NL1034160C2

NL1034160C2 - Brandstofmengsel en werkwijze voor de toepassing hiervan.

Info

Publication number: NL1034160C2
Application number: NL1034160A
Authority: NL
Inventors: Michael Dirk Boot; Rik Silveer Geert Baert
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-01-20

Description

r

Korte aanduiding: Brandstofmengsel en werkwijze voor de toepassing hiervan.

De uitvinding heeft betrekking op een brandstofmengsel bestaande uit een basisbrandstof en toevoegstoffen waarbij een van de toevoegstoffen een 5 zuurstof bevattende verbinding is zoals een cyclische koolwaterstof met ten minste een zuurstofatoom of de zuurstof bevattende verbinding is een lineaire of vertakte verbinding met ten minste een koolstof atoom, meerdere waterstofatomen en ten minste een zuurstofatoom, mengbaar met de brandstof. De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor de toepassing van een dergelijk brandstofmengsel 10 bij motoren. De basisbrandstof is te kiezen uit onder meer diesel, benzine, kerosine of mengsels hiervan.

Uit milieutechnische overwegingen is het zeer gewenst en in veel landen wettelijk vastgelegd dat het roetgehalte van uitlaatgassen moet worden beperkt. Om dit roetgehalte (PM-emissie) te doen dalen is voorgesteld om aan de 15 basisbrandstof een zuurstof houdende verbinding toe te voegen. Dit is onder meer bekend uit de Amerikaanse octrooiaanvrage 2002/0000063 en uit de Amerikaanse octrooischriften 4.378.973 - 6.458.176 - 6.447.557 en 6.447.558. In deze Amerikaanse octrooiliteratuur zijn diverse organische zuurstofverbindingen genoemd die voor dit doel kunnen worden gebruikt, eventueel gemengd met andere 20 toevoegstoffen.

Zo is in de Amerikaanse octrooiaanvrage 2002/0000063 aangegeven dat het brandstofmengsel bestaat uit een basisbrandstof die niet meer dan 10 gew.% olefinen en niet meer dan 10 gew.% esters bevat en meer dan 5 gew.% zuurstof bevattende verbinding (oxygenaat) bestaande uit een verzadigde 25 alifatische eenwaardige alcohol met gemiddeld 8 tot 20 koolstofatomen, een of meer ketonen met een gemiddeld aantal koolstofatomen van 5 tot 25 en mengsels van de alcoholen en ketonen.

Volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.378.973 wordt aan de basisbrandstof cyclohexaan toegevoegd en ten minste een zuurstof houdende 30 verbinding gekozen uit de groep van aldehyden en ketonen met 3 tot 16 koolstofatomen, normale alcoholen met 2 tot 26 koolstofatomen, ethers of cyclische ethers met 2-16 koolstofstomen en mengsels hiervan, welke zuurstof houdende verbinding aanwezig is in een hoeveelheid ter verkrijging van 0,0001 tot 1,5 gew.% zuurstof in het brandstofmengsel.

1 oJ4160 2

In de Amerikaanse octrooischriften 6.458.176, 6.447.557 en 6.447.558 is onderkend dat door het verlagen van het gehalte aan roetdeeltjes in de afgassen uit verbrandingsmotoren het gehalte stikstofoxiden in de afgassen zal stijgen en deze Amerikaanse octrooien zijn erop gericht een samenstelling van het 5 brandstofmengsel te kiezen op zodanige wijze dat het gehalte stikstofoxiden (NOx) zo min mogelijk zal stijgen. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 6.458.176 is dit te bereiken doordat het brandstofmengsel niet meer dan 10 gew.% olefinen en niet meer dan 10 gew.% esters bevat en meer dan 5 gew.% oxygenaat gekozen uit de groep van verzadigde alifatische eenwaardige alcoholen met gemiddeld 8 tot 10 20 koolstofatomen, een of meer ketonen met gemiddeld 5 tot 25 koolstofatomen en mengsels van de alcoholen en ketonen.

Op basis van intensief onderzoek is het mogelijk gebleken het gehalte van de roetdeeltjes in het afgas te verlagen zonder dat de concentratie stikstofoxiden in het afgas wordt verhoogd of zelfs wordt verlaagd.

15 Dit is mogelijk gebleken door het gebruik van een brandstofmengsel zoals in de aanhef vermeld, hierdoor gekenmerkt dat het brandstofmengsel een cetaangetal heeft van 10-40.

Het cetaangetal is een getalwaarde die de klopneiging aangeeft van een brandstof, meestal voor een dieselmotor, maar welk cetaangetal ook van 20 toepassing is bij andere brandstoffen en een functie heeft zoals het octaangetal bij benzine. De cetaanwaarde van cetaan is 100 en de cetaanwaarde van o-methylnaftaleen is 0. Een mengsel van beide componenten heeft een cetaanwaarde die gelijk is aan het volumepercentage cetaan in het mengsel. Nadere gegevens over het cetaangetal van de diverse verbindingen is bekend uit 25 “Compendium of Experimental Cetane Number Data”, Michael J. Murphy en Joshua D. Taylor and Robert L. McCormick, september 2004. Op bladzijde 7 van dit Compendium is aangegeven dat het cetaangetal van de meest gebruikte dieselbrandstofmengsels ligt tussen 44,2 en 51,8. Bij een cetaangetal lager dan 10 wordt de zelfontstekingstijd te veel vertraagd. Voor benzinebrandstof gemengd met 30 ethanol is het cetaangetal meestal negatief of ongeveer 0. Vaak worden cetaanwaarde verhogende stoffen toegevoegd aan de basisbrandstof om te komen tot een snellere verbranding. Op basis van het thans gevondene is er echter juist voor gekozen om het cetaangetal niet hoger te doen zijn dan 40. Het cetaangetal (CN) karakteriseert het zelfontstekingsgedrag van een brandstof. Een lagere CN- 3 waarde komt overeen met een lagere brandstofreactiviteit en een langer ontstekingsuitstel. De cetaanwaarden van tripropyleenglycolmonomethylether en van di-n-butylmaleaat (TP en DB) zijn respectievelijk 75 en 30. De cetaanwaarde van cyclohexanon is ongeveer 16. Om de cetaanwaarde van het brandstofmengsel 5 te verlagen tot beneden 40 verdient het zodoende de voorkeur om een zuurstofverbinding van een cyclische koolwaterstof te gebruiken. Bij het gebruik van een zuurstofverbinding van een niet-cyclische koolwaterstof kan het cetaangetal beneden 40 worden gebracht door het toevoegen van op zich bekende stoffen met een cetaanwaarde die zodanig is dat het totale brandstofmengsel komt beneden 40. 10 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

Voorbeelden 1 -4

Brandstofmengsels werden bereid door dieselbrandstof (voorbeeld 1 ter referentie) te mengen met zuurstof bevattende verbindingen te 15 weten TPGME (tripropyleenglycolmonomethylether) (C10H22O4) zijnde voorbeeld 2 ter vergelijking en met DBM (dibutylmaleaat) (C12H20O4) (vergelijkend voorbeeld 3) en met cyclohexanon (CHO) (C6H10O) (voorbeeld 4 volgens de uitvinding). Deze brandstofmengsels hadden een zuurstofmassafractie zoals aangegeven in tabel 1 te weten 9 gew.% voor de brandstofmengsels met de zuurstof houdende verbinding en 20 van 0 voor diesel zonder toevoeging.

De brandstoffen werden gebruikt bij een DAF 9,2 liter (Heavy-Duty dieselmotor) bij een recirculatie voor het afgas (EGR) van 25%. De gemeten waarden bij 25% EGR zonder nabehandeling zijn uitgedrukt in g/kWh en bepaald ten opzichte van EURO V (Europese emissienorm zoals bij 10-2008 voor “Heavy-Duty 25 Diesel Vehicles”. De zuurstofmassafractie wordt berekend op basis van het aantal zuurstofatomen in het molecuul en het molecuulgewicht. Een mengsel van 9 gew.% zuurstof met als componenten TPGME en diesel bevat zodoende 9/31,07 x 100% = 28,96 gew.% TPGME, waarbij Oz voor TPGME = 4x16 / [10x12 + 22x1 + 4x16] x 100% = 31,07 gew.% O.

30 De gegevens van de metingen zijn samengevat in tabel 1.

4

Tabel 1

Brandstofmengsel TPGME + DBM + CHO + parameter eenheid diesel diesel diesel diesel 5 Cetaangetal 56,2 53,9 46,3 34,6

Zuurstof massa- (gew.%) 0 9 9 9 fractie PM bij 25% EGR [g/kWh] niet bepaald* 0,317 0,202 0,0036 PMbij25%EGR ten opzichte van Euro V niet bepaald* 15,85 10,1 0,245 10 NOx bij 25% EGR [g/kWh] niet bepaald* 0,97 1,14 0,81 NO, bij 25% EGR ten opzichte van Euro V niet bepaald* 0,49 0,57 0,41 * De waarde was zo hoog dat de meting van de roetdeeltjes na korte tijd vanaf het begin van de meting werd gestopt, waardoor ook geen NOx-meting meer is gedaan.

15

Uit de tabel blijkt dat bij een recirculatie van het afgas van 25% de uitstoot aan roetdeeltjes bij een cetaangetal van 34,6 aanzienlijk was gedaald ten opzichte van cetaangetallen van 46,3 en 53,9 en dat gelijktijdig ook het gehalte aan stikstofoxiden was gedaald.

>0341 60

Claims

1. Brandstofmengsel bestaande uit een basisbrandstof en toevoegstoffen waarbij een van de toevoegstoffen een zuurstof bevattende 5 verbinding is zoals een cyclische koolwaterstof met ten minste een zuurstofatoom of de zuurstof bevattende verbinding is een lineaire of vertakte verbinding met ten minste een koolstofatoom, meerdere waterstofatomen en ten minste een zuurstofatoom, mengbaar met de brandstof, met het kenmerk, dat het brandstofmengsel een cetaangetal heeft van 10-40.

2. Brandstofmengsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het een cetaangetal heeft van 15-35.

3. Brandstofmengsel volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de cyclische zuurstof bevattende verbinding ten minste een zuurstofatoom in de ring heeft.

4. Brandstofmengsel volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de cyclische zuurstof bevattende verbinding ten minste een zuurstofatoom buiten de ring heeft.

5. Brandstofmengsel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de zuurstof houdende verbinding cyclohexanon is.

6. Brandstofmengsel volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat ten minste 1 gew.% zuurstof bevattende verbinding wordt toegevoegd.

7. Brandstofmengsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat ten minste 10 gew.% zuurstof bevattende verbinding wordt toegevoegd.

8. Werkwijze voor het toepassen van een brandstofmengsel bij 25 verbrandingsmotoren, met het kenmerk, dat een brandstofmengsel wordt toegevoegd met een samenstelling zoals vermeld in conclusies 1-7. 10341§e