JP2004002550A

JP2004002550A - 軽油組成物（１）

Info

Publication number: JP2004002550A
Application number: JP2002160047A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kaneko; 金子　タカシ
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4152127B2

Abstract

【課題】ディーゼル排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成する微小粒子の総粒子数及びナノ粒子数、並びにアルデヒド類の量を同時に且つ十分に低減することが可能な軽油組成物を提供すること。
【解決手段】硫黄分含有量が１０質量ｐｐｍ以下、セタン指数が４５以上、セタン価が５０以上、９０％留出温度が３３０℃以下、灰分が０．０１質量ｐｐｍ未満、体積弾性率が１３００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下であり、下記式（１）：
１０≦（Ａ×Ｄ／１０００＋Ｎ／５）≦３０　　（１）
［Ａは１環芳香族分含有量（容量％）、Ｄは１５℃における密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｎはナフテン化合物含有量（質量％）を示す］
で表される条件を満たすことを特徴とする軽油組成物。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軽油組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題等の観点から、ディーゼル排ガス中に含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ、以下、ＰＭという）やアルデヒド類等を低減する技術が検討されている。
【０００３】
ＰＭは、燃料の燃焼によるすす（煤）、燃料や潤滑油からの未燃焼成分及び中間生成分等からなり、黒色煙の状態で排出される微小粒子である。特に、日本においては、直径１０μｍ以下の大気浮遊粒子状物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ、ＳＰＭ）について環境規定がなされている。ＰＭを低減する技術としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を排気系に装着してＰＭを物理的に捕集・除去する方法や、燃料を高圧で噴射して燃焼させる方法等が提案されている。
【０００４】
また、アルデヒド類も大気汚染等の原因物質として考えられており、これを低減する方法として酸化触媒等を用いた排ガス後処理装置を排気系に装着する方法等が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法であってもＰＭ及びアルデヒド類を低減する技術として必ずしも十分とは言えない。特に、ＰＭを構成する微小粒子の総粒子数及び当該微小粒子のうち直径の分布中心が５０ｎｍ付近である微小粒子（以下、ナノ粒子という）の粒子数を低減しつつ、同時にアルデヒド類をも低減することは非常に困難である。
【０００６】
また、上記の方法はいずれも所定の装置を用いるものであるが、一方、ディーゼルエンジンの燃料である軽油については排ガス中のＰＭ量、アルデヒド類、微小粒子の総数及びナノ粒子数を全て同時に低減するための検討は十分になされていない。
【０００７】
本発明は、かかる実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼル排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成する微小粒子の総粒子数及びナノ粒子数、並びにアルデヒド類の量を同時に且つ十分に低減することが可能な軽油組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の軽油組成物は、硫黄分含有量が１０質量ｐｐｍ以下であり、セタン指数が４５以上であり、セタン価が５０以上であり、９０％留出温度が３３０℃以下であり、灰分が０．０１質量ｐｐｍ未満であり、体積弾性率が１３００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下であり、且つ下記式（１）：
１０≦（Ａ×Ｄ／１０００＋Ｎ／５）≦３０　　（１）
［式（１）中、Ａは軽油組成物中の１環芳香族分含有量（容量％）を示し、Ｄは軽油組成物の１５℃における密度（ｋｇ／ｍ^３）を示し、Ｎは軽油組成物中のナフテン化合物含有量（質量％）を示す］
で表される条件を満たすことを特徴とする。
【０００９】
本発明の軽油組成物によれば、硫黄分含有量、セタン指数、セタン価、９０％留出温度、灰分及び体積弾性率をそれぞれ上記の範囲内とし、さらに軽油組成物中の１環芳香族分含有量Ａ、軽油組成物の１５℃における密度Ｄ及び軽油組成物中のナフテン化合物含有量Ｎが上記式（１）で表される条件を満たすようにすることによって、ディーゼル排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成する微小粒子の総粒子数及びナノ粒子数、並びにアルデヒド類の量を同時に且つ十分に低減することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
（硫黄分）
本発明の軽油組成物においては、硫黄分含有量が１０質量ｐｐｍ以下であることが必要である。硫黄分含有量が１０質量ｐｐｍを超えると、排ガス後処理装置の耐久性の悪化並びにＰＭ排出量及び微小粒子排出量の増加が起こりやすくなる。また、上述の理由により、硫黄分含有量は７質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００１２】
なお、本発明でいう硫黄分含有量とは、ＪＩＳ　Ｋ　２５４１「硫黄分試験方法」により測定される、軽油組成物全量を基準とした硫黄分の含有量を意味する。
【００１３】
（セタン指数及びセタン価）
本発明の軽油組成物のセタン指数は４５以上であることが必要である。セタン指数が４５に満たない場合には、排出ガス中のＰＭ、アルデヒド類、あるいはさらにＮＯｘの濃度が高くなりやすい。また、同様の理由により、セタン指数は４８以上であることが好ましく、５０以上であることがより好ましい。
【００１４】
なお、本発明でいうセタン指数とは、ＪＩＳ　Ｋ　２２８０「石油製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」の「８．４変数方程式を用いたセタン指数の算出方法」によって算出される価を意味する。ここで、上記ＪＩＳ規格におけるセタン指数は、一般的にはセタン価向上剤を添加していない軽油に対して適用されるが、本発明ではセタン価向上剤を添加した軽油組成物についても上記「８．４変数方程式を用いたセタン指数の算出方法」を適用し、当該算出方法により算出される値をセタン指数として表す。
【００１５】
また、本発明の軽油組成物においては、排出ガス中のＰＭ、アルデヒド、あるいはさらにＮＯｘの各濃度をより低減させることが出来ることから、セタン価は５０以上であることが必要であり、５２以上であることが好ましく、５４以上であることがより好ましい。
【００１６】
なお、ここでいうセタン価とは、ＪＩＳ　Ｋ　２２８０「石油製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」の「７．セタン価試験方法」に準拠して測定されるセタン価を意味する。
【００１７】
（９０％留出温度）
本発明の軽油組成物において、９０％留出温度（以下、場合によりＴ９０という）は３３０℃以下であることが必要である。Ｔ９０が３３０℃より高い場合はＰＭや微小粒子排出量の増加が起こりやすくなる。また、同様の理由により、Ｔ９０は３２５℃以下であることが好ましく、３２０℃以下であることがより好ましく、３１５℃以下であることがさらに好ましい。
【００１８】
また、Ｔ９０の下限値に対しては特に制限はないが、燃費をより向上させてエンジン出力をより高めるという効果が得られる点から、Ｔ９０は２７０℃以上が好ましく、２７５℃以上がより好ましく、２８０℃以上が最も好ましい。
【００１９】
なお、本発明でいう９０％留出温度（Ｔ９０）とは、全てＪＩＳ　Ｋ　２２５４「石油製品−蒸留試験方法」によって測定される値を意味する。
【００２０】
（灰分）
本発明の軽油組成物においては、灰分の含有量が０．０１質量％未満であることが必要である。灰分の含有量が前記上限値を超えると、エンジンでの燃焼過程中に灰分がＰＭの核となり、ＰＭ全体の量及びナノ粒子の量が増加してしまう。また、灰分のまま排出された場合であっても、灰分が排ガス後処理装置に堆積してしまい、後処理装置の性能低下を招いてしまうことがある。さらには、燃料噴射系に対する悪影響も考えられる。
【００２１】
なお、本発明でいう灰分とは、全てＪＩＳ　Ｋ　２２７２「原油及び石油製品の灰分並びに硫酸灰分試験方法」によって測定される値を意味する。
【００２２】
（体積弾性率）
本発明の軽油組成物において、体積弾性率は１３００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下である必要がある。
【００２３】
一般に、軽油のような圧縮性のある流体に高い圧力を加えた場合、雰囲気の温度、圧力に応じて流体が圧縮し、その結果、流体の密度（流量あたりの体積）が変化する。本発明では、このような流体の圧縮弾性率を体積弾性率（単位：ＭＰａ）と定義している。
【００２４】
例えばディーゼル燃料噴射を想定した場合、燃料流体の体積弾性率は、燃料がおかれている雰囲気の温度や圧力、さらには燃料自体の物理特性や組成に応じて一定の割合で変化する。従って、電子制御式燃料噴射ポンプのように、高圧で高精度な噴射特性を有する噴射系において、設定通りの燃料噴射量や噴射率を維持するためには、体積弾性率が安定した数値を示す燃料が必要である。この体積弾性率の安定化がＰＭ全体及びナノ粒子、あるいはさらにＮＯｘ等の低減に繋がる。かかる理由により、本発明の軽油組成物では、その体積弾性率が１３００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下であることが必要であり、１３００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下であることが好ましく、１３５０ＭＰａ以上１４５０ＭＰａ以下であることがより好ましい。
【００２５】
なお、体積弾性率は単一の燃料物理特性、組成によって支配されるものではなく、複数の物理特性、組成の影響を複合的に受けた結果として定義されるものであるため、他の物理特性、組成と並行して捉えるべき燃料特性と考えることが、技術的見地から妥当である。
【００２６】
ここで、本発明にかかる体積弾性率の測定方法について説明する。図１は体積弾性率測定装置の一例を示す概略構成図である。図１中、定容容器１の上面には定容容器１内に連通するように供給弁２が設けられており、供給弁２の所定の位置には排出弁３が接続されている。また、定容容器１の側面には温度センサ４及び圧力センサ５、定容容器１の下面にはピストン６がそれぞれ定容容器１内に連通するように設けられている。ここで、定容容器１及びピストン６は、雰囲気の温度及び圧力が所定量変化したときに、その容量変化が燃料の体積変化に比べて十分に小さい材料及び構造からなるものである。
【００２７】
図１に示した測定装置を用いる場合、先ず、測定対象である軽油組成物１００を供給弁２から定容容器１内に導入し、定容容器１内を軽油組成物で充満させる。次に、ピストン６により定容容器１内の容積を変化させる。このとき、軽油組成物はその圧縮弾性特性に従って圧縮されるので、結果として定容容器１内の圧力が変化することになる。この圧縮工程の際の温度及び圧力を温度センサ４及び圧力センサ５で測定し、得られた測定値に基づいて体積弾性率を算出することができる。
【００２８】
（１環芳香族分、ナフテン分及び密度の関係）
本発明の軽油組成物において、軽油組成物中の１環芳香族分含有量、ナフテン分含有量及び密度は、下記式（１）：
【００２９】
１０≦（Ａ×Ｄ／１０００＋Ｎ／５）≦３０　　（１）
で表される条件を満たすことが必要である。ここで、Ａは軽油中の１環芳香族分含有量（容量％）、Ｄは１５℃における密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｎは軽油中のナフテン化合物含有量（質量％）を示す。また、本発明では、以下、式（１）中の｛Ａ×Ｄ／１０００＋Ｎ／５｝を「ＡＮ指数」という。
【００３０】
ＡＮ指数が３０を越える場合は、大きな粒径分布を持つ微小粒子及びＰＭ排出が増加しやすい。また、ＡＮ指数が１０未満となる場合、軽油組成物中に芳香族化合物やナフテン化合物があまり存在しないことになり、結果として燃費や出力性能の低下や噴射ポンプ等の部品に使用されている材料類、特にゴム部材等に対する影響が懸念される。
【００３１】
本発明の軽油組成物において、１環芳香族分含有量は上記式（１）を満たせば特に制限されないが、排ガス中のＰＭ、あるいはさらにＮＯｘの低減効果の点から、１環芳香族分含有量は４０容量％以下であることが好ましく、３５容量％であることがより好ましく、３０容量％以下であることがさらに好ましく、２５容量％以下であることが特に好ましい。また、噴射ポンプに使用されているゴム部材等への影響の点から、１環芳香族分含有量は５容量％以上であることが好ましく、７容量％以上であることがより好ましく、１０容量％以上であることがさらに好ましい。
【００３２】
また、本発明の軽油組成物において、ナフテン化合物含有量は上記式（１）を満たせば特に制限されないが、他の燃料基材とのバランスや過度の混合による排ガス性能への影響の点から、ナフテン化合物含有量は９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましく、８５容量％以下であることがさらに好ましく、８０容量％以下であることが最も好ましい。
【００３３】
さらに、本発明の軽油組成物において、２環以上の多環芳香族分の含有量が５容量％以下であることが好ましく、３容量％以下であることがより好ましく、２容量％以下であることがさらに好ましい。２環以上の多環芳香族分の含有量が前記上限値を超えると、排ガス中のＰＭ、あるいはさらにＮＯｘが増加する傾向にある。
【００３４】
また、本発明の軽油組成物においては、飽和分、オレフィン分および芳香族分の各含有量について特に制限はないが、飽和分含有量は６０〜１００容量％、オレフィン分含有量は０〜５容量％、芳香族分含有量は５〜４０容量％であることがそれぞれ好ましい。
【００３５】
飽和分含有量は、排出ガス中のＰＭ及びＮＯｘの各濃度を低下させる点で、好ましくは６０容量％以上、より好ましくは６５容量％以上、さらに好ましくは７０容量％以上、最も好ましくは７５容量％以上であることが望ましい。また、飽和分含有量の上限に関しては特に制限はないが、本発明の軽油組成物がＪＩＳ２号軽油に相当する蒸留性状を有する場合には、低温始動性および低温運転性を良好に維持する点から、飽和分含有量は好ましくは９５容量％以下、より好ましくは９０容量％以下、さらにより好ましくは８５容量％以下であることが望ましい。ここで、本発明でいう飽和分には、ノルマルパラフィン類、イソパラフィン類及びナフテン類が包含される。
【００３６】
また、オレフィン分含有量は、本発明の軽油組成物の安定性の点から、好ましくは０〜５容量％、より好ましくは０〜１容量％であることが望ましい。
【００３７】
また、芳香族分含有量は、排ガス中のＰＭ及びＮＯｘの低減効果の点から、好ましくは４０容量％以下、より好ましくは３５容量％以下、さらに好ましくは３０容量％以下、最も好ましくは２５％以下であることが望ましい。また、噴射ポンプに使用されている材料への影響等の点から、芳香族分含有量は、好ましくは５容量％以上、より好ましくは７容量％以上、さらに好ましくは１０容量％以上であることが望ましい。
【００３８】
なお、本発明でいう飽和分含有量（容量％）、オレフィン分含有量（容量％）及び芳香族分含有量（容量％）とは、それぞれ社団法人石油学会から発光されている石油学会企画ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「炭化水素タイプ試験法−高速液体クロマトグラフ法」に準拠して測定される値を意味する。また、本発明でいうナフテン化合物含有量は、ＡＳＴＭ　Ｄ２７８６「質量分析法」に準拠して測定されるナフテン分の質量百分率（質量％）を意味する。
【００３９】
（動粘度）
本発明の軽油組成物の３０℃における動粘度は１．７ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましく、１．７２ｍｍ^２／ｓ以上であることがより好ましく、１．７５ｍｍ^２／ｓ以上であることがさらに好ましく、１．７８ｍｍ^２／ｓ以上であることがさらにより好ましく、１．８０ｍｍ^２／ｓ以上であることが最も好ましい。当該動粘度が１．７ｍｍ^２／ｓに満たない場合は、燃料噴射ポンプ側の燃料噴射時期制御が困難となる傾向にあり、またエンジンに搭載された燃料噴射ポンプの各部における潤滑性が損なわれるおそれがある。
【００４０】
また、本発明の軽油組成物の３０℃における動粘度の上限値については特に制限はないが、排出ガス中のＰＭ濃度をより一層低減できることから、当該動粘度は４．０ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、３．５ｍｍ^２／ｓ以下であることがより好ましく、３．０ｍｍ^２／ｓ以下であることがさらに好ましく、２．５ｍｍ^２／ｓ以下であることがさらにより好ましく、２．４ｍｍ^２／ｓ以下であることが特に好ましく、２．２ｍｍ^２／ｓ以下であることが最も好ましい。
【００４１】
なお、本発明でいう動粘度とは、ＪＩＳ　Ｋ　２２８３「原油及び石油製品−動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」により測定される動粘度を意味する。
【００４２】
（密度）
本発明の軽油組成物において、１５℃における密度（Ｄ）は上記式（１）を満たせば特に制限されないが、燃料消費率および加速性の点から、当該密度は７７０ｋｇ／ｍ^３以上であることが好ましい。また、排出ガス中のＰＭ濃度をより低下できる点から、当該密度は８４０ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、８３５ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましく、８３０ｋｇ／ｍ^３以下であることがさらに好ましく、８２０ｋｇ／ｍ^３以下であることさらにより好ましく、８１５ｋｇ／ｍ^３以下であることが最も好ましい。
【００４３】
ここで密度とはＪＩＳ　Ｋ　２２４９「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定される密度を意味する。
【００４４】
（潤滑性能）
本発明の軽油組成物は、ＨＦＲＲ摩耗痕径（ＷＳ１．４）が好ましくは４６０μｍ以下、より好ましくは４４０μｍ以下、さらに好ましくは４２０μｍ以下、さらにより好ましくは４００μｍ以下、最も好ましくは３８０μｍ以下となる潤滑性能を有することが望ましい。ＨＦＲＲ摩耗痕径が４６０μｍを超える場合は、特に分配型噴射ポンプを搭載したディーゼルエンジンにおいて、運転中のポンプの駆動トルク増、ポンプ各部の摩耗増を引き起こし、排ガス性能、微小粒子性能の悪化のみならずエンジン自体が破壊される恐れがある。また、高圧噴射が可能な電子制御式燃料噴射ポンプにおいても、摺動面等の摩耗が懸念される。
【００４５】
なお、本発明でいうＨＦＲＲ摩耗痕径とは、社団法人石油学会から発行されている石油学会規格ＪＰＩ−５Ｓ−５０−９８「軽油−潤滑性試験方法」により測定される値を意味する。
【００４６】
（流動点）
本発明の軽油組成物の流動点は、低温始動性ないしは低温運転性の観点、並びに電子制御式燃料噴射ポンプにおける噴射性能維持の観点から、−７．５℃以下であることが好ましく、−１５℃以下であることがより好ましく、−２０℃以下であることがさらにより好ましい。
【００４７】
ここで流動点とは、ＪＩＳ　Ｋ　２２６９「原油及び石油製品の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」により測定される流動点を指す。
【００４８】
（目詰まり点）
本発明の軽油組成物は、その目詰まり点については特に限定条件はない。しかし、一般的には組成物の目詰まり点は−５℃以下であることが好ましく、−８℃以下であることがより好ましく、−１２℃以下であることがさらにより好ましく、−１９℃以下であることが最も好ましい。
【００４９】
ここで目詰まり点とはＪＩＳ　Ｋ　２２８８「軽油−目詰まり点試験方法」により測定される目詰まり点を指す。
【００５０】
（貯蔵安定性）
本発明の軽油組成物は、貯蔵安定性の点から、酸化安定性試験後の全不溶解分が２．０ｍｇ／１００ｍＬ以下であることが好ましく、１．０ｍｇ／１００ｍＬ以下であることがより好ましく、０．５ｍｇ／１００ｍＬ以下であることがさらに好ましく、０．３ｍｇ／１００ｍＬ以下であることがさらにより好ましく、０．２ｍｇ／１００ｍＬ以下であることが特に好ましく、０．１ｍｇ／１００ｍＬ以下であることが最も好ましい。なお、ここでいう酸化安定性試験とは、ＡＳＴＭＤ２２７４−９４に準拠して、９５℃、酸素バブリング下、１６時間の条件で実施する試験である。
【００５１】
また、貯蔵安定性、部材への適合性の点から、上記酸化安定性試験後における当該軽油組成物の過酸化物価は１０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、２質量ｐｐｍ以下であることがさらにより好ましく、１質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。なお、ここでいう過酸化物価とは石油学会規格ＪＰＩ−５Ｓ−４６−９６に準拠して測定される値を意味する。全不溶解分や過酸化物価を低減するために、本発明の軽油組成物に酸化防止剤や金属不活性化剤等の添加剤を適宜添加することができる。
【００５２】
（導電率）
本発明の軽油組成物の導電率は特に限定されるものではないが、安全性の観点から５０ｐＳ／ｍ以上であることが好ましい。本発明の軽油組成物には、導電率を改善するために、帯電防止剤等を適宜添加することができる。なお、ここでいう導電率とは、ＪＩＳ　Ｋ２２７６「石油製品−航空燃料油試験方法」に準拠して測定される値を意味する。
【００５３】
（ベース軽油）
本発明の軽油組成物は任意の方法で製造することができる。典型的には、ベース軽油の１種又は２種以上に、必要に応じてセタン価向上剤と潤滑油向上剤、清浄剤、その他の添加剤を所定量配合して製造される。
【００５４】
ベース軽油としては、例えば、原油の常圧蒸留装置から得られる直留軽油；常圧蒸留装置から得られる直留重質油や残査油を減圧蒸留装置にかけて得られる減圧軽油；減圧蒸留装置から得られる減圧軽油を水素化精製して得られる水素化精製軽油；減圧蒸留装置から得られる減圧軽油等を水素化分解して得られる水素化分解軽油；直留軽油を通常の水素化精製より苛酷な条件で一段階または多段階で水素化脱硫して得られる水素化脱硫軽油；脱硫または未脱硫の減圧軽油、減圧重質軽油あるいは脱硫重油を接触分解して得られる接触分解軽油；原油の常圧蒸留により得られる直留灯油；直留灯油を水素化精製して得られる水素化精製灯油；天然ガスなどを原料としこれを化学合成させることで得られる合成軽油および合成灯油；直留原油の常圧蒸留によって得られる軽油留分を分解して得られる分解灯油等が挙げられる。これらのベース軽油は、軽油組成物の硫黄分含有量、セタン指数、セタン価、９０％留出温度、灰分及び体積弾性率をそれぞれ上記の範囲内とし、且つ上記式（１）で表される条件を満たすように調製可能であれば、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５５】
本発明の軽油組成物の製造に関しては、上記ベース軽油の中でも水素化分解軽油を用いることが好ましい。このようにして得られる水素化分解軽油の具体例としては、その蒸留性状として５０％留出温度が２００℃から３２０℃であり、１５℃における密度が７８０ｋｇ／ｍ^３から８７０ｋｇ／ｍ^３の範囲のものが挙げられる。なお、これらの値は水素化分解軽油の製造条件によって変化し得る。また、水素化分解軽油よりも軽い留分である水素化分解灯油も本発明の軽油組成物の基材として有効である。
【００５６】
水素化分解軽油を製造する際には、重質軽油等をアモルファス系ニッケル−モリブデン触媒等を用い、８〜２５ＭＰａの運転水素圧力のもと、３００℃から５００℃の運転反応温度で、液空間速度０．１〜１．０／ｈの条件で、水素化分解と共に脱硫、脱窒素を行う水素化分解装置を使用することができる。
【００５７】
水素化分解軽油を用いる場合の配合量は、組成物全量を基準として１５容量％以上であることが好ましく、３０容量％以上であることがより好ましく、５０容量％以上であることがさらに好ましい。
【００５８】
上記ベース軽油の硫黄分含有量が１０質量ｐｐｍを超える場合には、後述する添加剤等の配合に先立ち、水素化精製などの適当な手段で硫黄分含有量を１０質量ｐｐｍ以下に低減させる脱硫処理を行うことが好ましい。
【００５９】
（セタン価向上剤）
本発明においては、必要に応じてセタン価向上剤を適量含有し、得られる軽油組成物のセタン価を５０以上とすることができる。
【００６０】
かかるセタン価向上剤としては、軽油のセタン価向上剤として知られる各種の化合物を任意に使用することができ、例えば、硝酸エステルや有機過酸化物等が挙げられる。これらのセタン価向上剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００６１】
本発明においては、上述のセタン価向上剤の中でも硝酸エステルを用いることが好ましい。かかる硝酸エステルには、２−クロロエチルナイトレート、２−エトキシエチルナイトレート、イソプロピルナイトレート、ブチルナイトレート、第一アミルナイトレート、第二アミルナイトレート、イソアミルナイトレート、第一ヘキシルナイトレート、第二ヘキシルナイトレート、ｎ−ヘプチルナイトレート、ｎ−オクチルナイトレート、２−エチルヘキシルナイトレート、シクロヘキシルナイトレート、エチレングリコールジナイトレートなどの種々のナイトレート等が包含されるが、特に、炭素数６〜８のアルキルナイトレートが好ましい。
【００６２】
セタン価向上剤の含有量は、組成物全量基準で５００質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、６００質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、７００質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましく、８００質量ｐｐｍ以上であることがさらにより好ましく、９００質量ｐｐｍ以上であることが最も好ましい。セタン価向上剤の含有量が５００質量ｐｐｍに満たない場合は十分なセタン価向上効果が得られず、ディーゼルエンジン排出ガスのＰＭ、アルデヒド、さらにはＮＯｘが十分に低減されない傾向にある。また、セタン価向上剤の含有量の上限値は特に限定されないが、軽油組成物全量基準で、１４００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、１２５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１１００質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、１０００質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
【００６３】
セタン価向上剤は、常法に従い合成したものを用いてもよく、また、市販品を用いてもよい。なお、セタン価向上剤と称して市販されているものは、セタン価向上に寄与する有効成分（すなわちセタン価向上剤自体）を適当な溶剤で希釈した状態で入手されるのが通例である。このような市販品を使用して本発明の軽油組成物を調製する場合には、軽油組成物中の当該有効成分の含有量が上述の範囲内となることが好ましい。
【００６４】
（潤滑性向上剤及び清浄剤）
本発明の軽油組成物においては、上記セタン価向上剤以外の添加剤を必要に応じて配合することができ、特に、潤滑性向上剤および／または清浄剤が好ましく配合される。
【００６５】
潤滑性向上剤としては、例えば、カルボン酸系、エステル系、アルコール系およびフェノール系の各潤滑性向上剤の１種又は２種以上が任意に使用可能である。これらの中でも、カルボン酸系及びエステル系の潤滑性向上剤が好ましい。
【００６６】
カルボン酸系の潤滑性向上剤としては、例えば、リノ−ル酸、オレイン酸、サリチル酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ヘキサデセン酸及び上記カルボン酸の２種以上の混合物が例示できる。
【００６７】
また、エステル系の潤滑性向上剤としては、グリセリンのカルボン酸エステルが挙げられる。カルボン酸エステルを構成するカルボン酸は、１種であっても２種以上であってもよく、その具体例としては、リノ−ル酸、オレイン酸、サリチル酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ヘキサデセン酸等がある。
【００６８】
潤滑性向上剤の配合量は、ＨＦＲＲ摩耗痕径が上記範囲内であれば特に制限されないが、組成物全量基準で３５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、５０質量ｐｐｍ以上であることがより好ましい。潤滑性向上剤の配合量が前記の範囲内であると、配合された潤滑性向上剤の効能を有効に引き出すことができ、例えば分配型噴射ポンプを搭載したディーゼルエンジンにおいて、運転中のポンプの駆動トルク増を抑制し、ポンプの摩耗を低減させることができる。また、配合量の上限値は、それ以上加えても添加量に見合う効果が得られないことから、組成物全量基準で１５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、１０５質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００６９】
清浄剤としては、例えば、イミド系化合物；ポリブテニルコハク酸無水物とエチレンポリアミン類とから合成されるポリブテニルコハク酸イミドなどのアルケニルコハク酸イミド；ペンタエリスリトールなどの多価アルコールとポリブテニルコハク酸無水物から合成されるポリブテニルコハク酸エステルなどのコハク酸エステル；ジアルキルアミノエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ビニルピロリドンなどとアルキルメタクリレートとのコポリマーなどの共重合系ポリマー、カルボン酸とアミンの反応生成物等の無灰清浄剤等が挙げられ、中でもアルケニルコハク酸イミド及びカルボン酸とアミンとの反応生成物が好ましい。これらの清浄剤は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００７０】
アルケニルコハク酸イミドを使用する例としては、分子量１０００〜３０００程度のアルケニルコハク酸イミドを単独使用する場合と、分子量７００〜２０００程度のアルケニルコハク酸イミドと分子量１００００〜２００００程度のアルケニルコハク酸イミドとを混合して使用する場合とがある。
【００７１】
カルボン酸とアミンとの反応生成物を構成するカルボン酸は１種であっても２種以上であってもよく、その具体例としては、炭素数１２〜２４の脂肪酸および炭素数７〜２４の芳香族カルボン酸等が挙げられる。炭素数１２〜２４の脂肪酸には、リノール酸、オレイン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸等が含まれるが、これらに限定されるものではない。また、炭素数７〜２４の芳香族カルボン酸には、安息香酸、サリチル酸等が含まれるが、これらに限定されるものではない。また、カルボン酸とアミンとの反応生成物を構成するアミンは、１種であっても２種以上であってもよい。ここで用いられるアミンとしては、オレイルアミンが代表的であるが、これに限定されるものではなく、各種アミンが使用可能である。
【００７２】
清浄剤の配合量は特に制限されないが、清浄剤を配合した効果、具体的には、燃料噴射ノズルの閉塞抑制効果を引き出すためには、清浄剤の配合量を組成物全量基準で３０質量ｐｐｍ以上とすることが好ましく、６０質量ｐｐｍ以上とすることがより好ましく、８０質量ｐｐｍ以上とすることがさらにより好ましい。３０質量ｐｐｍに満たない量を添加しても効果が現れない可能性がある。一方、配合量が多すぎても、それに見合う効果が期待できず、逆にディーゼルエンジン排出ガス中のＮＯｘ、ＰＭ、アルデヒド等を増加させる恐れがあることから、清浄剤の配合量は３００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、１８０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００７３】
なお、先のセタン価向上剤の場合と同様、潤滑性向上剤又は清浄剤と称して市販されているものは、それぞれ潤滑性向上または清浄に寄与する有効成分が適当な溶剤で希釈された状態で入手されるのが通例である。このような市販品を本発明の軽油組成物に配合する際には、軽油組成物中の当該有効成分の含有量が上述の範囲内となることが好ましい。
【００７４】
また、本発明の軽油組成物には、その性能をさらに高める目的で、後述するその他の公知の燃料油添加剤（以下、便宜上「その他の添加剤」という）を単独で、または数種類組み合わせて添加することもできる。その他の添加剤としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アルケニルコハク酸アミドなどの低温流動性向上剤；フェノール系、アミン系などの酸化防止剤；サリチリデン誘導体などの金属不活性化剤；ポリグリコールエーテルなどの氷結防止剤；脂肪族アミン、アルケニルコハク酸エステルなどの腐食防止剤；アニオン系、カチオン系、両性系界面活性剤などの帯電防止剤；アゾ染料などの着色剤；シリコン系などの消泡剤等が挙げられる。
【００７５】
その他の添加剤の添加量は任意に決めることができるが、添加剤個々の添加量は、軽油組成物全量基準でそれぞれ好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．２質量％以下である。
【００７６】
（排ガス後処理装置）
上記の構成を有する本発明の軽油組成物は、ディーゼル排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成する微小粒子の総粒子数及びナノ粒子数、並びにアルデヒド類の量を同時に且つ十分に低減することが可能なものであり、新型車両だけでなく、エンジン部品や燃焼システム等の改良が施されていない既販車のディーゼル燃料としても非常に有用なものである。
【００７７】
さらに、本発明の軽油組成物を後述する排ガス後処理装置や電子制御式燃料噴射ポンプと組み合わせて使用することによって、ＰＭやアルデヒド、あるいはさらにＮＯｘ、未燃炭化水素、一酸化炭素等の低減効果を一層高めることができる。
【００７８】
排ガス後処理装置としては、排ガス中からＰＭをろ過のようにして物理的に捕集、除去するＤＰＦや、アルデヒド類等の低減効果を有する酸化触媒、ＮＯｘ還元触媒等を利用した排ガス処理装置等が挙げられる。これらの形状、構造、担持金属種類、担持金属量、再生方法、制御方法等に関する制約はない。また、現在研究開発が進められている新規の排ガス後処理装置に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。
【００７９】
ＤＰＦの場合、その捕集および再生機構は、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。捕集および再生機構の例としては、交換式、交互式、順送り式、連続式、手動式等が挙げられる。また、現在研究開発が進められている新規の捕集および再生機構に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。ＤＰＦの再生方式は、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。再生方式の例としては、電気ヒータ式、バーナ式、触媒燃焼式、逆洗浄式、酸化触媒式、燃料添加剤式等が挙げられる。また、現在研究開発が進められている新規の再生方式に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。
【００８０】
排ガス後処理装置の本体材料は、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。材料の例としては、コージェライト、炭化珪素、多孔体金属、金属繊維等が挙げられる。また、現在研究開発が進められている新規の材料に対しても、本発明の軽油組成物を適用することが可能である。
【００８１】
排ガス後処理装置の本体形状は、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。形状の例としては、モノリスハニカム状、不織布蛇腹状、多重円筒状等が挙げられる。また、現在研究開発が進められている新規の形状に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。
【００８２】
排ガス後処理装置の１平方インチあたりのセル数（孔数）に関しては特に限定されないが、一般にはセル数が著しく多い場合は反応するための表面積は増加するものの背圧の上昇を招いてしまい、また著しく少ないと反応するための表面積が少なくなりまたＤＰＦの場合はＰＭ捕集能力が低下する傾向にある。従って当該セル数は自ずと排ガス後処理装置製造会社によって制約されていることが多い。また、セル数に応じて、また技術的根拠を持ってセル間壁厚やセル自体の大きさ（セル径）は変化するが、本発明の軽油組成物と組み合わせる排ガス後処理装置においては特に限定はなく、全てに対して使用可能である。同様に排ガス後処理装置のセルの形状も、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。形状の例としては、四角形、六角形等の多角形、円形、不均等形等が挙げられる。また、現在研究開発が進められている新規の形状に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。
【００８３】
排ガス後処理装置に担持される金属類及びその担持量に関しては、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。金属の例としては、白金、パラジウム、銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、鉄、ゼオライト等が挙げられる。また、現在研究開発が進められている新規の担持金属及び担持量に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。
排ガス後処理装置の十分な性能を発揮させるために用いる制御方式は、現在検討されているもの全てに対して使用可能である。制御方式の例としては、背圧式、時間式、排気温度式、エンジン回転速度式、エンジン負荷式、排ガス式、堆積量検出式等が挙げられ、還元剤として燃料もしくは他の化合物を投入する方法、複数の制御方法を組み合わせて使用する方法も挙げられる。また、複数の排ガス後処理装置を複数組み合わせて制御する方式も存在する。また、現在研究開発が進められている新規の制御方式に対しても、本発明の軽油組成物を適用することは可能である。
【００８４】
また、燃料を高圧噴射することで燃料を微細化し、良好な燃焼を行い、ＰＭ及び微小粒子数等の低減を図ることができる。例えば、高圧かつ高精度な燃料噴射を可能とする電子制御式燃料噴射ポンプをディーゼルエンジンに適用することも可能である。高圧かつ高精度な燃料噴射を可能とする電子制御式燃料噴射ポンプの例としては、コモンレール型、高圧分配型、高圧列型、ユニットインジェクタ型、ＰＬＤ型等が挙げられる。これらはＤＰＦ等の排ガス後処理装置との組み合わせ装着を前提にしている場合も多い。この噴射ポンプにおいては高圧条件下で電磁弁による噴射制御が必要となるため、使用に際しては潤滑性能に優れ、電子制御化された燃料噴射率に誤差を及ぼしにくい特性を持ち、また夾雑物や低温条件下でのワックスを抑制した軽油が求められている。噴射精度の乱れも微小粒子増加に繋がっているため、この噴射ポンプの性能を阻害する因子を極力減らす必要がある。
【００８５】
なお、従来の軽油をＤＰＦと組み合わせて用いた場合、ＤＰＦの孔径（セルサイズ）によっては小粒径の微小粒子はこれを通り抜けてしまうことがある。また、微小粒子はすすを中心核としてその表面に未燃炭化水素分が付着した構造である場合が多く、中心核のすすがＤＰＦに捕集されたとしても、その表面に付着した未燃炭化水素成分がミストとして放出されるため、ナノ粒子の排出量が増加しやすい。さらに、貴金属を担持させ連続再生機能を有したＤＰＦを使用する場合、特に日本の都市部のように渋滞の多い地域では排気温度があまり高くならないため、再生機能を維持するのに十分な組成・温度条件を維持できず、ナノ粒子の低減は一層困難となる。
【００８６】
また、従来の軽油を、酸化触媒を利用した排ガス後処理装置と組み合わせて使用した場合には、ディーゼルエンジンの始動時や低負荷時等のように排ガス温度が低い領域では触媒が十分に活性化しないため、アルデヒド類等の低減効果が不十分となりやすい。特に、ＰＭ低減のために提案されている含酸素化合物混合軽油の使用は、むしろアルデヒド類排出量の増加に繋がってしまうため、有効な手法とは言い難い。
【００８７】
さらに、従来の軽油の場合、軽油中に含まれる硫黄分から派生する硫黄酸化物が、ＰＭ構成要素の１つ（サルフェート）であると共に、上述の触媒を被毒し、さらには再生性能及び耐久性能を低下せしめる原因物質となり得る。
【００８８】
またさらに、従来の軽油を燃料高圧噴射装置と組み合わせて使用した場合、ＰＭ全体の量や粒径の大きな粒子の量に低減効果が認められるものの、ナノ粒子については却って増加させてしまうことが多い。
【００８９】
これに対して、本発明の軽油組成物は、ディーゼル排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成するナノ粒子の量、アルデヒド類の量等を十分に低減し、排ガス後処理装置等の性能を低下する原因物質の発生を十分に抑制することが可能なものである。従って、本発明の軽油組成物を排ガス後処理装置と組み合わせて使用する場合においても、ＰＭの全体量、ＰＭを構成する微小粒子の総粒子数及びナノ粒子数、並びにアルデヒド類の量等の低減効果を一層高めることができる。
【００９０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００９１】
［実施例１〜６、比較例１〜３］
実施例１〜６及び比較例１〜３においては、それぞれ以下に示すベース軽油及び添加剤を用いて表１に示す組成を有する軽油組成物を調製した。
【００９２】
ベース軽油
Ａ１：水素化精製軽油（留分幅：２３０〜３２０℃）
Ａ２：水素化脱硫軽油（留分幅：２００〜３４０℃）
Ａ３：水素化脱硫軽油（留分幅：２４０〜３８０℃）
Ａ４：水素化脱硫軽油（留分幅：２００〜３１０℃）
Ａ５：水素化分解軽油（留分幅：１８０〜３２０℃）
Ａ６：水素化分解軽油（留分幅：２００〜３１０℃）
Ａ７：水素化分解軽油（留分幅：１５０〜２６０℃）
Ｂ１：水素化精製灯油（留分幅：１５０〜２６０℃）
Ｂ２：水素化精製灯油（留分幅：１７０〜２５０℃）
Ｂ３：水素化分解灯油（留分幅：１６０〜２６０℃）
Ｃ１：合成軽油と合成灯油との混合物（留分幅：２００〜３２０℃）
添加剤
セタン価向上剤：２−エチルヘキシルナイトレ−ト
潤滑性向上剤：リノ−ル酸を主成分とするカルボン酸混合物
清浄剤：オレイン酸を主成分とするカルボン酸混合物とオレイルアミンとの反応生成物
低温流動性向上剤：エチレン−酢酸ビニル共重合体。
【００９３】
【表１】

【００９４】
得られた軽油組成物の１５℃における密度、硫黄分、蒸留性状、セタン指数、セタン価、３０℃における動粘度、流動点、目詰まり点、組成（飽和分、オレフィン分、芳香族分の含有量、並びに１環芳香族分及び２環以上の芳香族分の含有量）、ナフテン分の含有量、ＡＮ指数、灰分、体積弾性率、ＨＦＲＲ摩耗痕径（ＷＳ１．４）、酸化安定試験後の全不溶解分及び過酸化物価、導電率をそれぞれ表２に示す。
【００９５】
【表２】

【００９６】
次に、実施例１〜６及び比較例１〜３の各軽油組成物について、以下に示すディーゼルエンジンを用いて各種試験を行った。なお、全ての試験において、１３モード中の１０モード目（６０％回転数、８０％負荷）の定常条件で測定を行った。また、ＤＰＦとして、フィルタ部に酸化触媒機能を有する連続再生式ＤＰＦを用いた。また、エンジン排ガス測定は、旧運輸省監修新型自動車審査関係基準集別添「ディーゼル自動車１３モード排出ガス測定の技術規準」に準拠した試験方法により行った。全ての結果は、比較例１の軽油組成物を用いてＤＰＦ未装着時で行ったときの値を１００とし、その値を基準とする相対値で評価した。
エンジン諸元
エンジンの種類：自然吸気式直列４気筒ディ−ゼル
排気量：５Ｌ
圧縮比：１９
最高出力：１１０ｋＷ／２９００ｒｐｍ
最高トルク：３６０Ｎｍ／１７００ｒｐｍ
規制適合：平成６年度排ガス規制適合。
【００９７】
（ＰＭ及びアルデヒド類の濃度測定試験）
上記エンジン単体、又は当該エンジンにＤＰＦを装着した条件について、上述の試験方法に準拠した部分希釈トンネル法を用いた排ガス希釈により、ＰＭサンプル、アルデヒド類サンプルの濃度測定を行った。ＰＭのサンプリングには炭化フッ素被膜ガラス繊維フィルタを、また、アルデヒド類のサンプリングにはＤＰＮＨカートリッジを使用した。得られた結果を表３に示す。なお、実施例１〜６においてはいずれも、触媒反応機構を有するＤＰＦ使用時のＰＭ中サルフェート分の著しい増加は認められなかった。
【００９８】
（総粒子数及びナノ粒子数の測定）
上記ＰＭ及びアルデヒド類の濃度測定試験に併行して、ＰＭの総粒子数及びナノ粒子数を測定した。
【００９９】
粒子数の測定の際には、図２に示す走査型モビリティ粒径分析装置を使用し、粒子の粒径ごとに分離と粒子数の検出を行った。すなわち、図２に示した装置において、希釈された排ガスサンプルを通す流路２１には、その上流から順に、荷電部２２、分級部２３、粒子数計測部２４が設けられている。希釈された排ガス中の微小粒子は、荷電分布制御部２２で平衡荷電分布状態となり、分級部２３で粒子それぞれの電気移動度に従い分級（分離）される。そして、粒子数計測部２４において、粒径ごとに分離された粒子が計測される。
【０１００】
このようにして得られた結果を表３に示す。
【表３】

【０１０１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の軽油組成物によれば、ディーゼル排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成するナノ粒子の量、並びにアルデヒド類の量を同時に且つ十分に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる体積弾性率の測定に使用される装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】実施例で用いた走査型モビリティ粒径分析装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…定容容器、２…供給弁、３…排出弁、４…温度センサ、５…圧力センサ、６…ピストン、２１…流路、２２…荷電部、２３…分級部、２４…粒子数計測部、１００…軽油組成物。

Claims

硫黄分含有量が１０質量ｐｐｍ以下であり、セタン指数が４５以上であり、セタン価が５０以上であり、９０％留出温度が３３０℃以下であり、灰分が０．０１質量ｐｐｍ未満であり、体積弾性率が１３００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下であり、且つ下記式（１）：
１０≦（Ａ×Ｄ／１０００＋Ｎ／５）≦３０　　（１）
［式（１）中、Ａは軽油組成物中の１環芳香族分含有量（容量％）を示し、Ｄは軽油組成物の１５℃における密度（ｋｇ／ｍ^３）を示し、Ｎは軽油組成物中のナフテン化合物含有量（質量％）を示す］
で表される条件を満たすことを特徴とする軽油組成物。
３０℃における動粘度が１．７ｍｍ^２／ｓ以上であり、ＨＦＲＲ摩耗痕径が４６０μｍ以下であり、流動点が−７．５℃以下であり、２環以上の多環芳香族分含有量が５％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の軽油組成物。