PL168837B1

PL168837B1 - Paliwo silnikowe PL PL

Info

Publication number: PL168837B1
Application number: PL92301375A
Authority: PL
Inventors: Hans Schur; Hans P Schur
Original assignee: Atec Ag
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1996-04-30
Also published as: MY108334A; EP0587654A1; HUT66425A; IE921671A1; CA2109840A1; MX9202451A; ZA923754B; BR9206047A; DE4116905C1; AU1923392A; PT100510A; IL101919A0; ZW7592A1; IE66401B1; EP0587654B1; HU9303305D0; ECSP920833A; NZ242871A; WO1992020761A1; ATE126262T1

Abstract

1. Paliwo silnikowe, znamienne tym, ze zawiera 60-88% objetosciowych co najmniej jednego tluszczowego oleju roslinnego i/lub zwierzecego, 6-20% objetosciowych co najmniej jednego alkoholu alifatycznego o 1-5 atomach wegla i 6 - 20 % objetosciowych benzyny. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest paliwo silnikowe, zwłaszcza przeznaczone do stosowania jako paliwo dla silników wysokoprężnych lub jako olej opałowy.

Tradycyjne ciekłe paliwa silnikowe do silników spalinowych składają się z mieszanin węglowodorów i otrzymuje się je przeważnie z oleju mineralnego. W obliczu ograniczonych zasobów surowej ropy naftowej oraz wzrostu cen w przypadku surowej ropy naftowej powstaje zapotrzebowanie na paliwa silnikowe, w których węglowodory benzynowe przynajmniej częściowo zastępuje się przez odrastające surowce, takie jak tłuszczowe oleje pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego. Dzięki drastycznemu obniżeniu udziału węglowodorów nie ulegających biodegradacji zmniejsza się poważnie ryzyko zanieczyszczenia środowiska, związane z możliwym wylaniem paliw silnikowych.

Jak podaje brytyjski opis patentowy GB-PS nr 136452, już od początku tego stulecia próbuje się w paliwach silnikowych zastępować węglowodory przez alkohole, przy czym wolne kwasy tłuszczowe, otrzymane z olejów roślinnych, służą jako środki ułatwiające mieszanie.

W ogłoszeniowym opisie DE-OS nr 2441737 omawia się mieszanki paliwa silnikowego do silników spalinowych z gaźnikiem, które składają się z mieszaniny węglowodorów (benzyna wzorcowa i benzyna o wysokiej liczbie oktanowej) i mieszaniny alkoholu o 1-4 atomach węgla i wody oraz ewentualnie z 0,1-2% wagowych oleju roślinnego, który również służy jako środek ułatwiający mieszanie.

Niemieckie opisy patentowe DE-PS nr nr 3149170 i 3150988 omawiają paliwa do silników wysokoprężnych, w których do 90% węglowodorów zastępuje się przez alkilowe estry kwasów tłuszczowych z olejów roślinnych, a poza tym zawarte są w nich alkohole o co najwyżej 5 atomach węgla. Jest tu jednak bezwarunkowo konieczne przeprowadzenie olejów, uzyskanych z roślin, całkowicie w alkilowe estry kwasów tłuszczowych, zwłaszcza w metylowe estry kwasów tłuszczowych, co po pierwsze oznacza wysokie koszty, a po drugie oznacza dużą ilość otrzymanego, trudnego do wykorzystania odpadu glicerynowego. Mieszanina węglowodorów z niemieckiego opisu patentowego DE-PS nr 3149170 jest klasycznym olejem ga168 837 zowym, tzn. frakcją naftową. Mieszanki paliwa do silnika wysokoprężnego z niemieckiego opisu DE-PS nr 3150988 mogą ewentualnie zawierać 0,1-5% wagowych dodatku przyspieszającego zapłon.

Omówione paliwa do silników wysokoprężnych, stosowane do traktorów rolniczych, wykazują temperaturę mętnienia, która mieści się nie poniżej -15°C, w wyniku czego można je jako paliwa silnikowe w zimie stosować tylko w bardzo ograniczonym zakresie.

Podejmowano już także próby stosowania nie przeestryfikowanych olejów roślinnych, takich jak olej rzepakowy, jako paliw silnikowych do silników spalinowych.

I tak opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki US-PS nr 4359324 omawia paliwa do silnika wysokoprężnego, składające się z 25-75% alkoholu butylowego i 75-25% oleju roślinnego. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki US-PS nr 4557734 omawia paliwo do silnika wysokoprężnego z oleju roślinnego, metanolu lub etanolu i prostołańcuchowego oktanolu. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki US-PS nr 4509953 omawia paliwo do silnika wysokoprężnego, składające się z 70-90% objętościowych oleju gazowego bądź oleju ciężkiego, 10-30% objętościowych etanolu i co najwyżej 30% objętościowych benzyny lekkiej.

Stosowanie tych paliw silnikowych warunkuje jednak zawsze znaczne przeróbki napędzanych nimi silników. Wskutek tych prób utrwaliło się ogólne przekonanie, że w przypadku silników, przeznaczonych do eksploatacji za pomocą mineralnych paliw silnikowych bez podjęcia przekonstruowania nie jest możliwe napędzanie za pomocą paliw silnikowych, które zawierają wysoki udział olejów tłuszczowych.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie mieszanki paliwa silnikowego, w której można byłoby oleje tłuszczowe stosować jako surowce odrastające, która wykazywałaby polepszoną temperaturę zmętnienia, byłaby po większej części biodegradowana i mogłaby bez podejmowania jakichkolwiek przekonstruowań być stosowana we wszelkich typach silników wysokoprężnych. Ponadto miałaby ona pod względem sprawności biegu i zapobiegania objawom ścierania być co najmniej równoważna z mineralnymi paliwami do silników wysokoprężnych.

Osiąga się ten cel za pomocą mieszanki paliwa silnikowego, która według wynalazku zawiera:

a) co najmniej jeden olej roślinny i/lub zwierzęcy,

b) co najmniej jeden alkohol alifatyczny o 1-5 atomach węgla i

c) benzynę.

Nadto stawia się do dyspozycji sposób wytwarzania tej mieszanki paliwa silnikowego, który jest znamienny tym, że miesza się co najmniej jeden olej roślinny i/lub zwierzęcy, co najmniej jeden alkohol alifatyczny o 1-5 atomach węgla i benzynę.

Omówioną mieszankę paliwa silnikowego stosuje się korzystnie jako paliwo do silników wysokoprężnych lub jako olej opałowy.

Przykładami stosowanych jako składnik a) w mieszance paliwa silnikowego według wynalazku, roślinnych i/lub zwierzęcych olejów są olej rzepakowy, olej sojowy, olej bawełniany, olej słonecznikowy, olej rącznikowy, olej oliwkowy, olej arachidowy, olej kukurydziany, olej migdałowy, olej palmowy z ziaren, olej kokosowy, olej gorczyczny i oleje rybne. Korzystnie jako składnik a) stosuje się olej rzepakowy, który jest mieszaniną kwasów tłuszczowych częściowo zestryfikowanych gliceryną, gdyż jest do dyspozycji w szerokim zakresie i z nasion rzepaku może być w łatwy sposób otrzymywany drogą wytłaczania. Do mieszanki paliwa silnikowego według wynalazku można stosować olej rzepakowy wmieszać zarówno jako na surowo wytłoczony i odśluzowany, jak i jako rafinat. Przeprowadzenie w estry alkilowe, tak jak jest to potrzebne w niemieckich opisach patentowych DE-PS nr nr 3149170 i 3150988, nie jest konieczne. Dzięki zaniechaniu tego etapu postępowania staje się możliwe bezpośrednio z produkcji rolnej wprowadzenie na rynek wysoce biodegradowalnych paliw do silników wysokoprężnych, bez ponoszenia dalszych kosztów energetycznych i bez otrzymywania substancji odpadowych, takich jak gliceryna. Udział wagowy składnika a) w mieszance paliwa silni4

168 837 kowego według wynalazku wynosi odpowiednio 60-88% objętościowych; korzystnie 65-85% objętościowych , a szczególnie korzystnie 70-80% objętościowych.

Jako składnik b) można w mieszance paliwa silnikowego według wynalazku stosować zarówno prostołańcuchowe jak i rozgałęzione alkohole o 1-5 atomach węgla. Korzystnie stosuje się alkohole jednowodorotlenowe, takie jak metanol, etanol, propanol, butanol, pentanol, izopropanol, izobutanol, ΙΠ-rz.-butanol, 1-metylobutanol, 2-metylobutanol, 3-metylobutanol,

1,1-dwumetylopropanol i 2,2-dwumetylopropanol, spośród których szczególnie korzystnym jest izopropanol. Dającym się łatwo stosować jest też etanol, który, tak jak stosowane oleje, można wytwarzać w produkcji rolniczej. Udział wagowy składnika b) w mieszance paliwa silnikowego według wynalazku wynosi korzystnie 6-20% objętościowych, a zwłaszcza 10-15% objętościowych.

Jako benzynowy składnik c) można w mieszance paliwa silnikowego według wynalazku stosować każdą dowolną benzynę, przykładowo benzynę wzorcową lub benzynę o wysokiej liczbie oktanowej; korzystnie jednak stosuje się benzynę lakową. Benzyna lakowa jest nazwą rafinowanej benzyny o temperaturze wrzenia 130-220°C i o określonej metodą Abla-Pensky’ego temperaturze zapłonu powyżej 21°C (porównaj normę DIN nr 51632, listopad 1981, projekt luty 1986). Stosowana według wynalazku benzyna wzorcowa może przykładowo wykazywać liczbę oktanową 120-140. Udział wagowy benzynowego składnika c) wynosi korzystnie 6-20% objętościowych, a zwłaszcza 10-15% objętościowych.

Nadto do mieszanki paliwa silnikowego można dodawać zwykłe dodatki. Dla eksploatacji silników wysokoprężnych w zimie korzystnie dodaje się co najwyżej 1% objętościowy eteru etylowego jako pomocniczej substancji ułatwiającej rozruch.

Mieszankę paliwa silnikowego według wynalazku, wytworzoną na drodze zmieszania składników a), b) i c), można stosować we wszystkich silnikach wysokoprężnych, bez potrzeby przezbrajania silnika na to nowe paliwo silnikowe. W następstwie tego mieszanka paliwa silnikowego według wynalazku może służyć przykładowo do napędzania silników wysokoprężnych w samochodach osobowych, samochodach ciężarowych, maszynach rolniczych i leśnych, awaryjnych zespołach prądotwórczych, pompach i statkach. Silniki te można dowolnie na zmianę napędzać za pomocą mieszanki paliwa silnikowego według wynalazku i za pomocą tradycyjnego mineralnego paliwa do silników wysokoprężnych, wskutek czego zwłaszcza dla samochodów osobowych i samochodów ciężarowych osiąga się wysoką ruchliwość.

Alkohole, zwłaszcza zaś izopropanol, stosowane jako składnik a) w mieszance paliwa silnikowego według wynalazku, służą jako środek przeciwnagarowy dla pierścieni tłokowych i gniazd zaworów. Wprowadzona jako dodatek benzyna służy do klarowania mieszanki i prowadzi do polepszonej zapłonności tej mieszanki paliwa silnikowego, przy czym benzyna wzorcowa daje lepsze wartości. Dobra zapłonność paliwa silnikowego oznacza korzystne warunki uruchamiania i spokojny bieg silnika wysokoprężnego w następstwie krótkiego okresu wzbogacania bądź małego opóźnienia zapłonu; w przypadku dużego opóźnienia zapłonu występuje objaw wpadającego w ucho, znanego stukania.

Jeśli przeprowadza się test gazów odlotowych dla stosowanej w silniku wysokoprężnym mieszanki paliwa silnikowego według wynalazku, to otrzymane wartości zarówno dla węglowodorów i tlenków azotu jak i dla tlenku węgla mieszczą się daleko poniżej wartości wymaganych dotychczas obowiązującą normą europejską dla gazów odlotowych z silników wysokoprężnych. Udział dwutlenku siarki w porównaniu ze znanymi wartościami rzędu 0,15% w przypadku tradycyjnych mineralnych paliw do silników wysokoprężnych staje się zanikająco mały, gdyż stosowane składniki praktycznie są pozbawione siarki.

Mieszankę paliwa silnikowego według wynalazku można też stosować w niskich temperaturach, jakie występują w zimie i na terenach wysoko położonych, gdyż jej temperatura zmętnienia osiąga wartość aż do -28°C i mieszanka ta nawet w niższych temperaturach nie strąca się w postaci kłaczków. Prowadzi to do możliwości znacznie szerszego zastosowania niż w przypadku znanych paliw do silnika wysokoprężnego, opartych na tłuszczach roślinnych i zwierzęcych.

Podane poniżej przykłady i próby objaśniają bliżej wynalazek.

168 837

Przykłady wytwarzania 1-5:

Mieszanki paliwa silnikowego według wynalazku wytwarza się przez zwykłe zmieszanie

1.)	% objętościowe
olej rącznikowy	80
etanol	10
benzyna wzorcowa	10
2.)	% objętościowe
olej rzepakowy	75
izopropanol	12,5
ligroina	12,5
3.) .	% objętościowe
olej słonecznikowy	73
izopropanol	13,5
ligroina	13,5
⁴.)	% objętościowe
olej rzepakowy	76
izopropanol	11
ligroina	13
5.)	% objętościowe
olej rzepakowy	74
izopropanol	12
ligroina	12
metanol	2

Próby z silnikiem wysokoprężnym:

Mieszanki paliwa silnikowego według wynalazku testowano w silnikach wysokoprężnych różnego rodzaju konstrukcji w warunkach normalnej eksploatacji. Chodziło o pojazdy seryjne, w których pod względem budowy nie przeprowadzono żadnych zmian. Pojemność skokowa testowanych silników mieściła się w zakresie 1,6-3,0 litra. W pojazdach tych stosowano wszystkie paliwa silnikowe, wyszczególnione w przykładach 1)-5).

Próby te nie prowadziły do żadnych zakłóceń w funkcjonowaniu. Badania wartości gazu odlotowego samochodu osobowego 300 D-Turbo po cyklu jazd według ECE 15.04 wykazały, że wartości emisyjne mieszczą się poniżej wartości granicznych europejskiej normy dla pojazdów tego typu konstrukcji.

Tabela ukazuje wartości gazu odlotowego, oznaczone dla zgodnej z wynalazkiem mieszanki paliwa silnikowego według przykładu 2 (wyniki badawcze w cyklu jazdy).

Tabela

	Wartości pomiarowe [g/test] dla mieszanki paliwa silnikowego 2.)	Wartość graniczna	[g/test] (ECE 15.04)
Typizacja	Seria
Co	7,120	30,00	36,00
HCFID	1,510	-	-
NO_X	3,460	-	-
HC + NOx	4,960	8,00	10,00
Cząstki	1,266	1,10	1,30 Atec AG

168 837

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Paliwo silnikowe, znamienne tym, że zawiera 60-88% objętościowych co najmniej jednego tłuszczowego oleju roślinnego i/lub zwierzęcego, 6-20% objętościowych co najmniej jednego alkoholu alifatycznego o 1-5 atomach węgla i 6-20% objętościowych benzyny.
2. Paliwo według zastrz. 1, znamienne tym, że jako tłuszczowy olej zawiera składnik wybrany ze zbioru obejmującego olej rzepakowy, olej sojowy, olej bawełniany, olej słonecznikowy, olej rącznikowy, olej oliwkowy, olej kukurydziany, olej migdałowy, olej palmowy z ziaren, olej kokosowy, olej gorczyczny lub olej arachidowy.
3. Paliwo według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że jako tłuszczowy olej zawiera olej rzepakowy.
4. Paliwo według zastrz. 3, znamienne tym, że jako tłuszczowy olej zawiera na surowo wytłoczony i odśluzowany olej rzepakowy.
5. Paliwo według zastrz. 3, znamienne tym, że jako tłuszczowy olej zawiera rafinat oleju rzepakowego.
6. Paliwo według zastrz. 1, znamienne tym, że jako alkohol alifatyczny zawiera prostołańcuchowy lub rozgałęziony alkohol jednowodorotlenowy.
7. Paliwo według zastrz. 6, znamienne tym, że jako alkohol alifatyczny zawiera izopropanol.
8. Paliwo według zastrz. 1, znamienne tym, że jako benzynę zawiera ligroinę.