JP2009513750A - ガソリン組成物 - Google Patents

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Abstract

スパーク点火エンジン用に好適なガソリンを主要量で含むと共に、レブリン酸エチルを1〜15容量%、及び数平均分子量が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を有する窒素含有洗浄剤を20〜2000重量ppm含むガソリン組成物、その製造法及びスパーク点火エンジンの操作への用法。
【選択図】なし

Description

本発明はガソリン組成物に関し、更に詳しくはレブリン酸エステル含有ガソリン組成物及びその製造法及び用法に関する。
Zh.Prikl.him.(レニングラード)(1969)42(4),958−9には、レブリン酸エステル(レブリン酸のエステル)、特にメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル及びヘキシルエステル、及び適当なアルコールとフルフリルアセテートとの反応によるレブリン酸エステルの製造法が記載されている。
WO 9421753(VEBA OEL)は、C〜Cケトカルボン酸、好ましくはレブリン酸のC〜C22アルコールによるエステルを或る割合(例えば1〜90容量%、1〜50容量%、好ましくは1〜20容量%)含有する内燃機関用ガソリン及びディーゼルの両燃料を開示している。ガソリンに含有させるにはC〜Cアルコールによるエステルが特に好適で、またディーゼル燃料に含有させるにはC〜C22アルコールによるエステルが特に好適である旨、記載されている。
WO 9421753の実施例は全て、オクタン価(RON及びMON)向上のため、ガソリンに或る量のレブリン酸エステルを含有させている。実施例1、7、10では、異種のベースガソリンにレブリン酸メチルを10容量%取り込んでいる。実施例2〜6は、それぞれレブリン酸エチル、レブリン酸n−プロピル、レブリン酸イソプロピル、レブリン酸イソブチル、レブリン酸sec−ブチルを使用している。実施例8、9は、レブリン酸メチルと蟻酸メチルとのそれぞれ1:1及び2:1比の混合物10容量%を使用している。実施例11は、無鉛ユーロスーパーガソリンにレブリン酸メチルを5〜90容量%の範囲の割合を使用している。
WO 03002696(AAE Tech. Int.)は、エタノール又はMTBEやETBEのような従来の酸素化物よりも多くの酸素容量を供給して、燃料のリード蒸気圧の増大を殆ど又は全くなくすと共に、ベース燃料の引火点への影響を殆ど又は全くなくす目的で、レブリン酸又はその官能性誘導体を取り込んだ燃料組成物を開示している。この官能性誘導体としては、アルキル誘導体、好ましくはC〜C10アルキル誘導体が好ましい。レブリン酸エチルが好ましく、代りはレブリン酸メチルが好ましいと言われる。レブリン酸又はその官能性誘導体は、燃料の0.1〜5%を形成するのに使用されている。
WO 03002696が開示する一態様では、更に以下の群から選ばれた別の添加剤を0.1〜5%取り込んでいる。
a)エチレンオキシドをアルコール1モル当り0又は1〜20モル及び/又はプロピレンオキシドを1〜5モル含有する、任意にアルコキシル化した炭素原子数8〜24の直鎖又は分岐鎖飽和又は不飽和ものアルコール、又は
b)任意に炭素原子数1〜24の脂肪酸で部分エステル化した、炭素原子数2〜6のポリオール、又は
c)脂肪酸1モル当りエチレンオキシド4〜20モル含有する炭素原子数12〜14のアルコキシル化脂肪酸、又は
d)エトキシル化二量体脂肪酸。
このような燃料はディーゼル燃料が好ましい(第7頁11〜22行)
別の一態様では、燃料は実質的にアルコキシル化化合物や長鎖アルキルアルコールを含まないが、式R−CO−NR(但し、Rは炭素原子数6〜21で飽和又は不飽和の直鎖又は分岐鎖アルキル基(数平均分子量が85〜295に相当する)を表わし、R及びRは各々独立にC〜Cヒドロキシアルキル基を表わす)の添加剤を含有する。代りの添加剤は(第8頁9、10行)オレイン酸アルカノールアミド及びアルコキシル化オレイン酸を含む。
更に、レブリン酸又はその官能性誘導体を窒素化合物の形態で窒素源と一緒に取り込んだ燃料組成物を提供している。窒素化合物は、アンモニア、ヒドラジン、アルキルヒドラジン、ジアルキルヒドラジン、尿素、エタノールアミン、モノアルキルエタノールアミン、及びジアルキルエタノールアミン(但し、アルキルは独立にメチル、エチル、n−プロピル又はイソプロピルから独立に選ばれる)よりなる群から選ばれる。尿素が好ましい。この窒素含有化合物は、無水化合物又は含水化合物、例えば水溶液であってよく、また5%w/w水溶液までであってよい。
セタン増進剤、解乳化剤でバイオディーゼル型の燃料も存在してよい(第10頁1〜29行)。
またWO 03002696は“以上は、以下の実施例で示す”(第11頁31行)と述べているが、組成及びテスト結果のデータは、以下の文章:
“レブリン酸エチル5.0%以下、水1.0%及びノニオン洗浄剤2.0%を含有する規格ガソリンブレンドは、ベースガソリンと同様なRVPを有することが見い出された。”及び
“レブリン酸エチル5.0%以下、水1.0%及びノニオン洗浄剤2.0%を含有する規格ディーゼルブレンドは、ベースディーゼルと同様な引火点を有することが見い出された。”
で構成されている。
Zh.Prikl.him.(レニングラード)(1969)42(4),958−9 WO 9421753 WO 03002696 US特許5,855,629 WO 32812 US特許5,725,612 US特許4,832,702 Campen等、"Growing use of synlubes",Hydrocarbon Processing,1982年2月、75〜82頁 W.W.Yau,J.J.Kirkland及びD.D.Bly,"Modern Size Exclusion Liquid Chromatography",John Wiley and Sons,New York,1979
レブリン酸エチルを特定の窒素含有洗浄剤と一緒に含有するガソリン組成物は、エンジンの清浄性能を驚異的に高めることができ、またレブリン酸エチルを含有するガソリン組成物は同様な濃度のレブリン酸メチルを含有するガソリン組成物よりも特定のエラストマーシール材料との適合性を驚異的に向上できることが今回、意外にも見い出された。
本発明によれば、スパーク点火エンジン用に好適なガソリンを主要量で含むと共に、レブリン酸エチルを1〜15容量%、及び数平均分子量が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を有する窒素含有洗浄剤を20〜2000重量ppm含むガソリン組成物が提供される。
ガソリン組成物中のレブリン酸エチルの濃度は、以下のパラメーターと一致する。
(i)濃度は少なくとも1.5容量%であり、
(ii)濃度は少なくとも2容量%であり、
(iii)濃度は少なくとも3容量%であり、
(iV)濃度は少なくとも4容量%であり、
(V)濃度は12容量%以下であり、
(Vi)濃度は10容量%以下であり、
(Vii)濃度は8容量%以下であり、
(Viii)濃度は6容量%以下であり、
特徴(i)及び(v)、(ii)及び(vi)、(iii)及び(vii)、並びに(v)及び(viii)の範囲は、それぞれ順次、更に好ましい。
ガソリン組成物は、窒素含有洗浄剤を好ましくは50〜1500重量ppm、更に好ましくは50〜500重量ppm含有する。80〜250重量ppm、例えば100〜150重量ppmの範囲が非常に好適である。
数平均分子量(Mn)が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を有する窒素含有洗浄剤は、アミン、例えばポリイソブチレンエチレンジアミン又はN−ポリイソブテニル−N,N’−ジメチル−1,3−ジアミノプロパンのようなポリイソブチレンモノアミン又はポリアミン;或いはアミド、例えばポリイソブテニルスクシンイミドであってよく、例えばUS特許5,855,629及びWO 32812に種々記載されている。或いは窒素含有洗浄剤は、US特許5,725,612に記載されるようなマンニッヒアミン洗浄剤であってよい。
特に好ましい窒素含有洗浄剤は、式R−NH(但し、RはR基又はR−CH−基を表わし、Rは数平均分子量が750〜6000の範囲、好ましくは900〜3000の範囲、更に好ましくは950〜2000の範囲、最も好ましくは950〜1350の範囲のヒドロカルビル基、例えば数平均分子量が950〜1050の範囲のポリブテニル又はポリイソブテニル基を表わす)のヒドロカルビルアミンである。
窒素含有洗浄剤は公知の材料で、公知の方法又は公知の方法に類似の方法により製造できる。例えばUS特許4,832,702には適当なポリブテン又はポリイソブテンからヒドロホルミル化及び引き続き得られるオキソ生成物の水素化条件下でのアミノ化によりポリブテニルアミン又はポリイソブテニルアミンを製造する方法が記載されている。
好適なヒドロカルビルアミンは、BASFから商標“Kerocom”で得られる。
レブリン酸エチル及び窒素含有洗浄剤の他、ガソリン組成物は更に1種以上の担体液、腐蝕防止剤、耐酸化剤、染料、かすみ防止剤(dehazer)、金属失活剤、前記定義したヒドロカルビル基を有する窒素含有洗浄剤以外の洗浄剤(例えばポリエーテルアミン)、摩擦改良剤、希釈剤及び標識剤を含有してよい。
特に好適な担体液は、ポリオレフィン、例えばポリイソブチレン及びポリα−オレフィン、並びにポリオキシアルキレン化合物である。担体液は、20〜8000重量ppm、例えば50〜500重量ppmの合計濃度で使用するのが都合よいかも知れない。
ポリα−オレフィン担体液は、主として三量体、四量体及び五量体であり、これら材料の合成は、Campen等、“Growing use of synlubes”,Hydrocarbon Processing,1982年2月、75〜82頁に概説されている。ポリα−オレフィンは水素化処理されていなくてもよいが、水素化処理したオリゴマーが好ましい。ポリα−オレフィンは、好ましくは炭素原子数8〜12のα−オレフィンモノマーから誘導される。このポリα−オレフィンの100℃での粘度は、6×10−6〜1×10−5/s(6〜10cSt)である。デセン−1から誘導したポリα−オレフィンは非常に好適である。100℃での粘度が8×10−6/s(8cSt)のポリα−オレフィンは非常に好適である。
極めて効果的なポリオキシアルキレン担体液は、好ましくは式II
−O−(R−O−R (II)
を有する。ここでR及びRは独立に水素原子又はヒドロカルビル基、好ましくはC1〜40ヒドロカルビル基、例えばアルキル、シクロアルキル、フェニル又はアルキル−フェニル基を表わし、各Rは独立にアルキレン基、好ましくはC2〜8アルキレン基を表わし、pはポリアルキレン化合物のMnが400〜3000、好ましくは700〜2000、更に好ましくは1000〜2000となるような値である。
好ましくはRはC8〜20アルキル基を表わし、Rは水素原子を表わす。Rは好ましくはC8〜18アルキル基、更に好ましくはRはC8〜15アルキル基を表わす。RはC8〜15アルキル基の混合物であるのが都合よいかも知れない。
式IIにおいて、Rは好ましくは1,2アルキレン基である。好ましくは各Rは独立にC2〜4アルキレン基、例えばエチレン、1,2−プロピレン又は1,2−ブチレン基である。極めて効果的な結果は、各R基が1,2−プロピレン基を表わす場合に得られた。
例えばポリアルキレンのような炭化水素の数平均分子量は、極めて類似した結果を与える種々の方法により測定できる。Mnは蒸気相浸透圧法(VPO)(ASTM D3592)又は例えばW.W.Yau,J.J.Kirkland及びD.D.Bly,“Modern Size Exclusion Liquid Chromatography”,John Wiley and Sons,New York,1979に記載されるような最新ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)で測定するのが都合よいかも知れない。或る化合物の式が既知の場合、数平均分子量はその式の重量として計算できる。
極めて好適な摩擦改良剤は、DE−A−19955651(BASF)(例えばその実施例1に記載される)に開示された、例えば5〜1000重量ppm、好ましくは20〜400重量ppm、更に好ましくは50〜200重量ppmの範囲の量の脂肪酸塩摩擦改良剤である。
スパーク点火エンジン用に好適な通常のガソリンは、沸点が25〜232℃の範囲で、飽和炭化水素、オレフィン系炭化水素及び芳香族系炭化水素の混合物を含む炭化水素混合物である。飽和炭化水素の含有量が40〜80容量%の範囲で、オレフィン系炭化水素の含有量が0〜30容量%の範囲で、芳香族系炭化水素の含有量が10〜60容量%の範囲のガソリンブレンドが好ましい。このガソリンは、直留ガソリン、ポリマーガソリン、天然ガソリン、二量化又は三量化オレフィン、熱又は接触改質炭化水素から、或いは接触分解又は熱分解石油原料又はそれらの混合物から合成的に製造した芳香族系炭化水素混合物から誘導できる。ガソリンの炭化水素組成及びオクタン水準は臨界的ではない。オクタン水準(R+M)/2は、一般に85より高い。従来のガソリンのいずれも使用できる。例えばガソリン中の炭化水素は、ガソリン用に従来公知である従来のアルコール又はエーテルの相当量以下まで置換できる。
ガソリンは無鉛であることが好ましく、法規で要求されている可能性がある。許可されている場合、無鉛アンチノック化合物及び/又は弁座リセッション保護化合物(例えば公知のカリウム塩、ナトリウム塩又は燐化合物)が存在してもよい。
最近のガソリンは、本来、例えば硫黄含有量200ppm未満の低硫黄燃料である。
この規格では、成分の量(濃度)(容量%)(重量ppm)は活性分(active matter)である(即ち、揮発性溶剤/希釈材料を除く)。
本発明は更に、前述のガソリン、レブリン酸エチル及び窒素含有洗浄剤を添加混合することを特徴とする本発明ガソリン組成物の製造方法を提供する。
所望ならば、脂肪酸塩、添加助剤、及び前述のような腐蝕防止剤、酸化防止剤等の追加成分を添加剤濃厚物中に、好ましくは好適な希釈剤と共に、一緒に混合し、次いでこの添加剤能鉱物を本発明組成物を得るのに好適な量でガソリン中に分散してよい。
本発明は、前述のような本発明のガソリン組成物をスパーク点火エンジンの燃焼室に導入することを特徴とする該エンジンの操作方法も提供する。
本発明方法は、エンジンの清浄保持性能が良好である等、特に吸気系統(inlet system)の付着物に関連して、多くの有利な効果のいずれかを引き出すことができる上、高濃度の窒素含有洗浄剤、有利なオクタン性能(RON及びMON)及び有利なリード蒸気圧では、清浄化性能が達成できる。
本発明は、以下に例示の実施例から更に理解されよう。実施例中、特に断わらない限り、部及び%は重量基準であり、また温度は摂氏温度である。
実施例で使用したベース燃料は、RON 98.9、MON 86.6、硫黄含有量(ASTM D2622−4)138重量ppm、芳香族含有量50.7%v/v、オレフィン含有量7.5%v/v(ASTM D6623−01(方法C)、密度(DIN 51757/V4)779.1kg/cm、蒸留(ISO 3405/88)IBP 35.4℃、95%v/v 174.4、FBP 203℃の無鉛ガソリン(95 ULG)である。
ベース燃料に周囲温度(20℃)で添加剤を添加し、次いで均質化することにより、燃料を添加剤とブレンドした。
以下の添加剤を使用した。
レブリン酸エチル:
Avocado ChemicalsからのカタログNo.15001。
“DP”:
標準的な商用ガソリンの添加剤包装で、ポリイソブチレンアミン洗浄剤、合成担体油及び慣用の腐蝕防止剤を含有し、DE−A−19955651の実施例3の添加物包装PIに相当する。ポリイソブチレンアミン洗浄剤は、BASFからの、ポリイソブチレン(PIB)鎖の数平均分子量が約1000のポリイソブチレン モノアミン(PIBA)である。合成担体油は、開始剤としてC5〜15の範囲のアルコール混合物を用いて製造した、プロピレンオキシド単位を15〜30含み、Mnが1000〜2000のポリオキシプロピレングリコールヘミエーテルからなるポリエーテル担体である。添加剤包装は、不揮発分を約68%含有し、包装の約27重量%がPIBA、包装の約40重量%が担体液である。
“PIBA”:
活性分が50〜55重量%で、残部が本質的に未反応のポリイソブチレンからなる“DP”のポリイソブチレンモノアミンに相当する工業用ポリイソブチレンモノアミンである。
テスト燃料に対し、以下の方法に従ってエンジンテストを行った。
トヨタ清浄保持:
吸気バルブの清浄性を評価するため、1992年型トヨタカリーナから外した1気筒当り4バルブのIVD 3S−FEエンジンを用いて、IVD清浄保持テストを行った。このエンジンは、多点噴射(MPI)式で、ラムダセンサー及び排ガス再循環装置を備える。
テストを始める前に、吸気部品及び燃焼室を浄化した後、エンジンに予め秤量した新しい吸気バルブ及び新しいスパークプラグを取付け、新しいオイルフィルターを取付け、更にエンジンに新しいエンジンオイルを入れた。
CEC−F−05−A−93の方法に規定されるメルセデスベンツM102Eエンジンの代りにトヨタ3S−FEエンジンを用いると共に、メルセデスベンツM102Eエンジン及びトヨタ3S−FEエンジンで得られる異なるBMEP(break mean effective pressure)(破壊平均有効圧)値を相殺するため、トルク値はCEC−F−05−A−93に規定のトルク値とは異なる他は、CEC−F−05−A−93のテスト法に相当するテスト法に従って、エンジンを69時間走行させた。
各サイクルでの特定条件は、次のとおりである。
段階 時間(秒) 回転数 トルク(Nm)
1 30 850 アイドリング
2 60 1300 26
3 120 1850 28
4 60 3000 30
テストを終了すると、エンジンを分解し、バルブを再び秤量して、吸入バルブの付着物(IVD)重量を求めた。
実施例1
本例では、レブリン酸エチル 5容量%及びDP 380重量ppm(実施例1);DP 380重量ppm(比較例A);レブリン酸エチル 5容量%(比較例B);をそれぞれ含むガソリン組成物を製造し、これら組成物をベース燃料(比較例C)と比較して前記方法でテストした。結果を第1表に示す。
以上の結果から明らかなように、レブリン酸エチル及びポリイソブチレンアミンの両方を含む燃料は、レブリン酸エチル及びポリイソブチレンアミンの一方又は他方を含む燃料、或いはこれら材料のいずれも含まない燃料に比べて、清浄保持性能が極めて驚異的に優れている。
実施例2
清浄保持性能の顕著な向上はレブリン酸エチル及びポリイソブチレンアミンの同時存在によるものであることを確認し、証明するため、実施例1と同じ処方で製造したベース燃料を用いて、レブリン酸エチル 5容量%及びPIBA 225重量ppm(実施例2);PIBA 225重量ppm(比較例D);をそれぞれ含むガソリン組成物を製造し、これら組成物を前記方法でテストした。結果を第2表に示す。
第2表に示す結果から、実施例2の燃料ブレンドにおける清浄保持性能の顕著で驚異的な向上は、レブリン酸エチル及びポリイソブテニルアミンの両方の存在によるものであることが実際に確認された。
実施例3
レブリン酸エチル含有燃料のシール材料との適合性を、ベース燃料と比較し、更にレブリン酸メチル含有燃料(AldrichからのカタログNo.61405)と比較して調べるため、テストを行った。
テスト法はISO 1817:1998の改訂版である。2つのエラストマー材料として、水素化ニトリルエラストマー(James Walker & Co.Ltd.,UKからの“Elast−o−Lion”280(商標))及びフルオロカーボンテトラポリマーエラストマー(James Walker & Co.Ltd.,UKからの“Viton”(商標)LR 6310)をテストした。テスト前に、大きさ50mm×25mm×3mmのエラストマーサンプルの容積及びショアー硬度を測定し、またテスト液100mlに周囲温度(20℃)で168時間浸漬した後、再び測定した。テスト液に168時間浸漬後、サンプルを急いで乾燥し、空器中及び水中で秤量し(テスト液から取り出して8時間以内)、容積変化%を計算した。硬度は、“A型ショアー押込み硬度計”(商標)(Shore Instruments,InstronCorp.,米国)を用いて周囲温度で測定した。
結果を第3表に示す。
以上の結果から判るように、%変化が高いほど、シール漏れの恐れが増大することと関連することから、レブリン酸エチルは、いずれの所定濃度に対してもレブリン酸メチルに比べて著しく害が少ない。

Claims (10)

  1. スパーク点火エンジン用に好適なガソリンを主要量で含むと共に、レブリン酸エチルを1〜15容量%、及び数平均分子量が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を有する窒素含有洗浄剤を20〜2000重量ppm含むガソリン組成物。
  2. レブリン酸エチルを1.5〜12容量%含む請求項1に記載のガソリン組成物。
  3. レブリン酸エチルを2〜10容量%含む請求項1に記載のガソリン組成物。
  4. レブリン酸エチルを3〜8容量%含む請求項1に記載のガソリン組成物。
  5. レブリン酸エチルを4〜6容量%含む請求項1に記載のガソリン組成物。
  6. 前記窒素含有洗浄剤を50〜1500重量ppm含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のガソリン組成物。
  7. 前記窒素含有洗浄剤を50〜500重量ppm含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のガソリン組成物。
  8. 前記窒素含有洗浄剤が、式R−NH(但し、RはR基又はR−CH−基を表わし、Rは数平均分子量が950〜1350の範囲のヒドロカルビル基を表わす)のヒドロカルビルアミンである請求項1〜7のいずれか1項に記載のガソリン組成物。
  9. 前記ガソリン、前記レブリン酸エチル及び前記窒素含有洗浄剤を添加混合することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のガソリン組成物の製造方法。
  10. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のガソリン組成物をスパーク点火エンジンの燃焼室に導入することを特徴とする該エンジンの操作方法。
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