DE69905504T2

DE69905504T2 - Mineralöl- und/oder naturöl-emulsion enthaltende motorbrennstoffe, deren herstellung und verwendung in brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69905504T2
Application number: DE69905504T
Authority: DE
Inventors: Piero Baglioni; David Chiaramonti; Emiliano Fratini; Riccardo Ricceri; Giuseppe Sarti
Original assignee: CONSORZIO INTERUNIVERSITARIO P
Current assignee: CONSORZIO INTERUNIVERSITARIO P
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2019-07-03
Also published as: WO2001002516A1; DE69905504D1; ATE232899T1; EP1196515B1; EP1196515A1; CN1357031A; AU5156299A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG:

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Brennstoffe, die eine interessante Alternative zu den herkömmlichen fossilen Brennstoffen bilden, bestehend aus Pyrolyseflüssigkeit, emulgiert mit Natur- und/oder Mineralölen in Anwesenheit von Emulgatoren und gegebenenfalls Coemulgatoren. Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung der obigen Brennstoffe in Verbrennungskraftmaschinen.

STAND DER TECHNIK:

Im letzten Jahrzehnt wurden viele Studien mit dem Ziel durchgeführt, neue Brennstoffe bereitzustellen, die in der Lage sind, ganz oder teilweise traditionelle Brennstoffe fossilen Ursprungs zu ersetzen. Mögliche Substituenten der herkömmlichen fossilen Brennstoffe sind im Prinzip Flüssigkeiten, erhalten durch Pyrolyse von Biomasse, da sie einen sehr geringen Schwefelgehalt aufweisen und daher ohne Probleme für die Umwelt verbrennen können.
Unglücklicherweise enthalten durch Pyrolyse erhaltene Öle eine grosse Menge an Wasser (und ebenfalls an sauren Derivaten), sind schwer zu entzünden und stellen im Vergleich zu fossilen Ölen einen niedrigen Brennwert bereit; daher ist deren Verwendung praktisch unmöglich.
Aufgrund des Vorstehenden wurde eine Vielzahl von Arbeiten durchgeführt, um zu einer Mischung aus Pyrolyseflüssigkeiten und traditionellen fossilen Ölen zu gelangen, die industriell interessant sein können und die in der Lage sind, traditionelle Brennstoffe zu ersetzen.
EP-A-893 488 beschreibt Brennstoffe in Form von Pyrolyseflüssigkeit in Dieselöl-Mikroemulsionen, bestehend aus Dieselöl, Pyrolyseflüssigkeit und mindestens einem Emulgator mit einem HLB zwischen 4 und 18, die von Fettsäuren und Polyoxyethylenglykol oder Fettsäure, Sorbitol und Polyoxyethylen oder polyethoxylierte Alkohole mit langen aliphatischen Ketten stammen.
Abgesehen von den im Dokument beschriebenen guten Ergebnissen, sind diese Brennstoffe nach wie vor nicht befriedigend, da sie einen hohen Prozentsatz an Dieselöl im Vergleich zur Pyrolyseflüssigkeit benötigen, das Pyrolyseöl, das zur Herstellung der beanspruchten Mikroemulsionen geeignet ist, muss einen begrenzten Gehalt an Wasser aufweisen, es wird die Bildung von Mikroemulsionen gefordert und deren Stabilität hängt stark von der Temperatur ab. Es ist daher klar, wie wichtig es ist, Brennstoffe bereitzustellen, die in normalen Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden können, bestehend im wesentlichen aus Pyrolyseflüssigkeit und ohne die obigen Nachteile.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:

Die vorliegende Erfindung erlaubt die Überwindung der obigen Probleme durch Verwendung von Brennstoffen, bestehend aus Emulsionen von Pyrolyseflüssigkeiten, Natur- und Mineralölen mit Emulgatoren und gegebenenfalls Coemulgatoren, die in der Lage sind, Öl-in-Wasser-, Wasser-in-Öl-Emulsionen oder bikontinuierliche Emulsionen auszubilden, wobei die Definition Emulsion keine Mikroemulsionen einschliesst.
Eine Pyrolyseflüssigkeit. (oder Bioöl) gemäss der Erfindung ist ein Öl, erhalten durch Verbrennen von organischen Materialien, die aus verschiedenen Quellen und Technologien stammen, gemäss bekannten Technologien.
Diese Öle haben normalerweise einen Wassergehalt zwischen 20 und 45 Gew.-% und einen pH von 2,3 bis 3,4.
Mineralöle sind die normalen Öle fossilen Ursprungs, wie z. B. Benzin, Diesel, Kerosin usw.
Naturöle sind Öle, die normalerweise als Nebenprodukte bei der Behandlung von Gemüse und anderen ölhaltigen natürlichen Produkten auftreten.
Die Emulgatoren spielen eine wesentliche Rolle bei der Herstellung der erfindungsgemässen Brennstoffe.
Sie sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: nicht- ionischen Blockcopolymer (oder Homopolymer)-Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18, gegebenenfalls in Kombination mit nicht-ionischen Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18, und anionischen Blockcopolymer (oder Homopolymer)-Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18, gegebenenfalls in Kombination mit kationischen quaternären Ammoniumverbindungen.
Bevorzugte Emulgatoren der oben genannten ersten Gruppe sind: Polyester-Ether-Ester-Blockcopolymere (ABA-Form), Polyether-Ester-Ether-Blockcopolymere (ABA-Form), Polyether-Ester-Blockcopolymere (AB-Form), Polyether- Ether-Blockcopolymere (AB-Form), Polyester-Ester- Blockcopolymere (AB-Form), Polyalkylmethacrylat- Copolymere.
Bevorzugte Emulgatoren der oben genannten zweiten Gruppe sind: Acrylsäure-Maleinsäure-Copolymere (Polycarboxylat), Maleinsäure-Olefin-Copolymere (Polycarboxylat), Maleinsäure-Methylvinylether-Copolymere (Polycarboxylat), die obigen, vernetzt mit einem Polyalkenylpolyether.
Quaternäre Ammoniumverbindungen, wie sie oben definiert sind, sind bevorzugt Monoalkyl- oder Dialkylammoniumchloridtenside, wobei die Alkylketten C&sub8;&submin;&sub2;&sub2; haben.
Die Tenside werden normalerweise in einer Menge von bis zu 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtemulsion, hinzugegeben.
Gemäss der Erfindung erlaubt die Verwendung der obigen Emulgatoren, Öl mit einem Wassergehalt von 20 bis 50% zu emulgieren, weiterhin erlaubt es die Herstellung von Brennstoffen, enthaltend Bioöl in einem Bereich von 5 bis 95 Gew.-%, berechnet auf den Gesamtbrennstoff.
Der erfindungsgemässe Brennstoff zeigt eine ungewöhnlich hohe Stabilität (mehr als einen Monat), die Stabilität kann durch Zugabe von geeigneten Cotensiden sogar noch verbessert werden.
Als Cotenside können nicht-ionische Tenside gemäss bekannten Techniken verwendet werden, um den Emulgator- HLB-Wert einzustellen und um die zeitliche Stabilität der erhaltenen Emulsion zu verbessern.
Die Cotenside werden normalerweise in einer Menge zwischen 0,05 und 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Brennstoffs, hinzugegeben.
Erfindungsgemäss können die Brennstoffe als drei verschiedene Emulsionsarten hergestellt werden:
(A) Wasser-in-Öl-Emulsion mit einem Bioöl/Mineral- oder Naturöl-Verhältnis von 1 bis 45% (G/G),
bikontinuierliche Emulsion mit einem Bioöl/Mineral- oder Naturöl-Verhältnis von 45 bis 55% (G/G),
Öl-in-Wasser-Emulsion mit einem Bioöl/Mineral- oder Naturöl-Verhältnis von 55 bis 99% (G/G).
Die Wasser-in-Öl-Emulsionen werden durch Zugabe eines Tensids der oben dargestellten ersten Gruppe zu heissem Mineral- oder Naturöl und anschliessende Zugabe des Bioöls zu der erhaltenen Mischung hergestellt.
Bikontinuierliche Emulsionen werden formuliert durch Zugabe eines Tensids der ersten Gruppe zu Mineral- oder Naturöl und zu Bioöl und anschliessendes Vermischen der erhaltenen Mischungen.
Öl-in-Wasser-Emulsionen werden formuliert durch Zugabe eines Tensids (welches ausgewählt werden kann aus sowohl der ersten als auch der zweiten der oben beschriebenen Gruppen) zu Bioöl und danach Zugabe des Natur- oder Mineralöls Zu der erhaltenen Mischung während der Emulgation.
Das Emulsionsverfahren wurde mit einem Homogenisator durchgeführt.
Die Temperatur während des Mischens wurde bevorzugt zwischen 60 und 65ºC gehalten und das Emulgieren wurde fortgesetzt, bis eine homogene einzelne Phase erhalten wurde. Die Emulsionen wurden ebenfalls bei Raumtemperatur erhalten.

BEISPIEL 1

Pyrolyseöle wurden von DynaMotive Technologies Corporation (Kanada) und ENEL (Italien) erhalten. In Tabelle 1 sind die Eigenschaften der zwei verschiedenen verwendeten Bioöle gezeigt. TABELLE 1
Tabelle 2 zeigt einige Formulierungen (eine für jeden Fall) der hergestellten Emulsionen. TABELLE 2
Das Tensid Atlox 4912 ist ein Polyester-Ether-Ester- Blockcopolymer, erhältlich von UNIQEMA.

Claims

1. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff, bestehend aus einer Emulsion von Pyrolyseflüssigkeiten und natürlichen und/oder Mineralölen mit Emulgatoren und gegebenenfalls Coemulgatoren, die Öl-in-Wasser-, bikontinuierliche oder Wasser-in-Öl-Emulsionen bilden können, wobei die Definition Emulsion keine Mikroemulsionen einschliesst.

2. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 1, wobei die Emulgatoren ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus

- nicht-ionischen Blockcopolymer (oder Homopolymer)-Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18, gegebenenfalls in Kombination mit nicht- ionischen Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18, und

- anionischen Blockcopolymer (oder Homopolymer)- Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18.

3. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 2, wobei der Gehalt an Tensid bis zu 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtemulsion, beträgt.

4. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 2, wobei die Brennstoffe dargestellt sind durch eine Wasser-in-Öl-Emulsion mit einem Bioöl/Mineral- oder Naturöl-Anteil von 1 bis 45% (G/G).

5. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs gemäss Anspruch 4, wobei ein Tensid der ersten Gruppe gemäss Anspruch 2 zu dem Mineral- oder Naturöl zugegeben wird und anschliessend das Bioöl zu der erhaltenen Mischung unter Verwendung eines Homogenisators zugegeben wird.

6. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 2, wobei der Brennstoff dargestellt wird durch eine bikontinuierliche Emulsion eines Bioöl/Mineral- oder Naturöl-Anteil von 45 bis 55% (G/G).

7. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffs gemäss Anspruch 6, wobei ein Tensid der ersten Gruppe gemäss Anspruch 2 zu dem Mineral- oder Naturöl und zum Bioöl zugegeben wird, und anschliessend Mischen der erhaltenen Mischungen unter Verwendung eines Homogenisators.

8. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 2, wobei das Öl dargestellt wird durch eine Öl-in- Wasser-Emulsion mit einem Bioöl/Mineral- oder Naturöl-Anteil von 55 bis 99% (G/G).

9. Verfahren zur Herstellung von Brennstoff gemäss Anspruch 8, wobei ein Emulgator (der aus sowohl der ersten als auch der zweiten der oben beschriebenen Gruppen ausgewählt sein kann) zu dem Bioöl zugegeben wird und anschliessend das Natur- oder Mineralöl zu der erhaltenen Mischung während der Emulgation zugegeben wird.

10. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 1, ebenfalls enthaltend einen Coemulgator, ausgewählt aus nicht-ionischen Tensiden mit einem HLB von 4 bis 18.

11. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 10, wobei der Coemulgator in einer Menge zwischen 0,05 und 0,5% (G/G) enthalten ist.

12. Pyrolyseöl enthaltender Brennstoff gemäss Anspruch 1, wobei der Pyrolyseölgehalt zwischen 55 und 99 Gew.-% liegt.

13. Verwendung eines Brennstoffs gemäss Anspruch 2 in Verbrennungsmotoren.