JP2011509326A - Eco-friendly three-way transport flex fuel for gasoline, methanol and bioethanol - Google Patents
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Abstract
効率的かつ経済的な3元フレックス燃料混合物は、少なくとも10%のガソリンと、少なくとも10%のバイオエタノールと、少なくとも45%のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計100%であって、少なくとも90のオクタン価を有し、最大10%の水が存在する中で均一性を維持する。好適なフレックス燃料混合物は、10〜15%から30%のガソリンと、50〜75%から80%のメタノールと、10%から25%のバイオエタノールと、を含み、90〜98のオクタン価を有する。また、本発明は、このフレックス燃料混合物を製造する方法、および、ガソリンおよびバイオエタノールのフレックス燃料混合物を調製する改善した方法に関するものであり、改善点は、関連する水分を除去するために最初にバイオエタノールを処理する必要なく、また、無水にする必要なく、最大10%の水の存在する中で、従来のガソリン燃料と同様に前記混合物を処理、輸送、販売および使用できるように、前記混合物を均一に維持するのに十分な量のメタノールを追加することである。
【選択図】なしAn efficient and economical ternary flex fuel blend comprises at least 10% gasoline, at least 10% bioethanol, and at least 45% methanol, with a total amount of gasoline, bioethanol and methanol of 100% And having an octane number of at least 90 and maintaining uniformity in the presence of up to 10% water. A suitable flex fuel mixture comprises 10-15% to 30% gasoline, 50-75% to 80% methanol and 10% to 25% bioethanol and has an octane number of 90-98. The present invention also relates to a method of producing this flex fuel mixture and an improved method of preparing a flex fuel mixture of gasoline and bioethanol, the improvement being the first to remove the associated moisture. The mixture can be processed, transported, sold and used like conventional gasoline fuel in the presence of up to 10% water without the need to treat and dehydrate bioethanol. Is to add a sufficient amount of methanol to maintain a uniform.
[Selection figure] None
Description
石油系ガソリンは、一般的に、より汚染が少なくより効率的な燃焼のために、高オクタンアルキレートまたはオキシジェネートを、他のオクタン価を上昇させる添加物とともに必要とする。しかしながら、テトラエチル鉛のような添加物および他の有機金属添加物の多くは、環境被害および健康被害が認識されたため段階的に排除されてきた。MTBE(メチルターシャリーブチルエーテル)のような石油化学系オキシジェネートもまたそうである。ガソリンおよび任意の炭化水素燃料は、その燃焼時に、炭素成分を二酸化炭素(人為的な地球温暖化をもたらすと認識された主な温室効果ガス)に変える。従って、バイオ燃料、主にバイオエタノールの使用への関心が高まっている。 Petroleum-based gasoline generally requires high octane alkylates or oxygenates along with other octane increasing additives for less polluting and more efficient combustion. However, many additives such as tetraethyl lead and other organometallic additives have been phased out due to the perception of environmental and health hazards. This is also the case for petrochemical oxygenates such as MTBE (methyl tertiary butyl ether). Gasoline and optional hydrocarbon fuels, when burned, change the carbon component to carbon dioxide (a major greenhouse gas recognized to cause anthropogenic global warming). Therefore, there is a growing interest in the use of biofuels, mainly bioethanol.
炭素系輸送燃料の使用が人為的な地球温暖化の主な原因の1つであるので、バイオ燃料、特にバイオエタノールの使用は、任意の植物あるいは農作物が二酸化炭素を再利用する自然の方法であるため重要な用途を獲得している。様々な植物および農作物(トウモロコシ、サトウキビ、その他)を発酵させることによって製造されるバイオエタノールは、(水および太陽エネルギーを使用する)光合成によって大気中の二酸化炭素を再利用することによってその炭素成分を引き出すので、再生可能な炭素燃料である。しかしながら、バイオエタノールの製造は、それ自体で、相当なエネルギー(窒素肥料の使用、潅漑、農作物の発酵プラントのエネルギー需要に対する様々な機械(トラクタ、トラックなど)の稼動、様々なプラント、ひいてはセルロース材料など)を必要とする。さらに、エタノールは乾燥している場合にのみガソリンと混合できるので、パイプラインによる輸送が妨げられ、ガソリンと混合されるトラック輸送さえも妨げられる。それゆえ、エタノールをいかなる水からも乾燥(脱水)させて、それに応じて処理する必要がある。さらにまた、バイオ発酵プロセスは、大量の二酸化炭素を発生する。 Since the use of carbon-based transportation fuels is one of the main causes of artificial global warming, the use of biofuels, especially bioethanol, is a natural way for any plant or crop to reuse carbon dioxide. As such, it has gained important use. Bioethanol produced by fermenting various plants and crops (corn, sugarcane, etc.) uses its carbon component by recycling atmospheric carbon dioxide through photosynthesis (using water and solar energy). Because it pulls out, it is a renewable carbon fuel. However, the production of bioethanol by itself has considerable energy (nitrogen fertilizer use, irrigation, operation of various machines (tractors, trucks, etc.) to the energy demands of crop fermentation plants, various plants, and hence cellulose materials. Etc.). Furthermore, since ethanol can only be mixed with gasoline when it is dry, transportation by pipeline is hindered, and even trucking mixed with gasoline is hindered. It is therefore necessary to dry (dehydrate) ethanol from any water and treat it accordingly. Furthermore, the biofermentation process generates large amounts of carbon dioxide.
ガソリンおよびメタノール(例えばM20およびM85)の2元輸送燃料混合物の使用は、ガソリンおよびエタノール(例えばE85)と同様によく知られており、異なる場所(米国のカリフォルニア、ブラジル)で時々用いられている。MEG(33%のメタノール、60%のエタノールおよび7%のガソリン)と呼ばれている3元燃料混合物もまた、80年代後期および90年代初期のブラジル(サン・パウロ領域)において用いられていた。MEGは、当時のブラジルのエタノールの一時的な不足を解消するために用いられ、有用なアルコール燃料を提供するのに役立った。 The use of binary transportation fuel mixtures of gasoline and methanol (eg M20 and M85) is as well known as gasoline and ethanol (eg E85) and is sometimes used in different locations (California, Brazil, USA) . A ternary fuel mixture called MEG (33% methanol, 60% ethanol and 7% gasoline) was also used in Brazil in the late 80s and early 90s (São Paulo region). MEG was used to relieve the temporary shortage of ethanol in Brazil at the time and helped provide useful alcohol fuel.
現在、E85およびE20(それぞれ、85%と20%のエタノールを含有する)のようなバイオエタノール系の2元のガソリンフレックス燃料は、石油備蓄を使い果たすことに対する依存および未だ相当量の石油資源を保有する国からの石油の輸入を減らす手段として大きな関心を引きつけている。米国では、バイオエタノールは主にトウモロコシから製造され、ブラジルおよび他の熱帯地域では、サトウキビが原料である。ガソリンとの2元燃料混合物に使用されるバイオエタノールは、相分離を回避するために、乾燥(無水)していなければならない。これは、追加の脱水工程を含むより高価な製造を必要とするだけではなく(蒸留のみでは、96%のエタノールと4%の水共沸混合物を与える)、輸送時の著しい困難を生ずる(パイプライン輸送および他の通常の大量輸送(バルク輸送)を不都合にする)。精油所におけるガソリンの予混合(pre−mixing)さえ、可能ではない。それゆえ、より効率的かつ経済的な改良が必要であり、これらは本発明によって提供される。 Currently, bioethanol-based dual gasoline flex fuels such as E85 and E20 (which contain 85% and 20% ethanol, respectively) rely on running out of oil reserves and still have significant amounts of petroleum resources It attracts great interest as a means of reducing oil imports. In the United States, bioethanol is mainly produced from corn, and in Brazil and other tropical regions, sugar cane is the raw material. The bioethanol used in the binary fuel mixture with gasoline must be dry (anhydrous) to avoid phase separation. This not only requires more expensive production including an additional dehydration step (distillation alone gives 96% ethanol and 4% water azeotrope), but also creates significant difficulties in transportation (pipe Making line transport and other normal mass transport (bulk transport) inconvenient). Even pre-mixing of gasoline in the refinery is not possible. There is therefore a need for more efficient and economical improvements, which are provided by the present invention.
特許文献1は、人為的な大気中の過剰な二酸化炭素を減少させ、ひいては、地球温暖化を緩和しながら、有用かつ新規な燃料および材料を製造するために、工業原料あるいは天然原料からの二酸化炭素のケミカルリサイクルの方法として、メタノールの使用を開示する。この特許文献1は、メタノールが単独で、またはガソリンと組み合わせて燃料として使用できることを教示する。二酸化炭素のケミカルリサイクルのさらなる効果は、ケミカルリサイクルされないと大気中に放出され、地球温暖化をもたらすこととなる望ましくない二酸化炭素を使用するということである。 Patent Document 1 discloses a method for producing useful and novel fuels and materials while reducing an excess of carbon dioxide in an artificial atmosphere and thus mitigating global warming. Disclose the use of methanol as a method of chemical recycling of carbon. This document teaches that methanol can be used as a fuel alone or in combination with gasoline. A further effect of chemical recycling of carbon dioxide is the use of undesirable carbon dioxide that would otherwise be released into the atmosphere and lead to global warming.
本発明は、バイオエタノールに見られる従前の問題点を克服し、ガソリンとのフレックス燃料混合物内の望ましい合成メタノールを使用する効率的かつ経済的な方法を開示する。この混合物は、少なくとも10%のガソリンと、少なくとも10%のバイオエタノールと、少なくとも45%のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量は合計100%である。フレックス燃料混合物は、少なくとも90のオクタン価を有し、最大10%の水が存在する中で均一性を維持する。 The present invention discloses an efficient and economical method that overcomes the previous problems found in bioethanol and uses the desired synthetic methanol in a flex fuel mixture with gasoline. The mixture includes at least 10% gasoline, at least 10% bioethanol, and at least 45% methanol, with a total amount of gasoline, bioethanol and methanol of 100%. The flex fuel mixture has an octane number of at least 90 and maintains uniformity in the presence of up to 10% water.
このフレックス燃料混合物内に、ガソリンおよびバイオエタノールの両者はそれぞれ混合物の33%未満の量で存在し、メタノールは混合物の少なくとも50%の量で存在する。メタノールは、混合物の75%未満の量で存在することが好ましい。また、このフレックス燃料混合物は、10〜15%から30%のガソリンと、50〜75%から80%のメタノールと、10%から25%のバイオエタノールと、を含み、90〜98のオクタン価を有することがより好ましい。 Within this flex fuel mixture, both gasoline and bioethanol are each present in an amount of less than 33% of the mixture and methanol is present in an amount of at least 50% of the mixture. Methanol is preferably present in an amount of less than 75% of the mixture. The flex fuel mixture also includes 10-15% to 30% gasoline, 50-75% to 80% methanol, and 10% to 25% bioethanol, and has an octane number of 90 to 98. It is more preferable.
本発明は、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールを上述した量で、かつ、均一の混合物を生成するのに十分な混合条件下で混合することによって、フレックス燃料混合物を製造する方法に関するものでもある。混合は、最初にガソリンとメタノールとを混合して2元混合物を形成し、その後バイオエタノールを追加することによって行ってもよいし、あるいは、最初にメタノールとバイオエタノールとを混合して2元混合物を形成し、その後ガソリンを追加することによって行なってもよい。有利なことに、バイオエタノールは、最初に関連する水分を除去するために処理する必要がなく、無水にする必要もなく、ガソリンおよびメタノールと混合される。また、メタノールは、二酸化炭素を大気中に放出することを回避するために、工場で発生する二酸化炭素から生成可能であり、あるいは、地球温暖化に対する二酸化炭素の寄与を低減するために、大気中から除去された二酸化炭素から生成可能である。 The present invention also relates to a method of producing a flex fuel mixture by mixing gasoline, bioethanol and methanol in the amounts described above and under mixing conditions sufficient to produce a homogeneous mixture. Mixing may be done by first mixing gasoline and methanol to form a binary mixture and then adding bioethanol, or first mixing methanol and bioethanol to form a binary mixture. May then be made by adding gasoline. Advantageously, the bioethanol is mixed with gasoline and methanol without having to first be treated to remove the associated moisture and need to be dehydrated. Methanol can also be produced from carbon dioxide generated in factories to avoid releasing carbon dioxide into the atmosphere, or in the atmosphere to reduce the contribution of carbon dioxide to global warming. It can be produced from carbon dioxide removed from the water.
本発明は、バイオエタノールを含む燃料を無水に保つ必要なく、既存のインフラを使用して保管、処理、輸送あるいは販売する方法に関するものでもあり、このフレックス燃料混合物は、少なくとも10%のガソリンと、少なくとも10%のバイオエタノールと、少なくとも45%のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計100%であり、フレックス燃料混合物は、少なくとも90のオクタン価を有し、最大10%の水が存在する中で均一性を維持する。 The invention also relates to a method of storing, processing, transporting or selling using existing infrastructure without the need to keep fuel containing bioethanol anhydrous, the flex fuel mixture comprising at least 10% gasoline, Comprising at least 10% bioethanol and at least 45% methanol, the total amount of gasoline, bioethanol and methanol is 100%, the flex fuel mixture has an octane number of at least 90 and up to 10% Maintain uniformity in the presence of water.
本発明の他の態様は、ガソリンおよびバイオエタノールのフレックス燃料混合物を調製する改善した方法に関するものであり、改善点は、関連する水分を除去するために最初にバイオエタノールを処理する必要なく、また、無水にする必要なく、最大10%の水の存在する中で、従来のガソリン燃料と同様に混合物を処理、輸送、販売および使用できるように、混合物を均一に維持するのに十分な量のメタノールを追加することである。この方法のフレックス燃料混合物の好適例は、本願明細書において開示される。 Another aspect of the invention relates to an improved method for preparing a flex fuel mixture of gasoline and bioethanol, the improvement being without the need to first treat bioethanol to remove the associated moisture, and A sufficient amount to keep the mixture uniform so that it can be processed, transported, sold and used in the presence of up to 10% water without the need for dehydration, just like conventional gasoline fuel Is to add methanol. Preferred examples of the flex fuel mixture of this method are disclosed herein.
本明細書において、「バイオエタノール」という用語は、さまざまな植物、農作物または他のセルロース材料または天然物を発酵させることによって製造されるエタノールを意味するために用いられ、再生可能な環境にやさしい資源である。 As used herein, the term “bioethanol” is used to mean ethanol produced by fermenting various plants, crops or other cellulosic materials or natural products and is a renewable, environmentally friendly resource. It is.
本発明は、フレックス燃料として輸送、販売、使用中の水分を回避するために高価な脱水処理あるいは特別な処理を施すことなく、最大10%の水を含むバイオエタノールを使用する、実現可能かつより効率的な新規な方法を開示する。本発明は、示された範囲において分相していない、3元のガソリン・メタノール・バイオエタノールの燃料混合物の製造および使用に基づく。典型的なガソリンとメタノールの2元燃料混合物は、最大85%のメタノールを含む。この2元フレックス燃料は、メタノールが25%以下の量で加えられると、バイオエタノールと完全に混合できる。ガソリンとメタノールを混合する際、バイオエタノールは乾燥させる必要はなく、10%までの水分(水蒸気)を含むことができるので、特別な処理あるいは施設を用いることなく、保管、輸送および使用が現実的に可能である。 The present invention is feasible and more capable of using bioethanol containing up to 10% water as a flex fuel without expensive dehydration or special treatment to avoid moisture during transportation, sale or use. An efficient new method is disclosed. The present invention is based on the production and use of a ternary gasoline-methanol-bioethanol fuel mixture that is not phase-separated in the indicated range. A typical gasoline and methanol binary fuel mixture contains up to 85% methanol. This binary flex fuel can be thoroughly mixed with bioethanol when methanol is added in an amount of 25% or less. When mixing gasoline and methanol, bioethanol does not need to be dried and can contain up to 10% moisture (water vapor), making it practical to store, transport and use without special treatment or facilities Is possible.
開示された3元輸送燃料混合物は、特許文献1にて開示されているように、工業排気または天然物の二酸化炭素の化学水素化再生利用(chemical hydrogenative recycling)を含む任意の周知の方法によって製造されたメタノールを用いて容易に入手可能である。混合物は、地球温暖化を緩和しながら、カーボン燃料混合物が環境にやさしい方法で用いられる還元的な二酸化炭素のケミカルリサイクルと同様に、生物学的(すなわち、光合成および次の発酵)方法により二酸化炭素を再利用することによって製造可能である。 The disclosed ternary transportation fuel mixture is produced by any well-known method, including chemical hydrogenation recycling of industrial exhaust or natural product carbon dioxide, as disclosed in US Pat. It is readily available using the prepared methanol. The mixture mitigates global warming, while the carbon fuel mixture is carbon dioxide by biological (ie, photosynthesis and subsequent fermentation) methods, as well as chemical recycle of reductive carbon dioxide, which is used in an environmentally friendly manner. Can be manufactured by reusing.
必要なバイオエタノールは、任意の適切な農作物(サトウキビ、トウモロコシなど)、セルロース材料および他の天然物から製造されうる。それらの分解/発酵により、バイオエタノールが製造される。二酸化炭素を植物に再利用する自然の光合成のリサイクルは、二酸化炭素をメタノールに再利用するケミカルリサイクルと共に、開示されたガソリン・メタノール・バイオエタノールの3元フレックス燃料混合物を、実質的にカーボン・ニュートラルにする。 The required bioethanol can be made from any suitable crop (such as sugar cane, corn, etc.), cellulosic material and other natural products. Their decomposition / fermentation produces bioethanol. Natural photosynthesis recycling that recycles carbon dioxide into plants, along with chemical recycling that recycles carbon dioxide into methanol, is essentially carbon neutral in the disclosed ternary flex fuel mixture of gasoline, methanol, and bioethanol. To.
さらなる利点は、開示された3元燃料混合物の汚染が少ない燃焼特性および高いオクタン価である。メタノールは−100のオクタン価を有し、バイオエタノールは105のオクタン価を有する。それゆえ、90〜98のオクタン価は、本発明のフレックス燃料混合物の3成分の好適な量の製剤によって達成されうる。これらの混合物の高いオクタン価および有利な燃焼特性は、混合物が含むオキシジェネート(すなわち、アルコール類)の有益な効果によるものであり、混合物に含まれるアルコール類の量の賢明な選択によって、熟練した職人によって要求通りに選択されうる。最適な量は、本願明細書において開示される好適な量から始めて、混合物の通常の試験によって決定されうる。 Further advantages are low pollution characteristics and high octane number of the disclosed ternary fuel mixture. Methanol has an octane number of -100 and bioethanol has an octane number of 105. Therefore, an octane number of 90-98 can be achieved with a suitable amount formulation of the three components of the flex fuel mixture of the present invention. The high octane number and advantageous combustion properties of these mixtures are due to the beneficial effects of the oxygenates (ie, alcohols) that the mixtures contain, and they have become skilled by judicious selection of the amount of alcohols contained in the mixture. Can be selected as required by the craftsman. The optimal amount can be determined by routine testing of the mixture, starting with the suitable amount disclosed herein.
本発明の新規な3元フレックス燃料は、水蒸気または水分凝縮を除去するためのいかなる特別の予防措置なしで、予混合されて輸送され、保管され、使用されうる。これらの特性は、3元燃料混合物を非常に実用的かつ経済的にする。2元のガソリン・エタノール混合物において現在見られるバイオエタノールの使用における大きな欠点が解消される。ガソリンに使用される既存のインフラによって、輸送燃料を保管、輸送、販売するための通常の条件下で、3元フレックス燃料の実用が可能になる。同時に、3元燃料混合物は、高いオクタン価、良好な点火および燃焼特性の効果および相分離のない完全な混和性を提供する。開示された経済的で、便利で、非常に効率的な3元燃料混合物は、製造、輸送および販売施設の最小の追加コストによって容易に導入かつ利用され、内燃機関(ICE)自動車の極めて限られた小さな変更で適用可能である。それゆえ、従来のガソリン燃料と同様に、本発明のフレックス燃料混合物を処理、輸送、販売、および使用することができる。 The novel ternary flex fuel of the present invention can be premixed, transported, stored and used without any special precautions to remove water vapor or moisture condensation. These properties make the ternary fuel mixture very practical and economical. A major drawback in the use of bioethanol currently found in binary gasoline / ethanol mixtures is eliminated. The existing infrastructure used for gasoline enables the practical use of ternary flex fuels under normal conditions for storing, transporting and selling transportation fuels. At the same time, the ternary fuel mixture provides high octane number, good ignition and combustion characteristics effects and complete miscibility without phase separation. The disclosed economical, convenient and highly efficient ternary fuel mixture is easily introduced and utilized with minimal additional costs in manufacturing, transportation and sales facilities, and is extremely limited for internal combustion engine (ICE) vehicles. It can be applied with small changes. Thus, as with conventional gasoline fuels, the flex fuel mixture of the present invention can be processed, transported, sold and used.
本願において記載および請求される3元フレックス燃料混合物は、最初にメタノールとガソリンを所定の比率で混合し、次に適当量のバイオエタノールを混合することによって、共沸混合物、例えば、発酵製造されたバイオエタノールの蒸留によって得られた96%のエタノールと4%の水の脱水をせずに、都合よく調製される。代案として、メタノールおよびバイオエタノールを予混合し、その後ガソリンを追加することもできる。特許請求の範囲で規定される配合の3元のガソリン・メタノール・バイオエタノール混合物は、水分凝縮を回避するために水蒸気を除去するための特別な条件下で保管、輸送、販売、使用する必要はない。フレックス燃料混合物の相分離は起こらず、フレックス燃料混合物は上述した有利な特性を有し、ICE自動車で効率的に燃焼する。 The ternary flex fuel mixture described and claimed in this application was made azeotrope, eg, fermented, by first mixing methanol and gasoline in a predetermined ratio and then mixing the appropriate amount of bioethanol. It is conveniently prepared without dehydration of 96% ethanol and 4% water obtained by distillation of bioethanol. As an alternative, methanol and bioethanol can be premixed and then gasoline added. A ternary gasoline / methanol / bioethanol mixture formulated as claimed should not be stored, transported, sold or used under special conditions to remove water vapor to avoid moisture condensation Absent. There is no phase separation of the flex fuel mixture, and the flex fuel mixture has the advantageous properties described above and burns efficiently in ICE vehicles.
Claims (20)
前記フレックス燃料混合物は、少なくとも90のオクタン価を有し、最大10%の水が存在する中で均一性を維持することを特徴とするフレックス燃料混合物。 Efficient and environmentally friendly three-way transport flex fuel that contains at least 10% gasoline, at least 10% bioethanol, and at least 45% methanol, with a total amount of gasoline, bioethanol and methanol of 100% A mixture of
The flex fuel mixture has an octane number of at least 90 and maintains uniformity in the presence of up to 10% water.
前記燃料を、少なくとも10%のガソリンと、少なくとも10%のバイオエタノールと、少なくとも45%のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計100%となるように製剤するステップを含み、フレックス燃料混合物は、少なくとも90のオクタン価を有し、最大10%の水が存在する中で均一性を維持することを特徴とする方法。 A method of storing, processing, transporting or selling fuel containing bioethanol using existing infrastructure without the need to keep the fuel anhydrous, the method comprising:
Formulating the fuel to comprise at least 10% gasoline, at least 10% bioethanol, and at least 45% methanol, such that the amount of gasoline, bioethanol and methanol totals 100%. The method, wherein the flex fuel mixture has an octane number of at least 90 and maintains uniformity in the presence of up to 10% water.
関連する水分を除去するために最初にバイオエタノールを処理する必要なく、また、無水にする必要なく、最大10%の水の存在する中で、従来のガソリン燃料と同様に前記混合物を処理、輸送、販売および使用できるように、前記混合物を均一に維持するのに十分な量のメタノールを追加することを特徴とする方法。 A method of preparing a flex fuel mixture of gasoline and bioethanol, comprising:
Treat and transport the mixture in the presence of up to 10% water in the presence of up to 10% water without the need to first treat the bioethanol to remove the associated moisture and dehydrate it Adding a sufficient amount of methanol to keep the mixture homogeneous so that it can be sold and used.
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