JP2009504839A - 乳化された硼酸含有の多相留出物燃料組成物および濃縮物 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼル燃料は通常硫黄を含有しているため環境を汚染する。そこで、低硫黄燃料が提案されたが、それは潤滑性に乏しく経済性が低下している。他方、燃料中に硼酸を含有させることが試みられたが、得られた燃料は不安定である。
【解決手段】硼酸と、硼酸の溶剤となるが、ディーゼル燃料中に混和しない液体とからなる第２相を作り、この第２相を界面活性剤とともに、ディーゼル燃料の第１相中に加えてエマルジョンとする。
【選択図】なし

Description

この発明は、化学技術に関するものである。とくに、この発明は、ディーゼル燃料のような留出物燃料の硼酸含有物に関するものである。

ディーゼル燃料は、ディーゼル動力エンジンにおいて広範な用途を見出している。ディーゼル燃料は、比較的高い燃料経済性を与えることが、ディーゼルエンジンの１つの利点である。そのような燃料は、４０，０００ｐｐｍ程度までの硫黄を含むのが普通である。硫黄は燃料に幾つかの望ましい特性を与えている。例えば、硫黄は潤滑性を与えるので、ディーゼル燃料中の硫黄は、ディーゼル動力エンジンの内部で、互いに接触している金属表面、とくに燃料ポンプとインジェクタの摩耗を減少させる能力をディーゼル燃料に与えている。しかし、硫黄は重大な欠点をもたらしている。硫黄はエンジンから出る排気ガス中高濃度の二酸化硫黄および有害な粒子の形となって、環境問題を惹き起こしている。高濃度の二酸化硫黄と粒子とを排出するために、ディーゼル動力エンジンは広く使用されないし、また多くの大都市では使用が許可されない。

その結果、硫黄含有量の少ない留出物燃料の組成物、とくに硫黄含有量の少ないディーゼル燃料の組成物を開発することが喫緊の要事となっている。例えば、低硫黄Ｎｏ．２ディーゼル燃料は、現在約５００ｐｐｍの硫黄を含んでおり、さらに約３００ｐｐｍ以下にまで硫黄含有量を減らそうとする多くの試みがなされている。不都合なことに、硫黄を除くと、ディーゼル燃料の潤滑性能が低下し、摩耗を促進し、また燃料の経済に悪影響を及ぼす。

硼酸は環境に対して安全で、安価であり、滑り合う金属表面の潤滑性と耐摩耗性とを向上させるのに、異常な性能を持っている。硼酸は結晶性化合物であって、留出物燃料のような炭化水素類に不溶である。硼酸を含む安定な燃料組成物を作ろうとする試みが色々となされて来た。例えば、Erdemirの下記特許文献１は、約３０から約３，０００ｐｐｍだけの硼酸を含んだ燃料組成物を開示している。この特許は、安定な燃料組成物を作るためには、硼酸をナノメートル大の粒子の形にしなければならないことを教えている。Sandujaほかの下記特許文献２は、グラフト重合体で安定化された硼酸含有の液状炭化水素燃料製品を開示しているが、それは硼酸を含んだ液状炭化水素燃料を作るのにあとで混合できるだけでなく、液状炭化水素燃料濃縮物を作るのに使用できるものである。
米国特許第６，７８３，５６１号明細書 米国特許第６，３６８，３６９号明細書

しかし、摩耗を減らし、ディーゼルエンジンおよび留出物燃料を動力源とするその他のエンジンの燃料経済性を向上させるような硼酸含有の安定な留出物燃料組成物は、依然として必要とされている。そのような留出物燃料を作るのに容易に混合できるような留出物燃料の濃縮物は依然としてさらに必要とされている。この発明は、これらの必要を満たし、同様に関連する利点を与えるものである。

この発明により、留出物燃料を動力源とする、ディーゼルエンジンおよびその他のエンジンにおいて、摩耗を低減させ燃料経済性を向上させる硼酸含有の安定な留出物燃料組成物が見出され、同時に留出物で希釈して容易にそのような組成物を作ることのできる留出物燃料の濃縮物が見出された。この多相留出物燃料組成物は、（ａ）留出物燃料からなる第１相と、（ｂ）硼酸と、硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない液体とを含む第２相と、（ｃ）界面活性剤とが含まれているエマルジョンで構成されている。上記液体は、有機液体例えば低級アルキルポリオール、好ましくはグリセリン、酢酸エチル、アセトン、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−メチル−１−プロパノールおよび３−メチル−１−ブタノールのようなアルコール類、または氷酢酸および水のような無機の液体である。

代表的な留出物燃料は、ディーゼル燃料、ジェット燃料、灯油およびこれら燃料の混合であって、低硫黄のディーゼル燃料はとくに重要である。代表的な有機の液体は、低級アルキルポリオールであって、グリセリンであることが好ましい。

或る具体例では、燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度は約３０から約７０重量％まで、好ましくは約４５から約５５重量％までであり、第２相の濃度は約３０から約７０重量％まで、好ましくは約４５から約５５重量％までである。また、或る具体例では、第２相の重量を基準として、第２相は約１０から約２５重量％までの硼酸と、約９０から約７５重量％までの有機液体を含んでいる。

留出物燃料組成物中の最終硼酸濃度は、燃料組成物の重量を基準として、約１０ｐｐｍから約５０，０００ｐｐｍまでの範囲内にあり、さらに好ましくは約３０ｐｐｍから約５，０００ｐｐｍまでの範囲内にあるのが普通である。また、この留出物燃料がＮｏ．２ディーゼル燃料である場合のこれらの具体例では、硼酸濃度は留出物燃料組成物の重量を基準として、約５０ｐｐｍから約２５，０００ｐｐｍまでの範囲内にあり、好ましくは約１００ｐｐｍから約１，５００ｐｐｍまでの範囲内にあるのが普通である。

この発明の原理と効果とを具体的に説明する目的で、この発明の特定の具体例を以下に説明する。しかし、種々の変更を加えることができるから、この発明の範囲は以下に説明する模範的な具体例に限定されない。例えば、或る留出物燃料組成物の濃縮物についてとくに説明すると、その濃縮物はその後追加の留出物燃料と混合されるから、第２相は最終濃度となるように留出物燃料に最初から加えておくことができることは、云うまでもない。

この発明による多相燃料組成物は、（ａ）留出物燃料の第１相と、（ｂ）硼酸と、硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない液体、例えばグリセリンからなる第２相と、（ｃ）界面活性剤とを含むエマルジョンで構成される。

第１相として用いられる代表的な留出物燃料は、ディーゼル燃料であり、とくに低硫黄（即ち、０．０５質量％より少ない硫黄）のディーゼル燃料、ジェット燃料、灯油およびこれらの燃料の混合物を含んでいる。この留出物燃料そのものは、従来の石油留出物であってもよく、また合成物、例えばFischer-Tropsh方法などによって合成された物であってもよい。

第２相を構成するのに有用な硼酸は、１００ミクロン以下の大きさの粒子とされるのが普通であり、６５ミクロン以下であることが好ましい。さらに好ましい具体例では、硼酸は約０．１から約２．５ミクロンまでの範囲内の大きさの粒子であることが好ましく、さらに約０．５から約１ミクロンまでの範囲内の大きさの粒子であることが好ましい。好ましい硼酸粒子は、市販の硼酸を低温ジェットミルで粉砕することによって作るのが有利である。

硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない安定な液体は、留出物燃料およびエンジン中での留出物燃料組成物の働きに適合しなければならない。その液体は、有機物であっても無機物であってもよい。代表的な有機液体は低級アルキルポリオールである。第２相を構成するのに有用な低級アルキルポリオールは、３から７個の炭素原子と、少なくとも３個のヒドロキシル基を含んでいるのが普通である。好ましい低級アルキルポリオールはグリセリンである。他の適当な有機液体は、酢酸エチル、アセトンおよびメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−メチル−１−プロパノール、３−メチル−１−ブタノールのようなアルコール類である。適当な無機液体は氷酢酸と水である。

第２相に含まれている硼酸の量は、硼酸の溶解度によって異なる。一般に。充分な硼酸を加えて第２相を飽和させておくことが望ましい。第２相の重量を基準として、第２相は、約１０から約２５重量％までの硼酸と、約９０から約７５重量％までの液体とを含んでいるのが普通である。

この発明に係る留出物燃料組成物を作るための適当な界面活性剤は、トリスチリルフェノール（tristyrylphenol）エトキシレート、例えばソプロフォール（Soprophor）ＴＳ−１０（Rhone Poulenc S. A.）、またはＢＳＵ（Rhodia Geronazzo Spa）、ＥＯ／ＰＯ／ＥＯブロックコポリマー、例えばプルロニック（Pluronic）Ｆ−１０８、プルロニックＦ−３８、プルロニックＰ−１０５（BASF Wyandotte Corp.）、および／またはスルホン化ナフタレンスルホン酸−ホルムアルデヒド縮合生成物、例えばモルウェット（Morwet）Ｄ−４２５（Witco Chem. Corp.）、またはオロタン（Orotan）ＳＮ（Rohm & Haas, France S. A.）、リグノスルホネート類（lignosulfonates）、ＰＯ／ＥＯブタノール共重合体、例えばアトロクス（Atolox）Ｇ−５０００、ポリヒドロキシステアリン酸とポリアルキレングリコールとのブロック共重合体、例えばアトロクス４９１２または４９１４（Uniqema）、または一部加水分解されたか、または完全に加水分解されたポリ酢酸ビニル、例えばモウイオール（Mowiol）１８−８８またはモウイオール４−８８（Hoechst AG）である。

留出物燃料中に比較的高い濃度の第２相が含まれている留出物燃料の組成物を、最初に作るのが最も効率がよい。そのような濃縮物中の留出物燃料の量は、濃縮物の重量を基準として、約３０から約７０重量％までであるのが普通であり、約４５から約５５重量％までであるのが好ましい。そのような濃縮物中の第２相の量は、濃縮物の重量を基準にして約３０から約７０重量％までであるのが普通であり、約４５から約５５重量％であることが好ましい。そのような濃縮物は、第１相と第２相とを安定にするために充分な量の界面活性剤を含み、濃縮物の重量を基準にして普通、約０．５から約１．５重量％までの界面活性剤を含んでいる。

この濃縮物は、その後追加の留出物燃料で希釈され、最終の希望濃度とされる。完成された燃料組成物中の硼酸の濃度は、特定の燃料と特定のエンジン機構によって異なる。しかし、最終の硼酸濃度は、燃料組成物の重量を基準として約１０ｐｐｍから約５０，０００ｐｐｍまでの範囲内にあるのが普通であって、約３０ｐｐｍから約５，０００ｐｐｍの範囲内にあるのがさらに好ましい。例えばＮｏ．２ディーゼル燃料中の硼酸濃度は、完成された留出物燃料組成物の重量を基準にして、約５０ｐｐｍから約２５，０００ｐｐｍまでの範囲内にあるのが好ましく、中でも約１００ｐｐｍから約１，５００ｐｐｍまでの範囲内にあるのがさらに好ましい。

この留出物燃料組成物は、他の従来の燃料添加剤を含むことができる。代表的な添加剤は酸化防止剤、金属不働態化剤、さび止め剤、分散剤、清浄剤などである。また、留出物燃料組成物は、ステアリン酸のような潤滑性向上添加剤を含むことができる。

この発明の潤滑剤組成物は、強力剪断混合器中で均一な混合物が得られるまで、硼酸、液体および界面活性剤を混合して作られる。必要により同時に従来の他の燃料添加剤を加えることができる。一般に、これらの成分は約１５０°Ｆの温度で混合される。しかし、混合はそれより高い温度でも、より低い温度でも行うことができ、より高い温度で行うと均一溶液を作り易いために、低い温度で行うより好ましい。その後、混合物を室温まで徐々に冷却する。

この混合物に濃縮物を作るだけの量かまたは留出物燃料組成物を作るだけの量の留出物燃料を徐々に添加する。この添加の途中で、また好ましくはその後暫らく経って、強力剪断混合器で安定なエマルジョンが形成されるまで、この多相組成物を混合する。
上述の実施例は、この発明を具体的に説明するためのものであって、発明を限定しようとするものではない。

次に記載のものは、１０重量％の硼酸を含んだ多相留出物燃料濃縮物の実施例である。
グリセリン（３９．５ｇ）を約１５０°Ｆに加熱し、硼酸（１０ｇ）を加える。この温度でグリセリン／硼酸混合物は殆ど透明になる。混合物を徐々に室温まで冷却する。グリセリンは硼酸で完全に飽和しているために、混合物は琥珀色の外観を発現している。この混合物にアトロクス（Atlox）４９１２（１．５ｇ）（Unigema）界面活性剤を加え、強力剪断混合器中で界面活性剤の個々の粒子が見えなくなるまで混合する。

その後このグリセリン／硼酸相に低硫黄ディーゼル燃料（４９．５ｇ）を徐々に（１％／重量％／分）添加して、強力剪断ミキサーを使用してよく混合する。低硫黄ディーゼル燃料をすべて添加し終ったあとで、混合物を強力剪断混合器中で混合し、多相留出物燃料濃縮物の調製を完了する。この濃縮物１クォートを２５０ガロンの低硫黄ディーゼル燃料に加えて、１００ｐｐｍの硼酸が含まれた最終多相燃料組成物を作る。

この発明の色々な具体例をこれまで説明して来たが、それらの具体例はただ例として提示して来たのであって、発明を限定するものでないことは云うまでもない。添付のクレームで述べるこの発明の精神と範囲から逸脱しないで、形態と詳細において種々の変更を行うことができるということは、当業者の了解することである。従って、この発明の広がりと範囲とは、上述の模範的な具体例の何れによっても限定されるべきでなくて、以下のクレームとその均等物とに従って明確にされるべきものである。

Claims (37)

1. （ａ）留出物燃料を含む第１相と、
   （ｂ）（i）硼酸と、
   （ii）硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない液体とからなる第２相と、
   （ｃ）界面活性剤
   とを含むエマルジョンからなる多相留出物燃料組成物。
2. 前記の液体が有機液体である、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
3. 硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない前記の有機液体が、低級アルキルポリオール、アセテート、アセトン、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−メチル−１−プロパノール、または３−メチル−１−ブタノールである、請求項２に記載の多相留出物燃料組成物。
4. 硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない前記の有機液体が、グリセリンである、請求項３に記載の多相留出物燃料組成物。
5. 前記の液体が無機液体である、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
6. 硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない前記の有機液体が、氷酢酸または水である、請求項５に記載の多相留出物燃料組成物。
7. 前記の燃料組成物が、第２相の重量を基準として約１０から約２５重量％までの硼酸と、約９０から約７５重量％までの液体とを含んでいる、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
8. 前記の留出物燃料がディーゼル燃料、ジェット燃料、灯油、およびそれらの混合物である、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
9. 前記の留出物燃料が低硫黄のディーゼル燃料である、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
10. 前記の燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度が約３０から約７０重量％までであり、第２相の濃度が約３０から約７０重量％までである、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
11. 前記の燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度が約４５から約５５重量％までであり、第２相の濃度が約４５から約５５重量％までである、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
12. （ａ）留出物燃料からなる第１相と、
    （ｂ）（i）硼酸と、
    （ii）グリセリンとからなる第２相と、
    （ｃ）界面活性剤
    とを含むエマルジョンからなる多相留出物燃料組成物。
13. 前記の燃料組成物が前記第２相の重量を基準として、約１０から約２５重量％までの硼酸と、約９０から約７５重量％までのグリセリンとを含んでいる、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
14. 前記の留出物燃料がディーゼル燃料、ジェット燃料、灯油、およびそれらの混合物である、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
15. 前記の留出物燃料が低硫黄のディーゼル燃料である、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
16. 前記の燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度が約３０から約７０重量％までであり、第２相の濃度が約３０から約７０重量％までである、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
17. 前記の燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度が約４５から約５５重量％までであり、第２相の濃度が約４５から約５５重量％までである、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
18. （ａ）ディーゼル燃料からなる第１相と、
    （ｂ）（i）硼酸と、
    （ii）硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない液体とからなる第２相と、
    （ｃ）界面活性剤
    とを含むエマルジョンからなる多相留出物燃料組成物。
19. 前記の液体が有機液体である、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
20. 硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない前記の有機液体が低級アルキルポリオール、アセテート、アセトン、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−メチル−１−プロパノール、または３−メチル−１−ブタノールである、請求項１９に記載の多相留出物燃料組成物。
21. 硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない前記の有機液体がグリセリンである、請求項２０に記載の多相留出物燃料組成物。
22. 前記の液体が無機液体である、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
23. 硼酸の溶剤であるが、第１相中に混和しない前記の有機液体が氷酢酸または水である、請求項２２に記載の多相留出物燃料組成物。
24. 前記の燃料組成物が第２相の重量を基準として、約１０から約２５重量％までの硼酸と、約９０から約７５重量％までのグリセリンとを含んでいる、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
25. 前記の留出物燃料が低硫黄のディーゼル燃料である、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
26. 前記の燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度が約３０から約７０重量％までであり、第２相の濃度が約３０から約７０重量％までである、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
27. 前記の燃料組成物の重量を基準として、第１相の濃度が約４５から約５５重量％までであり、第２相の濃度が約４５から約５５重量％までである、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
28. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約１０ｐｐｍから約５０，０００ｐｐｍまでである、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
29. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約１０ｐｐｍから約５０，０００ｐｐｍまでである、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
30. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約３０ｐｐｍから約５，０００ｐｐｍまでである、請求項１に記載の多相留出物燃料組成物。
31. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約３０ｐｐｍから約５，０００ｐｐｍまでである、請求項１２に記載の多相留出物燃料組成物。
32. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約５０ｐｐｍから約２５，０００ｐｐｍまでである、請求項７に記載の多相留出物燃料組成物。
33. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約５０ｐｐｍから約２５，０００ｐｐｍまでである、請求項１４に記載の多相留出物燃料組成物。
34. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約５０ｐｐｍから約２５，０００ｐｐｍまでである、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。
35. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約１００ｐｐｍから約１，５００ｐｐｍまでである、請求項７に記載の多相留出物燃料組成物。
36. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約１００ｐｐｍから約１，５００ｐｐｍまでである、請求項１４に記載の多相留出物燃料組成物。
37. 前記の燃料組成物の重量を基準として、硼酸の濃度が約１００ｐｐｍから約１，５００ｐｐｍまでである、請求項１８に記載の多相留出物燃料組成物。