JP2013533914A - ディーゼル燃料用添加剤 - Google Patents

Abstract

ディーゼル燃料添加剤及び合成方法が開示される。ディーゼル燃料添加剤は、自動車、トラック等の内燃機関中で使用されうる。そして、パワーを増加させつつ、燃料の消費量と汚染粒子の排出を減少させうる。
【選択図】 図１

Description

本願は、ここに内容を援用する２０１０年７月１日出願の米国出願６１／３６０８８０の優先権を主張する。

本発明は、ディーゼル燃料、特に、内燃機関中で使用されるディーゼル燃料用添加剤に関する。

ディーゼル燃料は長年使用されており、そして、内燃機関内部で使用される場合、ガソリンと比較して多くの利点をもっている。しかし、それでもまだディーゼル燃料の性能と特性の改良の余地はある。ディーゼル燃料は、燃焼時に、粒子状排出物を含むかなりの汚染を発生させる。ディーゼル燃料の燃焼効率の改良に加えて、これらの弊害を最小化できる方法が発見されれば有益である。

本発明のいくつかの態様は、ディーゼル燃料と共に使用する新規な添加剤に関する。自動車を含む内燃機関中でディーゼル燃料と組み合わせて用いられる場合に、前記添加剤は多くの利点をもたらす。これらの利点は、これに限定されるものではないが、ディーゼル燃料の消費を抑制すると同時に、二酸化炭素、硫化物及びその他の汚染物質のような燃焼副産物の排出を低減する。
本発明の態様は、ディーゼル燃料中の添加剤として使用される場合に、車、トッラック、発電機及び他の内燃機関を使用する装置中で使用されうる。前記添加剤は一般的な燃料システムに適合でき、及び使用前にエンジンのいかなる変更も要求しない。

本発明の実施形態の製品の合成手順を示すフローチャートの図である。

本発明は、複数ステップの方法を用いて合成された１以上の化合物を含む。
前記化合物、またはこの合成方法で得られた典型的には粉状又はゲル状である化合物は、石油及びバイオディーゼル燃料を含むディーゼル燃料に添加される添加剤を構成し、前記添加剤は、無鉛ガソリン、又は他のタイプの燃料にも同様に添加することができる。
さらなる詳細については以下に説明するが、この添加剤は、添加剤を使用しないディーゼル燃料と比べて、例えば、内燃機関中などにおけるディーゼル燃料の燃焼においていくつかの利点と有益性をもたらす。

図１に示すように、ディーゼル燃料用添加剤の合成及び調整は、最終製品が完成されるまでに、複数のステップ及びいくつかの前駆体化合物の生成を含む。一つの実施形態においては、合成工程において使用される原料は、下記表１に従う配合で添加されうる。表中に記載されたパーセンテージは、ディーゼル燃料添加剤に添加された原料の１００％をベースにしている。

合成工程は、マンガン化合物、好ましくは二酸化マンガン、より好ましくは、粉状で供給されうる二酸化マンガン鉱物の使用を含む。二酸化マンガン鉱物は、種々の供給源から得ることができる。一つの好ましい供給源は、インド産の二酸化マンガン鉱物であり、純度７８％の鉱石が供給されうる。鉱物の純度の範囲は、例えば、±２％、±５％、±８％、±１０％、±１２％、±１５％または±２０％等が許容可能である。
鉱物の量は、好ましくは、表１に記載の二酸化マンガンのパーセンテージを維持できるような量に調整されることが好ましい。以下の表１に記載されているように、いくつかの実施形態では、二酸化マンガン鉱物の量は４３％又は約４３％であるが、他の量であってもよく、例えば、約４２〜４４％、４０〜４６％、３５〜５０％、２５〜５０％、又は５〜６０％である。

そして、マロン酸ジエチル（ＤＥＭ）は鉱物に添加される。ＤＥＭの量は、いくつかの実施形態においては、９％、約９％、約８〜１０％、６〜１２％、または５〜１５％の間で使用されるが、ぎりぎり混合するのに足りる量から鉱物の約２０％までの範囲で変更可能である。混合の間、混合物は、いくつかの実施形態においては、７５から１２０°Ｆまでまたは９５°Ｆまでのように僅かに加熱される。この加熱は、例えば、蒸気ボイラー中などで実施されうる。前記混合は、例えば、約２５〜１０５分間、又は約６５分間などのように比較的短時間実施される。結果得られた化合物は、化合物Ｉであり、外観は明るい茶色又は茶色がかった色である。

そして、シリカが化合物Ｉに添加され、例えば、約５から５５分間、又は約２５分間等のように、比較的短時間混合されてもよい。ケイ酸塩及びシリコンを含む他のシリコン化合物も同様に使用できる。使用されるシリカの量は、いくつかの場合では約２０％以下、又は約１０％以下、又は、約５〜１０％の間、または３．５％程度で変動可能である。混合の間、混合は、好ましくは、８０°Ｆから１３０°Ｆ、又は９５°Ｆまで加熱される。
６０°Ｆから７５°Ｆのような室温まで冷却した後に、得られた混合物は、中性のコロイド、又は化合物ＩＩとなる。化合物ＩＩは、通常、非常に明るい茶色、又は砂色を示す。
そして、赤又は赤色がかった色の化合物ＩＩＩを形成するために、化合物ＩＩは、加熱されながら又は非加熱で（例えば、室温で）、粉状の炭酸ナトリウム等の炭酸塩と、約１５分間のように５−６０分間のような比較的短時間混合される。
前記炭酸ナトリウムは、例えば、約７％、約５−１５％の間、または約２０％以下、１５％以下、又は１０％以下のような範囲をとりうる。

次に、例えば、水酸化ナトリウム水溶液のような強塩基等の塩基は、いくつかの実施形態では４８％、４５〜５０％、４０〜６０％、又は３０〜７０％の濃度で、化合物ＩＩＩに添加され、そして混合される。混合物は好ましくは、５〜４５分間、または３５分間のような比較的短時間で、例えば、６０°Ｆから７５°Ｆ等の室温のような比較的低温で混合される。水酸化ナトリウムのパーセンテージは、例えば、１％と１０％の間、または１％と５％の間、好ましくは約２．５％で変更可能である。この時点で化合物ＩＶは、粉状で、通常やや赤い、又は赤みがかった色に形成される。

そして、褐炭粉は化合物ＩＶに添加され、例えば１−１５分間、又は１０分間のような比較的短時間の間隔でブレンドされる。褐炭粉が使用されることが好ましいが、無煙炭または他のグレードの炭等のような他の炭化水素及び炭素化合物も同様に適用できる。前記ブレンドは、いくつかの実施形態においては、６０°Ｆから７５°Ｆの間、又は約７５°Ｆのような等の室温又は他の同様な低温で実施される。褐炭粉は高級グレード、例えば、５５％以上、６０％、６５％、７０％、７５％、又はそれ以上のインド産のものが好ましい。グレードは５５％±１．２％が好ましいが、他のグレードでもよい。また、好ましい褐炭は黒色のものである。添加される褐炭の重量は、最終製品の１−２０％の間の範囲であり、好ましくは、５−１０％の間、又は３％である。
そして、デヒドロゲナーゼ又はオキシダーゼを含む酸化還元酵素等のような１又は２以上の酵素は前記混合物に添加される。
前記酵素は、好ましくは、ＥＣ１．１８酵素（ドナーとして硫酸鉄タンパク上で機能する酵素）及びＥＣ１．１（ドナーのＣＨ−ＯＨ基上で機能する酵素）の混合物を含む。
前記ＥＣコードは、Enzyme Nomenclature 1992[Academic Press, San Diego, California, ISBN 0-12-227164-5 (hardback), 0-12-227165-3 (paperback)]、Supplement 1 (1993), Supplement 2 (1994), Supplement 3 (1995), Supplement 4 (1997) 及びSupplement 5 (in Eur. J. Biochem. 1994, 223, 1-5; Eur. J. Biochem. 1995, 232, 1-6; Eur. J. Biochem. 1996, 237, 1-5; Eur. J. Biochem. 1997, 250; 1-6, and Eur. J. Biochem. 1999, 264, 610-650; respectively)において現在、国際生化学・分子生物学連合によって公開されている国際酵素委員会による分類系統に対応しており、それらの全体はここに引用によって組み込まれる。ＥＣ１．１酵素は、受容体（ＥＣ１．１．１、例えば、アルコールデヒドロゲナーゼ）としてのＮＡＤまたはＮＡＤＰを含み、受容体（ＥＣ１．１．２、例えば、乳酸脱水素酵素）としてのシトクロームを含み、受容体（ＥＣ１．１．３、例えば、アルコールオキシダーゼ）としての酸素を含み、受容体（ＥＣ１．１．４、例えば、ビタミンＫ−エポキシド還元酵素）としてのジスルフィドを含み、受容体（ＥＣ１．１．５、例えば、キノプロテイングルコースデヒドロゲナーゼ）としてのキニーネまたは類似の化合物を含み、又は、他の受容体（ＥＣ１．１．９９）を含みうる。ＥＣ１．１８酵素は、ルブレドキシン−ＮＡＤ⁺還元酵素、フェロドキシン−ＮＡＤＰ⁺還元酵素、フェロドキシン−ＮＡＤ⁺還元酵素、ルブレドキシン−ＮＡＤ（Ｐ）⁺還元酵素、又は、ニトロゲナーゼ等を含みうる。これらの酵素は、Advanced Enzyme Technologies Ltd. (Thane, India)、又はMicrogenix Specialities Pvt. Ltd. (Gujarat, India)等から入手できる。
いくつかの実施形態において、ＥＣ１．１８酵素は製品の９％、又は約９％まで占め、ＥＣ１．１酵素は製品の８％又は約８％まで占める。しかし、これらの酵素は、それぞれ各範囲、例えば、約２５％、２０％、１５％、１２％、または１０％未満などの範囲で使用できる。この混合物は、例えば、６０°Ｆから７５°Ｆの間、又は、７５°Ｆ未満等の室温のような比較的低温で、完全にブレンドされるまで互いに化合させる。
前記混合物は、典型的には粉状体を、または、白色、オフホワイト、または薄い黄色の化合物Ｖを形成する。この段階で、特に、粉体はディーゼル燃料添加剤として使用されう
る。

選択的に、共に液体である、ジエチレントリアミン５酢酸（DTPA）等のキレート剤、及び、ジメチルホルムアミド（DMF）等の極性非プロトン性溶媒は、好ましくは約同量で混合される。エチレンジアミン４酢酸（EDTA）を含む他のキレート剤を使用してもよい。ジメチルスルホキシドを（DIMSO）含む他の極性非プロトン性溶媒を使用してもよい。
下記表１に記載のように、一つの実施形態においては、DTPA及びDMFは共に、最終製品の7.5％の比率に等しい約１５％を構成することが好ましい。他の実施形態においては、両者の合計量は、例えば、約１２〜１８％、１０〜２０％、又は５〜２５％であるが、これらの割合は、対応するDMF又はDTPAの量が両者の合計量が約１５％に等しくなるように増加させる限り、DTPA又はDMFのいずれかを２％、３％、３．５％、４％、または５％存在する状態にまで減らすことで、これらの比率を変更してもよい。
そして、このDTPA/DMFの混合物は化合物Ｖに添加され、ゲル状になるまで混合されうる。この得られたゲルは、ディーゼル燃料添加剤の他の形態であり、粉体と同様に使用されうる。

以下の表１は、前述したような手順に従ってディーゼル燃料添加剤を生成するための原料の一例を示す。
パーセンテージの値は、最終製品を生成するために配合される各原料の質量の好ましい一つの可能性を示す。前述の手順において、純度の値（purity or quality values）は記載されているが、以下のパーセンテージは、前記の純度であるこれらの原料の使用を基にしている。従って、原料の量は純度の異なる原料の場合には、調整される。他のパーセンテージ、又は、明細書の他の箇所に記載の範囲もまた、望ましい結果に合わせて用いることができる。最終製品は、希釈剤等の他の化合物を含みうるが、例えば、以下に記載のパーセンテージは、これらの他の化合物のパーセンテージを含まない。

特定の理論に拘束されることを望むものではないが、前述のような手順に従って製造されるディーゼル燃料添加剤は、一旦ディーゼル燃料と混合されると、燃料中に存在する硫黄と反応することで機能すると考えられる。これにより最初の中間化合物が形成する。この最初の中間化合物は、さらに、燃料中のフェノール化合物と混合された場合に、第二の中間化合物を生成する。続いて、典型的には内燃機関中でディーゼル燃料が燃焼すると、前記第二の中間化合物の存在がディーゼル燃料をより清潔に及びより汚染粒子を少なく燃料させる。また、これらの中間化合物の存在は、付加的なパワーを与え、燃料消費量を減少させうる。

前記ディーゼル燃料添加剤を使用するためには、ある量のディーゼル燃料添加剤をディーゼル燃料タンクに添加する。少量のディーゼル燃料添加剤の添加でも有利な結果が得られる。例えば、ディーゼル燃料１ＵＳガロンあたり１ｇの粉状ディーゼル燃料添加剤でも充分である。同様に、ディーゼル燃料１ＵＳガロンあたり約１．２ｇのゲル状ディーゼル燃料添加剤でも充分である。
他の実施形態において、ディーゼル燃料１ＵＳガロンあたり、約１０ｇ、９ｇ、８ｇ、７ｇ、６ｇ、５ｇ、４ｇ、３ｇ、２ｇ、１．８ｇ、１．６ｇ、１．４ｇ、１．２ｇ、１ｇ以下のディーゼル燃料添加剤はディーゼル燃料を改善するために添加される。ディーゼル燃料添加剤は、粉体（前記手順から得られる化合物Ｖ）またはゲルのどちらとしても、添加されうる。粉体及びゲルのどちらの形状も、希釈剤中に供給されることが、ディーゼル燃料に添加するのに適している。

（実施例１）
６．２Ｌの１９９２ ＧＭＣディーゼルトラックは、前記ディーゼル燃料添加剤を用いて専門試験機関（Rod's Truck Repair, Santa Fe Springs, California）によって試験された。
前記トラックの基準燃料消費量は１５．１マイル／ガロンであった。添加剤を試験するために、添加剤は２ガロンのシェブロン ディーゼル燃料に混合され、さらに２５ガロンのディーゼル燃料に添加されトラックに注入された。
トラックは、４１９マイルの典型的な交通渋滞を走行した。この時点で、燃料はトラックのタンクから引き抜かれ、全部で２３ガロンの添加剤入りディーゼル燃料が消費されていた。このことは、ガロンあたり１８．２マイルの燃費であったことを示し、２０．５％の走行距離の上昇に対応する。加えて、排出の試験を行なった。窒素酸化物の排出は２６％減少し、排出スモークの不透明度は４０％減少した。

（実施例２）
基準燃料消費量は５．２４マイル／ガロン、排出スモークの基準不透明度が５．３５％である２００５ ボルボ トラクターを使用して、長期間走行試験（long-term mileage test）が同じ試験機関によって実施された。前記トラックは６４３９マイルを超えて走行し、添加剤入りの燃料が数回添加され、その結果、算出された平均の燃料消費量は、７．６１マイル／ガロンであった。スモークの不透明度は２．０２％と計測された。これは４５％の燃費の改善と６２％の不透明度の減少を生み出した。

実施例１と同様の他の試験が、基準燃料消費量は５．８４マイル／ガロン、排出スモークの基準不透明度が１０．６である２００７ ピータービルド トラクターを使用して、実施された。ディーゼル燃料添加剤を使用した後に算出された平均燃料消費量は８．８８マイル／ガロンであり、不透明度は８．６１であった。これは５２％の燃費の改善と１９％の不透明度の減少を生み出した。

いくつかの実施形態については上述したように開示したが、ここに記載されている全ての特徴及び利益を供給しない実施形態を含むいくつかの変形及び修正を加えることは当業者にとっては自明のことである。
当業者によって、本開示は、特に開示された実施形態から、他の選択肢あるいは追加の実施形態及び/または使用及びあきらかな変形及び均等物にまで拡張されると理解される。
さらには、多くの変形例が本開示中の範囲の種々の詳細中に示され及び記載されてきたが、他の変形例も本開示をベースに当業者には容易に想到できる。さらに、種々の実施形態の特徴及び態様の組みあわせ、あるいは、サブコンビネーションは本開示の範囲内に含まれる。
従って、開示された実施形態の種々の特徴及び態様は、本開示の変形例とするために、組み合わせ可能であり、又は、互いに適用することが可能である。よって、本開示は、前記開示された実施形態に特に限定される意図ではない。上述の全ての実施形態のために、いかなる方法も連続して実施される必要はない。

Claims (19)

1. 第一化合物を形成するためにマンガン化合物をマロン酸ジエチルと化合させる、
   第二化合物を形成するために前記第一化合物にシリコン化合物を添加する、
   第三化合物を形成するために前記第二化合物に炭酸塩を添加する、
   第四化合物を形成するために前記第三化合物と強塩基水溶液とを混合する、及び、
   前記第四化合物に粉状褐炭を添加し、その後、燃料添加剤を形成するために、一以上のＥＣ１．１８及びＥＣ１．１酵素を添加し、ブレンドする、
   工程を含む燃料添加剤の合成方法。
2. キレート剤及び極性非プロトン性溶媒は最初に共に混合され、そして、燃料添加剤ゲルを形成するために燃料添加剤と化合させる請求項１に記載の方法。
3. 前記キレート剤はジエチレントリアミン五酢酸を、及び前記極性非プロトン性溶媒はジメチルホルムアミドを、前記燃料添加剤ゲルの１５％に対応する量で含む請求項２に記載の方法。
4. 前記第一化合物は、共に混合された二酸化マンガン鉱物及びマロン酸ジエチルから形成され、及び、７５と１２０°Ｆの間の温度で加熱される請求項１に記載の方法。
5. 前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒と混合することで得られる燃料添加剤ゲルの約４３％を二酸化マンガン鉱物は占め、約９％を前記マロン酸ジエチルは占める請求項４に記載の方法。
6. 前記第二化合物は、シリカ及び前記第一化合物が共に混合され、及び、８０と１３０°Ｆの間の温度で加熱されることで形成される請求項１に記載の方法。
7. 前記シリカは、前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒と混合することで得られる燃料添加剤ゲルの約３．５％を占める請求項６に記載の方法。
8. 前記第三化合物は、炭酸ナトリウムと前記第二化合物とが共に室温で混合されることで形成される請求項１に記載の方法。
9. 前記炭酸ナトリウムは、前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒と混合することで得られる燃料添加剤ゲルの約７％を占める請求項８に記載の方法。
10. 前記第四化合物は、水酸化ナトリウム水溶液と前記第三化合物とが共に室温で混合されることで形成される請求項１に記載の方法。
11. 前記水酸化ナトリウム溶液は、前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒に混合することで得られる燃料添加剤ゲルの約２．５％を占める請求項１０に記載の方法。
12. 前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒に混合することで得られる燃料添加剤ゲルの約９％を前記ＥＣ１．１８酵素は占め、約８％を前記ＥＣ１．１酵素は占める請求項１に記載の方法。
13. 前記褐炭は、前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒に混合することで得られる燃料添加剤ゲルの約３％を占める請求項１に記載の方法。
14. ある量のディーゼル燃料を得る、及び、
    前記ディーゼル燃料に、マンガン化合物と、マロン酸ジエチルと、シリコン化合物と、炭酸塩と、強塩基水溶液と、褐炭と、少なくとも一の酵素とを含む燃料添加剤を混合する、工程を含む改良ディーゼル燃料の製造方法。
15. 前記燃料添加剤は、ディーゼル燃料１ＵＳガロン当たり約１ｇ以下添加される請求項１４の方法。
16. 前記ディーゼル燃料との混合に先立って、前記燃料添加剤を付加的な希釈剤と化合させる請求項１４に記載の方法。
17. 前記燃料添加剤の前記ディーゼル燃料への添加に先立って前記燃料添加剤をキレート剤及び極性非プロトン性溶媒に化合させることによって、前記燃料添加剤がゲル状で混合される請求項１４に記載の方法。
18. ディーゼル燃料１ＵＳガロンあたり約１．２ｇ以下の前記ゲル状の燃料添加剤が添加される請求項１７に記載の方法。
19. 前記ディーゼル燃料との混合に先立って、前記ゲル状の燃料添加剤を付加的な希釈剤と化合させる請求項１７に記載の方法。

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