JP3820693B2 - ディーゼルエンジン用燃料油組成物 - 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用燃料油の改良に関し、ディーゼルエンジンで燃焼させた際、排ガス中に排出される物質、とくに粒子状物質中に含まれる多環芳香族化合物(以下、必要に応じて「PAH」と略称する。)の量を低減した燃料油組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される「パティキュレート」と呼ばれる粒子状物質やNOxに対して、我が国においては厳しい規制がなされている。 パティキュレート中には多環芳香族化合物が含まれており、これは、長期間の曝露により発ガン性の疑いがあるとされている。 多環芳香族の一部のものは、1996年10月の中央環境審議会の中間答申において、有害大気汚染物質に該当する可能性がある物質とされていて、とくにベンゾ(a)ピレンは、優先的に取り組むべき有害物質に選定されている。
【0003】
このような多環芳香族は、パティキュレート中のSOF分といわれる成分の一つであって、酸化触媒やパティキュレートトラップなどの後処理装置を使用することにより排出量を低減できるとされているが、これらの後処理装置には依然として耐久性などの問題があって実用化には至っていないから、排ガスの後処理に頼ることはできない。
【0004】
発明者らは、ディーゼルエンジンからの有害物質の排出量の低減を意図して研究を続けた結果、燃料である軽油中に含まれる芳香族化合物の組成を調整することによって、この目的が達成できることを見出した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した発明者らの知見を活用し、ディーゼルエンジンの燃焼排ガス中の排出物質、とくにパティキュレート中に含まれている多環芳香族の量を低減することができる、改善されたディーゼルエンジン用燃料油組成物を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のディーゼルエンジン用燃料油組成物は、三環以上の芳香族の含有量が0.5容量%以下であり、二環芳香族の含有量が1〜10容量%、一環芳香族の含有量が10〜35容量%の範囲にあり、かつ一環芳香族中のアルキル基置換ベンゼンの割合が50〜90容量%であることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施形態】
本発明のディーゼルエンジン用燃料油組成物は、原油の常圧蒸留によって得られる直留軽油、直留灯油、軽油を脱硫処理した脱硫軽油、深度脱硫軽油、または軽質サイクルオイル(LCO)などをブレンド基材として使用し、全体としての沸点範囲がおおよそ140〜390℃の範囲内となるように調整し組み合わせて製造する。 それぞれのブレンド基材の配合量は、上記した芳香族含有量の関係をみたすとともに、JIS規格に合致するよう、また使用目的に応じて、適宜調整することができる。
【0008】
三環以上の芳香族としては、たとえばアントラセン、フェナントレン類、およびそれらのアルキル基などで置換した化合物が挙げられる。 もちろん通常は、それら芳香族化合物の2種以上の混合物である。 これら三環以上の芳香族のディーゼルエンジン用燃料油組成物中の含有量は少ないほど好ましく、多くても0.5容量%以下でなければならない。 この限度を超えると、排気ガス中のパティキュレートの量が増加する傾向がある。
【0009】
二環芳香族としては、ナフタレン、アセナフテン、フルオレン等、およびそれらのアルキル基などで置換した化合物が挙げられる。 これらも、2種以上が含まれていてもよい。 これら二環芳香族の含有量は、1〜10容量%の範囲内とする。 1容量%の下限は、燃料油に潤滑性を確保する必要から設けた。 一方、二環芳香族の含有量が10容量%を超えると、排ガス中のパティキュレートが多くなる傾向がみられる。 好ましい範囲は、1〜8容量%である。
【0010】
一環芳香族としては、ベンゼン、ナフテンベンゼン、ジナフテンベンゼン等、およびそれらのアルキル基などで置換したものが挙げられる。 これもまた、2種以上含まれていてもよいことはもちろんである。 一環芳香族量の含有量は10〜35容量%の範囲内に選ぶ。 10容量%より少ない含有量では、エンジンの出力が低下する傾向がみられる。 35容量%を超えると、排ガスの量が増加する傾向がある。 好ましい範囲は、10〜30容量%である。
【0011】
アルキル基で置換したベンゼンとは、いうまでもなく、ベンゼン環の水素をアルキル基で置換したものである。 ナフテンベンゼン等の置換体も、これにならう。 アルキル基の具体的な例としては、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、2−メチルブチル、n−ヘキシル、イソヘキシル、3−メチルペンチル、エチルブチル、n−へプチル、2−メチルヘキシル、n−オクチル、イソオクチル、tert−オクチル、2−エチルヘキシル、3−メチルへプチル、n−ノニル、イソノニル、1−メチルオクチル、エチルへプチル、n−デシル、1−メチルノニル、n−ウンデシル、1,1−ジメチルノニル、ラウリル、n−テトラデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシル、n−ノナデシル、n−アイコシルなどの基が挙げられる。 アルキル基の炭素数が多くなりすぎると、蒸留性状等に関してJIS規格を満たさなくなる場合がある。
【0012】
アルキル基置換ベンゼンは、一環芳香族全体の中で50〜90容量%を占めることを要する。 50容量%より少ないと、排ガス中の多環芳香族の量が増加する傾向にある。 上限は、他の成分との兼ね合いからいっても、また性状からくる制約からいっても、必然的に90容量%程度となる。 好ましくは60〜90容量%、とくに好ましくは65〜90容量%である。
【0013】
本発明のディーゼルエンジン用燃料油組成物において、一環芳香族と二環および三環以上の多環芳香族との割合は、容積比で2:1〜30:1の範囲にあることが好ましく、3:1〜20:1の範囲内がとくに好ましい。 2:1よりも多環芳香族の割合が多い場合には、排ガス中のパティキュレートやPAHが増加する傾向にあり、30:1よりも多環芳香族が少ない場合には、潤滑性が悪くなる傾向にある。
【0014】
一環芳香族中、アルキル基置換ベンゼンとナフテンベンゼン+ジナフテンベンゼンとは、容量比で1:1〜9:1の範囲内にあることが好ましく、3:2〜9:1の範囲内がとくに好ましい。 ナフテンベンゼン+ジナフテンベンゼンの割合がこれより高くなると、排ガス中のPAHが増加する傾向がある。
【0015】
なお、本発明のディーゼルエンジン用燃料油組成物には、上記の各成分に加えて、各種の添加剤、たとえばセタン価向上剤、界面活性剤、流動性向上剤、防腐剤、防錆剤、泡消剤、清浄剤、酸化防止剤、色相改善剤、潤滑性向上剤などを添加してもよい。
【0016】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。 ただし本発明は、これらの例に限定されるものではない。
【0017】
下記の表1に示す原料配合で、ディーゼルエンジン用燃料油を調製した。
【0018】
【0019】
一環芳香族、二環芳香族および三環以上の芳香族の量は、JPI−5S−49−97「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」に基づいて、定量した。
【0020】
一環芳香族中のアルキル基置換ベンゼン、ナフテンベンゼンおよびジナフテンベンゼンの割合は、まずHPLCにより飽和分と芳香族分とに分画して採取し、各分画をGCで測定した後、それぞれの割合を質量%として算出した。 次に各分画物をGC/MSにて測定し、飽和分はASTM−D−2768、芳香族分はASTM−D−3239に従って解析を行い、各分画物中のタイプの割合を容量%で算出した。 GC測定にはHP−5890シリーズ2を使用し、GC/MS測定にはHP5890シリーズ2およびHP5971A四重極質量分析計(2C)を使用した。
【0021】
各燃料油を、表2に示す諸元のディーゼルエンジンに供給して、燃焼試験を行なった。
【0022】
表 2 試験エンジン諸元
メーカー 日野自動車工業(株)
エンジン型式 J08C JT−II
適合規制 平成6年規制適合
総排気量 7.961リットル
サイクル数 4
気筒数・配置 6・直列
弁型式 OHC 4弁
燃焼室型式 直接噴射式
基本噴射時期 8゜BTDC
内径×行程 114×130mm
圧縮比 18.0
最高出力 191kW/2700rpm
最大トルク 745N・m/1600rpm
過給機 TI(インタークーラー付きターボ過給)
EGR 無し
後処理装置 無し
評価は、次の方法により行なった。
【0023】
(1)ディーゼルパティキュレートの捕集
表1に示したエンジンをD−13モードで運転し、排気ガスを(株)堀場製作所製分流式ダイリューショントンネルで希釈し、パティキュレートをフィルターで捕集した。
【0024】
(2)パティキュレート中の多環芳香族(PAH)の分析
フィルター捕集したパティキュレートに対し、ジクロロメタンを溶媒として使用するソックスレー抽出法により、8時間の抽出処理を行なった。 抽出液をロータリーエバポレーターにより容積2mlまで濃縮し、高速液体クロマトグラフ 「LC6A」(島津製作所製)を用いたHPLCにより、ピレン、ベンゾ(a)ピレン、ベンゾ(k)フルオランテン、ベンゾ(ghi)ペリレンの4種の多環芳香族を定量した。 定量された値を、エンジンの単位出力・時間当たりの排出重量として計算し、4種の多環芳香族の排出重量の合計をPAH排出量とした。
【0025】
排ガス試験の結果を、燃料油組成とともに表3に示した。
【0026】
【0027】
表3のデータから明らかなように、本発明のディーゼルエンジン用燃料油組成物をディーゼルエンジンに供給して燃焼させたときの排ガスにおいては、PAH排出量が、参考例として挙げた市販の2号軽油からの排出量よりも、また比較例からの排出量よりも、大幅に低減している。
【0028】
【発明の効果】
本発明によると、軽油中の芳香族成分を調整することによって、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート中に含まれる多環芳香族を低減できる、優れたディーゼルエンジン用燃料油組成物を簡単に提供することができる。 これにより、大気や環境汚染の抑制に寄与することができ、本発明のもつ実用的意義はきわめて大きい。
Claims (3)
- 三環以上の多環芳香族の含有量が0.5容量%以下、二環芳香族の含有量が1〜10容量%、一環芳香族の含有量が10〜35容量%の範囲にあり、かつ一環芳香族中のアルキル基置換ベンゼンの割合が50〜90容量%であることを特徴とするディーゼルエンジン用燃料油組成物。
- 一環芳香族と二環および三環以上の多環芳香族との含有量の比が、容量で2:1〜30:1である請求項1に記載のディーゼルエンジン用燃料油組成物。
- 一環芳香族中のアルキル基置換ベンゼンとナフテンベンゼン+ジナフテンベンゼンとの比が、容量で1:1〜9:1である請求項1または2に記載のディーゼルエンジン用燃料油組成物。
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