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WO2023089354A1 - Method for producing a fuel additive - Google Patents

Method for producing a fuel additive Download PDF

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Publication number
WO2023089354A1
WO2023089354A1 PCT/IB2021/060582 IB2021060582W WO2023089354A1 WO 2023089354 A1 WO2023089354 A1 WO 2023089354A1 IB 2021060582 W IB2021060582 W IB 2021060582W WO 2023089354 A1 WO2023089354 A1 WO 2023089354A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
fixed bed
mixtures
fuel additive
mixture
Prior art date
Application number
PCT/IB2021/060582
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Richard HEDIGER
Original Assignee
Hediger Richard
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hediger Richard filed Critical Hediger Richard
Priority to CA3237233A priority Critical patent/CA3237233A1/en
Priority to PCT/IB2021/060582 priority patent/WO2023089354A1/en
Priority to EP21815271.8A priority patent/EP4433556A1/en
Publication of WO2023089354A1 publication Critical patent/WO2023089354A1/en

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G32/00Refining of hydrocarbon oils by electric or magnetic means, by irradiation, or by using microorganisms
    • C10G32/02Refining of hydrocarbon oils by electric or magnetic means, by irradiation, or by using microorganisms by electric or magnetic means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14Organic compounds
    • C10L1/16Hydrocarbons
    • C10L1/1608Well defined compounds, e.g. hexane, benzene
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    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14Organic compounds
    • C10L1/18Organic compounds containing oxygen
    • C10L1/185Ethers; Acetals; Ketals; Aldehydes; Ketones
    • C10L1/1857Aldehydes; Ketones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2230/00Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole
    • C10L2230/22Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole for improving fuel economy or fuel efficiency
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/38Applying an electric field or inclusion of electrodes in the apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fuel additive for fossil and biogenic fuels for internal combustion engines, which is highly efficient. It also relates to a fuel additive produced according to the method.
  • Otto and diesel technologies are still dominant in internal combustion engine drives.
  • various paths are being taken to further approximate the objectives outlined above.
  • These include technologies that target further efficiency improvements and efficiency increases or emission reductions with regard to the engine regime and engine management, such as the development of the HCCI or CCS process, which is being pushed by various leading automobile manufacturers. Since this is a hybrid technology based on the diesel and Otto principle, one problem with this development is that it requires specially composed special fuels (designer fuels) that can only be generated with great effort.
  • the development work on this engine system has not progressed so far that it can be ready for series production in the short term.
  • DE 19918764 A1 describes the use of ethyl acetate in Range of 5-15 vol% to Otto or Diesel fuel secured.
  • the listed substances, families of substances classes or mixtures of substances protected by intellectual property rights are due to the lack of being toxic or dangerous to handle or dangerous to the environment, being usable either only for petrol or diesel fuel and in some cases in very high doses (»0.5 vol%) to be used.
  • TW 200909672 proposes mixing water-alcohol mixtures and hydrogen peroxide into diesel fuel systems.
  • this requires complex technical changes in the vehicle, such as the installation of additional agitators, intermediate tanks and injection systems.
  • the products offered on the market also lack the verifiability of their claimed effect. There are no certificates of effectiveness or scientifically proven proof of effectiveness. Based on the detailed information on the effect and composition, which is difficult to access, they are added in individual cases in very high concentrations, which no longer justify the term additives, and in other cases they are questionable when handled with regard to the health risk to the user.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method for producing a fuel additive for fossil and biogenic fuels for internal combustion engines that is technically simple, economical and environmentally friendly and the fuel additive produced according to the method is also suitable for being mixed into the fuel in combustion processes in burner systems To optimize turbines, internal combustion engines and internal combustion engines in such a way that fuel consumption is significantly reduced and environmentally relevant emissions are significantly reduced.
  • the method according to the invention should take account of the contemporary requirements for process-integrated environmental protection and should not generate any environmentally relevant waste or residues, with the aforementioned disadvantages of the prior art being avoided.
  • the method should make it possible to produce an active ingredient mixture that can be used as a highly effective fuel additive or activator in the fuels currently in use and available on the market, significantly reduces fuel consumption and significantly reduces the pollutants contained in the exhaust gas.
  • the fuel additive should be characterized by easy handling in practical application, be non-toxic and be safely applicable to all technologies of power and heat generation (gasoline, diesel and heavy oil engines, burner systems, turbines) without technical changes to the Aggregates and energy conversion systems are required.
  • the fuel additive produced by the process according to the invention should not be toxic to humans or the environment, excellent miscibility with the fuel or fuels and be harmless in terms of material compatibility with the fuel or fuel-carrying systems.
  • the mixture of educts flows through a fixed bed consisting of the aforementioned adsorbents in granulated or granular form.
  • the fuel additive according to the invention can be added quickly and easily as an additive in a very small dosage.
  • the fuel additive has no health risk potential for the user and can be produced at least partially on the basis of renewable raw materials under environmentally friendly conditions without generating residues or waste.
  • a mixture of readily available straight- or branched-chain aliphatic and/or naphthenic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures comprising the structural types of cycloalkanes, alkanes, Alkenes and alkynes in the molar mass range up to 280 g/mol and from oxygenates of the aforementioned basic hydrocarbons of the ester, ether or ketone type diluted by a solvent mixture consisting of one or more aliphatic and/or naphthenic C1 to C8 monoalcohols with a polar solid in contact is brought, which is composed of one or a mixture of several ionic compounds of metals of the first and / or second main group.
  • the hydrocarbons and oxygenates are premixed and then constantly fluidized before being brought into contact with the solids system and exposed to a permanently acting electrical DC voltage field whose field vectors are perpendicular to the flowing medium.
  • the apparatus arrangement is advantageously designed in such a way that the liquid components are guided through a correspondingly designed flow tube, where they first pass through the electric field and immediately thereafter flow through the fixed bed consisting of the above-mentioned components. Once a state of equilibrium has been reached, the process can be considered complete and the mixture of active ingredients can be removed from the apparatus system for further processing.
  • the process can be designed both batchwise and continuously.
  • the raw product prepared in this way is then freed from particles and other mechanical impurities in a manner known per se, optionally mixed with solubilizers adapted to the application purpose and can then be used directly.
  • Flow conditions in the range Rey 100-3500 are preferably provided.
  • the treatment process is carried out in the pressure range 1-8 bar at a temperature of 15-40°C, particularly preferably at 25°C to 30°C.
  • the fuel additive produced according to the invention is therefore in particular a highly efficient mixture of active ingredients from the compounds described in more detail below, under the influence of which the combustion processes in burner systems, turbines, internal combustion engines and internal combustion engines can be optimized in such a way that fuel consumption is reduced and environmentally relevant emissions are reduced.
  • the fuel additive is highly effective as a motor and fuel activator or as an additive, is comparatively inexpensive to produce, easier to handle, non-toxic and can be used widely in all known internal combustion engines and burner systems for liquid fuels. Demonstrable fuel savings and emission reductions are achievable.
  • the raw product prepared in this way is then freed from particles and other mechanical impurities in a manner known per se, optionally mixed with a solubilizer adapted to the application purpose and can then be used directly and stored.
  • the liquid components can be brought into contact with the fixed bed at rest or under forced flow, depending on the flow conditions and the process engineering framework conditions at variable pressures in the range from 0.5 to 6 bar and in the temperature range from 10°C to 40°C C (60°C) is feasible.
  • the product mixture is separated from solid system components in a manner known per se, the principle of filtration on filter cartridges using siliceous filter aids usually being applied. Particle sizes of ⁇ 0.8 pm are cleaned in order to meet the usual fuel standards with regard to overall contamination. The product cleaned in this way can then be used directly as a fuel additive in an appropriate admixture to the fuel.
  • the resulting siliceous filter residues are the sole by-product of the process according to the invention and can be easily disposed of without polluting the environment.
  • solubilizing components are added to support the solubility of the mixture of active ingredients in the fuel additive in the fuel matrix.
  • this can be hydrocarbons, hydrocarbon mixtures, long-chain alcohols or ester compounds such as triglyceridically bound fatty acids or vegetable oils transesterified with short-chain monoalcohols and processed until they are suitable for use as fuel.
  • the mixture of active substances that can be used as an activator should advantageously be added to the fuel in extremely low concentrations in the range from 100 to 1500 vppm, depending on the effective concentration of active substance.
  • the invention is described in more detail below in exemplary embodiments with reference to a drawing.
  • the attached drawing shows the principle of a plant for carrying out the method according to the invention.
  • a reactant mixture of organic oxygenates of the ester, ether, ketone or carboxylic acid type is used; in the exemplary embodiment given, a mixture of methylcyclohexane, isooctane and methyl ethyl ketone is used in particular.
  • the reaction arrangement selected in the exemplary embodiments consists of the essential basic components of a buffer and mixing tank 1, a circulating pump 2 for generating a forced circulation and an adsorption column 3 (reactor part) with an upstream DC voltage module 4 together with measuring and control devices and a sieve bottom 5 for a fixed bed solid ionic compounds of metals of the first or second main group.
  • the rector part is electrically isolated accordingly.
  • the process according to the invention provides for a minimum residence time of 1 h at the contact in the fixed bed, with suitable adsorbents from the class of carbonates, silicates, oxides or anhydrites of elements of the alkali or alkaline earth group, but preferably magnesium silicate and calcium carbonate in calcined and granulated form shape are applied.
  • the flow conditions in the fixed bed are Rey 100-3500.
  • the treatment process in the fixed bed is carried out in the pressure range of 1-8 bar at a temperature of 15-40°C, preferably at 25-30°C.
  • the power and/or fuel additive produced according to the process is suitable as an activator, in particular for use in fossil and biogenic fuels.
  • the specific fuel consumption can be reduced by up to 15%.
  • an apparatus arrangement is selected according to the drawing, which makes it possible to carry out a premixing of the basic components in a mixing container 1, to bring this mixture into forced circulation by means of a displacement or circulating pump 2 and, in doing so, to guide an adsorption column 3 through a flow tube, which has a DC voltage module 4 with electrodes in the lower part and a perforated bottom 5 with a fixed bed of alkali and alkaline earth metal compounds lying thereon in the part above it.
  • the system is designed to be pressure-resistant and thermally insulated.
  • the arrangement provides for the inflow of the fixed bed from below.
  • a mixture of technical quality methylcyclohexane, isooctane and ethyl tertiary butyl ether (ETBE) in a molar ratio of 1:1:2 is homogenized in the mixing vessel 1 by a stirrer (not explicitly shown) and heated to 30° C. by circulation through the thermostatted adsorption column 3 .
  • EBE ethyl tertiary butyl ether
  • the mixture is now circulated over the fixed bed by means of the frequency-controlled circulation pump 2, the circulation rate being chosen such that a differential pressure over the fixed bed of between 1 and 1.5 bar is established.
  • the flow to the fixed bed is from below.
  • electrodes of the DC voltage module 4 are installed in such a way that the field lines of the DC voltage field run perpendicular to the direction of flow.
  • the electrodes are electrically isolated from the wall of the flow tube.
  • the distance and area of the electrodes are selected in such a way that the measured current flow reaches a maximum of 7 mA. Taking into account the maximum permissible current, the applied DC voltage is linearly increased to 800 V within 8 hours during the process.
  • the voltage is then switched off and the reaction mixture is filtered at 3 bar through a filter cartridge coated with silica gel. Both the fixed bed and the filter cake can be reused for the next batch.
  • the filtrate produced in this way is used as a fuel additive or activator in a CHP diesel unit.
  • This unit is a direct-injecting 6-cylinder turbo diesel with an intercooler, designed for a standard electrical output of 65 kW at 1500 rpm.
  • a synthetic low-viscosity engine oil of the 10W40 viscosity class was used. The measurement was only started after the unit had been run in until the cooling water and exhaust gas temperatures had remained constant.
  • the activator is mixed into the diesel fuel in a ratio of 1:20,000 on the suction side of a circulating centrifugal pump at 25° C., with a mixing time of one hour being set.
  • the results were evaluated and the specific fuel requirement per kWh of electrical energy was calculated on the basis of the cumulative performance data and consumption measurements.
  • the effective fuel consumption is determined by mass balancing and weighing the fuel storage tank at the beginning and end of the test run.
  • the evaluation of the exhaust gas composition with regard to the components HC (hydrocarbons), CO, NOx and residual oxygen was carried out by measuring the exhaust gas flow using FID through thermostatic gas sampling and using a commercially available gas analyzer working according to the NDIR method. The exhaust gas data was collected almost continuously. The mean values were used for the evaluation.
  • the specific fuel consumption can be adjusted by adding the activator
  • the vessel was provided with a drying tube to prevent the ingress of atmospheric moisture.
  • the liquid phase is then sucked off by a pump via a socket on the bottom of the vessel, which is initially secured by a drain sieve, drawn through a filter cartridge filled with magnesium silicate and finally pushed back into the vessel through a flow pipe.
  • a drain sieve drawn through a filter cartridge filled with magnesium silicate and finally pushed back into the vessel through a flow pipe.
  • An electrode system is installed in the finished pipe, which generates a DC voltage field that acts in the pipe.
  • the system was treated optionally by varying the applied DC voltage and the treatment times.
  • the effect of the applied voltage on the one hand and the treatment time or residence time on the other hand were examined and then evaluated by the motor test described below.
  • the sample required for the application was taken from the pressure side of the pump behind the filter and then added directly to the test fuel as an activator at a concentration of 250 ppm.
  • a commercially available, sulfur-free SUPER quality petrol from a common market supplier with a specified RON 95 is used as the fuel matrix.
  • test no Treatment time Voltage Mixing conc.
  • test fuels produced in this way were subjected to comparison tests on a test bench engine. It was mixed into the fuel by pre-mixing the activator in one liter of fuel and then mixing it into the total amount of fuel using a static mixer.
  • the 4-cylinder gasoline engine with direct injection was operated at a medium-load operating point under otherwise constant conditions (speed, oil temperature, cylinder pressure initiation, EGR rate, torque, lambda ratio).
  • a flushing cycle with non-activated fuel was carried out between each individual measurement. The respective measurement was then started 10 minutes after switching to the new fuel sample.
  • the fuel consumption is calculated from the data from a telematics system installed on the test stand.
  • Test 0 designates the reference run without the addition of an activator.
  • the gravimetrically determined fuel consumption was set to 100%, and the consumption data from the other tests were based on this.
  • test 0, reference The mean measurement results of the individual tests in comparison to the non-activated fuel (test 0, reference) can be found in the table above.
  • a pressure-resistant small-scale system designed for continuous operation is operated in such a way that a liquid mixture is permanently fed through a flow tube by means of a circulating pump that works according to the displacement principle.
  • a support base containing a mixture of magnesium silicate and sodium carbonate in a molar ratio of 2:1.
  • the previously calcined material was processed into 1 ⁇ 3 mm extruded parts at 15 bar.
  • the liquid mixture is drawn from a holding tank and fed overhead into the upright flow tube.
  • an electrode system that can be set under direct current.
  • the working voltage is selected in such a way that the measured current flow does not exceed 5 mA.
  • An alternately working double filter unit is installed at the outlet of the flow column, which filters the flowing medium down to a particle size of 1 ⁇ m.
  • the resulting equilibrium pressure should not exceed 8 bar. After reaching this limit pressure, the system automatically switches to the redundant filter system via a bypass, which enables the filter of the used cartridge to be changed.
  • the circulated liquid was pre-mixed in the pressureless storage tank, with the individual components being fed in via separate lines equipped with flow meters.
  • the components are fed according to the specified mixing ratios in such a way that the filling level of the storage vessel is kept constant. In this way, the decrease in volume can be compensated for by continuous removal via a discharge valve downstream of the filter, and continuous operation of the system can be maintained.
  • the stationary total volume of the mixture ensures that the system is always filled with liquid on the pressure side and that the circulating pump runs dry at all times.
  • the continuous removal of the mixture is adapted to the required average residence time of the material system in the apparatus. According to the analytical findings the average residence time for this apparatus configuration is at least 15
  • the liquid system consists of SME (soya oil methyl ester) and a mixture of bioethanol, isobutanol and 2-ethylhexanol in a molar ratio of 2:1:1 of the alcohols to one another and a molar ratio of SME:alcohol of 1:16, with an average molar mass of 290 g for SME /mol is highlighted.
  • SME synya oil methyl ester
  • bioethanol isobutanol
  • 2-ethylhexanol in a molar ratio of 2:1:1 of the alcohols to one another and a molar ratio of SME:alcohol of 1:16, with an average molar mass of 290 g for SME /mol is highlighted.
  • SME heavy oil mixture
  • HFO heavy oil mixture
  • the activator was continuously mixed into the fuel supplied to the burner system by means of a fine dosing pump using a static mixer under pressure.
  • the dosing rate of the proportioning pump was linked to the feed pump of the base fuel and adjusted to a proportioning ratio (v/v) of 20000:1 (fuel/activator).
  • the testing of the activator with regard to fuel savings was carried out as a randomized double-blind study on three different heavy oil burner systems (rotary kilns for drying and calcination) over a test period of several weeks and statistically evaluated.
  • the control parameters of the systems are the entry and exit moisture of the drying material.
  • the evaluation and calculation of the results included the mass balance determination of the total throughput (raw ore), the calculated amount of water (mass loss through evaporation/drying) and the gravimetrically determined fuel consumption.
  • the table below shows the summary of the results, whereby the determined efficiency results from the fuel saving rate and the change (increase) in the system throughput based on the water balance (degree of drying).
  • the operating hours for the individual tests are noted in the "Run" column (measuring campaign). For the measurement campaigns without an activator, the efficiencies determined were set to 100% in the standard. Run Fuel Furnace no. I system consumption

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Abstract

The invention relates to a method for producing a fuel additive for fossil and biogenic fuels that is highly efficient. The method should be technically simple, scientific, and environmentally friendly. At least one reactant of polar nature of the ester, ether, ketone, or carboxylic acid type and/or mixtures thereof is treated in such a way that the at least one reactant is subjected to a DC electric field with a minimum residence time of 1h and the contact of adsorbents from the class of carbonates, oxides, or anhydrites of elements of the alkali or alkaline earth group in a fixed bed with flow.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffzusatzes Process for preparing a fuel additive
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. The invention relates to a method for producing a fuel additive for fossil and biogenic fuels for internal combustion engines, which is highly efficient. It also relates to a fuel additive produced according to the method.
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. Despite intensive research and development efforts, it is not to be expected that internal combustion engines will be replaced by alternative, more environmentally friendly and more energy-efficient drive concepts in the medium term, especially in the area of high and maximum work output. Technologies for increasing efficiency and reducing emissions remain a central topic, both with regard to climate-relevant carbon dioxide and relevant pollutants generated and emitted by combustion processes.
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. The demand for heat provision on the basis of gaseous and liquid fossil fuels for industrial processes in the field of material conversion is also estimated to be high in the future.
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). Otto and diesel technologies are still dominant in internal combustion engine drives. On the development side, various paths are being taken to further approximate the objectives outlined above. These include technologies that target further efficiency improvements and efficiency increases or emission reductions with regard to the engine regime and engine management, such as the development of the HCCI or CCS process, which is being pushed by various leading automobile manufacturers. Since this is a hybrid technology based on the diesel and Otto principle, one problem with this development is that it requires specially composed special fuels (designer fuels) that can only be generated with great effort. In addition, the development work on this engine system has not progressed so far that it can be ready for series production in the short term. Further optimization strategies consist of pre-treating the fuel in electric or magnetic fields before it is fed into the engine system in order to achieve more efficient combustion by rearranging the molecules or molecule clusters. In addition, improved fuel supply, injection - or distribution systems z. B. by optimizing the electronically controlled engine management in modern diesel engines (Automechanika 2010, September 15, 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. All of these development efforts essentially focus on further optimization of the aggregate and engine management, i.e. they are not aimed at optimizing the manipulation of the chemical combustion mechanisms by influencing the combustion properties of the fuel system. Other concepts are based on the approach of increasing the efficiency of internal combustion engines by reducing energy losses through friction, i.e. improving lubrication systems. This can be done on the one hand by further optimizing the friction pairings and by improving the lubricants, especially the engine oils but also the fuels (WO 002005054314 A2, WO 002004035715 A1, EP 61895 A2, WO 1996003367 A1). The introduction of water into the fuel systems is another, intensively researched way to better control the exhaust gas problems and to reduce emissions. However, such systems are dependent on tailor-made emulsifiers with their own, sometimes complex, manufacturing technologies. In addition, there is a problem in stabilizing the fuel-water emulsions over the longer term (DE 202007002851 LH, DE 60122470 T2, EP 630 398 A, DE 10334897 A1). The technically feasible but expensive way of feeding the water into the combustion process separately requires increased control and regulation effort and leads to high costs.
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. Finally, a large number of substances, substance classes and formulated mixtures and products or product mixtures that can be produced with them and their production have been published in the specialist literature, which aim to generate additives with a partially multifunctional effect (HU 200401825 A2) to be mixed into the fuel. The improvement of the lubrication behavior (DE 1011 1857 A1, WO 001999029748 A1, OS DE 102009005824 A1), the prevention of the formation of deposits (DE 10102913 A1, DE 4309074 A1, WO 9007564, DE 548617 A2, EP 83 1141 A1, DE 69327949 T2, US Pat. No. 4,134,846 A, US Pat 1497 A1) as well as the increase in performance of the Engines (CN 200909672, GB 950147, US 4099930) are the focus of interest.
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. According to DE 102008032254 B4, WO 8603511 and OS DE 3535712 A1, straight-chain and branched-chain polyoxaalkanes or polyoxoalkylene dialkyl ethers of different alkylene structures and medium molar masses are proposed as effective additives for minimizing soot. For this, however, complex, usually multi-stage manufacturing processes with considerable technological effort for upgrading the products have to be accepted.
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. In addition, reference is made to the toxicity, in particular of ethylene glycol and diethylene glycol dimethyl and diethyl ether (polyoxymethylene di(alkylpolyglycol) ether substance class) in DE 102009035503 A1. Reference is made to the possibility of using biogenic raw materials and the non-toxic nature of these substances, but their manufacturing process is also characterized by enormously high technical complexity. There are no indications of the required admixing rates of the additives to the fuel matrix and consequently of the effects that can be achieved.
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. A large number of other proposed solutions are based on more complex mixtures of substances which, in addition to ketones, alcohols (US Pat. No. 5,433,756 A1), alkoxylated and alkenylated alkylphenols, polyolefins and aromatic carboxylic acid esters (OS DE 19620262, EP 0706552 B1), differently structured nitrogen derivatives, such as primary or tertiary alcohol amines, aliphatic Alkylamines or polyamines and organic nitrates and nitroparaffins, hydroxylamines and oxime ethers acting as ignition accelerators (US 4099930, DE 102010039039 A1, EP 0781793 B1). DE 19918764 A1 describes the use of ethyl acetate in Range of 5-15 vol% to Otto or Diesel fuel secured. Among other things, the listed substances, families of substances classes or mixtures of substances protected by intellectual property rights are due to the lack of being toxic or dangerous to handle or dangerous to the environment, being usable either only for petrol or diesel fuel and in some cases in very high doses (»0.5 vol%) to be used.
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. Due to the use in high concentrations, it is obvious that relevant properties of the fuel system are affected. Further disadvantages are the often very complex, cost-intensive and environmentally relevant processes and technologies (EP 0781793 B1, OS DE 19620262 A1, DE 69008176 T2) for producing the additives or additive mixtures.
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. TW 200909672 proposes mixing water-alcohol mixtures and hydrogen peroxide into diesel fuel systems. However, this requires complex technical changes in the vehicle, such as the installation of additional agitators, intermediate tanks and injection systems.
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. Fuel additives or fuel improvers that have been available on the market to date, as well as the products of this type described in specialist literature, therefore have disadvantages with regard to the complexity of the manufacturing process, the toxicity and the resulting limited manageability, the comparatively high energy consumption for production using thermal material separation processes. In addition, there are by-products and waste products that require disposal.
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. The products offered on the market also lack the verifiability of their claimed effect. There are no certificates of effectiveness or scientifically proven proof of effectiveness. Based on the detailed information on the effect and composition, which is difficult to access, they are added in individual cases in very high concentrations, which no longer justify the term additives, and in other cases they are questionable when handled with regard to the health risk to the user. The invention is therefore based on the object of developing a method for producing a fuel additive for fossil and biogenic fuels for internal combustion engines that is technically simple, economical and environmentally friendly and the fuel additive produced according to the method is also suitable for being mixed into the fuel in combustion processes in burner systems To optimize turbines, internal combustion engines and internal combustion engines in such a way that fuel consumption is significantly reduced and environmentally relevant emissions are significantly reduced.
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. Against the background of the increasingly necessary measures to contain global warming, solutions for fuel additives are required that are suitable as combustion activators for fossil and biogenic fuels and thus significantly reduce CO2 emissions.
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. The method according to the invention should take account of the contemporary requirements for process-integrated environmental protection and should not generate any environmentally relevant waste or residues, with the aforementioned disadvantages of the prior art being avoided. In particular, the method should make it possible to produce an active ingredient mixture that can be used as a highly effective fuel additive or activator in the fuels currently in use and available on the market, significantly reduces fuel consumption and significantly reduces the pollutants contained in the exhaust gas. The fuel additive should be characterized by easy handling in practical application, be non-toxic and be safely applicable to all technologies of power and heat generation (gasoline, diesel and heavy oil engines, burner systems, turbines) without technical changes to the Aggregates and energy conversion systems are required.
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. Equally, a high degree of economy should be achieved with regard to the process and production costs and the efficiency (metered quantity) of the fuel additive, which can also be referred to below as an activator. In addition, the fuel additive produced by the process according to the invention should not be toxic to humans or the environment, excellent miscibility with the fuel or fuels and be harmless in terms of material compatibility with the fuel or fuel-carrying systems.
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. Furthermore, the energy efficiency of classic burner systems for the provision of heat should be increased in equal measure and, in all cases of use, a reduction in the relevant emissions of NOx, CO and unburned hydrocarbons as well as soot and particles should be achieved through optimized combustion parallel to the savings effect.
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. The object is solved with the features of claim 1. According to the invention, preference is given to using aliphatic and naphthenic hydrocarbons and their oxygenates of the ester, ether, ketone or carboxylic acid type, but preferably cyclohexanes and ketones or mixtures thereof. Methylcyclohexane and methyl ethyl ketone are particularly suitable as mixture components. Using a reaction arrangement with an electric DC voltage field and a minimum residence time of 1 h as well as contact with suitable adsorbents from the class of carbonates, oxides or anhydrites of elements of the alkali or alkaline earth group, but preferably silicates and carbonates of metals of the second main group such as calcium and magnesium, the mixture of educts flows through a fixed bed consisting of the aforementioned adsorbents in granulated or granular 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. The fuel additive according to the invention can be added quickly and easily as an additive in a very small dosage. The fuel additive has no health risk potential for the user and can be produced at least partially on the basis of renewable raw materials under environmentally friendly conditions without generating residues or waste.
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. According to the invention, a mixture of readily available straight- or branched-chain aliphatic and/or naphthenic hydrocarbons or hydrocarbon mixtures, comprising the structural types of cycloalkanes, alkanes, Alkenes and alkynes in the molar mass range up to 280 g/mol and from oxygenates of the aforementioned basic hydrocarbons of the ester, ether or ketone type diluted by a solvent mixture consisting of one or more aliphatic and/or naphthenic C1 to C8 monoalcohols with a polar solid in contact is brought, which is composed of one or a mixture of several ionic compounds of metals of the first and / or second main group. According to the invention, the hydrocarbons and oxygenates are premixed and then constantly fluidized before being brought into contact with the solids system and exposed to a permanently acting electrical DC voltage field whose field vectors are perpendicular to the flowing medium.
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. The apparatus arrangement is advantageously designed in such a way that the liquid components are guided through a correspondingly designed flow tube, where they first pass through the electric field and immediately thereafter flow through the fixed bed consisting of the above-mentioned components. Once a state of equilibrium has been reached, the process can be considered complete and the mixture of active ingredients can be removed from the apparatus system for further processing. The process can be designed both batchwise and continuously.
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. The raw product prepared in this way is then freed from particles and other mechanical impurities in a manner known per se, optionally mixed with solubilizers adapted to the application purpose and can then be used directly.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den anhängigen Ansprüchen offenbart. Advantageous refinements of the method according to the invention are disclosed in the appended claims.
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. Flow conditions in the range Rey 100-3500 are preferably provided. The treatment process is carried out in the pressure range 1-8 bar at a temperature of 15-40°C, particularly preferably at 25°C to 30°C. The fuel additive produced according to the invention is therefore in particular a highly efficient mixture of active ingredients from the compounds described in more detail below, under the influence of which the combustion processes in burner systems, turbines, internal combustion engines and internal combustion engines can be optimized in such a way that fuel consumption is reduced and environmentally relevant emissions are reduced.
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. The fuel additive is highly effective as a motor and fuel activator or as an additive, is comparatively inexpensive to produce, easier to handle, non-toxic and can be used widely in all known internal combustion engines and burner systems for liquid fuels. Demonstrable fuel savings and emission reductions are achievable.
Experimentelle Untersuchungsergebnisse belegen die vorbeschriebenen Eigenschaften der erzeugbaren Aktivatorformulierungen. Experimental test results confirm the above-described properties of the activator formulations that can be produced.
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. The raw product prepared in this way is then freed from particles and other mechanical impurities in a manner known per se, optionally mixed with a solubilizer adapted to the application purpose and can then be used directly and stored.
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. It was surprisingly found that the treatment of aliphatic, straight or branched chain or naphthenic C2-C18 hydrocarbons of the alkane, alkene or alkyne type or their oxygenates in the form of ketones, ethers, hydroperoxides or mixtures containing such in alcoholic solutions, consisting of one or more primary, secondary or tertiary aliphatic or naphthenic C1 -C8 monoalcohols with solid ionic compounds of the metals of the first or second main group, namely the oxides, oxide hydrates, peroxides, carbonates, hydrogen carbonates and halides gives the treated mixture product properties which After being incorporated into the fuel matrix, savings are made possible with a simultaneous reduction in pollutant emissions in internal combustion engines, in turbines and in Burner systems with a stationary flame achieve significant effects in terms of specific consumption as well as environmentally relevant emissions. It has now been found that the high efficiency of the fuel additive is achieved in particular when the hydrocarbon-alcohol mixture already explained is exposed to an electric DC voltage field after mixing and before it is brought into contact with the fixed bed.
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. According to the invention, the liquid components can be brought into contact with the fixed bed at rest or under forced flow, depending on the flow conditions and the process engineering framework conditions at variable pressures in the range from 0.5 to 6 bar and in the temperature range from 10°C to 40°C C (60°C) is feasible.
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. After the treatment described above, the product mixture is separated from solid system components in a manner known per se, the principle of filtration on filter cartridges using siliceous filter aids usually being applied. Particle sizes of < 0.8 pm are cleaned in order to meet the usual fuel standards with regard to overall contamination. The product cleaned in this way can then be used directly as a fuel additive in an appropriate admixture to the fuel. The resulting siliceous filter residues are the sole by-product of the process according to the invention and can be easily disposed of without polluting the environment.
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. Advantageously, solubilizing components are added to support the solubility of the mixture of active ingredients in the fuel additive in the fuel matrix. Depending on the polarity of the preparation and the fuel system forming the matrix, this can be hydrocarbons, hydrocarbon mixtures, long-chain alcohols or ester compounds such as triglyceridically bound fatty acids or vegetable oils transesterified with short-chain monoalcohols and processed until they are suitable for use as fuel.
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. The mixture of active substances that can be used as an activator should advantageously be added to the fuel in extremely low concentrations in the range from 100 to 1500 vppm, depending on the effective concentration of active substance. The invention is described in more detail below in exemplary embodiments with reference to a drawing. The attached drawing shows the principle of a plant for carrying out the method according to the invention.
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. According to the invention, a reactant mixture of organic oxygenates of the ester, ether, ketone or carboxylic acid type is used; in the exemplary embodiment given, a mixture of methylcyclohexane, isooctane and methyl ethyl ketone is used in particular. The reaction arrangement selected in the exemplary embodiments consists of the essential basic components of a buffer and mixing tank 1, a circulating pump 2 for generating a forced circulation and an adsorption column 3 (reactor part) with an upstream DC voltage module 4 together with measuring and control devices and a sieve bottom 5 for a fixed bed solid ionic compounds of metals of the first or second main group.
Der Rektorteil ist entsprechend elektrisch isoliert. The rector part is electrically isolated accordingly.
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. The process according to the invention provides for a minimum residence time of 1 h at the contact in the fixed bed, with suitable adsorbents from the class of carbonates, silicates, oxides or anhydrites of elements of the alkali or alkaline earth group, but preferably magnesium silicate and calcium carbonate in calcined and granulated form shape are applied.
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. In the example, the flow conditions in the fixed bed are Rey 100-3500. The treatment process in the fixed bed is carried out in the pressure range of 1-8 bar at a temperature of 15-40°C, preferably at 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. The power and/or fuel additive produced according to the process is suitable as an activator, in particular for use in fossil and biogenic fuels. The specific fuel consumption can be reduced by up to 15%.
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 In the manufacture of the activator according to the invention, only very small amounts of easily disposable and environmentally irrelevant filter residues and therefore no environmentally harmful substances result as residues or by-products, since the filters 6 can be used several times. Example 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. To produce the fuel additive for diesel fuel, an apparatus arrangement is selected according to the drawing, which makes it possible to carry out a premixing of the basic components in a mixing container 1, to bring this mixture into forced circulation by means of a displacement or circulating pump 2 and, in doing so, to guide an adsorption column 3 through a flow tube, which has a DC voltage module 4 with electrodes in the lower part and a perforated bottom 5 with a fixed bed of alkali and alkaline earth metal compounds lying thereon in the part above it. The system is designed to be pressure-resistant and thermally insulated.
Die Anordnung sieht die Anströmung des Festbettes von unten vor. The arrangement provides for the inflow of the fixed bed from below.
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. A mixture of technical quality methylcyclohexane, isooctane and ethyl tertiary butyl ether (ETBE) in a molar ratio of 1:1:2 is homogenized in the mixing vessel 1 by a stirrer (not explicitly shown) and heated to 30° C. by circulation through the thermostatted adsorption column 3 .
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. 5% (w/w bioethanol) absolute is then added to the mixture. Granulated magnesium oxide is placed on the sieve bottom 5 in a vertical flow tube. The mass ratio of MgO to the total mass of all liquid components used is 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. The mixture is now circulated over the fixed bed by means of the frequency-controlled circulation pump 2, the circulation rate being chosen such that a differential pressure over the fixed bed of between 1 and 1.5 bar is established. The flow to the fixed bed is from below. In the area below the flow-on fixed bed, electrodes of the DC voltage module 4 are installed in such a way that the field lines of the DC voltage field run perpendicular to the direction of flow. The electrodes are electrically isolated from the wall of the flow tube. The distance and area of the electrodes are selected in such a way that the measured current flow reaches a maximum of 7 mA. Taking into account the maximum permissible current, the applied DC voltage is linearly increased to 800 V within 8 hours during the process. The voltage is then switched off and the reaction mixture is filtered at 3 bar through a filter cartridge coated with silica gel. Both the fixed bed and the filter cake can be reused for the next batch.
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. The filtrate produced in this way is used as a fuel additive or activator in a CHP diesel unit. This unit is a direct-injecting 6-cylinder turbo diesel with an intercooler, designed for a standard electrical output of 65 kW at 1500 rpm. A synthetic low-viscosity engine oil of the 10W40 viscosity class was used. The measurement was only started after the unit had been run in until the cooling water and exhaust gas temperatures had remained constant.
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. For the comparative test, low-sulphur diesel without additives according to the EN 590 standard is used with and without the addition of the activator. Both tests are run alternately three times by switching the fuel tanks, each with an intervening twenty-minute flushing phase.
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. The activator is mixed into the diesel fuel in a ratio of 1:20,000 on the suction side of a circulating centrifugal pump at 25° C., with a mixing time of one hour being set.
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. The results were evaluated and the specific fuel requirement per kWh of electrical energy was calculated on the basis of the cumulative performance data and consumption measurements. The effective fuel consumption is determined by mass balancing and weighing the fuel storage tank at the beginning and end of the test run.
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. The evaluation of the exhaust gas composition with regard to the components HC (hydrocarbons), CO, NOx and residual oxygen was carried out by measuring the exhaust gas flow using FID through thermostatic gas sampling and using a commercially available gas analyzer working according to the NDIR method. The exhaust gas data was collected almost continuously. The mean values were used for the evaluation.
Durschnitt o. Aktivator Durchschnitt mit Average o. Activator Average with
Aktivator
Figure imgf000014_0001
activator
Figure imgf000014_0001
CO-Emission (g/kWh) 0,75 0,62
Figure imgf000014_0002
spez. 0,272 0,249
CO emissions (g/kWh) 0.75 0.62
Figure imgf000014_0002
spec. 0.272 0.249
Brennstoffverbrauch fuel consumption
(Liter/kWh) (litres/kWh)
Der spezifische Brennstoffverbrauch lässt sich durch den Zusatz des Aktivators umThe specific fuel consumption can be adjusted by adding the activator
8,4 % senken. Die Masse emittierter Stickoxide sank ebenfalls um 37%. 8.4% decrease. The mass of nitrogen oxides emitted also fell by 37%.
Ausführungsbeispiel 2 Example 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. 0.75 liters of hydrocarbon middle distillate boiling range 280-320° C. with 0.5 liters of ethyl ester mixture, produced by ethanolysis of a 1:1 (v/v) mixture of triacylglycerides from refined soybean, were stirred at room temperature in a 2-liter laboratory vessel -and yatropha oils mixed. Then, in succession, 0.1 mol % of methyl ethyl ketone and 0.1 mol % of n-butyl alcohol, based on the molar amount of the average ethyl ester mixture, are added to the mixture. The mixture obtained in this way is then heated to 50° C. in the stirred vessel with the aid of a warm water heater.
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. 650 g of solids, each consisting of one third of predried magnesium oxide, calcium oxide and sodium bicarbonate of technical quality, pressed into extruded granules with a size of 2×4 mm, were then added to this batch.
Danach wurde das Gefäß mit einem Trockenrohr zur Verhinderung des Zutrittes von Luftfeuchte versehen. Thereafter, the vessel was provided with a drying tube to prevent the ingress of atmospheric moisture.
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. The liquid phase is then sucked off by a pump via a socket on the bottom of the vessel, which is initially secured by a drain sieve, drawn through a filter cartridge filled with magnesium silicate and finally pushed back into the vessel through a flow pipe. Outside of borosilicate glass An electrode system is installed in the finished pipe, which generates a DC voltage field that acts in the pipe.
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. The system was treated optionally by varying the applied DC voltage and the treatment times. In two series of tests, the effect of the applied voltage on the one hand and the treatment time or residence time on the other hand were examined and then evaluated by the motor test described below. After the test was terminated, the sample required for the application was taken from the pressure side of the pump behind the filter and then added directly to the test fuel as an activator at a concentration of 250 ppm.
Als Brennstoffmatrix wird ein kommerziell vertriebener Otto-Kraftstoff der Qualität SUPER schwefelfrei eines gängigen Marktanbieters mit einer angegeben RON 95 verwendet. A commercially available, sulfur-free SUPER quality petrol from a common market supplier with a specified RON 95 is used as the fuel matrix.
Versuchs.-Nr. Behandlungszeit Spannung Zumischkonz. test no. Treatment time Voltage Mixing conc.
(h) (V) (ppm)
Figure imgf000015_0001
(h) (V) (ppm)
Figure imgf000015_0001
2 8 300 250
Figure imgf000015_0002
2 8 300 250
Figure imgf000015_0002
4 8 0 250
Figure imgf000015_0003
4 8 0 250
Figure imgf000015_0003
6 8 600 250 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. The test fuels produced in this way were subjected to comparison tests on a test bench engine. It was mixed into the fuel by pre-mixing the activator in one liter of fuel and then mixing it into the total amount of fuel using a static mixer.
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. For the comparative study, the 4-cylinder gasoline engine with direct injection was operated at a medium-load operating point under otherwise constant conditions (speed, oil temperature, cylinder pressure initiation, EGR rate, torque, lambda ratio). A flushing cycle with non-activated fuel was carried out between each individual measurement. The respective measurement was then started 10 minutes after switching to the new fuel sample. The fuel consumption is calculated from the data from a telematics system installed on the test stand.
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. All collected data on the composition of the exhaust gas was statistically averaged in the dimension (g/km), based on the speed-dependent relative speed and the virtual route calculated from it. Test 0 designates the reference run without the addition of an activator. For this test, the gravimetrically determined fuel consumption was set to 100%, and the consumption data from the other tests were based on this.
Nr. NOx HC (g/km) CO (g/km) PM (g/km) rel.VerbrauchNo. NOx HC (g/km) CO (g/km) PM (g/km) relative consumption
(g/km) (%)
Figure imgf000016_0001
(g/km) (%)
Figure imgf000016_0001
1 70 142 904 4,9 96,7
Figure imgf000016_0002
1 70 142 904 4.9 96.7
Figure imgf000016_0002
3 54 104 808 4,8 93,1
Figure imgf000016_0003
3 54 104 808 4.8 93.1
Figure imgf000016_0003
5 61 98 815 4,6 93,8
Figure imgf000016_0004
5 61 98 815 4.6 93.8
Figure imgf000016_0004
Die gemittelten Messergebnisse der einzelnen Tests sind im Vergleich zum nicht aktivierten Brennstoff (Versuch 0, Referenz) der vorstehenden Tabelle zu entnehmen. The mean measurement results of the individual tests in comparison to the non-activated fuel (test 0, reference) can be found in the table above.
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 The effect of the electric field is clearly visible. On average, fuel savings of 3 - 6% are achieved. The emission of nitrogen oxides reaches the standard range of Euro VI. Example 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. A pressure-resistant small-scale system designed for continuous operation is operated in such a way that a liquid mixture is permanently fed through a flow tube by means of a circulating pump that works according to the displacement principle.
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. Inside the tube is a support base containing a mixture of magnesium silicate and sodium carbonate in a molar ratio of 2:1. The previously calcined material was processed into 1×3 mm extruded parts at 15 bar.
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. The liquid mixture is drawn from a holding tank and fed overhead into the upright flow tube. In the upper tube section, above the fixed fixed bed, there is an installed electrode system that can be set under direct current. The working voltage is selected in such a way that the measured current flow does not exceed 5 mA. An alternately working double filter unit is installed at the outlet of the flow column, which filters the flowing medium down to a particle size of 1 μm. The resulting equilibrium pressure should not exceed 8 bar. After reaching this limit pressure, the system automatically switches to the redundant filter system via a bypass, which enables the filter of the used cartridge to be changed.
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. The circulated liquid was pre-mixed in the pressureless storage tank, with the individual components being fed in via separate lines equipped with flow meters. The components are fed according to the specified mixing ratios in such a way that the filling level of the storage vessel is kept constant. In this way, the decrease in volume can be compensated for by continuous removal via a discharge valve downstream of the filter, and continuous operation of the system can be maintained. The stationary total volume of the mixture ensures that the system is always filled with liquid on the pressure side and that the circulating pump runs dry at all times.
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 15The continuous removal of the mixture is adapted to the required average residence time of the material system in the apparatus. According to the analytical findings the average residence time for this apparatus configuration is at least 15
Stunden bei Prozesstemperatur von 30-32°C und einen Systemdruck von 5-8 bar. Hours at a process temperature of 30-32°C and a system pressure of 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. The liquid system consists of SME (soya oil methyl ester) and a mixture of bioethanol, isobutanol and 2-ethylhexanol in a molar ratio of 2:1:1 of the alcohols to one another and a molar ratio of SME:alcohol of 1:16, with an average molar mass of 290 g for SME /mol is highlighted. As already described above, the components were metered into the storage vessel and internally continuously distributed homogeneously by a centrifugal pump into the mixture already present there. The fuel additive or activator produced according to the invention was used in a heavy oil mixture (HFO) which is used as fuel for firing stationary burners in an ore processing and pre-drying plant. For this purpose, the activator was continuously mixed into the fuel supplied to the burner system by means of a fine dosing pump using a static mixer under pressure. The dosing rate of the proportioning pump was linked to the feed pump of the base fuel and adjusted to a proportioning ratio (v/v) of 20000:1 (fuel/activator).
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
Figure imgf000019_0002
The testing of the activator with regard to fuel savings was carried out as a randomized double-blind study on three different heavy oil burner systems (rotary kilns for drying and calcination) over a test period of several weeks and statistically evaluated. The control parameters of the systems are the entry and exit moisture of the drying material. The evaluation and calculation of the results included the mass balance determination of the total throughput (raw ore), the calculated amount of water (mass loss through evaporation/drying) and the gravimetrically determined fuel consumption. The table below shows the summary of the results, whereby the determined efficiency results from the fuel saving rate and the change (increase) in the system throughput based on the water balance (degree of drying). The operating hours for the individual tests are noted in the "Run" column (measuring campaign). For the measurement campaigns without an activator, the efficiencies determined were set to 100% in the standard. Run Fuel Furnace no. I system consumption
Figure imgf000019_0002
Testzeit ohne mit ohne mit ohne mitTest time without with without with without with
Aktivator Aktivator Aktivator Aktivator Aktivator Aktivator
Figure imgf000019_0001
Activator Activator Activator Activator Activator Activator
Figure imgf000019_0001
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). In addition to fuel savings, these test series resulted in average throughput increases of 7.2% (Annex 1), 11.8% (Annex II) and 6.7% (Annex 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 These explained examples are to be shown schematically for the case of a continuously carried out treatment in an electric field and subsequent contacting on a bed of mineral compounds according to the technology according to the invention. List of reference signs
1 Puffer/ Mischbehälter 1 buffer/mixing tank
2 Umwälzpumpe 2 circulation pump
3 Reaktionsanordnung 3 reaction arrangement
4 Gleichspannungsquelle4 DC voltage source
5 Adsorptionsfestbett 5 adsorption fixed bed
6 Filter 6 filters

Claims

Patentansprüche patent claims
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. 1 . Process for the production of a fuel additive for fossil and biogenic fuels by treating aliphatic or naphthenic hydrocarbons in the molar mass range C1 -C8 and their oxygenates of the ester, ether, ketone or carboxylic acid type and/or mixtures thereof, characterized in that the starting material or starting material mixture electrical DC voltage field with a minimum residence time of 1 h and the contact of adsorbents from the class of carbonates, oxides, silicates or anhydrites of elements of the alkali or alkaline earth group in a flow-through fixed bed.
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 2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrocarbons are subjected to a forced flow treatment in a stationary or fluidized fixed bed of inorganic minerals or mixtures thereof
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. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the treatment of the starting material in the fixed bed (5) takes place in a pressure range of 1-8 bar, preferably in a pressure range of 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. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the treatment of the starting material takes place in a fixed bed at a temperature of 15-40°C, preferably at 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. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that flow conditions are maintained, which are characterized by Reynolds numbers 100 to 3500, but preferably by Reynolds numbers 200-300.
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. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the oxygen introduced via oxygenates is in a molar ratio to the organically bound carbon of the liquid component in a ratio of 1:100 to 1:300, but preferably 1:200.
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. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the residence time in the DC voltage field is between 1 and 28 hours, but preferably between 6 and 8 hours.
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. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the mixture presented as a heterogeneous component in the fixed bed is introduced both as a stationary fixed bed and as an agitated or fluidized fixed bed.
9. Kraftstoffzusatz, hergestellt nach einem Verfahren gemäss der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kraftstoffaktivator ist. 9. Fuel additive produced by a method according to claims 1 to 8, characterized in that it is a fuel activator.
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. 10. Fuel additive according to Claim 9, characterized in that aliphatic, straight or branched chain, mono- or polyunsaturated C2-C18 hydrocarbons of the alkane, alkene or alkyne type in the molar mass range 60 to 900 g/mol or their oxygenates in Form of ketones, esters, ethers or alcohols or mixtures and substances containing such, preferably mixtures of one or more primary, secondary or tertiary C1 -C8 monoalcohols, the proportion of the alcohol component being between 5 and 95%, but in particular between 70 -90%, excluding aromatic hydrocarbons or their oxygen derivatives.
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. 11 . Fuel additive according to Claim 9 or 10, characterized in that it is to be distributed in the fuel matrix in a concentration of 10 to 200 ppm, but preferably in the concentration range of 30-60 ppm.
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. 12. Plant for the production of a fuel additive according to one of claims 9 to 11, characterized in that it has at least one mixing tank (1) and a circulation pump (2), followed by an adsorption column (3) with a perforated bottom (5) and an upstream DC voltage module (4) includes.
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. 13. Plant according to claim 12, characterized in that it has at least one section through which the mixture of substances flows, which is equipped with the DC voltage module (4), which has electrodes, in such a way that the orientation of the field lines of an applied DC voltage field is at right angles to the media flow and the applied voltage induces a maximum current flow of 5 mA.
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. 14. Plant according to claim 12 or 13, characterized in that the bed on the sieve bottom (5) and forming the fixed bed consists of pellets or granules produced under pressure, which consist of at least one oxide or carbonate or silicate of the metals of the first or second main group or mixtures of these, in particular the metals of the second main group and preferably magnesium or calcium compounds or mixtures of both are provided, which are calcined before compression and have a maximum water content of 0.05%, but preferably a maximum of 0.02% or have less.
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