JP2013253243A - 船舶用エンジンの潤滑 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2-ストローク・クロスヘッド低速圧縮点火船舶用エンジンであって、
(i)パイロット燃料としてのディーゼル燃料及び主燃料としての低硫黄燃料でエンジンに燃料供給するステップと;及び
(ii)20以下のBNを有し、かつ清浄剤添加剤系を有する潤滑油を用いてエンジンのシリンダーを潤滑するステップにより作動される前記エンジンであって、ここで清浄剤添加剤系はそれぞれフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される1つの界面活性剤を有する少なくとも2つの異なる金属清浄剤を含むか、又はフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される2以上の異なる界面活性剤石鹸を含む1以上の複合金属清浄剤を含む。
【選択図】なし
Description
そのようなエンジンは、通常重油又は船舶用留出燃料により燃料供給される。これらの燃料は高い硫黄含有量及び重金属含有量を有し、また高粘度で取り扱いが困難である。例えば、重油は、50ppmから4.0質量%を超える範囲の硫黄レベルを有しうる。これらの燃料で作動するエンジンにおいて、MDCLは、塩基を供給して硫黄含有燃料の燃焼の結果として生じる酸を中和するように設計されなければならない。典型的なMDCLは、全塩基価70〜100mgKOH/g(ASTM D 2896-98)を有しうる。
最近では、大型船舶用エンジンの環境への悪影響を減らすため、船舶用燃料における燃料の硫黄レベルを低減する努力がなされている。
本発明は、燃料として液化天然ガス(LNG)などの低硫黄燃料を使用することに関する。LNGは主にメタンからなり、残りは他の炭化水素で構成されることから、MDCLは酸を中和するのに過剰な塩基を必要としない。しかしながら、それでも、エンジンのシリンダー・ライナー及びピストン領域に、磨耗保護及び清浄性を提供する必要がある。低硫黄燃料は、一般的に0.5%以下の硫黄レベルを有する。
WO2011/051261-A(‘261)は、概して、船舶用ディーゼルエンジンにおいて沈着物形成を改善するための少なくとも10mgKOH/gのTBNを有する潤滑油について述べている。‘261は、船舶用ディーゼルエンジンで使用するための船舶用シリンダー油の処方を例示している。しかしながら、全ての実施例は、20を超えるTBNで実施され、明細書にはLNG燃料のエンジンについての言及はなされていない。‘261は、最善の実施例は、潤滑油が低BNカルシウムスルホネート及び高BNカルシウムフェネートを含む、実施例5及び6であると述べている。
従って、本発明は、2-ストローク・クロスヘッド低速圧縮点火エンジンの作動方法であって、
(i)パイロット燃料としてのディーゼル燃料及び主燃料としての低硫黄燃料、例えば液化天然ガスでエンジンに燃料供給するステップと;及び
(ii)20以下の塩基価(BN)を有し、かつ清浄剤添加剤系を有するシリンダー潤滑油を用いてエンジンのシリンダーを潤滑するステップとを含み、ここで清浄剤添加剤系はそれぞれフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される1つの界面活性剤を有する少なくとも2つの異なる金属清浄剤を含むか、又はフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される2以上の異なる界面活性剤石鹸を含む1以上の複合金属清浄剤を含む方法を提供する。
本明細書において、以下の用語及び表現は、用いられる場合、以下に記載される意味を有する。
「有効成分」又は「(a.i.)」は、希釈剤又は溶剤ではない添加材料を示す。
「塩基性度指数(又はBI)」は、過塩基性清浄剤における全石鹸に対する全塩基のモル比を示す。
「含む」又は任意の同種の単語は、述べられた特徴、ステップ又は整数若しくは成分の存在を特定するが、1以上の他の特徴、ステップ、整数、成分、又はそれらの群の存在又は添加を排除しない;表現「からなる」又は「から本質的になる」又は同種の表現は、「含む」又は同種の表現に包含されてもよく、ここで「から本質的になる」は、それが適用される組成物の特徴に実質的に影響を及ぼさない物質を含むことを許容する。
「多量」は、組成物の50質量%以上を意味する。
「少量」は、組成物の50質量%未満を意味する。
「TBN」は、ASTM D2896により測定される全塩基価を意味する。
さらに本明細書では、用いられる場合、
「カルシウム含有量」とは、ASTM 4951により測定される通りである。
「リン含有量」とは、ASTM D5185により測定される通りである。
「硫酸塩灰分含有量」とは、ASTM D874により測定される通りである。
「硫黄含有量」とは、ASTM D2622により測定される通りである。
「KV100」とは、ASTM D445により測定される100℃における動粘性率を意味する。
また、使用される様々な成分は、必須であり、ならびに最適及び慣習的なものであるが、配合、保存又は使用の条件下で反応することがあり、本発明はまた任意のそのような反応の結果として得ることができる又は得られた生成物を提供することも理解されよう。
さらに、本明細書で明記される量、範囲及び割合の任意の上限及び下限は、独立して組み合わせることができると理解される。
シリンダー潤滑油(「MDCL」)
上記のように、MDCLは20以下のBNを有する。好ましくは、BNは15以下、例えば5〜15又は10〜15の範囲にある。
MDCLは、10〜35、好ましくは13〜30、最も好ましくは16〜24質量%の濃縮物又は添加剤パッケージを含むことができ、残りは潤滑粘度の油である。それはMDCLの全質量を基準として、好ましくは少なくとも50質量%、より好ましくは少なくとも60質量%、さらにより好ましくは少なくとも70質量%の潤滑粘度の油を含む。
添加剤パッケージは、上記の発明の概要で定義された清浄剤系を含む。それはまた、1以上の分散剤、1以上の耐摩耗剤、例えば亜鉛化合物及びホウ素化合物、ならびに1以上の流動点降下剤も含んでよい。
これは船舶用ディーゼル・クロスヘッド・エンジンのシリンダーの潤滑に適切な任意の油でありうる。
それは蒸留軽油から潤滑重油の粘度範囲に及びうる。一般に100℃で測定された際、油の粘度は2〜40mm2/秒の範囲である。
天然油としては、動物油及び植物油(例えばヒマシ油、ラード油);液体石油、及びパラフィン型、ナフテン型及び混合パラフィン-ナフテン型の水素化精製された、溶剤処理又は酸処理された鉱物油が挙げられる。石炭又は頁岩由来の潤滑粘度の油もまた、有用な基油としての役割を果たす。
アルキレンオキシドポリマー及び共重合体ならびにそれらの誘導体は、その末端ヒドロキシル基がエステル化、エーテル化などにより改質されており、既知の合成潤滑油の他のクラスを構成する。これらは、エチレンオキシド又はプロピレンオキシドの重合により調製されるポリオキシアルキレンポリマー、ならびにポリオキシアルキレンポリマーのアルキル及びアリールエーテル(例えば、1000の分子量を有するメチル-ポリイソ-プロピレングリコールエーテル、又は1000〜1500の分子量を有するポリ-エチレングリコールのジフェニルエーテル);ならびにそれらのモノ及びポリカルボン酸エステル、例えばテトラエチレングリコールの酢酸エステル、混合C3-C8脂肪酸エステル及びC13オキソ酸ジエステルにより例示される。
合成潤滑油の他の適切なクラスは、ジカルボン酸(例えば、フタル酸、コハク酸、アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸、マレイン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、フマル酸、アジピン酸、リノール酸ダイマー、マロン酸、アルキルマロン酸、アルケニルマロン酸)と種々のアルコール(例えば、ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ドデシルアルコール、2-エチルヘキシルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエーテル、プロピレングリコール)とのエステルを含む。そのようなエステルの具体例としては、ジブチルアジペート、ジ(2-エチルヘキシル)セバケート、ジ-n-ヘキシルフマレート、ジオクチルセバケート、ジイソオクチルアゼレート、ジイソデシルアゼレート、ジオクチルフタレート、ジデシルフタレート、ジエイコシルセバケート、リノール酸ダイマーの2-エチルヘキシルジエステル、及び1モルのセバシン酸を2モルのテトラエチレングリコール及び2モルの2-エチルヘキサン酸と反応させることにより形成される複合エステルが挙げられる。
合成油として有用なエステルとしては、また、C5〜C12モノカルボン酸及びポリオール及びポリオールエステル、例えばネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ジペンタペンタエリトリトール及びトリペンタエリトリトールから製造されたものが挙げられる。
シリコンベース油、例えば、ポリアルキル-、ポリアリール-、ポリアルコキシ-又はポリアリールオキシシリコーン油及びシリケート油は、合成潤滑油の他の有用なクラスを構成し、そのような油としては、テトラエチルシリケート、テトライソプロピルシリケート、テトラ-(2-エチルヘキシル)シリケート、テトラ-(4-メチル-2-エチルヘキシル)シリケート、テトラ-(p-tert-ブチル-フェニル)シリケート、ヘキサ-(4-メチル-2-エチルヘキシル)ジシロキサン、ポリ(メチル)シロキサン及びポリ(メチルフェニル)シロキサンが挙げられる。他の合成潤滑油としては、リン含有酸の液体エステル(例えば、トリクレシルホスフェート、トリオクチルホスフェート、デシルホスホン酸のジエチルエステル)及び重合テトラヒドロフランが挙げられる。
米国石油協会(API)の出版物「エンジンオイルのライセンス供与及び認可システム(Engine Oil Licensing and Certification System)」、Industry Services Department、第14版、1996年12月、補遺1、1998年12月は、ベースストックを様々なグループに分類している。
本発明において使用される潤滑油中の潤滑粘度の油は、潤滑油の50質量%以上を構成する。好ましくは、それは潤滑油の60質量%以上、例えば70、80又は90質量%以上を構成する。
上記のように、清浄剤添加剤系は、(A)それぞれフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される1つの界面活性剤を有する、少なくとも2つの異なる金属清浄剤;又は(B)フェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される2以上の異なる界面活性剤石鹸を含む、少なくとも1つの複合金属清浄剤を含む。
金属は、例えば、アルカリ土類金属であってもよく、好ましくはカルシウムである。
(A)において、清浄剤間の違いは、界面活性剤石鹸に関し、又は清浄剤のTBN(又は塩基性度指数、BI)又は両方に関しうる。
(B)において、1つの界面活性剤を有する1以上の金属清浄剤は、複合清浄剤と存在しうる。「複合」(又は混合)清浄剤とは、2以上の金属界面活性剤、例えばカルシウムアルキルフェネート及びカルシウムアルキルサリシレートの混合物から調製される清浄剤を意味する。そのような複合清浄剤は、界面活性剤、例えばフェネート及びサリシレートが過塩基化工程中に組み込まれる、混合材料である。複合清浄剤の例は、当技術分野で記載されている(例えば、WO97/46643号、WO97/46644号、WO97/46645号、WO97/46646号及びWO97/46647号を参照されたい)。
(B)の例として、(i)複合金属フェネート/スルホネート清浄剤又は複合金属フェネート、サリシレート及びスルホネート清浄剤、及び場合により(ii)1以上の別々のフェネート、スルホネート又はサリシレート清浄剤が言及されうる。
金属清浄剤の界面活性剤系のための界面活性剤は、例えば芳香環の置換基として少なくとも1つのヒドロカルビル基を含む。本明細書で使用される用語「ヒドロカルビル」は、主に水素原子及び炭素原子からなり、炭素原子を介して分子の残部に結合されている基を意味するが、その基の実質的な炭化水素の特徴を損なうのに不十分な割合における他の原子や基の存在を排除するものではない。有利には、本発明による使用のための界面活性剤中のヒドロカルビル基は、脂肪族基であり、好ましくはアルキル又はアルキレン基、特にはアルキル基であり、直鎖又は分岐鎖であってもよい。界面活性剤中の全炭素原子数は、少なくとも所望の油溶性に影響を及ぼすのに十分であるべきである。有利には、アルキル基は5〜100、好ましくは9〜40の炭素原子を含む。2以上のアルキル基が存在する場合、全てのアルキル基における平均炭素原子数は、好ましくは少なくとも9であり、十分な油溶性を保証する。
清浄剤は、当業者に周知のホウ酸処理方法(borating processes)を使用してホウ酸処理(borated)されていてもよい。
清浄剤系における清浄剤は、低塩基価(LBN)、中塩基価(MBN)又は高塩基価(HBN)であってもよく、それらの数字の意味は下記表に示される。
金属清浄剤の好ましい組み合わせの例としては、上記のフェネートとスルホネート、フェネートとスルホネートとサリシレート、フェネートとサリシレート、又はそれらの組合せ及び変種が挙げられる。
清浄剤系における金属清浄剤の好ましい割合及び比率の例として、0.25〜1から0.95〜1の範囲が挙げられる。
船舶用2ストローク・エンジンは、液体炭化水素燃料、例えばディーゼル、船舶用蒸留燃料(MDO)、船舶用ガス油(MGO)、重油(HFO)を少量点火させることにより作動される。その後多量の低硫黄含有燃料(例えば、0.1質量%未満の硫黄原子を有する)が添加される。低硫黄含有燃料は、例えば、液化天然ガス(LNG)又は圧縮天然ガス(CNG)などの気体燃料、又は生物学的物質、例えばパーム油由来の燃料などの液体燃料でありうる。
それぞれBN10を有しZn/B部分のパッケージ(約100ppmのB、0.2%のZn及び約470ppmのNを供給するように配合)を含む、一連のMDCLを配合した。一連の要素は、基油及び表示コードにより識別される以下のカルシウム清浄剤の清浄剤系から構成された。
コード
LBN Sul:BI 0.4のCaスルホネート
MBN Sul:BI 12.7のCaスルホネート
HBN Sul:BI 22のCaスルホネート
MBN Phe:BI 1.8のCaフェネート
HBN Phe:BI 2.9のCaフェネート
LBN Sal:BI 1.35のCaサリシレート
MBN Sal:BI 3.0のCaサリシレート
HBN Sal:BI 7.8のCaサリシレート
HBN 複合(3):BI 10のCaスルホネート/フェネート/サリシレート
HBN 複合(2):BI 18のCaスルホネート/フェネート
LBN、MBN及びHBNは、それぞれ低、中及び高BNを表す。
各MDCLの試料を、パネルコーカー高温清浄力試験(Panel Coker High Temperature Detergency Test)(「PC」)、高周波数往復リグ(HT HFRR)試験及びコマツホット試験(高温耐性、330℃、16時間)(KHTT)において試験した。
試験手順は以下に説明される。
パネルコーカー
パネルコーカー試験は、MDCLが、エンジンの性能に影響を及ぼしうる沈着物を分解するか及び残すかを調べるために加熱試験パネル上にMDCLをスプラッシュする(splashing)ことを含む。試験はYoshida Kagaku Kikai社(大阪、日本)により供給されるパネルコーカーテスター(型式PK-S)を使用した。試験は、油浴により100℃の温度にMDCLを加熱することにより開始した。アルミニウム合金製の試験パネル(アセトン及びヘプタンを用いて洗浄し、計量した)を、MDCLの上に配置し、電熱素子を用いて320℃に加熱した。両温度が安定化したときに、スプラッシャー(splasher)は非連続モードにて加熱された試験パネル上にMDCLをスプラッシュした(スプラッシャーはMDCLを15秒間スプラッシュし、次に45秒間停止した)。非連続のスプラッシュは、1時間にわたって行われ、その後試験を停止し、全て冷却され、次いでアルミニウム試験パネルを計量して視覚的に評価した。試験の前後のアルミニウム試験パネルの重量の差(mgで表される)は沈着物の重量である。この試験は、ピストン上の沈着物形成を防止するMDCLの能力をシミュレートするために使用される。パネルは、またMDCLの沈着物によって生じる変色に関して、ADDSのVideo-Cotateurを用いて電子光学式評価機によって評価した。価値評価が高ければ高いほど、パネルはきれいである。
HT HFRR
HFRR又は高周波数往復リグ試験は、境界潤滑条件下での潤滑油の磨耗試験のためのコンピュータ制御往復振動摩擦及び磨耗試験系である。電磁バイブレータは小さな振幅で鋼球を振動させ、固定鋼ディスクに対して10Nの負荷で圧力をかける。固定ディスクが電気的に加熱される温度が低ければ低いほど、MDCLの下に低く固定される。温度は80℃から380℃に15分で上昇させた。摩擦係数は温度に対して測定した。摩擦係数は、温度が上昇するとMDCLの粘度減少によって、油膜破壊が始まる温度まで、減少する。この時点で、摩擦係数は再び増加し始める。摩擦係数が最小である温度を測定し、この温度が高ければ高いほど、スカッフィング磨耗に対するシリンダー・ライナーの保護において、MDCLは優れている。
KHTT
熱管試験は潤滑油の高温安定性を評価する。油滴を、加熱した細いガラス毛管の内側に空気で押し上げ、MDCLの薄膜酸化安定性をガラス管上のラッカー形成の程度により測定し、生じた管の色を0〜10のスケールで評価した。0の評価は深刻な沈着物形成を示し、10の評価は試験終了時点でのきれいなガラス管を意味する。この方法はSAEペーパー840262に記載されている。管のラッカー形成のレベルはMDCLの高温安定性を反映し、運転時にエンジンの高温領域において沈着物を形成する傾向を反映する。
HT HFRRの結果は以下のように表される:
最小摩擦係数(「Min Fn」)は、より低い値がより良い性能を示す;
最小摩擦温度℃(「T of Min Fn」)は、より高い値がより良い性能を示す;及び
%摩擦増分(「% Fn incr」)は、より低い値がより良い性能を示す。
PCの結果は、形成された沈着物の質量gとして表され、より低い値がより良い性能を示す。
データは、1以上の界面活性剤の型が存在する、異なる清浄剤の型の組合せ又は複合清浄剤の使用が、単独の清浄剤のみの使用よりもより良い性能をもたらすことを示す。
Claims (14)
- 2-ストローク・クロスヘッド低速圧縮点火エンジンの作動方法であって、
(i)パイロット燃料としてのディーゼル燃料及び主燃料としての低硫黄燃料、好ましくは低硫黄気体燃料でエンジンに燃料供給するステップと;及び
(ii)20以下、好ましくは19以下、さらにより好ましくは18以下の塩基価(BN)を有し、かつ清浄剤添加剤系を有するシリンダー潤滑油を用いてエンジンのシリンダーを潤滑するステップとを含み、ここで清浄剤添加剤系はそれぞれフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される1つの界面活性剤を有する少なくとも2つの異なる金属清浄剤を含むか、又はフェネート、サリシレート及びスルホネートから選択される2以上の異なる界面活性剤石鹸を含む1以上の複合金属清浄剤を含む、前記方法。 - 前記シリンダー潤滑油が亜鉛及びホウ素含有耐摩耗系も含む、請求項1に記載の方法。
- 前記清浄剤添加剤系中の少なくとも1つの前記金属清浄剤が、界面活性剤としてフェネートを含み、ASTM D 2896-98により決定される全塩基価(TBN)が200より大きい、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記清浄剤添加剤系中の少なくとも1つの前記金属清浄剤が、界面活性剤としてスルホネートを含み、ASTM D 2896-98により決定される全塩基価(TBN)が100より大きい、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記清浄剤添加剤系中の少なくとも1つの前記金属清浄剤が、複合金属フェネート/スルホネート清浄剤又は複合金属フェネート/スルホネート/サリシレート清浄剤を含み、ASTM D 2896-98により決定される全塩基価(TBN)が200より大きい、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記清浄剤添加剤系中の少なくとも1つの前記金属清浄剤が、界面活性剤としてサリシレートを含み、好ましくはASTM D 2896-98により決定される全塩基価(TBN)が250未満である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記清浄剤添加剤系が
(i)複合金属フェネート/スルホネート清浄剤又は複合金属フェネート/スルホネート/サリシレート清浄剤を含み、及び、
(ii)1以上の別々のフェネート、スルホネート又はサリシレート清浄剤、好ましくはサリシレート清浄剤を含んでいてもよい、請求項1又は請求項2に記載の方法。 - 前記金属がカルシウムである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- シリンダー潤滑油が、17以下、好ましくは5〜15、又はより好ましくは10〜15の塩基価(BN)を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記燃料が、50%より多い主燃料及び50%未満のパイロット燃料を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記燃料が、60%より多い、好ましくは70%より多い、さらにより好ましくは80%より多い主燃料を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記燃料が、90%より多い主燃料、好ましくは95%より多い主燃料を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記主燃料が低硫黄気体燃料である、請求項10、11又は12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記低硫黄燃料が、液化天然ガス又は圧縮天然ガス、好ましくは液化天然ガス(LNG)である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
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