SK28095A3 - Ecological fuel for ignition engines - Google Patents

Abstract

Ecological fuel for ignition engines contains 35 - 55 volume parts of methylesters of saturated and unsaturated acids with 16 - 22 carbons/molecule, preferably palmitic, stearic, oil, linoleic, linolenic, eicosanic and erucic acid of vegetable origin; 15 - 65 volume parts of aliphatic n-alkane with 10 - 20 carbons/molecule, independently or mixtures thereof; and/or 1 - 65 volume parts of aliphatic l-alkene with 8 - 18 carbons/molecule, independently or mixtures thereof; 30 volume parts of a monobasic alcohol with 4 - 6 carbons/molecule, or optional mixtures thereof; or preferably contains 65 volume parts of saturated hydrocarbon compounds, out of which 90 percent boil up to 350 degrees Celsius, marked as a middle destillation oil fraction with the total amount of sulphur up to 0.010 percent by weigth.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Predmetom vynálezu je ekologické palivo novej generácie, úplne nahradzujúce zmes uhlovodíkov všeobecne označovanú ako motorová nafta slúžiaca k pohonu zápalných motorov, vytvorená na báze biologicky rozložiteľných zložiek, najmä metylesterov nenasýtených mastných kyselín rastlinného pôvodu a syntetických zmesí alifatických uhľovodíkov.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a new generation ecological fuel, completely replacing a hydrocarbon blend commonly referred to as a diesel fuel for propulsion engines, based on biodegradable constituents, in particular methyl esters of unsaturated fatty acids of plant origin and synthetic blends of aliphatic hydrocarbons.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V poslednej dobe dochádza v Európe i na celom svete k výraznému rozvoju alternatívnych zdrojov energie nahradzujúcich v stále väčšej miere klasické fosílne palivá. Medzi jednu z najdôležitéjších aktivít v tomto smere patrí aj výskum, vývoj a výroba ekologických palív pre zápalné motory na báze metylesterov nenasýtených mastných kyselín rastlinného pôvodu. V našich klimatických podmienkach je bezpochyby jednou z nejvýznamnejších surovín pre výrobu metylesterov nenasýtených mastných kyselín repka olejka, prípadne slnečnica alebo kukurica. Medzi hlavné výhody ekologických palív na báze metylesterov nenasýtených mastných kyselín patrí rýchla biologická rozložiteľnosť, zanedbateľný obsah síry, absencia aromatických a najmä polyaromatických uhlovodíkov v spalinách a tiež výrazne nižšia dýmavosť spalín oproti klasickým pohonným hmotám. Ďalšou veľkou výhodou ekologických palív na báze metylesterov nenasýtených mastných kyselín je ich prakticky vyrovnaná uhlíková bilancia, keď v celom procese od bioprodukcie pôvodných rastlinných zdrojov nenasýtených mastných kyselín až po spálenie ekologického paliva v zápalnom motore nedochádza k nadprodukcii C02, čo je veľmi priaznivá skutočnosť z hľadiska tzv. skleníkového efektu. Nezanedbateľnou vý2 hodou je taktiež prínos pre zmysluplné využitie osevných plôch pri produkcii biologických surovín pre výrobu ekologických palív.Recently, there has been a significant development in Europe and around the world of alternative energy sources replacing increasingly conventional fossil fuels. Research, development and production of environmentally friendly fuels for internal combustion engines based on unsaturated fatty acid methyl esters of plant origin are among the most important activities in this respect. In our climatic conditions, one of the most important raw materials for the production of unsaturated fatty acid methyl esters is rape, sunflower or corn. The main advantages of organic fuels based on unsaturated fatty acid methyl esters include fast biodegradability, negligible sulfur content, the absence of aromatic and especially polyaromatic hydrocarbons in the flue gas, and also significantly lower flue gas smoke compared to conventional fuels. Another big advantage of organic fuels based on unsaturated fatty acid methyl esters is their practically balanced carbon balance, since there is no overproduction of CO2 in the entire process from organic production of the original vegetable sources of unsaturated fatty acids to the burning of organic fuel in an internal combustion engine, which is very favorable called. greenhouse effect. A significant advantage is also the contribution to the meaningful use of sowing areas in the production of biological raw materials for the production of ecological fuels.

V Českej republike, ale aj v ostatných európskych štátoch - napr. v Nemecku, Francúzsku, Rakúsku a v ďalších štátoch, sa ako hlavné suroviny pre výrobu ekologických palív používajú metylestery nenasýtených mastných kyselín nachádzajúcich sa v repkovom oleji. Používané či vyrábané palivá pre zápalné motory na báze metylesterov nenasýtených mastných kyselín však doteraz nedosahujú také technické parametre, aby sa mohli používať v širokej miere ako plnohodnotná náhrada klasických pohonných hmôt. Medzi hlavné nevýhody ekologických palív na báze metylesterov nenasýtených mastných kyselín rastlinného pôvodu patrí vysoká merná hmotnosť, vyššie číslo kyslosti (negatívne ovplyvňuje súčasti palivovej sústavy), len sezónne použitie vďaka relatívne vysokej teplote filtrovatelnosti a najmä znížený výkon motora. Tieto nevýhody obmezujú súčasné možnosti využívania týchto ekologických palív len ako pohonných hmôt pre polnohospodársku techniku.In the Czech Republic, but also in other European countries - eg. In Germany, France, Austria and other countries, unsaturated fatty acid methyl esters found in rapeseed oil are used as the main raw materials for the production of organic fuels. Until now, the fuels used for the combustion engines based on unsaturated fatty acid methyl esters have not yet reached the technical parameters so that they can be used widely as a full substitute for conventional fuels. The main disadvantages of organic fuels based on methyl esters of unsaturated fatty acids of plant origin include high specific weight, higher acid value (negatively affects fuel system components), only seasonal use due to relatively high filtering temperature and especially reduced engine performance. These disadvantages limit the current possibilities of using these ecological fuels only as fuel for agricultural technology.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Podstatou vynálezu je ekologické palivo pre zápalné motory obsahujúce 35 až 55 objemových percent metylesterov mastných kyselín s počtom uhlíkov v molekule 16 až 22, najmä kyseliny palmitovej, stearovej, olejovej, linolovej, linolénovej, eikozanovej a erukovej rastlinného pôvodu, 15 až 65 objemových percent alifatického n-alkánu s 10 až 20 atómami uhlíka v molekule jednotlivo alebo ich zmesi, a/alebo 1 až 65 objemových percent alifatického 1-alkénu s 8 až 18 atómami uhlíka v molekule jednotlivo alebo ich zmesi.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on an ecological fuel for internal combustion engines comprising 35 to 55 volume percent of fatty acid methyl esters having a carbon number of 16 to 22, in particular palmitic, stearic, oleic, linoleic, linolenic, eicosanoic and erucic plant origin. a C 10 -C 20 n-alkane individually or a mixture thereof; and / or 1 to 65 percent by volume of an C 8 -C 18 aliphatic 1-alkene individually or a mixture thereof.

Ekologické palivo výhodne obsahuje až 30 objemových percent jednosýtneho alkoholu s 4 až 6 atómami uhlíka v molekule jednotlivo alebo ich zmesi.The organic fuel preferably contains up to 30 percent by volume of a monohydric alcohol having 4 to 6 carbon atoms per molecule individually or a mixture thereof.

Ekologické palivo d'alej výhodne obsahuje až 65 objemových percent zmesi nasýtených uhľovodíkov, z ktorých 90 % vrie do 350 °C, označovanej ako stredná destilačná frakcia ropy o celkovom obsahu síry maximálne 0,005 hmotnostných percent.The organic fuel further preferably contains up to 65 volume percent of a saturated hydrocarbon mixture, of which 90% boils up to 350 ° C, referred to as a middle distillate fraction of crude oil with a total sulfur content of not more than 0.005 weight percent.

Pod pojmom metylestery nenasýtených mastných kyselín rastlinného pôvodu rozumieme zmes organických látok, ktorá sa vyrába reesterifikáciou rastlinných olejov, najmä repkového oleja, ktorý obsahuje okrem nenasýtených mastných kyselín i kyseliny nasýtené. Tato zmes vykazuje mernú hmotnosf 850 až 890 kg/m³, bod vzplanutia PM 120 až 170 C, viskozitu 6 až 9 mPa.s pri 20 “C, začiatok destilácie podľa ASTM D86 od 250 do 330 °C, koniec destilácie od 350 do 370 °C.By methyl esters of unsaturated fatty acids of plant origin we mean a mixture of organic substances which is produced by re-esterification of vegetable oils, especially rapeseed oil, which contains, in addition to unsaturated fatty acids, also saturated acids. This mixture has a specific gravity of 850 to 890 kg / m ³ , a flash point of PM 120 to 170 C, a viscosity of 6 to 9 mPa.s at 20 ° C, a distillation start according to ASTM D86 of 250 to 330 ° C, an end of distillation from 350 to 370 ° C.

Podstata vynálezu spočíva v eliminácii vyššie opísaných nevýhod súčasných ekologických palív pre zápalné motory na báze metylesterov nenasýtených mastných kyselín rastlinného pôvodu, najmä z hľadiska výkonových parametrov, pri súčasnom zachovaní všetkých pozitívnych vlastností ekologických palív, najmä biologickej rozložiteľnosti, nízkého obsahu síry a priaznivého zloženia spalín. Výsledný produkt spĺňa v plnom rozsahu kvalitatívne požiadavky na palivá pre zápalné motory skupiny NM 22B podľa príslušných noriem.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the elimination of the above-described disadvantages of current ecological fuels for unsaturated fatty acid methyl esters of vegetable origin, especially in terms of performance, while maintaining all the positive properties of ecological fuels, especially biodegradability, low sulfur content and favorable flue gas composition. The resulting product fully meets the quality requirements for NM 22B internal combustion engines according to applicable standards.

Ekologické palivo pre zápalné motory sa vytvorí obyčajným zmiešaním jednotlivých zložiek v ľubovolnom poradí. Homogenizácia zmesi sa dosiahne hydrodynamickým zmiešavaním jednotlivých zložiek v priebehu dávkovania, prípadne premiešaním výslednej zmesi. Výsledný produkt je homogénna číra kvapalina nažltlej až načervenalej farby, intenzita zafarbenia závisí na obsahu jednotlivých zložiek v zmesi. Výsledný produkt je neobmedzene miešateľný s klasickými pohonnými hmotami pre všetky typy zápalných motorov.Ecological fuel for internal combustion engines is created by simply mixing the components in any order. Homogenization of the mixture is achieved by hydrodynamic mixing of the individual components during dosing, or by mixing the resulting mixture. The resulting product is a homogeneous clear liquid of a yellowish to reddish color, the intensity of coloring depends on the content of the individual components in the mixture. The resulting product is unlimitedly miscible with conventional fuels for all types of internal combustion engines.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Pre podrobnejšie objasnenie predmetu vynálezu uvádzame v nasledúcej tabulke príklady uskutočnenia niekoľkých modelových vzoriek:For a more detailed explanation of the subject matter of the invention, the following table illustrates exemplary embodiments of several model samples:

Názov vzorky Name of the sample B B C C D D E E F F G G B B Zloženie zmesi v objemových percentách jednotlivých zložiek: Composition of the mixture in percent by volume of the individual components: Metylestery nenasýtených mastných kyselín rastlinného pôvodu Unsaturated fatty acid methyl esters of vegetable origin 40 % 40% 35 i 35 i 35 i 35 i 55 i 55 i 35 * 35 * 35 i 35 i 45 * 45 * Zmes alifatických n-alkánov C Mixture of aliphatic n-alkanes C 0 í 0 í 45 i 45 i 36 i 36 i 20 i 20 i 65 i 65 i 0 i 0 i 0 % 0% Zmes alifatických 1-alkénov Cg-Cjg Mixture of C8-C18 aliphatic 1-alkenes 30 t 30 t 20 i 20 i 14 i 14 i 5 t 5 t 0 i 0 i 65 í 65 í 10 í 10 í Zmes jednosýtnych alkoholov C^-Cg Mixture of monohydric alcohols C 1 -C 8 0 i 0 i 0 1 0 1 0 i 0 i 0 1 0 1 0 1 0 1 0 í 0 í 30 í 30 í Bezsírna stred, destil. frakcia ropy Sulfur-free center, distilled. oil fraction 30 i 30 i 0 i 0 i 15 1 15 1 20 i 20 i 0 t 0 t 0 i 0 i 15 S 15 S

V nasledujúcej tabuľke uvádzame porovnanie základných kvalitatívnych ukazovateľov klasického paliva pre zápalné motory NM 22B (ČSN 65 6506, PND 82-005-87) s príkladmi uskutočnenia A až D (modelové vzorky) ekologického paliva:The following table compares the basic qualitative indicators of conventional fuel for NM 22B internal combustion engines (CSN 65 6506, PND 82-005-87) with the examples A to D (model samples) of ecological fuel:

Názov vzorky Name of the sample NM 22B NM 22B H H B B C C D D Merná hmotnosť pri 20 ’C Specific weight at 20 C C. kg/m^ kg / m ^ 805-835 805-835 834,9 834.9 833,6 833.6 805,1 805.1 811,1 811.1 Cetanový index (lab) Cetane index (lab) min. min. 42 42 50,2 50.2 55,7 55.7 60,4 60.4 60,3 60.3 Destilačná skúška: predestiluje do 170 ’C Distillation test: distilled until 170 ´C max. max. 15 15 15 15 3 3 3 3 3 3 predestiluje do 350 ’C distils to 350 ´C min. min. 90 90 99 99 99 99 99 99 99 99 Viskozita pri 20 ’C mm^/s Viscosity at 20 C C mm ^ / s 2,5-6,0 2.5-6.0 4,51 4.51 4,13 4.13 3,2 3.2 3,42 3.42 Teplota vyl. parafínov ’C Temp. paraffin 'C max. max. -16 -16 -16 -16 -22 -22 -16 -16 Bod tuhnutia ’C Pour Point ’C max. max. -22 -22 -26 -26 -24 -24 -28 -28 -28 -28 Bod vzplanutia PM^ ’C Flash point PM ^ ´C min. min. 56 56 58 58 62 62 62 62 61 61 Obsah síry % hmotn. Sulfur content wt. max. max. 0,15 0.15 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 Obsah vody % hmotn. Water content% wt. max. max. stopy tracks stopy tracks stopy tracks stopy tracks stopy tracks Obsah mech.nečistôt %hmotn % Content of mechanical impurities .max. .max. 0,005 0,005 stopy tracks stopy tracks stopy tracks stopy tracks Conradson. karbon. zvyšok 10% zv. % hmotn. Conradson. carbon. 10% vol. % wt. max. max. 0,1 0.1 0,01 0.01 0,01 0.01 0,01 0.01 0,01 0.01 Číslo kyslosti mg KOH/g Acid number mg KOH / g max. max. 0,1 0.1 0,10 0.10 0,08 0.08 0,01 0.01 0,02 0.02 n Výhrevnosť·⁶ kJ/kgn Calorific value · ⁶ kJ / kg 42 500 42 500 41 433 41 433 41 621 41 621 42 341 42 341 41 935 41 935 1 V distribúcii sa pripúšťa bod vzplanutia 1 Flash point is allowed in distribution min. 56 min. 56 ’C 'C n Informatívna hodnota n Informative value

Z výsledkov analýz je zrejmé, že všetky (príklady uskutočnenia) modelové vzorky v plnom rozsahu spĺňajú predpísané kvalitatívne požiadavky na palivo pre zápalné motory, naviac v niektorých parametroch výrazne predčia požiadavky na klasickú motorovú naftu NM 22B (ČSN 65 6506, PND 82-005-87). Ide najmä o hodnoty obsahu síry, cetánového indexu, Conradsonovho karbonizačného zvyšku, ale aj čísla kyslosti a najmä bodu tuhnutia. Tieto vlastnosti predurčujú ekologické palivo na velmi široké spektrum priemyselného využitia v priebehu celé ho roku za obvyklých klimatických podmienok, t.j. v zimnom období je ekologické palivo schopné prevádzky bez ďalších úprav do teplôt cca -25 °C.From the results of the analyzes it is clear that all (exemplary embodiments) model samples fully meet the prescribed quality requirements for fuel for internal combustion engines, moreover in some parameters significantly exceed the requirements for classic diesel fuel NM 22B (ČSN 65 6506, PND 82-005-). 87). These include, in particular, the sulfur content, the cetane index, the Conradson carbonization residue, but also the acid value and, in particular, the freezing point. These properties predetermine eco-fuel for a very wide range of industrial uses throughout the year under normal climatic conditions, i. In winter, the eco-friendly fuel is able to operate without further treatment up to about -25 ° C.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Ekologické palivo je určené predovšetkým ako celoročná plnohodnotná náhrada motorovej nafty najmä tam, kde hrozí používaním klasických palív pre zápalné motory nebezpečie vážneho poškodenia životného prostredia, napr. pásma hygienickej ochrany zdrojov pitných vôd, chránené krajinná oblasť a národné parky, poľnohospodárske výroby, lesníctvo, a pod. Vďaka tomu, že sa jedná o plnohodnotnú náhradu motorovej nafty s výrazne lepším zložením spalín, najmä z hľadiska obsahu aromatických uhľovodíkov, polyaromatických uhľovodíkov a oxidov síry, priamo sa ponúka možnosť využitia pre zápalné motory autobusov mestskej hromadnej dopravy predovšetkým vo veľkých mestských aglomeráciách a priemyselných centrách.Ecological fuel is intended primarily as a full-year replacement of diesel fuel, especially where the use of conventional fuels for internal combustion engines threatens to seriously damage the environment, eg. sanitary protection zones of drinking water resources, protected landscape area and national parks, agricultural production, forestry, etc. Being a fully-fledged substitute for diesel fuel with significantly improved flue gas composition, especially in terms of aromatic hydrocarbons, polyaromatic hydrocarbons and sulfur oxides, it is directly applicable to the incendiary engines of public transport buses, especially in large conurbations and industrial centers .

Claims (3)

1. Ekologické palivo pre zápalné motory, vyznačujúce sa tým, že obsahuje 35 až 55 objemových percent metylesterov mastných kyselín s počtom uhlíkov v molekule 16 až 22, najmä kyseliny palmitovej, stearovej, olejovej, linolovej, linolénovej, eikozanovej a erukovej rastlinného pôvodu, 15 až 65 objemových percent alifatického n-alkánu s 10 až 20 atómami uhlíka jednotlivo alebo ich zmesi, a/alebo 1 až 65 objemových percent alifatického 1-alkénu s 8 až 18 atómami uhlíka jednotlivo alebo ich zmesi.1. Ecological fuel for internal combustion engines, characterized in that it contains 35 to 55% by volume of methyl esters of fatty acids having a carbon number of 16 to 22, in particular palmitic, stearic, oleic, linoleic, linolenic, eicosanoic and erucic origin 15 up to 65 vol.% of a C 10 -C 20 aliphatic n-alkane individually or a mixture thereof; and / or 1 to 65 vol% of an C 8 -C 18 aliphatic 1-alkene individually or a mixture thereof. 2. Ekologické palivo podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje až 30 objemových percent jednosýtneho alkoholu s 4 až 6 atómami uhlíka jednotlivo alebo ich zmesi .The eco-fuel of claim 1, further comprising up to 30 volume percent of a C 4 -C 6 monohydric alcohol individually or mixtures thereof. 3. Ekologické palivo podľa nároku 1 a 2, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje až 65 objemových percent zmesi nasýtených uhľovodíkov, z ktorých 90 % vrie do 350 °C, označovanej ako stredná destilačná frakcia ropy, o celkovom obsahu síry maximálne 0,005 hmotnostných percent.An organic fuel according to claims 1 and 2, further comprising up to 65% by volume of a saturated hydrocarbon mixture of which 90% boils up to 350 ° C, referred to as the middle distillate oil fraction, with a total sulfur content of not more than 0.005% by weight. .