DE1095584B - Treibstoff fuer Flugzeuggasturbinen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Kohlenwasserstofftreibstoffe für Flugzeuggasturbinen, die eine verminderte Neigung zur Bildung kohleartiger Ablagerungen bei höheren Temperaturen aufweisen.

Flugzeuggasturbinen werden gegenwärtig mit raffinierten Kohlenwasserstofftreibstoffen vom Siedebereich des Benzins und/oder Leuchtöls, z. B. vom Siedebereich innerhalb der Grenzen von 38 bis 315° C, insbesondere von 140 bis 315° C, betrieben. Zu den typischen Normvorschriften für derartige Treibstoffe gehört ein Reid-Dampfdruck von etwa 0,14 bis 0,21 kg/cm² und ein Gefrierpunkt zwischen —60 und — 40° C. Diese Werte können aber auch höher oder niedriger liegen, um den Anforderungen an bestimmte Arbeitsbedingungen zu entsprechen. Die Kohlenwasserstoffreaktionen sind gesüßte Fraktionen, die durch praktisch vollständigen Schwefelentzug, z. B. durch extraktive Süßung mit Alkalilauge, erhalten werden. Besonders wichtig ist es, daß der Gesamtschwefelgehalt dieser Treibstoffe so niedrig wie möglich, z. B. unterhalb 0,4 Gewichtsprozent, und der Mercaptanschwefelgehalt unterhalb 0,001 Gewichtsprozent liegt. Zur Bildung von Harzabscheidüngen bei höheren Temperaturen der Größenordnung von 260° C genügen schon kleine Mengen Schwefel; diese Harzbildung ist vermutlich auf Oxydation durch in dem Treibstoff gelösten Sauerstoff zurückzuführen. Früher lagen die Treibstofftemperaturen in Flugzeuggasturbinenmotoren niedrig genug, um die Bildung schädlicher Ablagerungen in der Vorverbrennungsstufe des Treibstoffsystems zu vermeiden. Hochleistungsmotoren mit axialer Strömung arbeiten jedoch infolge der hohen Verdichtungsverhältnisse, des verhältnismäßig geringen Treibstoffverbrauchs und der Verwendung des Treibstoffs als »Wärmereservoir« bei so viel höheren Temperaturen, daß sich in einigen Fällen starke kohleartige Ablagerungen bilden können, die die normale Treibstoffverteilung beeinträchtigen.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die Neigung von Flugzeuggasturbinentreibstoffen zur Bildung kohleartiger Ablagerungen bei höheren Temperaturen durch die Anwesenheit von Naphthensäuren in Mengen von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der Treibstofffraktion, wirksam verhindert werden kann.

Der erfindungsgemäße Treibstoff für Flugzeuggasturbinen ist daher ein Treibstoff auf der Basis einer Kohlenwasserstofffraktion eines Siedebereichs innerhalb der Grenzen von 38 bis 315° C mit einem Gesamtschwefelgehalt von weniger als 0,4 Gewichtsprozent und einem Merkaptanschwefelgehalt unter 0,001 Gewichtsprozent, der durch einen Gehalt an Naphthensäuren von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent gekennzeichnet ist.

Treibstoff für Flugzeuggasturbinen
und Verfahren zur Herstellung desselben

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemedce, Berlin-Lichterfelde West,

und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 13. Januar 1958

Benjamin Thomas Fowler, Abingdon, Berkshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Wenn die Treibstofffraktion selbst Naphthensäuren enthält, wie es z. B. bei den aus naphthenischen Rohölen, wie den Golfküstenölen, den californisehen ölen oder den südamerikanischen Rohölen, z. B. den Tia-Juana-Rohölen, gewonnenen Treibstoffen der Fall ist, üben die in dem Rohöl enthaltenen Naphthensäuren eine die Bildung von Abscheidungen verhindernde Wirkung aus, und daher sind aus solchen naphthenischen Rohölen gewonnene Fraktionen besonders wertvoll als Treibstoffe für Flugzeuggasturbinen, vorausgesetzt, daß sie eine genügende Menge an Naphthensäuren enthalten.

Wenn eine naphthenische Fraktion mit alkalischen Mitteln behandelt wird, z. B. wenn die extraktive Süßung mit Hilfe alkalischer Lösungen, wie Natronlauge, ausgeführt wird, werden die in der Fraktion enthaltenen, aus dem Rohöl stammenden Naphthensäuren zusammen mit den Mercaptanen in Form von Naphthenaten bzw. Mercaptiden entfernt. Dies führt zu einem erheblichen Anstieg der Neigung zur Bildung von Abscheidungen bei höheren Temperaturen. Diese Wirkung ergibt sich aus dem folgenden Versuch, bei dem eine aus einem Tia-Juana-Rohöl gewonnene Kohlenwasserstofffraktion mit einem Siedebereich von 168 bis 316° C als öl »A« und eine ähnliche, 5 Minuten

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mit 10 Volumprozent Natronlauge von 10° Be behandelte Fraktion als öl »Β« bezeichnet wurde.

Die beiden öle »Α« und »Β« wurden dann gemäß der CFR-Treibstoffverkokungsprüfung bei zwei verschiedenen Temperaturen bewertet.

Bei der CFR-Treibstoffverkokungsprüfung wird der zu untersuchende Treibstoff durch ein erhitztes Rohr und dann durch ein Filter geleitet, welches aus einem Sieb aus gesintertem, korrosionsbeständigem Stahl besteht. Die Prüfdauer beträgt 300 Minuten. Der Treibstoff wird unter einem Druck von 10,5 kg/cm² zugeführt, und es wird der Druckabfall an dem Filter gemessen. Je größer der Druckabfall ist, desto geringer ist die Bewertung des Treibstoffes, die von 500 bei einem Druckabfall von 0 bis 0 bei einem Druckabfall von 63,5 cm Hg reicht.

Diese Versuche führen zu folgenden Ergebnissen:

öl A, Bewertung
öl B, Bewertung

Temperatur bei der
Treibstoffverkokung, ⁰C 149 bis 204 204 bis 260

800
870

770
110

Hieraus ersieht man, daß das unbehandelte Produkt seine Gütebewertung bei höheren Temperaturen im wesentlichen beibehält, während das mit Alkalilauge extrahierte öl bei höheren Temperaturen eine sehr niedrige Bewertung ergibt. Außerdem ist die Menge der Ablagerungen in dem Vorerhitzerrohr bei Öl A nach 5 Stunden langem Betrieb nur etwas größer als bei öl B nach 1 stündigem Betrieb.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht daher in einem Verfahren zur Herstellung von Treibstoffen der oben angegebenen Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man aus einer aus einem naphthenischen Rohöl gewonnenen Fraktion eines Siedebereiches innerhalb der Grenzen von 38 bis 315° C mit Natronlauge die Mercaptane bis auf einen Gehalt von weniger als 0,001 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der Fraktion, an Merkaptanschwefel extrahiert, aus dem alkalischen Extrakt die Napthensäuren gewinnt und sie zu der extrahierten Fraktion in solcher Menge zusetzt, daß die extrahierte Fraktion 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent Naphthensäuren enthält.

Die Gewinnung der Naphthensäuren aus dem alkalischen Extrakt kann nach an sich bekannten chemischen Methoden erfolgen, z. B. durch Neutralisieren des alkalischen Extraktes mit einer Mineralsäure, wie Salzsäure, und Extrahieren der Naphthensäuren mit einem Extraktionsmittel, z. B. Äther.

Aus der USA.-Patentschrift 2 232 436 ist es bekannt, Treibstofffraktionen in der Weise zu raffinieren, daß man zunächst den Schwefelwasserstoff zusammen mit den leichtesten Kohlenwasserstoffen abdestilliert, dann die Naphthensäuren und Kresole mit schwacher Natronlauge auswäscht und schließlich die Mercaptane durch Behandeln mit starker Alkalilauge entfernt.

Gemäß der USA.-Patentschrift 2 216 968 werden Schmieröldestillaten naphthenischen Ursprungs durch Auswaschen mit verdünnter Alkalilauge die Naphthensäuren entzogen, um eine spätere Farbverschlechterung zu verhindern.

Die französische Patentschrift 827 345 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen schwach sauer reagierender Komponenten, wie z. B. Naphthensäuren, aus Kohlenwasserstoffen durch Auswaschen mit Alkalilauge, wobei das Lösungsvermögen der Alkalilauge durch Zusatz aliphati scher polarer Verbindungen erhöht wird.

Die auf die soeben erörterte französische Patentschrift bezügliche französische Zusatzpatentschrift 49 755 beschreibt ein ähnliches Verfahren, nach welchem der zum Auswaschen der Kohlenwasserstoffe zu verwendenden Alkalilauge das Natriumsalz einer Fettsäure mit 2 Kohlenstoffatomen oder ein Kaliumsalz einer Fettsäure mit 1, 2 oder 6 Kohlenstoffatomen zur Erhöhung des Lösungsvermögens zugesetzt wird.

Aus der USA.-Patentschrift 2 570 277 ist ein Verfahren zum Süßen von Kohlenwasserstofffraktionen bekannt, wonach die P'raktion, der die Merkaptane entzogen werden sollen, zunächst mit Alkalilauge gewaschen, dann die Alkalilauge abgetrennt und die Fraktion anschließend in einer zweiten Verfahrensstufe mit einer um 1 bis 3% schwächeren Alkalilauge unter Zusatz eines die Löslichkeit der Mercaptane erhöhenden Mittels gewaschen wird. Als Zusatzmittel zur Alkalilauge zwecks Erhöhung des Lösungsvermögens für Mercaptane werden unter anderem Naphthenr säuren empfohlen.

Die USA.-Patentschrift 2 084 575 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen von Mercaptanen aus Benzin ohne Umwandlung derselben in Disulfide durch Auswaschen mit einer Natronlauge, die Alkohol und mindestens 50% Erdölnaphthensäuren in Lösung enthält, um eine bessere Lösung der Mercaptane zu erzielen.

Die USA.-Patentschrift 2 773 806 beschreibt die Raffination von Kohlenwasserstoffen in der Dampfphase mit Hilfe von Alkalihydroxydlösungen, wodurch den Kohlenwasserstoffen unter anderem auch Naphthensäuren entzogen werden sollen. Nach diesem Verfahren werden die bei der Dampfphasenraffination sich in der Behandlungszone abscheidenden Kohleablagerungen durch Zirkulieren eines Gemisches von Öl. Alkalinaphthenat- und Alkalihydroxydlösungen durch die Behandlungszone entfernt.

Alle diese bekannten Verfahren führen zu Kohlenwasserstofffraktionen, die praktisch frei von Naphthensäure sind; denn es war bisher nicht erkannt worden, daß ein geringer Gehalt an Naphthensäuren im Bereich von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent die Neigung von Treibstoffen für Flugzeuggasturbinen zur Bildung kohleartiger Ablagerungen bei höheren Temperaturen wirksam verhindert.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient das folgende Beispiel, in welchem der Zusatz aus dem Alkaliextrakt des oben beschriebenen Öls B hergestellt wird. Dieser Extrakt wird mit Salzsäure neutralisiert und mit Petroläther extrahiert. Auf diese Weise werden aus 3,5 1 Alkalilauge 129g einer braunen, zähen Flüssigkeit erhalten. Dieser als »Extrakt A<- bezeichnete Extrakt wird mit dem öl C verschnitten, welches eine extrahierte Fraktion ähnlich dem öl B darstellt, und es werden weitere CFR-Treibstoffverkokungsprüfungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind die folgenden :

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	CFR-Ver- kokungsprüfung, Gütebewertung bei 204 bis 260° C
öl C	55 70 700
öl C + 0,075% Extrakt A öl C + 0,125% Extrakt A

Die Kennwerte des Öls C sind die folgenden:

Siedebereich, ⁰C 168 bis 316

Gesamtschwefel, Gewichtsprozent 0,22
Mercaptanschwefel, Gewichts-

prozent 0,00017

Gefrierpunkt, ⁰C —48

Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß ein extrahiertes öl, welches weniger als 0,1 Gewichtsprozent an extrahierten Sauren enthalt, nur eine geringe Verbesserung bezuglich der Neigung zur Bildung von Ablagerungen zeigt, wahrend die Anwesenheit von mehr als 0,1% Sauren eine sehr erhebliche Verbesserung zur Folge hat.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Treibstoff für Flugzeuggasturbinen auf der Basis einer Kohlenwasserstofffraktion eines Siede-

bereichs innerhalb der Grenzen von 38 bis 315° C ^m^ einem Gesamtschwefelgehalt von weniger als 0,4 Gewichtsprozent und einem Merkaptanschwefelgehalt unter 0,001 Gewichtsprozent, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Naphthensäuren von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamttreibstoff.

₂ Verfahren zur Herstellung von Treibstoffen _{nach Ans h} j _dadurch gekennzeichnet, daß _{m£m aug dner naphthenischen Ro}hölfraktion eines Siedebereichs innerhalb der Grenzen von 38 bis ₃₁₅o _{c die Merka}ptane mit Natronlauge in an sich bekannter Weise bis auf einen Gehalt von weniger _{als 0>001} Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der Fraktion an Merkaptanschwefel, extrahiert und dieser Fraktion die aus dem alkalisehen Extrakt isolierten Naphthensäuren zusetzt.