[0001] Die Erfindung betrifft Zündverbesserer für alkoholische Treibstoffe und alkoholische
Kraftstoffgemische, die für den Betrieb von Dieselmotoren verwendet werden können.
[0002] Methanol und Ethanol können nicht anstelle der mineralischen Kohlenwasserstoffe in
Dieselmotoren üblicher Bauart verwendet werden, da die Cetanzahl von Ethanol und Methanol
nur 8 bzw. 3 beträgt. Dieselmotoren benötigen jedoch für den störungsfreien Betrieb
einen Treibstoff mit einer Cetanzahl von mindestens 45 (DIN 51 601 ; Winnacker-Küchler,
Chemische Technologie, Band 3/I. 326 (1971)).
[0003] Zur Anhebung der Cetanzahl sind daher Zündverbesserer erforderlich. Für Treibstoffe
auf Basis von Methanol und Ethanol sind Alkyl- und Cycloalkylnitrate bekannt (DE-A-2
701 588, DE-A-20 39 609, Mineralogie Technik 80, 25 (4), 1 bis 12), deren Herstellung
jedoch aufwendig ist und die in Anwesenheit von Wasser hydrolysieren können. Hierbei
entsteht Salpetersäure, welche die Motoren durch Korrosion zerstört. Auch Salpetersäuresalze
von primären, sekundären und tertiären Aminen, wie z. B. Mono-, Di-und Triethylammonium-nitrat
sind als Zündverbesserer für Methanol und Ethanol bekannt (DE-A-29 09 565), jedoch
weisen auch sie korrosive Eigenschaften auf.
[0004] Aus der EP-A 0 071 134 sind Zündverbesserer für alkoholische Treibstoffe bekannt,
die Salpetersäureester von Mono- und/oder Polysacchariden, z. B. Nitrocellulose, enthalten.
Bei der Anwendung dieser Zündverbesserer in den kraftstofführenden Teilen der Motoren
bilden sich jedoch Filme aus Nitrocellulose an den Wandungen, die zu festen, verstopfend
wirkenden Rückständen führen können. Dieser Nachteil läßt sich durch den Zusatz von
weiteren Lösungsmitteln nicht befriedigend lösen.
[0005] Bei der Verwendung von Treibstoffen auf Alkoholbasis mit den in der EP-A 0 071 134
offenbarten Zündverbesserern treten außerdem Probleme auf, wenn sie mit konventionellen
Treibstoffen auf Mineralölbasis in Kontakt kommen. Durch die schlechtere Löslichkeit
dieser Zündverbesserer in Mineralöl bedingt, treten Ausfällungen des Zündverbesserers
auf, die ebenfalls zu einer Verstopfung des Motors führen.
[0006] Aus der US-A-4 298 352 ist die Verwendung von Polyoxyalkylenverbindungen zur Anhebung
der Cetanzahl von Treibstoffen auf Basis von Methanol bekannt.
[0007] Für die Anwendung in der Praxis ist die Kompatibilität von Treibstoffen auf Mineralölbasis
und Alkoholbasis jedoch besonders wichtig.
[0008] Es wurden erfindungsgemäß Zündverbesserer für alkoholische Treibstoffe für Verbrennungskraftmaschinen
gefunden, die Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 9 bis 14 % und Polyether
mit mindestens drei Ethylenoxideinheiten enthalten.
[0009] Die erfindungsgemäßen Zündverbesserer hinterlassen bei der Anwendung in den Motoren
keine Rückstände, die zu Verstopfungen führen. Sie sind völlig kompatibel gegenüber
Treibstoffen auf Mineralölbasis.
[0010] Für die erfindungsgemäßen Zündverbesserer wird Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt
von 10 bis 13 % bevorzugt.
[0011] Besonders bevorzugt sind Nitrocellulosen, welche die Viskosität des alkoholischen
Treibstoffes in möglichst geringem Maße erhöhen. Es werden daher erfindungsgemäß Nitrocellulosen
mit einer Eigenviskosität k von kleiner als 1 000, bevorzugt von 800 bis 200, besonders
vorteilhaft eingesetzt. Die Eigenviskosität der Nitrocellulose kann in an sich bekannter
Weise bestimmt werden (Fikentscher, Cellulosechemie 13, 58 (1932)).
[0012] Die Herstellung der Nitrocellulose für die erfindungsgemäßen Zündverbesserer ist
an sich bekannt (K. Fabel, Nitrocellulose-Herstellung und Eigenschaften, Enke Verlag,
Stuttgart (1950)). Sie kann beispielsweise hergestellt werden, indem sie in homogener
und/oder heterogener Phase mit Salpetersäure oder dessen Anhydrid in Anwesenheit von
wasserziehenden Mitteln wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Phosphorpentoxid oder Essigsäureanhydrid
umgesetzt wird. Der Nitrierungsgrad kann durch die Menge und Konzentration der Salpetersäure
bzw. der wasserentziehenden Zusätze beliebig gesteuert werden.
[0013] Für die erfindungsgemäßen Zündverbesserer werden Polyether mit mindestens drei Ethylenoxideinheiten,
bevorzugt 4 bis 100 Ethylenoxideinheiten, eingesetzt. Erfindungsgemäß werden Polyether
bevorzugt, die durch Umsetzung von Verbindungen, die mindestens eine OH- und/oder
NH-Gruppe aufweisen, mit Ethylenoxid in an sich bekannter Weise hergestellt werden.
Es ist selbstverständlich möglich und gegebenenfalls auch technisch zweckmäßig Polyether
mit verschiedenen Ethoxylierungsgraden und verschiedenen OH- und NH-Verbindungen einzusetzen.
Die Polyether können außer den erfindungsgemäßen Ethylenoxideinheiten auch weiter
Alkylenoxideinheiten, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Propylenoxideinheiten, bezogen auf eine
Ethylenoxideinheit, enthalten.
[0014] Als Verbindungen, die eine OH-Gruppe aufweisen, seien bevorzugt Verbindungen der
Formel
in der R' Wasserstoff oder gegebenenfalls durch Hydroxy oder Amino substituiertes
Alkyl bedeutet, genannt.
[0015] Als Verbindungen, die eine NH-Gruppe aufweisen, seien bevorzugt Verbindungen der
Formel
in der R
2 und R
3 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder gegebenenfalls durch Hydroxy oder
Amino substituiertes Alkyl bedeuten, genannt.
[0016] Alkyl steht hierbei im allgemeinen für einen geradkettigen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Beispielsweise seien die folgenden Alkylreste genannt
: Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Pentyl, Isopentyl, Hexyl und
Isohexyl.
[0017] Für den Fall, daß die Verbindungen mit mindestens einer OH- oder NH-Gruppe durch
weitere Hydroxyaminogruppen substituiert sind, werden Verbindungen mit 1 bis 5, bevorzugt
1 oder 2, Hydroxy und/oder Aminogruppen bevorzugt.
[0018] Beispiele für Verbindungen mit einer OH- und/oder NH-Gruppe sind Wasser, Mono- und
Polyole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Amylalkohol, Ethylenglykol, Propylenglykol,
Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, und stickstoffhaltige Verbindungen wie
Ammoniak, Ethanolamin, Triethanolamin und Dimethylethanolamin. Als Startermoleküle
für die Ethylenoxidanlagerung sind auch Gemische dieser Verbindungen einsetzbar. Besonders
bevorzugt als Starter sind Wasser und niedere Mono- und Polyole.
[0019] Die Konzentrate enthalten im allgemeinen 15 bis 60 Gew.-Teile an Nitrocellulose und
20 bis 70 Gew.-Teile an Polyether. Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Zündverbesserer
20 bis 50 Gew.-Teile an Nitrocellulose und 30 bis 60 Gew.-Teile an Polyether.
[0020] Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Zündverbesserer noch andere, an sich
bekannte Zusätze enthalten. Insbesondere zu nennen ist hier die Mitverwendung von
weiteren, an sich bekannten Zündverbesserern, sowie der Zusatz von Komponenten, die
für eine dieselmotorische Verbrennung geeignet sind, wie z. B. Propylenoxidpolyether,
Fettalkohole, Fettsäureester, Dieselöl und pflanzliche Öle wie Soja-, Rizinus- oder
Tallöl. Der Zusatz von Detergentien und Starthilfen ist ebenfalls möglich.
[0021] Die die erfindungsgemäßen Zündverbesserer enthaltenden Treibstoffe können direkt
aus den Einzelkomponenten, d. h. Nitrocellulose, Polyether und Alkohol hergestellt
werden. Bevorzugt ist jedoch die Herstellung eines aus diesen Komponenten bestehenden
Konzentrates, welches dann mit Alkohol soweit zu verdünnen ist, daß die Konzentration
des erfindungsgemäßen Zündverbesserers die einwandfreie Lauffähigkeit eines Motors
gewährleistet.
[0022] Die erfindungsgemäßen Zündverbesserer können als Zusatz zu alkoholischen Kraftstoffen
verwendet werden.
[0023] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Kraftstoffgemische, die Alkohol und
einen Zündverbesserer, der Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 9 bis 14
% und einen Polyether mit mindestens drei Ethylenoxideinheiten enthält, enthalten.
Die erfindungsgemäßen Kraftstoffgemische sind geeignet für den Betrieb von Dieselmotoren,
insbesondere Fahrzeugdieselmotoren und solchen, die ähnliche Anforderungen an den
Kraftstoff stellen.
[0024] Alkohol ist erfindungsgemäß ein niederer aliphatischer Alkohol mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
Insbesondere bevorzugt ist hier Methanol und/oder Ethanol. Die Alkohole können gegebenenfalls
bis zu 10 Gew.-% Wasser enthalten. So kann beispielsweise Ethanol verwendet werden,
das durch Gärung gewonnen wird, und dabei als Azeotrop mit 4,5 % Wasser anfällt.
[0025] Die Konzentration der Nitrocellulose in den erfindungsgemäßen Treibstoffgemischen
ist abhängig von der zu erreichenden Cetanzahl. Für einen störungsfreien Betrieb in
einem konventionellen Dieselmotor sind Konzentrationen von 2 bis 12 Gew.-%, bevorzugt
4 bis 8 Gew.-% bevorzugt.
[0026] Die Konzentration des Polyethers in den erfindungsgemäßen Kraftstoffgemischen richtet
sich nach der Konzentration der Nitrocellulose, ihrem k-Wert und der gewünschten Konsistenz
des Rückstandes nach Verflüchtigung des Alkohols. Bei den erfindungsgemäßen Kraftstoffgemischen
soll das Verhältnis von Nitrocellulose zu Polyether von 1 : 0,2 bis 1 : 2,0 betragen.
Vorzugsweise beträgt es 1 : 0,5 bis 1 : 1,5, besonders bevorzugt 1 : 0,8 bis 1 : 1,2.
[0027] Man setzt im allgemeinen 3 bis 20 Gew.-Teile, bevorzugt 6 bis 15 Gew.-Teile des erfindungsgemäßen
Zündverbesserers bezogen auf den Alkohol ein.
[0028] Die Verwendung von Polyethern mit mindestens drei Ethylenoxideinheiten ist besonders
vorteilhaft, da diese Produkte gleichzeitig auch als Phlegmatisierungsmittel für die
Nitrocellulose dienen. So kann die Nitrocellulose sofort nach der Herstellung mit
den Polyethern vermischt werden und es ist somit ausgeschlossen, daß es während des
Transportes der als Zündverbesserer einzusetzenden Nitrocellulose oder nach Verdunsten
der Alkoholkomponente zu Verpuffungen oder Explosionen kommt. Ein weiterer vorteilhafter
Aspekt der Mitverwendung von Ethylenoxidpolyethern ist ihre Schmierwirkung, die besonders
wichtig ist, da niedere Alkohole im Gegensatz zu konventionellem Dieselöl keine selbstschmierende
Wirkung besitzen.
[0029] Es ist besonders überraschend, daß nur Ethylenoxidpolyether mit mindestens drei Ethylenoxideinheiten
vorteilhaft in Zündverbesserern eingesetzt werden können, da niedere, ebenfalls bei
Raumtemperatur nicht flüchtige Homologe dieser Verbindungsklasse, wie z. B. Ethylengkykol
oder Diethylenglykol, nicht geeignet sind, wenn sie vergleichbar angewendet werden.
Überraschend ist auch die Tatsache, daß die mit den Ethylenoxidpolyethern strukturell
eng verwandten Propylenoxidpolyether die Filmbildungstendenz bei gewichtsmäßig äquivalentem
Einsatz nicht unterdrücken, auch wenn sie drei oder mehr Propylenoxideinheiten aufweisen.
Auch die für die Nitrocellulosen im Lackbereich verwendeten Weichmacher, wie z. B.
Phthalsäureester von Butanol und 2-Ethylhexanol zeigel ebenfalls eine schlechte Wirksamkeit.
Beispiel 1
Herstellung einer Treibstoffmischung auf Basis Ethanol
Ausführungsform A - Direkte Herstellung
[0030] 8 Teile einer handelsüblichen Nitrocellulose (Stickstoffgehalt zwischen 10,0 und
11,5, k-Wert = 400) und 12,5 Teile eines Homologengemisches eines auf Wasser gestarteten
Ethylenoxidpolyethers mit 4 bis 13 Ethylenoxideinheiten werden mit 80 Teilen 96 %igem
Ethanol 15 Min. bei Raumtemperatur gerührt. Man erhält eine klare farblose Lösung.
Ausführungsform B - Herstellung eines Konzentrats
[0031] 24 Teile der Nitrocellulose und 37,5 Teile des Polyethers aus Ausführungsform A werden
mit 38 Teilen 96 %igem Ethanols bis zum Erhalt einer klaren, gelblichen Lösung gerührt.
Das Konzentrat weist bei 25 °C eine Viskosität von 4 000 mPa - s (cp) auf. Um die
in Ausführungsform A beschriebene Mischung zu erhalten, muß ein Teil des Konzentrats
mit zwei Teilen Ethanol verdünnt werden. Ein Konzentrat, welches mit drei Teilen Ethanol
verdünnt werden muß, um zu dem Gemisch der Ausführungsform A zu gelangen, wird hergestellt
aus 32 Teilen Nitrocellulose, 50 Teilen Polyether und 18 Teilen Ethanol. Es weist
bei 25 °C eine Viskosität von 60 000 mPa - s (cp) auf.
Beispiel 2
Herstellung einer Treibstoffmischung auf Basis Methanol
[0032] 8 Teile einer handelsüblichen Nitrocellulose (Stickstoffgehalt zwischen 10,0 und
11,5 %, k-Wert 450) werden mit 12 Teilen eines auf Trimethylolpropan gestarteten Ethylenoxidpolyethers
eines Molekulargewichts von 700 und 80 Teilen Methanol 15 Minuten bei Raumtemperatur
gerührt. Man erhält eine klare, farblose Lösung.
Beispiel 3
Prüfung auf Rückstandbildung
[0033] Eine alkoholische Lösung, bei der das Verhältnis von der in Beispiel 1 verwendeten
Nitrocellulose zu eingesetztem Hilfsstoff 1 1,5 beträgt, wird auf einer Glasplatte
verstrichen. Man läßt den Alkohol vollständig verdampfen und prüft den Rückstand in
seiner Konsistenz.
[0034] Die Beispiele zeigen, daß nur bei Verwendung der erfindungsgemäß einzusetzenden Ethylenoxidpolyether
mit mindestens drei Ethylenoxideinheiten die verbleibenden Rückstände den Charakter
einer hochviskosen Flüssigkeit mit z. T. noch schmierender Wirkung aufweisen. Alle
anderen Substanzen bewirken bei gewichtsmäßig äquivalentem Einsatz Rückstände, welche
nach Verdunsten des Treibstoffs bei beweglichen Teilen, z. B. in der Einspritzpumpe,
Störungen hervorrufen würden.
Beispiel 4
Überprüfung der Lauffähigkeit einer Treibstoffmischung auf Basis 96 %igem Ethanols
[0035] In einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung wird die in Beispiel 1 beschriebene Treibstoffmischung
eingesetzt, wobei entsprechend dem geringeren Heizwert der Mischung gegenüber konventionellen
Dieseltreibstoff die 1,4-fache Menge eingespritzt wird. Man erhält eine gute Lauffähigkeit
des Dieselmotors mit einem dem konventionellen Dieseltreibstoff identischen Zündverzug.
Die Lauffähigkeit des Motors ist auch dann noch gegeben, wenn die Konzentration der
Nitrocellulose auf 6 % herabgesetzt wird.
Beispiel 5
Überprüfung der Lauffähigkeit einer Treibstoffmischung auf Basis Methanol
[0036] In einem Vorkammerdieselmotor wird die in Beispiel 2 beschriebene Treibstoffmischung
eingesetzt, wobei entsprechend des geringeren Heizwertes der Mischung die doppelte
Menge Treibstoff eingespritzt wird. Man erhält eine gute Lauffähigkeit des Dieselmotors
mit einem dem konventionellen Dieseltreibstoff identischen Zündverzug. Die Lauffähigkeit
des Motors ist auch dann noch gegeben, wenn die Konzentration der Nitrocellulose auf
5 % herabgesetzt wird.
Beispiel 6
Überprüfung der Lauffähigkeit einer Treibstoffmischung auf Basis Methanol
[0037] Eine Treibstoffmischung bestehend aus 6 Teilen einer Nitrocellulose eines k-Wertes
von 460, 6 Teilen eines Homologengemisches eines auf Wasser gestarteten Ethylenoxidpolyethers
mit durchschnittlich 8 Ethylenoxideinheiten und 88 Teilen Methanol werden in einem
direkt einspritzenden Dieselmotor eingesetzt, wobei entsprechend dem geringerem Heizwert
der Mischung die doppelte Menge Treibstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoff auf Mineralölbasis
eingesetzt wird. Man erhält in allen Drehzahlbereichen eine gute Lauffähigkeit, wobei
der Zündverzug der erfindungsgemäßen Mischung mit dem eines konventionellen Dieseltreibstoffes
einer Cetanzahl von 51 identisch ist.
Beispiel 7
Kompatibilität einer Treibstoffmischung mit konventionellem Dieseltreibstoff
[0038] Gleiche Teile der in Beispiel 1 beschriebenen Treibstoffmischung und von konventionellem
Dieseltreibstoff werden unter Einwirkung von Scherkräften in eine Emulsion umgewandelt.
Die Emulsion trennt sich innerhalb von 1 Stunde unter Ausbildung der Ausgangsphasen.
Trübungen oder Ausfällungen werden nicht beobachtet.
1. Zündverbesserer für alkoholische Treibstoffe für Verbrennungskraftmaschinen, enthaltend
Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 9 bis 14 % und Polyether mit mindestens
drei Ethylenoxideinheiten.
2. Zündverbesserer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrocellulose
eine Eigenviskosität k von < 1 000 aufweist.
3. Zündverbesserer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrocellulose
eine Eigenviskosität im Bereich von 800 bis 200 aufweist.
4. Zündverbesserer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyether
4 bis 100 Ethylenoxideinheiten aufweisen.
5. Zündverbesserer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als
Konzentrat mit 15 bis 60 Gew: Teilen Nitrocellulose und 20 bis 70 Gew.-Teilen an Polyether
eingesetzt wird.
6. Verwendung eines Zündverbesserers, der Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt
von 9 bis 14 % und Polyether mit mindestens 3 Ethylenoxideinheiten enthält, als Zusatz
zu alkoholischen Treibstoffen.
7. Kraftstoffgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß es Alkohol und einen Zündverbesserer,
der aus Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 9 bis 14 % und Polyether mit
mindestens drei Ethylenoxideinheiten besteht, enthält.
8. Kraftstoffgemisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es 3 bis 20 Gew.-Teile
des Zündverbesserers bezogen auf Alkohol enthält.
9. Verwendung eines Kraftstoffgemisches nach Ansprüchen 7 und 8 für den Betrieb von
Dieselmotoren.
1. Ignition improver for alcoholic fuels for internal combustion engines, containing
nitrocellulose with a nitrogen content of 9 to 14% and polyethers with at least three
ethylene oxide units.
2. Ignition improver according to Claim 1, characterised in that the nitrocellulose
has an intrinsic viscosity k of < 1 000.
3. Ignition improver according to Claims 1 and 2, characterised in that the nitrocellulose
has an intrinsic viscosity in the range from 800 to 200.
4. Ignition improver according to Claims 1 to 3, characterised in that the polyethers
have 4 to 100 ethylene oxide units.
5. Ignition improver according to Claims 1 to 4, characterised in that it is employed
as a concentrate containing 15 to 60 parts by weight of nitrocellulose and 20 to 70
parts by weight of polyether.
6. Use of an ignition improver which contains nitrocellulose with a nitrogen content
of 9 to 14 % and polyethers with at least three ethylene oxide units, as an additive
for alcoholic fuels.
7. Fuel mixture, characterised in that it contains alcohol and an ignition improver,
which consists of nitrocellulose with a nitrogen content of 9 to 14 % and polyether
with at least three ethylene oxide units.
8. Fuel mixture according to Claim 7, characterised in that it contains 3 to 20 parts
by weight of the ignition improver, based on the alcohol.
9. Use of a fuel mixture according to Claims 7 and 8 for the operation of diesel engines.
1. Additif d'allumage pour carburants alcooliques destinés à des moteurs à combustion
interne, cet additif contenant de la nitrocellulose ayant une teneur en azote de 9
à 14 %, ainsi que des polyéthers comportant au moins trois motifs d'oxyde d'éthylène.
2. Additif d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nitrocellulose
a une viscosité inhérente k inférieure à 1 000.
3. Additif d'allumage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la nitrocellulose
a une viscosité inhérente se situant dans l'intervalle allant de 800 à 200.
4. Additif d'allumage selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les polyéthers
comportent 4 à 100 motifs d'oxyde d'éthylène.
5. Additif d'allumage selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est
utilisé sous forme d'un concentrat comportant 15 à 60 parties en poids de nitrocellulose
et 20 à 70 parties en poids de polyéthers.
6. Utilisation d'un additif d'allumage contenant de la nitrocellulose ayant une teneur
en azote de 9 à 14 %, ainsi que des polyéthers comportant au moins 3 motifs d'oxyde
d'éthylène, additif que l'on ajoute à des carburants alcooliques.
7. Mélange de carburants, caractérisé en ce qu'il contient un alcool et un additif
d'allumage constitué de nitrocellulose ayant une teneur en azote de 9 à 14 %, ainsi
que des polyéthers comportant au moins trois motifs d'oxyde d'éthylène.
8. Mélange de carburants selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il contient
3 à 20 parties en poids de l'additif d'allumage, rapporté à l'alcool.
9. Utilisation d'un mélange de carburants selon les revendications 7 et 8 pour le
fonctionnement des moteurs diesel.