NO841655L - Metanolbrennstoffblanding - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en metanoldrivstoffsammensetning med forbedret flamme-luminositet omfattende metanol og en valgt petroleumhydrokarbonblanding. Mer spesielt angår oppfinnelsen den forbedrede flamme-luminositet for metanol som resulterer ved kombinasjon av metanol med en petroleumhydrokarbonblanding omfattende valgte aromatiske og mettet hydrokarbon/olefinfraks joner for dannelse av en azeotrop blanding, og hvilken kombinasjon har et utvalgt kokeområde.

Bruken av metanol som drivstoff for forskjellige behov, slik som motorer med gnisttenning, får større og større interesse p.g.a. den varierende tilgjengelighet for forskjellige petroleumdrivstoffer og endringen i priser på slike drivstoffer. Ett av de problemene som forekommer med bruken av metanol, er at den brenner med en lyseblå flamme som er nesten usynlig under normale lysforhold, slik som dagslys eller et belyst rom. P.g.a. at den brenner med en slik ikke-lysende flamme, representerer bruken av metanol en spesiell sikkerhetsrisiko, spesielt når den benyttes som et drivstoff. Således kan metanolsøl være farlig fordi dets antennelse kan være usynlig for folk som befinner seg i nærheten.

Bruken av ko-drivstoffer slik som flyktige hydrokarboner, har blitt vist å forbedre flamme-luminositet og -synlighet, slik som beskrevet i "Use of Co-Fuels to Increase the Luminosity of Methanol Pool Fires: Some Preliminary Findings" av J. E. Anderson og W. 0. Siegl, presentert for Division of Petroleum Chemistry, Inc., A.C.S., Kansas City Meeting, September 1982. Som generelt vist i denne artikkel gir slike kombinasjoner av metanol og et ko-drivstoff ikke flammeluminositet over hele brennings-syklusen.

I andre referanser har det vært vist at flammeluminositet kan forbedres ved tilsetning av bensin, toluen, eller reformat til metanol inneholdende 5 og 10 volum-% pentan. Ved tilsetning av 5% toluen til det pentanholdige metanoldrivstof f et var flammen synlig inntil ca. 50-70% av metanolen var forbrukt. Ved bruk av 5% bensin i metanol vedvarte et synlig lys inntil all væsken var oppbrukt. Se "Environmental Implication of the Use of Alcohol-Fuel Highway Vehicles" av E. E. Ecklund, T. J. Timbario og P. W. McCallum, presentert for det 75. årlige møte til Air Pollution Control Association, New Orlens, 20.-25. juni 1982 og "Methanol Fuel Modification for Highway Vehicle Use" of J. L. Keller," G. M. Nagaguchi og J. C. Ware, Final Report, US Dept. of Energy, EY-76-C-04-3683, publisert som NTIS-dokument HCP/W3683-18, 1978. Mens slike metanoldrivstof fkombinas joner inneholdende temmelig store mengder bensin gir flammeluminositet, har det oppstått problemer p.g.a. vann-sensitivitet.

Det er følgelig et behov for utvikling av et metanoldrivstof f system som brenner med en lysende flamme gjennom hele dens brennsyklus, og som i tillegg ikke er forbundet med noen problemer med hensyn til vannforurensning og vann-sensitivitet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det nå funnet at en metanoldrivstoffsammensetning som kombinerer metanol med en utvalgt petroleumhydrokarbonblanding, har forbedret flamme-luminositet, og er relativt ufølsom overfor vann.

Mer spesielt er foreliggende oppfinnelse rettet mot en metanoldrivstoffsammensetning med forbedret flamme-luminositet, omfattende metanol og en petroleum-hydrokarbon-blanding av:

a) minst ca. 2 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av en aromatisk hydrokarbonfraks jon, hvor denne fraksjon innbefatter minst ca. 1 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av aromatiske hydrokarboner som destillerer vesentlig jevnt over et bredt kokeområde som har et begynnende kokepunkt på under ca. 115,6°C og et sluttkokepunkt på over ca. 190, C, og b) minst ca. 1 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av en mettet hydrokarbon/olefin-hydrokarbon-fraksjon,

idet petroleumhydrokarbonblandingen har et begynnende kokepunkt på under ca. 65,6°C og et sluttkokepunkt på over ca. 190,6°C og kombinerer med metanolen for dannelse av en azeotrop blanding som innbefatter all metanolen, idet sammensetningen kan brenne med en lysende flamme gjennom hele dens brennsyklus og er effektivt ufølsom overfor vann når små mengder vann er til stede.

En annen utførelse av foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for drift av en motor med gnisttenning, omfattende bruk av metanoldrivstoffsammensetningen ifølge oppfinnelsen som inneholder en spesiell petroleumhydrokarbonblanding og som brenner med en lysende flamme gjennom hele dens brennsyklus.

Som tidligere angitt, angår foreliggende oppfinnelse en metanoldrivstoffsammensetning som har forbedret flamme-luminositet og omfatter metanol og en petroleum-hydrokarbon-blanding som innbefatter utvalgte aromatiske og mettet hydrokarbon/olefin-fraks joner.

De utvalgte aromatiske og mettet hydrokarbon/olefin-fraks joner som omfatter petroleumhydrokarbonblandingen som benyttes i foreliggende sammensetning, kan generelt oppnås fra hvilke som helst kommersielt tilgjengelige petroleum- hydrokarbonblandinger eller råoljer. Slike petroleum-materialer omfatter vanligvis en blanding av parafiniske, cykloparafiniske (naftener), olefiniske og aromatiske hydrokarboner. De utvalgte fraksjonene oppnås fra petroleumutgangsmaterialene ved raffinerings- og separeringteknikker som er velkjente innen petroleum-teknikken, inkludert destillasjon, krakking, termisk diffusjon, reformering osv.

Den mettede hydrokarbon/olefin-hydrokarbonfraks jon i petroleumhydrokarbonblandingen vil vanligvis innbefatte parafiner, rette og forgrenede, og cykloparafiner samt noen olefiner. Cykloparafinene omfatter ikke bare de mono-cykliske forbindelsene, men de polycykliske forbindelsene og de alkylsubstituerte derivatene derav. Mens denne fraksjon vanligvis vil være avledet fra petroleum-blandinger og råoljer, hvor de mettede hydrokarbon-komponentene, dvs. parafiner og cykloparafiner omfatter den største eller fremherskende delen, kan det ikke desto mindre være noen olefiniske komponenter til stede. Fraksjonene som er avledet fra noen operasjoner slik som en krakkingsprosess, kan faktisk inneholde mengder av olefiner som kan variere opptil ca. 20 volum-% eller enda høyere. Typiske olefiner vil innbefatte mono- og di-olefiner slik som cyklopentadien. Den mettet hydrokarbonolefin-hydrokarbonfraks jon vil vanligvis omfatte ca. 1 vdlum-% og fortrinnsvis minst ca. 1,4 volum-% idet en slik volumandel er basert på sammensetningens totalvolum.

Den aromatiske hydrokarbonfraks jon vil vanligvis omfatte minst ca. 2 volum-% og fortrinnsvis minst ca. 2,5 volum-% basert på sammensetningens totalvolum og vil inneholde en rekke forskjellige forbindelser. Denne aromatiske hydro-karbonf raks jon vil innbefatte minst ca. 1 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av en blanding av aromatiske hydrokarboner som destillerer vesentlig jevnt over et bredt kokeområde som har et begynnelseskokepunkt på under ca. 115," 6°C og et sluttkokepunkt på over ca. 190,6°C. Ved vesentlig jevn destillasjon menes at denne del av den aromatiske fraksjon vil destillere ved en temmelig jevn "hastighet, dvs. ved en hastighet slik at destillasjonskurven (temperatur mot antall prosent destillert) er relativt jevn over hele området og ikke skarpt stiger eller avtar ved noe spesielt punkt. Den aromatiske blanding vil med andre ord omfatte en rekke forskjellige hydrokarboner som destillerer ved forskjellige temperaturer gjennom hele det ønskede temperaturområdet og er til stede i tilstrekkelige mengder til å gi destillasjon som er vesentlig ensartet, dvs. destillasjonshastigheten er generelt jevn over temperaturområdet. Det som i virkeligheten skal til for å oppnå en generelt ensartet destillasjon, er en liten mengde, vanligvis mindre enn ca. 10 volum-%, av et stort antall forskjellige forbindelser. Typiske forbindelser som finnes i den aromatiske fraksjon, er alkylbenzenene slik som toluen, xylenene og p-kymen, de polycykliske aromater slik som naftalener, bifenyl, asenaften, fluorener, fenan-trener, mononaftenbenzener og dinaftenbenzener. Det skal forstås at forgrenede og substituerte ringkomponenter også er innbefattet i den definerte aromatiske fraksjon.

Vanligvis vil både den aromatiske og den mettete hydrokarbon/olefin-fraks jon omfatte en blanding av forbindelser inneholdende fra ca. 5 til ca. 12 karbon-atomer. Hver fraksjon vil vanligvis inneholde en rekke forskjellige forgrenede substituenter og kan inneholde små mengder svovel og nitrogen. Ved bestemmelse eller definisjon av den aromatiske og mettet hydrokarbon/- olefin-fraksjon som benyttet i foreliggende oppfinnelse, anvendes metoden ifølge "Hydrocarbon Types by FIA", ASTM D-1319. En ytterligere beskrivelse av petroleum-hydrokarbonfraks joner av denne type og typiske forbindelser i slike petroleumsammensetninger er angitt i Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", 2. utgave," vol. 14," side 845-855," 1967.

Petroleumhydrokarbonblandingen omfattende den aromatiske og mettet hydrokarbon/olefin-fraks jon som definert heri, vil vanligvis omfatte minst ca. 3 volum-% og fortrinnsvis minst ca. 4 volum-% av den totale sammensetning, men større mengder kan imidlertid benyttes, idet prisen er en hovedfaktor ved bestemmelse av den øvre grense for de mengder som skal benyttes. Det som er viktig med denne tilsatte petroleumhydrokarbonblanding, er at den danner en azeotrop blanding som innbefatter all metanolen. Mens azeotropen kan omfatte en del av selve petroleumhydrokarbonblandingen, må den innbefatte all metanolen. Dette gjør det mulig for petroleumblandingen eller luminositetskomponenten å bli ko-destillert med metanolen og å gi luminositet så lenge det eksisterer en flamme. Som tidligere nevnt, må den utvalgte aromatiske komponent med bredt kokeområde, og som utgjør en del av den aromatiske fraksjon, destillere vesentlig ensartet over et område som har et begynnelseskokepunkt under ca. 115,6°C og et sluttkokepunkt over ca. 190,6°C. Petroleumhydrokarbonblandingen, dvs. kombinerte aromatiske og mettede hydrokarbon/olefin-fraks joner må ha et begynnelseskokepunkt under ca. 65,6°C og et sluttkokepunkt over ca. 190,6°C. Ved bestemmelse av kokepunktene for forskjellige komponenter følges i alminnelighet metoden ifølge ASTM D-86.

En annen viktig fordel ved bruk av den spesielle sammensetning ifølge foreliggende oppfinnelse er at den er relativt ufølsom overfor vann i små mengder. Ved bruk av visse hydrokarbonkomponenter, slik som bensin, kan andre problemer oppstå når vann er til stede. Således kan problemer slik som faseseparering eller forøket flyktighet oppstå i slike sammensetninger når temmelig små mengder vann er til stede. Foreliggende sammensetning er funnet å være ufølsom overfor vann selv når vannmengder på opptil 3 volum-% er til stede og bibeholder fremdeles sin evne til å opprettholde flamme-luminositet. Ved betegnelsen "flamme-luminositet" menes her at flammen er klart synlig og kan skjelnes.

Foreliggende sammensetning kan benyttes i flere anvendelser, men er spesielt nyttig som et drivstoff for drift av en motor med gnisttenning.

Metanolen vil vanligvis omfatte hovedmengden av sammensetningen, dvs. minst ca. 50 volum-% og fortrinnsvis minst ca. 80 volum-% basert på sammensetningens totalvolum.

En primer slik som dimetyleter er et spesielt nyttig additiv til drivstoffsammensetningen ifølge oppfinnelsen ved visse anvendelser fordi den gir god flyktighet ved lavere temperaturer for å hjelpe kaldstart. Mengden av primer vil avhenge av omgivelsestemperaturer og den spesielle motor som benyttes. Typisk vil fra ca. 2 til ca. 7 volum-% basert på sammensetningens totalvolum bli benyttet.

Mindre mengder av andre additiver som vanligvis benyttes i drivstoffsammensetninger av denne type, kan innbefattes i foreliggende sammensetning, f.eks. korrosjon- og rustinhibitorer, antioksydasjonsmidler osv. Den totale mengde andre additiver, dvs. foruten petroleumhydrokarbonblandingen og primer, vil typisk være mindre enn ca. 1 volum-% basert på sammensetningens totalvolum.

Ytterligere detaljer og illustrasjoner av oppfinnelsen vil fremgå fra følgende eksempler.

Eksempel 1

En drivstoffsammensetning omfattende metanol og eventuelt dimetyleter-primer ble testet med henblikk på flamme-luminositet etter tilsetning av en rekke petroleumhydro-karbonblandinger med de resultater som er angitt i neden-stående tabell. Disse resultater viser klart at sammensetningen som inneholder foreliggende mengder og foreliggende mettedehydrokarbon/olefin- og aromat-f raks joner, som vist ved bruk av det blandede hydroformat eller kombinasjoner av toluen og katalysert lett bensin, gir flamme-luminositet over 100% av hele brennsyklusen.I motsetning til dette ga andre additivblandinger ikke den ønskede flamme-luminositet, ihvertfall ikke over hele brennsyklusen. Videre ble det funnet at foreliggende sammensetninger inneholdt mer enn 3 volum-% vann uten faseseparering eller endring i flyktighet.

Claims (8)

1. Metanoldrivstof f ofammcnoetninc|f med forbedret f lamme-luminositet, karakterisert ved at den innbefatter metanol og en petroleumhydrokarbonblanding av: (a) minst teaf. 2 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av en aromatisk hydrokarbonfraks jon, hvor denne fraksjon omfatter minst <t> ea^ 1 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av aromatiske hydrokarboner som destillerer vesentlig ensartet over et bredt kokeområde som har et begynnelseskokepunkt under ca. 115,6°C og et sluttkokepunkt over ca. 190,6°C, og (b) minst f& ar! 1 volum-% basert på sammensetningens totalvolum av en mettet hydrokarbon/olefin-hydrokarbonfraks jon, idet nevnte petroleumhydrokarbonblanding har et begynnelseskokepunkt under ca. 65,6°C og et sluttkokepunkt over ca. 190,6°C og kombinerer med metanolen for dannelse av en azeotrop blanding som omfatter all metanolen, og idet sammensetningen kan brenne med en lysende flamme gjennom hele sin brennsyklus og er ufølsom overfor vann i små mengder.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at en effektiv primermengde av dimetyleter er til stede.

3. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst fea! 2,5 volum-% av den aromatiske fraksjon og minst fea-f 1,4 volum-% av mettet hydrokarbon/olefin-fraksjonen er til stede.

4. Sammensetning ifølge krav 3, karakterisert ved at en effektiv primermengde av dimetyleter er til stede.

5. Fremgangsmåte for drift av en motor med gnisttenning, karakterisert ved at man an-vender sammensetningen ifølge krav 1 som drivstoff for tilveiebringelse av en lysende flamme gjennom hele brennsyklusen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at drivstoffet inneholder en effektiv primermengde av dimetyleter.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at minst |ea-f-2,5 volum-% av den aromatiske fraksjon og minst /ea-j 1,4 volum-% av mettet hydrokarbon/olefin-fraks jon anvendes.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at drivstoffet inneholder en effektiv primermengde av dimetyleter.