JP3594994B2 - 軽油組成物 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明はディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(粒子状物質)を低減し、しかも軽油の生産得率と十分な低温流動性を確保した軽油組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
数多くの対策が実施されているにもかかわらず大気中のNO2 濃度が低下しないことからディーゼル新型車の排気規制は年々強化され、中古車についても対策が進んでいる新型車への交換が義務づけられている。
【0003】
ディーゼルエンジンで生成するNOX 濃度は燃焼温度に強く依存するため、軽油では低減しにくいが、燃焼温度の制御などディーゼルエンジンでNOX の低減対策を推進した場合、排気ガス中には粒子状物質が増加する。粒子状物質の一部は重荷重のディーゼルトラックの黒い煙(すす)で観察されるが、このほかに不完全燃焼によって生成される炭化水素化合物、燃料の硫黄分から生成する硫酸、さらに未燃の燃料や潤滑油成分から構成され、総称してパティキュレートと呼ばれている。
【0004】
平成9年10月までに軽油の硫黄分が0.05重量%以下に低減されるので、パティキュレートの内、硫酸については低減される。このほか燃料のいろいろな物理化学的な分析項目もパティキュレート排出量に関係すると云われている。物理化学的な分析項目の影響については、芳香族分、セタン価、密度、蒸留性状の90%点がディーゼルエンジンのパティキュレート排出量に影響するとの結果が発表されている。
【0005】
しかしながら、どの項目が支配的であるかは、明らかではない。この文献例としては例えば、セタン価(堀、石油製品討論会前刷集、42頁、石油学会、平成3年11月)、芳香族分(Ullman,T.L.,SAE Paper,No.902171)、芳香族環量と90%点(Nomura,H.,et.al.,13th World Petroleum Congress,Proc., TOPIC16,FORUM Fuel−Gas Oil(1991))、セタン価、10%留出温度および90%留出温度(Cooke,J.A.,et.al.,Intern.Conference,Automo.Power System−Envi− ron.Conservation,Proc.,pp.97/102,(1990),Chester)、密度(Lange,W.W., SAE Paper,No.912425)などがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、パティキュレート排出量を低減するために影響する燃料因子を鋭意検討した。セタン価については、セタン価向上剤を添加すれば、向上可能であることは公知である。一方、芳香族分の測定方法については通常はジェット燃料油、自動車ガソリンに適用されているJIS K2586(蛍光指示薬吸着法)を応用しているが、適用範囲を超えており、軽油についての適切な測定方法が確定していない。
【0007】
また、水素分圧を現状よりかなり高くすれば、芳香族系炭化水素の芳香族環を水素化出来るが、この場合にはスウェーデンで認められるように、ディーゼル軽トラックやディーゼル乗用車の燃料噴射ポンプで異常摩耗が発生する。さらに、芳香族環の水素化に必要な水素化分解装置について経済的な見通しは立っていないようである。
【0008】
幸いなことにわが国の軽油の芳香族分は前記JIS K2586(蛍光指示薬吸着法)で20〜34容量%程度と狭い範囲にあり、この範囲での芳香族分がパティキュレート排出量に影響する度合いが小さければ、密度、蒸留性状の90%点を改善すれば良いと考えられる。したがって、密度と蒸留性状90%点の改善に絞られる。
【0009】
この方法の一つとして、軽油を軽質化することが想像される。しかし、軽油の蒸留性状の内、どの部分を軽質化すれば良いのかは明らかでない。このためには、軽油の蒸留性状の内、どの部分を除去すれば、パティキュレート低減に有効かを明らかにする必要がある。
【0010】
また、軽質化すればするほど軽油の生産得率( 収率)が減少し、エネルギーを有効に利用出来なくなる。また、軽油の重質部分を除去すれば、低温流動性向上剤は効果を失うので、寒冷地での十分な低温流動性を確保出来なくなる。したがって、解決しようとする課題はつぎの3項目となる。
a.芳香族分がパティキュレート排出量への影響度合
b.芳香族分(蛍光指示薬吸着法)20〜30容量%程度で影響が小さい場合、パティキュレート排出量低減に効果的な軽油の蒸留部分の除去範囲
c.重質部分を除去した軽油の低温流動性の確保
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、下記構成を有する。
1.直留灯油留分、直留軽油留分、水素化脱硫灯油留分、水素化脱硫軽油留分、水素化脱硫分解軽油留分からなる群から選ばれる一又は二以上の混合によって製造される軽油原料油の蒸留範囲の終点を320〜340℃に調整した軽油に、炭素数26〜31のn−パラフィンを2.5〜10重量%含む留分0.1〜2.0容量%及びエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤100〜600 ppmを添加したことを特徴とする軽油組成物。
以下、本発明を詳述する。
本発明者等は、芳香族分17〜29容量%で蒸留範囲の異なる燃料、蒸留範囲がほぼ同じで芳香族分17〜34容量%の燃料を使用し、パティキュレートに対する軽油の芳香族分と蒸留範囲の影響を鋭意研究した。この結果、芳香族分を20容量%以下とするよりも、JIS K2254(石油製品蒸留試験方法)による蒸留の終点を340℃以下とするため留出温度が340℃を超える高沸点部分を除去する方がパティキュレートの低減に効果があり、しかも、蒸留の終点を320℃よりしだいに低くしても低減効果はほとんど変わらないことを見出した。ここで、低減効果の理由の一つとして3環芳香族炭化水素アントラセン(沸点342℃)を含まないので、蒸留の終点を340℃以下とすることが、パティキュレートの低減をさらに有効とするために必要である。
【0012】
しかし、高沸点部分を除去して軽質化すればするほど軽油の生産得率が減少し、軽油の需要と供給のバランスに甚大な影響を与える。軽油の沸点は90%点から終点の範囲では急激に立ち上がるために、現状の軽油から320℃以上の高沸点部分を除去すると生産得率は急激に低下する。たとえば、蒸留の終点を300℃とすると、生産得率は現状の軽油から約30%減少し,終点を280℃とすると、生産得率は約50%減少する。したがって、軽油の需要を満たすにためにも、高沸点部分の除去には限界がある。
【0013】
さらに、高沸点部分を除去しすぎると、炭素数26〜31のn−パラフィンが失われる。この結果、微量に析出した炭素数26〜31のn−パラフィンを核として、さらに多量に析出するワックスを捕捉し、微細化するエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤の効果は失われる。そこで、高沸点部分を除去した軽油に炭素数26〜31のn−パラフィンを含む直留重質軽油などの留分とエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤を添加することによって寒冷地での低温流動性を付与することを可能とした。この結果、パティキュレートの低減効果、軽油生産得率および適性な低温流動性確保の面から、最適な軽油組成物を発明するに至った。
【0014】
炭素数26〜31のn−パラフィンを含む留分とエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤を添加する前の軽油の原料油の混合材源としては直留灯油留分、直留軽油留分、水素化脱硫灯油留分、水素化脱硫軽油留分、水素化脱硫分解軽油留分などがある。なお、添加剤としてエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤のほかにセタン価向上剤、燃料噴射ノズル清浄剤、防さび剤、摩耗防止剤などを併用することを妨げるものではない。また、炭素数26〜31のn−パラフィンを含む留分としては常圧蒸留装置から得られる直留重質軽油留分、減圧蒸留装置から得られる直留重質軽油留分およびこれらの一つと直留軽質軽油留分の混合油の水素化脱硫油などがある。
【0015】
【実施例】
以下実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
蒸留範囲166〜321℃に調整した芳香族分23容量%の軽油の原料油に、直留重質軽油留分X0.6容量%およびエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤400ppm を添加した軽油Aを使用し、排気量3.6リッター、直接噴射式無過給ディーゼルエンジンの60%回転数、40%負荷でのパティキュレート排出量およびろ過器目詰まり点を測定した。その結果、パティキュレート排出量は1.0mg/ 燃料1g、一方、ろ過器目詰まり点は−17℃で、添加剤を加えることにより5℃降下した。
【0016】
ここで、上記直留重質軽油留分Xの炭素数26〜31のn−パラフィン含有量は7.8重量%で、曇り点、流動点はそれぞれ+20℃および+7.5℃であった。また、60%回転数、40%負荷とは、エンジンの最大出力が得られた回転数を100%回転数とし、最大出力を100%負荷として計算した回転数と負荷を云う。なお、蒸留範囲はJIS K2254(石油製品蒸留試験方法)に拠った。以下についても同様である。
【0017】
(実施例2)
蒸留範囲171〜338℃に調整した芳香族分25容量%の軽油の原料油に、直留重質軽油留分Y1.9容量%およびエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤125ppm を添加した軽油Bを使用し、ワゴンタイプ小型ディーゼル乗用車(車両総重量2.1トン、渦流室式)で、運輸省規定10.15モードでのパティキュレート排出量およびろ過器目詰まり点を測定した。その結果、パティキュレート排出量は0.10mg/km 、一方、ろ過器目詰まり点は−16℃で、添加剤を加えることにより6℃降下した。ここで、直留重質軽油留分Yに含まれる炭素数26〜31のn−パラフィンは含有量は2.5重量%で、曇り点、流動点はそれぞれ+12℃および+5.0℃であった。
【0018】
(実施例3)
2号軽油を蒸留し、蒸留範囲165〜322℃に調整した芳香族分22容量%の軽油の原料油に直留重質軽油留分Y1.0容量%およびエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤550 ppmを添加した軽油Cを使用し、排気量3.6 リッター、直接噴射式無過給ディーゼルエンジンの60%回転数、80%負荷で、パティキュレート排出量およびろ過器目詰まり点を測定した。その結果、パティキュレート排出量は1.1 mg/ 燃料 1g 、一方、ろ過器目詰まり点は−20℃で、添加剤を加えることにより8℃降下した。2号軽油の代表性状は密度0.835g/cm3 (15℃)、引火点72℃、動粘度3.74mm2 /s、硫黄分0.16質量%、初留点165℃、10%点217℃、50%点282℃、90%点337℃、終点365℃であった。
【0019】
(比較例1)
蒸留範囲170〜363℃に調整した、芳香族分29容量%の軽油Dを使用し、排気量3.6リッター、直接噴射式無過給ディーゼルエンジンの60%回転数、40%負荷では、パティキュレート排出量は4.4mg/ 燃料1gであった。実施例1の軽油Aの排出量1.0mg/ 燃料1gに比べて約4倍に増加した。
【0020】
(比較例2)
蒸留範囲168〜358℃に調整した、芳香族分28容量%の軽油Eを使用し、実施例2と同様にワゴンタイプ小型ディーゼル乗用車(車両総重量2.1トン、渦流室式)で運輸省規定10.15モードでのパティキュレート排出量を測定した。排出量は0.13 mg/kmであった。実施例2の軽油Bの排出量0.10 mg/Kmに比べて30%増加した。
【0021】
(比較例3)
直留重質軽油留分を添加していない2号軽油を蒸留し、蒸留範囲170〜345℃に調整した、芳香族分25容量%の軽油Fを使用し、実施例3と同様に排気量3.6リッター、直接噴射式無過給ディーゼルエンジンの60%回転数、80%負荷で、パティキュレート排出量を測定した。排出量は2.1 mg/燃料1gで、実施例3の軽油Cによる排出量1.1 mg/燃料1gに比べて約2倍に増加した。
【0022】
(比較例4)
直留重質軽油留分を添加していない2号軽油を蒸留し、蒸留範囲165〜273℃、芳香族分20容量%の軽油Gに、エチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤を800ppm 添加してもろ過器目詰まり点は−17℃で添加剤の効果は認められなかった。したがって、軽油Gでは低温流動性向上剤の効果がない。しかも、蒸留範囲171〜273℃の軽油Gを生産すると、実施例3の軽油Cと比較して生産得率は約38%減少する。したがって、わが国の軽油の供給に甚大な影響を与える。
【0023】
(比較例5)
直留重質軽油留分を添加していない2号軽油を蒸留し、蒸留範囲165〜295℃、芳香族分22容量%の軽油Hに、エチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤を700ppm 添加してもろ過器目詰まり点は−14℃から−15℃へと1℃しか低下しなかった。したがって、低温流動性の面から軽油として不適性である。しかも、軽油Hの生産得率は実施例1の軽油Aと比較して約17%減少する。
【0024】
【発明の効果】
エンジンが異なっても、また、試験条件が変えてパティキュレート排出量を測定しても、実施例1の軽油Aと比較例1の軽油D、実施例2の軽油Bと比較例2の軽油Eおよび実施例3の軽油Cと比較例3の軽油Fそれぞれの組み合わせの排出量を比較すると、蒸留によって軽油の原料油の高沸点部分を除去し、原料油の終点を340℃以下とした軽油A、BおよびCでは、軽油D、EおよびFに比べてパティキュレートが低減することが分かる。したがって、本発明のように蒸留によって軽油の原料油の高沸点部分を除去し、原料油の終点を340℃以下とすることが、ディーゼルのパティキュレート排出量を低減するために非常に効果があることは明らかである。
【0025】
また、炭素数26〜31のn−パラフィンを含まない比較例4の軽油Gおよび比較例5の軽油Fでは、低温流動性向上剤を700ppm 以上添加してもろ過器目詰まり点は添加剤によってほとんど降下しないが、炭素数26〜31のn−パラフィンを含むように特定の留分を添加した実施例1の軽油A、実施例2の軽油Bおよび実施例3の軽油Cではエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤を100〜600ppm 添加することによって、ろ過器目詰まり点を降下させることが可能となった。
【0026】
さらに、実施例1の蒸留の終点321℃軽油Aと比較して、比較例4の軽油Gでは生産得率は約38%減少し、比較例5の軽油Hでは生産得率は約17%減少する。逆にいえば、高沸点部分を除去する場合でも、本発明のように原料油の終点を320℃以上とすれば、軽油の生産得率の減少をそれだけ少なくすることが出来ることを意味している。
【0027】
以上のとおり、本発明の軽油組成物は、ディーゼルエンジンからのパティキュレート排出量を低減し、低温流動性が良好で、しかも軽油生産得率の減少を一定限度内に抑えることができるという、優れた効果を奏するのである。
Claims (1)
- 直留灯油留分、直留軽油留分、水素化脱硫灯油留分、水素化脱硫軽油留分、水素化脱硫分解軽油留分からなる群から選ばれる一又は二以上の混合によって製造される軽油原料油の蒸留範囲の終点を320〜340℃に調整した軽油に、炭素数26〜31のn−パラフィンを2.5〜10重量%含む留分0.1〜2.0容量%及びエチレン酢酸ビニル系低温流動性向上剤100〜600 ppmを添加したことを特徴とする軽油組成物。
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