JP2005187706A

JP2005187706A - エタノール含有ガソリンおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2005187706A
Application number: JP2003432633A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tanaka; 英治田中; Yoshihiro Morinaga; 由浩森永
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】
相分離を起こさないエタノール含有ガソリン、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
炭化水素を主成分とし、エタノールを１〜３容量％、エチル・ターシャリー・ブチル・エーテルを０〜２０容量％含有するエタノール含有ガソリンにおいて、該ガソリンに含まれうる水分量をＨ（容量ｐｐｍ）と表したとき、下記の等式で表される相分離指数Ｐｈが、（０.００１６×Ｈ＋６.０）以上（０.００１６×Ｈ＋８.０）以下であるエタノール含有ガソリン、
相分離指数Ｐｈ
＝（２０×Ｃ_ＥＴＢＥ＋１０×Ｃ_Ｏ＋８×Ｃ_Ａ＋７×（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ））／１００
式中、Ｃ_ＥＴＢＥ、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ａ、および（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ）は、それぞれエチル・ターシャリー・ブチル・エーテル、オレフィン、アロマ、およびパラフィンとナフテンの含有量（容量％）である。
また、本発明は、前記エタノール含有ガソリンの製造方法を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、石油などの炭化水素にバイオエタノールもしくは工業用エタノールなどのエタノールを混合したガソリンおよびその製造方法に関する。

化石燃料の燃焼により放出される二酸化炭素を低減するために、自動車から石油の燃焼により排出されるＣＯ_２を低減する方策としてカーボンニュートラルと称されるバイオエタノールを、ガソリンに混合することが検討されている。
従来の石油のみから製造されるガソリンを燃料として設計された自動車での使用を前提とすると、従来のガソリンと性状が大きく変わらない、低濃度のエタノールの混合が現実的である。

しかしながら、バイオエタノールは一般に水分を多く含有しており、エタノール含有量が３容量％以下とガソリンへの混合比率が小さい場合でも、混入している水により常温付近の温度でガソリンからエタノールが相分離し、その結果、オクタン価低下などの品質劣化をもたらすことがある。また、水は、バイオエタノールに含まれる以外にも、ガソリン製品の輸送・貯蔵において、さらには、自動車のガソリンタンクにおいても混入し得る。このため、比較的低濃度のエタノールを添加した場合にも相分離が起こりにくいガソリンの調製が必要となる。
そこで、本発明は、相分離を起こさないエタノール含有ガソリン、特には輸送・貯蔵中等に水分が混入しても相分離を起こさないエタノール含有ガソリン、およびその製造方法を提供することを課題とする。

エタノール混合ガソリンが水混入により相分離するのを抑制する手段として、エタノール除きのガソリンの極性を高める必要があり、オレフィンやアロマの組成を所定の範囲に調整することや、さらには、エチル・ターシャリー・ブチル・エーテル（ＥＴＢＥ）を添加することが有効であるとの着想を得た。

本発明によるガソリンの製造方法は、炭化水素を主成分とし、エタノールを１〜３容量％、エチル・ターシャリー・ブチル・エーテルを０〜２０容量％含有するエタノール含有ガソリンの製造方法において、
（ａ）エタノール含有ガソリンに含まれうる水分量Ｈ（容量ｐｐｍ）を設定し、
（ｂ）炭化水素からなる複数のガソリン基材を用意し、
（ｃ）所望により、各ガソリン基材の下記の式で表される相分離指数Ｐｈを算出し、
（ｄ）エタノール含有ガソリンの相分離指数Ｐｈが（０.００１６×Ｈ＋６.０）以上（０.００１６×Ｈ＋８.０）以下を満たすように炭化水素からなる各基材、エタノール、およびエチル・ターシャリー・ブチル・エーテルの配合量を決定し、
（ｅ）その配合量により配合を行なう
ものであり、相分離指数Ｐｈは、次式により算出される。
相分離指数Ｐｈ
＝（２０×Ｃ_ＥＴＢＥ＋１０×Ｃ_Ｏ＋８×Ｃ_Ａ＋７×（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ））／１００
式中、Ｃ_ＥＴＢＥ、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ａ、および（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ）は、それぞれエチル・ターシャリー・ブチル・エーテル、オレフィン、アロマ、およびパラフィンとナフテンの含有量（容量％）である。

また、本発明によるガソリンは、炭化水素を主成分とし、エタノールを１〜３容量％、エチル・ターシャリー・ブチル・エーテルを０〜２０容量％含有するガソリンにおいて、ガソリンに含まれうる水分量がＨ（容量ｐｐｍ）の場合に、相分離指数Ｐｈが（０.００１６×Ｈ＋６.０）以上（０.００１６×Ｈ＋８.０）以下であるエタノール含有ガソリンである。
特に、水分量Ｈが５００〜９００容量ｐｐｍの場合、相分離指数Ｐｈは７.４〜８.３であること、水分量Ｈが９００〜１５００容量ｐｐｍの場合、相分離指数Ｐｈは８.４〜９.２であること、また、水分量Ｈが１５００〜２２００容量ｐｐｍの場合、相分離指数Ｐｈは９.３〜１０であることが好ましい。

本発明によるガソリンは、エタノール含有水分あるいはまた水混入によりエタノール混合ガソリンが多量の水分を含有しても、−２０℃相当の低温にエタノール混合ガソリンの温度が低下しても、エタノールの相分離を抑制することができる。これにより、ガソリン製造から自動車燃料タンクに給油されるまでの流通上において、あるいは給油後の自動車燃料タンク等においても、オクタン価低下等のガソリン品質の低下を防止することが可能となる。相分離指数Ｐｈが所定の範囲を超えると、ガソリンへのＥＴＢＥ混合量が増加し製造コストの上昇を招くこととなり、また、所定の範囲を下回るとエタノールの相分離が十分に抑制できない。

〔エタノール〕
本発明によるガソリンは、エタノールを１〜３容量％、好ましくは１〜２容量％含有する。不純物を含まない工業用エタノールを用いることができるが、ブラジル産バイオエタノール、中国産バイオエタノールを用いることもできる。この場合、バイオエタノール中には数千ｐｐｍ程度の多量の水分が含まれるため、それにより製品ガソリン（エタノール含有ガソリン）中の水分が増加することを事前に考慮する必要がある。なお、エタノールを３容量％以上含有する場合には、相分離は生じ難くなる。

〔ＥＴＢＥ〕
本発明によるガソリンは、ＥＴＢＥ（エチル・ターシャリー・ブチル・エーテル）を２０容量％以下含有するか、または含有しないものであり、好ましくは１〜１０容量％含有する。ＥＴＢＥとしては、試薬として入手できるが、米国内やフランス国内、例えばトタール・フィナ・エルフ社でガソリン添加用などに生産されているＥＴＢＥ、またはそれと同等なものを用いることができる。

〔水分量〕
エタノール含有ガソリンに含まれうる水分量は、ガソリン製造時の水分量に流通、使用中などにおいて混入する水分量、または混入すると予想される水分量を加えた量として設定される。こうすることにより、実際にエタノール含有ガソリンの流通、および使用中に水分が混入しても、エタノールが相分離を起こさず、オクタン価低下等のガソリン品質の低下を防止することが可能となる。

本発明で対象とする水分量は、エタノール含有ガソリンの使用（消費）時におけるその水分量であり、通常３００〜３０００容量ｐｐｍ程度が見込まれる、特には５００〜２２００容量ｐｐｍ、さらには８００〜２０００容量ｐｐｍである。想定される水分量によって、相分離指数Ｐｈを調整することが好ましく、具体的には、水分量Ｈが５００〜９００容量ｐｐｍの場合、相分離指数Ｐｈは７.４〜８.３、水分量Ｈが９００〜１５００容量ｐｐｍの場合、相分離指数Ｐｈは８.４〜９.２、および水分量Ｈが１５００〜２２００容量ｐｐｍの場合、相分離指数Ｐｈは９.３〜１０であることが好ましい。

〔相分離指数〕
相分離指数Ｐｈは、（２０×Ｃ_ＥＴＢＥ＋１０×Ｃ_Ｏ＋８×Ｃ_Ａ＋７×（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ））／１００で定義され、Ｃ_ＥＴＢＥはエチル・ターシャリー・ブチル・エーテルの、Ｃ_Ｏはオレフィンの、Ｃ_Ａはアロマの、（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ）はパラフィンとナフテンのそれぞれの含有量（容量％）である。
本発明によるエタノール含有ガソリンは、相分離指数Ｐｈが（０.００１６×Ｈ＋６.０）以上（０.００１６×Ｈ＋８.０）以下、特には、（０.００１６×Ｈ＋６.１）以上（０.００１６×Ｈ＋７.５）以下、さらには、（０.００１６×Ｈ＋６.５）以上（０.００１６×Ｈ＋７.０）以下であることが好ましい。相分離指数Ｐｈがこの範囲をこえると、ＥＴＢＥ混合量が増大し、製造コストの上昇を招くが、下回るとエタノールの相分離が抑制できず適当でない。

〔配合〕
本発明によるガソリンは、エタノールとＥＴＢＥの両者を配合すことが好ましく、その配合量は、合わせて酸素量換算で７重量％以下、特には１〜６重量％となるようにすることが好ましい。

エタノールとＥＴＢＥ以外に配合されるガソリン基材は特に限定されないが、接触分解ガソリン基材、接触改質ガソリン基材、アルキレートガソリン基材、直留ナフサを脱硫処理した脱硫ナフサ基材等、公知のガソリン基材を用いることができる。これらのガソリン基材は、オレフィンを含有するか、もしくは芳香族を含有していることが好ましく、特に軽質接触分解ガソリン、もしくはトルエンを含有することが良い。

好ましい配合量を例示すれば、接触分解ガソリン基材：５０〜８５％（もしくは軽質接触分解ガソリン基材：３０〜５０容量％）、脱硫ナフサ基材：０〜１０容量％、アルキレートガソリン基材：２〜２５容量％、接触改質ガソリン基材：１０〜４０容量％である。

特に好ましくは、接触分解ガソリン基材：７５〜８０容量％（もしくは軽質接触分解ガソリン基材：３５〜４５容量％）、脱硫ナフサ基材：０〜１０容量％、アルキレートガソリン基材：３〜２３容量％、接触改質ガソリン基材：１０〜３０容量％である。

なお、相分離指数Ｐｈは、Ｃ_Ｏはオレフィンの、Ｃ_Ａはアロマの、（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ）はパラフィンとナフテンのそれぞれの含有量（容量％）で規定されるので、各ガソリン基材の相分離指数Ｐｈを各含有量に基づき算出すれば、配合により得られたエタノール含有ガソリンの相分離指数Ｐｈを予想し、算出することができる。

〔他の添加物〕
さらに、本発明のガソリンには、当業界で公知の燃料油添加剤の１種又は２種以上を必要に応じて配合することができる。これらの配合量は適宜選べるが、通常は添加剤の合計配合量を０.１重量％以下に維持することが好ましい。本発明のガソリンで使用可能な燃料油添加剤を例示すれば、フェノール系、アミン系などの酸化防止剤、シッフ型化合物、チオアミド型化合物などの金属不活性化剤、有機リン系化合物などの表面着火防止剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミンなどの清浄分散剤、多価アルコール又はそのエーテルなどの氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、高級アルコールの硫酸エステルなどの助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤などの帯電防止剤、アゾ染料などの着色剤を挙げることができる。

以下に、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの例により何ら制限されるものではない。
表１に示す性状のガソリン基材を用意し、表２上部の配合割合でブレンドして実施例、比較例となるガソリン組成物を調製した。なお、水の混入を想定して表２中段の「水添加」の行に示すように７５０〜２０００ｐｐｍの水を添加した。
この結果得られたエタノール含有ガソリンの組成、および相分離指数Ｐｈ、ＲＯＮ、相分離温度を表２下部に示す。これから、エタノールの混合量が低い場合に、ベースガソリンの相分離指数Ｐｈを高めることで、水混入や温度低下によるエタノールの相分離を抑制できることがわかる。

用いたガソリン基材は、次のように調製された。

ＤＳ−ＬＧ：直留ガソリンであり、中東系原油のナフサ留分を水素化脱硫後、その軽質分を蒸留分離することにより得た。
ＡＬＫＧ：アルキレートガソリンであり、ブチレンを主成分とする留分とイソブタンを主成分とする留分を硫酸触媒により反応させて、イソパラフィン分の高い炭化水素を得た。
ＦＣＣＧ：分解ガソリンであり、脱硫軽油あるいは脱硫重油を固体触媒により流動床式反応装置を用いて分解することによりオレフィン分の高い炭化水素を得た。

ＦＣＣＧＬ：ＦＣＣＧを蒸留して軽質分を得た。
ＡＣ７：軽質改質ガソリンであり、重質ナフサを固体触媒により移動床式反応装置を用いて反応させることにより、芳香族分の高い炭化水素に改質し、蒸留分離することにより炭素数７の炭化水素を９５％以上含有する留分を得た。
ＥＴＢＥ：１級試薬のエチル・ターシャリー・ブチル・エーテル（純度９９.５％）を用いた。
ＥＴＯＨ：工業用エタノール（純度９９.５％）を用いた。

ガソリン基材およびエタノール含有ガソリンの性状は、次の方法により測定した。
オレフィン、アロマ、パラフィン、ナフテンの含有量：JIS K 2536「ガスクロによる全成分試験方法」により、各成分の合計で求めた。
蒸留性状：JIS K 2254「石油製品−蒸留試験法」により求めた。
水分：JIS K 2275「カールフィッシャー式電量滴定法の水分試験方法」により求めた。
蒸気圧：JIS K 2258「リード法蒸気圧試験方法」により求めた。
オクタン価（RON）：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」のリサーチ法オクタン価試験方法により求めた。

硫黄分：JIS K 2541「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」の微量電量滴定式酸化法により求めた。
密度：JIS K 2249「原油及び石油製品−密度試験方法」により求めた。
相分離温度：室温下で１００ｍｌ有栓三角フラスコに５０ｍｌの試料を採取し、さらにマイクロシリンジで蒸留水を所定量混入した後に、振とうして水を完全に溶解させる。これを空気浴の低温型恒温槽内に静置した後、一定速度で冷却し、試料温度が１℃降下する毎に試料の状態を目視で観察する。試料に初めて白濁状態が観察されたときの試料温度を測定し、これを相分離温度とする。

Claims

炭化水素を主成分とし、エタノールを１〜３容量％、エチル・ターシャリー・ブチル・エーテルを０〜２０容量％含有するエタノール含有ガソリンにおいて、該ガソリンに含まれうる水分量をＨ（容量ｐｐｍ）と表したとき、下記の等式で表される相分離指数Ｐｈが、（０.００１６×Ｈ＋６.０）以上（０.００１６×Ｈ＋８.０）以下であるエタノール含有ガソリン、
相分離指数Ｐｈ
＝（２０×Ｃ_ＥＴＢＥ＋１０×Ｃ_Ｏ＋８×Ｃ_Ａ＋７×（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ））／１００
式中、Ｃ_ＥＴＢＥ、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ａ、および（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ）は、それぞれエチル・ターシャリー・ブチル・エーテル、オレフィン、アロマ、およびパラフィンとナフテンの含有量（容量％）である。
炭化水素を主成分とし、エタノールを１〜３容量％、エチル・ターシャリー・ブチル・エーテルを０〜２０容量％含有するエタノール含有ガソリンの製造方法において、
エタノール含有ガソリンに含まれうる水分量Ｈ（容量ｐｐｍ）を設定し、
炭化水素からなる複数のガソリン基材を用意し、
所望により、各ガソリン基材の下記の式で表される相分離指数Ｐｈを算出し、
エタノール含有ガソリンの相分離指数Ｐｈが（０.００１６×Ｈ＋６.０）以上（０.００１６×Ｈ＋８.０）以下を満たすように炭化水素からなる各ガソリン基材、エタノール、およびエチル・ターシャリー・ブチル・エーテルの配合量を決定し、
その配合量により配合を行なうエタノール含有ガソリンの製造方法、
相分離指数Ｐｈ
＝（２０×Ｃ_ＥＴＢＥ＋１０×Ｃ_Ｏ＋８×Ｃ_Ａ＋７×（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ））／１００
式中、Ｃ_ＥＴＢＥ、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ａ、および（Ｃ_Ｐ＋Ｃ_Ｎ）は、それぞれエチル・ターシャリー・ブチル・エーテル、オレフィン、アロマ、およびパラフィンとナフテンの含有量（容量％）である。