DE3603207A1

DE3603207A1 - Verfahren zur herstellung eines zusatzstoffes fuer schmiermittel sowie fuer waessrige heizmittel- und kraftstoffsysteme sowie dessen spezielle verwendungsmoeglichkeiten

Info

Publication number: DE3603207A1
Application number: DE19863603207
Authority: DE
Inventors: Kurt Bertram
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1987-08-06
Also published as: NO874049D0; HUT44068A; ATE54933T1; EP0231906A1; FI874229A0; FI874229A; JPS63502357A; DE3763938D1; DK519087A; US4828574A; WO1987004717A1; AU7160587A; BR8705768A; KR880700851A; EP0258426A1; CA1285387C; AU588097B2; HU200484B; DK519087D0; SU1577704A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zusatzstoffes für Schmiermittel sowie für wässrige Kraftstoffgemische und Heizmittel, bei dem eine alkalische wässrige Lösung eines invertierten Rohrzuckers als Hauptbestandteil mit einem Gehalt an einem Kohlenwasserstoff und einem Alkohol erwärmt und darauf abgekühlt wird, die bereits angesprochenen Verwendungsmöglichkeiten sowie die Verwendung als Tränkmasse für Luftfilter von Kraftfahrzeugen und beliebigen Verbrennungsanlagen.

Das Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus der DE-OS 32 05 594 bekannt. Nach den konkreten Angaben dieser DE-OS wird eine Mischung aus 50%iger Natronlauge, Petroleum, Essigsäure, Glycerin, einem Ethanol/Propanol-Gemisch sowie als Hauptmasse aus einem invertierten Flüssigzucker, insbesondere einem auf Rohrzucker zurückgehenden Flüssigzucker, 10 Minuten lang auf einer Temperatur von etwa 60 bis 65°C gehalten. Nach dem Abkühlen bildet sich ein Mittel, das, Gemischen aus Wasser, Alkohol und Benzin (z. B. im Volumenverhältnis 1 : 5 : 4) in einer Menge von einigen Promille zugegeben, eine Flüssigkeit liefert, die in beliebigen Verbrennungsanlagen, aber auch in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Dieses bekannte Verfahren führt zwar zu erstaunlichen vorteilhaften Ergebnissen, erfordert jedoch eine sorgfältige Abstimmung der genannten Einzelbestandteile. So sollen besonders günstige Ergebnisse mit einem Zusatzstoff erhalten werden, der wie folgt hergestellt wird: zunächst wird ein Gemisch aus 20 bis 45 Gew.-% 50%iger Natronlauge, 3 bis 15 Gew.-% Petroleum, 3 bis 15 Gew.-% 5%iger Essigsäure, 25 bis 80 Gew.-% Glycerin und 20 bis 45 Gew.-% eines Gemisches aus Ethanol und Propanol hergestellt. Anschließend wird dieses Gemisch mit der 10-fachen Menge eines 75%igen wässrigen invertierten Flüssigzuckers (Rohrzucker) gemischt. Dieses wird zu dem wirksamen Zusatzstoff von wässrigen Kraftstoffen etc. in der beschriebene Weise erhitzt. Die Wirksamkeit eines derartigen Zusatzstoffes soll durch die Zugabe von Spuren von Calciumsulfathalbhydrat (CaSO₄ · 1/2 H₂O) gesteigert werden können.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß es eine einfache und flexiblere Herstellung des angestrebten Verfahrenserzeugnisses ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Rohrzucker eines Inversionsgrades von 55 bis 75% verwendet und bis zur Ausbildung eines roten Farbtons auf 80 bis 100°C erhitzt wird.

Das Wesen der Erfindung besteht demzufolge darin, daß kein vollständig invertierter Rohrzucker eingesetzt wird, sondern ein solcher eines Inversionsgrades von etwa 50 bis 80%. Dabei hat es sich gezeigt, daß ein Inversionsgrad von etwa 60 bis 70% und insbesondere ein solcher von etwa 66% zu besonders günstigen Ergebnissen führt. Die Erfindung erweist sich im Hinblick auf die Wahl des speziellen invertierten Rohrzuckers als eine Auswahlerfindung. Es zeigt sich im Zusammenhang mit dieser Wahl als zwingend erforderlich, das Erhitzen der Ausgangsmischung so lange fortzusetzen, bis sich ein roter Farbton eingestellt hat. Auch diese bedeutsame Angabe läßt sich aus dem Stand der Technik nicht herleiten. Dabei ist es von Vorteil, daß sich dieser rote Farbton möglichst schnell einstellt, was durch Erhitzen des Ausgangsgemisches auf eine Temperatur von mehr als etwa 80°C, insbesondere mehr als 90°C erreicht werden kann. Besonders günstige Eigenschaften werden bei dem Verfahrenserzeugnis erhalten, wenn es auf etwa Siedetemperatur, insbesondere etwa 100°C einige Zeit gehalten wird, um den erwähnten roten Farbton einzustellen. Die Temperatur von 100°C sollte möglichst nicht überschritten werden. Nach dem Erhitzen wird auf Raumtemperatur abgekühlt.

Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäß angestrebte Ergebnis ist stets eine konzentrierte wässrige Lösung des Rohrzuckers des genannten Inversionsgrades. Hierbei sollte die Konzentration dieses Rohrzuckers vorteilhafterweise mindestens 50 Gew.-% betragen, insbesondere nahe an den Sättigungsgrad gehen. Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn in dem wässrigen Ausgangsmedium etwa 60 bis 75 Gew.-% des partiell invertierten Rohrzuckers enthalten sind. In der Praxis hat sich eine Konzentration von 72 Gew.-% als sehr nützlich gezeigt. Diese Lösung wird nun mittels organischer oder anorganischer Basen, wie Natronlauge, Kalilauge, und/oder Calciumhydroxid, oder auch durch Protolyse alkalisch wirkende Salze, insbesondere Carboxylate sowie Salze schwacher Säuren mit starken Basen, wie Natriumacetat und Natriumcarbonat, schwach alkalisch eingestellt. Dabei hat es sich gezeigt, daß der erstrebenswerte schwach alkalische Bereich, insbesondere eines pH-Wertes von etwa 8 bis 10, mit besonderem Vorteil durch Zugabe von alkalisch puffenden Carboxylaten, insbesondere von Natriumacetat, durch deren Pufferwirkung konstant gehalten wird.

Des weiteren werden etwa 1000 Gew.-Teile der wässrigen Lösung des partiell invertierten Rohrzuckers vorzugsweise einige Promille eines Kohlenwasserstoffs, insbesondere etwa 2 bis 25 Gew.-Teile, zugesetzt. Bei diesem Kohlenwasserstoff kann es sich um verschiedene Materialien handeln. Es sollte insbesondere ein flüssiger Kohlenwasserstoff sein. Hier unterliegt die Erfindung keinen wesentlichen Beschränkungen. Es kann sich dabei um verschiedene Erdölfraktionen aliphatischer und/oder aromatischer Herkunft handeln. Beispiele sind Rohbenzin, Petroleum, Leichtbenzin, Ligroin, Schwerbenzin, Leuchtöl, Gasöl (Dieselöl bzw. Heizöl), cyclische Kohlenwasserstoffe (Naphthene) und deren Fraktionen in Form von Cyclopentan und Cyclohexan sowie Erdölfraktionen, die bezügliche ihrer Zusammensetzung eine Mittelstellung zwischen "paraffinischen" und den "naphthenischen" Erdölen einnehmen.

Schließlich wird der wässrigen Lösung des partiell invertierten Rohrzuckers eine Verbindung beigegeben, die alkoholischen Charakter zeigt, insbesondere ein niederer primärer, sekundärer oder tertiärer ein- oder mehrwertiger Alkohol. Hier stehen Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Glykol und Glycerin im Vordergrund. Diese Verbindungen werden vorteilhafterweise in einer solchen Menge eingesetzt, daß auf 1000 Gew.-Teile der Lösung des partiell invertierten Rohrzuckers etwa 5 bis 100 Gew.-Teile hiervon entfallen. Der Bereich von etwa 10 bis 60 Gew.-Teilen gilt als besonders bevorzugt. Ganz besonders günstige Ergebnisse werden regelmäßig dann erhalten, wenn etwa 50 Gew.-Teile des Alkohols, Aldehyds und/oder Ketons auf 1000 Gew.-Teile des Flüssigzuckers entfallen. Die Funktion dieser Verbindungen ist noch nicht eindeutig geklärt. Möglicherweise haben sie die Funktion eines Dispersionsvermittlers. Hierzu ist es erforderlich, daß sie in der wässrigen Lösung des partiell invertierten Rohrzuckers gut löslich sind. Die oben im einzelnen genannten Verbindungen erfüllen dieses Erfordernis.

Auch im Rahmen des vorstehend beschriebenen bekannten Verfahrens soll es sich als vorteilhaft erwiesen haben, zusätzlich geringe Mengen Gips (CaSO₄ · 1/2 H₂O) beizumengen. Hierzu reichen Spuren aus. Unter "Spuren" sollen Mengen von 10² bis 10^-4 ppm verstanden werden. Der Zusatz von Gips verbessert allerdings nicht die spezielle Eignung der nachfolgend noch detailliert beschriebenen brennbaren wässrigen Gemische. Vielmehr führt er zur Reduzierung geringer Anteile toxischer Stoffe, wenn die wässrigen Gemische verbrannt werden. Bei diesen Temperaturen zerfällt Gips in Calciumoxid und Schwefeltrioxid. Die Zerfallprodukte bedingen die Ausschaltung unerwünschter Toxine im Verlaufe des Verbrennungsvorganges.

Das anhand des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Erzeugnis zeigt die interessante und gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Eigenschaft, zusammen mit Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und Wasser ein brennbares Gemisch zu liefern, das als Kraftstoff in beliebigen Verbrennungsanlagen, insbesondere in Motoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Dabei wird es den Gemischen aus Wasser, Alkohol und Benzin nur in vergleichsweise geringen Mengen beigefügt. Die Menge des Wasseranteils ist wesentlich dafür, ob dieses Gemisch als "Normalbenzin" oder als "Super-Kraftstoff" eingesetzt wird. Bei erhöhtem Wasseranteil sinkt die Klopffestigkeit. So hat es sich gezeigt, daß ein Gemisch aus etwa 1 Gew.-Teil Wasser, 5 Gew.-Teilen Ethanol und 4 Gew.-Teilen Benzin, versetzt mit etwa 0,1 Gew.-Teil erfindungsgemäßem Zusatzstoff (z. B. aus 5 g Natriumhydroxid, 5 g Petroleum, 0,001 g Natriumacetat, 38 g Glyzerin, 27 g Ethanol und 1000 g 75%igen invertierten Rohrzuckers (Inversionsgrad 66%) 10 l Normalkraftstoff bzw. "Normalbenzin" liefern. Dieser Kraftstoff erfüllt die Anforderungen, die gemäß DIN 51 600 an Normalbenzin gestellt werden, d. h. seine Klopffestigkeit reicht aus, um als Ottokraftstoff in Kraftfahrzeugen eingesetzt zu werden, die an sich mit Normalbenzin betrieben werden. Das oben beschriebene Erzeugnis läßt sich in einen "Super-Kraftstoff" überführen, wenn lediglich etwa 1/4 des genannten Wasseranteils eingesetzt wird. Dabei kommt ein solches Erzeugnis einem Super-Kraftstoff gleich, der den Anforderungen nach der genannten DIN-Vorschrift genügt. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen verschiedener Verbrennungsanlagen von Heizöl und dergleichen läßt sich anhand einfacher Versuche die optimale Mischung für derartige Zwecke ermitteln.

Darüberhinaus hat es sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Additiv auch zu einer vorteilhaften Verbesserung der Schmiereigenschaft von Schmiermitteln führt. Der Begriff "Schmiermittel" soll hier weitestgehend verstanden werden. Als Schmiermittel kommen insbesondere in Frage: Schmieröle für die spanabhebende Verarbeitung, wie Schneid- und Bohröle, und Öle für die plastische spanlose Verarbeitung, wie sie z. B. beim Kaltwalzprozeß eingesetzt werden.

Besonders überraschen muß es, daß die Filterwirkung von Luftfiltern von Kraftfahrzeugen sowie auch von Verbrennungsanlagen ganz deutlich gesteigert wird, wenn die Filtermassen mit dem erfindungsgemäßen Zusatzstoff imprägniert werden. Diese Wirkung läßt sich steigern, wenn über die vorstehend beschriebenen Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hinaus bzw. nachfolgend so verfahren wird, daß das den roten Farbton aufweisende Gemisch in überschüssiges Wasser gegeben und mehrere Tage unter Luftabschluß bei Raumtemperatur aufbewahrt, das hierbei erhaltene Produkt mit einer geringen Menge Eidotter, insbesondere Hühnereidotter (als eiweißhaltige Nährbodengrundlage bzw. Nährmittel für Mikroorganismen), versehen und erneut mehrere Tage bei Raumtemperatur aufbewahrt wird. So wurden in einem Einzelfall etwa 30 g des erfindungsgemäßen Zusatzstoffes mit 4 l Wasser gemischt. Die gesamte Masse wurde dann 16 Tage lang luftdicht verschlossen bei Raumtemperatur aufbewahrt. Anhand mikrobiologischer Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß Mikroorganismen entstanden waren. Es kann also von einer Art Nährlösung gesprochen werden. Gab man zu dieser Nährlösung Hühnereidotter, dann schien das Mikrobenwachstum weiter begünstigt zu werden. Dabei stellte es sich heraus, daß der biologische Prozeß nach etwa 23 Tagen abgeschlossen war. In der erhaltenen Masse ließen sich unter anderem Phosphorproteide nachweisen. Die derartig erhaltene Masse läßt sich besonders gut als Imprägniermittel von Luftfiltern von Kraftfahrzeugen und Verbrennungsanlagen einsetzen. Der Effekt wird dadurch gesteigert, daß diesem Zusatzstoff ein niederer Alkohol, wie Methanol, Ethanol, Propanol und/oder Butanol oder auch Glykol oder Glyzerin, einverleibt wird, wobei zwei Teile Zusatzstoff auf etwa 1 Teil Alkohol entfallen können.

Worauf die mit der Erfindung erzielbaren Erfolge tatsächlich zurückgehen, läßt sich im einzelnen noch nicht sagen. Es ist zu vermuten, daß der eingesetzte Rohrzucker des genannten Inversionsgrades unter den geschilderten Verfahrensbedingungen gewißen mikrobiologischen Abläufen unterliegt, die zur Bildung spezieller Mikroorganismen führen. Für die Ausführbarkeit der Erfindung sind diese technologischen Gesichtspunkte jedoch nicht bedeutsam.

Wird anhand des erfindungsgemäßen Zusatzstoffes ein Kraftstoff hergestellt, dann zeigt sich dieser gegenüber den Super-Kraftstoffen nach DIN 51 600 unter vielfältigen Gesichtspunkten überlegen. Dies gilt insbesondere für den Anteil von umweltbelastenden Schadstoffen. Dies zeigt sich durch die Gegenüberstellung des erfindungsgemäßen Mehrkomponententreibstoffes aus 200 ml Wasser, 0,4 g erfindungsgemäßem Zusatzstoff, 3000 ml Isopropylalkohol und 7000 ml Superbenzin (erfindungsgemäßer MTS-Treibstoff) und normalem Superbenzin einer Oktanzahl von mehr als 98.

Superkraftstoff bei 480 U/min. / CO-Wert 3,5 Vol.%.;
Erfindungsgemäßer MTS-Kraftstoff " CO-Wert 0,2 Vol.%.
(MTS = Mehrkomponententreibstoff)).

Der CO-Wert wird demzufolge bei dem erfindungsgemäßen MTS-Kraftstoff um etwa 95% herabgesetzt. Sein weiterer Vorteil liegt darin, daß er keine besonderen Mittel zur Steigerung der Klopffestigkeit, insbesondere auch keine Bleiverbindungen benötigt. Werden nun die Filter von Kraftfahrzeugen mit dem erfindungsgemäßen Zusatzstoff, insbesondere gemäß der vorstehend geschilderten weiteren Verfahrensweise behandelt (zusätzliche Behandlung mit speziellen Eiweißen), dann läßt sich bei üblichen Super-Kraftstoffen die Herabsetzung des CO-Wertes um etwa 1/3 feststellen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand verschiedener Beispiele noch näher erläutert werden.

Beispiel 1

Zunächst wurde ein erfindungsgemäßer Zusatzstoff wie folgt hergestellt: Mischen und Erhitzen von

25 g50-proz. Natronlauge 5 gLeuchtpetroleum (Siedebereich 150-250°C) 5 g25 proz. Essigsäure 30 gGlycerin (DAB VII) 25 gEthanol (96-%ig) 1 gCalciumsulfathalbhydrat 1000 g75-proz. Saccharoselösung (Inversionsgrad 66%)

(etwa 10 min. bis zur Einstellung eines roten Farbtons auf etwa 100°C erhitzt).

2 g des im Beispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Zusatzstoffes wurden mit 1 l Leitungswasser gemischt. 3 l Isopropanol wurden darauf mit 200 ml dieser Lösung versetzt und verrührt. Die erhaltenen 3,2 l wurden dann mit 7 l Super-Kraftstoff einer Realkauf-Tankstelle gut vermischt. Das so hergestellte Treibstoffgemisch von 10,2 l wurde darauf in einen vorher vollständig entleerten Tank eines VW-Kastenwagens (Typ 21, 50 PS sowie 1570 ccm Hubraum) als Testfahrzeug gefüllt. Das Testfahrzeug wurde dann 50 km lang gefahren. Das Fahrverhalten konnte als ausgezeichnet bezeichnet werden. Es zeigten sich bezüglich der Fahrleistungen keine Unterschiede gegenüber üblichem Superbenzin.

Beispiel 2

Das unter Beispiel 1 bereits beschriebene Additiv wurde mit Superkraftstoff anhand verschiedener Autotypen im Hinblick auf den CO-Wert überprüft. Die Messungen wurden mit einem IR-Abgastester MHC 220 (hergestellt und vertrieben von der Firma Hermann Electronic) ausgeführt. An der Motoreinstellung der Testfahrzeuge wurde während der Überprüfung keine Veränderung vorgenommen. Testfahrzeuge waren ein Opel Ascona (Hubraum 1,6 l und 75 PS) sowie ein Mercedes 200 (94 PS). Bei der Überprüfung anhand des Mercedes 200 wurde bei zwei Messungen auch die Steigerung der Wirksamkeit des Luftfilters durch Imprägnierung mit dem erfindungsgemäßen Mittel getestet. Im einzelnen ergaben sich folgende Ergebnisse:

1) Opel Ascona
- a) normaler Superkraftstoff
  800 U/min. CO-Wert 2,0 Vol.-%
  1600 U/min. CO-Wert 2,0 Vol.-%
  4800 U/min. CO-Wert 3,5 Vol.-%
- b) Messung mit erfindungsgemäßen MTS-Kraftstoff gemäß Beispiel 1
  800 U/min. CO-Wert 0,2 Vol.-%
  1600 U/min. CO-Wert 0,5 Vol.-%
  4800 U/min. CO-Wert 0,2 Vol.-%

Der erfindungsgemäße MTS-Kraftstoff lieferte demzufolge eine Reduzierung des CO-Wertes um etwa 95%.

2) Versuch mit Mercedes 200
- a) Messung mit normalem Superkraftstoff (Originalluftfilter)
  700 U/min. CO-Wert 2,2 Vol.-%
  4500 U/min. CO-Wert 1,2 Vol.-%
- b) Messung mit normalem Superkraftstoff, bei dem die Filtermasse erfindungsgemäß mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Zusatzstoff imprägniert wurde
  700 U/min. CO-Wert 1,5 Vol.-%
  4500 U/min. CO-Wert 0,8 Vol.-%
- c) Messung mit erfindungsgemäßen MTS-Kraftstoff (Originalluftfilter)
  700 U/min. CO-Wert 0,25 Vol.-%
  4500 U/min. CO-Wert 0,20 Vol.-%
- d) Messung mit MTS-Kraftstoff und mit einem mit dem erfindungsgemäßen Zusatzstoff imprägniertem Luftfilter
  700 U/min. CO-Wert 0,20 Vol.-%
  4500 U/min. CO-Wert 0,18 Vol.-%

Durch die genannte erfindungsgemäße Imprägnierung kann der CO-Wert noch merklich herabgesetzt werden. Die Probefahrten mit den einzelnen Fahrzeugen zeigten, daß der erfindungsgemäße MTS-Kraftstoff sowie der zum Vergleich herangezogene normale Superkraftstoff bezüglich der Leistung absolut vergleichbar waren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Zusatzstoffes für Schmiermittel sowie für wässrige Kraftstoffgemische und Heizmittel, bei dem eine alkalische wässrige Lösung eines invertierten Rohrzuckers als Hauptbestandteil mit einem Gehalt an einem Kohlenwasserstoff und einem Alkohol erwärmt und darauf abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß invertierter Rohrzucker eines Inversionsgrades von 55 bis 75% verwendet und bis zur Ausbildung eines roten Farbtons auf 80 bis 100°C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrzucker eines Inversionsgrades von etwa 66% verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene, roten Farbton aufweisende Gemisch in überschüssiges Wasser gegeben und mehrere Tage unter Luftabschluß bei Raumtemperatur aufbewahrt wird, das hierdurch anfallende Produkt mit einer geringen Menge Eidotter versehen und erneut mehrere Tage bei Raumtemperatur aufbewahrt wird.

4. Verwendung des nach dem Verfahren eines der vorausgehenden Ansprüche hergestellten Erzeugnisses in Schmiermitteln, als Tränkmasse für Luftfilter von Kraftfahrzeugen und Verbrennungsanlagen oder in Vermischung mit Wasser, Alkoholen und Erdölfraktionen als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge oder als Heizmittel.

5. Zusatzstoff für Schmiermittel sowie für wässrige Heizmittel- und Kraftstoffsysteme, erhalten nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

6. Tränkmasse für Luftfilter von Kraftfahrzeugen und Verbrennungsanlage, erhalten nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.