JP2009227763A

JP2009227763A - 燃料組成物

Info

Publication number: JP2009227763A
Application number: JP2008073216A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Otomo; 光彰大友; Hiroshi Miyagawa; 浩宮川; Makoto Koike; 誠小池
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】本発明の目的は、ガソリン等の燃料に、フラン系物質を添加しても、ガソリン等の燃料の蒸留特性と比べて変化が少なく、且つオクタン価を向上させることができる燃料組成物を提供することにある。
【解決手段】本発明の燃料組成物は、燃料と、沸点の異なる３種以上のフラン系物質の混合物とを含み、前記フラン系物質の混合物は、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、フラン系物質を含有する燃料組成物に関する。

自動車のガソリンエンジン等の火花点火機関の燃焼においては、火炎前方の未燃焼燃料空気混合気が火炎伝播による圧力、温度の上昇により自動着火を起こして、きわめて短時間に燃焼し、金属性騒音を発することがある。この現象はノッキングと称される。圧縮比の大きいエンジンに対しては、これを防ぐために適正なアンチノック性、すなわち、高いオクタン価をもつガソリン等の燃料を使用する必要がある。このため、従来から四エチル鉛をオクタン価向上剤としてガソリン等の燃料に添加することにより、オクタン価の高い燃料が製造されていたが、現在では、鉛による公害を防止するために、四エチル鉛の添加は禁止されている。

この代替技術として、メチル−ｔ−ブチルエーテル（以下、このものをＭＴＢＥと略す。）をガソリン等の燃料に添加し、燃料のオクタン価を向上させる技術が知られている。このＭＴＢＥは、エンジンのノッキングを防止し、排気ガス中の一酸化炭素や炭化水素の発生を抑制する効果がある。しかし、ガソリン等の燃料のオクタン価を上げるために、ＭＴＢＥの添加量を増やすと、密度低下による燃費の低下や排気ガス中のＮＯ_xが増加するため、添加量が制限されるという問題があり、燃料のオクタン価を十分に向上させることができない。

また、例えば、特許文献１及び２には、フラン系物質をガソリン等の燃料に添加し、燃料のオクタン価を向上させる技術が開示されている。

特開平５−３２９８１号公報特開平６−３１３１７８号公報

しかし、特許文献１及び２のように、ガソリン等の燃料に、単一のフラン系物質を混合させると、ガソリン等の燃料の蒸留特性から大きく変化した蒸留特性を有する燃料組成物が得られ、自動車の良好な始動性、アンチノック性、加速性等の運転性能を確保し難い場合がある。

そこで、本発明の目的は、ガソリン等の燃料に、フラン系物質を添加しても、ガソリン等の燃料の蒸留特性と比べて変化が少なく、且つオクタン価を向上させることができる燃料組成物を提供することにある。

本発明の燃料組成物は、燃料と、沸点の異なる３種以上のフラン系物質の混合物とを含み、前記フラン系物質の混合物は、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下である。

また、前記燃料組成物において、前記フラン系物質の混合物は、沸点が６０℃未満のフラン系物質Ａ、沸点が６０℃以上〜１２０℃未満の範囲のフラン系物質Ｂ、沸点が１２０℃以上のフラン系物質Ｃを含み、前記フラン系物質の混合物の全量に対して、前記フラン系物質Ａの割合は５容量％以上〜５０容量％以下、前記フラン系物質Ｂの割合は５容量％以上〜７０容量％以下、前記フラン系物質Ｃの割合は５容量％以上〜５０容量％以下であることが好ましい。

本発明によれば、フラン系物質を添加しても、ガソリン等の燃料の蒸留特性と比べて変化が少なく、且つオクタン価を向上させた燃料組成物を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

本実施形態の燃料組成物は、燃料と、沸点の異なる３種以上のフラン系物質の混合物とを含む。そして、フラン系物質は、下記一般式

（式中Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４はそれぞれ水素、直鎖若しくは分岐型のアルキル基、ＣＨＯ基、ＣＯＯＨ基、ＯＨ基、ＣＨ_２ＯＨ基、フリル基により結合された複素環式基又はアリール基等から独立に選択される）により表されるフラン、フラン誘導体である。具体的には、フラン、２−メチルフラン、２，５−ジメチルフラン、３，４−ジメチルフラン、フルフラール、カルボキシフラン、ヒドロキシフラン、フランメタノール、５−ヒドロキシメチルフルフラール等が挙げられる。このようなフラン、フラン誘導体には、沸点が、例えば約３０℃のものから約１７０℃のものまで、様々な沸点を示すものが存在する。

そして、沸点の異なる３種以上のフラン系物質（フラン、フラン誘導体）を混合させることによって得られる本実施形態のフラン系物質の混合物は、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下の範囲の蒸留特性を有する。ここで、蒸留特性とは、ＪＩＳＫ２２５４で規定された方法で測定される値をいう。

沸点の異なる３種以上のフラン系物質の混合物が上記蒸留特性の範囲を満たすものであれば、該混合物を燃料に添加しても、燃料の蒸留特性とほとんど変わらない蒸留特性を有する燃料組成物が得られる。上記蒸留特性の範囲を満たしていないフラン系物質の混合物を燃料に添加すると、燃料の蒸留特性と比較して大きく変化した燃料組成物が得られ、運転性能を悪化させる場合がある。燃料の蒸留特性において、例えば、１０％留出温度が低下すると、気化した燃料が大気中に放出し易くなり、１０％留出温度が上昇すると、低温時に燃料が気化しにくく、始動性が悪化する場合がある。また、例えば、５０％留出温度が低下すると、燃料が気化しやすくなり、過渡特性が悪化し、５０％留出温度が上昇すると、燃料がスムーズに気化せず加速性が悪化する場合がある。また、例えば、９０％留出温度が低下すると、高負荷時の燃料噴射による冷却効果が低減し、９０％留出温度が上昇すると、気化しない燃料が増加し、不完全燃焼しやすくなるため、オイルパンに燃料が流れ、オイルが希釈される場合がある。本実施形態では、沸点の異なる３種以上のフラン系物質を混合させることにより、燃料の蒸留特性に近い蒸留特性を有する混合物を調製することができるため、混合物と燃料とを混合しても、燃料の蒸留特性とほとんどかわらない蒸留特性を有する燃料組成物が得られる。また、混合物はフラン系物質から構成されているため、フラン系物質を含まない燃料よりオクタン価を向上させることができる。

また、本実施形態において、フラン系物質の混合物は、沸点が６０℃未満のフラン系物質Ａ、沸点が６０℃以上〜１２０℃未満の範囲のフラン系物質Ｂ、沸点が１２０℃以上のフラン系物質Ｃを含む混合物であり、フラン系物質の混合物の全量に対して、フラン系物質Ａの割合は好ましくは５容量％以上〜５０容量％以下、より好ましくは１０容量％以上〜５０容量％以下、フラン系物質Ｂの割合は好ましくは５容量％以上〜７０容量％以下、より好ましくは１０容量％以上〜７０容量％以下、フラン系物質Ｃの割合は好ましくは５容量％以上〜５０容量％以下、より好ましくは１０容量％〜５０容量％以下であるものがよい。これにより、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下の蒸留特性を有する混合物が得られ易い。

また、フラン系物質の混合物は、フラン系物質Ａ、フラン系物質Ａの沸点より１０℃以上高い沸点を有するフラン系物質Ｂ、フラン系物質Ｂの沸点より１０℃以上高い沸点を有するフラン系物質Ｃを含み、フラン系物質Ａとフラン系物質Ｃとの沸点の差が４０℃以上であって、フラン系物質の混合物の全量に対して、フラン系物質Ａの割合は好ましくは５容量％以上〜５０容量％以下、より好ましくは１０容量％以上〜５０容量％以下、フラン系物質Ｂの割合は好ましくは５容量％以上〜７０容量％以下、より好ましくは１０容量％以上から７０容量％以下、フラン系物質Ｃの割合が好ましくは５容量％以上〜５０容量％以下、より好ましくは１０容量％以上から５０容量％以下でもよい。これにより、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下の蒸留特性を有する混合物が得られ易い。

本実施形態において、フラン系物質の混合物の含有量は、特に制限されるものではないが、燃料組成物のオクタン価を向上させることができる点で、燃料組成物の全量に対して、３〜５０容量％の範囲が好ましく、５〜３０容量％の範囲がより好ましい

本実施形態の燃料組成物において用いられる燃料は、特に制限されるものではないが、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下の蒸留特性を示すものが好ましい。例えば、軽油、灯油、ガソリン、重油、等が挙げられる。フラン系物質の溶解性等を考慮すると、ガソリンが好ましい。

ガソリンの主成分は、約２５〜約２３０℃の温度範囲に沸点を有する炭化水素混合物である。このガソリンは、飽和炭化水素、オレフィン系炭化水素及び芳香族炭化水素等を任意に含んでいてもよく、一般走行用、レース用ガソリン等、その目的に応じて適宜調製することが可能である。例えば、一般走行用の燃料は、火花点火機関に適した性状の燃料となるように、直留ガソリン、分解ガソリン、改質ガソリン、アルキレートガソリン、異性化ガソリン、重合ガソリン、またはそれらを蒸留カットすることにより得られた成分等を適宜組み合わせることにより得られる。

また、ガソリンはアルキルフェノール等の非イオン性界面活性剤、フェノール物質等のような酸化防止剤、染料、金属失活剤、ポリエステルタイプのエトキシ化アルキルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂のような脱曇化剤等の他の慣用の添加剤を含有し得る。

以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を変えない限り、以下の実施例により何ら制限されるものではない。

＜蒸留特性＞
フラン（沸点３１℃）、２，５−ジメチルフラン（沸点９４℃）、フルフラール（沸点１６０℃）を下記表１に示す割合で混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例１とした。

フラン、２，５−ジメチルフラン、フルフラールを下記表１に示す割合で混合したフラン系物質の混合物３０容量％と、市販レギュラーガソリン７０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例２とした。

フラン、２−メチルフラン（６４℃）、フルフラールを下記表１に示す割合で混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例３とした。

市販レギュラーガソリン単品を比較例１とした。また、市販レギュラーガソリン８０容量％と、フラン２０容量％とを混合したものを比較例２とし、２，５−ジメチルフラン２０容量％とを混合したものを比較例３とし、フルフラール２０容量％とを混合したものを比較例４とした。また、フラン、２，５−ジメチルフランを下記表１に示す割合で混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合したものを比較例５とし、フラン、フルフラールを下記表１に示す割合で混合したフラン系物質２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合したものを比較例６とし、２，５−ジメチルフラン、フルフラールを下記表１に示す割合で混合したフラン系物質２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合したものを比較例７とした。

図１は、実施例１，２及び比較例１〜７の蒸留特性を示す図である。図２は、実施例３及び比較例１の蒸留特性を示す図である。蒸留特性は、ＪＩＳＫ２２５４で規定された方法に基づいて測定した。図１及び２に示すように、市販レギュラーガソリンに沸点の異なる３種のフラン系物質の混合物を混合させた実施例１〜３では、市販レギュラーガソリンの蒸留特性、すなわち比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃以上の違いがある部分は存在しなかった。これは、実施例１〜３の沸点の異なる３種のフラン系物質の混合物は、Ｔ_１０が７０℃以下であり、Ｔ_５０が７５℃から１１０℃の範囲であり、Ｔ_９０が１８０℃以下の蒸留特性を示すからである。

一方、比較例２〜７では、比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃以上の違いがある部分が広範囲に亘って存在した。これは、比較例２〜７のようなフラン系物質単品又は沸点の異なる２種のフラン系物質の混合物では、Ｔ_１０が７０℃以下、Ｔ_５０が７５℃から１１０℃の範囲、Ｔ_９０が１８０℃以下を示す蒸留特性が得られないためである。

次に、フラン（沸点３１℃）、２，５−ジメチルフラン（沸点９４℃）、フルフラール（沸点１６０℃）を下記表２に示す割合でそれぞれ混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例４〜９とした。

図３〜５は、実施例４〜９及び比較例１の蒸留特性を示す図である。図３〜５に示すように、フラン系物質の混合物の全量に対して、沸点３１℃のフランの割合が５０容量％以下、沸点９４℃の２，５−ジメチルフランの割合が７０容量％以下、沸点１６０℃のフルフラールの割合が５０容量％以下の値をそれぞれ満たす実施例４，６，８は、比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃以上の違いがある部分が存在しなかった。しかし、フラン系物質の混合物の全量に対して、沸点３１℃のフランの割合が６０容量％である実施例５、沸点９４℃の２，５−ジメチルフランの割合が８０容量％である実施例７、沸点１６０℃のフルフラールの割合が６０容量％である実施例９は、比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃以上の違いがある部分が存在した。したがって、フラン系物質の混合割合は、フラン系物質の混合物の全量に対して、沸点３１℃のフラン（実質的には沸点６０℃未満のフラン系物質）の割合の上限値が５０容量％以下であり、沸点９４℃の２，５−ジメチルフラン（実質的には沸点６０℃以上〜１２０℃未満のフラン系物質）の割合の上限値が７０容量％以下であり、沸点１６０℃のフルフラール（実質的には沸点１２０℃以上のフラン系物質）の割合の上限値が５０容量％以下であることが好ましい。

次に、フラン（沸点３１℃）、２，５−ジメチルフラン（沸点９４℃）、フルフラール（沸点１６０℃）を下記表３に示す割合でそれぞれ混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例１０〜１２とした。

図６は、実施例１０〜１２及び比較例１の蒸留特性を示す図である。図６に示すように、フラン系物質の混合物の全量に対して、沸点３１℃のフランの割合が１０容量％である実施例１０、沸点９４℃の２，５−ジメチルフランの割合が１０容量％である実施例１１、沸点１６０℃のフルフラールの割合が１０容量％である実施例１２は、比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃以上の違いがある部分が存在しなかった。

したがって、フラン系物質の混合割合は、フラン系物質の混合物の全量に対して、沸点３１℃のフラン（実質的には沸点６０℃未満のフラン系物質）の割合の下限値が１０容量％以上であり、沸点９４℃の２，５−ジメチルフラン（実質的には沸点６０℃以上〜１２０℃未満のフラン系物質）の割合の下限値が１０容量％以上であり、沸点１６０℃のフルフラール（実質的には沸点１２０℃以上のフラン系物質）の割合の下限値が１０容量％以上であることが好ましい。

次に、３，４−ジメチルフラン（沸点７９℃）、２，５−ジメチルフラン（沸点９４℃）、フルフラール（沸点１６０℃）を下記表４に示す割合で混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例１３とした。また、２−メチルフラン（沸点６４℃）、２，５−ジメチルフラン、フルフラールを下記表４に示す割合で混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例１４とした。また、２−メチルフラン、３，４−ジメチルフラン、フルフラールを下記表４に示す割合で混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物を実施例１５とした。また、２−メチルフラン、３，４−ジメチルフラン、２，５−ジメチルフランを下記表４に示す割合でそれぞれ混合したフラン系物質の混合物２０容量％と、市販レギュラーガソリン８０容量％と、を混合した燃料組成物をそれぞれ実施例１６，１７とした。

図７は、実施例１３〜１７及び比較例１の蒸留特性を示す図である。図７に示すように、沸点７９℃の３，４−ジメチルフラン、沸点９４℃の２，５−ジメチルフラン、沸点１６０℃のフルフラールを組み合わせた実施例１３、沸点６４℃の２−メチルフラン、沸点９４℃の２，５−ジメチルフラン、沸点１６０℃のフルフラールを組み合わせた実施例１４、沸点６４℃の２−メチルフラン、沸点７９℃の３，４−ジメチルフラン、沸点１６０℃のフルフラールを組み合わせた実施例１５は、比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃以上の違いがある部分が存在しなかった。しかし、沸点６４℃の２−メチルフラン、沸点７９℃の３，４−ジメチルフラン、沸点９４℃の２，５−ジメチルフランを組み合わせた実施例１６，１７は、比較例１の蒸留特性に対して、同じ蒸発率で１０℃の違いがある部分が存在した。燃料の蒸留特性をほとんど変化させないためには、実施例１３〜１５のように各フラン系物質の沸点がある程度離れている方が好ましい。フラン系物質の混合物として好ましくは、フラン系物質Ａ、フラン系物質Ａの沸点より１０℃以上高い沸点を有するフラン系物質Ｂ、フラン系物質Ｂの沸点より１０℃以上高い沸点を有するフラン系物質Ｃを含み、フラン系物質Ａとフラン系物質Ｃの沸点の差が４０℃以上のものである。

本実施例１〜１７の燃料組成物のオクタン価（リサーチ法）をＪＩＳＫ２２８０に準拠して測定した結果、市販レギュラーガソリンよりオクタン価が向上していることを確認した。

実施例１，２及び比較例１〜７の蒸留特性を示す図である。実施例３及び比較例１の蒸留特性を示す図である。実施例４，５及び比較例１の蒸留特性を示す図である。実施例６，７及び比較例１の蒸留特性を示す図である。実施例８，９及び比較例１の蒸留特性を示す図である。実施例１０〜１２及び比較例１の蒸留特性を示す図である。実施例１３〜１７及び比較例１の蒸留特性を示す図である。

Claims

燃料と、沸点の異なる３種以上のフラン系物質の混合物とを含み、
前記フラン系物質の混合物は、１０％留出温度が７０℃以下であり、５０％留出温度が７５℃から１１０℃の範囲であり、９０％留出温度が１８０℃以下であることを特徴とする燃料組成物。
請求項１記載の燃料組成物であって、前記フラン系物質の混合物は、沸点が６０℃未満のフラン系物質Ａ、沸点が６０℃以上〜１２０℃未満の範囲のフラン系物質Ｂ、沸点が１２０℃以上のフラン系物質Ｃを含み、
前記フラン系物質の混合物の全量に対して、前記フラン系物質Ａの割合は５容量％以上〜５０容量％以下、前記フラン系物質Ｂの割合は５容量％以上〜７０容量％以下、前記フラン系物質Ｃの割合は５容量％以上〜５０容量％以下であることを特徴とする燃料組成物。