DE102016009890A1 - Apparatus and method for the separation of salts from diesel fuels by means of ion exchangers - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Abtrennung von in Dieselkraftstoff vorhandenen Salzen mittels Mischbett-Ionenaustauscherfiltern vorgestellt, wobei zusätzlich zu den in dem Mischbett-Ionenaustauscherfilter enthaltenen Kationen- und Anionenaustauscherharzen ein Chelatbildner vorgesehen ist.A device for the separation of salts present in diesel fuel by means of mixed bed ion exchange filters is presented, wherein a chelating agent is provided in addition to the cation and anion exchange resins contained in the mixed bed ion exchange filter.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Abscheidung von Salzen aus Diesel-Kraftstoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Abscheidung mittels Ionenaustauschern.The present invention relates generally to the separation of salts from diesel fuels. In particular, the invention relates to such deposition by means of ion exchangers.

Stand der TechnikState of the art

Moderne Hochdruck-Einspritzsysteme wie das Common-Rail-System haben Diesel-Fahrzeuge immer sparsamer, leistungsfähiger, agiler und umweltschonender gemacht. Die Präzisionstechnik mit ihren geringen Toleranzen, insbesondere bei den Einspritzventilen/Nadeln, braucht jedoch Kraftstoff, der weitgehend frei von Verunreinigungen ist. Mit modernen Kraftstofffiltervorrichtungen werden auch kleinste Schmutzteilchen zurückgehalten. Das beugt dem vorzeitigen Verschleiß insbesondere von Pumpe und Injektoren vor. Denn Schmutzteilchen würden nach kurzer Zeit erhebliche Schäden anrichten. Deshalb ist eine Feinstfiltrierung des Dieselkraftstoffes nötig, bevor er in die Einspritzanlage gelangt. Neben Schmutz kann aber auch Wasser in Dieseleinspritzsystemen Probleme bereiten. Um Schäden zu vermeiden, muss Wasser zuverlässig aus dem Kraftstoff abgeschieden werden.Modern high-pressure injection systems such as the common-rail system have made diesel vehicles ever more efficient, efficient, agile and environmentally friendly. The precision technology with its low tolerances, especially in the injection valves / needles, but needs fuel that is largely free of impurities. With modern fuel filter devices even the smallest dirt particles are retained. This prevents premature wear, especially of the pump and injectors. For dirt particles would cause considerable damage after a short time. Therefore, a Feinstfiltrierung the diesel fuel is necessary before it enters the injection system. In addition to dirt, however, water can also cause problems in diesel injection systems. To avoid damage, water must be reliably separated from the fuel.

In den letzten Jahren wird Biodieselkraftstoff als Beimischung zu mineralischem Dieselkraftstoff auf breiter Basis verwendet. Wenn Dieselkraftstoff in den Hochdruckgleitabschnitt der Hochdruckkomponenten eines modernen Einspritzsystems, wie beispielsweise das Einspritzventil, eintritt, fließt der Kraftstoff rasch durch den kleinen Spalt in dem Hochdruckgleitabschnitt und seine Temperatur steigt teilweise durch Reibung relativ zu einer Wandfläche an, die den Hochdruckgleitabschnitt definiert. Der Kraftstoff strömt anstatt in das Kraftstoffeinspritzventil zurück in den Kraftstofftank. Die Beimischung von Biodiesel kann die Reinigung von Dieselkraftstoff erschweren. Zum einen stabilisiert er als polare Verbindung Wassertröpfchen (was die Wasserabscheidung erschwert), zum anderen erhöht er die Wasserlöslichkeit. Aus dem Biodiesel-Herstellprozess können Natrium und Kalium-Kationen eingeschleppt werden. Buntmetalle wie Kupfer oder Zink sind nicht beständig gegenüber Biodiesel, d. h. diese gehen in Lösung, wenn Biodiesel mit solchen Metallen irgendwo im Fahrzeug oder entlang der Lieferkette in Kontakt kommt. Da sich tendenziell mehr Wasser in einer Diesel-Biodieselmischung löst, werden auch diese Salze besser im Kraftstoff gelöst. An heißen Stellen bzw. dort, wo eine große Belastung herrscht, scheiden sich diese an Oberflächen ab, was zur Bildung von Belägen führt. Diese können z. B. das vollständige Schließen eines Ventils verhindern, was sich negativ auf die Leistung des Gesamtsystems auswirkt. Alternativ verbinden sie sich mit organischen Zink-Komponenten aus der gesamten Kraftstoff-Lieferkette (Raffinerie, Tankstellentank, Zapfsäule, Fahrzeugtank, Kraftstoffsystem einschließlich Kraftstofffilter), wobei u. a. Zinkcarboxylat, (R-COO)2Zn, gebildet wird.In recent years, biodiesel fuel has been widely used as an admixture of mineral diesel fuel. As diesel fuel enters the high pressure sliding portion of the high pressure components of a modern injection system, such as the injection valve, the fuel rapidly flows through the small gap in the high pressure sliding portion and its temperature increases, in part, by friction relative to a wall surface defining the high pressure sliding portion. The fuel flows back into the fuel tank instead of into the fuel injector. The addition of biodiesel can make the cleaning of diesel fuel more difficult. On the one hand, it stabilizes water droplets as a polar compound (which makes water separation difficult), on the other hand it increases the water solubility. From the biodiesel production process, sodium and potassium cations can be introduced. Non-ferrous metals, such as copper or zinc, are not resistant to biodiesel, meaning they are dissolved when biodiesel comes into contact with such metals anywhere in the vehicle or along the supply chain. Since more water tends to dissolve in a diesel biodiesel mixture, these salts are also better dissolved in the fuel. In hot areas or where there is a high load, these are deposited on surfaces, which leads to the formation of coverings. These can be z. B. prevent the complete closing of a valve, which has a negative effect on the performance of the entire system. Alternatively, they combine with organic zinc components from the entire fuel supply chain (refinery, gas station tank, pump, vehicle tank, fuel system, including fuel filter) to form, inter alia, zinc carboxylate, (R-COO) 2 Zn.

Die Bildung solcher Ablagerungen in modernen Einspritzsystemen führt zu einem Leistungsverlust des Motors, wobei bereits geringste Mengen (im einstelligen ppm-Konzentrationsbereich) an Metallionen ausreichen.The formation of such deposits in modern injection systems leads to a loss of power of the engine, even the smallest amounts (in the one-digit ppm concentration range) of metal ions are sufficient.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Ionenaustauscher zur Abtrennung gelöster Metallsalze aus Kraftstoff zu verwenden. So offenbart beispielsweise DE 10 2009 044 866 A1 ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor, bei der eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung den Kraftstoff von einem Kraftstofftank dem Verbrennungsmotor zuführt. Eine Kraftstoffrücklaufleitungsreihe führt den Kraftstoff von der Kraftstoffversorgungsvorrichtung zum Kraftstofftank zurück. In der Kraftstoffrücklaufleitungsreihe sind Ionenaustauschharzpartikel enthalten, um die im Kraftstoff enthaltenen Metallionen zu entfernen.From the prior art it is known to use ion exchangers for separating dissolved metal salts from fuel. For example, disclosed DE 10 2009 044 866 A1 a fuel supply system for an internal combustion engine, wherein a fuel supply device supplies the fuel from a fuel tank to the internal combustion engine. A fuel return line line returns the fuel from the fuel supply device to the fuel tank. In the fuel return line array ion exchange resin particles are included to remove the metal ions contained in the fuel.

Aus DE 10 2007 047 895 A1 ist eine Kraftstofffiltervorrichtung bekannt, die aus einem Gehäuse, einem ersten Filterelement und einem zweiten Filterelement besteht, die in dem Gehäuse untergebracht sind. Das erste Filterelement weist dabei ein Ionenaustauscherharz zum Entfernen von Metallionen aus dem Kraftstoff auf.Out DE 10 2007 047 895 A1 a fuel filter device is known, which consists of a housing, a first filter element and a second filter element, which are accommodated in the housing. The first filter element in this case has an ion exchange resin for removing metal ions from the fuel.

Schließlich zeigt DE 10 2004 057 631 A1 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors, bei der bei einer Beaufschlagung mit wasserhaltigem Kraftstoff ein Verstopfen strömungsenger Bereiche durch Wasserablagerungen von insbesondere Calciumcarbonat vermieden werden soll. Zu diesem Zweck sind innerhalb eines von Kraftstoff beaufschlagten Raums für einen Kationen- und gleichermaßen Anionenaustauscher ausgebildete Ionenaustauschmittel installiert.Finally shows DE 10 2004 057 631 A1 a fuel supply device of a motor vehicle internal combustion engine, in which, when exposed to water-containing fuel, clogging of flow-restricting areas by water deposits of, in particular, calcium carbonate is to be avoided. For this purpose ion exchangers formed within a fuel-loaded space for a cation and anion exchanger are installed.

Als Austauschermaterialien werden allgemein sog. Mischbett-Austauscher, auch Mischbettfilter genannt, verwendet. Mischbettfilter sind Ionenaustauschfilter, die mit Kationenaustauschern und Anionenaustauschern gefüllt sind. Im Mischbett entfernt der Kationenaustauscher die Metallionen, der Anionenaustauscher die Anionen. Die üblicherweise verwendeten Kationenaustauscher besitzen keine hohe Selektivität für z. B. Zn2+-Ionen, so dass – wenn diese oder ähnliche Kationen zurückgehalten werden sollen – zusätzliche Harze verwendet werden müssen.Commonly referred to as exchange materials are so-called mixed bed exchangers, also called mixed bed filters. Mixed bed filters are ion exchange filters filled with cation exchangers and anion exchangers. In the mixed bed, the cation exchanger removes the metal ions, the anion exchanger removes the anions. The conventionally used cation exchangers do not have high selectivity for z. Zn 2+ ions, so that - if these or similar cations are to be retained - additional resins must be used.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine effektivere Entfernung von Metallionen aus Dieselkraftstoff gewährleisten. Diese und weitere Aufgaben werden durch die Vorrichtung in Anspruch 1 und das Verfahren in Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.It is therefore the object of the present invention to provide an apparatus and a method which ensure a more effective removal of metal ions from diesel fuel. These and other objects are achieved by the device in claim 1 and the method in claim 16. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bilden die Kationen- und Anionenaustauscherharze ein gemeinsames Mischbett. Hierdurch wird sichergestellt, dass alle potenziell schädlichen Kationen-Arten zuverlässig abgetrennt werden.In a particular embodiment of the invention, the cation and anion exchange resins form a common mixed bed. This ensures that all potentially harmful types of cations are reliably separated.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Chelatbildner einem Mischbett aus Kationen- und Anionenaustauscherharze vor- bzw. nachgeschaltet sein.In a preferred embodiment of the invention, the chelating agent may be upstream or downstream of a mixed bed of cation and anion exchange resins.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Chelatbildner eine hohe Selektivität für Zinkionen auf.In an advantageous development, the chelating agent has a high selectivity for zinc ions.

Vorteilhafterweise werden als Austauscherharze solche verwendet, die eine geringe Quellneigung in Dieselkraftstoff besitzen.Advantageously, the exchange resins used are those which have a low tendency to swell in diesel fuel.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Chelatbildner ein schwach saures, makroporöses, chelatisierendes Kationenaustauscherharz, das organische Gruppen trägt.In a preferred embodiment of the invention, the chelating agent is a weakly acid, macroporous, chelating cation exchange resin bearing organic groups.

In bevorzugter Weise handelt es sich bei den organischen Gruppen z. B. um Imidoessigsäuregruppen, Aminoethylphosphonsäuregruppen oder Thioharnstoffgruppen.Preferably, the organic groups z. For example imidoacetic acid groups, aminoethylphosphonic acid groups or thiourea groups.

Ebenfalls erfindungsgemäß ist das gemeinsame Mischbett in einem Gehäuse angeordnet, das an gegenüberliegenden Stirnseiten einen Zulauf und einen Ablauf aufweist.Also according to the invention, the common mixed bed is arranged in a housing which has an inlet and a drain at opposite end faces.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest im Zulauf ein benachbart zum Innenraum des Gehäuses angeordnetes Kraftstofffilterelement vorgesehen.In a particular embodiment of the invention, a fuel filter element arranged adjacent to the interior of the housing is provided at least in the inlet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein zusätzliches Absorberelement vorgesehen.In a preferred embodiment of the invention, an additional absorber element is provided in a device according to the invention.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein Kraftstofffilter-Modul integriert.In an advantageous development, the device according to the invention is integrated in a fuel filter module.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to the drawings. Showing:

1 schematisch einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung; 1 schematically a section through the device according to the invention;

2A und 2B schematisch eine erste Möglichkeit der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftstofffilter; 2A and 2 B schematically a first possibility of the arrangement of the device according to the invention in a fuel filter;

3A und 3B schematisch eine zweite Möglichkeit der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftstofffilter; und 3A and 3B schematically a second way of arranging the device according to the invention in a fuel filter; and

4A und 4B schematisch eine dritte Möglichkeit der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftstofffilter. 4A and 4B schematically a third possibility of the arrangement of the device according to the invention in a fuel filter.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

Die Bildung von Ablagerungen in modernen Einspritzsystemen führt zu einem Leistungsverlust des Motors, wozu bereits geringste Mengen an Metallionen ausreichen. Eine Quelle für solche Ablagerungen können im Kraftstoff gelöste Ionen sein, hauptsächlich Natrium- oder Kaliumionen, die bei der Biodieselherstellung auftreten. Eine weitere Quelle sind Metallkomponenten aus der gesamten Kraftstoff-Lieferkette (Raffinerie, Tankstellentank, Zapfsäule, Fahrzeugtank, Kraftstoffsystem incl. Kraftstofffilter), wo vor allem Zink-Ionen eine Rolle spielen, die aus messinghaltigen Kraftstoffpumpen, aus Lötverbindungen oder messinghaltigen Schwallblechen in Kraftstofftanks herausgelöst werden. Diesem Umstand trägt beispielsweise der Motoren-Test CEC DW 10 Rechnung, bei welchem dem Testkraftstoff Spuren von Zink beigemischt werden, um wiederholbar hoch verschmutzte Kraftstoffe zu simulieren, wie beispielsweise solche, die instabile Biodiesel-Rohmaterialien enthalten. Selbst wenn also die Kraftstoffe selbst frei von Metallionen wären, können immer noch Verunreinigungen aus der Lieferkette eingeschleppt werden, die zu den genannten Ablagerungen führen.The formation of deposits in modern injection systems leads to a power loss of the engine, for which even the smallest amounts of metal ions are sufficient. One source of such deposits may be ions dissolved in the fuel, mainly sodium or potassium ions, which occur in biodiesel production. Another source is metal components from the entire fuel supply chain (refinery, gas station tank, petrol pump, vehicle tank, fuel system including fuel filter), where above all zinc ions play a role, which are dissolved out of brass fuel pumps, solder joints or brass-containing baffles in fuel tanks , This circumstance is taken into account, for example, by the engine test CEC DW 10, in which traces of zinc are added to the test fuel to simulate repeatably highly polluted fuels, such as those containing unstable biodiesel raw materials. Thus, even if the fuels themselves were free of metal ions, contaminants from the supply chain can still be introduced, leading to the aforementioned deposits.

Zur Entfernung von geringen Mengen an Metallionen aus Flüssigkeiten, insbesondere bei der Wasserbehandlung, werden oftmals Ionenaustauscher verwendet. Je nach Ladung der ausgetauschten Ionen spricht man von Kationen- oder Anionenaustauschern. Werden gleichzeitig Kationen- und Anionenaustauscher benutzt, spricht man von einem Mischbett-Austauscher oder Mischbettfilter. Im Mischbett sind Kationen- und Anionenaustauscher als granulatförmiges Austauscherharz durchmischt aufgenommen, wobei beide Harzarten in einem definierten Mengenverhältnis vorliegen.For the removal of small amounts of metal ions from liquids, especially in the treatment of water, ion exchangers are often used. Depending on the charge of the exchanged ions one speaks of cation or anion exchangers. If cation and anion exchangers are used at the same time, this is referred to as a mixed-bed exchanger or mixed-bed filter. In the mixed bed cation and anion exchangers are mixed mixed as a granular exchange resin, both types of resin are present in a defined ratio.

Die üblichen für diese Art von Reinigung verwendeten Anionen- bzw. Kationenaustauscher besitzen im Allgemeinen lediglich eine hohe Selektivität für Ionen wie z. B. Natrium oder Kalium. Größere, zweiwertige Ionen wie beispielsweise Zn2+ werden von solchen Austauschmaterialien nur in geringem Maße abgetrennt. Erfindungsgemäß wird daher den üblichen Kationen- und Anionenaustauschern im Mischbett ein zusätzlicher Chelatbildner zugegeben, der beispielsweise eine hohe Selektivität für Zn2+-Ionen aufweist, so dass neben Alkali-Ionen wie z. B. Natrium und Kalium auch Zink-Ionen sicher aus dem Kraftstoff gefangen werden können. The usual anion or cation exchangers used for this type of purification generally have only a high selectivity for ions such. As sodium or potassium. Larger divalent ions such as Zn 2+ are only slightly separated from such exchange materials. According to the invention, therefore, the usual cation and anion exchangers in the mixed bed, an additional chelating agent is added, for example, has a high selectivity for Zn 2+ ions, so that in addition to alkali ions such. As sodium and potassium and zinc ions can be safely caught from the fuel.

Anionenaustauscherharz, Kationenaustauscherharz und Chelatbildner (drittes Harz) bilden dabei ein gemeinsames Mischbett (”Tribett”). Es ist jedoch auch möglich, eine Anordnung zu wählen, bei der ein einzelnes Harz bzw. der Chelatbildner einem Mischbett aus zwei Harzen vor- oder nachgeschaltet ist. Der Chelatbildner ist dabei vorteilhafterweise so ausgelegt, dass er inert ist und in der Dichte zwischen der Dichte des Anionenaustauscherharzes und des Kationenaustauscherharzes liegt und somit diese beiden Harze voneinander trennt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dichte der drei Harze (Anionenaustauscherharz, Kationenaustauscherharz und Chelatbildner) möglichst ähnlich ist, um ein Entmischen im Betrieb zu verhindern. Dadurch bleibt die Leistungsfähigkeit des Tauscherbetts besser erhalten.Anion exchange resin, cation exchange resin and chelating agent (third resin) form a common mixed bed ("Tribett"). However, it is also possible to choose an arrangement in which a single resin or the chelating agent upstream or downstream of a mixed bed of two resins. The chelating agent is advantageously designed so that it is inert and in density between the density of the anion exchange resin and the cation exchange resin and thus separates these two resins from each other. It is particularly advantageous if the density of the three resins (anion exchange resin, cation exchange resin and chelating agent) is as similar as possible in order to prevent segregation during operation. As a result, the performance of the Tauscherbetts is better preserved.

Im Allgemeinen ist der Ionenaustauscher (Mischbett) in einem aus Kunststoff gefertigten Gehäuse mit einem Zulauf und einem Ablauf für die Flüssigkeit angeordnet. Das Gehäuse nimmt dabei das Ionenaustauschmaterial auf, welches von dem Kraftstoff durchströmt wird, wobei die Ionen über das Ionenaustauschmaterial aus dem Kraftstoff entfernt werden.In general, the ion exchanger (mixed bed) is arranged in a housing made of plastic with an inlet and a drain for the liquid. The housing absorbs the ion exchange material, which is traversed by the fuel, wherein the ions are removed from the fuel via the ion exchange material.

1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Mischbett-Ionenaustauschers 2. Dieser weist ein zylindrisches Gehäuse 4 auf, in dem das andeutungsweise dargestellte, granulatförmige Ionenaustauscherharz 10 – mit dem erfindungsgemäßen Chelatbildner vermischtes Kationen- und Anionenaustauscherharz – aufgenommen ist. In das Gehäuse 4 sind an gegenüberliegenden Stirnseiten ein Zulauf 6 und ein Ablauf 8 für die Zufuhr bzw. Ableitung des Kraftstoffs eingebracht. Zumindest im Zulauf 6 und ggf. auch im Ablauf 8 befindet sich, jeweils benachbart zum Innenraum des Gehäuses 4, ein Kunststofffilterelement 12, das ein Ausschwemmen des Ionenaustauschmaterials 10 aus dem Gehäuse 4 verhindern soll. Den Kunststofffilterelementen 12 kommt außerdem eine Filtrationsfunktion zu, indem zumindest zulaufseitig Schmutzpartikel, welche im Kraftstoff noch mitgeführt werden, an dem Kunststofffilterelement 12 ausgesiebt werden. Außerdem sollen sie das Mischbett unter Spannung halten und auf diese Weise verhindern, dass sich Totvolumina im Mischbett ausbilden, was die Leistung des Mischbetts deutlich reduziert. Die Kunststofffilterelemente 12 im Zulauf 6 bzw. im Ablauf 8 bestehen generell aus einem porösen Material wie Vlies, Sinterkunststoff, Kunststoffsiebe oder Metallsiebe, Glasfritten und dergleichen und sind vorzugsweise identisch ausgeführt. 1 shows schematically the structure of a mixed bed ion exchanger according to the invention 2 , This has a cylindrical housing 4 in which the hinted, granular ion exchange resin 10 - Cation and anion exchange resin mixed with the chelating agent according to the invention - is received. In the case 4 are on opposite ends of an inlet 6 and a process 8th introduced for the supply or discharge of the fuel. At least in the inflow 6 and possibly also in the process 8th is located, each adjacent to the interior of the housing 4 , a plastic filter element 12 that is a flushing out of the ion exchange material 10 out of the case 4 should prevent. The plastic filter elements 12 In addition, a filtration function is achieved by at least on the inlet side dirt particles, which are still carried in the fuel, on the plastic filter element 12 screened out. In addition, they should keep the mixed bed under tension and prevent in this way that dead volumes form in the mixed bed, which significantly reduces the performance of the mixed bed. The plastic filter elements 12 in the inflow 6 or in the process 8th generally consist of a porous material such as nonwoven, sintered plastic, plastic sieves or metal sieves, glass frits and the like and are preferably made identical.

Das Gehäuse 4 des Ionenaustauschers 2 besteht aus Kunststoff und ist im Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt. Die beiden Kunststofffilterelemente 12 werden während der Herstellung des Gehäuses 4 vom Kunststoffmaterial umspritzt, so dass in einem gemeinsamen Arbeitsschritt sowohl das Gehäuse 4 hergestellt als auch die vorgefertigten Kunststofffilterelemente 12 in das Gehäuse integriert werden.The housing 4 of the ion exchanger 2 is made of plastic and is produced by plastic injection molding. The two plastic filter elements 12 be during the manufacture of the case 4 encapsulated by the plastic material, so that in a joint step, both the housing 4 manufactured as well as the prefabricated plastic filter elements 12 be integrated into the housing.

Die Kunststofffilterelemente 12 können beispielsweise als Sieb oder Fritte ausgebildet sein, die eine Vielzahl von Poren aufweisen, durch die der Kraftstoff hindurchströmt, deren Durchmesser jedoch klein genug ist, um das Ionenaustauschmaterial zurückzuhalten.The plastic filter elements 12 For example, they may be formed as sieves or frits having a plurality of pores through which the fuel passes but whose diameter is small enough to retain the ion exchange material.

Des Weiteren kann am Ausgang des Ionenaustauschers ein Wasserabsorber (nicht gezeigt) vorgesehen sein, der das beim Ionenaustausch gebildete Wasser aufnimmt.Furthermore, a water absorber (not shown) may be provided at the outlet of the ion exchanger, which absorbs the water formed during the ion exchange.

Ionenaustauscher werden normalerweise in wässrigen Medien eingesetzt, aus diesem Grund wird vorteilhafterweise ein Harz mit möglichst geringer Quellneigung in organischen, unpolaren Fluiden verwendet werden (makroporöses Harz).Ion exchangers are normally used in aqueous media, for which reason it is advantageous to use a resin with the lowest possible tendency to swell in organic, nonpolar fluids (macroporous resin).

Als Anionenaustauscher werden bevorzugt schwach basische, makroporöse Harze verwendet, die hoch vernetzt sind.The anion exchangers used are preferably weakly basic, macroporous resins which are highly crosslinked.

Als Kationenaustauscher werden bevorzugt hoch saure, makroporöse Harze verwendet, die hoch vernetzt sind, da diese eine höhere Selektivität für Alkali- und Erdalkali-Kationen aufweisen.The cation exchangers used are preferably highly acidic, macroporous resins which are highly crosslinked, since these have a higher selectivity for alkali metal and alkaline earth metal cations.

Bei dem zusätzlichen Chelatbildner handelt es sich allgemein um einen mit einer niedrigen Selektivität für Alkali- und Erdalkali-Ionen, insbesondere um ein schwach saures, makroporöses Kationenaustauscherharz mit organischen Gruppen wie beispielsweise Imidoessigsäure-, Aminomethylphosphonsäure- oder Thioharnstoffgruppen.The additional chelating agent is generally one having a low selectivity for alkali and alkaline earth ions, especially a weakly acidic macroporous cation exchange resin having organic groups such as imidoacetic, aminomethylphosphonic or thiourea groups.

Die Kontaktzone Kraftstoff-Harz ist dabei vorteilhafterweise möglichst groß, da die Wechselwirkung zunächst an der Harz-Oberfläche stattfindet, so dass die Flüssigkeit an die Oberfläche herankommen muss. Günstig ist darüber hinaus auch eine lange Verweilzeit (Kinetik). Aus diesem Grund bietet sich als konstruktive Lösung ein Inline-Filter an, der entweder im Haupt- oder Nebenstrom angeordnet ist. Bei einem Anbringen im Nebenstrom wird der Druckverlust dadurch reduziert, dass nur ein Teil des gesamten Volumenstroms durch die Kartusche hindurchströmt. Allerdings muss dann zusätzlich ein Nebenstromkreislauf aufgebaut werden. Die geringere Fließgeschwindigkeit ist vorteilhaft für einen effizienten Ionenaustausch. Im Hauptstrom ist der Druckverlust deutlich höher, jedoch wird die gesamte Ionenkontamination bei jedem Durchlauf ausgetauscht, im Nebenstrom dagegen wird immer nur die Kontamination entfernt, die sich in dem abgezweigten Volumenstrom befindet (Abreinigung).The contact zone fuel-resin is advantageously as large as possible, since the interaction takes place initially on the resin surface, so that the liquid has to approach the surface. In addition, a long residence time (kinetics) is also favorable. For this reason As a constructive solution, an inline filter is available, which is arranged either in the main or secondary flow. When mounted in the bypass, the pressure loss is reduced by only a part of the total volume flow through the cartridge. However, then a secondary circuit must be built in addition. The lower flow rate is advantageous for efficient ion exchange. In the main stream, the pressure loss is significantly higher, but the total ion contamination is exchanged during each run, in the secondary flow, however, only the contamination is removed, which is located in the branched flow rate (cleaning).

Optional kann dem Ionenaustauscher in einer zweiten Stufe ein Adsorber/Absorber nachgeschaltet sein, der das beim Ionenaustausch gebildete Wasser bindet. Da Wasser für das Common Rail-System schädlich ist, muss es entfernt werden. Beim Ionenaustausch wird ebenfalls Wasser erzeugt, das nicht in den Kreislauf gelangen sollte. Chemische Absorption beschreibt den Prozess der Aufnahme oder des ”Lösens” eines Atoms, Moleküls oder eines Ions in einer anderen Phase. Hierbei handelt es sich nicht um eine Anlagerung an der Oberfläche (Adsorption), sondern um eine Aufnahme in das freie Volumen der absorbierenden Phase.Optionally, the adsorbent / absorber can be connected downstream of the ion exchanger in a second stage, which binds the water formed during the ion exchange. Since water is detrimental to the common rail system, it must be removed. When ion exchange also water is generated, which should not get into the circulation. Chemical absorption describes the process of uptake or "dissolution" of an atom, molecule or ion in another phase. This is not a deposit on the surface (adsorption), but a recording in the free volume of the absorbent phase.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum einen als separates Bauteil ausgebildet sein, zum anderen aber auch in Kraftstofffiltermodule oder Wechselfilter integriert werden. Dabei ist es möglich, wie in 2A gezeigt, die Vorrichtung beispielsweise in das Mittelrohr 14 eines Kraftstofffilters 16 zu integrieren, der in einem Gehäuse 18 angeordnet ist. Die Strömungsrichtung des Kraftstoffs ist in 2 bis 4 jeweils durch die Pfeile 24 angedeutet. Es muss hierbei vermieden werden, dass der Dieselkraftstoff nur über den Ionentauscher läuft und nicht auch über das Filterelement. 2B zeigt mit der Lamellenstruktur eine Möglichkeit auf, das Harzbett möglichst homogen zu durchströmen – unabhängig von der jeweiligen konstruktiven Ausführungsart.The device according to the invention may on the one hand be designed as a separate component, but on the other hand also be integrated into fuel filter modules or replaceable filters. It is possible, as in 2A shown, the device, for example, in the center tube 14 a fuel filter 16 to integrate that in a housing 18 is arranged. The flow direction of the fuel is in 2 to 4 each by the arrows 24 indicated. It must be avoided that the diesel fuel only passes through the ion exchanger and not through the filter element. 2 B shows with the lamellar structure on a way to flow through the resin bed as homogeneously as possible - regardless of the respective structural design.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines gebogenen Rohrs 20 bzw. einer Schnecke oder Wendel im unteren Teil des Gehäuses 18, wie in 3A gezeigt. 3B zeigt das gebogene Rohr 20 in einer Draufsicht entlang der Linie A-A in 3A. Wie bereits erwähnt, muss für einen effizienten Ionenaustausch (Kinetik) eine ausreichend lange Kontaktzeit zwischen Harz und kontaminiertem Kraftstoff erreicht werden. Neben einer Reduzierung der Fließgeschwindigkeit kann dies auch durch eine Wegverlängerung mit Hilfe des gebogenen Rohrs bzw. einer Schnecke oder Wendel erreicht werden.Another possibility is the use of a bent pipe 20 or a worm or helix in the lower part of the housing 18 , as in 3A shown. 3B shows the bent pipe 20 in a plan view along the line AA in 3A , As mentioned earlier, for efficient ion exchange (kinetics), a sufficiently long contact time between resin and contaminated fuel must be achieved. In addition to a reduction in the flow rate, this can also be achieved by means of a travel extension with the aid of the bent tube or a worm or helix.

Auch das Einbringen der Vorrichtung in ein Gehäuse ist möglich, der über ”Schikanen”, d. h. versetzt angeordnete Platten 22, ein Mäandrieren des Kraftstoffstroms erzwingt und auf diese Weise einen ausreichend langen Strömungsweg zur Verfügung stellt. Die optimale Länge des Strömungsweges hängt dabei vom Verschmutzungsgrad, der Fließgeschwindigkeit etc. ab. Eine solche Anordnung ist in 4A gezeigt. 4B zeigt eine Draufsicht auf die versetzt angeordneten Platten 22 entlang der Linie B-B in 4A.Also, the introduction of the device in a housing is possible, the "harassment", ie staggered plates 22 , enforces a meandering of the fuel flow and thus provides a sufficiently long flow path. The optimal length of the flow path depends on the degree of contamination, the flow rate, etc. Such an arrangement is in 4A shown. 4B shows a plan view of the staggered plates 22 along the line BB in 4A ,

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Bauteil mit einem internen Bypass in einer Hauptstromfilteranordnung ausgebildet werden.Furthermore, the device according to the invention can be designed as a component with an internal bypass in a main flow filter arrangement.

Ganz allgemein kann der erfindungsgemäße Mischbett-Ionenaustauscher nur in strömungsberuhigten Bereichen untergebracht werden, da der Hauptvolumenstrom zu hoch für einen effizienten Ionenaustausch ist, was bedeutet, dass die Kontaktzeit zwischen Kraftstoff und Ionenaustauscher zu gering wäre, wodurch das Risiko entsteht, dass Ionen nicht zurückgehalten, sondern vom Kraftstoffstrom mitgerissen werden.More generally, the mixed bed ion exchanger of the present invention can only be placed in flow-controlled areas because the main volume flow is too high for efficient ion exchange, meaning that the contact time between fuel and ion exchanger would be too low, thereby creating the risk of ions not being retained. but be entrained by the fuel flow.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009044866 A1 [0005] DE 102009044866 A1 [0005]
  • DE 102007047895 A1 [0006] DE 102007047895 A1 [0006]
  • DE 102004057631 A1 [0007] DE 102004057631 A1 [0007]

Claims (19)

Vorrichtung zur Abtrennung von in Dieselkraftstoff vorhandenen Salzen mittels Mischbett-Ionenaustauscherfiltern, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den in dem Mischbett-Ionenaustauscherfilter enthaltenen Kationen- und Anionenaustauscherharzen ein Chelatbildner vorgesehen ist.Device for the separation of salts present in diesel fuel by means of mixed-bed ion exchange filters, characterized in that a chelating agent is provided in addition to the cation and anion exchange resins contained in the mixed-bed ion exchange filter. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kationen- und Anionenaustauscherharze und der Chelatbildner ein gemeinsames Mischbett bilden.Apparatus according to claim 1, characterized in that the cation and anion exchange resins and the chelating agent form a common mixed bed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chelatbildner einem Mischbett aus Kationen- und Anionenaustauscherharze vor- bzw. nachgeschaltet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the chelating agent is upstream or downstream of a mixed bed of cation and anion exchange resins. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Chelatbildner eine hohe Selektivität für Zinkionen aufweist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the chelating agent has a high selectivity for zinc ions. Vorrichtung nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chelatbildner inert ist und eine Dichte aufweist, die im Bereich der Dichte des Kationenaustauschermaterials und der Dichte des Anionenaustauschermaterials liegtDevice according to one of the preceding claims, characterized in that the chelating agent is inert and has a density which is in the range of the density of the cation exchange material and the density of the anion exchange material Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Austauscherharze mit geringer Quellneigung in Dieselkraftstoff verwendet werden.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that exchange resins are used with low swelling tendency in diesel fuel. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Chelatbildner ein schwach saures, makroporöses chelatisierendes Kationenaustauscherharz ist, das organische Gruppen trägt.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the chelating agent is a weakly acid, macroporous chelating cation exchange resin carrying organic groups. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den organischen Gruppen z. B. um Imidoessigsäuregruppen, Aminoethylphosphonsäuregruppen oder Thioharnstoffgruppen handelt.Apparatus according to claim 7, characterized in that it is in the organic groups z. B. Imidoessigsäuregruppen, Aminoethylphosphonsäuregruppen or thiourea groups. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Mischbett in einem Gehäuse (4) angeordnet ist, das an gegenüberliegenden Stirnseiten einen Zulauf (6) und einen Ablauf (8) aufweist.Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the common mixed bed in a housing ( 4 ) is arranged, which at opposite end faces an inlet ( 6 ) and a process ( 8th ) having. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest im Zulauf 6 ein benachbart zum Innenraum des Gehäuses (4) angeordnetes Kunststofffilterelement (12) befindet.Apparatus according to claim 9, characterized in that at least in the inlet 6 one adjacent to the interior of the housing ( 4 ) arranged plastic filter element ( 12 ) is located. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffilterelement ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Vlies, Sinterkunststoff, Kunststoffsieb, Metallsieb, und Glasfritten.Apparatus according to claim 10, characterized in that the plastic filter element is selected from the group comprising nonwoven, sintered plastic, plastic mesh, metal mesh, and glass frits. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Kunststofffilterelement ein Absorber- oder Adsorberelement vorgesehen ist.Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that in addition to the plastic filter element, an absorber or adsorber element is provided. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in ein Kraftstofffiltermodul oder Wechselfilter integriert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is integrated in a fuel filter module or replaceable filter. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Mittelrohr des Kraftstofffiltermoduls oder Wechselfilters angeordnet ist.Apparatus according to claim 13, characterized in that it is arranged in the central tube of the fuel filter module or replaceable filter. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelrohr mit Schlitzen versehene Endscheiben aufweist.Apparatus according to claim 14, characterized in that the central tube has slotted end discs. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form eines gebogenen Rohrs in dem Kraftstofffiltermodul oder Wechselfilter angeordnet ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that it is arranged in the form of a bent tube in the fuel filter module or replaceable filter. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Gehäuse des Kraftstofffiltermoduls oder Wechselfilters angeordnet ist, das versetzt angeordnete Platten aufweist.Apparatus according to claim 13, characterized in that it is arranged in a housing of the fuel filter module or replaceable filter having staggered plates. Verfahren zur Abtrennung von in Dieselkraftstoff vorhandenen Salzen mittels eines Mischbettfilters aus Kationen- und Anionenaustauscherharzen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischbettfilter ein zusätzlicher Chelatbildner hinzugefügt wird.Process for the separation of salts present in diesel fuel by means of a mixed-bed filter of cation and anion exchange resins, characterized in that an additional chelating agent is added to the mixed-bed filter. Mischbett-Ionenaustauschfilter, enthaltend Kationen- und Anionenaustauscherharze, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbettfilter einen zusätzlichen Chelatbildner enthält.Mixed bed ion exchange filter containing cation and anion exchange resins, characterized in that the mixed bed filter contains an additional chelating agent.
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