WO2023089354A1

WO2023089354A1 - Verfahren zur herstellung eines kraftstoffzusatzes

Info

Publication number: WO2023089354A1
Application number: PCT/IB2021/060582
Authority: WO
Inventors: Richard HEDIGER
Original assignee: Hediger Richard
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-05-25
Also published as: CA3237233A1; EP4433556A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffzusatzes für fossile und biogene Kraftstoffe, der hocheffizient ist. Das Verfahren soll technisch einfach, wirtschaftlich und umweltfreundlich sein. Es wird mindestens ein Edukt polarer Natur des Ester-, Ether-, Keton- oder Carbonsäuretyps und/oder Mischungen daraus dergestalt behandelt, dass das mindestens eine Edukt einem elektrischen Gleichspannungsfeld mit einer Mindestverweilzeit von 1 h und dem Kontakt von Adsorbentien aus der Klasse der Carbonate, der Oxide oder der Anhydrite von Elementen der Alkali-oder Erdalkaligruppe in einem durchströmten Festbett unterzogen wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffzusatzes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoff zu satzes für fossile und biogene Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren, der hocheffizient ist. Sie betrifft weiterhin einen verfahrensgemäss hergestellten Kraftstoff zusatz.

Trotz intensiver Forschungs- und Entwicklungsbemühungen ist mittelfristig eine Ablösung der Verbrennungsmotoren, insbesondere im Bereich hoher und höchster Arbeitsleistung durch alternative, umweltfreundlichere und energieeffizientere Antriebskonzepte nicht zu erwarten. Somit bleiben Technologien zur Effizienzsteigerung und Emissionssenkung, sowohl bezüglich des klimarelevanten Kohlendioxids als auch einschlägiger, durch Brennprozesse generierter und emittierter Schadstoffe ein zentrales Thema.

Der Bedarf an Wärmebereitstellung auf der Basis gasförmiger und flüssiger fossiler Kraft- und Brennstoffe für industrielle Prozesse im Bereich der Stoffwandlung wird für die Zukunft ebenso als anhaltend hoch eingeschätzt.

Bei verbrennungsmotorischen Antrieben dominieren noch immer Otto-und Diesel- Technologien Es werden entwicklungsseitig verschiedene Wege beschritten, sich den vorgenannt umrissenen Zielsetzungen weiter anzunähern. Dazu zählen Technologien, die hinsichtlich des Motorregimes und Motormanagements weitere Wirkungsgradverbesserungen und Effizienzsteigerungen respektive Emissionsabsenkungen anvisieren, wie etwa die Entwicklung des HCCI- oder CCS- Prozesses, der von verschiedenen führenden Automobilherstellern forciert wird. Da es sich um eine Hybridtechnologie aus Diesel-und Otto-Prinzip handelt, besteht ein Problem dieser Entwicklung jedoch darin, dass dafür speziell zusammengesetzte und nur mit sehr hohem Aufwand generierbare Spezialkraftstoffe (Designerkraftstoffe) benötigt werden. Zudem sind die Entwicklungsarbeiten an diesem Motorensystem noch nicht so weit gediehen, dass kurzfristig eine Serienreife erreichbar ist. Weitere Optimierungsstrategien bestehen darin, den Kraftstoff vor der Zuführung in das motorische System in elektrischen oder magnetischen Feldern vorzubehandeln, um durch Rearrangement der Moleküle oder Molekülcluster eine effizientere Verbrennung zu erzielen. Daneben werden verbesserte Kraftstoffzuführungs-, Einspritz - oder Verteilungssyteme z. B. durch Optimierungen des elektronisch gesteuerten Motormanagements in modernen Dieselmotoren vorgeschlagen (Automechanika 2010, 15.09.2010).

All diese Entwicklungsbemühungen haben im Wesentlichen eine weitere Optimierung des Aggregate- und Motorenmanagements im Fokus, zielen also nicht auf die optimierende Manipulation der chemischen Verbrennungsmechanismen durch Beeinflussung der Brenneigenschaften des Kraftstoffsystems. Andere Konzepte basieren auf dem Ansatz, über die Absenkung von Energieverlusten durch Reibung, also die Verbesserung von Schmiersystemen eine Erhöhung des Wirkungsgrades von Brennkraftmotoren zu erwirken. Das kann einerseits durch weiter optimierte Reibpaarungen als auch durch die Verbesserung der Schmierstoffe, speziell der Motorenöle aber auch der Kraftstoffe erfolgen (WO 002005054314 A2, WO 002004035715 A1 , EP 61895 A2, WO 1996003367 A1 ). Die Einbringung von Wasser in die Kraftstoff Systeme ist ein weiterer, intensiv beforschter Weg um insbesondere die Abgasprobleme besser zu beherrschen und Emissionen zu senken. Allerdings sind solche Systeme auf maßgeschneiderte Emulgatoren mit eigenen, teilweise aufwändigen Herstellungstechnologien angewiesen. Darüber hinaus besteht ein Problem darin, die Kraftstoff-Wasser- Emulsionen längerfristig zu stabilisieren (DE 202007002851 LH , DE 60122470 T2, EP 630 398 A, DE 10334897 A1 ). Der technisch machbare aber teure Weg, das Wasser separat in den Verbrennungsprozess zu führen, erfordert einen erhöhten Steuer- und Regelaufwand und führt zu hohen Kosten.

Schliesslich sind eine Vielzahl an Substanzen, Substanzklassen sowie formulierter Mischungen und damit erzeugbarer Produkte oder Produktmischungen und ihre Herstellung in der Fachliteratur publiziert, die darauf abzielen, in die Kraftstoffe einzumischende Zusätze mit teilweise multifunktioneller Wirkung (HU 200401825 A2) zu generieren. Dabei stehen die Verbesserung des Schmierungsverhaltens (DE 1011 1857 A1 , WO 001999029748 A1 , OS DE 102009005824 A1 ), die Verhinderung der Bildung von Depositen (DE 10102913 A1 , DE 4309074 A1 , WO 9007564, DE 548617 A2, EP 831141 A1 , DE 69327949 T2, US 4134846 A, US 4191537 ) die katalytische Beschleunigung und Optimierung des Brennprozesses (WO 0020020688570 A2) zur Erzielung von Einspareffekten und Emissionsverminderungen (DE 102010039039 A1 , US 4877416 A, FR 2305491 A1 , WO 2017/121497 A1 ) sowie die Leistungssteigerung der Motoren (CN 200909672, GB 950147, US 4099930) im Fokus des Interesses.

Gemäss DE 102008032254 B4 , WO 860351 1 und OS DE 3535712 A1 werden gerad- und verzweigtkettige Polyoxaalkane bzw. Polyoxoalkylendialkylether unterschiedlicher Alkylenstruktur und mittlerer Molmassen als wirksame Additive zur Russminimierung vorgeschlagen. Dafür müssen jedoch aufwändige, meist mehrstufige Herstellungsverfahren mit erheblichem technologischem Aufwand für das Upgrading der Produkte in Kauf genommen werden.

Darüber hinaus wird auf die Toxizität, insbesondere der Ethylenglykol -und Diethylenglykol -Di-Methyl-und Di-Ethylether (Substanzklasse der Polyoxymethylendi(alkylpolyglykol)ether) in DE 102009035503 A1 hingewiesen. Es wird auf die Möglichkeit des Einsatzes biogener Rohstoffe und die Ungiftigkeit dieser Substanzen verwiesen, doch ist auch deren Herstellungsverfahren durch enorm hohen technischen Aufwand gekennzeichnet. Es sind keine Hinweise auf die benötigten Zumischraten der Zusätze zur Kraftstoffmatrix und mithin auf die erzielbaren Effekte offenbart.

Eine Vielzahl weiterer vorgeschlagener Lösungen basiert auf komplexeren Substanzgemischen, die neben Ketonen, Alkoholen (US 5433756 A1 ), alkoxylierten und alkenylierten Alkylphenolen, Polyolefinen und aromatischen Carbonsäurestern (OS DE 19620262, EP 0706552 B1 ) unterschiedlich strukturierte Stickstoffderivate, wie primäre oder tertiäre Alkoholamine, aliphatische Alkylamine oder Polyamine sowie als Zündbeschleuniger agierende organische Nitrate und Nitroparaffine, Hydroxylamine und Oximether (US 4099930, DE 102010039039 A1 , EP 0781793 B1 ) enthalten. In DE 19918764 A1 wird der Einsatz von Essigsäureethylester im Bereich von 5-15 vol% zum Otto-bzw. Dieselkraftstoff gesichert. Den aufgeführten, schutzrechtlich gesicherten Substanzen, Substanzklassenfamilien oder Substanzmischungen haftet unter anderem der Mangel an, giftig oder bedenklich im Umgang bzw. umweltgefährdend, entweder nur für Otto- oder aber für Diesel raftstoffe verwendbar zu sein und in teilweise sehr hohen Dosierungen (»0,5 vol%) eingesetzt zu werden.

Durch die Verwendung in hohen Konzentrationen liegt es nahe, dass dadurch relevante Eigenschaften des Kraftstoffsystems beeinflusst werden. Weitere Nachteile sind die oft sehr aufwändigen, kostenintensiven und umweltrelevanten Verfahren und Technologien (EP 0781793 B1 , OS DE 19620262 A1 , DE 69008176 T2) zur Herstellung der Zusätze oder Zusatzgemische.

In der TW 200909672 wird die Einmischung von Wasser-Alkohol-Gemischen und Wasserstoffperoxid in Dieselkraftstoffsysteme vorgeschlagen. Allerdings erfordert das im Fahrzeug aufwändige technische Änderungen wie etwa die Installation zusätzlicher Agitatoren, Zwischenbehälter und Einspritzsysteme.

Bisher am Markt verfügbare Kraftstoffzusätze oder Fuel-Improver als auch die in Fachliteratur beschriebenen Produkte dieser Art weisen somit Nachteile im Hinblick auf die Komplexität der Herstellungsverfahren, der Toxizität und dadurch eingeschränkten Handhabbarkeit , dem vergleichsweise hohen Energieaufwand für die Erzeugung durch Einsatz thermischer Stofftrennverfahren auf. Hinzu kommen entsorgungsbedürftige Neben-und Abfallprodukte.

Den am Markt angebotenen Produkten mangelt es zudem an der Überprüfbarkeit ihrer behaupteten Wirkung. Zertifikate zur Wirksamkeit oder wissenschaftlich belegte Wirkungsnachweise liegen nicht vor. Sie sind, ausgehend von den nur schwer zugänglichen Detailinformationen zu Wirkung und Zusammensetzung, in Einzelfällen in sehr hohen Konzentrationen, welche den Begriff Additivierung nicht mehr rechtfertigen, zuzusetzen und in anderen Fällen im Umgang hinsichtlich der Gesundheitsgefährdung des Anwenders bedenklich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffzusatzes für fossile und biogene Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren zu entwickeln, das technisch einfach, wirtschaftlich und umweltfreundlich ist und der verfahrensgemäss hergestellte Kraftstoff zusatz zugleich geeignet ist, durch Zumischung in den Kraftstoff Verbrennungsprozesse in Brenneranlagen, Turbinen, Verbrennungsmotoren und Brennkraftmotoren derart zu optimieren, dass der Brennstoffverbrauch signifikant verringert und umweltrelevante Emissionen deutlich vermindert werden.

Vor dem Hintergrund der zunehmend erforderlichen Maßnahmen zur Eindämmung der globalen Erwärmung sind Lösungen für Kraftstoffzusätze notwendig, die als Verbrennungsaktivator für fossile und biogene Kraftstoffe geeignet sind und somit den CO2-Ausstoss deutlich senken.

Das erfindungsgemässe Verfahren soll den zeitgemässen Anforderungen an den prozessintegrierten Umweltschutz Rechnung tragen und keine umweltrelevanten Abfälle oder Reststoffe generieren, womit vorgenannte Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere soll es durch das Verfahren möglich sein, ein Wirkstoffgemisch zu erzeugen, das als hochwirksamer Kraftstoffzusatz bzw. Aktivator in den gegenwärtig gebräuchlichen und marktverfügbaren Kraftstoffen eingesetzt werden kann, den Kraftstoffverbrauch deutlich mindert und die im Abgas enthaltenen Schadstoffe signifikant reduziert. Der Kraftstoffzusatz soll sich durch einfache Handhabung in der praktischen Anwendung auszeichnen, ungiftig sein und auf alle Technologien der Kraft- und Wärmegenerierung (Otto-, Diesel- und Schwerölmotoren, Brennersysteme, Turbinen) gefahrlos anwendbar sein, ohne dass für dessen Anwendung technische Änderungen an den Aggregaten und Energiewandlungssystemen nötig sind.

Es soll gleichermassen eine hohe Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf die Verfahrensund Herstellungskosten sowie die Effizienz (Dosiermenge) des Kraftstoffzusatzes, welches im weiteren auch Akivator genannt sein kann, erreicht werden. Darüber hinaus soll der nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugte Kraftstoffzusatz nicht toxisch für Mensch und Umwelt sein, hervorragende Mischbarkeit mit den Kraft- oder Brennstoffen aufweisen und unbedenklich hinsichtlich der Materialverträglichkeit gegenüber den kraftstoff- oder brennstoffführenden Systemen sein.

Weiterhin soll dadurch gleichermassen die Energieeffizienz von klassischen Brennersystemen zur Bereitstellung von Wärme erhöht werden und in allen Einsatzfällen durch optimierte Verbrennung parallel zum Einspareffekt eine Reduktion der relevanten Emissionen NOx, CO und unverbrannter Kohlenwasserstoffe sowie Russ und Partikel bewirkt werden.

Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäss werden bevorzugt aliphatische und naphtenische Kohlenwasserstoffe als auch deren Oxigenate des Ester-, Ether-, Keton oder Carbonsäuretyps, bevorzugt jedoch Cyclohexane und Ketone bzw. Mischungen daraus verwendet. Insbesondere eignen sich Methylcyclohexan und Methylethylketon als Mischungskomponenten. Unter Verwendung einer Reaktionsanordnung mit elektrischem Gleichspannungsfeld und einer Mindestverweilzeit von 1 h sowie dem Kontakt an sich geeigneter Adsorbentien aus der Klasse der Carbonate, der Oxide oder der Anhydrite von Elementen der Alkalioder Erdalkaligruppe, bevorzugt jedoch der Silikate und Carbonate von Metallen der zweiten Hauptgruppe wie Kalzium und Magnesium, durchströmt die Mischung der Edukte ein Festbett , bestehend aus den vorgenannten Adsorbentien in granulierter oder körniger Form.

Der erfindungsgemässe Kraftstoffzusatz kann als Additiv in sehr niedriger Dosierung schnell und einfach zugefügt werden. Der Kraftstoffzusatz weist kein Gesundheitsgefährdungspotenzial für den Anwender auf und ist wenigstens teilweise auf der Basis nachwachsender Rohstoffe unter umweltfreundlichen Bedingungen ohne Generierung von Rückständen oder Abfällen erzeugbar.

Erfindungsgemäss wird eine Mischung aus leicht zugänglichen gerad- oder verzweigtkettigen aliphatischen und/oder naphtenischen Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen, umfassend die Strukturtypen der Cycloalkane, Alkane, Alkene und Alkine im Molmassenbereich bis 280 g/mol sowie aus Oxygenaten der vorgenannten Grundkohlenwasserstoffe des Ester-, Ether -oder Ketontyps in Verdünnung durch ein Lösemittelgemisch bestehend aus einem oder mehreren aliphatischen und/oder naphtenischen C1 bis C8-Monoalkoholen mit einem polaren Feststoff in Kontakt gebracht wird, welcher sich aus einer oder einer Mischung mehrerer ionischer Verbindungen der Metalle der ersten und/oder zweiten Hauptgruppe zusammensetzt. Erfindungsgemäss werden die Kohlenwasserstoffe und Oxygenate vorgemischt und dann beständig vor Inkontaktbringung mit dem Feststoffsystem fluidisiert und einem permanent wirkenden elektrischen Gleichspannungsfeld, dessen Feldvektoren senkrecht zum strömenden Medium stehen, ausgesetzt.

Vorteilhafterweise wird die apparative Anordnung so gestaltet, dass die flüssigen Komponenten durch eine entsprechend gestaltetes Strömungsrohr geführt werden, dort zunächst das elektrische Feld passieren und unmittelbar danach das aus oben genannten Komponenten bestehende Festbett durchströmen. Nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes ist der Prozess als abgeschlossen zu betrachten und das Wirkstoffgemisch kann zur weiteren Aufarbeitung aus dem Apparatesystem abgezogen werden. Der Prozess kann sowohl batchweise als auch kontinuierlich gestaltet werden.

Das so bereitete Rohprodukt wird anschließend in an sich bekannter Weise von Partikeln und anderweitigen mechanischen Verunreinigungen befreit, gegebenenfalls mit , dem Applikationszweck angepassten Lösungsvermittler versetzt und ist dann direkt verwendbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den anhängigen Ansprüchen offenbart.

Bevorzugt sind Strömungsverhältnisse im Bereich Rey 100-3500 vorgesehen. Der Behandlungsprozess wird im Druckbereich 1 -8 bar bei einer Temperatur von 15- 40°C ausgeführt, besonders bevorzugt bei 25°C bis 30°C. Der erfindungsgemäss hergestellte Kraftstoffzusatz ist somit insbesondere ein hocheffizientes Wirkstoffgemisch aus im folgenden näher beschriebenen Verbindungen, unter dessen Einwirkung die Verbrennungsprozesse in Brenneranlagen, Turbinen, Verbrennungsmotoren und Brennkraftmotoren derart optimierbar sind, dass der Brennstoffverbrauch verringert und umweltrelevante Emissionen vermindert werden.

Der Kraftstoffzusatz ist als Kraft- und Brennstoffaktivator bzw. als Additiv hochwirksam, vergleichsweise kostengünstig in der Herstellung, leichter handhabbar, ungiftig sowie breitbandig in allen bekannten Brennkraftmaschinen und Brennersystemen für Flüssigbrennstoffe verwendbar. Nachweisbare Brennstoffeinsparungen und Emissionsreduktionen sind erzielbar.

Experimentelle Untersuchungsergebnisse belegen die vorbeschriebenen Eigenschaften der erzeugbaren Aktivatorformulierungen.

Das so bereitete Rohprodukt wird anschließend in an sich bekannter Weise von Partikeln und anderweitigen mechanischen Verunreinigungen befreit, gegebenenfalls mit einem, dem Applikationszweck angepassten Lösungsvermittler versetzt und ist dann direkt verwendbar und lagerfähig.

Es wurde überraschend gefunden, dass die Behandlung von aliphatischen, gerad- oder verzweigtkettigen oder naphtenischen C2-C18 -Kohlenwasserstoffen des Alkan-, Alken- oder Alkintyps bzw. deren Oxygenate in Form von Ketonen, Ethern, Hydroperoxiden oder solche enthaltende Mischungen in alkoholischen Lösungen, bestehend aus einem oder mehreren primären, sekundären oder tertiären aliphatischen oder naphtenischen C1 -C8-Monoalkoholen mit festen ionischen Verbindungen der Metalle der ersten oder zweiten Hauptgruppe, namentlich der Oxide, Oxidhydrate, Peroxide, Carbonate, Hydrogencarbonate und Halogenide dem behandelten Gemisch Produkteigenschaften verleiht, welche nach Einbringung in die Kraftstoffmatrix Einspareffekte ermöglichen bei zeitgleicher Absenkung der Schadstoffemissionen sowohl in Brennkraftmotoren, in Turbinen als auch in Brennersystemen mit stationärer Flamme signfkante Effekte hinsichtlich des spezifischen Verrauches asl auch der umweltrelevanten Emissionen erzielt . Es wurde nun gefunden, dass die hohe Effizienz des Kraftstoffzusatzes insbesondere dann erzielt wird, wenn das bereits erläuterte Kohlenwasserstoff-Alkoholgemisch nach Vermischung und vor Inkontaktbringung mit dem Festbett einem elektrischen Gleichspannungsfeld ausgesetzt wird.

Erfindungsgemäss können die flüssigen Komponenten ruhend oder unter erzwungener Strömung mit dem Festbett in Kontakt gebracht werden, was in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen und den verfahrenstechnischen Rahmenbedingungen bei variablem Druck im Bereich von 0,5 bis 6 bar sowie im Temperaturbereich von 10°C bis 40°C (60°C) ausführbar ist.

Die Produktmischung wird nach der oben beschriebenen Behandlung in an sich bekannter Weise von festen Systembestandteilen getrennt, wobei üblicherweise das Prinzip der Filtration an Filterkerzen unter Verwendung silikatischer Filterhilfsmittel zur Anwendung kommt. Dabei wird auf Partikelgrössen < 0,8pm gereinigt, um die üblichen Kraft-und Brennstoffnormen hinsichtlich der Gesamtverschmutzung zu erfüllen. Anschliessend kann dann das so gereinigte Produkt als Kraftstoff zusatz in entsprechender Zumischung zum Kraftstoff unmittelbar zur Anwendung gelangen. Die hierbei anfallenden silikatischen Filterrückstände sind das alleinige Nebenprodukt des erfindungsgemässen Verfahrens und ohne Umweltbelastung leicht zu entsorgen.

Vorteilhaft werden zur Unterstützung der Löslichkeit des Wirkstoffgemisches des Kraftstoffzusatzes in der Kraftstoff matrix lösungsvermittelnde Komponenten zugesetzt. Das können in Abhängigkeit von der Polarität der Bereitung und dem, die Matrix bildenden Kraftstoffsystem Kohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffgemische, langkettige Alkohole oder Esterverbindungen wie etwa triglyceridisch gebundene Fettsäuren oder aber mit kurzkettigen Monoalkoholen umgeesterte, und bis zur Kraftstofftauglichkeit aufbereitete Pflanzenöle sein.

Das als Aktivator einsetzbare Wirkstoffgemisch ist in Abhängigkeit von der effektiven Wirkstoff konzentration dem Kraft- oder Brennstoff vorteilhafterweise in extrem niedrigen Konzentrationen im Bereich von 100 bis 1500 vppm zuzusetzen. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die angefügte Zeichnung zeigt das Prinzip einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Erfindungsgemäss wird ein Eduktgemisch aus organischen Oxigenaten des Ester-, Ether-, Keton oder Carbonsäuretyps verwendet, im angeführten Ausführungsbeispiel kommt insbesondere ein Gemisch aus Methylcyclohexan, iso-Octan und Methylethylketon zur Anwendung. Die in den Ausführungsbeispielen gewählte Reaktionsanordnung besteht in den wesentlichen Grundkomponenten aus einem Puffer-und Mischbehälter 1 , einer Umwälzpumpe 2 zur Erzeugung eines Zwangsumlaufes und einer Adsorptionskolonne 3 (Reaktorteil) mit vorgeschaltetem Gleichspannungsmodul 4 nebst Mess-und Regeleinrichtungen sowie ein Siebboden 5 für ein Festbett aus festen ionischen Verbindungen der Metalle der ersten oder zweiten Hauptgruppe.

Der Rektorteil ist entsprechend elektrisch isoliert.

Das erfindungsgemässe Verfahren sieht eine Mindestverweilzeit von 1 h am Kontakt im Festbett vor, wobei an sich geeignete Adsorbentien aus der Klasse der Carbonate, Silikate, der Oxide oder der Anhydrite von Elementen der Alkali-oder Erdalkaligruppe, bevorzugt jedoch Magnesiumsilikat und Calciumkarbonat in calcinierter und granulierter Form zur Anwendung kommen.

Im Beispiel betragen die Strömungsverhältnisse im Festbett Rey 100-3500. Der Behandlungsprozess im Festbett wird im Druckbereich von 1 -8 bar bei einer Temperatur von 15-40°C ausgeführt, bevorzugt bei 25-30°C.

Der verfahrensgemäss hergestellte Kraft-und/oder Brennstoffzusatz ist als Aktivator insbesondere für die Verwendung in fossilen wie auch biogenen Kraftstoffen geeignet. Der spezifische Kraftstoffverbrauch kann um bis zu 15% reduziert werden.

Bei der Herstellung des erfindungsgemässen Aktivators fallen als Rest- oder Nebenprodukte nur sehr geringe Mengen leicht entsorgbarer und umwelttechnisch nicht relevanter Filterrückstände und mithin keine umweltschädlichen Stoffe an, da die Filter 6 mehrfach genutzt werden können. Ausführungsbeispiel 1

Zur Erzeugung des Kraftstoffusatzes für Dieselkraftstoff wird eine Apparateanordnung gemäss Zeichnung gewählt, die es ermöglicht, eine Vormischung der Basiskomponenten in einem Mischbehälter 1 auszuführen, diese Mischung durch eine Verdränger- oder Umwälzpumpe 2 in Zwangsumlauf zu bringen und dabei durch ein Strömungsrohr Adsorptionskolonne 3 zu führen, welches im unteren Teil über ein mit Gleichspannung beaufschlagtes Gleichspannungsmodul 4 mit Elektroden verfügt und im darüber liegenden Teil einen Siebboden 5 mit darauf liegendem Festbett aus Alkali-und Erdalkaliverbindungen besitzt. Die Anlage ist druckfest ausgeführt und wärmeisoliert.

Die Anordnung sieht die Anströmung des Festbettes von unten vor.

Ein Gemisch aus Methylcyclohexan technischer Qualität, Iso-Octan und Ethyltertiärbutylether (ETBE) im Molverhältnis 1 :1 :2 wird im Mischbehälter 1 durch ein, nicht explizit dargestelltes, Rührwerk homogenisiert und durch Umwälzung über die thermostatisierte Adsorptionskolonne 3 auf 30°C temperiert.

Der Mischung werden anschliessend 5% (w/w Bioethanol) absolut zugegeben. In senkrecht stehenden Strömungsrohr wird granuliertes Magnesiumoxid auf dem Siebboden 5 vorgelegt. Das Masseverhältnis MgO zur Gesamtmasse aller eingesetzten Flüssigkomponenten beträgt 1 :1.

Mittels der frequenzgesteuerten Umwälzpumpe 2 wird das Gemisch nun über das Festbett zirkuliert, wobei die Umwälzrate so gewählt wird, dass sich ein Differenzdruck über das Festbett zwischen 1 und 1 ,5 bar einstellt. Die Anströmung des Festbettes erfolgt von unten. Im Bereich unterhalb des angeströmten Festbettes sind Elektroden des Gleichspannungsmoduls 4 so installiert, dass die Feldlinien des Gleichspannungsfeldes senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufen. Die Elektroden sind gegen die Wand des Strömungsrohres elektrisch isoliert. Abstand und Fläche der Elektroden sind so gewählt, dass der gemessene Stromfluss maximal 7 mA erreicht. Unter Beachtung der maximal zulässigen Stromstärke wird während des Prozesses die angelegte Gleichspannung innerhalb von 8 h linear auf 800 V erhöht. Danach wird die Spannung abgeschaltet und das Reaktionsgemisch über eine mit Silikagel angeschwemmte Filterkerze bei 3 bar filtriert. Sowohl das Festbett als auch der Filterkuchen können für den nächsten Batch wiederverwendet werden.

Das so erzeugte Filtrat wird als Kraftstoffzusatz bzw. Aktivator in einem KWK-Diesel- Aggregat eingesetzt. Dieses Aggregat ist ein direkt einspritzender 6-Zylinder- Turbodiesel mit Intercooler, ausgelegt auf eine normative elektrische Leistung von 65 kW bei 1500 rpm. Es wurde ein synthetisches Leichtlaufmotorenöl der Viskositätsklasse 10W40 verwendet. Die Messung wurde erst nach Einfahren des Aggregates bis auf konstante Kühlwasser- und Abgastemperatur gestartet.

Für die vergleichende Testung wird schwefelarmer, nicht additivierter Diesel nach Norm EN 590 mit und ohne Zusatz des Aktivators eingesetzt. Beide Tests werden durch Umschalten der Kraftstofftanks alternierend dreifach mit jeweils zwischen geschalteter zwanzigminütiger Spülphase gefahren.

Die Einmischung des Aktivators in den Dieselbrennstoff erfolgt im Verhältnis 1 :20000 auf der Saugseite einer umwälzenden Kreiselpumpe bei 25°C, wobei ein Stunde Vermischungszeit angesetzt wird.

Die Ergebnisauswertung und Berechnung des spezifischen Brennstoffbedarfes je kWh Elektroenergie fand auf der Grundlage der kumulierten Leistungsdaten und den Verbrauchsmessungen statt. Der effektive Brennstoffverbrauch wird durch Massebilanzierung und Auswägung des Brennstoffvorratstanks jeweils zu Beginn und am Ende des Testlaufes ermittelt.

Die Bewertung der Abgaszusammensetzung bezüglich der Komponenten HC (Kohlenwasserstoffe), CO, NOx und Restsauerstoff erfolgte durch Messung im Abgasstrom mittels FID durch thermostatisierte Gasentnahme sowie mit Hilfe eines, nach dem NDIR-Verfahren arbeitenden marktüblichen Gasanalysator. Die Erhebung der Abgasdaten erfolgte quaisikontinuierlich. Zur Auswertung wurden die Mittelwerte herangezogen.

Durschnitt o. Aktivator Durchschnitt mit

Aktivator

CO-Emission (g/kWh) 0,75 0,62

spez. 0,272 0,249

Brennstoffverbrauch

(Liter/kWh)

Der spezifische Brennstoffverbrauch lässt sich durch den Zusatz des Aktivators um

8,4 % senken. Die Masse emittierter Stickoxide sank ebenfalls um 37%.

Ausführungsbeispiel 2

In einem 2-Liter-Laborgefäss wurden unter Rühren bei Raumtemperatur 0,75 Liter Kohlenwasserstoff-Mitteldestillat der Siedelage 280-320°C mit 0,5 Liter Ethylestergemisch, hergestellt durch Ethanolyse einer 1 :1 (v/v) Mischung aus Triacylglyzeriden raffinierten Soja-und Yatrophaöles gemischt. Der Mischung werden dann und nacheinander, bezogen auf die molare Menge gemitteltes Ethylestergemisch, 0,1 mol% Methylethyl keton sowie 0,1 mol% n-Butylalkohol zugesetzt. Die so erhaltene Mischung wird anschließend im Rührgefäß mit Hilfe einer Warmwasserheizung auf 50°C erwärmt.

Diesem Ansatz wurden sodann 650 g Feststoff, bestehend aus jeweils einem Drittel vorgetrocknetem Magnesiumoxid, Calciumoxid und Natriumbicarbonat in technischer Qualität, verpresst zu Stranggranulaten des Formates 2 x 4 mm zugegeben.

Danach wurde das Gefäß mit einem Trockenrohr zur Verhinderung des Zutrittes von Luftfeuchte versehen.

Über einen Stutzen am Boden des Gefässes, der zunächst über ein Ablaufsieb gesichert ist, wird nun die Flüssigphase durch eine Pumpe abgesaugt, über eine mit Magnesiumsilikat gefüllte Filterpatrone gezogen und schließlich durch ein Strömungsrohr zurück in den Behälter gedrückt. Außerhalb des aus Borosilikatglas gefertigten Rohres ist ein Elektrodensystem installiert, womit ein im Rohr wirkendes Gleichspannungsfeld erzeugt werden.

Die Behandlung des Systems erfolgte wahlweise unter Variation der angelegten Gleichspannung und der Behandlungszeiten. Es wurden in zwei Versuchsreihen einerseits die Wirkung der angelegten Spannung und andererseits der Behandlungszeit bzw. Verweilzeit untersucht und anschliessend durch wie folgt beschriebenen motorischen Test bewertet. Nach Abbruch des Versuches wurde die für die Applikation benötigte Probe an der Druckseite der Pumpe hinter dem Filter entnommen und dann direkt als Aktivator dem Testbrennstoff in einer Konzentration von 250 ppm zugemischt.

Als Brennstoffmatrix wird ein kommerziell vertriebener Otto-Kraftstoff der Qualität SUPER schwefelfrei eines gängigen Marktanbieters mit einer angegeben RON 95 verwendet.

Versuchs.-Nr. Behandlungszeit Spannung Zumischkonz.

(h) (V) (ppm)

2 8 300 250

4 8 0 250

6 8 600 250

Die so erzeugten Testkraftstoffe wurden an einem Prüfstands-Motor Vergleichstestungen unterzogen. Die Einmischung in den Kraftstoff erfolgte durch Vormischung des Aktivators in einem Liter Brennstoff und anschliessender Einmischung in die Gesamttreibstoffmenge mittels Statikmischer.

Zur vergleichenden Untersuchung wurde der 4-Zylinder-Otto-Motor mit Direkteinspritzung an einem Betriebspunkt mittlerer Last unter sonst konstanten Bedingungen (Drehzahl, Öltemperatur, Zylinderdruckinitiierung, AGR-Rate, Drehmoment, Lambda-Verhältnis) betrieben. Zwischen jeder Einzelmessung erfolgte ein Spülzyklus mit nicht aktiviertem Kraftstoff. Die jeweilige Messung wurde dann 10 min nach Umschaltung auf das neue Kraftstoffmuster gestartet. Der Kraftstoffverbrauch wird aus den Daten eines am Versuchsstand installierten Telematiksystems berechnet.

Alle erhobenen Daten zur Abgaszusammensetzung wurden statistisch gemittelt in der Dimension (g/km) ausgegeben, basierend auf der drehzahlabhängigen Relativgeschwindigkeit und der daraus berechneten virtuellen Fahrstrecke. Der Versuch 0 bezeichnet den Referenzlauf ohne Aktivatorzusatz. Für diesen Versuch wurde der gravimetrisch bestimmte Brennstoffverbrauch auf 100 % gesetzt, die Verbrauchsdaten der anderen Versuche darauf bezogen.

Nr. NOx HC (g/km) CO (g/km) PM (g/km) rel.Verbrauch

(g/km) (%)

1 70 142 904 4,9 96,7

3 54 104 808 4,8 93,1

5 61 98 815 4,6 93,8

Die gemittelten Messergebnisse der einzelnen Tests sind im Vergleich zum nicht aktivierten Brennstoff (Versuch 0, Referenz) der vorstehenden Tabelle zu entnehmen.

Die Wirkung des elektrischen Feldes ist deutlich erkennbar. Durchschnittlich werden Brennstoffeinsparungen von 3 - 6 % erreicht. Die Emission der Stickoxide gelangt in den Normbereich der Euro VI. Ausführungsbeispiel 3

Eine druckfeste und auf kontinuierlichen Betrieb ausgelegte kleintechnische Anlage wird so betrieben, dass mittels einer nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden Umwälzpumpe ein Flüssigkeitsgemisch permanent durch ein Strömungsrohr geführt wird.

Innerhalb des Rohres befindet sich ein Auflageboden, welcher eine Mischung aus Magnesiumsilikat und Natriumcarbonat im molaren Verhältnis 2:1 enthält. Das vorher calcinierte Material wurde bei 15 bar zu 1x3 mm Strangpresslingen verarbeitet.

Das Flüssigkeitsgemisch wird aus einem Vorlagebehälter gezogen und über Kopf in das aufrechtstehende Strömungsrohr geführt. Im oberen Rohrabschnitt befindet sich über dem fixierten Festbett ein installiertes Elektrodensystem das unter Gleichspannung gesetzt werden kann. Die Arbeitsspannung wird so gewählt, daß der gemessene Stromfluss 5 mA nicht übersteigt. Am Ausgang der Strömungskolonne ist eine alternierend arbeitende Doppel-Filter-Einheit installiert, die das strömende Medium auf 1 pm Partikelgrösse filtriert. Der sich einstellende Gleichgewichtsdruck sollte 8 bar nicht überschreiten. Nach Erreichung dieses Grenzdruckes wechselt das System automatisch über einen Bypass auf das redundante Filtersystems, was den Filterwechsel der benutzten Kartusche ermöglicht.

Die umgewälzte Flüssigkeit wurde im drucklosen Vorlagebehälter vorgemischt, wobei die einzelnen Komponenten über separate Leitungen, versehen mit Durchflussmessgeräten, zugeführt wurden. Die Zuführung der Komponenten erfolgt nach Vorgabe der Mischungsverhältnisse so, dass der Füllstand des Vorlagegefässes konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann der Volumenschwund durch kontinuierliche Entnahme über ein Ausschleusungsventil hinter dem Filter kompensiert und es kann eine kontinuierliche Betriebsweise der Anlage aufrechterhalten werden. Das stationäre Gesamtvolumen der Mischung stellt sicher, dass die Anlage druckseitig stets mit Flüssigkeit gefüllt und der Trockenlauf der Umwälzpumpe jederzeit gewährleistet ist.

Die kontinuierliche Gemischentnahme wird der erforderlichen mittleren Verweilzeit des Stoffsystems in der Apparatur angepasst. Nach den analytischen Befunden beträgt die mittlere Verweilzeit für diese Apparatekonfiguration mindestens 15

Stunden bei Prozesstemperatur von 30-32°C und einen Systemdruck von 5-8 bar.

Das Flüssigkeitssystem besteht aus SME (Sojaölmethylester) und einer Mischung aus Bioethanol, Isobutanol und 2-Ethylhexanol im molaren Verhältnis 2:1 :1 der Alkohole zueinander und einem Molverhältnis SME: Alkohol von 1 : 16, wobei für SME eine mittlere Molmasse von 290 g/mol unterlegt ist. Die Komponenten wurden, wie oben bereits beschrieben in das Vorlagegefäß dosiert und intern kontinuierlich durch eine Kreiselpumpe in die dort bereits befindliche Mischung homogen verteilt. Der erfindungsgemäss erzeugte Kraftstoffzusatz bzw. Aktivator gelangte zur Anwendung in einem Schwerölgemisch (HFO), welches als Brennstoff zur Befeuerung stationärer Brenner in einer Erzaufbereitungs- und Vortrocknungsanlagen eingesetzt wird. Dazu wurde der Aktivator mittels Feindosierpumpe kontinuierlich in den, dem Brennersystem zugeführten Kraftstoff durch einen Statikmischer unter Druck beigemischt. Die Dosierrate der Zumischpumpe wurde mit der Zuförderpumpe des Basisbrennstoffes regeltechnisch verknüpft und auf ein Zumischverhältnis (v/v) von 20000 : 1 (Brennstoff/Aktivator) eingestellt.

Die Testung des Aktivators in Bezug auf die Brennstoffeinsparung wurde als randomisierte Doppelblindstudie an drei verschiedenen Schweröl-Brennersystemen (Drehrohröfen zur Trocknung und Kalzinierung) über einen mehrwöchigen Versuchszeitraum durchgeführt und statistisch ausgewertet. Führungsgrössen der Anlagen sind Eintritts- und Austrittsfeuchte des Trockengutes. In die Auswertung und Ergebnisberechnung gingen sowohl die massebilanztechnische Ermittlung des Gesamtdurchsatzes (Roherz), die errechnete Wassermenge (Masseschwund durch Verdampfung/Trocknung) und der gravimetrisch festgestellte Brennstoffverbrauch ein. Die nachstehende Tabelle zeigt die Zusammenfassung der Ergebnisse, wobei sich die ermittelte Effizienz aus der Einsparrate an Brennstoff und der Veränderung (Erhöhung) des Anlagendurchsatzes auf Basis der Wasserbilanz (Trocknungsgrad) ergibt. In der Spalte „Run“ (Messkampagne) sind die Betriebsstunden für die Einzeltests vermerkt. Für die Messkampagnen ohne Aktivator sind die ermittelten Effizienzen normativ auf 100% gesetzt worden. Run Brennstoff- Ofen-Nr. I Anlage verbrauch

Testzeit ohne mit ohne mit ohne mit

Aktivator Aktivator Aktivator Aktivator Aktivator Aktivator

Bei diesen Testreihen ergaben sich für neben der Brennstoffersparnis durchschnittliche Durchsatzerhöhungen von 7.2 % (Anlage 1 ), 1 1 .8 % (Anlage II) sowie 6.7% (Anlage III).

Diese erläuterten Beispiele sollen für den Fall einer kontinuierlich ausgeführten Behandlung im elektrischen Feld und anschliessender Kontaktierung an einer Schüttung aus mineralischen Verbindungen entsprechend der erfindungsgemässen Technologie schematisch dargestellt werden. Auflistung der Bezugszeichen

1 Puffer/ Mischbehälter

2 Umwälzpumpe

3 Reaktionsanordnung

4 Gleichspannungsquelle

5 Adsorptionsfestbett

6 Filter

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffzusatzes für fossile und biogene Kraftstoffe durch Behandlung von aliphatischen oder naphtenischen Kohlenwasserstoffen im Molmassenbereich C1 -C8 sowie deren Oxigenaten des Ester-, Ether-, Keton- oder Carbonsäuretyps und/oder Mischungen daraus, dadurch gekennzeichnet dass das Edukt oder Eduktgemisch einem elektrischen Gleichspannungsfeld mit einer Mindestverweilzeit von 1 h und dem Kontakt von Adsorbentien aus der Klasse der Carbonate, der Oxide, Silikate oder der Anhydrite von Elementen der Alkali-oder Erdalkaligruppe in einem durchströmten Festbett unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe unter erzwungener Strömung einer Behandlung in einem stationären oder fluidisierten Festbett an anorganischen Mineralstoffen oder Mischungen daraus unterzogen werden

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Edukts im Festbett (5) in einem Druckbereich von 1 -8 bar erfolgt, bevorzugt in einem Druckbereich von 2-3 bar.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Edukts im Festbett bei einer Temperatur von 15-40°C erfolgt, vorzugsweise bei 25-30°C.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungsverhältnisse eingehalten werden, die durch Reynoldszahlen 100 bis 3500, bevorzugt jedoch durch Reynoldszahlen 200-300 charakterisiert sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der über Oxigenate eingetragene Sauerstoff molar zum organisch gebundenen Kohlenstoff der Flüssigkomponente im Verhältnis 1 :100 bis 1 :300, bevorzugt jedoch 1 :200 steht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im Gleichspannungsfeld zwischen 1 bis 28 Stunden, vorzugsweise jedoch zwischen 6 bis 8 Stunden beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die als heterogene Komponente im Festbett vorgelegte Mischung sowohl als stationäres Festbett als auch als bewegtes oder fluidisiertes Festbett eingebracht wird.

9. Kraftstoffzusatz, hergestellt nach einem Verfahren gemäss der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kraftstoffaktivator ist.

10. Kraftstoffzusatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aliphatische, gerad- oder verzweigtkettige, ein - bzw. mehrfach ungesättigte C2-C18 - Kohlenwasserstoffe des Alkan-, Alken- oder Alkintyps im Molmassenbereich 60 bis 900 g/mol bzw. deren Oxygenate in Form von Ketonen, Estern, Ethern oder Alkoholen oder solche enthaltende Mischungen und Substanzen enthalten sind, bevorzugt Mischungen aus einem oder mehreren primären, sekundären oder tertiären C1 -C8-Monoalkoholen, wobei der Anteil der Alkoholkomponente zwischen 5 und 95%, insbesondere jedoch zwischen 70-90% beträgt, ausgenommen aromatische Kohlenwasserstoffe oder deren Sauerstoffderivate.

11 . Kraftstoffzusatz nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass er in einer Konzentration von 10 bis 200 ppm, bevorzugt jedoch im Bereich Konzentrationsbereich von 30-60 ppm in der Brennstoffmatrix zu verteilen ist.

12. Anlage zur Herstellung eines Kraftstoffzusatzes nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Mischbehälter (1 ) und eine Umwälzpumpe (2), gefolgt von einer Adsorptionskolonne (3) mit einem Siebboden (5) und einem vorgeschalteten Gleichspannungsmodul (4) umfasst.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen vom Stoffgemisch durchströmten Abschnitt aufweist, welcher mit dem Gleichspannungsmodul (4), welches Elektroden aufweist, dahingehend ausgestattet ist, dass die Orientierung der Feldlinien eines angelegten Gleichspannungsfeldes im rechten Winkel zum Medienfluss steht und die angelegte Spannung einen maximalen Stromfluss von 5 mA induziert.

14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Siebboden (5) befindliche und das Festbett bildende Schüttung aus unter Druck erzeugten Pellets oder Granulaten besteht, die aus mindestens einem Oxid oder Carbonat oder Silikat der Metalle der ersten oder zweiten Hauptgruppe oder aus Mischungen selbiger bestehen, wobei insbesondere die Metalle der zweiten Hauptgruppe und vorzugsweise Magnesium oder Calzium-Verbindungen oder Mischungen beider vorgesehen sind, die vor Komprimierung calciniert sind und einen Wassergehalt von maximal 0,05 %, vorzugsweise jedoch von maximal 0,02 % oder weniger aufweisen.