DE102010054362A1

DE102010054362A1 - Emissionsarmer synthetischer Kraftstoff zum Betreiben von Dieselkraftmaschinen und Verwendung desselben

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Publication number: DE102010054362A1
Application number: DE201010054362
Authority: DE
Inventors: Dr. Dropsch Holger; Dr. Rothaemel Martin; Thomas Renner; Dr. Wurzel Thomas; Dr. Liebner Waldemar
Original assignee: Lurgi GmbH
Current assignee: Air Liquide Global E&C Solutions Germany GmbH
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-06-14

Abstract

Eine synthetische Kraftstoffzusammensetzung zur Verbrennung in Dieselmotoren und Heizungsanlagen enthält Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwölf Kohlenstoffatomen, wobei die Kohlenwasserstoffe teilweise n-Alkane sind und der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von zwölf bis zwanzig unterhalb von 40 mol-% liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine synthetische Kraftstoffzusammensetzung zur Verbrennung in Dieselmotoren und Heizungsanlagen, wobei die Zusammensetzung Kohlenwasserstoffe mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen enthält und die Kohlenwasserstoffe teilweise n-Alkane sind. Zudem betrifft die Erfindung auch die Verwendung des synthetischen Kraftstoffes.
Emissionsgrenzwerte werden von Seiten der Gesetzgeber weltweit immer stärker limitiert. Als Konsequenz daraus konnte vor allem bei Abgasen aus dem Kraftfahrzeugbereich in den vergangen Jahren eine signifikante Schadstoffreduktion erreicht werden. Diese positive Entwicklung ist im Wesentlichen durch eine Verbesserung von motorischer Verbrennung, Sensorik und Motorsteuerung so wie durch Fortschritte im Bereich der Abgaskatalyse erzielt worden.
Insbesondere für die von Dieselfahrzeugen ausgehenden Emissionen ist zukünftig jedoch eine fortschreitende Verschärfung der Grenzwerte, insbesondere für Stickoxide (NO_x) und Partikel (PM), zu erwarten. Über Variation der Verbrennungsstöchiometrie sind diese Schadstoffe nur gegenseitig zu beeinflussen, das heißt, eine Absenkung des einen Schadstoffes wird durch eine Emissionserhöhung des anderen Schadstoffes erkauft. Eine katalytische Nachbehandlung ist bei den dieselmotorischen Antrieben sehr aufwändig, da auf Grund des Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnisses nur durch Mehrkomponentensysteme Stickoxide und Partikel aus dem Abgasstrom entfernt werden können.
Eine dritte Möglichkeit zur Schadstoffreduktion eröffnet der Einsatz verbesserter Kraftstoffe.
Zur Vermeidung von Stickoxiden ist es besonders wichtig, die Gastemperatur im Verbrennungsraum unter 1000°C zu halten, wodurch Reaktionen des in der Luft enthaltenen Stickstoffs effizient unterbunden werden können. Zur Verringerung der im Abgasstrom enthaltenen Partikel muss eine absolut vollständige Verbrennung unter Vermeidung der Bildung von Acetylen und den Folgeprodukten erfolgen. Je höher die Zündwilligkeit des Kraftstoffes ist, umso besser lässt sich die Temperatur des Verbrennungsprozesses steuern und homogen führen, wodurch die Bildung von Stickoxiden und Partikeln reduziert wird. In diesem Zusammenhang war bisher bekannt, dass eine hohe Cetanzahl als günstig anzusehen ist. Die Cetanzahl beschreibt das Verhältnis von L-Hexadekan zu 1-Methylnaphthalin als Maß für die Zündwilligkeit des Dieselkraftstoffes.
Aus der US 5,389,111 ist bekannt, dass das Verhältnis von Cetanzahl zu dem Anteil der im Treibstoff enthaltenen Aromaten wesentlich die Verbrennungseigenschaften beeinflusst und bei einer günstigen Einstellung zu deutlich verringerten Partikelemissionen führen kann.
Auch die US 7,208,078 B2 setzt die Cetanzahl mit dem Aromatenanteil in Verbindung und lehrt ein Verfahren zur Berechnung des optimalen Verhältnisses zwischen der Cetanzahl und dem Anteil an Aromaten und Stickstoffverbindungen in Kraftstoffgemischen zur Verringerung der Partikelemissionen.
Die US 6,004,361 beschreibt einen Treibstoff, der nicht nur eine definierte Cetanzahl aufweist, sondern dem auch zusätzliche Additive beigefügt sind, wodurch die Cetanzahl weiter erhöht und als Konsequenz daraus die Reibung im Motor verringert werden soll. Hierdurch können sowohl Partikelemissionen als auch die zu oxidierenden Komponenten des Abgases deutlich reduziert werden.
Die Absenkung der NO_x-Emissionen erfolgt gemäß der US 7,063,729 B2 durch das Beifügen eines Reinigerzusatzes, eines weiteren Additives zur Verbesserung der Schmierwirkung und eines volllöslichen bimetallischen Fuel-Borne-Katalysators auf Platin/Cer-Basis.
Im Bereich der Dieseltreibstoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden (Biodiesel), ist die Zugabe von Additiven ebenfalls bekannt. So beschreibt etwa die WO 02/10317 A1 die Zugabe von Fettsäureestern, Flugbenzin und einer Katalysatorkomponente mit im Treibstoff gelöstem Platin und/oder Cer oder Eisen zur Reduktion der Rußbeladung des Abgasstroms. Die Verringerung der NO_x-Emissionen eines Diesels aus nachwachsenden Rohstoffen kann gemäß der WO 2007/089645 durch Zumischung eines Zündbeschleunigers und mindestens eines Pflanzenextrakts erreicht werden.
Als Alternative zur Anreicherung des Kraftstoffes mit organischen Additiven oder Katalysatorkomponenten wird in der WO 02/26918 A1 die Beimischung von Wasser beschrieben, wodurch eine Emulsion mit 1 bis 30 Gew.-% Wasseranteil entsteht, was wiederum bei der Verbrennung des Treibstoffes zu einer deutlichen Abnahme der Stickoxide im Abgas führt.
Vor diesem Hintergrund, sowie ausgehend von neuen, in der Entwicklung befindlichen Brennverfahren für Dieselmotoren, erhalten auch synthetische Dieselkraftstoffe eine zunehmende Bedeutung. Eine Alternative zu der großtechnisch etablierten Erzeugung synthetischer, so genannter GTL-Dieselkraftstoffe über die Fischer-Tropsch-(FT)-Synthese stellt das in der WO 2006/076942 A1 beschriebene sogenannte MtSynfuels-Verfahren (”methanol to synthetic fuels”) dar, mit dem ausgehend von Methanol synthetischer Diesel und synthetischer Ottokraftstoff gewonnen werden.
Auch aus der US 2004/0194367 A1 ist die Herstellung einer Emulsion durch Zugabe von Wasser bekannt. Der zugrundegelegte Treibstoff wurde dabei nicht durch eine Destillation von Erdöl gewonnen, sondern ist ein Produkt aus der Fischer-Tropsch-Synthese. Bei dieser Fischer-Tropsch-Synthese wird aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff bestehendes Synthesegas bei 160–200°C über einen heterogenen Katalysator in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Durch die synthetische Kraftstofferzeugung ist eine bessere Kontrolle der Kohlenstoffzahlverteilung im entstehenden Produktspektrum möglich.
Auch die US 2008/0052984 A1 geht von einem Fischer-Tropsch-Diesel aus und schlägt vor, den Schwefelgehalt auf unter 1 ppm und den Aromatengehalt auf weniger als 1 Gew.-% zu reduzieren sowie die Cetanzahl auf einem Wert oberhalb von 60 einzustellen, um den Stickoxidausstoß möglichst gering zu halten.
Allen genannten Treibstoffen ist es jedoch gemeinsam, dass sie nur entweder zur Reduktion der Stickoxide oder zur Verminderung des Partikelausstoßes genutzt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Eigenschaften des hergestellten synthetischen Dieselkraftstoffes hinsichtlich der bei der Verbrennung entstehenden Emissionen so zu verbessern, dass es zu einer simultanen Emissionsminderung hinsichtlich des Stickoxidausstoßes und der Feinstaubbelastung kommt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die synthetische Kraftstoffzusammensetzung zur Verbrennung in Dieselmotoren und Heizungsanlagen Kohlenwasserstoffe mit mindestens 12 und vorzugsweise maximal 24 Kohlenstoffatomen enthält, wobei diese Kohlenwasserstoffe teilweise n-Alkane sind und der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von 12 bis 20 unterhalb von 40 Mol-% liegt. Gemäß Vergleichstests sind die Stickoxidemissionen im Vergleich zu konventionellem Diesel um etwa 11 Gew.-% und die Partikelemission sogar um etwa 35 Gew.-% gesenkt.
Während also grundsätzlich davon ausgegangen werden kann, dass sich der Dieseltreibstoff um so leichter zünden lässt, je mehr unverzweigt aufgebaute Kohlenwasserstoffmoleküle prozentual enthalten sind, und so eine Absenkung der Emissionen erreicht werden könnte, können mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoff überraschenderweise trotz einer Absenkung des n-Alkan-Anteils die Emissionen von Stickoxiden und Partikeln gesenkt werden. Dies überrascht insbesondere vor dem Hintergrund der Tatsache, dass gemeinhin eine hohe Cetanzahl angestrebt wird.
Da ein höherer Anteil verzweigter Moleküle in der Zusammensetzung enthalten ist, sinkt zudem die Packungsdichte. Folglich weist die erfindungsgemäße Kraftstoffzusammensetzung eine im Vergleich zu konventionellem Diesel leicht verringerte Dichte auf. Da sich die Kraftstoffzusammensetzung jedoch hinsichtlich ihres volumetrischen Verbrauchs gegenüber konventionellem Diesel neutral verhält, kann eine Minderung der Kohlendioxidemissionen von etwa 4% erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von 12 bis 15 sogar unterhalb von 20 Mol-% und der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von 16 bis 20 immer noch unterhalb von 35 Mol-%.
Bevorzugt liegt der Anteil des n-Alkans für eine Kohlenstoffzahl von 12 zwischen 15 und 19 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 16 und 18 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 17 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 13 zwischen 3 und 7 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 5 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 14 zwischen 5 und 9 Mol-%, bevorzugt zwischen 6 und 8 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 7 Mol-% und/oder für eine Kohlenstoffzahl von 15 zwischen 3 und 7 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 5 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 16 zwischen 28 und 32 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 29 und 31 Mol-% und ganz besonders bei 30 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 17 zwischen 27 und 31 Mol-%, bevorzugt zwischen 28 und 30 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 29 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 18 zwischen 5 und 9 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 6 und 8 Mol-% und ganz bevorzugt bei 7 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 19 zwischen 16 und 20 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 17 und 19 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 18 Mol-% für eine Kohlenstoffzahl von 20 zwischen 15 und 19 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 16 und 18 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 17 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 21 zwischen 35 und 39 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 36 und 38 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 37 Mol-% und/oder für eine Kohlenstoffzahl von 22 zwischen 28 und 32 Mol-%, besonders bevorzugt zwischen 29 und 31 Mol-% und ganz besonders bevorzugt bei 30 Mol-%.
Eine solche Kraftstoffzusammensetzung führt insbesondere dann zu einer simultanen Reduktion der Emission von Stickoxiden und Partikeln, wenn der Anteil von Verbindungen einer Kohlenstoffzahl von 12 bei 4,5 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 13 bei 4,9 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 14 bei 5,2 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 15 bei 5,4 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 16 bei 5,4 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 17 bei 5,4 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 18 bei 4,8 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 19 bei 4,3 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 20 bei 3,5 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 21 bei 2,8 +/– 0,3 Mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von 22 bei 2,1 +/– 0,3 Mol-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des Kraftstoffes liegt. Der Gesamtanteil an n-Alkanen liegt damit für eine Kohlenstoffzahl von 12 zwischen 6,5 und 8,8 Mol-‰, für eine Kohlenstoffzahl von 13 zwischen 1,4 und 3,5‰ für eine Kohlenstoffzahl von 14 zwischen 2,5 und 4,7 Mol-‰, für eine Kohlenstoffzahl von 15 zwischen 1,6 und 3,8 Mol-‰ für eine Kohlenstoffzahl von 16 bei 1,5 bis 1,75 Mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von 17 bei 1,4 bis 1,7 Mol-% für eine Kohlenstoffzahl von 18 zwischen 2,4 bis 4,4 Mol-‰, für eine Kohlenstoffzahl von 19 zwischen 6,5 und 8,7 Mol-‰, für eine Kohlenstoffzahl von 20 zwischen 5,2 bis 6,7 Mol-‰, für eine Kohlenstoffzahl von 21 zwischen 9,5 Mol-‰ und 1,1 Mol-% und/oder für eine Kohlenstoffzahl von 22 zwischen 5 und 6,8 Mol-‰.
Die Emissionen von Stickoxiden und Partikeln sind überdies besonders dann reduziert, wenn die Kraftstoffzusammensetzung in Relation zu klassischem Fischer-Tropsch bei niedrigeren Temperaturen siedet, weshalb gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung 5 Vol.-% der Kraftstoffzusammensetzung bei 212 +/– 5°C, 10 Vol.-% der Zusammensetzung bei 221 +/– 5°C, 20 Vol.-% der Zusammensetzung bei 225 +/– 5°C und 30 Vol.-% der Zusammensetzung bei 230 +/– 7°C sieden.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch die Verwendung der synthetischen Kraftstoffzusammensetzung mit den in einem der Ansprüche 1 bis 8 beschriebenen Eigenschaften zum Betreiben von Dieselmotoren und Heizungsanlagen. Die Verwendung als Kraftstoff für Dieselmotoren erstreckt sich dabei sowohl auf den Straßenverkehr, vor allem Personenkraftwagen und Lastkraftwagen, als auch auf Motoren, wie sie in der Landwirtschaft, im Baugewerbe und auf Schiffen Verwendung finden.
Auf Grund der leicht abgesenkten Cetanzahl kann die synthetische Kraftstoffzusammensetzung überdies auch in neuen motorischen Brennverfahren eingesetzt werden, in denen Diesel und Ottomotortechnik kombiniert werden. Die oft als „combined combustion engines” oder „Diesotto-Motoren” bekannten Motoren sind Zwitter, die in einem extremen Magerbetrieb gefahren werden und in einigen Lastbereichen selbst zünden, während sie in anderen auf den zündenden Funken angewiesen sind. Man erhofft sich davon Verbesserungen des Wirkungsgrades gegenüber konventionellen Ottomotoren um bis zu 20% bei gleichzeitig niedrigem Stickoxidausstoß.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, Messungen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen
1 das Schema einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Anlage;
2 das Gaschromatogramm eines erfindungsgemäßen Kraftstoffes;
3 das Gaschromatogramm eines bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffes anfallenden Mitteldestillats;
4 das Gaschromatogramm eines bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffes anfallenden Sumpfproduktes;
5 das Referenzgaschromatogramm einer n-Alkan-Mischung;
6 das Gaschromatogramm konventionellen Fischer-Tropsch-Diesels;
7 die Menge der n-Alkane bezogen auf alle Verbindungen der jeweiligen C-Zahl in Abhängigkeit von der C-Zahl.
1 zeigt schematisch den Verfahrensablauf bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffs. Dabei werden – ausgehend von Methanol als Einsatzstoff – über eine mehrstufige Synthese zunächst kurzkettige Olefine schwerpunktmäßig im C-Zahlenbereich C₂ bis C₆ erzeugt. Diese werden in einer nachgeschalteten Synthesestufe zu längerkettigen Olefinen mit C-Zahlen bis in den C₃₀-Bereich oligomerisiert. In der der Oligomerisierung nachgeschalteten, destillativen Stofftrennung wird das Kohlenwasserstoffprodukt anhand der Siedelage in Teilströme aufgeteilt. Das im Destillationssumpf anfallende, im Dieselbereich siedende Produkt wird einer nachgeschalteten Hydrierung zugeführt, als deren Produkt verbrauchsfertiger Dieselkraftstoff erhalten wird.
Dazu wird über Leitung 1 in einem nicht dargestellten Wärmetauscher Methanol auf eine Temperatur von etwa 200 bis 350°C erhitzt und verdampft. Der in den isotherm und mit einem Salzbad betriebenen Reaktor 2 eintretende Methanoldampf wird an einem geeigneten Dehydrierungskatalysator (Süd-Chemie SynMax^® 100, Tabletten 4,5 × 4,5 mm) bei Temperaturen von 280 bis 320°C, bevorzugt 300°C und einem Druck von 1,3 bis 1,5 bara zu Dimethylether (DME) und Wasser umgesetzt. Das entstehende DME/H₂O/MeOH-Gemisch wird anschließend über Leitung 11 einem adiabatisch betriebenen Olefinreaktor 20 zugeführt. An diesem wird bei einer Einlasstemperatur von 365–390°C (Start und Ende des Zyklus) und einer daraus resultierenden Auslasstemperatur von etwa 480°C das Gemisch an einem Katalysator (Süd-Chemie, MTPROP^®, 1,5 mm Extrudat) bei einem Druck von 1,25 bis 1,35 bara umgesetzt. Methanol wird dabei mit einer Raumgeschwindigkeit (WHSV, der Massenfluss bezogen auf die Katalysatormasse) von 1/h (900 g/h) und Wasser von 3/h (2700 g/h) durch den Reaktor geführt. Es entsteht ein Produktspektrum aus Olefinen, Benzinkohlenwasserstoffen und Wasserdampf sowie in geringem Umfang auch Aromaten. Über Leitung 21 wird dieses Gemisch dann in die Destillationskolonne 22 überführt, in der es in eine wässrige Phase, einen gasförmigen Kohlenwasserstoffstrom und einen flüssigen Kohlenwasserstoffstrom aufgetrennt wird. Die Trennung erfolgt in einer atmosphärischen Kolonne bei ca. 1,1 bara. Zumindest Teile der wässrigen Phase können zum Olefinreaktor 20 zurückgeführt werden. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden über Leitung 24 einer weiteren Trennvorrichtung 40 zugeführt, in der sie in einen C₆-Kohlenwasserstoffstrom und einen C₇₊-Kohlenwasserstoffstrom und Aromaten enthaltendes Gemisch bei etwa 1,4 bara weiter aufgetrennt werden. Das Gemisch aus C₇₊-Kohlenwasserstoffen und Aromaten kann als Benzinproduktstrom abgeführt werden. Der C₆-Kohlenwasserstoffstrom wird über Leitung 42 einem Oligomerisierungsreaktor 30 zugeführt. In diesen werden zudem auch die gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus dem Olefinreaktor 22 über Leitung 25 eingespeist. Die Oligomerisierung erfolgt bei Temperaturen zwischen 200 und 450°C (beispielsweise einer Einlasstemperatur zwischen 220 und 280°C und einer Auslasstemperatur zwischen 260 und 315°C oder einer Einlasstemperatur zwischen 250 und 275°C und einer Auslasstemperatur zwischen 265 und 290°C) und einem Druck von 40 bis 100 bar, bevorzugt einem Druck von 51 bis 83 bara und insbesondere etwa 59 bara, in Gegenwart eines Zeolith-Katalysators vom Pentasiltyp (Süd-Chemie, COD-9^®, 1,5 mm Extrudat). Die entstandenen Olefine werden danach über Leitung 31 einer dritten Trennvorrichtung 32 zugeführt. Ein in dieser Trennvorrichtung erhaltener paraffinreicher Kohlenwasserstoffstrom wird über Leitung 34 zum Olefinreaktor 20 zurückgeführt, während ein olefinreicher Strom über Leitung 33 wieder in den Oligomerisierungsreaktor 30 gespeist wird. Der Feed wird dabei mit einer Raumgeschwindigkeit von etwa 0,4/h und der Recyclingstrom mit einer Raumgeschwindigkeit von 1,3/h, woraus sich ein Verhältnis zwischen Recyclingstrom und Feedstrom von 3,1 bis 3,4 ergibt. Recycelt werden 92–95 Gew.-% der Mittel- und Kopfprodukt- sowie der Aromatenkopfproduktmenge. Zudem können in der Trenneinrichtung 32 weitere Ströme wie LPG oder Benzin abgezogen werden. Als weiteres Produkt kann in der Trenneinrichtung 32 ein Strom separiert werden, der nach Hydrierung das Hauptprodukt Diesel bildet. Die Hydrierung erfolgt in an sich bekannter Weise in einem in 1 nicht dargestellten Hydrierreaktor an einem handelsüblichen Hydrierkatalysator. Der Reaktor wird adiabatisch mit einer Eintrittstemperatur von 120 bis 165°C, einer resultierenden Austrittstemperatur von 150 bis 190°C und einem Druck von etwa 28 bara betrieben.
Beispiel 1
Die folgende Tabelle 1 zeigt das Ergebnis einer Siedeanalyse des erfindungsgemäßen Dieselkraftstoffes nach DIN EN ISO 3405. Dabei wird in einer einfach Gleichstromdestillation 100 ml der Probesubstanz in einer definierten Apparatur unter kontrollierter Erwärmung verdampft. Die aktuelle Siedetemperatur wird am Kopf der Apparatur gemessen, die Dämpfe über einen Kühler abgekühlt und das aufgefangene Kondensatvolumen mit Hilfe eines Messzylinders bestimmt.
Es zeigt sich dabei deutlich, dass die erfindungsgemäße Kraftstoffzusammensetzung in ihrem Siedeverhalten vom konventionellen Diesel abweicht. Insbesondere die zuerst siedenden 30 Vol.-% der Kraftstoffzusammensetzung weisen deutlich höhere Siedepunkte auf als die entsprechenden Fraktionen eines konventionellen Diesels. Dadurch kann der Temperaturbereich, in dem der Kraftstoff siedet, um mehr als 25°C reduziert werden, was eine homogene Verbrennung begünstigt.
Beispiel 2
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Kraftstoffgemisches wurde auch mittels Gaschromatographie bestimmt. Dazu wurden drei verschiedene flüssige Proben, welche im Folgenden als Diesel, Sumpf und Mitteldestillat bezeichnet werden, analysiert. Jede Probe (~110 mg) wurde mit 10 ml Cyclohexan in einem Ultraschallbad bei 60–70°C gelöst. Ca. 1 μl dieser Lösung wurde auf dem GC-Injektor gegeben. Die Versuchsbedingungen finden sich im Einzelnen in Tabelle 2. Tabelle 2
Die Gaschromatogramme der verschiedenen Proben sowie einer n-Alkan-Mischung von C₈-C₄₀ und eines FT-Diesels sind in den 2 bis 6 dargestellt. Die n-Alkan-Mischung dient als Referenzchromatogramm.
Die Analysen zeigen, dass Iso-Alkane die Hauptkomponenten der drei Proben sind. In der Dieselprobe konnten Kohlenwasserstoffe (KW) zwischen C₁₂-C₂₄, in der Sumpfprobe zwischen C₁₂-C₂₀ und in der Mitteldestillatprobe zwischen C₇-C₁₂ gefunden werden.
7 zeigt den n-Alkan-Anteil jeder C-Zahl für die drei Proben und für FT-Diesel, wobei der Anteil der unverzweigten Kohlenwasserstoffe im erfindungsgemäßen Kraftstoff deutlich niedriger ist als in dem herkömmlichen Fischer-Tropsch-Diesel.
Beispiel 3
Die nachfolgenden Tabellen zeigen Emissionstests, die mit einem Golf V 1.9 TDI nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) durchgeführt wurden. Danach wird das Fahrzeug auf einem Rollenprüfstand einem gemäß dem jeweiligen Testverfahren genormten Fahrverhalten unterzogen, welches möglichst das typische Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugführers beschreiben soll. Im Vergleich zeigen sich deutliche Unterschiede bezüglich der NO_x- und Partikelemission zwischen einem erfindungsgemäßen synthetischen Kraftstoff und den Werten eines konventionellen Dieselkraftstoffes. Gegenüber Vergleichstests mit konventionellem, erdölbasierten Dieselkraftstoff erfolgt eine simultane und signifikante Emissionsminderung der Stickoxide (NO_x, –11 Gew.-%) und Partikel (PM, –35 Gew.-%), ohne dass Eingriffe in den Motor oder die Motorsteuerung notwendig wären. Auch bei Verwendung synthetischer Dieselkraftstoffe aus anderer Quelle (sog. GTL-Diesel via Fischer-Tropsch-Synthese) ist eine simultane Absenkung dieser Luftschadstoffe nicht zu beobachten.
Bezugszeichenliste

1: Leitung
2: DME-Reaktor
3: Leitung
20: Olefinreaktor
21: Leitung
22: Trennvorrichtung
23: Leitung
24: Leitung
25: Leitung
30: Oligomerisierungsreaktor
31: Leitung
32: Trennvorrichtung
33: Leitung
34: Leitung
40: Trennvorrichtung
41: Leitung
42: Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5389111 [0006]
US 7208078 B2 [0007]
US 6004361 [0008]
US 7063729 B2 [0009]
WO 02/10317 A1 [0010]
WO 2007/089645 [0010]
WO 02/26918 A1 [0011]
WO 2006/076942 A1 [0012]
US 2004/0194367 A1 [0013]
US 2008/0052984 A1 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 3405 [0037]

Claims

Synthetische Kraftstoffzusammensetzung zur Verbrennung in Dieselmotoren und Heizungsanlagen, wobei die Zusammensetzung Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwölf Kohlenstoffatomen enthält und die Kohlenwasserstoffe teilweise n-Alkane sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von zwölf bis zwanzig unterhalb von 40 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von zwölf bis fünfzehn unterhalb von 20 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des jeweiligen n-Alkans für jede Kohlenstoffzahl von sechzehn bis zwanzig unterhalb von 35 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des jeweiligen n-Alkans für eine Kohlenstoffzahl von zwölf zwischen 15 und 19 mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von dreizehn zwischen 3 und 7 mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von vierzehn zwischen 5 und 9 mol-% und/oder für eine Kohlenstoffzahl von fünfzehn zwischen 3 und 7 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des jeweiligen n-Alkans für eine Kohlenstoffzahl von sechzehn zwischen 28 und 32 mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von siebzehn zwischen 27 und 31 mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von achtzehn zwischen 5 und 9 mol-%, für eine Kohlenstoffzahl von neunzehn zwischen 16 und 20 mol-% und/oder für eine Kohlenstoffzahl von zwanzig zwischen 15 und 19 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des jeweiligen n-Alkans für eine Kohlenstoffzahl von einundzwanzig zwischen 35 und 39 mol-% und/oder für eine Kohlenstoffzahl von zweizwanzig zwischen 28 und 32 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von zwölf bei 4,5 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von dreizehn bei 4,9 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von vierzehn bei 5,2 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von fünfzehn bei 5,4 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von sechzehn bei 5,4 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von siebzehn bei 5,4 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von achtzehn bei 4,8 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von neunzehn bei 4,3 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von zwanzig bei 3,5 +/– 0,3 mol-%, von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von einundzwanzig bei 2,8 +/– 0,3 mol-% und/oder von Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von zweiundzwanzig bei 2,1 +/– 0,3 mol-% liegt.
Kraftstoffzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5 Vol.-% der Zusammensetzung bei 212 +/– 5°C, 10 Vol.-% der Zusammensetzung bei 221 +/– 5°C, 20 Vol.-% der Zusammensetzung bei 225 +/– 5°C und 30 Vol.-% der Zusammensetzung bei 230 +/– 7°C sieden.
Verwendung einer synthetischen Kraftstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Betreiben von Dieselmotoren, insbesondere von Fahrzeugen, und von Heizungsanlagen.
Verwendung einer synthetischen Kraftstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Betreiben von Motoren, in denen Diesel- und Ottomotortechnik kombiniert werden.