kraftstoff selber durch Zugabe von Additiven zu optimieren.
[0006] Im Hinblick auf diese Optimierung der Kraftstoffe sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt. Zum einen besteht die Möglichkeit, durch Verbesserung der Schmierstoffe sowie der Kraftstoffe selbst die im Motor auftretenden Reibungen zu vermindern und somit den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. Ein Beispiel für einen solchen Ansatz findet sich z.B. in der WO 2005/054314. Der Nachteil bei diesem Ansatz liegt allerdings zum einen darin, dass die damit erreichten Effizienzsteigerungen sich als nur begrenzt erwiesen haben, sowie auch darin, dass die dazu notwendigen Additive in recht großen Mengen zugegeben werden müssen, so dass die Wirtschaftlichkeit fraglich ist.
[0007] Ein weiterer Ansatz besteht darin, durch Zugabe von Substanzen, insbesondere von Substanzen mit Detergenzwirkung die Bildung von Depositen in Motoren zu unterdrücken bzw. im Motor gebildetes Deposit zu reduzieren. Ein Beispiel für Substanzen, die in diesem Zusammenhang entwickelt wurden, lässt sich z.B. in der EP 0 626 994 B1 finden. Diese Strategie hat allerdings wiederum, ähnlich wie die zuvor beschriebene, den Nachteil, dass zum einen die damit erreichbaren Effizienzsteigerungen begrenzt sind sowie zum anderen, dass auch hier wieder größere Mengen Substanz zugegeben werden müssen, was wiederum die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens deutlich beeinträchtigen kann.
[0008] Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Brennkraftmaschinen besteht darin, den Kraftstoffen Additive zuzugeben, welche im Verbren- nungsprozess selbst katalytisch wirken und somit zu einer vollständigeren Umsetzung des zu verbrennenden Kraftstoffs in C02 und Wasser führen, was wiederum die Energieausbeute erhöht. Auch wenn dieser Ansatz potenziell das größte Verbesserungspotenzial aufweist, ergeben sich potenzielle Nachteile zum einen dahingehend, dass die Art und Menge der zugegebenen katalytischen Substanzen genau kontrolliert werden muss, so dass es insbesondere in modernen Hochleistungsmotoren nicht zu Störungen des Betriebs kommt, und zum anderen auch dahingehend, dass die katalytischen Zusätze nicht toxisch sein sollten und insbesondere auch nicht zu toxischen Abgasen führen sollten.
[0009] Ein Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Treibstoffadditivs ist aus der EP 478 828 A1 bekannt. Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren hat jedoch den großen Nachteil, dass dort als Ausgangsmaterialien natürliche und in ihrer Zusammensetzung stark variable Substanzen wie Meerwasser sowie kalzinierte Tierknochen verwendet werden, so dass es äußerst schwierig ist, hier langfristig ein gleichbleibendes Produkt und somit auch ein reproduzierbares Ergebnis zu erreichen. Ferner ist dadurch, dass hier Meerwasser als Ausgangsstoff verwendet wird, einem Betrachter auch nicht nachvollziehbar, welche genauen Inhaltsstoffe in welcher Konzentration und in welcher Kombination genau zur gewünschten Lösung führen, so dass auch in dieser Hinsicht die dort beschriebenen Substanzen weder nachvollziehbar noch in irgendeiner Weise reproduzierbar oder auch optimierbar wären. Die Verwendung von Meerwasser hat ferner das Problem, dass durch die Unterschiede in der Zusammensetzung nicht sichergestellt werden kann, dass der gemäß diesem Verfahren erhaltene Zusatz stets allen Anforderungen an Treibstoffzusätze, die in Kombination mit modernen Motoren verwendet werden, erfüllen kann.
[0010] Neben den oben genannten Nachteilen im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit hat das aus der EP 478 828 A1 bekannte Verfahren zur Herstellung des Treibstoffadditivs ferner den großen Nachteil, dass es sich hierbei um ein recht kompliziertes Verfahren handelt, bei dem Lösungen sowohl stark angesäuert wie auch stark basisch gemacht werden müssen, mit den mit diesen technischen Maßnahmen verbundenen Problemen, sowie dass insbesondere aufgrund der Verwendung von Meerwasser hier
große Mengen Wasser abgedampft werden müssen, was einen unerwünschten hohen Energieaufwand zur Folge hat.
[0011] Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffadditivs zu beschreiben, mit dem ein Treibstoffadditiv hergestellt werden kann, mit dem der Wirkungsgrad eines Motors deutlich gesteigert und gleichzeitig der Ausstoß ungewünschter Abgase vermindert werden kann, wobei dieses Verfahren sowohl technisch einfach in der Durchführung ist als auch insbesondere im Hinblick auf das Endprodukt ein gleichmäßig reproduzierbares Ergebnis liefert.
[0012] Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Treibstoffadditiv bereitzustellen, mit dem eine gleichmäßige und reproduzierbare Erhöhung des Wirkungsgrades eines Motors sowie eine Verringerung des Abgasausstoßes erreicht werden kann.
[0013] Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren und Kits zur Verfügung zu stellen, mit denen sowohl der Kraftstoffverbrauch wie auch der Schadstoffausstoß eines Verbrennungsmotors gleichmäßig und reproduzierbar gesenkt werden können.
[0014] Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffadditivs auf Basis eines flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches mit den folgenden Schritten gelöst, nämlich: a.) Bereitstellen eines flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches, das zumindest eine Kohlenwasserstoffkomponente bestehend aus einem oder mehreren aliphatischen C2-C18-Kohlenwasserstoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Alkanen, den Alkenen, den Alkinen, den Alkoholen, den Aldehyden, den Ketonen, den Hydroperoxiden, den Ethern, den Estern und Mischungen davon, und eine Alkoholkomponente bestehend aus einem oder mehreren Ci-C8-Monoalkoholen, aufweist, wobei die Kohlenwasserstoffkomponente und die Alkoholkomponente völlig mischbar sind, b.) Behandeln des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches mit einem Feststoffgemisch, das zumindest eine anorganische Siliziumverbindung und zumindest ein Mineralsalz aufweist, und c.) Abtrennen des flüssigen Kohlenwasser-
Stoffgemisches von dem Feststoffgemisch, wobei das flüssige Kohlenwasserstoffgemisch das Treibstoffadditiv bildet.
[0015] Die Aufgabe wird ferner durch ein Treibstoffadditiv gelöst, das nach dem oben genannten Verfahren herstellbar ist bzw. hergestellt ist.
[0016] Die Aufgabe wird ferner durch einen Treibstoff gelöst, der ein nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestelltes Treibstoffadditiv oder das oben genannte Treibstoffadditiv aufweist.
[0017] Es wurde nun überraschenderweise herausgefunden, dass durch Behandeln eines flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches wie oben beschrieben mit einem Feststoffgemisch, das zumindest eine anorganische Siliziumverbindung und zumindest ein Mineralsalz aufweist, ein Treibstoffadditiv mit gleichbleibender und reproduzierbarer Qualität hergestellt werden kann, wobei dieses Treibstoffadditiv in jeder Charge eine im Wesentlichen gleiche Konzentration an Metallionen aufweist und somit stets zu der gleichen katalytischen, das heißt Treibstoff sparenden Wirkung führt. Ferner kann durch das Verfahren auch sichergestellt werden, dass es bei der Herstellung des Treibstoffadditivs nicht zu einer Schwankung der lonenkonzentration kommen kann, die bei Überschreiten eines Grenzwertes im Extremfall zu einer Beschädigung eines Verbrennungsmotors führen kann.
[0018] Unter Behandeln des Kohlenwasserstoffgemisches mit dem Feststoffgemisch wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass das Kohlenwasserstoffgemisch über einen gegebenen Zeitraum und bei einer gegebenen Temperatur intensiv mit dem Feststoffgemisch vermischt wird. Das Feststoffgemisch wird gemäß der Erfindung in einer solchen Menge eingesetzt, dass es nicht zu einer völligen, vorzugsweise nicht zu einer merklichen Auflösung kommt. In gewisser Hinsicht kann das Behandeln des Kohlenwasserstoffgemisches mit dem Feststoffgemisch auch in begrenztem Umfang als ein Auswaschen des Feststoffgemischs mit dem Kohlenwasserstoffgemisch verstanden werden.
[0019] Das Behandeln des Kohlenwasserstoffgemisches mit dem Feststoffgemisch erfolgt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise dadurch, dass das Feststoffgemisch in Form eines Festbetts vorliegt und das Kohlenwasserstoffgemisch im Allgemeinen in Form eines Kreislaufes durch das Festbett gepumpt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Kohlenwasserstoffgemisch einfach in einem Rührreaktor mit dem Festbett zu behandeln. Es ist hierbei in beiden Fällen nochmals darauf hinzuweisen, dass es während der Behandlung bei der eingesetzten Menge des Feststoffgemisches vorzugsweise nicht zu einer merklichen Auflösung des Feststoffes in dem Kohlenwasserstoffgemisch kommt, so dass das Feststoffgemisch nach Abtrennen des Kohlenwasserstoffgemisches für eine weitere Behandlung zur Verfügung steht.
Üblicherweise wird das Feststoffgemisch bezogen auf das Kohlenwasserstoffgemisch in einer Menge eingesetzt, die einem Massenverhältnis von 0,5: 1 bis 5: 1 , vorzugsweise 1 : 1 bis 3: 1 und insbesondere von 1 ,5: 1 bis 2: 1 entspricht. Üblicherweise wird dabei das Feststoffgemisch bezogen auf die Masse des Kohlenwasserstoffgemischs im Überschuss eingesetzt.
[0020] Das Abtrennen des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches von dem Feststoffgemisch erfolgt gemäß der Erfindung durch mechanische Trennverfahren, üblicherweise durch Filtration, Sedimentation oder eine Kombination der beiden Methoden, wobei die Sedimentation zum Beispiel durch Zentrifugation beschleunigt werden kann. Das Abtrennen des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches von dem Feststoffgemisch kann dabei sowohl in einem als auch in mehreren Schritten z.B. durch eine kombinierte Sedimentation und Filtration oder eine mehrfache Filtration erfolgen.
[0021] Die Unterschiede des vorliegenden Verfahrens zu den aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren liegen somit unter Anderem zum einem darin, dass im vorliegenden Verfahren an statt eines mehr oder minder Undefinierten, anorganischen Pulvers ein definiert herstellbares Feststoffgemisch verwendet wird und zum anderen darin, dass dieses Feststoffgemisch lediglich über einen gegebenen Zeitraum mit dem Kohlenwasserstoffgemisch vermischt wird. Auch wenn die Anmelderin nicht an irgendeine Theorie gebunden sein möchte, wird davon ausgegangen, dass die Behandlung des Kohlenwasserstoffgemischs mit dem Feststoffgemisch zu einem reproduzierbaren Aus- waschprozess in dem Feststoffgemisch führt. Dieser reproduzierbare Auswaschprozess in
Kombination mit einem definierten Feststoffgemisch führt dazu, dass mit dem Verfahren der Erfindung ein reproduzierbar wirksames Treibstoffadditiv mit gleichbleibender Qualität erhalten werden kann.
[0022] Der Ausdruck„aufweisen" bzw.„aufweisend" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine offene Aufzählung und schließt neben den ausdrücklich genannten Bestandteilen bzw. Schritten andere Bestandteile bzw. Schritte nicht aus.
[0023] Der Ausdruck„bestehen aus" bzw.„bestehend aus" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine geschlossene Aufzählung und schließt neben den ausdrücklich genannten Bestandteilen bzw. Schritten jegliche andere Bestandteile bzw. Schritte jenseits technisch unvermeidbarer Spuren bzw. Verunreinigungen aus.
[0024] Der Ausdruck„im Wesentlichen bestehen aus" bzw.„im Wesentlichen bestehend aus" bezeichnet im Rahme der vorliegenden Erfindung eine teilweise geschlossene Aufzählung und bezeichnet Verfahren, Gemische bzw. Zubereitungen die neben den genannten Bestandteilen bzw. Schritten nur noch solche weiteren Bestandteile bzw. Schritte aufweisen, die den erfindungsgemäßen Charakter der Zubereitung, des Gemisches bzw. des Verfahrens nicht materiell verändern oder die in Mengen vorliegen, die den erfindungsgemäßen Charakter der Zubereitung, des Gemisches bzw. des Verfahrens nicht materiell verändern.
[0025] Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Zubereitung, ein Gemisch oder ein Verfahren unter Verwendung des Ausdrucks„aufweisen" bzw.„aufweisend" beschrieben ist, schließt dies ausdrücklich Zubereitungen, Gemische oder Verfahren ein die aus den genannten Bestandteilen bzw. Schritten bestehen oder im Wesentlichen aus den genannten Bestandteilen bzw. Schritten bestehen.
[0026] Ein Treibstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung ist im Allgemeinen ein flüssiger, aus Kohlenwasserstoffen oder zumindest überwiegend aus Kohlenwasserstoffen bestehender Treibstoff, wobei ggf. weitere Zusätze, wie diese dem Fachmann bekannt sind, oder auch ggf. Wasser, in dem Treibstoff vorliegen können. Vorzugsweise
ist der Treibstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzin, Kerosin, Dieselöl, Leichtöl und Schweröl.
[0027] Eine Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung ist jegliche Maschine, in der ein Treibstoff zur Erzeugung von Energie verbrannt wird. Dieses schließt sowohl Verbrennungsmotoren jeglicher Art und Bauart, sowie Strahltriebwerke und Gasturbinen, aber auch z.B. mit flüssigem Kohlenwasserstoffen betriebene Brenner, z.B. in Heizungssystemen oder Kraftwerken ein.
[0028] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das in dem Verfahren verwendete flüssige Kohlenwasserstoffgemisch zumindest eine Kohlenwasserstoffkomponente auf, die aus einem oder mehreren aliphatischen C2-C18-Kohlenwasserstoffen besteht, die, ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus den Alkanen, den Alkenen, den Alkinen, den Alkoholen, den Aldehyden, den Ketonen, den Hydroperoxyden, den Ethern, den Estern, und Mischungen davon. Die in dem Verfahren verwendeten aliphatischen Kohlenwasserstoffe können gesättigt oder teilweise ungesättigt sein. Die genannten aliphatischen C2-C18-Kohlenwasserstoffe, die entweder in Alleinstellung oder in Kombination eine Kohlenwasserstoffkomponente des in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Kohlenwasserstoffsgemisches bilden, sind dem Fachmann an sich bekannt und können von diesem im Hinblick auf die späteren gewünschten Eigenschaften des Treibstoffadditivs, z.B. im Hinblick auf Siedepunkt, Viskosität oder auch Löslichkeit in den verschiedenen zu verwendenden Treibstoffen, ausgewählt werden.
[0029] Beispiele für aliphatische Kohlenwasserstoffe, die die zumindest eine Kohlenwasserstoffkomponente in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bilden können, schließen Folgendes ein, sind aber nicht beschränkt auf, Produkte und Nebenprodukte der Raffinierung und Verarbeitung fossiler und nachwachsender Brennstoffe, insbesondere Destillate aus der Braunkohlenteerveredlung oder die sogenannte Slop-Fraktion aus der Mineralölgrosslagerung. Destillativ aufgearbeitete Mineralölfraktionen aus Leichtflüssigkeitsabscheidern können ebenfalls zielführend und erfolgreich verwendet werden. Ebenfalls einsetzbar sind Produkte und Nebenprodukte aus der Herstellung von organischen Massen- und Feinchemikalien.
[0030] Besonders vorteilhaft für die Kohlenwasserstoffkomponente ist es hierbei, wenn als Kohlenwasserstoffkomponente solche Substanzen verwendet werden, die ohnehin schon z.B. bei der Raffinierung von Kohlenwasserstoffen oder z.B. bei der Herstellung von Biodiesel als Nebenprodukt anfallen. Beispiele hierfür sind u.a. Fettsäureester, die bei der Umesterung von pflanzlichen und tierischen Ölen oder Fetten erhalten werden, wobei insbesondere Fettsäuremethylester (fatty methyl ester acid FAME) verwendet werden, da diese häufig zu wirtschaftlich günstigen Konditionen erhältlich sind.
[0031] Weitere Beispiele für die oben genannten Nebenprodukte sind Restdestillate aus der Petroraffinerie und Hydrierabstreifer aus der Schmierölaufbereitung, die ebenfalls aufgrund ihres Status als Nebenprodukte, wenn nicht sogar Abfallprodukte, günstig erhältlich sind
[0032] Die in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Alkoholkomponente besteht aus einem oder mehreren C C8-Monoalkoholen. Solche C C8- Monoalkohole sind dem Fachmann per se bekannt und dieser kann sowohl die Menge wie auch die Art des (der) Monoalkohols (Monoalkohole), basierend auf den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Treibstoffadditivs, insbesondere im Hinblick z.B. auf Siedepunkt und Löslichkeit, auswählen.
[0033] Beispiele für die erfindungsgemäßen C C8-Monoalkohole schließen Folgendes ein, nämlich Methanol, Ethanol, n-Propanol, /'-Propanol, n-Butanol, /'-Butanol, sec-Butanol, f-Butanol, Pentanol, Hexanol, Cyclohexanol, Heptanol und Octanol. Es ist auch hier wieder unter wirtschaftlichen Aspekten vorteilhaft, wenn als Alkoholkomponente gemäß der Erfindung Neben- oder Abfallprodukte aus anderen großtechnischen Verfahren verwendet werden. Eine beispielhafte und bevorzugte Quelle für die Alkoholkomponente sind Alkohole, die aus der entwässernden Aufarbeitung von Fuselalkoholen aus der Bioalkoholdestillation erhalten werden.
[0034] Bei den anorganischen Siliziumverbindungen, die in einem Feststoffgemisch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, kann es sich um jegliche anorganische Siliziumverbindung, die dem Fachmann bekannt ist, handeln.
Insbesondere handelt es sich hierbei um Si02 und dessen Modifikationen sowie Kieselsäuren und deren Derivate. Ebenfalls eingeschlossen in den anorganischen Siliziumverbindungen sind anorganische Mischverbindungen, die Silizium enthalten, wie z.B. Alumo- silikate, z.B. in Form von Zeolithen. Im Hinblick sowohl auf die Durchführung des Verfahrens sowie auch im Hinblick darauf, dass bei der Verbrennung des vorliegenden Treibstoffadditivs die Bildung von toxischen Abgasen so weit wie möglich vermieden werden soll, ist es besonders vorteilhaft, wenn die anorganischen Siliziumverbindungen keine weiteren toxischen Bestandteile und insbesondere keine toxischen Metallbestandteile, wie bspw. Schwermetallbestandteile, aufweisen. Im Hinblick auf die Verwendung in Automobilmotoren, die mit Abgaskatalysatoren ausgestattet sind, sollten die Siliziumverbindungen möglichst frei von Blei sein.
[0035] Unter einem Mineralsalz, wie dieses in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, ist eine jegliche ionische, salzartige, anorganische Verbindung, die dem Fachmann bekannt ist, zu verstehen. Bei diesen Salzen kann es sich um Metallsalze, aber auch um andere Salze, wie bspw. Ammoniumsalze, handeln. Der Ausdruck Mineralsalze schließt außerdem Mischsalze sowie ggf. Solvatformen, wie bspw. Hydratformen, und Salzgemische ein.
[0036] Bevorzugterweise wird wiederum als Mineralsalz gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Salz verwendet, das nicht zu einer Erhöhung der in den Abgasen enthaltenen Schadstoffen führt. Vorzugsweise ist das Mineralsalz, das im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, frei von Schwermetallen und insbesondere, wie oben bereits angesprochen bei der Verwendung in Motoren, die mit Abgaskatalysator ausgestattet sind, vorzugsweise frei von Blei.
[0037] In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren nach oder während Schritt b.) einen weiteren Schritt d.) des Behandeins des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches mit einem Oxidationsmittel auf, wobei das Oxidationsmittel vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ozon, Sauerstoff, Luft, Wasserstoffperoxid, den organischen und den anorganischen Peroxiden, vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Luft, Wasserstoff, den Alkalimetallperoxiden, insbesondere Lithium-, Natrium-, Kaliumperoxid, den Erdalkalimetallperoxiden, den Persulfa-
ten, insbesondere Ammonium-, Natrium-, Kaliumpersulfat, den organischen Persäuren, insbesondere MCPBA und Dibenzoylperoxid.
[0038] Es hat sich gezeigt, dass durch die Behandlung des Treibstoffadditivs mit einem Oxidationsmittel die Effektivität des Treibstoffadditivs noch einmal deutlich gesteigert werden kann.
[0039] Schritt d.) kann gemäß der Erfindung sowohl während der Behandlung des Kohlenwasserstoffgemischs mit dem Feststoffgemisch wie auch danach, ggf. auch nach Abtrennen des Feststoffgemisches, erfolgen. Prozesstechnisch ist es, insbesondere, um die Behandlungszeit nicht übermäßig zu verlängern, dabei bevorzugt, wenn Schritt d.) zumindest während eines Teils der Behandlung von Schritt b.) erfolgt.
[0040] Auch wenn die Anmelderin hier nicht an irgendeine Theorie gebunden sein möchte, geht sie davon aus, dass durch die Behandlung des Treibstoffadditivs mit einem Oxidationsmittel zusätzlicher Sauerstoff, sei es physikalisch gelöst oder chemisch an in dem Treibstoffadditiv vorliegende Verbindungen gebunden, eingebracht wird, was wiederum zu einer vollständigeren Verbrennung führt. Im Hinblick hierauf ist die Behandlung mit einem Oxidationsmittel insbesondere dann besonders effektiv, wenn die Kohlenwasserstoffkomponente eine oder mehrere Verbindungen aufweist, die ein oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppel- bzw. -Dreifachbindungen aufweisen. Die Anmelderin geht davon aus, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass während der Behandlung mit einem Oxidationsmittel an diesen Mehrfachbindungen Oxidate, wie bspw. Peroxide, oder ggf. je nach Oxidationsmittel auch Ozonide gebildet werden, die wiederum die Verbrennung unterstützen.
[0041] In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren nach Schritt c.) bzw. ggf. nach Schritt d.) einen weiteren Schritt e.), des Zugebens eines Löslichkeitsver- besserers, auf, wobei der Löslichkeitsverbesserer vorzugsweise ausgewählt ist aus den Fettsäurealkylestern, insbesondere aus den Fettsäuremethylestern, insbesondere aus den Methylestern von Pflanzenölen und tierischen Fetten.
[0042] Es hat sich gezeigt, dass selbst bei einer spezifischen Auswahl der Kohlenwasserstoffkomponente und der Alkoholkomponente nach der Durchführung des Verfahrens ein Produkt erhalten werden kann, dessen Löslichkeit in dem gewünschten Treibstoff nur eingeschränkt ist. Letzteres kann insbesondere dann auftreten, wenn das Verfahren noch den Schritt des Behandeins des Kohlenwasserstoffgemisches mit einem Oxidationsmittel aufweist, da hierdurch häufig die Polarität der in dem Gemisch vorliegenden Substanzen deutlich geändert wird. Durch Zugabe eines Löslichkeitsverbesserers, insbesondere der ausdrücklich genannten Löslichkeitsverbesserer, kann dieses Problem wieder ausgeglichen werden und die Löslichkeit des Additivs an den gewünschten Treibstoff angepasst werden.
[0043] In einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine anorganische Siliziumverbindung ausgewählt aus den Zeolithen, den Polykieselsäuren, den Silikaten, insbesondere den Natrium- und den Kaliumsilikaten, Siliziumdioxid, Silicagel, den Wassergläsern und Mischungen davon.
[0044] In weiteren Ausführungsformen ist das zumindest eine Mineralsalz ausgewählt aus den Alkalimetallsalzen, den Erdalkalimetallsalzen, den Ammoniumsalzen und Mischungen davon.
[0045] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Mineralsalz ausgewählt aus den Carbonaten, den Hydrogencarbonaten, den Sulfaten, den Hydrogensulfaten, den Phosphaten, den Hydrogenphosphaten, den Dihydrogen- phosphaten, den Halogeniden und Mischungen davon.
[0046] Ein Halogenid im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Fluorid, Chlorid, Bromid oder lodid.
[0047] Es hat sich gezeigt, dass die oben genannten Bestandteile zu einem effektiven Treibstoffadditiv führen, jedoch gleichzeitig im Allgemeinen zu günstigen Preisen am Markt erhältlich sind. Die oben genannten Bestandteile haben ferner im Allgemeinen den Vorteil, dass diese eine geringe Toxizität und eine einfache Handhabbarkeit aufwei-
sen und auch bei der Verbrennung nicht zu toxischen Abgasen führen. Um die Handhabbarkeit zu verbessern, weist das Feststoffgemisch vorzugsweise weder stark saure noch stark alkalische Eigenschaften auf.
[0048] In einer weiteren Ausführungsform liegt das molare Verhältnis der kationischen Komponente des zumindest einen Mineralsalzes zum gebundenen Silizium in der zumindest einen anorganischen Siliziumverbindung bei 2: 1 bis 10: 1 , vorzugsweise bei 4: 1 bis 5: 1.
[0049] Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Verwendung einer Mischung aus einem Mineralsalz und einer anorganischen Siliziumverbindung, in der die kationische Komponente des Mineralsalzes im Überschuss vorliegt, und insbesondere einer Mischung in einem Mischungsverhältnis in dem oben genannten Rahmen zu einem besonders effektiven Treibstoffadditiv führt.
[0050] In einer weiteren Ausführungsform macht die Alkoholkomponente 5 bis 95 Vol.-%, vorzugsweise 70 bis 95 Vol.-% des flüssigen Kohlenwasserstoffs aus.
[0051] Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung der Alkoholkomponente in den oben genannten Mengen zum einen ein effektives Treibstoffadditiv hergestellt wird, zum anderen jedoch auch noch eine ausreichende Löslichkeit des Additivs in den meisten konventionell verwendeten Treibstoffen sichergestellt wird.
[0052] In einer weiteren Ausgestaltung ist das flüssige Kohlenwasserstoffgemisch im Wesentlichen frei von aromatischen Kohlenwasserstoffen.
[0053] Aromatische Kohlenwasserstoffe haben häufig den Nachteil, dass diese eine toxische Wirkung auf den menschlichen und tierischen Organismus ausüben, so dass diese schon im Hinblick auf die Handhabbarkeit durch den Endverbraucher wenig wünschenswert sind. Ferner wird der Ausstoß von aromatischen Kohlenwasserstoffen z.B. durch Kraftfahrzeuge streng überwacht und reguliert, so dass es auch im Hinblick auf das Erreichen ggf. vorliegender Umweltnormen bevorzugt ist, wenn das erfindungsgemä-
ße Treibstoffadditiv keine aromatischen Kohlenwasserstoffe aufweist. Aromatische Kohlenwasserstoffe sind ferner auf Grund des ungünstigen Kohlenstoff-Wasserstoff- Verhältnisses für eine erhöhte Russbildung verantwortlich, was ebenfalls unerwünscht ist.
[0054] In einer Ausführungsform erfolgt das Behandeln in Schritt d.) für 5 bis 200, vorzugsweise für 48 bis 120 Stunden.
[0055] Eine Behandlung in den oben genannten Grenzen führt zum einen dazu, dass ein effektives Treibstoffadditiv erzeugt wird, jedoch ist die Behandlung nicht so lange, dass dieses nicht mehr wirtschaftlich ist.
[0056] In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren bei Temperaturen von 10 bis 60°C, vorzugsweise von 20 bis 55°C durchgeführt.
[0057] In einer Ausführungsform der oben genannten Erfindung wird das Verfahren bei Drücken von 0,5 bis 6 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar durchgeführt.
[0058] Es hat sich gezeigt, dass bei den oben genannten Temperatur- und Druckverhältnissen zum einen ein effektives Treibstoffadditiv erzeugt wird, und zum anderen auch die Strömungsverhältnisse bei der Behandlung des Kohlenwasserstoffge- mischs mit dem Feststoffgemisch so sind, dass das Verfahren mit technisch und wirtschaftlich vertretbarem Aufwand durchzuführen ist.
[0059] Es hat sich nun gezeigt, dass gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Treibstoffadditiv erhalten werden kann, das sowohl in Otto- wie auch Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, als auch bspw. in Lastdieseln, die z.B. zur Stromerzeugung verwendet werden, zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs sowie auch des Schadstoffausstoßes führt. Insbesondere im Hinblick auf Verbrennungsmotoren, die mit Dieselöl bzw. Biodiesel betrieben werden, ist hier noch zusätzlich anzumerken, dass es dabei auch zu einer deutlichen Verminderung der Rußemission kommt.
[0060] Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Treibstoffadditivs bzw. eines erfindungsgemäßen Treibstoffadditivs zur Herstellung eines Treibstoffes.
[0061] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Treibstoffadditivs bzw. eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Treibstoffadditivs zur Senkung des Treibstoffverbrauchs und/oder der Emissionen einer Brennkraftmaschine.
[0062] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Senken des Treibstoffverbrauchs und/oder der Emissionen einer Brennkraftmaschine, das das Vermischen eines erfindungsgemäßen Treibstoffadditivs oder eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Treibstoffadditivs mit einem Treibstoff für die Brennkraftmaschine und das Betreiben der Brennkraftmaschine mit einem solchen Treibstoff aufweist.
[0063] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei dem Treibstoff der Brennkraftmaschine ein erfindungsgemäßes Treibstoffadditiv oder ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Treibstoffadditiv zugesetzt wird.
[0064] Die Erfindung betrifft ferner ein Kit aufweisend ein erfindungsgemäßes Treibstoffadditiv oder ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Treibstoffadditiv und eine Anleitung zum Vermischen des Treibstoffadditivs mit einem Treibstoff.
[0065] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0066] Die Erfindung wird nachstehend in Bezug auf einige ausgewählte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind hierbei
lediglich illustrativ und in keiner Weise als den Schutzbereich der Erfindung einschränkend zu verstehen.
Ausführungsbeispiel 1
[0067] In einer kleintechnischen Versuchsanordnung werden eine Mischung aus 2-Ethylhexanol, Methyl-Ethylketon und Drachenkopfölmethylester im Molverhältnis 1 :0, 1 :0, 1 gemischt und mittels einer Umwälzpumpe an einem, in einer Kolonne fixierten Festbett behandelt, welches sich aus einer homogenisierten Mischung aus Ammonium- hydrogencarbonat technischer Qualität und Alumosilikat ZSM5 in Form sphärischer Kugeln zusammensetzt. Das molare Verhältnis zeolithisch gebundenen Siliziums zu Ammonium (NH4+) beträgt 0,012. Die Gesamtmasse des Festbettes entspricht der doppelten Masse der Summe aller eingesetzten Flüssigkomponenten. Die Temperatur des Systems wird über einen Zwischenkühler auf 60°C thermostatisiert. Der Druckverlust über das Festbett beträgt 0, 17 bar. Nach 50 h wird die Behandlung unterbrochen, dem Festbett werden 0,005 % seiner Gesamtmasse an Natriumperoxid zugesetzt und die Behandlung weitere 5h fortgesetzt. Die flüssige Phase wird anschließend entnommen, abgezogen und über eine Filtereinrichtung zur Abtrennung mechanischer Reste gedrückt. Das so erhaltene Substanzgemisch kann direkt als Zusatz zum Brennstoff eingesetzt werden. Das in der Anlage verbleibende Festbett wird für den nächsten Batch wieder verwendet, lediglich das Peroxid muss erneut dosiert werden. Der Prozess generiert bis auf den geringfügigen Filterrückstand keinen Abfall.
[0068] Das nach oben beschriebenem Verfahren gewonnene Wirkstoffgemisch wird einem Test am Prüfmotor unterzogen. Dazu wird ein mit Direkteinspritzung ausgestatteter Dieselmotor ohne katalytische Abgasnachbehandlung in Mittellast betrieben. Das Injektionssystem arbeitet nach dem Common-Rail-Prinzip. Die Aufladung erfolgt mittels Turbolader und Ladeluftkühlung. Es werden vergleichend schwefelarmer Dieselkraftstoff nach Norm EN 590 mit und ohne Zusatz des Wirkstoffgemisches nach jeweils identischem Betriebsregime des Motors getestet. Dem zu additivierenden Dieselmuster werden 80 vppm des Wirkstoffgemisches zugesetzt, die gesamte Mischung anschließend durch interne Umwälzung bei Umgebungstemperatur intensiv homogenisiert.
[0069] Zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauches wird das gravimetrische Prinzip angewendet. Die Analyse des Abgases erfolgt mit einem marktüblichen Abgasmesssystem BEA 850 der Firma Bosch und computergestützter Auswertung. Die Auswertung des Partikelausstoßes basiert auf der Messung der Schwärzung eines eingesetzten Abgasfilters. Der Test wurde für beide Kraftstoffmuster nach Einfahren des Motors auf stationäre Betriebstemperatur gestartet und über 14 h durchgeführt.
[0070] Die gemittelten Messergebnisse des mit dem erfindungsgemäßen Zusatz versehenen Kraftstoffmusters sind im Vergleich zum nicht addivierten Diesel der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel 2
[0071] Ein Fettsäuremethylestergemisch, gewonnen durch Umesterung aus raffiniertem Holunderkernöl und konform mit dem Biodieselstandard EN 14214 wird mit Tertiärbutylethylether (ETBE) im Molverhältnis 25: 1 in einem hinreichend dimensionierten Vorlagebehältnis unter Rühren gemischt. Diese Mischung bringt man für 3 h in Kontakt mit einem Festbett bei 2 bar und führt die Behandlung isotherm bei 35°C aus. Das Festbett setzt sich zusammen aus Molsieb 5A, in Strangform gepresst sowie Natriumcarbonat handelsüblicher Qualität, wobei das molare Verhältnis Carbonat : Silizium ca. 4 beträgt. Nach 24-stündiger Behandlung wird der Vorgang zunächst gestoppt. Dem System wird nun soviel 2-Propanol volumetrisch zudosiert, dass eine zehnfache Verdünnung resultiert. Die Prozedur wird dann weitere 10 h fortgeführt. Das Flüssigkeitsgemisch wird nach Ende
der Behandlung abgezogen und nach Abkühlung auf Raumtemperatur über einen Kraft- stofffilter gedrückt. Danach kann es direkt eingesetzt werden.
[0072] Das so erzeugte Wirkstoffgemisch wird an einem Prüfstands-Otto-Motor vergleichend getestet und untersucht. Dem additivierten Testmuster wurde 160 vppm des oben beschriebenen Wirkstoffgemisches zugesetzt, die Einmischung in den Kraftstoff erfolgte durch mehrstündiges Umwälzen über eine Kreiselpumpe.
[0073] Neben den Motordaten Öltemperatur, Zylinderdruckindizierung, Drehzahl und Drehmoment wurde der Kraftstoffverbrauch gravimetrisch an zwei Lastpunkten ermittelt, die jeweils konstant gefahrenen Geschwindigkeit von 60 km/h (Lastpunkt 1 ) bzw. 100 km/h (Lastpunkt 2) entsprechen. Dabei wurde Augenmerk auf die Konstanz der Öltemperatur gelegt, um Ergebnisverfälschungen durch sich ändernde Ölviskosität zu vermeiden.
[0074] Die festgestellten Verbrauchswerte für beide Lastpunkte sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Ausführungsbeispiel 3
[0075] In einem temperierbaren Rührbehälter, ausgestattet mit einem langsam laufenden Blattrührer und einem bis zum Gefäßboden reichenden Absaugrohr, werden
Isobutanol und ein petrolchemisch erzeugtes, Olefine und Alkine enthaltendes Gemisch (Siedeschnitt) der mittleren Molmasseverteilung 190 bis 250 Dalton und einer Jodzahl von 147 g J/100g im Volumenverhältnis 95 : 5 vorgelegt und gemischt.
[0076] Dem Gemisch wird im Masseverhältnis 1 : 1 ,5 ein Gemenge, bestehend aus Natriumhydrogensulfat und Salinensiedesalz im Verhältnis 8 : 2 unter Rühren zugegeben. Nach erfolgter Zugabe werden 10% der Masse des Salzes an Natriumwasserglas dosiert. Diese Feststoffsuspension wird bei 50°C über 5 h langsam umgewälzt. Für weitere 5 h werden aus einer Druckgasflasche über den Begasungsrührer 100 l/h Luft eingeleitet. Nach Ausschaltung des Rührers verbleibt das System zur Sedimentation für weitere 30 h im Behälter. Über das Saugrohr, welches mit Saugkorb und Filter versehen ist, wird dann das auf Raumtemperatur abgekühlte Flüssigkeitsgemisch abgesaugt und nochmals einer Feinfiltration unterzogen. Das Filtrat wird ohne weitere Nachbehandlung oder Aufreinigung als Kraftstoffzusatz verwendet.
[0077] Das so erzeugte erfindungsgemäße Wirkstoffkonzentrat kommt als Kraftstoffzusatz in dieselmotorisch betriebenen Elektrizitätsgeneratoren zum Einsatz. Eine als Langzeittest durchgeführte Doppelblindstudie an vier Generatormodulen über einen Versuchszeitraum von vier Monaten (Verbrauchsermittlung volumetrisch über kalibrierte Kraftstoffvorlagetanks, Verbrauchsberechnung normiert auf erzeugte Elektroenergie je Zeiteinheit) ergibt im Vergleich zu nicht additiviertem Basiskraftstoff, der als Biodiesel- Mineraldiesel-Blend (B30 mit 30% Sojamethylesteranteil im mineralischen Diesel) verwendet wird, folgende Resultate:
Additivierung gemessene Abgasdurchschnittliche prozentuale Abweikomponente Abgaswerte in vol% chung im Verbrauch ohne Partikel 0,006
NOx 0,058
0
KW 0,007
CO 0,023
mit 450 vppm Partikel 0,003 /- 50 %
-3, 1
NOx 0,032 / - 45%
KW 0,006 / -14%
CO 0,021 / - 9%
[0078] Die Generatoren wurden bei konstanter Drehzahl von (Netzschwankungen statistisch ausgemittelt) 1500 U/min betrieben.
[0079] Durch isokinetische Abgasbeprobung vor dem Nachbehandlungskatalysator wurden die in Spalte 3 tabellierten, über alle Versuche gemittelten Schadstoffkonzentrationen festgestellt.
Claims
Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffadditivs auf Basis eines flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches mit den folgenden Schritten, nämlich
a. ) Bereitstellen eines flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches, das zumindest eine Kohlenwasserstoffkomponente bestehend aus einem oder mehreren aliphatischen C2-C18-Kohlenwasserstoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Alkanen, den Alkenen, den Alkinen, den Alkoholen, den Aldehyden, den Ketonen, den Hydroperoxiden, den Ethern, den Estern und Mischungen davon, und eine Alkoholkomponente bestehend aus einem oder mehreren d-Cs-Monoalkoholen, aufweist, wobei die Kohlenwasserstoffkomponente und die Alkoholkomponente völlig mischbar sind, b. ) Behandeln des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches mit einem Feststoffgemisch, das zumindest eine anorganische Siliziumverbindung und zumindest ein Mineralsalz aufweist, und
c. ) Abtrennen des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches von dem Feststoffgemisch, wobei das flüssige Kohlenwasserstoffgemisch das Treibstoffadditiv bildet.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach oder während Schritt b.) einen weiteren Schritt
d. ) des Behandeins des flüssigen Kohlenwasserstoffgemisches mit einem Oxidationsmittel,
aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ozon, Sauerstoff, Luft, Wasserstoffperoxid, den organischen und den anorganischen Peroxiden, vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Luft, Wasserstoffperoxid, den Alkalimetallperoxiden, insbesondere Lithium-, Natrium- und Kaliumperoxid, den Erdalkalimetallperoxiden, den Persulfaten, insbesondere Ammonium-, Natrium und Kalium-
persulfat, den organischen Persäuren, insbesondere MCPBA, und Dibenzoylper- oxid.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Schritt c), bzw. ggf. nach Schritt d.) einen weiteren Schritt
e.) des Zugebens eines Löslichkeitsverbesserers,
aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Löslichkeitsver- besserer ausgewählt ist auch den Fettsäurealkylestern, insbesondere aus den Fettsäuremethylestern und insbesondere aus den Methylestern von Pflanzenölen und tierischen Fetten.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Löslich- keitsverbesserer in einer Menge von bis zu 10 Vol.-% bezogen auf das Volumen des nach Schritt c.) bzw. ggf. Schritt d.) erhaltenen Treibstoffadditivs zugegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine anorganische Siliziumverbindung ausgewählt ist aus den Zeolit- hen, den Polykieselsäuren, den Silikaten, insbesondere den Natrium- und den Kaliumsilikaten, Siliziumdioxid, Silicagel, den Wassergläsern und Mischungen davon.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Mineralsalz ausgewählt ist aus den Alkalimetallsalzen, den Erdalkalimetallsalzen, den Ammoniumsalzen und Mischungen davon.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Mineralsalz ausgewählt ist aus den Carbonaten, den Hydrogen- carbonaten, den Sulfaten, den Hydrogensulfaten, den Phosphaten, den Hydro- genphosphaten, den Dihydrogenphosphaten, den Halogeniden, insbesondere den Fluoriden und Chloriden, und Mischungen davon.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis der kationischen Komponente des zumindest einen Mineralsalzes zum gebundenen Silizium in der zumindest einen anorganischen Siliziumverbindung bei 2: 1 bis 10: 1 , vorzugsweise bei 4: 1 bis 5: 1 liegt.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkoholkomponente 5 bis 95 Vol.-%, vorzugsweise 70 bis 95 Vol.-% des flüssigen Kohlenwasserstoffgemischs ausmacht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kohlenwasserstoffgemisch im Wesentlichen frei von aromatischen Kohlenwasserstoffen ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandeln in Schritt b.) für 5 bis 200h, vorzugsweise für 48 bis 120h erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei Temperaturen von 10 bis 60°C, vorzugsweise 20 bis 55°C durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei Drücken von 0,5 bis 6 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar durchgeführt wird.
16. Treibstoffadditiv, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Treibstoff enthaltend ein Treibstoffadditiv nach Anspruch 16 oder ein nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestelltes Treibstoffadditiv.
18. Treibstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff ein Treibstoff auf Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe und insbesondere ein Treibstoff
ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Benzin, Kerosin, Dieselöl, Leichtöl und Schweröl.
19. Verwendung eines Treibstoffadditivs nach Anspruch 16 oder eines nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Treibstoffadditivs zur Herstellung eines Treibstoffes.
20. Verwendung eines Treibstoffadditivs nach Anspruch 16 oder eines nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Treibstoffadditivs zur Senkung des Treibstoffverbrauchs und/oder der Emissionen einer Brennkraftmaschine.
21 . Verfahren zum Senken des Treibstoffverbrauchs und/oder der Emissionen einer Brennkraftmaschine, dass das Vermischen eines Treibstoffadditivs nach Anspruch 16 oder eines nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Treibstoffadditivs mit einem Treibstoff für die Brennkraftmaschine und das Betreiben der Brennkraftmaschine mit dem so erhaltenen Treibstoff aufweist.
22. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass dem Treibstoff der Brennkraftmaschine ein Treibstoffadditiv nach Anspruch 16 oder ein nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestelltes Treibstoffadditiv zugesetzt wird.
23. Kit aufweisend ein Treibstoffadditiv nach Anspruch 16 oder ein nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestelltes Treibstoffadditiv und eine Anleitung zum Vermischen des Treibstoffadditivs mit einem Treibstoff.
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