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DE69709900T2 - Synthetischer dieselbrennstoff mit reduziertem festpartikelausstob - Google Patents

Synthetischer dieselbrennstoff mit reduziertem festpartikelausstob

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Publication number
DE69709900T2
DE69709900T2 DE69709900T DE69709900T DE69709900T2 DE 69709900 T2 DE69709900 T2 DE 69709900T2 DE 69709900 T DE69709900 T DE 69709900T DE 69709900 T DE69709900 T DE 69709900T DE 69709900 T2 DE69709900 T2 DE 69709900T2
Authority
DE
Germany
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fuel
use according
emissions
range
fischer
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE69709900T
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English (en)
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DE69709900D1 (de
Inventor
Frank Bauman
Joseph Berlowitz
Francis Ryan
Jay Wittenbrink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
ExxonMobil Research and Engineering Co
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.)
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Publication date
Application filed by ExxonMobil Research and Engineering Co filed Critical ExxonMobil Research and Engineering Co
Publication of DE69709900D1 publication Critical patent/DE69709900D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69709900T2 publication Critical patent/DE69709900T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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 OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/04Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons
    • C10L1/08Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons for compression ignition
    • 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
    • C10G2/00Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C10G2/33Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used
    • C10G2/331Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used containing group VIII-metals
    • C10G2/332Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used containing group VIII-metals of the iron-group

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft einen Transportkraftstoff. Insbesondere betrifft diese Erfindung einen Kraftstoff, der in Dieselmotoren brauchbar ist und überraschend niedrige Feststoffemissionscharakteristika aufweist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Der potentielle Einfluss eines Kraftstoffs auf Dieselemissionen ist von staatlichen und Bundesbehörden erkannt worden, und Kraftstoffspezifikationen gehören nun zur Emissionsbekämpfungsgesetzgebung. Sowohl in den USA als auch in Europa durchgeführte Untersuchungen sind zu dem Schluss gekommen, das Feststoffemissionen im Allgemeinen eine Funktion von Schwefelgehalt, Aromatengehalt und Cetanzahl des Kraftstoffs sind. Demzufolge hat die Umweltbehörde der USA den Grenzwert des Schwefelgehalts von Dieselkraftstoff auf 0,05 Gew.-% und die Mindest-Cetanzahl auf 40 festgelegt. Der Staat Kalifornien setzt einen Maximalwert von 10 Vol.% beim Aromatengehalt fest. Alternative Kraftstoffe spielen bei emissionsarmen Kraftfahrzeugen eine zunehmende Rolle. Die Suche nach effizienten, sauber verbrennenden Kraftstoffen, insbesondere mit niedrigen Feststoffemissionen, wird daher fortgesetzt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß kann in Dieselmotoren brauchbarer Kraftstoff, der aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren ableitbar ist, das vorzugsweise ein nicht-Gleichgewicht-verschiebendes (non-shifting) Verfahren ist, bei sorgfältiger Bedarfsanpassung in Dieselmotoren zu überraschend niedrigen Feststoffemissionen bei Verbrennung führen. Der Kraftstoff kann dadurch charakterisiert werden, dass er im Wesentlichen n-Paraffine, das heißt 80+ % n- Paraffine, vorzugsweise 85% n-Paraffine, insbesondere 90+ % n- Paraffine und besonders bevorzugt 98+ % n-Paraffine enthält. Der Anfangssiedepunkt des Kraftstoffs kann im Bereich von etwa 90ºF (32ºC) bis etwa 215ºF (101ºC) liegen, und der 90% Destillationspunkt (in einem Standard-15/5-Destillationstest) kann im Bereich von 428ºF (220ºC) bis etwa 600ºF (315ºC) liegen. Vorzugsweise liegt jedoch der Anfangssiedepunkt im Bereich von etwa 180ºF bis etwa 200ºF (82ºC bis 93ºC), und der 90% Destillationspunkt liegt im Bereich von etwa 428ºF bis etwa 520ºF (220ºC bis 271ºC). Der Kohlenstoffzahlbereich des Kraftstoffs ist C&sub5; bis C&sub2;&sub5;, vorzugsweise überwiegend C&sub5; bis C&sub1;&sub5;, insbesondere 90+ % C&sub5; bis C&sub1;&sub5; und besonders bevorzugt vorwiegend C&sub7; bis C&sub1;&sub4; und bevorzugter 90+ % C&sub7; bis C&sub1;&sub4;. Der Kraftstoff enthält kleine Mengen an Alkoholen, z. B. nicht mehr als etwa 5000 Gew.ppm Sauerstoff, vorzugsweise 500 bis 5000 Gew.ppm als Sauerstoff, geringe Mengen an Olefinen, z. B. weniger als 10 Gew.-% Olefine, vorzugsweise weniger als 5 Gew.-% Olefine, insbesondere weniger als 2 Gew.-% Olefine, Spurenmengen an Aromaten, z. B. weniger als etwa 0,05 Gew.-%, und kein Schwefel, z. B. weniger als etwa 0,001 Gew.-% S, und kein Stickstoff, z. B. weniger als etwa 0,001 Gew.-% N. Das Kraftstoffmaterial hat eine Cetanzahl von mindestens 60, vorzugsweise mindestens etwa 65, insbesondere mindestens etwa 70 und bevorzugter mindestens etwa 72. Dieses Material hat gute Schmierfähigkeit, d. h. besser als ein wasserstoffbehandelter Kraftstoff mit ähnlichem Kohlenstoffbereich, gemessen nach dem BOCLE-Test, und Oxidationsbeständigkeit. Das als Kraftstoff verwendete Material wird vorzugsweise hergestellt, indem mindestens ein Teil der Kaltabscheiderflüssigkeiten gewonnen wird, die durch die Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese hergestellt wird, und ohne weitere Behandlung verwendet wird, obwohl Additive zugegeben werden können, und das Material kann aufgrund seiner sehr hohen Cetanzahl auch als Dieselkraftstoff-Mischmaterial verwendet werden.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Verfahrensschema zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs.
  • Fig. 2 zeigt einen Vergleich von drei verschiedenen Dieselkraftstoffen, wobei als Grundlinie ein durchschnittlicher USamerikanischer schwefelarmer Dieselkraftstoff (2-D Referenzkraftstoff) verwendet wird, Kraftstoff A ein kalifornischer Referenzkraftstoff (CARB-zertifiziert) ist, Kraftstoff B der erfindungsgemäße Kraftstoff ist und Kraftstoff C ein vollständiger Bereich eines Fischer-Tropsch-Dieselkraftstoffs, ein C&sub5;- bis C&sub2;&sub5;- Material mit ≥ 80 Gew.-% Paraffinen ist, das im Bereich von 250 bis 700ºF (121 bis 371ºC) siedet. Die Ordinate ist Emissionen im Vergleich mit dem durchschnittlichen US-amerikanischen Dieselkraftstoff, ausgedrückt in Prozent (%).
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Der erfindungsgemäße Kraftstoff ist vorzugsweise aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren abgeleitet. In diesem Verfahren und unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird Synthesegas, Wasserstoff und Kohlenmonoxid, in einem geeigneten Verhältnis, das in Leitung 1 enthalten ist, in Fischer-Tropsch-Reaktor 2 eingespeist, vorzugsweise in einen Aufschlämmungsreaktor, und Produkt in Leitungen 3 und 4 als nominelle 700ºF+ (371ºCº+) und 700ºF- (371ºC-) Fraktionen gewonnen. Die leichtere Fraktion durchläuft Heißabscheider 6, und eine nominelle 500 bis 700ºF (260 bis 371ºC)- Fraktion (die Heißabscheiderflüssigkeit) wird in Leitung 8 gewonnen, während eine nominelle 500ºF- (260ºC-) Fraktion in Leitung 7 gewonnen wird. Die 500ºF- (260ºC-) Fraktion durchläuft Kaltabscheider 9, aus dem C&sub4;- Gase in Leitung 10 gewonnen werden. Die nominelle C&sub5; bis 500ºF (C&sub5; bis 260ºC) Fraktion wird in Leitung 11 gewonnen, und aus dieser Fraktion wird der erfindungsgemäße Kraftstoff durch weitere Fraktionierung in gewünschtem Ausmaß gewonnen, um den gewünschten Kohlenstoffbereich zu erhalten, das heißt einen leichteren Dieselkraftstoff.
  • Die Heißabscheider-500 bis 700ºF (260 bis 371ºC)-Fraktion in Leitung 8 kann mit der 700ºF+ (371ºC+) Fraktion in Leitung 3 kombiniert und weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Hydroisomerisierung in Reaktoren. Die Behandlung von Fischer- Tropsch-Flüssigkeiten ist in der Literatur wohl bekannt, und es können viele unterschiedliche Produkte daraus erhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung sind die Kohlenwasserstoffemissionen aus der Verbrennung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs größer als im Basisfall, d. h. dem durchschnittlichen schwefelarmen Referenz-Dieselkraftstoff, und können als Co-Reduktionsmittel in einem katalytischen Reaktor zur NOx-Reduzierung verwendet werden. Die Co-Reduktion ist in der Literatur bekannt, siehe beispielsweise US-A-5 479 775. Siehe auch SAE Papiere 950154, 950747 und 952495.
  • Das bevorzugte Fischer-Tropsch-Verfahren verwendet Gruppe VIII Metall als aktive katalytische Komponente, z. B. Kobalt, Ruthenium, Nickel, Eisen, vorzugsweise Ruthenium, Kobalt oder Eisen. Insbesondere wird ein nicht-Gleichgewicht-verschiebender (non-shifting) Katalysator (d. h. mit geringer oder ohne Wassergasverschiebungsfähigkeit) verwendet, wie Kobalt oder Ruthenium oder Mischungen derselben, vorzugsweise Kobalt und insbesondere Kobalt mit Promoter, wobei der Promoter Zirconium oder Rhenium, vorzugsweise Rhenium ist. Diese Katalysatoren sind wohl bekannt, und ein bevorzugter Katalysator ist in US-A-4 568 663 sowie EP- A-0 266 898 beschrieben.
  • Die Produkte des Fischer-Tropsch-Verfahrens sind hauptsächlich paraffinische Kohlenwasserstoffe. Ruthenium erzeugt Paraffine, die hauptsächlich im Destillatbereich, d. h. C&sub1;&sub0; bis C&sub2;&sub0;, sieden, während Kobaltkatalysatoren im Allgemeinen schwerere Kohlenwasserstoffe, z. B. C&sub2;&sub0;&sbplus; erzeugen, und Kobalt ist ein bevorzugtes Fischer-Tropsch-Katalysatormetall. Dennoch erzeugen sowohl Kobalt als auch Ruthenium einen breiten Bereich flüssiger Produkte, z. B. C&sub5; bis C&sub5;&sub0;.
  • Durch Verwendung des Fischer-Tropsch-Verfahrens enthält das gewonnene Destillat praktisch keinen Schwefel und keinen Stickstoff. Diese Heteroatomverbindungen sind Gifte für Fischer- Tropsch-Katalysatoren und werden aus dem Synthesegas entfernt, das das Einsatzmaterial für das Fischer-Tropsch-Verfahren bildet. (Schwefel- und stickstoffhaltige Verbindungen sind in jedem Fall in Synthesegas in äußerst niedrigen Konzentrationen vorhanden). Außerdem erzeugt das Verfahren keine Aromaten, oder in der üblichen Betriebsweise werden praktisch keine Aromaten erzeugt. Einige Olefine werden erzeugt, da einer der vorgeschlagenen Wege zur Herstellung von Paraffinen über eine olefinische Zwischenstufe erfolgt. Die Olefinkonzentration ist üblicherweise jedoch recht niedrig.
  • Nicht-Gleichgewicht-verschiebende (non-shifting) Fischer- Tropsch-Reaktionen sind Fachleuten wohl bekannt und können durch Bedingungen charakterisiert werden, die die Bildung von CO&sub2;- Nebenprodukten minimieren. Diese Bedingungen können mittels verschiedener Verfahren erreicht werden, wozu eines oder mehrere der Folgenden gehören: Arbeiten bei relativ niedrigen CO-Partialdrücken, das heißt Arbeiten mit Wasserstoff-zu-CO-Verhältnissen von mindestens etwa 1,7/1, vorzugsweise etwa 1,7/1 bis etwa 2,5/1, insbesondere mindestens etwa 1,9/1 und im Bereich von 1,9/1 bis etwa 2,3/1, alle mit einem α von mindestens etwa 0,88, vorzugsweise mindestens etwa 0,91, Temperaturen von etwa 175 bis 240ºC, vorzugsweise 180 bis 220ºC, unter Verwendung von Katalysatoren, die Kobalt oder Ruthenium als primäres katalytisches Mittel für die Fischer-Tropsch-Katalyse verwenden.
  • Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung, jedoch nicht zur Einschränkung dieser Erfindung.
  • Beispiel 1:
  • Eine Mischung aus Wasserstoff- und Kohlenmonoxid-Synthesegas (H&sub2; : CO 2,11 bis 2,16) wurde in einem Aufschlämmungs-Fischer- Tropsch-Reaktor in schwere Paraffine umgewandelt. Ein Kobalt/Rhenium-Katalysator auf Titandioxidträger wurde für die Fischer- Tropsch-Reaktion verwendet. Die Reaktion wurde bei 422 bis 428ºF (216 bis 220ºC), 287 bis 289 psig (1,97 bis 1,99·10³ kPa Überdruck) durchgeführt und das Einsatzmaterial wurde mit einer linearen Geschwindigkeit von 12 bis 17,5 cm/s eingebracht. Das kinetische a des Fischer-Tropsch-Produkts betrug 0,92. Das paraffinische Fischer-Tropsch-Produkt wurde in drei nominell unterschiedlich siedenden Strömen isoliert, die mittels Grob- Flash-Destillation getrennt wurden. Die drei erhaltenen siedenden Fraktionen waren: 1) C&sub5; bis etwa 500ºF (260ºC), d. h. Kaltabscheiderflüssigkeit, 2) etwa 500 (260ºC) bis etwa 700ºF (371ºC), d. h. Heißabscheiderflüssigkeit, und 3) 700ºF+ (371ºC+) siedende Fraktion, d. h. Reaktorwachs.
  • Beispiel 2: (nicht erfindungsgemäß)
  • Das F-T-Reaktorwachs, das in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurde dann durch mildes Hydrocracken/Hydroisomerisierung in niedriger siedende Materialien, d. h. Dieselkraftstoff, umgewandelt. Die Siedepunktverteilung für das F-T-Reaktorwachs und hydroisomerisierte Produkt sind in Tabelle 1 angegeben. Während der Hydrocrack/Hydroisomerisierungsstufe wurde das F-T-Wachs mit Wasserstoff über einem bifunktionellen Katalysator aus Kobalt (CoO, 3,2 Gew.-%) und Molybdän (MoO&sub3;, 15,2 Gew.-%) auf saurem Träger aus Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Cogel, der zu 15,5 Gew.-% aus SiO&sub2; bestand, umgesetzt. Der Katalysator hatte eine Oberfläche von 266 m²/g und ein Porenvolumen (P.V.H20) von 0,64 ml/g. Die Bedingungen für die Reaktion sind in Tabelle 2 aufgeführt und waren ausreichend, um ungefähr 50% 700ºF+ (371ºC+) Umwandlung zu liefern, wobei 700ºF+ (371ºC+)-Umwandlung definiert ist als:
  • 700ºF+ (371ºC+) Umwandlung = [1 - (Gew.-% 700ºF+ (371ºC+) im Produkt/(Gew.-% 700ºF+ (371ºC+) im Einsatzmaterial)] · 100
  • Tabelle 1 Siedepunktverteilung von F-T-Reaktorwachs und hydroisomerisiertem Produkt
  • F-T-Reaktorwachs Hydroisomerisiertes Produkt
  • IBP (Anfangssiedepunkt) bis 320ºF(160ºC) 8,27
  • 320 bis 700ºF(160 bis 371ºC) 58,57
  • 700ºF+ (371ºC+) 33,16
  • Tabelle 2 Hydroisomerisierungsreaktionsbedingungen
  • Temperatur, ºF(ºC) 690(365)
  • H&sub2;-Druck, psig (rein) 725 (4,998·10³ kPa Überdruck)
  • H&sub2; Behandlungsgasrate, SCF/B 2500
  • LHSV, V/V/h 0,6 bis 0,7
  • Ziel 700ºF+Umwandlung, Gew.-% 50
  • Beispiel 3
  • Der Dieselkraftstoff im Siedebereich von 320 bis 700ºF (160 bis 371ºC) aus Beispiel 2 und die rohe, nicht wasserstoffbehandelte Kaltabscheiderflüssigkeit aus Beispiel 1 wurden dann bewertet, um die Auswirkung von Dieselkraftstoffen auf die Emissionen aus einem modernen Hochleistungsdieselmotor zu bestimmen. Zum Vergleich wurden die F-T-Kraftstoffe mit einem durchschnittlichen US-amerikanischen schwefelarmen Dieselkraftstoff (2-D) und mit einem CARB-zertifizierten kalifornischen Dieselkraftstoff (CR) verglichen. Detaillierte Eigenschaften der vier Kraftstoffe sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Kraftstoffe wurden auf einem CARB-anerkannten Testprüfstand bewertet, der als Prototyp 1991 Detroit Diesel Corporation Reihe 60 bezeichnet wird. Die wichtigen Charakteristika des Motors sind in Tabelle 4 angegeben. Der Motor hatte so, wie er in einer ausgleichsfähigen Testzelle aufgebaut war, eine Nennsollleistung von 330 PS (246 kM) bei 1800 UpM und war so konstruiert, das er einen Ladeluftkühler verwendete. Für die Dynamometertests wurde jedoch ein Testzellenladeluftkühler mit einem Wasser-an-Luft-Wärmetauscher verwendet. Es war keine Hilfskühlung des Motors erforderlich. Tabelle 3 Dieseikraftstoffanalyse
  • (a) Zur größeren Genauigkeit wurde SFC-Analyse im Unterschied zu D1319 verwendet.
  • Tabelle 4 Charakteristika des Prototyp 1991 DDC Reihe 60 Hochleistungsmotors
  • Motorkonfiguration 6-Zylinder, 11,1 L, 130 mm Bohrung · 139 mm Hub
  • Ansaugen Turbolader, nachgekühlt (Luft-an-Luft)
  • Emissionskontrollen elektronische Kraftstoffeinspritz- und -zeitgabesteuerung (DDEC-II)
  • Sollleistung 330 PS (246 kW) bei 1800 UpM mit 108 lb/h (48 kg/h) Kraftstoff
  • Spitzendrehmoment 1270 lb-ft (1722 N·m) bei 1200 UpM mit 93 lb/h (42 kg/h) Kraftstoff
  • Einspritzen Direkteinspritzung, elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit
  • Maximalgrenzwerte
  • Abgas 2,9 Zoll Hg (100 g/cm²) bei bewerteten Bedingungen
  • Einsaugen 20 Zoll H&sub2; (506 kg/m²) bei bewerteten Bedingungen
  • Grundleerlauf 600 UpM
  • Geregelte Emissionen wurden während Heißstart-Übergangszyklen gemessen. Die Probennahmetechniken basierten auf Übergangsemissionstestverfahren, die von der Umweltbehörde der USA (EPA) in CPR 40 Teil 86, Abschnitt N, für Emissionsregulierustgszwecke spezifiziert sind. Die Emissionen von Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxid (NO&sub2;) und Feststoffe (PM) wurden gemessen. Die Ergebnisse des Versuchs sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Die Daten werden als prozentualer Unterschied zu US-amerikanischem schwefelarmem Dieselkraftstoff, d. h. Kraftstoff 2-D, wiedergegeben. Wie zu erwarten war, erzeugte der F-T-Kraftstoff (C) erheblich niedrigere Emissionen, sowohl in Bezug auf den durchschnittlichen schwefelarmen Dieselkraftstoff (2-D) als auch auf den kalifornischen Referenzkraftstoff (CR). Der niedrige Flammpunkt des erfindungsgemäßen F-T-Dieselkraftstoffs (B) führte zu höheren HC-Emissionen, wahrscheinlich aufgrund der hohen Flüchtigkeit dieses Kraftstoffs. Die PM-Emissionen dieses Kraftstoffs waren jedoch unerwartet niedrig mit einer über 40%igen Verminderung im Vergleich zu dem 2-D-Kraftstoff. Dieses Ergebnis ist in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch unerwartet. Der Motor wurde in keiner Weise verändert, um mit dem Kraftstoff mit niedrigem Flammpunkt zu laufen. Geringe Veränderungen/Optimierungen des Motors senken die Emissionen möglicherweise noch weiter. Die hohen HC-Emissionen aus einem schwefelfreien Brennstoff eigen sich sehr gut für die Abgasnachbehandlung, z. B. kann das HC zusammen mit einem Mager-NOx-Katalysator verwendet werden, bei dem HC als Reduktionsmittel zur Reduktion der NOx-Emissionen wirkt. Tabelle 5 Heißstart-Übergangsemissionen unter Verwendung des CARB-Protokolls
  • Die Ergebnisse in Tabelle 5 lassen sich mit den Kraftfahrzeugöluntersuchungen vergleichen, die in den USA und Europa mit Diesel-Emissionen aus Schwerlastfahrzeugen durchgeführt wurden. In Europa zeigte die EPEFE-Untersuchung von Schwerlastdieseln, berschrieben in SAE Papier 961074, SAE 1996, in den Tabellen 3 bis 6, auf die hier Bezug genommen wird, die Auswirkung der Änderung von Kraftstoffvariablen auf die Feststoffemissionen (PM). Das Ergebnis zeigt, dass die Variablen Dichte, Cetanzahl und T95 (95% Destillationssiedepunkt) keine statistisch bedeutsamen Einflüsse auf die PM-Emissionen haben. Diese drei Parameter unterscheiden sich erheblich bei dem F-T-Dieselkraftstoff aus Beispiel 2 und den F-T-Kaltabscheiderflüssigkeiten. Nur die Wirkung der Veränderung des Polyaromatengehalts (Tabelle 4 von SAE 961074) zeigt eine statistisch bedeutsame Wirkung. Diese Variable unterscheidet sich bei den beiden F-T-Kraftstoffen jedoch nicht (beide haben < 0,01% Polyaromaten), so dass sich kein Leistungsunterschied vorhersagen lässt. Im Gegensatz dazu sagt dieselbe Untersuchung voraus, dass die Kohlenwasserstoffemissionen in den F-T-Kaltabscheiderflüssigkeiten verglichen mit dem F- T-Dieselkraftstoff zunehmen, wie in den Ergebnissen der Tabelle 5 und Fig. 2 auch tatsächlich beobachtet wurde.
  • Zudem wurden in den Vereinigten Staaten etliche Untersuchungen durchgeführt, die die Auswirkung der Eigenschaften des Dieselkraftstoffs auf Emissionen von Schwerlastmotoren untersuchen. Die wichtigsten Untersuchungen sind in den SAE-Papieren 941020, 950250 und 950251 angegeben und wurden im Auftrag des Department of Emissions Research (DER), Automotive Products and Emissions research division of Southwest Research Institute, Dallas, Texas, für das Coordination Research Council - Air Pollution Research Advisory Committee (CRC-APRAC) unter der Leitung der Projektgruppe CRC VEIO durchgeführt.
  • Obwohl die Untersuchungen in den drei SAE-Papieren die Dichte oder das Destillationsprofil der Kraftstoffe nicht bewusst veränderten, wurden diese Eigenschaften zwangsläufig als natürliche Folge der Änderung der Cetanzahl und des Aromatengehalts des Kraftstoffs verändert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen lagen darin, dass Feststoff-(PM)-Emissionen hauptsächlich durch die Cetanzahl, den Schwefelgehalt, Sauerstoffgehalt und Aromatengehalt der Kraftstoffe beeinflusst wurden. In diesen Untersuchungen hatten jedoch weder Kraftstoffdichte noch Destillationsprofil einen Einfluss auf die Feststoff-(PM)-Emissionen.
  • Die Zitate der hier genannten SAE-Papiere lauten:
  • T. L. Ullman, K. B. Spreen und R. L. Mason, "Effects of Cetane Number, Cetane Improver, Aromatics, and Oxygenates on 1994 Heavy-Duty Diesel Engine Emissions", SAE Paper 941020.
  • K. B. Spreen, T. L. Ullman und R. L. Mason, "Effects of Cetane Number, Aromatics, and Oxygenates on Emissions From a 1994 Heavy-Duty Diesel Engine Without Exhaust Catalyst", SAE Paper 950250.
  • T. L. Ullman, K. B. Spreen, R. L. Mason, "Effects of Cetane Number on Emissions From a Prototype 1998 Heavy-Duty Diesel Engine", SAE Paper 950251.
  • J. S. Feely, M. Deebva, R. J. Farrauto, "Abatement of NO1 from Diesel Engines: Status & Technical Challenges", SAE Paper 950747.
  • J. Leyer, E. S. Lox, W. Strehleu, "Design Aspects of Lean NOx Catalysts for Gasoline & Diesel Applications", SAE Paper 952495.
  • M. Kawanami, M. Moriuchi, I. Leyer, E. S. Lox und D. Psaras, "Advanced Catalyst Studies of Diesel NOx Reduction for On- Highway Trucks", SAE Paper 950154.

Claims (12)

1. Verwendung von Material, das
- vorwiegend C&sub5;- bis C&sub1;&sub5;-Paraffinkohlenwasserstoffe, von denen mindestens 80 Gew.-% n-Paraffine sind,
- nicht mehr als 5000 Gew. ppm Alkohole als Sauerstoff,
- &le; 10 Gew.-% Olefine,
- &le; 0,05 Gew.-% Aromaten,
- < 0,001 Gew.-% S,
- < 0,001 Gew.-% N,
- Cetanzahl &ge; 60,
umfasst, als Kraftstoff zur Verbrennung in Dieselmotoren, wobei der Anfangssiedepunkt des Materials im Bereich von 90ºF bis 215ºF (32ºC bis 102ºC) und der 90% Siedepunkt im Bereich von 428ºF bis 600ºF (220ºC bis 316ºC) liegt.
2. Verwendung nach Anspruch 1, bei der der Anfangssiedepunkt im Bereich von 180 bis 200ºF (82ºC bis 94ºC) und der 90% Siedepunkt im Bereich von 428 bis 520ºF (220ºC bis 271ºC) liegt.
3. Verwendung nach einem der vorhergehenden Anspruche, bei der der Kohlenstoffzahlbereich des Kraftstoffs vorwiegend C&sub7; bis C&sub1;&sub4; ist.
4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Paraffinkohlenwasserstoffe mindestens 90 Gew.-% n-Paraffine sind.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Alkoholgehalt im Bereich von 500 bis 5000 Gew.ppm als Sauerstoff liegt.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Olefingehalt &le; 5 Gew.-% beträgt.
7. Verwendung nach Anspruch 4, bei der der Olefingehalt s 2 Gew.-% beträgt.
8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Cetanzahl mindestens 65 ist.
9. Verwendung nach Anspruch 8, bei der die Cetanzahl mindestens 70 ist.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kraftstoff von einem Fischer-Tropsch-Verfahren abgeleitet ist.
11. Verwendung nach Anspruch 10, bei der das Fischer-Tropsch- Verfahren im Wesentlichen ein nicht-Gleichgewicht-verschiebendes (non-shifting) Verfahren ist.
12. Verwendung nach Anspruch 11, bei der das Fischer-Tropsch- Verfahren einen Kobalt umfassenden Katalysator verwendet.
DE69709900T 1996-08-02 1997-07-14 Synthetischer dieselbrennstoff mit reduziertem festpartikelausstob Expired - Lifetime DE69709900T2 (de)

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US08/691,769 US5807413A (en) 1996-08-02 1996-08-02 Synthetic diesel fuel with reduced particulate matter emissions
PCT/US1997/012111 WO1998005740A1 (en) 1996-08-02 1997-07-14 Synthetic diesel fuel with reduced particulate matter emissions

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DE69709900D1 DE69709900D1 (de) 2002-02-28
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