DIESEL FUEL

Abstract: 1. Diesel fuel composed of hydrocarbons and optionally containing alcohols, characterized in that it contains one or more ethers of the general formula R1 -O-C(CH3 )2 -R2 , wherein R1 and R2 are a methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl or 2-butyl group.

Description: Dieselkraftstoff Zur Verminderung der Rauch- bzw. Russbildung in Dieselmotoren ist es bekannt, dem Dieselkraftstoff Äther, insbesondere in Mischung mit Salzen organischer Säuren von Metallen der II. Hauptgruppe des Periodensystems, insbesondere des Bariums zuzusetzen. Als Äther werden vor allem Mono- und Di-Alkyl äther von Glykolen, insbesondere Mono- und Dimethyläther von Athylenglykol vorgeschlagen. Diese Zusätze haben den Nachteil, dass ihre Herstellung sehr aufwendig und ihre Wirkungsweise als russminderndes und abgasrezudierendes Additiv nur gering ist. Zudem ist die Belastung der Umwelt durch die Emission von Cadmium, Barium, Strontium zu befürchten. Weiterhin ist es bekannt, Dieselmotoren mit Mischungen von Alkoholen und äthern zu betreiben. Als Alkohole werden Methanol, Äthanol, n-Propanol und n-Butanol vorgeschlagen; bevorzugt werden Mischungen von Dimethyläther und Methanol. Bei diesen Gemischen hat es sich als notwendig erwiesen, die beiden-Bestandteile dem Zylinder getrennt zuzuführen, z. B. über die Ansaugluft und durch die üblichen Einspritzpumpen. Zudem ist der Heizwert bezogen auf die Grundkomponente Dieselkraftstoff um mehr als die Hälfte geringer und die solchen Mischungen eigene Cetanzahl als Mass für die Zündwilligkeit stark vermindert, wenn nicht unzureichend für den runden Lauf eines handelsüblichen Dieselmotors. Die vorliegende Erfindung vermeidet die Schwier-gkeiten und Nachteile der bekannten, Äther enthaltenden Dieselkraftstoffe und zeichnet sich durch ein gegenüber üblichen Dieselkraftstoffen verbessertes Verbrennungsverhalten und damit eine erhöhte Nutzleistung und einen verringerten Schadstoffausstoss der damit betriebenen Motore aus. Erreicht werden diese und weitere, sich aus der folgenden Beschreibung ergebende Vorteile erfindungsgemäss durch den Zusatz eines oder mehrerer ether der allgemeinen Formel R1-O-C(CH3)2-R2 zum Dieselkraftstoff, wobei R1 und R2 jeweils einen Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, 2-Propyl-, 1-Butyloder 2-Butylrest, R2 auch Wasserstoff bedeuten. R1 und R2 können gleich oder verschieden sein. Besonders brauchbar sind Methyl-tert. -butyläther (2-Methoxy-2-methylpropan), Methyl-tert. -amyläther (2-Methoxy-2-methylbutan), Isopropyl tert.-butyläther (2-(2'-Propoxy)-2-methylpropan), sec. - Butyl-tert.-butyläther (2- (2 -Butoxy) -2-methylpropan) Methyl-tert.-2,3-dimethylbutyläther (2-Methoxy-2,3-dimethyl- butan) und Methyl-tert. -2-methylpentyläther (2-Methoxy-2methylpentan). Bevorzugt werden Äthergemische, die bis zu 90 Vol.% eines der genannten Äther enthalten. Insbesondere beträgt der Gehalt des Zusatzes an Methyl-tert.-butyläther 5 - 50 Vol.%, an Methyl-tert.-amyläther 5 - 50 Vol.%, an Isopropyl-tert.-butyläther 5 - 50 Vol.%, an sec.-Butyltert.-butyläther 5 - 50 Vol.%, an Methyl-tert.-2,3-dimethyl- butyläther 5 - 50 Vol.% und an Methyl-tert.-2-methylpentyl äther 5 - 50 Vol.%. Es ist zwar bekannt, vorstehend genannte Äther, insbesondere Methyl-tert. -butyläther Vergaserkraftstoffen zuzusetzen. Hieraus konnte jedoch nicht auf die Eignung der Äther als Zusatzstoffe für Dieselkraftstoffe geschlossen werden. Zum einen ist die Klopffestigkeit des Kraftstoffes bei Dieselmotoren nicht wesentlich; zum anderen ist ein bestimmtes Selbstzündungsvermögen und eine gewisse Verdampfunosgeschwindigkeit bei guten tösungseigenschaften für Dieselkraftstoff notwendig. Die günstigen Wirkungen treten bereits bei relativ geringen Zusatzmengen von 2, vorzugsweise 5 Vol.% des Äthergemisches zu Dieselkraftstoff auf. Die erfindungsgemäss dem Dieselkraftstoff zuzufügenden Äther können durch einfache Verfahren aus den bei der Erdölgewinnung und -verarbeitung anfallenden, unter Normalbedingungen gasförmigen oder leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen hergestellt und in grossen Mengen zur Verfügung gestellt werden. Es ist daher durchaus möglich, Dieselkraftstoff mit den erfindungsgemässen Zusätzen herzustellen, der bis zu 40, vorzugsweise bis zu 25 Vol.% aus dem Äthergemisch besteht. Ublicher Dieselkraftstoff enthält Cycloparaffine und mehrkernige Aromaten, die bei der Verbrennung zur Bildung von Russpartikeln neigen. Die Einhaltung einer vorgeschriebenen Rauchbildungszahl (Russzahl, Smoke-unit) erfordert gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis Kraftstoff/Luft einen Luftüberschuss und vermindert damit die maximal freisetzbare Energie pro verbrauchter Masse Dieselkraftstoff. Durch den erfindungsgemässen Ätherzusatz wird die Russbildungszahl stark erniedrigt, wodurch die Herabsetzung des Luftüberschusses möglich ist. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades und damit der Nutzleistung des Motors durch höheren Mitteldruck. Zugleich wird die absolute Abgasmenge verringert und der Schadstoffausstoss, insbesondere die NOx-Emission reduziert. Ausserdem zeichnet sich der in verringerter Konzentration emittierte Russ dadurch aus, dass die extrahierbaren karzinogenen Anteile polyzyklischer Aromaten ganz wesentlich vermindert sind. Da die als Zusatzstoffe eingesetzten Äther praktisch schwefelfrei sind, verringert sich der absolute Schwefelgehalt im Dieselkraftstoff. Die geringere Rauchneigung und der kleinere SO > -Gehalt bewirken eine geringere Motorölverschmutzung und damit eine längere Standzeit des Motoröls. Die erfindungsgemäss dem Dieselkraftstoff zugesetzten Äthergemische können weiterhin als Losungsvexmittler für Alkohole, insbesondere Methanol und Äthanol dienen. Sie ermöglichen es, Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstotfatomen, z. B. Methanol, Äthanol, Isopropanol, Butanol, sec.-Butanol und tert. Butanol einzeln oder in Mischung sogar mit geringen Wassergehalten, dem Dieselkraftstoff zuzusetzen, wobei die Alkohole gehalte des Kraftstoffes 2 bis 40, vorzugsweise 5 bis 25 Vol.% betragen. Hierdurch lassen sich z. B. aus Biomasse gewonnene Alkohole in grösseren Mengen als Dieselölzusätze nutzen. Beim Zusatz von Alkoholen neben den erfindungsgemässen Äthern ist darauf zu achten, dass der Gehalt des Kraftstoffes an Kohlenwasserstoffen mindestens 40, vorzugsweise mehr als 50 Vol.% beträgt. Es ist zwar bekannt, Dieselkraftstoffen Alkohole unter Verwendung von Lösungsvermittlern zuzumischen. Die bisher hierfür vorgeschlagenen Lösungsvermittler werden jedoch durch ein-aufwendiges Verfahren hergestellt und sind daher nicht ohne weiteres in den benötigten grösseren Mengen verfügbar. Auch fehlt den bisher als Lösungsvermittler in Betracht gezogenen Substanzen die Eigenschaft, das Verbrennungsverhalten von Dieselkraftstoffen günstig zu beeinflussen, wie dies bei den erfindungsgemässen Äthern der Fall ist. Beispiele Als Mischungskomponente für die Herstellung der erfindungsgemässen Kraftstoffe und als Basis für die Vergleichsversuche wurde ein handelsüblicher Dieselkraftstoff mit den in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften verwendet. Tabelle 1 EMI5.1 <tb> Dichte <SEP> 0,830 <SEP> g/ml <tb> Flammpunkt <SEP> 80 <SEP> C <SEP> <tb> Viskosität <SEP> 4,46 <SEP> mm2is <SEP> <tb> Schwefel <SEP> 0,23 <SEP> Gew.% <SEP> <tb> Heizwert <SEP> 42,9 <SEP> MJ/kg <tb> Siedebeginn <SEP> - <SEP> Siedeende <SEP> 199 <SEP> C <SEP> - <SEP> 353 <SEP> C <SEP> <tb> Destillationsrückstand <SEP> 1,5 <SEP> Vol,% <tb> Cetanzahl <SEP> 56,5 <tb> Aus der Grundkomponente und Äther- bzw. Alkoholzusätzen wurden durch Mischung die in Tabelle 2 aufgeführten acht erfindungsgemässen Dieselkraftstoffe hergestellt, die die dort angegebenen Eigenschaften aufweisen. Tabelle 2 EMI5.2 <tb> Bsp. <SEP> Kraftstoffzusammensetzung <SEP> Dichte <SEP> Schwefel <SEP> Viskosität <SEP> Heizwert <SEP> Hu <SEP> Cetanzahl <tb> <SEP> u <tb> <SEP> Vol.% <SEP> g/ml <SEP> Gew.% <SEP> mmê/sec. <SEP> MJ/kg <tb> <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> DK <SEP> + <SEP> 50 <SEP> B1 <SEP> <SEP> 0,793 <SEP> 0,12 <SEP> 1,53 <SEP> 39,87 <SEP> 40* <tb> 2 <SEP> 43 <SEP> DK <SEP> + <SEP> 32 <SEP> B1 <SEP> + <SEP> 29 <SEP> M <SEP> 0,798 <SEP> 0,10 <SEP> 1,69 <SEP> 35,24 <SEP> - <SEP> <tb> <SEP> 3 <SEP> 50 <SEP> DR <SEP> + <SEP> 25 <SEP> B1 <SEP> + <SEP> 25 <SEP> E <SEP> 0,804 <SEP> 0,12 <SEP> 2,05 <SEP> 37,19 <SEP> 45* <tb> 4 <SEP> 90 <SEP> DK <SEP> + <SEP> 10 <SEP> B1 <SEP> 0,821 <SEP> 0,21 <SEP> 3,43 <SEP> 42,46 <SEP> 49,5 <tb> 5 <SEP> 78,5 <SEP> DK <SEP> + <SEP> 16,5 <SEP> B1 <SEP> + <SEP> 5 <SEP> M <SEP> 0,815 <SEP> 0,18 <SEP> 2,70 <SEP> 40,91 <SEP> 41,0 <tb> <SEP> 6 <SEP> 81 <SEP> DR <SEP> + <SEP> 14 <SEP> B1 <SEP> + <SEP> 5 <SEP> E <SEP> 0,817 <SEP> 0,19 <SEP> 2,94 <SEP> 41,11 <SEP> 42,0 <tb> <SEP> 7 <SEP> 50 <SEP> DR <SEP> + <SEP> 50 <SEP> B2 <SEP> 0,778 <SEP> 0,11 <SEP> 1,78 <SEP> 40,43 <SEP> 45* <tb> 8 <SEP> 90 <SEP> DK <SEP> + <SEP> 10 <SEP> B2 <SEP> 0,822 <SEP> 0,21 <SEP> 3,50 <SEP> 42,38 <SEP> 49,5 <tb> Hierbei bedeuten: DK: Grundkomponente gemäss Tabelle 1, B1: Gemisch aus 90 Vol.% Methyl-tert.-butyläther, Isopropyl-tert.- butyläther, sec.-Butyl-tert.-butyläther (im Volumen-Verhältnis 1 : 1 : 1) und 10 Vol.% Methanol, Isopropanol, sec. Butanol (im Volumen-Verhältnis 1 : 1 : 1), B2: sec.-Butyl-tert.-butyläther, M: Methanol, E: Ethanol * Bei der Bestimmung der Cetanzahl wurde den Kraftstoffen gemäss Beispiel 1, 3 und 7 als Zündbeschleuniger 0,5, 3,5 bzw. 2,0 Gew.% (bezogen auf den Kraftstoff) Di-sec. butyl-para-phenyldiamin zugesetzt. Die Vergleichsversuche der erfindungsgemässen Dieselkraftstoffe mit handelsüblichem Kraftstoff wurden mit handelsüblichen Dieselmotoren (Daimler Benz Typ 240 D und VW Typ Golf D) vorgenommen. Zur Vergleichbarkeit der Messergebnisse wurde die Leistung bei festen Drehzahlen (4400 bzw. 4800 minze bei Verwendung der verschiedenen Mischungen so eingestellt, dass die mit dem Grund-Dieselkraftstoff erzielte Leistung erreicht wurde. Die Bosch-Zahl (BZ) als Mass der Abgasschwärze und der spezifische Energieverbrauch wurden mit einem Daimler-Benz-Motor Typ 240 D bei 4400 min 1 und einer Leistung von 47,3 kW bestimmt. In Tabelle 3 sind Bosch-Zahl und spezifischer Energieverbrauch des Grund-Dieselkraftstoffes (0) und der Mischungen nach Beispiel 1 bis 8 zusammengestellt. Tabelle 3 EMI6.1 <tb> Bsp. <SEP> BZ <SEP> spezifischer <SEP> Energieverbrauch <SEP> MJ/kWh <tb> <SEP> 0 <SEP> 2,1 <SEP> 15,98 <tb> <SEP> 1 <SEP> 1,2 <SEP> 16,00 <tb> <SEP> 2 <SEP> 0,8 <SEP> 15,06 <SEP> <tb> <SEP> 3 <SEP> 0,8 <SEP> 15,22 <tb> <SEP> 4 <SEP> 1,3 <SEP> 15,73 <tb> <SEP> 5 <SEP> 1,4 <SEP> 15,80 <SEP> <tb> <SEP> 6 <SEP> 1,1 <SEP> 15,30 <SEP> <tb> <SEP> 7 <SEP> 0,9 <SEP> 15,34 <tb> <SEP> 8 <SEP> 1,4 <SEP> 15,88 <tb> <SEP> 1 <SEP> 1.' <SEP> <tb> Aus Tabelle 3 wird ersichtlich, dass Verbesserungen der Bosch Zahl als Mass für die Russbildung bis zu 62 % gegenüber konventionellem Dieselkrartstorf erzielt werden. Bereits Mischungen, deren Gehalt an den erfindungsgemässen Komponenten nur 10 Vol.% beträgt, weisen Bosch-Zahlen auf, die bis zu 38 % vermindert sind. Ausserdem zeigt sich, dass der spezifische Energieverbrauch trotz geringerer Heizwerte der erfindungsgemässen Mischungen ebenso gut oder in den meisten Fällen niedriger ist als bei Verwendung des Grund-Dieselkraftstoffes. Die NOx -Werte im Abgas wurden mit einem handelsüblichen VW Motor Typ Golf D bei einer Leistung von 31,4 kW bei 4800 min ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4 EMI7.1 <tb> Kraftstoff <SEP> NOx <SEP> (ppm) <SEP> <tb> <SEP> 0 <SEP> 500 <tb> <SEP> 1 <SEP> 370* <tb> <SEP> 2 <SEP> 440* <tb> <SEP> 3 <SEP> 430* <tb> <SEP> 4 <SEP> 470 <tb> <SEP> 5 <SEP> 410 <tb> <SEP> 6 <SEP> 450 <tb> <SEP> 7 <SEP> 380 <tb> <SEP> 8 <SEP> 500 <tb> * Die Mischungen gemäss Beispiel 1, 2 und 3 enthielten als Zündbeschleuniger 1,0, 2,5 bzw. 1,5 Vol.% (bezogen auf den gesamten Kraftstoff) Di-sec.-butyl-para-phenyldiamin. Aus Tabelle 4 ist zu entnehmen, dass die erfindungsgemässen Dieselkraftstoffe im Abgas zu einer Verminderung der Stickoxid-Konzentration bis zu 26 % (bezogen auf handelsüblichen Dieselkraftstoff) führen.

Claims: Patentansprüche 1. Gegebenenfalls Alkohole enthaltender Dieseikraftstoff, dadurch gekennzeichnet, dass er einen oder mehrere Äther der allgemeinen formel R CtCH3 Rz enthält, wobei R1 und R2 jeweils einen Methyl-, Athyl-, 1-Propyl-, 2-Propyl-, 1-Butyl- oder 2-Butylrest, R2 auch Wasserstoff bedeutet. 2. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er 2 - 50 Vol.% eines Zusatzes enthält, der aus 0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-butyläther 0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-amyläther 0 - 90 Vol.% Isopropyl-tert.-butyläther 0 - 90 Vol.% sec.-Butyl-tert.-Butyläther 0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-2,3-dimethylbutyläther 0 - 90 Vol.% Methyl-tert.-2-methylpentyläther besteht. 3. Dieselkraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass er 5 bis 25 Vol.% des Äthergemisches ent hält. 4. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-butyläther besteht. 5. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, aass der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-amyl-cher besteht. 6. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Isopropyl-tert. -butyläther besteht. 7. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus sec. -Butyl-tert. -butyläther besteht. 8. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert.-2,3-dimethylbutyläther besteht. 9. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8t dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz zu 5 bis 50 Vol.% aus Methyl-tert. - 2-methylpentyläther besteht. 10. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz Methyl-tert.-butyläther, Isopropyl-tert. -butyläther und sec. -Butyl-tert.-butyläther etwa im Volumenverhältnis 1 : 1 : 1 enthält. 11. Dieselkraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass er 2 bis 40 Vol. an Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Molekül enthält. 12. Dieselkraftstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass er 5 bis 25 Vol.% an Alkohol enthält.

Inventors: BRUDERRECK, HARTMUT, DR., DEININGER, GUNTER, DR., GOTTLIEB, KLAUS, DR., HASELHORST, MANFRED, DR., PREUSS, AUGUST-WILHELM, DR., WEHMEIER, FRIEDEL-HEINRICH, DR., Deininger, Günter, Dr.
Applicants: VEBA OEL AG
Application year: 1982
Main classification: C10L1
IPC codes: C10L1, F02B3