JP4052773B2 - 軽油組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用ディーゼル燃料などに用いられる軽油組成物に関し、特に、粒子状物質などの排出を低減し環境対応性に優れた軽油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ディーゼルエンジンは、自動車、鉄道、船舶等の交通、輸送機関はもとより、各種産業機械、発電機の動力源として、また発電機と給湯、空調などと組み合わせたコ・ジェネレーションシステムの動力源、熱源として、産業用及び民生用の用途に広く利用されている。これは、ガソリンエンジンと比較してディーゼルエンジンは非常に優れた熱効率を有していることによるものと認められる。従来、環境に関してディーゼルエンジンは、振動、騒音が比較的大きく、黒煙や粒子状物質（ＰＭ：particulate matter）を排出しやすいとされてきたが、ディーゼルエンジンなどの改良により、環境上問題ない程度に低減されている。しかしながら、環境問題に対応していないディーゼルエンジンも多く用いられており、このようなエンジンを用いる場合や、さらに厳しい条件での問題を回避するためには、燃料の改善により、燃費に優れると同時に、ＰＭ排出などの環境上の問題を低減することが望まれている。
【０００３】
ディーゼルエンジンから排出されるＰＭは、いわゆる有機可溶成分（ＳＯＦ）と有機不溶成分（ＩＳＦ）に分けられ、一般的に低負荷において排出されるＰＭの主成分はＳＯＦであり、高負荷において排出されるＰＭの主成分はＩＳＦであるといわれている。ＰＭを低減するためには、このＳＯＦ及びＩＳＦの少なくとも一方、好ましくはその両方を低減する必要がある。さらに、優れた燃料消費率（燃費）を発揮できる燃料であることも二酸化炭素の排出を低減するためには重要な課題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決するものであり、ＰＭの排出量を低減するとともに、優れた燃料消費率を発揮できる軽油組成物を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の軽油組成物は、沸点２５０℃以下の留分からなる低沸点留分、沸点２５０〜３００℃の留分からなる中沸点留分及び沸点３００℃以上の留分からなる高沸点留分から構成される軽油組成物において、低沸点留分、中沸点留分及び高沸点留分の含有量をそれぞれＦ₁、Ｆ₂及びＦ₃とし、各留分の炭素／水素原子比をＲ₁、Ｒ₂及びＲ₃とし、高沸点留分に含まれる３環以上の芳香族含有量をＡｒとし、軽油組成物の１５℃における密度をＧ、そして、その低発熱量をＨとしたとき（ここで、含有量は軽油組成物に対する重量％で、密度はｇ／ｃｍ³で、及び低発熱量はＪ／ｇで表す。）、次の式（１）、（２）及び（３）を満足することを特徴とする。
【数１】
０．０１Ｆ₃＋０．００１Ｆ₂＋０．０２Ａｒ＜０．２５ … （１）
【数２】
０．０２Ｆ₁Ｒ₁＋０．０４Ｆ₂Ｒ₂＋０．０４Ｆ₃Ｒ₃＜１．９ … （２）
【数３】
Ｇ×Ｈ＞３４５００ … （３）
【０００６】
本発明の軽油組成物は、上記の構成としたことにより、ＳＯＦ及びＩＳＦの排出量が少なくなり、ディーゼルエンジンの運転条件によらず粒子状物質（ＰＭ）全体の排出量を押さえることができ、しかも、優れた燃費を発揮するので相対的に二酸化炭素の排出量が少ない。したがって、環境に対する負荷を総合的に低減することが可能となる。
【０００７】
【好ましい実施の態様】
本発明による軽油組成物は、上記の式（１）、（２）及び（３）を満足するものでなければならない。このような軽油組成物は、通常、原油を精製して得られるものであるが、石炭液化油などの他の炭化水素油から製造されてもよい。一般的には原油を常圧蒸留及び／又は減圧蒸留して得られた軽油留分を水素化脱硫して製造されるが、常圧蒸留や減圧蒸留から得られた重質留分を軽油の生産を目的として熱分解や接触分解して得られた軽油留分から製造されることもある。また、石油精製において各種の石油製品を製造する段階で、副生された軽油留分なども本発明の軽油組成物を製造するために用いられる。これらの軽油留分あるいはその水素化脱硫製品などを上記の式（１）、（２）及び（３）を満足するように混合（ブレンド）して、本発明による軽油組成物を製造することができる。これらの軽油留分は、最終製品となる軽油組成物を調製するためのブレンド基材ということができる。ブレンド基材としては、上述の軽油留分以外に、灯油や、改質装置から副生される芳香族を主成分とする留分やその他の石油製品、半製品なども使用することができる。また、上記軽油留分に含まれる硫黄分や不安定な不飽和炭化水素分を減ずるために適宜水素化脱硫や水素添加処理されたものなども使用することができる。
【０００８】
本発明の軽油組成物に規定する次の式（１）；
【数１】
０．０１Ｆ₃＋０．００１Ｆ₂＋０．０２Ａｒ＜０．２５ … （１）
において、Ｆ₂及びＦ₃は、沸点２５０〜３００℃の留分からなる中沸点留分及び沸点３００℃以上の留分からなる中沸点留分の軽油組成物に対する重量％（wt%）で表した数値を示す。また、Ａｒは、沸点が３００℃以上の留分に含まれる３環以上の芳香族分の含有量を軽油組成物に対する重量％（wt%）で表した数値を示す。Ｆ₂及びＦ₃は、当該軽油組成物を蒸留して２５０〜３００℃及び３００℃〜終点の温度範囲で留出した油の重量をそれぞれ測定することによって求めることができる。また、Ａｒは、Ｆ₃に対応する３００℃〜終点の温度範囲で留出した油をガスクロマトグラフィなどの分析法により定量した３環以上の芳香族分の重量から算出することができる。
【０００９】
式（１）を満足する軽油組成物は極めて少ないＳＯＦ排出量である。すなわち、式（１）の左辺の値が０．２５未満の軽油組成物は、低負荷時において排出されるＰＭの主成分であるＳＯＦの排出量は極めて少ないといえる。また、式（１）の左辺の値が小さくなるほど、その軽油組成物のＳＯＦ排出量は少なくなる傾向を示す。したがって、式（１）の左辺は０．１５未満が好ましく、０．１０未満がより好ましい。また、式（１）左辺の各項の係数から高沸点留分の芳香族含有量（すなわち、Ａｒ）、次いで高沸点留分（Ｆ₃）を少なくすると効果的に式（１）左辺の値を小さくすることができる。
【００１０】
同様に式（２）；
【数２】
０．０２Ｆ₁Ｒ₁＋０．０４Ｆ₂Ｒ₂＋０．０４Ｆ₃Ｒ₃＜１．９ … （２）
において、Ｆ₁は、当該軽油組成物における沸点２５０℃以下の留分の含有量を重量％（wt%）で表した数値を示す。Ｆ₂及びＦ₃は、上記式（１）で説明したものである。Ｒ₁は、Ｆ₁に対応する沸点２５０℃以下の留分を構成する炭素原子数と水素原子数の比（いわゆる、Ｃ／Ｈ比）を示し、同様にＲ₂及びＲ₃は、それぞれＦ₂及びＦ₃に対応する留分のＣ／Ｈ比を示す。Ｆ₁は、当該軽油組成物を蒸留して初留点〜２５０℃の温度範囲で留出した油の重量を測定することによって求めることができる。また、Ｃ／Ｈ比は、対応する留分（油組成物）を元素分析することで求められる。
【００１１】
式（２）を満足する軽油組成物は少ないＩＳＦ排出量である。すなわち、式（２）の左辺の値が１．９未満、特には１．８未満の軽油組成物は、高負荷時におけるＰＭの主成分であるＩＳＦの排出量の少ないものである。また、式（２）左辺の各項の係数から高沸点留分（Ｆ₃）を少なくするとともに、Ｃ／Ｈ比を小さくすると効果的に式（２）左辺の値を小さくすることができる。
【００１２】
同様に式（３）；
【数３】
Ｇ×Ｈ＞３４５００ … （３）
において、Ｇは当該軽油組成物の１５℃における密度（ｇ／ｃｍ³）を示し、またＨは当該軽油組成物の低発熱量（Ｊ／ｇ）を示す。Ｇ×Ｈは燃費と相関し、この値が小さくなるほど燃費が悪くなる。Ｇ×Ｈは３４８００以上がより好ましい。
【００１３】
本発明は、式（１）、（２）及び（３）全部を同時に満足する軽油組成物であり、その結果、ＰＭの排出量を低減するとともに、優れた燃料消費率で二酸化炭素の排出が少ない、実用性能を有する軽油組成物を提供するものである。式（１）、（２）及び（３）全部を同時に満足する軽油組成物は、既に述べたように軽油ブレンド基材から、３式を満足するよう適宜選択、抽出してブレンドし製造することができる。一般的に、本発明の軽油組成物の性状は、セタン指数が４０〜６０、特には４５〜５５であり、１５℃における密度が０．７６〜０．９２ｇ／ｃｍ³、特には０．８０〜０．８８ｇ／ｃｍ³であり、３０℃における動粘度が１．５〜５．０ｍｍ²／ｓである。
【００１４】
本発明の軽油組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、エーテル化合物やエステル化合物に代表される含酸素化合物などの基材を、例えば、５〜２０重量％程度配合することもできる。さらに、流動点降下剤、耐摩耗性向上剤、セタン価向上剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、腐食防止剤などの添加剤も必要に応じて添加することができる。例えば、耐摩耗性向上剤として炭素数１２〜２４の脂肪酸又はその脂肪酸エステルを１０〜５００ｐｐｍ添加することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。
【００１６】
本発明の軽油組成物を評価するために、次の軽油ブレンド基材から後述の供試油１〜７として示す軽油組成物を調製した。
ＳＨＮＰ：実質的にｎ−パラフィンからなる基材。
ＭＮ−７：実質的にイソ−パラフィンからなる基材。
ＬＣＯ−１、２：流動接触分解プロセスから得られた軽質分解 軽油留分。
ＨＧＯ−１、２：脱硫プロセスから得られた重質分解軽油留分 。
これらの物性を表１に示す。供試油の調製に際して、ＬＣＯ−１は、留出温度２６０℃から２９０℃の留分をＬＣＯ−１Ａ、また、留出温度２９０℃から３２０℃の留分をＬＣＯ−１Ｂとして用いた。ＬＣＯ−２は、留出温度３２０℃から３５０℃の留分をＬＣＯ−２Ａ、また、留出温度３５０℃から３９０℃の留分をＬＣＯ−２Ｂとして用いた。
【００１７】
【表１】

【００１８】
供試油１〜７はＳＨＮＰとＭＮ−７混合した混合油をベース基材とし、そこにＬＣＯ−１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、ＨＧＯ−１又はＨＧＯ−２を２０容量％混合してセタン価５０を目途に調製した。これらの基材を用いて調製した供試油１〜７の調合割合を表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
供試油１〜７及び市販軽油（供試油８）の物性、組成（芳香族含有量、Ｃ／Ｈ比）等を測定し、その結果を表３に示す。供試油２は実施例に該当し、他は全て本発明を外れるものである（供試油１及び３〜８）。さらに、これらの供試油について、ＳＯＦ及びＩＳＦ排出量及び燃費悪化率を測定し評価した。評価結果は、表３の下部に示した。
【００２１】
【表３】

【００２２】
なお、供試油の試験方法として、密度はＪＩＳ Ｋ ２２４９に、蒸留性状、動粘度及びセタン価はＪＩＳ Ｋ ２２０４にそれぞれ準拠した。芳香族含有量は高速液体クロマトグラフィにより、Ｃ／Ｈ比は元素分析により測定した。
【００２３】
ＳＯＦ及びＩＳＦ排出量及び燃費を測定するためのディーゼルエンジン試験は、次のようにして行った。供試エンジンとしてＡＶＬ社製の高圧噴射装置付き単気筒直噴ディーゼルエンジンを用い、回転数９００ｒｐｍ、潤滑油温８０℃、冷却水温８０℃、吸入空気温度２５℃、燃料噴射時期５゜ＢＴＤＣの条件で運転した。燃料噴射量は、低負荷域では１５．７ｃｍ³／分、高負荷域では３３．６ｃｍ³／分とした。
【００２４】
ＳＯＦ及びＩＳＦ排出量の測定は、供試エンジンからの排気ガス中のパーティキュレート（ＰＭ）を粒子状物質試験法（ＴＲＩＡＳ２３−１９９２）に従って採取し測定した後、ソックスレー抽出法によりＳＯＦ排出量を測定した。また、ＰＭ排出量からＳＯＦ排出量を差し引いた重量をＩＳＦ排出量とした。低負荷域及び高負荷域で、ＳＯＦ及びＩＳＦ排出量を測定し、表３では、低負荷域運転でのＳＯＦ排出量と、高負荷域運転でのＩＳＦ排出量を示した。
【００２５】
燃費悪化率は、供試油を用い、供試エンジンを高負荷域で運転した燃費を、供試油８（市販灯油）を用いた際を基準とし、それからの悪化を百分率（％）で示した。
【００２６】
表３から次のことが認められる。供試油２は、本発明の実施例であり、式（１）〜（３）の全てを満足する。しかし、比較例１〜７（供試油１、３〜７及び供試油８の市販軽油）は、いずれも式（１）〜（３）のうち１乃至２個の式を満足していない。その結果、市販軽油は、燃費性能には優れているが、ＳＯＦ排出量及びＩＳＦ排出量が多い。また、供試油３、４及び５は、燃費性能は比較的良いが、市販軽油と同程度にＳＯＦ及びＩＳＦの排出量が多い。一方、これらの排出量の比較的少ない供試油１、６及び７は、燃費性能がひどく悪いことが認められる。実施例の供試油２は、ＳＯＦ排出量及びＩＳＦ排出量はほぼ供試油１と殆ど同じ程度であり、しかも燃費性能は比較的良く、総合的に見て最も優れている軽油組成物であることが認められる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明による軽油組成物は、その低沸点留分、中沸点留分及び高沸点留分の含有量、各留分の炭素／水素原子比、高沸点留分に含まれる３環以上の芳香族含有量、密度、そして、低発熱量が所定の関係式を満たすものである。この結果ディーゼルエンジン燃料として、ＳＯＦ及びＩＳＦの排出量が少なく、しかも良好な燃費性能を示すため、広範な運転条件において粒子状物質の排出が少なく、かつ、二酸化炭素の排出量の増加も抑えられるという優れた実用性能を有しているので、特に自動車に有効に使用できる。

Claims (1)

1. 沸点２５０℃以下の留分からなる低沸点留分、沸点２５０〜３００℃の留分からなる中沸点留分及び沸点３００℃以上の留分からなる高沸点留分から構成される軽油組成物において、低沸点留分、中沸点留分及び高沸点留分の含有量をそれぞれＦ₁、Ｆ₂及びＦ₃とし、各留分の炭素／水素原子比をＲ₁、Ｒ₂及びＲ₃とし、高沸点留分に含まれる３環以上の芳香族含有量をＡｒとし、軽油組成物の１５℃における密度をＧ、そして、その低発熱量をＨとしたとき（ここで、含有量は軽油組成物に対する重量％で、密度はｇ／ｃｍ³で、及び低発熱量はＪ／ｇで表す。）、次の式（１）、（２）及び（３）を満足することを特徴とする軽油組成物。