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Motorkraftstoff auf der Grundlage von katalytischem Reformat . Benzinfraktionen
von niedriger Oktanzahl werden durch katalytische Reformierung in Produkte höherer
Oktanzahl übergeführt.
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Bei der Verwendung von katalytischem Reformat als Motorkraftstoff
macht sich eine motorische Erscheinung merkbar, die als Oktanabwertung, richtiger
Oktanzahlabwertung, bezeichnet wird. Die Oktanzahlabwertung stellt die Differenz
zwischen Research-Oktanzahl und Straßen-Oktanzahl dar (R O Z-S O Z). Die R O Z wird
im stationären CFR-Motor nach der ASTM-Methode D 908/51, die S O Z in einem handelsüblichen
Personenwagen nach der modifizierten Uniontown-Methode bestimmt.
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Die Erscheinung der Oktanzahlabwertung besteht darin, daß ein katalytisches
Reformat als Motorkraftstoff beim Beschleunigen des Kraftwagens zum Klopfen neigt.
Dieses Verhalten des Reformats war zunächst nicht ohne weiteres verständlich, weil
es eine ausreichende CFR-Research-Oktanzahl besitzt.
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Untersuchungen haben zu der Feststellung geführt, daß eine ungleichmäßige
Verteilung der Oktanzahl über den Siedebereich des Reformats die Ursache für dieses
Verhalten ist. Diese ungleichmäßige Verteilung der Oktanzahl ist für katalytische
Reformate charakteristisch, wobei deren unter etwa 100°C siedende Anteile eine ROZ
etwa zwischen 70 und 80 und deren über etwa 100°C siedende Anteile eine ROZ von
100 und mehr besitzen. Beim Beschleunigen des Kraftwagens gelangt nun vorwiegend
der niedersiedende, d. h. niederoktanige Anteil des Kraftstoffs in die Motorenzylinder
und kann dort beträchtliches Klopfen bewirken.
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Ein gutes, klopffreies Straßenverhalten wird nur durch ein möglichst
gleichmäßiges Oktanzahlniveau gewährleistet. Der Beseitigung der Oktanzahlabwertung
und damit dem Ausgleich der Oktanzahlverteilung dient vorliegende Erfindung.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde Die sehr hohe
Oktanzahl des katalytischen Reformau, besonders der Fraktion des oberen Siedebereichs
(Rückstandsfraktion), kommt bei der Beschleunigung und somit bei der Messung nach
der modifizierten Uniontown-Methode nicht zum Tragen. Dagegen wird durch die sie
Research-Oktanzahl, die als Basis zur Klopffestigkeitsbeurteilung von Kraftstoffen
benutzt wird, stark beeinflußt. Das Ziel der Erfindung liegt darin, die Höhe der
zur Klopffestigkeitsbeurteilung dienenden Research-Oktanzahl durch Herabsetzung
der Klopffestigkeit der schwerflüchtigen Anteile des katalytischen Reformats abzusenken
und außerdem das Straßenverhalten des Kraftstoffs zu verbessern.
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Zur Verbesserung des motorischen Verhaltens von katalytischem Reformat
liegt der Zusatz von niedersiedenden hochoktanigen Produkten nahe. Die Gewinnung
solcher Produkte ist jedoch an das Vorhandensein einer Crackanlage in der Raffinerie
bzw. von Anlagen zur Isomerisation, Alkylierung oder Polymerisation gasförmiger
Kohlenwasserstoffe gebunden, die beim Cracken von im Gasölbereich siedenden Fraktionen
entstehen.
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Neue Raffinerien werden vielfach ohne Crackanlagen erstellt, weil
die Ausgangsstoffe für Crackprozesse, nämlich Fraktionen vom Gasölcharakter, nicht
mehr zur Erzeugung von Motorkraftstoff durch Cracken zur Verfügung stehen, sondern
als solche zur Verwendung als Dieselkraftstoff oder Heizöl eingesetzt werden. Für
derartige Raffinerien besteht also nicht mehr die Möglichkeit, die Oktanzahl katalytischer
Reformate durch niedersiedende hochoktanige Produkte zu erhöhen.
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Wenn kein niedersiedendes hochoktaniges Benzin aus Crack-, Isomerisationsverfahren
usw. zur Verfügung steht, könnte man an sich auf Motorenbenzol zurückgreifen; bekanntlich
ist nun aber Motorenbenzol nur in beschränkten Mengen verfügbar, da seine Erzeugung
weitgehend von der Stahlproduktion des betreffenden Landes abhängig ist.
Mithin
besteht ein Bedürfnis nach andergearteten Mischkomponenten zur Verminderung der
Oktanzahlabwertung, die in Raffinerien zur Verfügung stehen.
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Es wurde nun gefunden, daß die Oktanzahlabwertung von katalytischem
Reformat vermindert wird, wenn dieses etwa 2 - bis 20 -Volumprozent, bezogen auf
den Gesamtkraftstoff, hochsiedendes niedrigoktanigesDestillatbenzin(Schwerbenzin)enthält,
dessen Siedebereich zwischen etwa 80 .und 200°C, vorzugsweise zwischen etwa 140
und 180°C liegt.
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Es ist durchaus überraschend, daß es auf diesem Wege gelingt, eine
Vernünderung der Oktanzahlabwertung zu erreichen.
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Vorzugsweise verwendet man ein Schwerbenzin, das möglichst arm an
Schwefelverbindungen ist; zu diesem Zweck wird das Schwerbenzin z. B. gesüßt oder
anderweitig nachbehandelt.
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In folgendem werden die Eigenschaften eines gesüßten Destillatschwerbenzins
aus Aramco-Rohöl mitgeteilt Dichte bei 150C . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,770
ASTM-Destillation: S. B. ................... ..... 140°C 10-Volumprozent-Punkt .
. . . . . . . 153'C 50-Volumprozent-Punkt . . . . . . . . 164'C 90-Volumprozent-Punkt
........ 176°C S. E. ......................... 183°C ROZ .........................
22 Wenn man 4 Volumprozent dieses Schwerbenzins einem katalytischen Reformat zusetzt,
wird die ROZ der Rückstandsfraktion des Reformats von 110 auf 97 bis 98 und damit
auf den Durchschnitt der ROZ des gesamten Kraftstoffs herabgesetzt.
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Die Wirkung ist noch vorteilhafter, wenn neben Schwerbenzin noch Motorenbenzol
oder Butan zugesetzt wird; die Oktanzahlabwertung wird dann unter Umständen negativ
d. h. zu einer Oktanzahlaufwertung, die sich darin zeigt, daß jetzt die SOZ höher
liegt als die ROZ.
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Für die Versuche, die in Tabelle I mitgeteilt sind, werden durchweg
die SOZ und die Oktanzahlabwertung an dem Klopfverhalten beim Modified Uniontown-Test
in einem Mercedes-Benz 190 (Verdichtung 1 :8,75) als einem typischen Vertreter für
deutsche Kraftwagen, welche mit Premium-Kraftstoff betrieben werden, beurteilt.
| Tabelle I |
| Wirkung von Schwerbenzin auf die Oktanzahl- |
| abwertung |
| Bestandteile in Volumprozent |
| Ver- I Destil- 1 i |
| Ab, |
| such _i lat- I Mo- ROZ SOZ wertung |
| Nr. Rmatr schwer- Butan toren |
| benzin f benzol imMercedes-Benz190 |
| 1 100 - - - 99,2 97,8 1,4 |
| 2 96 4 - - 97,3 96,5 0,8 |
| 3 90 10 - - 94,5 95,8 -1,3 |
| 4 90 4 6 - 96,9 97,4 -0,5 |
| 5 84 4 4 8 97,7 98,4 -0,7 |
| 6 96 - 4 - 98,6 98,2 1 0,4 |
Die Eigenschaften des verwendeten Reformats sind folgende: Dichte bei 15°C . . .
. . . . . . . . . . . . . . 0,777 ASTM-Destillation S. B.-:........................
35°C 5-Volumprozent-Punkt ........ 47°C 50-Volumprozent-Punkt ........ 109°C 95-Volumprozent-Punkt
. . . . . . . . 148'C S. E. ......................... 160°C ROZ .........................
99,3 Als Schwerbenzin diente das obenerwähnte, aus Aramco-Rohöl erhaltene Destillatschwerbenzin.
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Aus den Versuchen der Tabelle I geht die oktanzahlaufweriende Wirkung
des hochsiedenden Benzinzusatzes deutlich hervor; diese Wirkung wird durch zusätzliche
Beimischung von hochoktanigen Produkten, wie Butan und bzw. oder Motorenbenzol,
verstärkt. Ein Zusatz von 10 Volumprozent Destillatschwerbenzin gemäß Versuch 3
zeitigt bereits eine negative Abwertung, d. h. Aufwertung.
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Höhere Zusätze von Schwerbenzin sind besonders für normalen Kraftstoff
(Regelkraftstoff) von Bedeutung, weil man dann gleichzeitig beträchtliche Mengen
von Destillatleichtbenzin mitverwenden kann, für das augenblicklich in vielen Ländern
kein Absatz besteht. Das Destillatleichtbenzin hat einen Siedebereich bis 120°C.
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Ein Beispiel für einen Kraftstoff, dessen Mischkomponenten das oben
aufgeführte Reformat, ein Destillatleichtbenzin der ROZ 65 und das oben aufgeführte
Destillatschwerbenzin sind, ist in Tabelle II gezeigt. Sowohl das Leichtbenzin als
auch das Schwerbenzin stammen aus Aramco-Rohöl. Tabelle II Zusammensetzung: Reformat
(ROZ 99,2) ....... 50 Volumprozent Leichtbenzin (ROZ 65) ...... 30
Volumprozent Schwerbenzin (ROZ 22) ..... 20 Volumprozent Eigenschaften d15
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,738 Grund-ROZ
..................... 77,5 ROZ -f- 0,039 Volumprozent Tetraäthylblei ..................
88 SOZ + 0,039 Volumprozent Tetraäthylblei .................. 87 Abwertung im Ford
15 M . . . . . . . . . 1 Für diesen Versuch wurde ein Ford 15 M mit Verdichtung
1 : 8,0 als Meßgerät, wie er in Deutschland gebräuchlich ist, benutzt.
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Dieser Regelkraftstoff geht zu 30,5 Volumprozent bis 70°C und zu 52
Volumprozent bis 100°C über. Der Zusatz von Schwerbenzin mit niederer ROZ, insbesondere
aus paraffinischem Rohöl, im Sinne der Erfindung beträgt, wie oben angegeben ist,
etwa 2 bis 20 _beträgt, bezogen auf den Gesamtkraftstoff; niedrigere Zusatzmengen
finden bei Premium-Kraftstoff, höhere bei Regelkraftstoff, namentlich wenn dieser
größere Mengen Destillatleichtbenzin enthält, Anwendung.
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Leichtbenzin wird als Mischkomponente in Mengen bis zu etwa 30 Volumprozent
benutzt.
Das hochsiedende niedrigoktanige Destillatbenzin ist, wie
gezeigt wurde, ein brauchbares Mittel zur Verminderung der Oktanzahlabwertung, besonders
für Raffinerien ohne Crackanlagen, Dampfcracker, Alkylierungs- und Isomerisationsanlagen,
aber auch bei Gegenwart niedrigsiedender hochoktaniger Kohlenwasserstoffe, wie Butan,
Benzol, Isoparaffine und Olefine.
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Die beim Zumischen des Schwerbenzins eintretende geringe Senkung der
ROZ und SOZ kann durch schärferes Reformieren ausgeglichen werden. Bei Einhaltung
schärferer Reformierungsbedingungen (höhere Drücke und Temperaturen, längere Reaktionsdauer)
wird die ROZ der Rückstandsfraktion des Reformats nicht nennenswert erhöht; dies
wirkt sich im wesentlichen nur in einer Erhöhung der Oktanzahl der niedrigersiedenden
Anteile aus.