Additiv zur Schmierfähigkeitsverbesserung von DieselölenAdditive for lubricity improvement of diesel oils
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten Estern als Schmierfahig- keitsverbesserern in Treibstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis insbesondere bei Dieseltreib¬ stoffen.The present invention relates to the use of certain esters as lubricity improvers in hydrocarbon-based fuels, especially diesel fuels.
Treibstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis also insbesondere Benzin und Diesel enthalten übli¬ cherweise eine Vielzahl von Additiven, um deren Gebrauchsfähigkeit zu verbessern. In den letzten Jahren hat sich die Tendenz verstärkt, aus Gründen des Umweltschutzes den Anteil an Schwefel in Treibstoffen weites gehend zu reduzieren. Auf diese kann die SOχ-Emission der Verbrennung der Treibstoffe deutlich reduziert werden.Hydrocarbon-based fuels, in particular gasoline and diesel, usually contain a large number of additives in order to improve their usability. In recent years, there has been an increasing tendency to reduce the content of sulfur in fuels for the sake of environmental protection. On top of this, the SOχ emission of fuel combustion can be significantly reduced.
Allerdings führt der weitgehende Verzicht auf Schwefelverbindungen und freien Schwefel im Treibstoff, wie er heute möglich ist auch dazu, dass sich die Schmiereigenschaften dieserHowever, the substantial absence of sulfur compounds and free sulfur in the fuel, as it is possible today, also causes the lubricating properties of this
Treibstoffe verschlechtern. Es besteht daher ein Bedarf an Additiven, die geeignet sind dieWorsen fuels. There is therefore a need for additives which are suitable
Schmiereigenschaften von Treibstoffen und insbesondere von Dieseltreibstoffen zu erhöhen, wobei durch den Einsatz dieser Additive natürlich keine umweltschädlichen Emissionen aus- gelöst werden sollen. Des weiteren müssen die Additive alle sonst an Additive in diesem Be- reich gestellten technischen Eigenschaften erfüllen, also insbesondere die Verbrennung desLubricating properties of fuels and in particular of diesel fuels to increase, with the use of these additives, of course, no environmentally harmful emissions are triggered. Furthermore, the additives have to fulfill all the technical properties otherwise required of additives in this area, in particular the combustion of the
Treibstoffes nicht behindern und keine schädlichen Interaktionen mit anderen Inhaltsstoffen der Treibstoffe aufweisen.Do not hinder fuel and have no harmful interactions with other ingredients of the fuels.
In der US 6,280,488 werden Additivmischungen die ein aschefreies Dispersionsmittel in Kombination mit Carbonsäureestern enthalten offenbart, wobei dieses Additiv die Schmierfä¬ higkeit des Öls erhöht. In einem Beispiel wird ein Glycerinmonooleat als Additiv getestet gegenüber Mitteln die neben dem Glycerinmonooleat noch die Dispergiermittel im Sinne der technischen Lehre der US 6,280,488 aufweisen. Aus der Tabelle 4 in Spalte 12 der US 6,280,488 kann entnommen werden, dass der Einsatz des Glycerinmonooleats alleine nicht geeignet ist, die Schmierfähigkeit von Dieselöl im ausreichenden Maße zu verbessern.No. 6,280,488 discloses additive mixtures which contain an ashless dispersant in combination with carboxylic esters, this additive increasing the lubricity of the oil. In one example, a glycerol monooleate is tested as an additive to agents which, in addition to the glycerol monooleate, still contain the dispersants within the meaning of the technical teaching of US Pat. No. 6,280,488. It can be seen from Table 4 in column 12 of US Pat. No. 6,280,488 that the use of glycerol monooleate alone is not suitable for sufficiently improving the lubricity of diesel oil.
Die vorliegende Erfindung ging nun von der Aufgabenstellung aus, ein wirksames Additiv zur Verbesserung der Schmierfähigkeit von Treibstoffen, insbesondere von schwefelarmenThe present invention was therefore based on the object, an effective additive for improving the lubricity of fuels, especially low sulfur
Treibstoffen und insbesondere von schwefelarmen Dieseltreibstoffen bereitzustellen. l
Es zeigte sich, dass der Einsatz bestimmter Polyolester die gewünschten Eigenschaften auf¬ weist und somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst werden konnte.Provide fuels and in particular low-sulfur diesel fuels. l It was found that the use of certain polyol esters has the desired properties and thus the object of the present invention could be achieved.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung von Estern, hergestellt durch Umsetzung von Karbonsäuren der allgemeinen Formel R-COOH, in der R für einen einfachen, oder mehrfach ungesättigten, verzweigten oder unverzweigten Alkylrest mit 11 bis 21 C- Atomen steht, bzw. Mischungen dieser Carbonsäuren, mit Diglycerin, Oli- goglycerinen und/oder Polyglycerinen, als S chmierfähigkeits verbesserer in Treibstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis.A first subject of the present invention therefore relates to the use of esters prepared by reacting carboxylic acids of the general formula R-COOH in which R is a simple or polyunsaturated, branched or unbranched alkyl radical having 11 to 21 carbon atoms, or Mixtures of these carboxylic acids, with diglycerol, oligoglycerols and / or polyglycerols, as smokability improvers in hydrocarbon-based fuels.
Ester von Karbonsäuren der Formel R-COOH mit Polyolen sind an sich bekannte Verbindun¬ gen. In der US 3,637,774 werden Ester von Polyglycerinen und deren Herstellung beschrie¬ ben. Im Rahmen der hier beanspruchten technischen Lehre werden solche Ester zur Schmier- fähigkeitsverbesserung eingesetzt, deren Alkoholkomponente entweder ein Diglycerin oder ein Oligoglycerin, dass heißt ein durch Oligomerisierung von 2 bis 5 Molen Glycerin mitein¬ ander gestelltes Ausgangsprodukt. Des weiteren geeignet und bevorzugt sind Polyglycerine, d.h. Kondensationsprodukte von mehr als 5 Mol Glycerin miteinander. Zu den physikalischen Eigenschaften der Di-, Oligo- und Polyglyceride sei der Einfachheit halber verwiesen auf die Tabellen I, Ia und II in den Spalten 3 und 4 der US 3,637,774.Esters of carboxylic acids of the formula R-COOH with polyols are compounds known per se. US Pat. No. 3,637,774 describes esters of polyglycerols and their preparation. Within the scope of the technical teaching claimed here, those esters are used to improve lubricity, the alcohol component of which is either a diglycerol or an oligoglycerol, that is to say a starting material formed by oligomerizing 2 to 5 moles of glycerol. Also suitable and preferred are polyglycerols, i. Condensation products of more than 5 moles of glycerol with each other. For the sake of simplicity, reference is made to Tables I, Ia and II in columns 3 and 4 of US Pat. No. 3,637,774 for the physical properties of the di-, oligo- and polyglycerides.
Die Polyole im Sinne der vorläufigen vorliegenden Erfindung werden auf an sich bekannte Art und Weise in Gegenwart saurer und alkalischer Katalysatoren mit den Karbonsäuren all¬ gemeinen Formel R-COOH oder deren Derivate die beispielsweise deren Methylester umge- setzt. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist dabei, dass die zur Veresterung eingesetz¬ ten Karbonsäuren ganz oder überwiegend einfach oder mehrfach ungesättigt sind. Besonders bevorzugt ist die Veresterung der Polyole mit Ölsäure. Da der Einsatz von reiner Ölsäure kos¬ tenintensiv ist, ist es im Sinne der vorliegenden technischen Lehre bevorzugt, Ölsäuremi- schungen technischen oder natürlichen Ursprungs einzusetzen die ein besonders hohen Anteil an Ölsäure enthalten. Vorzugsweise wären solche Säuremischungen eingesetzt die mehr als 50 Mol %, vorzugsweise mehr als 75 Mol % und insbesondere mehr als 90 Mol % an Ölsäure enthalten. Besonders bevorzugt ist es dabei auf Fettsäuremischungen zurück zu greifen, die aus Raps- oder Rüböl gewonnen werden.
Rapsöl oder Rüböl wird aus den Samen von Raps oder Rübsen gewonnen. Rapssaat enthält ca. 40-50% Öl u. ca. 30% Eiweiß. Alte Raps-Sorten enthalten hohe Anteile (35-64%) Eruca- säure, 5-10% Gondosäure [(Z)-11-Eicosensäure, C20H38O2, MR 310,52, Schmelzpunkt: 24- 25 0C] und Nervonsäure neben 13-38% Ölsäure, 10-22% Linolsäure und 2-10% Linolensäu- re. Neue Raps-Sorten enthalten gewöhnlich <2% der langkettigen Monoenfettsäuren. Die Züchtung neuer Sorten führte zu sogenannte Doppelnull- od. „OO-Sorten" (low erucic acid rapeseed, LEAR), die sowohl Erucasäure als auch toxische Glucosinolate nur noch in Spuren enthalten, während sie reich an Ölsäure (50-65%), Linolsäure (15-30%) u. Linolensäure (5- 13%) sind. Bevorzugt wird im Sinne der vorliegenden technischen Lehre ein Ester aus einem Di-, Oligo- oder Polyglycerin mit einer Fettsäuremischung eingesetzt, wobei diese Fettsäure¬ mischungen auf Basis von ölsäurereichen und erukasäurearmen Fettsäuremischungen auf Ba¬ sis von Raps- oder Rüböl gewonnen wurde. Die bevorzugte Alkoholkomponente ist dabei das Diglycerin.The polyols in the sense of the provisional present invention are reacted in a manner known per se in the presence of acidic and alkaline catalysts with the carboxylic acids of general formula R-COOH or derivatives thereof, for example the methyl ester thereof. It is essential for the present invention that the carboxylic acids used for the esterification are completely or predominantly monounsaturated or polyunsaturated. Particularly preferred is the esterification of the polyols with oleic acid. Since the use of pure oleic acid is cost-intensive, it is preferred for the purposes of the present technical teaching to use oleic acid mixtures of technical or natural origin which contain a particularly high proportion of oleic acid. Preferably, such acid mixtures would be used which contain more than 50 mol%, preferably more than 75 mol% and in particular more than 90 mol% of oleic acid. It is particularly preferred to resort to fatty acid mixtures obtained from rapeseed or rapeseed oil. Rapeseed oil or rapeseed oil is obtained from the seeds of rape or turnip rape. Rapeseed contains about 40-50% oil u. about 30% protein. Old oilseed rape varieties contain high levels (35-64%) erucic acid, 5-10% Gondo acid [(Z) -11-eicosenoic acid, C 20 H 38 O 2, MR 310.52, Melting point: 24- 25 0 C ] and nervonic acid in addition to 13-38% oleic acid, 10-22% linoleic acid and 2-10% linolenic acid. New rape varieties usually contain <2% of the long-chain monoeno fatty acids. The breeding of new varieties has resulted in so-called double-erosion or low erucic acid rapeseed (LEAR) varieties, which only contain trace amounts of both erucic acid and toxic glucosinolates, while being rich in oleic acid (50-65%), Linoleic acid (15-30%) and linolenic acid (5-13%) are preferred For the purposes of the present technical teaching, preference is given to using an ester of a di-, oligo- or polyglycerol with a fatty acid mixture, these fatty acid mixtures being based on The preferred alcohol component is diglycerol, the fatty acid mixtures which are rich in oleic acid and which have a low erucic acid content and which have been obtained on the basis of rapeseed or rapeseed oil.
Die Ester im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen eine Säurezahl nach DIN 53169 von maximal 1,0 vorzugsweise weniger als 1,0 und insbesondere von kleiner als 0,6 auf. Neben den Estern der ungesättigten Säure mit Di-, Oligo- und/oder Polyglycerinen können die Addi¬ tive auch noch weniger als 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge am eingesetzten Ester an Karbonsäureestern mit gesättigten Karbonsäuren enthalten. Bevorzugt ist es allerdings im Sinne der vorliegenden technischen Lehre, solche Additive auszuwählen, die besonders hohe Anteile an Estern von den bezeichneten Polyolen mit ungesättigten Säuren aufweisen. Die Glycerinester der vorliegenden Erfindung können partiell oder vollständig verestert sein, d.h. es können teilweise oder alle freien OH-Funktionen der Polyole mit Carbonsäuren umgesetzt worden sein.The esters according to the present invention have an acid number according to DIN 53169 of at most 1.0, preferably less than 1.0 and in particular less than 0.6. In addition to the esters of unsaturated acid with di-, oligo- and / or polyglycerols, the additives may also contain less than 50% by weight, based on the total amount of ester used, of carboxylic acid esters with saturated carboxylic acids. However, it is preferred within the meaning of the present technical teaching to select those additives which have particularly high proportions of esters of the designated polyols with unsaturated acids. The glycerol esters of the present invention may be partially or fully esterified, i. it is possible that some or all of the free OH functions of the polyols have been reacted with carboxylic acids.
Die Ester werden erfindungsgemäß dem Treibstoff in Mengen von 10 bis 1000 ppm, vor¬ zugsweise 50 bis 200 ppm und insbesondere in Mengen von 70 bis 120 ppm, bezogen auf die Menge an Treibstoff zugesetzt. Unter Treibstoffen werden im Rahmen dieser Anmeldung alle energieliefernden Betriebsstoffe auf Basis von Kohlenwasserstoffen, deren freie Verbren- nungsenergie in mechanische Arbeit umgesetzt wird, verstanden. Dazu zählen alle Arten von bei Raumtemperatur und Normaldruck flüssigen Motor- und Flugkraftstoffe. Motorkraftstof¬ fe, z.B. für PKW- oder LKW-Motoren, enthalten in der Regel Kohlenwasserstoffe, z.B. Ben¬ zin- oder höhersiedende Erdöl-Fraktionen oder Dieseltreibstoff. Besonders bevorzugt ist dieAccording to the invention, the esters are added to the fuel in amounts of from 10 to 1000 ppm, preferably from 50 to 200 ppm, and in particular in amounts of from 70 to 120 ppm, based on the amount of fuel. For the purposes of this application, fuels are understood as all energy-yielding fuels based on hydrocarbons whose free combustion energy is converted into mechanical work. These include all types of liquid at room temperature and normal pressure motor and aviation fuels. Motor fuels, e.g. for passenger car or truck engines, usually contain hydrocarbons, e.g. Benzine or higher boiling petroleum fractions or diesel fuel. Particularly preferred is the
Verwendung der erfindungsgemäßen Additive in Dieselkraftstoff.
Dieselkraftstoffe bezeichnen schwer entflammbare Gemische von flüssigen Kohlenwasser¬ stoffen, die als Kraftstoffe für Gleichdruck- od. Brennermotoren (Dieselmotoren) verwendet werden und überwiegend aus Paraffinen mit Beimengungen von Olefmen, Naphthenen und aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehen. Ihre Zusammensetzung ist uneinheitlich und hängt besonders von der Herstellungsmethode ab: übliche Produkte haben eine Dichte von 0,83-0,88, einen Siedepunkt im Bereich von 170-360 0C und einen Flammpunkt zwischen 70-100 0C. Diesel erhält man bei der Destillation von Erdöl aus dem Gasöl, beim Kracken, aus den Teeren, die bei der Schwelung (oder Hydrierung) von Braun- od. Steinkohlen gewon- nen werden, und durch Hydrierung des Kohleextrakts. Diesel für stationäre Anlagen und für Schiffsmotoren haben eine ähnliche Zusammensetzung wie schweres Heizöl, die für PKW, Autobusse und Lastkraftwagen entsprechen dem Heizöl EL. Ein wesentlicher Faktor für die Verwendbarkeit von Diesel ist ihre Zündwilligkeit, für deren quantitativen Angabe die Cetan- Zahl (CZ) eingeführt wurde. Als Zündwilligkeit wird die Eigenschaft eines Motorkraftstoffs bezeichnet, in einem nach dem Dieselprinzip arbeitenden Motor leichter oder schwerer zu zünden. Die Anforderungen an Diesel sind bei langsamlaufenden Motoren CZ 20-40, bei kleinen und schnelllaufenden CZ >45. Zu den Qualitätsmerkmalen von Diesel gehört auch das Kälteverhalten, das durch den Cloudpoint oder bevorzugt durch den Grenzwert der FiIt- rierbarkeit (cold filter plugging point, CFPP), diejenige Temperatur, bei der durchgesaugter Diesel ein Filter blockiert, beschrieben werden kann. Erwünscht sind ferner ein niedriger Stockpunkt, geringer Gehalt an nicht verbrennbaren und rußenden Substanzen und ein niedri¬ ger Schwefel-Gehalt. In DIN-EN 590 (05/1993) sind die Anforderungen und Prüfverfahren für Diesel europaeinheitlich spezifiziert. Dem Diesel werden Cetan-Zahlverbesserer (Salpeter- od. Salpetrigsäureester), Korrosionsinhibitoren, Fließverbesserer, Tenside (halten die Ein- spritzdüsen sauber), Entschäumer, manchmal auch Qualmverminderer als Additive zugesetzt.Use of the additives according to the invention in diesel fuel. Diesel fuels refer to flame-retardant mixtures of liquid hydrocarbons which are used as fuels for constant pressure or burner engines (diesel engines) and consist predominantly of paraffins with admixtures of olefins, naphthenes and aromatic hydrocarbons. Their composition varies and depends mainly on the method of preparation: common products have a density of 0.83-0.88, a boiling point in the range of 170-360 0 C and a flash point between 70-100 0 C. Diesel is obtained at the distillation of petroleum from gas oil, cracking, tars obtained from the carbonization (or hydrogenation) of brown or hard coal, and the hydrogenation of the coal extract. Diesel for stationary equipment and marine engines have a similar composition as heavy fuel oil, which for cars, buses and trucks correspond to the fuel oil EL. A key factor in the usability of diesel is its ignitability, for which the cetane number (CZ) was introduced in quantitative terms. The ignition capability is the property of a motor fuel, lighter or harder to ignite in an operating on the diesel principle engine. The requirements for diesel are CZ 20-40 for low-speed engines, CZ> 45 for small and high-speed engines. One of the quality features of diesel is its low-temperature behavior, which can be described by the cloudpoint or preferably by the cold filter plugging point (CFPP), the temperature at which sucked-in diesel blocks a filter. Desirable are also a low pour point, low content of non-combustible and sooty substances and a niedri¬ ger sulfur content. In DIN-EN 590 (05/1993), the requirements and test methods for diesel are specified throughout Europe. Cetane number improvers (nitric or nitric acid esters), corrosion inhibitors, flow improvers, surfactants (keeping the injection nozzles clean), defoamers, and sometimes smoke reducers as additives are added to the diesel.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Schmierfähigkeit von Treibstoffen insbesondere von Dieselöl, wobei man dem Dieselöl¬ ester bzw. Estermischungen gemäß der obigen Beschreibung in Mengen von 10 bis 1000 ppm zusetzt. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit solchen Treibstoffen durchge¬ führt, deren Schwefelgehalt möglichst gering, vorzugsweise unter 0,2 Gew.% Schwefel bezo¬ gen auf Gesamtmenge Treibstoff liegt.
BeispieleAnother object of the present invention relates to a process for improving the lubricity of fuels, in particular diesel oil, wherein the Dieselöl¬ ester or ester mixtures according to the above description in amounts of 10 to 1000 ppm added. The process according to the invention is preferably carried out with fuels whose sulfur content is as low as possible, preferably less than 0.2% by weight of sulfur, based on the total amount of fuel. Examples
Herstellung eines Diglycerinfettsäureesters:Preparation of a diglycerin fatty acid ester:
3 mol einer Fettsäuremischung auf Basis Sonnenblumenöl mit einer Säurezahl von 211 (Ede- nor SB 00, Fa. Cognis), wurden mit 2 mol Diglycerin in Gegenwart eines Katalysators (Zin- noxalat) vermischt und bei Temperaturen bis 250 0C verestert. Das entstandene Produkt war gelb, klar und viskos. Die Säurezahl wurde mit 0,9 gemessen.3 moles of a fatty acid mixture based on sunflower oil having an acid number of 211 (EDE nor SB 00, Fa. Cognis), were mixed with 2 mol of diglycerol in the presence of a catalyst (Zin noxalat) mixed and esterified at temperatures up to 250 0 C. The resulting product was yellow, clear and viscous. The acid number was measured at 0.9.
Anschließend wurde das Produkt im HFRR-Test (gemäß ISO 12156-1) geprüft. Als Ver¬ gleich wurde ein Dieselöl ohne Zusätze getestet. Die Ergebnisse waren wir folgt:Subsequently, the product was tested in the HFRR test (according to ISO 12156-1). As a comparison, a diesel oil without additives was tested. The results were as follows:
HFRR-Wert (EN 590) Diesel (Standard) 615 Diesel + 100 ppm Diglycerinester 194 Diesel + 200 ppm Diglycerinester 193
HFRR value (EN 590) diesel (standard) 615 diesel + 100 ppm diglycerol ester 194 diesel + 200 ppm diglycerol ester 193