JP3954789B2 - 液化低公害燃料とその製造法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジン等に用いる低公害燃料に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
車輌や船舶や発電装置等においてはディーゼルエンジンが用いられており、このディーゼルエンジンの燃料として軽油や重油等が用いられており、これら軽油や重油を用いたディーゼルエンジンの排ガスは多量の浮遊粒子状物質、窒素酸化物、ハイドロカーボン、アルデヒドの有害物質を含み、大気汚染並びに公害病の要因となっている。
【0003】
現在ディーゼルエンジンの燃料として使われている軽油と重油を、ディーゼルエンジン特有の燃焼形式である圧縮爆発によって完全燃焼させることは極めて困難であり、このために上記排ガス問題を惹起している。
【0004】
このような排ガス問題を解消せんとして、フィルター機能や二次燃焼機能を併備せる各種排ガス処理装置を排ガスの出口に取り付ける方策が採られているが、これらは経年劣化を来たし、性能を低下させる問題や、高価であり、しかも上記公害要素の効率的除去を望むにはあまりにも多くの技術的課題を抱えており、現状では抜本的な解決とはなっていない。
【0005】
他方、CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)はセタン価が高く、軽油の上記公害問題を有効に解決しうる低公害燃料であることが知られているが、沸点が−24.8度で常温常圧ではガスであり、これを液化してこの液化状態を持続させることは極めて困難とされており、軽油と同様の液体燃料としての実用にはその解決が課題となっている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記ジメチルエーテルを液化し且つ該液化状態を通常の使用状態において安定に持続させることができる液化低公害燃料とその製造法を提供する。
【0007】
即ち本発明は、CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)に−OH基を有する揮散抑止剤を加えて液化している液化低公害燃料を提供する。
【0008】
又本発明は、CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)と、これに加えた上記−OH基を有する揮散抑止剤とが水素結合し、且つ揮散抑止剤相互が水素結合している液化低公害燃料を提供する。
【0009】
上記液化低公害燃料は、CH3−O−CH3に−OH基を有する揮散抑止剤を加え、加圧又は加圧と冷却により液化を促す方法によって製造される。
【0010】
上記液化低公害燃料及びその製造法に用いる揮散抑止剤としては、化学式1:ROHで示される化合物又は化学式2:RO(CH2CH2O)nHで示される化合物の一つを用いるか、又は二以上を併用する。例えば、(CH3)3C−OH(ターシャルブチルアルコール)又は(CH3)2CH−CH2OH(イソブチルアルコール)又はC2H5OCH2CH2OH(エチレングリコールモノエチルエーテル)の一つを用いるか、又は二以上を併用する。
【0011】
【発明の実施の形態】
CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)は天然ガス(メタン)より製造されたCH3OH(メタノール)を脱水する既知の方法で得られ、入手性とコストにおいて優位であり、軽油代替燃料としての市場性に富む。
【0012】
CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)は圧力と冷却を与えることによって液化することが可能であるが、この液化状態を安定に維持することが困難であり、これを解決すべく種々検討の結果、分子間結合、殊に結合度が最も強固で安定な水素結合について着目した。
【0013】
−FH基,−NH基,−OH基は、電気陰性度が最も強く水素結合に適していることが知られており、発明者はこの三者中−FH基,−NH基は燃焼時に有害物質を発生することから、−OH基を有する物質を揮散抑止剤として利用したジメチルエーテルの液状化を試行したところ、この方法によって得られた燃料は、液化と液化状態の安定なる維持が可能であることを見いだした。
【0014】
上記−OH基を有する揮散抑止剤としては、下記のアルコール又はnエチレングリコールモノアルキルエーテルが掲げられる。
【0015】
1.ROH アルコール
(1)(CH3)2CH−CH2OH イソブチルアルコール
(2)(CH3)3COH ターシャルブチルアルコール
【0016】
2.RO(CH2CH2O)nH nエチレングリコールモノアルキルエーテル
(1)ROCH2CH2OH
エチレングリコールモノアルキルエーテル群
例えば C2H5OCH2CH2OH
エチレングリコールモノエチルエーテル
【0018】
実験によれば上記1,2中の何れも水素結合による液化とその維持効果が得られた。
【0019】
次に製造法の具体例について説明する。
<第一の方法>
気密タンクにガス状のCH3−O−CH3(ジメチルエーテル)を充填すると共に、−OH基を有する前記1乃至3中の揮散抑止剤の一又は二以上を加え、内圧が5〜7気圧程度になる迄圧縮を継続する。実験においては両者の好ましい配合比として、ジメチルエーテルは重量比97〜85%、揮散抑止剤は重量比3〜15%の範囲で選択した。
【0020】
<第二の方法>
気密タンクにガス状のCH3−O−CH3(ジメチルエーテル)を充填すると共に、−OH基を有する前記1乃至3中の揮散抑止剤の一又は二以上を加え、内圧が5〜7気圧程度になる迄圧縮を継続すると同時に、この圧縮の間内圧との相関関係において内部温度−24.7℃以下、例えば−30〜−70℃程度で冷却する。実験においては両者の好ましい配合比として、ジメチルエーテルは重量比97〜85%、揮散抑止剤は重量比3〜15%の範囲で選択した。
【0021】
第一の方法においては、ジメチルエーテルの圧縮過程において揮散抑止剤を添加し圧縮を継続する方法、又は気密タンク内にガス状ジメチルエーテルと揮散抑止剤とを注入した後圧縮を行う方法、又は気密タンク内に揮散抑止剤を入れた後ガス状ジメチルエーテルを注入しつつ圧縮する方法を含む。
【0022】
第二の方法においては、ジメチルエーテルの圧縮過程において揮散抑止剤を添加し圧縮と冷却を継続する方法、又は気密タンク内にガス状ジメチルエーテルと揮散抑止剤とを注入した後圧縮と冷却を行う方法、又は気密タンク内に揮散抑止剤を入れた後ガス状ジメチルエーテルを注入しつつ圧縮と冷却を行う方法を含む。
【0023】
上記第一、第二の方法によって製造された燃料は、CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)の−O−と揮散抑止剤の−OH基のOとが該−OH基のHを介して水素結合している。この結合状態は[化学式1]に示す。この化学式においては揮散抑止剤として(CH3)3COH(ターシャルブチルアルコール)を用いた例を示している。
【化学式1】
【0024】
又上記各方法によって製造された燃料は、CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)の−O−と揮散抑止剤の−OH基のOとが該−OH基のHを介して水素結合すると共に、揮散抑止剤相互が−OH基を介して水素結合している。[化学式2]はこの揮散抑止剤相互の結合状態を示す。この化学式においては揮散抑止剤として(CH3)3COH(ターシャルブチルアルコール)を用いた例を示している。
【化学式2】
【0025】
上記第一の方法に比べ第二の方法においては上記[化学式1]に示す水素結合と、[化学式2]に示す水素結合が顕著であり、[化学式2]で示す水素結合は化学式1で示す水素結合を補完し、分子間結合を強化し、ジメチルエーテルの液化状態をより安定に保持する。
【0026】
上記第一、第二の方法によって製造された燃料は、CH3−O−CH3(ジメチルエーテル)と揮散抑止剤とが溶媒和して液化状態を維持している。
【0027】
溶媒和は水素結合、静電的相互作用による結合、電荷移動結合、配位結合等の一又は二以上が組み合わさって分子結合を惹起させている現象であり、本発明においても水素結合を補完して静電的相互作用による結合、電荷移動結合、配位結合による一又は二以上が重畳して生じ、液化状態を安定に持続させている。
【0028】
上記ジメチルエーテルの液化燃料について燃焼試験を行ったところ、軽油と同等の燃焼性が得られ、燃焼エネルギーがやや低下するものの、軽油,重油,灯油の排出ガス中の浮遊粒子状物質(PM)の排出量を70〜80%を削減でき、更に窒素酸化物(NOx)の排出量を10〜30%、ハイドロカーボン(HC)の排出量を約50〜60%、同様に一酸化炭素の排出量を約50〜60%夫々低減できた。
【0029】
本発明によって得られたジメチルエーテルの液化燃料は、ディーゼルエンジンの燃料として用いられている軽油に代わる低公害燃料として極めて有効であり、軽油を全く用いずに上記液化燃料を燃料として用いるか、又は上記液化燃料を軽油と混合して使用するものであり、本発明は何れの場合も含むものである。
【0030】
ジメチルエーテルの上記液化燃料は、高圧ボンベに密閉状態で使用状態に供することができる。
Claims (2)
- CH3−O−CH3に−OH基を有する揮散抑止剤を加えて液化した液化低公害燃料であって、上記揮散抑止剤は化学式1:ROHで示される化合物又は化学式2:RO(CH2CH2O)nHで示される化合物の一又は二以上であり、上記化学式1:ROHで示される化合物は(CH3)3C−OH又は(CH3)2CH−CH2OHであり、上記化学式2:RO(CH2CH2O)nHで示される化合物はC2H5OCH2CH2OHであることを特徴とする液化低公害燃料。
- CH3−O−CH3に−OH基を有する揮散抑止剤を加え、加圧又は加圧と冷却により液化を促す液化低公害燃料の製造法であって、上記揮散抑止剤は化学式1:ROHで示される化合物又は化学式2:RO(CH2CH2O)nHで示される化合物の一又は二以上であり、上記化学式1:ROHで示される化合物は(CH3)3C−OH又は(CH3)2CH−CH2OHであり、上記化学式2:RO(CH2CH2O)nHで示される化合物はC2H5OCH2CH2OHであることを特徴とする液化低公害燃料の製造法。
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