JP4730013B2

JP4730013B2 - 圧縮自着火式エンジン用燃料油

Info

Publication number: JP4730013B2
Application number: JP2005221217A
Authority: JP
Inventors: 健芦田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007031673A

Description

本発明は、圧縮自着火式エンジン用燃料油に関し、詳細にはスモーク発生量を低減させ、かつ大気中のＣＯ₂濃度を増加させない圧縮自着火式エンジン用燃料油に関する。

近年、環境汚染対策のために、燃料油の燃焼に起因する二酸化炭素ガス、粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）等の環境汚染物質を削減することが求められており、自動車等からの排ガス規制の強化が図られている。

ところで、ディーゼルエンジン車は、ガソリンエンジン車に比べて、燃費効率がよく、二酸化炭素の削減に有効である上、燃料油として用いられる軽油は、ガソリンに比べてコストが低いというメリットがある。しかしながら、ディーゼル車から排出される燃焼排ガス中に含まれるＰＭが、近年、環境汚染の問題で大きくとりあげられており、排出ガス中のＰＭの削減がディーゼル車の最大の課題となっている。

従って現在は、ディーゼル車へのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）の装着を義務づけることなどにより、ディーゼル車の排出基準を厳しく制限している。

一方、ＰＭ排出量の削減のために、燃料の面からも検討がなされており、その一つとしてＧＴＬ（ＧａｓｔｏＬｉｑｕｉｄ）の利用が注目されている。ＧＴＬは天然ガスや重質油を水性ガスに変換し、これをフィッシャートロプッシュ合成（ＦＴ合成）によって合成油を得、さらにこの合成油中の高沸点留分を分取し、必要に応じて水素化分解、異性化等を行って得る軽油の沸点範囲に相当する留分である。

ＧＴＬはその合成経路から明らかなように、排ガス中のＰＭの原因と考えられる芳香族分、ＳＯ_ｘの原因である硫黄分をほとんど含まないため、低環境負荷型の燃料油基材として適しているといえる。

しかしながら、ＧＴＬはセタン価が通常の軽油（５６程度）に比べて高く（９０以上）、着火遅れが短いため、噴霧と空気の混合が不十分となり、燃焼により、特にエンジン高負荷領域においてスモークが発生するという問題がある。また、ＧＴＬはその製造時におけるＣＯ₂の発生量が多く、ＣＯ₂削減の観点からは望ましくない。

一方、ガソリンエンジン用の燃料においては、エタノールを２０体積％まで添加した燃料が知られている（例えば、特許文献１参照）。エタノールは、太陽エネルギーの影響下で二酸化炭素から得られる一般にバイオマスとして知られている再生可能な素材の処理から得られるものであり、このようなエタノールを燃焼させても吸収されたＣＯ₂が大気中に再放出されるだけであり、ＣＯ₂の総量は変わらず、すなわちＣＯ₂ニュートラルである。従ってエタノールを添加することによりＣＯ₂排出量を低減することができることになる。

特表２００３−５２０８９１号公報

しかし、ＧＴＬにエタノールを混合させようとした場合、エタノール単独では燃料油の５容積％までしか混合することができず、エタノールの添加効果は低かった。本発明は、このような問題を解消し、より多量のエタノールを添加したＧＴＬをベースとする圧縮自着火式エンジン用燃料油を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、ＧＴＬ４０〜８０容積％、及び含酸素物質６０〜２０容積％を含み、前記含酸素物質がエタノール４０〜１０容積％と、エチルターシャリーブチルエーテル、ノルマル酪酸エチル又はイソ酪酸エチル２０〜１０容積％を含む、圧縮自着火式エンジン用燃料油が提供される。

２番目の発明では１番目の発明において、前記エタノールがバイオマスを原料とし、発酵により得られたものである圧縮自着火式エンジン用燃料油が提供される。

３番目の発明では１番目又は２番目の発明において、ＧＴＬ５０〜７０容積％、エタノール３５〜２１容積％、及びエチルターシャリーブチルエーテル１５〜９容積％からなる圧縮自着火式エンジン用燃料油が提供される。

本発明によれば、エタノールを３５容積％まで添加することが可能になり、ＧＴＬ単独で用いた場合と比較してスモーク発生量を低減させ、さらにＣＯ₂排出量を低減することが可能になる。

本発明の圧縮自着火式エンジン用燃料油はＧＴＬをベースとし、含酸素物質を含む燃料油である。ＧＴＬと含酸素物質の混合量は、ＧＴＬ４０〜８０容積％及び含酸素物質６０〜２０容積％、好ましくはＧＴＬ５０〜７０容積％及び含酸素物質５０〜３０容積％である。この数値範囲とすることにより、セタン価の値を現在の軽油なみにすることができる。

本発明において用いるＧＴＬは、従来より用いられている各種のＧＴＬを用いることができ、通常水素と一酸化炭素からなる水性ガス反応（ＦＴ反応）を固定床反応器等にて、触媒を用いて行うことにより得られるものである。触媒としては、コバルト、ルテニウム、ニッケル、鉄等を活性金属として担持した不均一系触媒が好適に用いられ、これらの中でも特にコバルト及び／又はルテニウムを含むものが好ましい。反応圧力としては０．５〜３．０ＭＰａの範囲であるのが好ましく、反応温度としては１５０〜３３０℃の範囲で行われるのが好ましい。水性ガス中の水素と一酸化炭素の比率については、比較的一酸化炭素の分圧が低い方が好ましく、具体的には１〜３の範囲であることが好ましく、さらには１．５〜２．５の範囲であることが好ましい。

上記ＦＴ反応によって得られた合成油は、水素化分解により高沸点留分を分解し、また異性化によりイソパラフィンの含有量を高めることが好ましい。水素化分解の触媒としては、コバルト、モリブデン、ニッケル、タングステン等の活性金属種をアルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト等の担体に担持した通常用いられる水素化分解触媒を使用することができる。反応温度としては２００〜４５０℃の範囲、反応圧力としては０．１〜１０ＭＰａの範囲、ＬＨＳＶとしては０．３〜３ｈｒ^−１の範囲で好適に水素化分解が行われる。

また、異性化触媒としては白金，レニウム，パラジウム等をアルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト等の担体に担持した通常用いられる異性化触媒を使用することができる。反応温度としては２５０〜４００℃の範囲、反応圧力としては０．３〜５ＭＰａの範囲、ＬＨＳＶとしては０．３〜１０ｈｒ^−１の範囲で好適に異性化反応が行われる。

さらに、前記ＧＴＬは沸点範囲が１５５〜３６０℃であり、密度範囲が０．７６〜０．７９ｇ／ｃｍ^３であり、硫黄含有量が１０質量ｐｐｍ以下であり、芳香族化合物及びオレフィンを実質的に含まず、全パラフィン中のイソパラフィン含有量５５質量％以上であり、炭素数２０以上のパラフィン中のイソパラフィン含有量８０質量％以上であることが好ましい。

本発明の圧縮自着火式エンジン用燃料油において、ＧＴＬと混合する含酸素物質はエタノール４０〜１０容積％と、エチルターシャリーブチルエーテル、ノルマル酪酸エチル又はイソ酪酸エチル２０〜９容積％を含む。

ＧＴＬにエタノールのみを混合した場合、５容積％まではエタノールはＧＴＬと混合するが、５容積％を超えると、例えば１０容積％ではエタノールはＧＴＬと完全に分離してしまう。すなわち、エタノール単体ではＧＴＬに５容積％しか混合することはできない。エタノールをＧＴＬに添加することにより、スモーク低減効果とセタン価低減効果が得られるが、５容積％の量では十分とはいえず、より多く混合することが望まれる。本発明者は、エタノールに加え、エチルターシャリーブチルエーテル、ノルマル酪酸エチル又はイソ酪酸エチルをさらに加えることにより、エタノールの混合量を、燃料油全体を１００容積％とした場合に３５容積％まで高めることを見出した。

エチルターシャリーブチルエーテル、ノルマル酪酸エチル又はイソ酪酸エチルの各々についてもＧＴＬのスモーク低減効果とセタン価低減効果を有しているが、各々単独で用いたのでは十分な効果が得られないが、エタノールと組み合わせて用いることによりスモーク低減効果とセタン価低減効果を共に十分に発揮することができた。エチルターシャリーブチルエーテル、ノルマル酪酸エチル又はイソ酪酸エチルのうちではエチルターシャリーブチルエーテルとエタノールの組み合わせが最も好ましく、さらにその量比はＧＴＬ５０〜７０容積％、エタノール３５〜２１容積％、及びエチルターシャリーブチルエーテル１５〜９容積％が好ましい。

前記エタノールはバイオマス（例えば植物）を原料とし、これを発酵させることにより得られるものを用いることが好ましい。上記のようにＧＴＬは水性ガス反応により製造されるため、生産に必要なエネルギーが高く、多量のＣＯ₂を発生する。一方、バイオマスは大気中のＣＯ₂を吸収して体組織を作っているため、バイオマスを燃焼させても吸収されたＣＯ₂が大気中に再放出されるだけでＣＯ₂の総量は変化しない。従ってこのバイオマスから得られたエタノールを燃焼させても大気中のＣＯ₂はトータルとして増加することにはならない。すなわち、ＧＴＬにバイオマス由来のエタノールを添加することにより、使用するＧＴＬを低減させ、結果としてＣＯ₂排出量を低減させることができる。

本発明の圧縮自着火式エンジン用燃料油において、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、上記含酸素物質の他に通常圧縮自着火式エンジン用燃料油に使用される各種添加剤、例えば酸化防止剤、ＰＭ低減剤、ＮＯx低減剤、水抜き剤、セタン価向上剤などの中から、一種又は二種以上を適宜選択し、添加することができる。これらの添加剤の添加量については特に制限はないが、効果及び経済性のバランスなどの面から、通常１〜３，０００質量ｐｐｍの範囲であることが好ましい。酸化防止剤の種類としては特に制限はなく、従来燃料油の酸化防止剤として慣用されているものの中から、任意のものを適宜選択して用いることができ、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤等が好適に用いられる。具体的には、アミン系酸化防止剤として、Ｎ，Ｎ´−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミンやＮ，Ｎ´−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン等が挙げられ、フェノール系酸化防止剤として、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，４，６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２−ｔｅｒｔ−ブチル−４，６−ジメチルフェノール、２−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール等が挙げられ、これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、水抜き剤としては、アルコール系化合物、エーテル系化合物等が挙げられ、また、セタン価向上剤としては、例えば硝酸ヘキシル，硝酸オクチル等の硝酸アルキル等が使用される。

ＧＴＬ（ＳＨ−ＮＰ、ジョモサンエナジー社製）７０容積％にエタノール２１容積％、及びエチルターシャリーブチルエーテル９容積％を加え、圧縮自着火式エンジン用燃料油を調製した。この燃料油を用い、スモークメーターにより、フィルターのよごれをＦＳＮ（フィルタースモークナンバー）によりスモーク発生量を測定し、その結果を図１に示す。この結果から明らかなように、ＧＴＬ単独で使用した場合と比較し、低負荷でほぼ１００％、高負荷で約７０％のスモークを低減することができた。またセタン価を測定したところ、ＧＴＬ単体では９１であったが、エタノールとエチルターシャリーブチルエーテルを混合することにより５８．８に低下した。

本発明の圧縮自着火式エンジン用燃料油のスモーク発生測定結果を示すグラフである。

Claims

ＧＴＬ４０〜８０容積％、及び含酸素物質６０〜２０容積％を含み、前記含酸素物質がエタノール４０〜１０容積％と、エチルターシャリーブチルエーテル、ノルマル酪酸エチル又はイソ酪酸エチル２０〜９容積％を含む、圧縮自着火式エンジン用燃料油。
前記エタノールがバイオマスを原料とし、発酵により得られたものである、請求項１記載の圧縮自着火式エンジン用燃料油。
ＧＴＬ５０〜７０容積％、エタノール３５〜２１容積％、及びエチルターシャリーブチルエーテル１５〜９容積％からなる、請求項１又は２記載の圧縮自着火式エンジン用燃料油。