JP4452327B2

JP4452327B2 - オクタン価を向上した無鉛車両用軽質炭化水素燃料及びその調製方法

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Publication number: JP4452327B2
Application number: JP2005145698A
Authority: JP
Inventors: 茂盛李
Original assignee: 茂盛李
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: JP2006321891A

Description

本発明は、車両用軽質炭化水素燃料及びその調製方法に関し、特に、ペンタン及びペンタン混合物を含有する軽質炭化水素燃料油に関する。該燃料油は、無鉛アンチノック剤と特定の第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤及び／又は非イオン性フルオロカーボン界面活性剤を添加することにより、そのオクタン価（RON）を向上させ、燃焼効率を高めると同時に、自動車の排出ガス基準などの環境保護要件を満たす自動車用新エネルギーを提供するものである。

前記軽質炭化水素は、通常、５乃至６個の炭素原子（又はＣ₅ないしＣ₆）を含むパラフィン系炭化水素であり、その主成分は、主に５個の炭素原子（Ｃ₅）を含有する化学名ペンタン（ｐｅｎｔａｎｅ）である。ペンタンには異性体が３種存在し、主にノルマルペンタンとペンタン異性体で構成される。ノルマルペンタンのリサーチオクタン価（ＲＯＮ）が６１．８であり、ペンタン異性体のリサーチオクタン価（ＲＯＮ）が９３であり、あらゆる精油所と天然ガス・オイルガス処理工場の副産物の含有するペンタンはいずれもノルマルペンタンとペンタン異性体との混合物であり、そのオクタン価の範囲は７０ないし８０である。たとえば、精油所由来の副産物の混合物について、５個の炭素原子を含有するノルマルペンタン留分≦５０%、そのオクタン価（ＲＯＮ）の範囲は通常７５ないし７８であり、天然ガス・オイルガス処理工場由来の副産物の混合物については、５個の炭素原子を含有するノルマルペンタン留分≦３0%、イソペンタン≧６０％、Ｃ₄とＣ₆はそれぞれ５％、そのオクタン価（ＲＯＮ）の範囲は通常８０ないし８４である。
従来の自動車のエンジンは気化器型で、配電器点火方式を採用するエンジン点火進角の範囲が６°ないし９°であって、圧縮比が低い。低オクタン価（ＲＯＮ）燃料を使用する時には点火時期を調整して使用できるが、熱効率が低いし、燃料の消費量が増加し、また出力も低下する。

自動車工業の絶え間ない進歩によって、高圧縮比の電子制御噴射エンジンが気化器及び配電器点火式のエンジンを完全に取って代わりつつあるが、低オクタン価（ＲＯＮ）燃料を使用するとこれらのエンジンの正常な作動に著しく影響するため、オクタン価（ＲＯＮ）が９０以上の軽質炭化水素燃料しか使用できなくなる。
石油の直留軽質炭化水素の留分は一般的にオクタン価（ＲＯＮ）が非常に低いので、往々にしてガソリン規格で要求するオクタン価（ＲＯＮ）レベルに到達できない。ガソリンのオクタン価（ＲＯＮ）を向上するために、耐爆剤（アンチノック剤）としてのテトラエチル鉛を添加する方法を採用されていたが、この方法は２０世紀３０年代以来広範に採用された、もっとも経済的で有効な手段である。
しかしながら、テトラエチル鉛は劇毒であり、燃焼によって生じる鉛含有排気ガスが大気中鉛汚染の主要な要因でもある。環境中の鉛は呼吸器及び食物連鎖を通じて人体に入り、人体の血液中の鉛の濃度を向上させる。鉛含量が多く蓄積すると漸次に人体の腎臓と神経を損う。多くの研究によって、大都会の住民の身体内の血液鉛の濃度と鉛含有ガソリンの使用量が密接に関連していることが解明されている。そこで、ガソリン中の鉛添加量を減少して、漸次に無鉛燃料の使用を普及させることは必然の傾向である。
それゆえに、如何に改良して、軽質炭化水素燃料のペンタンのオクタン価（ＲＯＮ）を向上させ、また無鉛アンチノック剤を採用して、大気環境中の鉛汚染の主要汚染源を減少して人体健康を侵害させないようにするかが関連産業界の課題になった。

中国華東理工大学出版社１９９３年１月に出版した「石油化学」（陣紹洲、徐佩若編纂）第１２５ページによると、アルコール類は比較的に高いオクタン価（ＲＯＮ）、例えば、メタノールが１３０、エタノールが１２０、３級ブチルアルコールが１０８、を有するが、これらアルコール類の水溶性、低いネットの燃焼熱、高い気化熱がいずれも実際の応用上の不利な要素になる。したがって、メタノール又はエタノールを車両用軽質炭化水素燃料のオクタン価（ＲＯＮ）を向上させる成分に利用させることにはまだ多くの考慮すべき要素があり、今後の解決に待たざるを得ない。
米国特許公報第４，４６８，２３３号は、アルキル第三ブチル基エーテル含有車用燃料でオクタン価（ＲＯＮ）を向上させ、排気中の汚染源の比率を低下させることを開示する。この先行技術の車用燃料は、無鉛燃料として排気中の汚染源を低下させても、内燃機関システムに対してカ−ボン・デポジットの低減できる効果を何ら開示していない。内燃機関システムにあるこのカ−ボン・デポジットは、燃料の燃焼効率を低下させ、そして、エンジ−ンの使用壽命も短縮させる。
米国特許第４，４６８、２３３号明細書特開２０００−１８３６７９号公報特表２０００−５０４６９５号公報

本発明の主要な目的は、前記問題を解決する車両用軽質炭化水素燃料及びその調製方法を提供することにある。特に、ペンタン及びペンタン異性体の混合物を含有する軽質炭化水素燃料油を提供する。本発明による車両用軽質炭化水素燃料に無鉛耐爆剤（アンチノック剤）と特定の第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤を添加し、また必要に応じ非イオン性フルオロカーボン界面活性剤を添加して、燃料のオクタン価（ＲＯＮ）を向上させると共に、燃焼効率を高め、環境保護要件を満たす。

以上の課題を達成するために、本発明に係る車両用軽質炭化水素燃料の調製方法は（ａ）精油所の副産物である炭化水素を接触分解して得られた産物、又は天然ガス・オイルガスコンデンセート、炭化水素を蒸留して得た軽質炭化水素Ｃ₅留分（軽質炭化水素ペンタン留分）１００重量部に、１〜1５重量部のメチル第３級ブチルエーテル、第３級アミルメチルエーテル、無水メタノール又は無水エタノールなどを無鉛アンチノック剤として十分に混合してオクタン価（ＲＯＮ）が９０以上に達する混合物を用意する工程；（ｂ）前記（a）工程の混合物に、さらに０．００１ないし０．０４重量部のフルオロアルキル第４級アンモニウム塩型（請求項１，２）、パーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型（請求項３，４）又はフルオロアルキル基アミン塩型陽イオン性フルオロカーボン界面活性剤（請求項５，６）を添加し、必要に応じてフルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤を０．００１ないし０．０４重量部を添加する、工程からなる。
本発明で用いる無水メタノールは石炭から製造され、さらに炭化水素脱水処理されたメタノール含有量が９９．７％である製品であり；本発明で用いる無水エタノールはバイオマスエネルギーとしての100％エタノールであり、人類が期待する未来エネルギーである。軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対して、無水メタノール又は無水エタノールの添加量は１−1５重量部であり、具体的な添加量は用いる軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）によって決定される。

本発明で用いるフルオロアルキル基アミン塩型又は第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤は、
（１）（ＣＦ₃）₂ＣＦ（ＣＦ₂）₆ＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂Ｎ⁺（ＣＨ₃）₃Ｉ^-のようなフルオロアルキル第４級アンモニウム塩型、
（２）Ｃ₇Ｆ_l5ＣＯＮＨ〔ＣＨ₂〕₃Ｎ⁺〔ＣＨ₃〕₃１^-のようなパーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型、
（３）［Ｆ〔ＣＦ₂〕₃ＣＨ〔ＯＨ〕ＣＨ₂］₂ＮＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ₂・Ｈ₂ＳＯ₄のようなフルオロアルキル基アミン塩型、の中から選択されるいずれか一つである。
本発明で用いるフルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤はＣ₈Ｆ₁₇Ｃ₂Ｈ₄Ｏ［ＣＨ₂ＣＨ〔ＣＨ₂ＯＨ〕Ｏ］ｎＨ〔ｎ平均はｌ．７〕であり、軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対して、添加量は０．００１ないし０．０１重量部であり、好適には０．００５重量部である。
また、本発明において、最終産物の性質及び原料の仕入れ価格によって、フルオロアルキル第４級アンモニウム塩、パーフルオロ第４級アンモニウム塩、フルオロアルキル基アミン塩からなる群より選択されるいずれか一つを、単独に軽質炭化水素ペンタン留分と無鉛耐爆剤（アンチノック剤）の混合物に添加するか、又は前記フルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤とを併合して使用する。

本発明によれば、車両用軽質炭化水素燃料及び調製方法は確実に従来の燃料油を改善する方法を提供し、本発明の調製方法で調製した車両用軽質炭化水素燃料製品は従来の低オクタン価（ＲＯＮ）燃料油に比較すると、以下のメリットを有する。
（１）本方法は精油所の副産物又は天然ガス・オイルガスコンデンセートのようなエネルギーを回収利用し、エネルギーを節約する。
（２）本発明において、アンチノック剤として無鉛のメチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、無水メタノール、又は無水エタノールによりひどく大気汚染するテトラエチル鉛アンチノック剤に代替する。
（３）本発明の方法により調製した高オクタン価（ＲＯＮ）の軽質炭化水素燃料は完全燃焼してエネルギーを節約し、またエンジンの動作特性を改善して、廃気汚染の排気ガスを低下させ、さらに、ノズルパイプと燃焼室の炭素堆積を減少して、機械寿命を延長させる。
なお、以上で説明したものは、本発明の好適な一実施例であり本発明を限定するものではなく、本発明の技術思想の範囲内で行う種々の変形、及びこれに対応する効果が本明細書の精神に逸脱してない限り、本発明の範囲に属する。

本発明に関する詳細な方法、応用原理、作用及び効果につき、以下に詳細に説明する。
本発明による車両用軽質炭化水素燃料の調整方法は、
（ａ）精油所の副産物である炭化水素を接触分解して得た産物、又は天然ガスのコンデンセート、炭化水素を蒸留して得た軽質炭化水素Ｃ５留分（軽質炭化水素ペンタン留分）１００重量部に、メチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、または第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、または無水メタノールまたは無水エタノールなどを無鉛アンチノック剤として１〜1５重量部を添加し、十分に混合してオクタン価（ＲＯＮ）が９０以上に達する混合物を用意する工程と、
（ｂ）前記（a）工程の混合物にまたフルオロアルキル第４級アンモニウム塩型、パーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型又はフルオロアルキル基アミン塩型陽イオン性フルオロカーボン界面活性剤を０．００１ないし０．０４重量部添加して、必要に応じて、フルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤を０．００１ないし０．０４重量部添加する工程と、
を含んでいる。
また、本発明の他の調製方法の実施例では、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）又は無水メタノール又は無水エタノールにより前記メチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）無鉛アンチノック剤を代替する、即ち、軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対して、１〜１５重量部の第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、又は無水メタノール、又は無水エタノールを添加し、そして前記工程（ｂ）と同様に行なうが、重複するため説明を省略する。
また、前記メチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、無水メタノール、無水エタノールは大気をひどく汚染するテトラエチル鉛アンチノック剤に取って代わり、しかも無水メタノールは石炭から調製可能で、無水エタノールは植物界からのバイオマスエネルギーであるので、その供給源が十分確保でき、未来エネルギーとして期待できる。

軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対して１重量部のメチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）を添加することにより、オクタン価（ＲＯＮ）を２．５向上できる。例えば、精油所の副産物中の軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）が７８であり、６重量部のメチル第３級ブチルエーテル（MTBE）を添加すると、そのオクタン価（ＲＯＮ）は９３に向上する。

天然ガス・オイルガス処理工場の軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）が８４であり、３．６重量部のメチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）を添加すると、そのオクタン価（ＲＯＮ）は９３に向上する。

ほかに、軽質炭化水素ペンタン留分100重量部に1重量部の第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）を添加すると、オクタン価（ＲＯＮ）を２．３向上できる。例えば、精油所の副産物中の軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）が７８であり、６．６重量部の第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）を添加することにより、そのオクタン価（ＲＯＮ）は９３に向上する。

天然ガス・オイルガス処理工場中の軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）は８４であるが、４重量部の第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）を添加すると、そのオクタン価（ＲＯＮ）は９３に向上した。

また、軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に無水メタノール又は無水エタノールを１重量部添加すると、オクタン価（ＲＯＮ）を２向上できる。例えば、精油所の副産物中の軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）は７８であったが、無水メタノール又は無水エタノールを７．５重量部添加することにより、そのオクタン価（ＲＯＮ）は９３に向上した。
本発明の実施例の調合では、軽質炭化水素燃料１００重量部に対し、フルオロアルキル基アンモニウム塩型又はフルオロアルキル基アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤を０．００１ないし０．０４重量部添加し、また、必要に応じフルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤を０．００１ないし０．０４重量部添加して十分に混合し、軽質炭化水素燃料の揮発性を大いに抑制させるほか、清浄化作用を有し、燃焼システムにエアロック又は炭素堆積が発生することを避け、機械の寿命を延長させる。

本発明の車両用軽質炭化水素燃料の具体的な配合は下記のとおりである。
実施例1の配合：
（１）軽質炭化水素ペンタン留分（ＲＯＮ７８）１００重量部
（２）メチル第３級ブチルエーテル（MTBE）６重量部
（３）〔ＣＦ₃〕₂ＣＦ〔ＣＦ₂〕₆ＣＨ₂ＣＨ〔ＯＨ〕−ＣＨ₂Ｎ⁺〔ＣＨ₃〕₃Ｉ^- ０．０１重量部
以上の成分を共同に調合してオクタン価（ＲＯＮ）が９３である車両用軽質炭化水素燃料を調製する。
本配合において、成分（3）はフルオロアルキル基第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤（請求項１、２）であり、時にはこれを、Ｃ₇Ｆ₁₅ＣＯＮＨ〔ＣＨ₂〕₃Ｎ⁺〔ＣＨ₃〕₃Ｉ^-のようなパーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤（請求項３，４）、又は［Ｆ〔ＣＦ₂〕₃ＣＨ〔ＯＨ〕ＣＨ₂］₂ＮＣＨ₂ＮＨ₂ＣＨ₂ ＮＨ ₂・Ｈ₂ＳＯ₄のようなフルオロアルキル基アミン塩型陽イオン性フルオロカーボン界面活性剤（請求項５，６）により代替できる。

実施例２の配合：
（１）軽質炭化水素ペンタン留分（ＲＯＮ８４）１００重量部
（２）メチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）３６重量部
（３）Ｃ₇Ｆ₁₅ＣＯＮＨＣ₃Ｈ₆Ｎ⁺〔ＣＨ₃〕₃１^- ０．０３重量部
（４）Ｃ₈Ｆ_l7Ｃ₂Ｈ₄Ｏ［ＣＨ₂ＣＨ〔ＣＨ₂ＯＨ〕Ｏ］_n Ｈ
(ｎの平均値が１．７) ０．０５重量部

以上の成分を配合してオクタン価（ＲＯＮ）が９３である車両用軽質炭化水素燃料を調製する。そのうち、成分（４）は一種のフルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤である。
また、本配合では成分（３）は一種のパーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型であり、これを、フルオロアルキル基第４級アンモニウム塩型［前記実施例１の配合成分（３）を参照］又は、［Ｆ（ＣＦ₂）₃ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂］₂ＮＣＨ₂ＣＨ₂ ＮＨ ₂・Ｈ₂ＳＯ₄のようなフルオロアルキル基アミン塩型陽イオン性フルオロカーボン界面活性剤により代替できる。
前記実施例１、実施例２、実施例３、実施例４中の配合中の成分（２）としての無鉛耐爆剤（アンチノック剤）であるメチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）は、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）又は無水メタノール又は無水エタノールにより代替でき、これらの無鉛アンチノック剤の配合における使用量は、配合成分（１）としての軽質炭化水素ペンタン留分のオクタン価（ＲＯＮ）によって決定される。

Claims

車両用軽質炭化水素燃料において、その配合として、
（１）軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部、
（２）無鉛アンチノック剤１乃至1５重量部、
（３）フルオロアルキル第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤０．００１乃至０．０４重量部、
含有し、
前記無鉛アンチノック剤は、メチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、無水メタノール、無水エタノールからなる群より選択される、ことを特徴とする車両用軽質炭化水素燃料。
前記フルオロアルキル第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤が、
〔ＣＦ₃〕₂ＣＦ〔ＣＦ₂〕₆ＣＨ₂ＣＨ〔ＯＨ〕−ＣＨ₂Ｎ⁺〔ＣＨ₃〕₃Ｉ^- であり、
軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対し好適な添加量が０．０１重量部である、ことを特徴とする請求項１記載の車両用軽質炭化水素燃料。
車両用軽質炭化水素燃料において、その配合として、
（１）軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部、
（２）無鉛アンチノック剤１乃至1５重量部、
（３）パーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤０．００１乃至０．０４重量部含有し、
前記無鉛アンチノック剤はメチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、無水メタノール、無水エタノールからなる群より選択される、
ことを特徴とする車両用軽質炭化水素燃料。
前記パーフルオロアルキルアミド第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤が、
Ｃ₇Ｆ₁₅ＣＯＮＨ（ＣＨ ₂ ） ₃Ｎ⁺〔ＣＨ₃〕₃ I ^- であり、
軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対し好適な添加量が０．０１重量部である、ことを特徴とする請求項３記載の車両用軽質炭化水素燃料。
車両用軽質炭化水素燃料において、その配合として、
（１）軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部、
（２）無鉛アンチノック剤１乃至1５重量部、
（３）フルオロアルキル基アミン塩型陽イオン性フルオロカーボン界面活性剤０．００１ないし０．０４重量部
を含み、
前記無鉛アンチノック剤はメチル第３級ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、第３級アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、無水メタノール、無水エタノールからなる群より選択される、
ことを特徴とする車両用軽質炭化水素燃料。
前記フルオロアルキル第４級アンモニウム塩型フルオロカーボン界面活性剤が、
［Ｆ（ＣＦ₂）₃ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂］₂ＮＣＨ₂ ＣＨ ₂ＮＨ₂・Ｈ₂ＳＯ₄
軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対し好適な添加量が０．０１重量部である、ことを特徴とする請求項５記載の車両用軽質炭化水素燃料。
請求項１乃至請求項６記載の車両用軽質炭化水素燃料において、更に成分（４）としてのフルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤を添加し、
軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対し０．００１乃至０．０１重量部を添加する、ことを特徴とする車両用軽質炭化水素燃料。
前記フルオロアルキル基エーテルアルコール型非イオン性フルオロカーボン界面活性剤が、
Ｃ₈Ｆ_l7Ｃ₂Ｈ₄Ｏ［ＣＨ₂ＣＨ〔ＣＨ₂ＯＨ〕Ｏ］_n Ｈ（ｎの平均値が１．７）であり、
軽質炭化水素ペンタン留分１００重量部に対し好適的な添加量が０．００５重量部である、
ことを特徴とする請求項７記載の車両用軽質炭化水素燃料。