JP2007231119A

JP2007231119A - 重油組成物

Info

Publication number: JP2007231119A
Application number: JP2006053921A
Authority: JP
Inventors: Takahito Fujii; 隆人藤井
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料として使用した場合、排気ガス中の未燃物質（煙）や粒子状物質（ＰＭ）を低減できる燃料油（Ａ重油組成物）を提供すること。
【解決手段】硫黄分が０．２質量％以下、セタン価が３５〜６０、１０％残留炭素分が０．２１質量％以上であって、酸素含有量が０．２〜１５質量％である重油組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、重油組成物に関し、詳しくは、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料として使用した場合、排気ガス中の未燃物質や粒子状物質（ＰＭ）を低減できるＡ重油組成物に関する。

一般にＡ重油は、軽質軽油、重質軽油、灯油など比較的軽質な留分と共に、残留炭素分が軽油取引税の対象外となるように重質かつ高硫黄分の常圧残油や減圧残油等の留分を残留炭素付与剤として配合し、１０％残留炭素分が０．２質量％を越えるようにして製造されている。
このような重油をディーゼルエンジン用燃料等の内燃機関用燃料として使用すると、内燃機関における燃焼性が不良になることがあり、その結果として排気ガス中に未燃物質を多量に含み煙を発生すると共に、粒子状物質（ＰＭ）が増大するという問題がある。したがって、このような問題を解消する必要がある。

一方、内燃機関用燃料として、燃料油の燃焼性を改善し、ＰＭ等の発生を抑制せんとする提案は多数報告されている。例えば、ガソリンについてエタノールやエチルターシャリーブチルエーテルを配合した組成物（例えば、特許文献１、２参照）、軽油について特定の脂肪酸アルキルエステルを配合した組成物（例えば、特許文献３〜５参照）などがあり、いずれも酸素含有化合物がＰＭの低減に利用されている。
しかしながら、これらはいずれもガソリン、軽油など軽質油を対象とするものであり、重油のような燃焼性が劣る重質油に対するものはない。しかもこのような重質油は、燃料油の中でも、建設機械、農業機械、発電用などいわゆる産業用ディーゼルエンジンや、船舶用ディーゼルエンジン等に、広く用いられている。
そのため、重油のような重質油についても、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料油として用いた場合に、ＰＭ等の発生を抑制しうる燃料油の出現が切に要望されている。

特開２００５−５４１０２号特開２００５−５４１０３号特開２００５−２３１３６号特開２００５−２３１３９号特開２００５−８９５７７号

本発明は、このような状況下でなされたもので、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料として使用した場合、排気ガス中の未燃物質（煙）や粒子状物質（ＰＭ）を低減できる重油組成物（Ａ重油組成物）を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、重油及び酸素含有化合物の組成とＰＭ低減効果との関係について鋭意研究した結果、特定の組成を有する重油（基材）に特定の脂肪酸アルキルエステルを配合した重油組成物がその目的を達成できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、
１．硫黄分が０．２質量％以下、セタン価が３５〜６０、１０％残留炭素分が０．２１質量％以上であって、酸素含有量が０．２〜１５質量％である重油組成物、
２．炭素数８〜２２の脂肪酸と炭素数１〜４のアルキルアルコールを反応して得られる脂肪酸アルキルエステルを配合してなる前記１に記載の重油組成物、
３．脂肪酸アルキルエステルの脂肪酸が、炭素数８〜２２の脂肪酸を２以上含む混合脂肪酸であり、該混合脂肪酸が炭素数１８の不飽和脂肪酸を５０質量％以上含有する混合脂肪酸である前記２に記載の重油組成物、
４．脂肪酸アルキルエステルが脂肪酸のメチルエステルである請求項２又は３に記載の重油組成物、
を提供するものである。

本発明の重油組成物は、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料として使用した場合、排気ガス中の未燃物質（煙）及び粒子状物質（ＰＭ）を低減することができる。従って、環境汚染対策に貢献できる燃料油として有効に活用することができる。

本発明の重油組成物は、硫黄分が０．２質量％以下、セタン価が３５〜６０、１０％残留炭素分が０．２１質量％以上、酸素含有量が０．２〜１５質量％であることを特徴とする。

本発明の重油組成物の硫黄分は、０．２質量％以下であることが必要であり、０．１質量％以下であることが好ましく、さらには６００質量ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。重油組成物の硫黄分が０．２質量％を越えると、排気ガス中の煙やＰＭの発生量が増大する恐れがあり好ましくない。なお、ここでいう硫黄分は、ＪＩＳＫ２５４１「硫黄分試験方法」によって測定した値である。
また、本発明の重油組成物のセタン価は、３５〜６０であることが必要であり、４０〜５５であることが好ましい。重油組成物のセタン価が３５未満であれば、排気ガス中のＰＭが増大するとともに、ＮＯ_X濃度も高くなり易い。一方，セタン価が６０を越えると、排気ガス中の煙（黒煙）が増大する恐れがある。
なお、ここでいうセタン価は、ＪＩＳＫ２２８０「セタン価試験方法」によって測定した値である。

本発明の重油組成物の１０％残留炭素分は、Ａ重油の免税条件を満たすため０．２１質量％以上であることが必要である。また、１０％残留炭素分の上限は、１．０質量％が好ましく、０．８質量％がより好ましく、０．５質量％が特に好ましい。１０％残留炭素分が１．０質量％を越えると、排気ガス中の煙やＰＭの発生量が増大することが多い。
なお、ここでいう１０％残留炭素分は、ＪＩＳＫ２２７０「原油および石油製品−残留炭素分試験方法」により測定した値である。

さらに、本発明の重油組成物の酸素含有量は、０．２〜１５質量％であることが必要である。酸素含有量が０．２質量％未満では、ＰＭを抑制する効果が不充分になる恐れがある。一方、酸素含有量が１５質量％を越えると排気ガス中のＮＯ_Xの増加や、燃費の悪化をもたらすことがある。好ましい酸素含有量は、０．５〜１２質量％である。
なお、ここでいう酸素含有量は、２００４年石油製品討論会要旨集第１９〜２３頁に記載のガスクロマトグラフ法（検出器：ＡＥＤ）に準拠して測定した値である。

本発明の重油組成物の酸素含有量は、脂肪酸アルキルエステルを配合しその配合量によって調整することが好ましい。
前記脂肪酸アルキルエステルは、炭素数８〜２２の脂肪酸と炭素数１〜４のアルキルアルコールから得られるエステルが好ましい。
炭素数８〜２２の脂肪酸としては、飽和脂肪酸であっても不飽和脂肪酸であってもよい。このような脂肪酸の具体例としては、例えば、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキン酸、エイコセン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、ベヘニン酸、エルカ酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸などが挙げられる。

本発明においては、脂肪酸として炭素数８〜２２の脂肪酸を２以上含む混合脂肪酸を用いることが好ましい。
このような混合脂肪酸は、動物油や植物油などの油脂を原料とし、それから得られる脂肪酸は大量に入手することができるため好適である。この原料動物油としては、牛脂、豚脂、羊脂、鯨油、魚油、肝油等が、原料植物油としては、アマニ油、サフラワー油、ひまわり油、大豆油、コーン油、綿実油、ゴマ油、オリーブ油、ヒマシ油、落花生油、ココヤシ油、パーム核油、菜種油、米ぬか油等が挙げられる。

本発明においては、特に、脂肪酸が炭素数８〜２２の脂肪酸を２以上含む混合脂肪酸であるとともに、該混合脂肪酸が炭素数１８の不飽和脂肪酸を５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上含有する混合脂肪酸であることが好ましい。このような混合脂肪酸の脂肪酸アルキルエステルは、内燃機関用燃料の基材として性状が安定しているため、これを用いた重油は安定した燃焼を実現できＰＭ低減効果が一層優れるものである。
炭素数１８の不飽和脂肪酸の具体例としては、例えば、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸があげられる。
このような混合脂肪酸は、前記した各種油脂のうち、例えば、アマニ油、サフラワー油、ひまわり油、大豆油、コーン油、綿実油、ゴマ油、オリーブ油、ヒマシ油、落花生油、菜種油など植物油から得られる脂肪酸を用いればよい。

一方、脂肪酸アルキルエステルを形成する炭素数１〜４のアルキルアルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、直鎖又は分岐鎖を有するプロパノール、直鎖又は分岐鎖を有するブタノールが挙げられる。これらの中で、製造の容易性の観点からメタノール及びエタノールが好ましく、特にメタノールが好ましい。

脂肪酸アルキルエステルは、上記脂肪酸とアルキルアルコールとを公知の方法で、例えば、苛性ソーダ等のアルカリ触媒の存在下で、エステル化反応すればよい。

脂肪酸アルキルエステルの好適な具体例としては、前記炭素数８〜２２の飽和又は不飽和脂肪酸メチルエステル及び植物油から得られる混合脂肪酸のメチルエステルが挙げられ、中でも、炭素数１８の不飽和脂肪酸を全脂肪酸の５０質量％以上含有するアマニ油、サフラワー油、ひまわり油、大豆油、コーン油、綿実油、ゴマ油、オリーブ油、ヒマシ油、落花生油、菜種油から選ばれた１種以上の植物油から得られる混合脂肪酸のメチルエステルが挙げられる。

本発明の重油組成物に配合される脂肪酸アルキルエステルは、全酸価は１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であること好ましい。全酸価が１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であれば、重油の性状を悪化させる恐れがなく、機器に悪影響を及ぼす恐れもない。この全酸価とは、ＪＩＳＫ２５０１「石油製品及び潤滑油−中和価試験方法」により測定した値である。

本発明の重油組成物は、さらに以下の条件を満たすことが好ましい。
本発明の重油組成物は、９０％留出温度（Ｔ９０）が２７０〜４００℃であることが好ましい。Ｔ９０が２７０℃以上であれば、エンジン内で良好な噴霧を形成でき、燃焼状態を良好に保ち、出力の低下やセタン価の低下を回避することができる。一方、Ｔ９０が４００℃以下であれば、良好な動粘度を確保でき運転性に問題のない重油を得ることができる。なお、Ｔ９０は、ＪＩＳＫ２２５４に基づいて測定した蒸留性状から求めた値である。
本発明の重油組成物の蒸留性状は、上記と同様の理由から、さらに５０％留出温度（Ｔ５０）が２００〜３００℃であることが好ましい。

本発明の重油組成物は、任意の方法で得ることができる。例えば、次に示す重油基材を適宜選択して配合し、さらに、いわゆる残留炭素分付与剤を配合することにより調製することができる。
その重油基剤としては、例えば、直留灯油（又は脱硫灯油）、直留軽質軽油、（又は脱硫軽質軽油）、直留重質軽油（又は脱硫重質軽油）、軽質サイクル油、水素化脱硫減圧軽油、水素化分解軽油、直脱軽油等が挙げられる。これらの基材を１種又は２種以上を配合して調整すればよい。

また、残留炭素分付与剤としては、常圧残油、減圧残油、脱硫残油、スラリーオイル、エキストラクトなどが挙げられる。これらの残留炭素分付与剤は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて配合する。この残留炭素分付与剤の配合量は、重油組成物の１０％残留炭素分が０．２１質量％以上、好ましくは０．２１〜１．０質量％になるように調整して配合する。

本発明の重油組成物には、必要に応じてセタン価向上剤、流動性向上剤、酸化防止剤、清浄剤、金属不活性化剤、防錆剤、腐食防止剤、帯電防止剤等各種添加剤を配合することができる。これらの添加剤は１種又は２種以上添加することができる。また、その添加量は状況に応じて適宜選定すればよいが、通常は添加剤の合計量として軽油組成物に対して０．５質量％以下とすることが好ましい。

次に実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。なお、重油組成物の性状及び性能は次の方法に従って求めた。
〔重油組成物の性状と組成〕
・密度
ＪＩＳＫ２２４９に準拠して測定した。
・セタン価
ＪＩＳＫ２２８０に準拠して測定した。
・硫黄分
ＪＩＳＫ２５４１に準拠して測定した。
・１０％残留炭素分
ＪＩＳＫ２２７０に準拠して測定した。
・蒸留性状
ＪＩＳＫ２５４１により測定した。
・酸素含有量
２００４年石油製品討論会要旨集第１９〜２３頁に記載のガスクロマトグラフ法（検出器：ＡＥＤ）に準拠して測定した。

〔重油組成物の性能〕
・排気ガス分析
下記のディーゼルエンジンを用いて、Ｄ１３モードで運転した場合のＰＭ排出量を測定した。ＰＭ排出量は、全量希釈トンネルにて希釈した排ガスを炭化フッ素被膜ガラス繊維フィルタで捕集し、分析した。ＰＭ排出量は試験モード１ｋＷｈｒあたりの排出量（ｇ）として算出した。また、比較例１の燃料を供試した場合の結果を基準として、各結果の相対的削減率（％）を算出した。
（ディーゼルエンジン）
種類：直噴式直列４気筒ディーゼルエンジン（コモンレール式高圧噴射式）
排気量：４７７７ｍｌ
最高出力：１０３ｋＷ／３０００ｒｐｍ
最高トルク：３３３Ｎｍ／１５００ｒｐｍ
規制適合：新短期排ガス規制適合（２００３年）

実施例１〜４及び比較例１
第１表に示す組成を有する菜種油のメチルエステル化物（炭素数１８の脂肪酸の含有割合＝８８．９質量％）、重油基材として、第２表に示す市販のＡ重油、残留炭素分付与剤として、常圧残油を用いて第２表に示す性状の重油組成物を調製した。その重油組成物の性状及び性能を第２表に示す。なお、残留炭素分付与剤である常圧残油は、１５℃における密度が０．９９９ｇ／ｃｍ³，硫黄分３．２質量％、残留炭素分１４．８質量％のものを用いた。

本発明の軽油組成物によれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料として使用した場合、排気ガス中の未燃物質（煙）及び粒子状物質（ＰＭ）を低減することができる。従って、各種内燃機関、例えば、建設機械、農業機械、発電用などいわゆる民生用ディーゼルエンジンや船舶用ディーゼルエンジン等、に環境汚染対策に貢献できる燃料油として有効に活用することができる。

Claims

硫黄分が０．２質量％以下、セタン価が３５〜６０、１０％残留炭素分が０．２１質量％以上であって、酸素含有量が０．２〜１５質量％である重油組成物。
炭素数８〜２２の脂肪酸と炭素数１〜４のアルキルアルコールを反応して得られる脂肪酸アルキルエステルを配合してなる請求項１に記載の重油組成物。
脂肪酸アルキルエステルの脂肪酸が、炭素数８〜２２の脂肪酸を２以上含む混合脂肪酸であり、該混合脂肪酸が炭素数１８の不飽和脂肪酸を５０質量％以上含有する混合脂肪酸である請求項２に記載の重油組成物。
脂肪酸アルキルエステルが脂肪酸のメチルエステルである請求項２又は３に記載の重油組成物。