DE1077482B - Fluessiger Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffe auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, insbesondere auf Benzine und Leuchtöle, die sich für Ottomotoren oder in Flugzeuggasturbinen eignen.

Kohlenwasserstoffkraftstoffe bzw. Ottokraftstoffe ergeben unter bestimmten Verwendungsbedingungen Schwierigkeiten infolge Eisbildung. So kann sich im Fall von Benzinen, wie sie in Ottomotoren verwendet werden, unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen Eis im Vergaser bilden, wodurch ein unregelmäßiges Arbeiten des Vergasers verursacht wird und möglicherweise der Motor zum Stillstand kommt. So wird der Stillstand des Motors durch Eis verursacht, das sich aus dem im Benzin vorliegenden Wasser bildet oder aus Wasser, das sich aus der Luft kondensiert, die durch den Lufteinlaßverteiler bei der Verdampfung des Benzins in den Vergaser strömt. Obwohl zwar sowohl die Temperatur des Benzins als auch die der Luft oberhalb O⁰C Hegen, wird häufig durch die Verdampfung des Benzins im Vergaser das System auf unterhalb 0⁰C abgekühlt, insbesondere bald nach dem Starten des Motors. Die vorliegende Erfindung schafft Zusätze, die man Brennstoffen auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, wie Ottokraftstoffen, z. B. Benzin, zusetzen kann, um diese Eisbildung im Vergasersystem zu verhindern.

Auch andere Kraftstoffe auf der Basis von Kohlenwasserstoffen können unter dieser Eisbildung leiden. Da es praktisch unmöglich ist, eine Berührung des Kraftstoffes mit Wasser während des Vermischens, der Lagerung und des Transports zum Verbraucher zu verhindern, enthalten alle käuflich erhältlichen Kraftstoffe eine kleine Menge an gelöstem oder dispergiertem Wasser. Auch unter größten Vorsichtsmaßnahmen zur Verhinderung einer derartigen Berührung wird Wasser noch aus der Atmosphäre aufgenommen. Die Gegenwart einer kleinen Menge an Wasser ist normalerweise nicht von Nachteil. Wird jedoch das Produkt genügend stark abgekühlt, so können sich Eiskristalle bilden, die Schwierigkeiten und Gefahren verursachen. Zum Beispiel sind die meisten Verbrennungskraftmaschmen und Gasturbinen im Kraftstoffsystem mit Filtern ausgerüstet, um das Hindurchtreten von festen Verunreinigungen in den Motor zu verhindern. Wird nun Eis im Kraftstoff gebildet, so kann dieses die Filter blockieren, wodurch die Kraftstoffzufuhr zum Motor unterbrochen wird. Selbst dann, wenn keine Filter vorhanden sind oder wenn die Filter umgangen werden können, kann die Eisbildung im Einspritzmechanismus und anderen Systemen Schwierigkeiten verursachen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man bereits eine Reihe von Zusätzen zu flüssigen Kraftstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis vorgeschlagen. Als solche Zusätze sind Alkylenglykoläther der allgemeinen Zusammensetzung R— [O — Y—]„ — OZ

Flüssiger Kraftstoff
auf Kohlenwasserstoffbasis

Anmelder:

»Shell« Research Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
ίο und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 9. April 1958

James Donald Shimmin, Little Sutton, Cheshire,

und William Alexander Logan Watt,
Upton-by-Chester, Cheshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

bekannt, worin R eine Alkyl- oder Arylkohlenwasserstoffgruppe von 1 bis 18 C-Atomen, Y eine gegebenenfalls alkylsubstituierte Äthylenbrücke, Z=R oder Wasserstoff und η eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist.
Weiterhin ist es bekannt, Benzinen Zusatzstoffe der allgemeinen Formel

R_n-C-

-Z —C —R

zuzusetzen, wobei C ein Kohlenstoffatom, R eine Methyloder Methoxyrnethylengruppe, η = \ oder 2, Z eine aliphatische oder oxyaliphatische Gruppe, wenigstens CH₂, und X eine funktionelle Gruppe, nämlich entweder Methylol oder Hydroxyl, bedeutet und das letztere in keto-enol-tautomerem Zustand vorliegen kann.

Aus der deutschen Patentschrift 954 018 sind Treibstoffe bekannt, welche Glycerinmonooleat als Zusatzstoff enthalten. Schließlich sind aus der deutschen Auslegeschrift 1009 855 Monooxyverbindungen von hetero-

4-5 cyclischen Verbindungen, z. B. cyclische Acetale oder Ketale von 1,2- und 1,3-Glykolen, als Zusätze zu Kraftstoffen bekannt.

Es wurde nun festgestellt, daß man die bequem zugänglichen cyclischen Ester der Kohlensäure mit zweiwertigen Alkoholen mit benachbarten Hydroxylgruppen, z. B. Äthylencarbonat, mit gutem Erfolg als Zusätze in Kraftstoffen verwenden kann. Diese Verbindungen verhindern die Bildung von Eiskristallen im Kraftstoff und schaffen damit die Schwierigkeiten aus der Welt.

909 759/228

Die Erfindung betrifft somit einen flüssigen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, der einen geringen Gehalt an gegebenenfalls durch eine oder mehrere Alkylgruppen substituiertem Äthylencarbonat aufweist.

Die Erfindung ist besonders in den Fällen anwendbar, in denen der Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis ein Benzin oder ein Leuchtöl für Ottomotoren oder für eine Flugzeuggasturbine ist. Der Kraftstoff kann jedoch auch ein Dieselkraftstoff, ein Gasöl, ein Traktorvergasertreibstoff oder ein Strahltriebkraftstoff sein. Der Kraftstoff kann ein direkt destillierter Kraftstoff, ein thermisch reformierter oder gecrackter bzw. katalytisch reformierter oder gecrackter Kraftstoff oder eine Mischung von zwei oder mehreren derartigen Kraftstoffen sein. Der Kraftstoff kann Vermischungszusätze, wie flüchtige Alkohole und Äther, Benzol oder Mischungen von aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol und Toluol, enthalten. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Benzine mit einem ASTM-Siedebereich von etwa 30 bis 22O⁰C und insbesondere auf Flugzeugbenzine, die normalerweise einen ASTM-Siedebereich von etwa 35 bis 18O⁰C aufweisen. Zu den Flugzeugturbinenkraftstoffen, für die die vorliegende Erfindung besonders anwendbar ist, gehören die Kraftstoffe, die allgemein als JP-I, JP-2, JP-3, JP-4 und JP-5 bekannt sind.

Als Zusatzstoffe werden Äthylencarbonat und seine Homologen verwendet, d. h. Verbindungen, bei denen eines oder mehrere der Wasserstoffatome des Äthylencarbonates durch Alkylgruppen ersetzt sind. Das bevorzugt verwendete Carbonat ist das Propylen-l,2-carbonat, jedoch sind auch andere Carbonate geeignet, z. B. die Carbonate, die sich vom 1,1-Dimethylglykol, Butandiol-1,2, Butandiol-2,3, Pentandiol-1,2 oder-2,3, Penten-1 oder -2, 2-Methylbutandiol-l,2, 2-Methylbutandiol-2,3, 2,3-Dimethylbutandiol-2,3, 3,3-Dimethylbutandiol-l,2 und den vicinalen Hexan-, Heptan- oder Octandiolen ableiten.

Das Mengenverhältnis des verwendeten Carbonates beträgt im allgemeinen etwa 0,01 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Kraftstoffes. Üblicherweise beträgt die Menge etwa 0,1 bis 0,8 Gewichtsprozent.

Die meisten der obenerwähnten Carbonate sind in Kraftstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis leicht löslich. Ist es notwendig, die Zusatzstoffe in Mengen zu verwenden, die größer sind, als es ihre Löslichkeit erlaubt, so kann man sie in Verbindung mit einem organischen Lösungsmittel verwenden, das sowohl im Kraftstoff löslich ist, als auch das Carbonat löst. Geeignete Lösungsmittel sind Alkohole, z. B. Methanol, Äthanol, Isopropanol, mehrwertige Alkohole, wie Äthylenglycol, Ketone, wie Aceton und Methyläthylketon, Äther, wie Diäthyl- und Diisopropyläther, und die Methyl- und Äthyläther des Äthylenglycols, 1,3- und 1,4-Dioxane, und Aromaten, wie Benzol, Toluol oder Xylol.

Das organische Lösungsmittel ist vorzugsweise eine Verbindung, die selbst die Eigenschaften des Kraftstoffes in Hinblick auf die Eisbildung verbessert. Aus diesem Grunde eignet sich Isopropanol ganz besonders. Das organische Lösungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,1 bis 5 Gewichtsprozent des Kraftstoffes verwendet.

Die erfindungsgemäßen Kraftstoffmischungen können und im allgemeinen enthalten sie auch noch andere Zusätze, z. B. die als Antiklopfmittel üblichen Zusätze, wie Bleitetraäthyl, Eisencarbonyl, Dicyclopentadienyleisen, d. h. Ferrocen, Xylidin und N-Methylanilin, Bleispülmittel, wie Äthylendibromid und Äthylendichlorid, Farbstoffe, Mittel zur Reinhaltung der Zündkerzen, z. B. Tricresylphosphat, Dimethylxylylphosphat und Diphenylcresylphosphat, Verbrennungsmodifiziermittel, wieAlkylboronsäuren und niedere Alkylphosphate und -phosphite, Oxydationsinhibitoren, wie N,N'-disek.-Butylphenylendiamin, N-n_rButyl-p-aminophenol und 2,6-ditert.-Butyl-4-methylphenol, Metalldesaktivatoren, wie N,N'-Disalicylal-l^-propandiämin, sowie Rostinhibitoren, z. B. polymerisierte Linolsäuren und N, C-disubstituierte Imidazoline.

Beispiel 1

ίο In diesem Beispiel wurde ein Ottokraftstoff verwendet, der eine 50°/₀ige ASTM-Destillationstemperatur von 94° C sowie einen Reid-Dampf druck von 0,88 kg/cm² aufwies und der aus 84 Volumprozent katalytisch gecracktem Benzin, 8 Volumprozent katalytisch reformiertem Benzin und 8 Volumprozent Butan bestand.

0,1, 0,2, 0,4 und 0,6 Gewichtsprozent Propylen-l,2-carbonat wurden in vier Proben des Kraftstoffes aufgelöst, wodurch man vier verbesserte Kraftstoffmischungen gemäß der Erfindung erhielt.

Diese Kraftstoffmischungen sowie auch der obenerwähnte Basiskraftstoff wurden gemäß dem folgenden Vergaservereisungsversuch an einem Hillman-Minx-Mk.VII-Motor geprüft.
Bei dem Vergaservereisungsversuch lief der Hülman-Minx-Mk.VII-Motor, der mit einem Solexvergaser ausgerüstet war, abwechselnd mit Reisegeschwindigkeit und mit Leerlaufgeschwindigkeit, wobei sie mit kalter feuchter Luft versorgt wurde. Die Feuchtigkeit und die Temperatur der Luft zu Beginn jedes Versuches wurden durch die Temperatur des Kühlraums geregelt, aus dem die Luft entnommen wurde, und durch den Temperaturanstieg in der Verbindungsleitung, die die Luft zum Motor leitete. Bei Beginn des Versuchs betrug die Temperatur der Luft 1,7° C und ihre relative Feuchtigkeit 80%.

Nach dem Start wurde der Motor 3 Minuten unter Bedingungen laufengelassen, die etwa 50 km/Stunde Straßengeschwindigkeit entsprachen. Während des Versuches wurde die Temperatur der einströmenden Luft allmählich erhöht, um den Temperaturanstieg im Motorenraum unter der Motorhaube vorzutäuschen. Ein Betriebszyklus, der aus abwechselnden Perioden Leerlauf (15 Sekunden) und Reisegeschwindigkeit (I¹Z₂ Minuten) bestand, wurde unterdessen aufrechterhalten. Dies wurde so lange durchgeführt, bis der Leerlauf des Motors glatt war. Die Anzahl der vollendeten Zyklen, bevor der Leerlauf des Motors glatt war, wurde als Maß der Wirksamkeit des geprüften Zusatzstoffes genommen.

Die Anzahl dieser Zyklen in jedem der Versuche ist in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Gewichtsprozent Propylen-	Anzahl der Zyklen, bevor der
1,2-carbonat im Treibstoff	Leerlauf des Motors glatt war
0	11
0,1	7
0,2	6
0,4	3
0,6	2

Beispiel 2

Der oben beschriebene Versuch wurde mit dem Treibstoff des Beispiels 1 ohne und mit Zusatz von 0,1 Gewichtsprozent Äthylencarbonat wiederholt. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Gewichtsprozent Äthylen carbonat im Treibstoff	Anzahl der Zyklen, bevor der Leerlauf des Motors glatt war
0 0,1	U 5

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Flüssiger Kraftstoff auf Kohlenwasserstoff basis, gekennzeichnet durch einen geringen Gehalt an gegebenenfalls durch eine oder mehrere Alkylgruppen substituiertem Äthylencarbonat.

2. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch gegebenenfalls eine oder mehrere Alkylgruppen substituierte Äthylencarbonat in einer Menge von 0,01 bis 2 Gewichtsprozent, insbesondere von 0,1 bis 0,8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Kraftstoffes, vorliegt.

3. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen geringen Gehalt an Propylen-1,2-carbonat.

4. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen weiteren geringen Gehalt an einem organischen Lösungsmittel, das nicht nur im Kraftstoff löslich ist, sondern auch das durch gegebenenfalls eine oder mehrere Alkylgruppen substituierte Äthylencarbonat löst.

5. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Isopropanol ist.

6. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel in einer Menge zwischen 0,1 und 5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Kraftstoff, vorliegt.

7. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff ein Benzin mit einem Siedebereich von 30 bis 235° C ist.

8. Flüssiger Kraftstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff ein Flugzeuggasturbinenkraftstoff ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 948375, 954018, 950339; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 009 855;
USA.-Patentschrift Nr. 2 701 754;
britische Patentschriften Nr. 709 987, 776 297.

'© 909 759/228 3.60