JP4767466B2 - 燃料添加剤、添加剤含有燃料組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
この発明は、一般に燃料添加剤および該添加剤を有する配合された燃料およびその製造方法に関する。
【０００２】
発明の背景
内燃エンジンの排ガスの減少は、世界的に自動車産業が直面している基本的な問題である。窒素酸化物（ＮＯX）の排出は、環境に対するその明らかな影響のために、規制監視が厳密になりつつある一種のエンジン排出ガスである。内燃エンジンからのＮＯXの排出は、例えば、オゾンの生成における前駆体であるとされており、さらにスモッグのようなその他のタイプの大気汚染の形成の原因であるとされている。
ディーゼルエンジンは、これらのタイプのエンジンからの排出ガスが一般にＮＯXと共に大量の微粒子を含んでいるという点において、自動車および輸送産業にさらなる問題を提起している。微粒子の排出は、エンジンから排出される黒煙に存在する。現在、ディーゼルエンジン微粒子の排出は、フィルター又は触媒変換機を用いて制御できる。これらの排出制御装置は微粒子の排出の低下に有効であるが、ＮＯX排出の低下に有効であるとは考えられない。
【０００３】
内燃エンジンからＮＯX及び微粒子の排出を減少させる試みがなされている。しかし、これらの公知の排出制御システム及びストラテジには、関連した欠点がある。
ＮＯXの排出を減少させる公知の方法の1つは、燃焼後の排ガスの処理を含む。例えば、PCT特許公報WO98/22209A1 [Peterhoblynら]は、水性尿素溶液をタンクからエンジン排ガス多岐管に導入する選択的な触媒還元(SCR)の使用を開示している。尿素含有排ガスは、次いで、全く気化されない水や尿素を捕捉する小孔構造に直結される。その後、排ガスは、ＮＯX還元触媒構造を介して連結される。PCT特許公報WO99/01205 [Markoら]は、気体のアンモニアが燃焼後の排ガスに導入され、次いで還元触媒で処理される別のタイプのSCRを開示している。
【０００４】
また、米国特許No.5,783,160 [Kinugasaら]、5,992,141 [Berrimanら]及び5,609,026 [Berrrimanら]は、気体アンモニアが燃焼後の排ガスに導入され、次いで触媒で処理されるタイプのエンジン排出処理を開示している。触媒変換機のような、エンジン排気を処理し、ＮＯX排出を減少させる装置を開示する他の文献には、米国特許第5,522,218 [Laneら]及び5,791,139 [Takeshiら]が含まれる。
上記のＮＯX減少システムには、全て、システムの操作に多数の高価な機械構造を要するため、欠点がある。
燃焼後の排ガスを処理する別の方法は、排ガスの再循環(EGR)として知られる方法を含む。このようなシステムはPCT特許公報WO97/04045A1 [Peterhoblynら]に開示されており、ここでは、微粒子のトラップ及び白金属触媒組成物と組合せたEGR、又はエンジンタイミング修正の使用が開示されている。このシステムは、ＮＯXの排出減少に有効であるかもしれないが、高価な機械的部材及び触媒成分を不都合に要する。
【０００５】
ＮＯX排出を減少させるさらに別の公知の方法は、米国特許第5,584,265 [Raoら]に示されるように、エンジン燃焼チャンバーへの直接的な選択的還元剤の導入を含む。Raoによれば、アンモニア、ヒドラジン又はシアヌル酸のような選択的還元剤は、機械的な材料-供給装置と組み立てられたピストン-シリンダー内部に注入される。還元剤は、車輌内のタンクに貯蔵する。還元剤は燃焼中に反応して、ＮＯX濃度を低下させた排ガス流を生じる。Rao特許のシステムは、燃焼チャンバーに正確な量の還元剤を導入するため、複雑で高価な機械的装置を用いる必要があるという不都合がある。
種々の燃料添加剤及び配合物が、ＮＯXの排出を減少させる手段として提案されている。これらの組成物の1種は燃料中の水を可溶化し、それにより、装荷燃料を冷却させ、ＮＯX排出を減少させる。そのような例の1つは、本出願人の以前の2つの研究を開示するPCT特許公報WO98/17745 [Hazelら]に示されている。Hazelの発明は、燃料に存在する水を可溶化する界面活性剤を提供している。界面活性剤は、アルコキシル化アルコール、ジエタノールアミド及びポリエチレングリコールモノエステルからなる。PCT特許公報WO00/15740 [Dalyら]は、液体燃料、水、乳化剤、乳化安定剤又は燃焼変性剤として機能しうるアミン塩を含む乳化された水-ブレンド燃料組成物を開示している。これらの組成物は、ある適用では有効であるが、ＮＯX排出の減少に最適ではなく、ＮＯX-還元剤の可溶化に有効ではない。
【０００６】
ディーゼル燃料からの排出の全体的な減少に対する別の試みは、ディーゼル燃料中の無水又は水和エタノールを安定化させ、それにより全体的な燃料炭化水素-含量を低下させる界面活性剤システムの使用を含む。米国特許No.6,017,369 [Ahmed]は、ディーゼル燃料、エタノール、脂肪酸のアルキルエステル、安定化添加剤及び任意の助溶剤を含む可溶化したディーゼル燃料組成物を開示している。安定化添加剤は、伝えるところによれば、燃料組成物の構成を均質化する。安定化剤は、(1)エトキシル化アルコール、セタンブースタ及び抗乳化剤の混合物又は(2)エトキシル化アルコール、アミド及びエトキシル化脂肪酸の混合物のいずれかであると報告されている。伝えるところによれば、Ahmed組成物は、(組成物中のディーゼル燃料の％の低下の結果として)ディーゼル燃料の排出を徐々に減少させるには有効であるが、ＮＯX又は微粒子の排出減少についての特定の断定を全く開示していない。
【０００７】
米国特許第5,746,783 [Compereら]は、ベースのディーゼル燃料組成物に加えると、ディーゼルエンジンからのＮＯX排出量を低下させると言われる尿素又はトリアジンのマイクロエマルジョンを開示している。マイクロエマルジョンは、t-ブチルアルコール、水、オレイン酸及びエタノールアミンと混合した尿素又はトリアジンからなる。Compereの特許の組成物は、ＮＯXを減少させる必要とされるよりも高レベルの尿素を要するために欠点がある。さらに、この組成物は、組成物に尿素を維持するために、実際的又は経済的なレベルよりも高レベルの可溶化剤を要する。この組成物を含む燃料は、より低いBTUとより低いセタン数/指数を有し、燃料を標準的な仕様外にさせ得るという欠点を生じると考えられる。さらに、この組成物を含む燃料を用いると、産業で利用される高度な燃料希釈物では透明でも均質でもないことが立証される。
【０００８】
内燃エンジンからのＮＯX及び微粒子の排出を減少させる改良方法を提供する必要性に加えて、燃料の添加剤又は配合燃料は、燃料技術に関連した他の問題を克服するのに有用であるべきである。添加剤は、配合燃料が広い温度領域にわたって安定で、均質な混合物であるようなものであるべきである。さらに、現在製造されている低硫黄及び極端に低硫黄のディーゼル燃料は、燃料の硫黄含量が少量である結果、滑性を欠いている。滑性の低下はエンジンの磨耗の原因となり、車輌が燃料1容量当たり走行できる距離を縮小させる。燃料添加剤又は配合燃料が、これらの低硫黄及び極端に低硫黄の燃料の滑性を改善することが望ましい。
【０００９】
さらに、燃料組成物にノニオン性界面活性剤を使用した場合に直面した材料の取扱いの重要問題は、多くのノニオン性界面活性剤の流動性の欠落である。具体的には、このようなノニオン性界面活性剤は、水とブレンドするとゲル状態で存在する。溶媒は、このような界面活性剤組成物に対して所望の粘性を付与するのに必要である。溶媒の添加は輸送費に加わり、燃料と添加剤との混合で問題を生じる可能性がある。したがって、好ましくは、界面活性剤は、ホスト燃料自体が溶媒として使用できるように選択すべきである。これは、運送でき、容易にホスト燃料とコールドスプラッシブレンド(cold splash blend)できる燃料添加濃縮物の配合を可能にするであろう。
燃料とブレンドすると、燃料がそのBTU含量に物質的に影響することなく内燃エンジンで燃焼する際の燃料ＮＯX及び微粒子の排出レベルを低下させ、車輌の機械改良なしに使用でき、燃料の滑性を改善し、配合及び取り扱いが容易な改良された燃料添加剤は、当該分野で重要な進歩となるであろう。
【００１０】
発明の目的
従来技術の問題及び欠点の幾つかを克服する、改良された燃料添加剤及び添加剤含有燃料を提供することが、この発明の目的である。
この発明の別の目的は、燃料とブレンドすると、内燃エンジンで燃焼した際のＮＯXの排出レベルを低下させる燃料配合物を生じる、改良された燃料添加剤を提供することである。
また、この発明の目的は、燃料とブレンドすると、内燃エンジンで燃焼した際の微粒子の排出レベルを低下させる燃料配合物を提供する、改良された燃料添加剤を提供することである。
さらに、この発明の別の目的は、燃料とブレンドすると、燃料のBUT保持に実質的に影響を及ぼさない改良された燃料添加剤を提供することである。
【００１１】
この発明のさらなる目的は、燃料とブレンドすると、特に低硫黄及び極端に低硫黄の燃料において改良された燃料滑性を生ずる改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の他の1つの目的は、燃料とブレンドすると、燃料を用いて車輌が燃料1容量単位当たりさらなる距離を走行できる、改良された燃料添加剤を提供することである。
また、この発明の目的は、燃料とブレンドすると、極めて高温及び低温を含めて、安定で、均質な燃料組成物を生じる、改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の別の目的は、例えば個別の構成要素、添加剤、濃縮物、又はブレンドした最終形態の燃料を含む、物理状態を異にした供給が可能な燃料添加剤を提供することである。
【００１２】
1つの目的は、相分離することなく、いずれかの必要な希釈でホスト燃料中に可溶化するよう配合し得る添加剤を提供することである。
発明の目的は、広範囲の燃料に添加でき、火花点火及びディーゼルエンジンに使用でき、4-ストロークならびに2-ストロークのエンジンに使用可能な燃料添加剤を提供することである。
さらに、この発明の別の目的は、特に水が燃料中に存在する際に、燃料の相分離を回避するのに有用な、改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明のさらに別の目的は、燃料とブレンドした際に、エンジン燃焼チャンバーにＮＯX還元化合物を導入する効率的で安価な方法を提供する、改良された燃料添加剤を提供することである。
【００１３】
この発明のさらなる目的は、燃料とブレンドした際に、エンジン燃焼チャンバーにＮＯX還元剤を導入するか、又は燃焼後の排ガス流を処理するための高価な機械装置についての必要性を回避する、改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の目的は、輸送に経済的な改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の別の目的は、容易に配合でき、燃料と容易に混合できる改良された燃料添加剤を提供することである。
発明のこれらの及び他の目的は、以下の記載及び実施例から明らかになるであろう。
【００１４】
発明の要約
この発明の目的は、燃料と混合した際に、燃料の肝要部分として、内燃エンジンの燃焼点まで窒素含有化合物を送達する仕方を提供する燃料添加剤を提供することである。添加剤は、エンジン排ガス流からのＮＯXの排出を(トラップ装置を用いて又はそれを用いずに)減少させ、微粒子の排出を減少させ、性能を損なわずにクリーナー燃焼燃料に関連した通常の利点を生ずる。添加剤を含有する燃料は透明な均質混合物で、通常の燃料送達ラインを介して直接燃焼点まで有利に導入でき、それにより、従来技術に一般的な、高価な機械的な物質供給装置がエンジンまで窒素含有化合物を供給する必要性を回避することができる。
ＮＯX還元剤は、ディーゼル、ガソリン、ケロシン、アルコール及び水性燃料ブレンドをはじめとする多くのタイプの燃料で有用性を有する。発明の添加剤は、燃料の効率を改善すると予想される方法で、燃料の沸点を有利に変更する。驚くべきことに、この発明は、排ガス流からＮＯX排出を減少させるのみならず、燃料の滑性を増し、エンジンの磨耗を減少させ、車輌が燃料の容量単位当たりに走行できる距離を増す。
【００１５】
組成物は、使用者の要求に基づいて異なる形態で製造できる。これらの形態には、添加剤、濃縮物及び添加剤又は濃縮物を含む最終形態の燃料が含まれる。添加剤の好ましい形態には、尿素、シアヌル酸、トリアジン、アンモニア及びその混合物からなる群から選択される窒素含有化合物が約3〜35重量％含まれる。尿素は、その豊富さ、低価格及び水との混合の容易性のために、もっとも好ましい窒素含有化合物である。尿素は、添加剤組成物の約10〜32重量％からなることが好ましく、この発明のもっとも好ましい形態には、この発明の添加剤形態に12〜28重量％の尿素を含むものである。
好ましい添加剤組成物は、さらに約0.0025〜25重量％の水を含む。尿素を用いる際には、尿素をここに記載するように水と混合することが好ましい。
【００１６】
さらに、好ましい添加剤は、添加剤中の窒素含有化合物を可溶化するようなノニオン性界面活性剤の担体ブレンドを約30-97重量％含む。好ましい担体ブレンドは、以下の一般構造
【化１９】
[R1はC6-C16、R2はH又はCH3かつxは1〜7]を有するアルコキシル化アルコール組成物を約30〜75重量％含む。R1はC9-C11かつxは2.5であることが好ましい。この発明の実施に有用な発明の担体ブレンドの好ましい形態は、アルコキシル化アルコール構成成分を約33〜55重量％含む。1以上のタイプのアルコキシル化アルコールの混合物は、所定の担体ブレンドに用いてもよい。
【００１７】
さらに、新規な担体ブレンドは、以下の一般構造：
【化２０】
[R3はC11-C19、R4はH又はCH3、yは1〜20、R5はH又はCOR3]を有するポリアルキレングリコールエステル組成物を約10〜60重量％含む。好ましくは、R3はC17かつR5はCOR3である。オレイン酸のポリエチレングリコールジエステルは、ポリエチレングリコールジタレートとして好ましい。好ましいポリアルキレングリコールエステル構成成分は、1以上のタイプのポリアルキレングリコールエステルのブレンドを含有していてもよい。この発明の担体ブレンドのより好ましい形態は、ポリアルキレングリコールエステル構成成分を約25〜40重量％含むが、より好ましい具体例は、ポリアルキレングリコールエステル構成成分を約25〜33重量％含む。
【００１８】
さらに、好ましい担体ブレンドは、以下の一般構造：
【化２１】
[R6はC12-C18、R7はH又はCH2CH2OH]を有するアルカノールアミド組成物を約10〜60重量％含む。R6は好ましくはC17であり、R7はCH2CH2OHである。オレイン酸ジエタノールアミドが、この発明の実施で用いるのに好ましいアルカノールアミドである。アルカノールアミド構成成分は、1以上のタイプのアルカノールアミドのブレンドとして提供されてもよい。この発明の好ましい形態は、エタノールアミドを約25〜40重量％含むが、25〜33重量％のエタノールアミド構成成分がもっとも好ましい。
【００１９】
この発明の濃縮形態では、組成物は、約80〜20重量％の上記添加剤と共に、約20〜80重量％の溶媒を含む。溶媒は、ホスト燃料からなることが好ましい。濃縮物の製造で用いるのに適当な好ましい溶媒には、ディーゼル、ガソリン及びケロシン燃料が含まれる。
内燃エンジンで用いるための最終的な燃料組成物形態では、この発明は、約97〜99.9重量％の炭化水素含有燃料及び約0.01〜3重量％の上記燃料添加剤を含む。
この発明は、以降で詳細にされるように、物質の組成及び各組成物形態の製法を含む。
【００２０】
明細書及び請求の範囲をとおして用いられるように、「6〜16個の炭素原子」、「C6〜C16」及び「C6-16」のような用語は、ある範囲内の種々の長さの炭素原子鎖を意味し、分枝、環式及び直鎖状形態を含む種々の形態が許容されることを意味するために用いられる。さらに、用語は種々の飽和度が許容されることを意味する。さらに、例えば「C17」又は「2.5モルのエトキシル化」を含む構成成分の記載は、構成成分が記載される平均的な量又は範囲で主要画分に分布していることを意味し、したがって、かかる記載が分布内に多種が存在する可能性を排除しないことは、当業者には容易に知られている。この発明の構成成分は、単離されるかあるいは混合物中に存在してもよく、この発明の範囲に含まれる。
【００２１】
図面の簡単な説明
図は、この発明の上記の特性及び特徴を含む好ましい具体例の態様を示している。発明は、説明及び図面から容易に理解されるであろう。図面において：
図１は、実施例１及び２による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図２は、実施例３による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図３は、図２の一部を示す3相図であり、ディーゼル燃料が実施例３の組成物の80％以上の量で存在している。
図４は、実施例５による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図５は、実施例６による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図６は、実施例７による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図７は、添加剤の溶解度を示す3相図である。
図８は、図７の一部を示す3相図である。
【００２２】
好ましい具体例の詳細な説明
この発明は、ディーゼルエンジン及び火花点火機関を含む内燃エンジンで用いるための燃料添加剤を提供する。この発明は、添加剤、濃縮物、又は最終的な燃料形態を含む種々の形態で製造することができる。この発明は、組成物を含む燃料をはじめとする組成物の製造方法を含む。
この発明の組成物は、燃料中で窒素含有化合物を可溶化するのに効果的である。窒素含有物質は、燃料の一部としてエンジン燃焼チャンバーに入り、燃焼中に反応してＮＯXの排出を減少させる。窒素含有化合物をホスト燃料の成分として提供することにより、エンジン燃料チャンバー又はエンジン排ガス流に窒素含有化合物を供給するために用いられる複雑で高価な機械装置を使用する必要性が回避される。この発明は、米国特許No. 5,746,783 [Compereら]のような従来の組成物に対してかなり有効である。というのは、燃料に窒素があまり必要とされず、また燃料中に窒素を維持する必要がある構成成分はほとんどないからで、これは、重要な経費削減の利点を生じる。
【００２３】
特定の理論に拘束されないならば、この発明の燃料添加剤は、担体ブレンドの性質のために、安定な、単相の添加剤、濃縮物及び最終的な燃料形態を大規模に製造するのに有効であると考えられる。ノニオン性担体ブレンドは、炭化水素含有燃料のような非極性マトリクスに低分子量の極性窒素含有化合物を可溶化する上でかなり有効である。
また、特定の理論に拘束されなければ、エンジンシリンダー内の燃料中の窒素含有組成物の燃焼は、分解され、ＮＯX排出と反応する反応種を生じる窒素含有組成物をもたらすと考えられる。シアヌル酸、トリアジン及びアンモニアは、反応すると尿素中間物を生じ、これはさらに分解されるとＮＯX排出と反応すると考えられる。生じた反応は、窒素ガス(N2)及び水を生じる。燃料に絶対必要な成分として窒素含有化合物を提供することによって、燃焼工程中、反応性の窒素含有組成物のレベルを連続的に維持し、それによりＮＯXの排出量を最大限に減少させることができる。
【００２４】
上記に要約されるように、窒素含有組成物は、尿素、シアヌル酸、トリアジン、アンモニア及びその混合物を含むことができる。添加剤の窒素含有構成成分は、約3〜35重量％の添加剤を含む。約10〜32重量％範囲の組成物は、尿素を用いる際に好ましい。もっとも好ましい尿素は、販売業者、例えばAshland Distribution Company, Industrial Chemicals and Sovents and Van Waters & Rogres Inc.から容易に入手できる。尿素の製造元には、Air Products and Chemicals,Inc. 及びAllied Signal, Inc., Specialty Chemicalsが含まれる。トリアジンは、Arch Chemicals, Inc. Norwalk, CTによって製造されている。シアヌル酸は、GAS Chemicals, Inc. Powell, OHによって製造されている。Van Waters & Rogersが、アンモニアの市販源である。
【００２５】
界面活性剤は、窒素含有組成物が最終的な燃料配合物に十分に可溶化されたエマルジョンを生じる。上記に要約されるように、担体ブレンドは、アルコキシル化アルコール構成成分、ポリアルキレングリコールエステル構成成分及びアルカノールアミド構成成分として広範囲に記載される3つの主要な界面活性剤構成成分からなる。
アルコキシル化アルコールは、約30〜75重量％の担体ブレンド組成物からなり、約33〜55重量％のそのような構成成分からなることが好ましい。アルコールエトキシレート、及びいずれかの他のアルコールアルコキシレートは、市販の酸化アルカリ、例えば酸化エチレン("EO")又は酸化プロピレン("PO")又はその混合物で、いずれかの直鎖状又は分枝状のアルコールをアルコキシル化して製造される。
【００２６】
この発明で用いるのに適当なアルコキシル化アルコールは、商標TomadolTMで、Tomah Products, Inc.[337 Vincet Street, Milton, Wisconsin 53563]から入手可能である。Tomadol製品の例には、Tomadol 91-2.5及びTomadol 1-3が含まれる。Tomadol 91-2.5は、アルコール1モル当たり平均2.5モルの酸化エチレンを有するC9、C10及びC11アルコールの混合物である。Tomadol 91-2.5の平均分子量は281と報告されており、HLB値(親水性/親油性バランス)は8.5と報告されている。Tomadol 1-3は、アルコール1モル当たり平均3モルの酸化エチレンを有するエトキシル化C11(主要比)アルコールである。Tomadol 1-3の平均分子量は305と報告されており、HLB値は8.7と報告されている。HLBが約8〜9の他のアルコールアルコキシレートも、この発明で用いるのに適当であろう。
アルコキシル化アルコールの他の源には、Hunsman Corp., 500 Huntsman Way, Salt Lake City, UT 84108, Condea Vista Company, 900 Threadneedle St., Houston, TX 77079及びRhodia, Inc., CN 7500, Cranbury, NJ 08512が含まれる。
【００２７】
ポリアルキレングリコールエステル構成成分は、約10〜60重量％の担体ブレンドを含む。この発明の担体ブレンドのさらに好ましい形態は、約25〜40重量％のポリアルキレングリコールエステル構成成分を含むが、さらに好ましい具体例は、約25〜33重量％のポリアルキレングリコールエステル構成成分を含む。モノエステルは、EO、PO又はその混合物を有する脂肪酸(例えばオレイン酸、リノレン酸、ラウリル酸、ココ脂肪酸、牛脂肪酸、ミリスチン酸)のアルコキシル化を介して製造される。ジエステルは、2当量の脂肪酸(例えばオレイン酸、リノレン酸、ココ脂肪酸、牛脂肪酸、ミリスチン酸)とのポリエチレングリコールの反応によって製造される。
この発明の実施に有用な代表的なポリアルキレングリコールエステルには、Lambent Technologies Inc. [7247N. Central Park Ave., Skokie, IL 60076]から入手可能なLumulseブランド62-O、ポリエチレングリコール600ジオレエート及びLumulse 40-O、ポリエチレングリコール400モノオレエートが含まれる。この発明の使用に適当な別のポリアルキレングリコールエステルには、BASF Coporation, Specially Chemicals, 300 Continental Dr., Mt. Olive, NJ17828のMapegブランド600-DOT、ポリエチレングリコール600ジタレートが含まれる。これらの薬品及び関連する薬品の他の供給元は、Stepan Co., Lonza, Inc.及びGoldschmidt, AG914 Randolph Rd., Hopewell, VA 23650である。
【００２８】
アルカノールアミド構成成分は、約10〜60重量％の担体ブレンドも含む。この発明の担体ブレンドのより好ましい形態は、約25〜40重量％のアルカノールアミド構成成分を含み、さらに好ましい具体例は、約25〜33重量％のアルカノールアミド構成成分を含む。アルカノールアミドは、一般に、モノ又はジエタノールアミドと脂肪酸エステルとの反応生成物である。
この発明での使用に適当なアルカノールアミドは、Mackamideの商標でMcIntyre Group [24601 Governors Hwy, Universuty park, IL 60466]から入手可能である。例えば、Mackamide MO、「Oleamide DEA」及びLAM「Lauramide MEA」である。アルカノールアミドの他の市販源はRhodia, Inc.及びGoldshcmidt AGである。
【００２９】
構成成分を組合わす特定の順序はない。燃料添加組成物の製造法は、好ましくは、約40〜50重量％の窒素含有化合物を約50〜60重量％の水と混合して水性窒素含有組成物を製造することを含んでいてもよい。尿素は、方法で用いる窒素含有化合物のもっとも好ましいタイプである。担体ブレンドは、いずれかの順序で、約30〜75重量％のアルコキシル化アルコール、約10〜60重量％のポリアルキレングリコールエステル及び約10〜60重量％のアルカノールアミド構成成分を混合して製造される。添加剤は、約50〜35重量％の水性尿素組成物を約50〜65重量％の担体ブレンドと混合して製造される。
燃料添加剤濃縮物の製造法には、約80〜20重量％の添加剤形態の組成物を約20〜80重量％の溶媒、好ましくはホスト溶媒と混合させることが含まれる。この発明の燃料組成物は、約0.01〜3重量％の燃料添加剤濃縮物と約97〜99.9重量％の燃料との混合を含む。
【００３０】
実施例
以下の実施例は、本発明をさらに例示するために提供され、その範囲の限定を図るものではない。全ての部及び％は、特に言及しない限り重量である。
実施例 1
本発明の例示的な燃料添加剤を製造した。250mlのビーカーに、以下の表に挙げた構成成分をへらで混合し、100g（50/25/25重量%）の担体ブレンド組成物が生成された。
【００３１】
【表１】
【００３２】
別の100mlのビーカー中で、21.5gの尿素を32.3gの水（40重量%の尿素溶液）に溶解した。尿素溶液を担体ブレンドに注入し、へらで混合した。その結果得られた燃料添加剤は、粘着性があり、ほとんどゲル状で観察された。153.8gの燃料添加剤は、約14重量％の尿素を含有した。
添加剤を#2ディーゼル燃料に添加して、0.225重量%の添加剤濃度及び1グラム/ガロンの尿素濃度を含む燃料配合物が得られた。7.14gの添加剤を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加し、所望の1グラム/ガロンの尿素濃度に達した。ディーゼル燃料添加剤の溶液を機械的攪拌器で、完全な溶解が行われる1〜1/2時間、勢いよく攪拌した。この工程で、添加剤を含有する透明で安定したディーゼル燃料が生じた。
【００３３】
実施例 2
本発明の例示的な燃料添加剤の濃縮物を製造した。実施例1の35gの燃料添加剤を、65g（77.7ml）の#2ディーゼル燃料に、250mlのビーカー中でへらで加えて混合した。ゲル状の添加組成物をディーゼル燃料中で攪拌し、全ゲル粒子が溶解する時間の1時間放置した。その結果得られた濃縮物は、0.8914の比重で透明な液体であった。濃縮物は、約4.9重量%の尿素及び65重量%のディーゼル燃料を含有した。
次いで、この実施例の濃縮物を#2ディーゼルホスト燃料に添加し、内燃機関で用いることができるような0.64重量%の添加剤濃度及び1グラム/ガロンの尿素濃度を含む燃料配合物を得る。20.4gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加し、所望の1グラム/ガロンの尿素濃度に達しさせた。濃縮物は、液体で粘着性はなかった。濃縮物は、勢いよく混合せずに、自然にディーゼル燃料に溶解した。本発明のこの実施例の「スプラッシブレンディング」特性は、濃縮物がホスト燃料と容易に混合されるという重大な利点を示す。その結果、濃縮物をホスト燃料とすぐに混合するために、製造場所から製油所へ効率的に運ぶことが可能である。
【００３４】
図1は実施例1の燃料添加剤及び実施例2の濃縮物についての3相グラフである。図1はまた、実施例1及び2の組成物を利用する最終形状の燃料を図示する。図1は、理想的な燃料添加剤を表し得る実施例1及び2の組成物が安定し、均質な単相組成物であると思われる濃度を図示する。図1はまた、組成物が、燃料添加剤として用いるのに適さない不安定な多相組成物であると思われるこれらの濃度を例証する。3相グラフは、3成分全ての有り得る組み合わせを表す。この作業で、3成分は、（頂点の）ディーゼル燃料、（右下の頂点の）担体、（左下の頂点の）40%の尿素溶液である。したがって、「担体」の頂点と「ディーゼル」の頂点の中間点は、これら2成分の50/50ブレンドになるであろう。グラフの中間点は、各成分の33.3%になるであろう。3相グラフ上の線は、均質及び濁った組成物の界面を示す。
【００３５】
このようなグラフの界面を測定するために、小さなサンプルを、3成分のうち、例えば、0.2gの担体及び0.8gのディーゼルの2つの公知の組み合わせで検量する。次いで、試験管の自重を計量し、溶液がちょうど濁ってくるまで、勢いよく混合しながら40%の尿素溶液を滴加する。試験管を検量し、尿素溶液の量を算出した。各3成分の公知の％に対応する三角形の点の位置を記入する。この工程を必要であれば何度も繰り返し、最初の2成分の割合は毎回変化する。結果は、3相系の単相及び多相領域の間の境界を描く点の集まりである。
液晶領域は、サンプルの粘着性の有無、（交差した偏光子の間で試験管を保持して）サンプルが偏光を回転させるかどうかを注意することによって認められる。
【００３６】
図1は、実施例1及び2で提供された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分から選択された組み合わせの分析を表す。カーブに沿った各点は、単相及び多相組成物の間の境界を測定するために本発明の一部として試験された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分の実際の組み合わせを表す。カーブ右側の全ての点は、本発明の実施に有用な単相組成物であり、一方、カーブ左側の組成物は、不安定で濁っていると測定され、又は多相組成物と測定された。カーブが左によればよるほど、生成され得る単相組成物の数が増加する。液晶領域は、添加剤が安定した単相組成物であるが、よりゲル状である領域を表す。
本発明の実施に有用な最適組成物は、（100%の燃料を表す）グラフの頂点からカーブ右側にほぼ接する点までの直線を引くことによって識別することができる。この線に沿う組成物は、単相組成物中で保持することができる窒素の最適な最大レベルを表す。図1の線で示されるように、最適添加剤は、実施例1の記載のとおりであり、約35%の尿素/水の濃度及び約65%の担体ブレンドの濃度を有する。理想的な濃縮範囲は、約65%の燃料濃度で識別することができる。実施例2は、65%の燃料濃度で表される。理想的な燃料の最終形状組成物は、燃料の94%又はそれ以上の量である。
【００３７】
実施例 3
本発明のさらなる例示的な燃料添加剤の濃縮物を製造した。400mlのビーカーに、以下の表に挙げた構成成分をへらで加えて混合し、100g（34/33/33重量%）の担体ブレンド組成物が生成された。
【００３８】
【表２】
【００３９】
100gの担体ブレンドを71.5gの#2ディーゼル燃料に加えて混合した。担体ブレンドはディーゼル燃料にすぐに溶解した。
100mlのビーカーに別に、40gの水を、26.7gの尿素に尿素が溶解するまで加えて混合した。40重量%の尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル組成物に添加した。溶液は、混合の数分後、透明で均質になった。その結果得られた燃料添加剤の濃縮物は、20rpmで#3スピンドルを備えるブルックフィールド粘度計で測定されるように22℃で435センチポアズの粘度であった。20℃での濃縮物の比重は0.9632であった。濃縮物は11.2重量％の尿素及び30重量％のディーゼル燃料を含有した。濃縮物は、多少粘着性があるけれども、処理及び輸送の目的に有用な濃縮物を製造するのに吸引可能である。
次に、実施例3の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。ホストディーゼル燃料中の尿素1ガロンにつき1gを供給するために、実施例3の8.9gの濃縮物の形状を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料（0.28重量％の濃縮物）に添加した。濃縮物は、多少粘着性があるけれども、混合後完全にディーゼルに溶解し、透明で均質な溶液になった。
【００４０】
実施例 4
本発明の別の燃料添加剤の濃縮物を製造した。実施例3のように、以下の表に挙げた構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100gの担体ブレンド組成物が生成された。
【００４１】
【表３】
【００４２】
次いで、250gの#2ディーゼル燃料を担体ブレンドに添加した。担体ブレンドはディーゼル燃料にすぐに溶解した。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル燃料混合物に添加した。尿素水溶液は担体ブレンド/ディーゼル溶液にすぐに溶解し、22℃で40cps以下の粘度及び0.9085の比重を有する透明で均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。濃縮物は6.4重量%の尿素及び60重量%のディーゼルを含有した。
【００４３】
実施例4の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。ディーゼル燃料中の尿素1ガロンにつき1gを供給するために、15.6gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加して、0.49重量%の濃縮物の添加濃度に達した。液状濃縮物は、ほとんど混合せずに、ディーゼル燃料に有利かつすぐに溶解した。他の実施例でのように、ホスト燃料を含む濃縮物を容易にブレンドすることによって、精油所から遠い所で濃縮物を製造し、ホスト燃料とスプラッシブレンディングするために組成物を精油所に容易に輸送して、最終形状の燃料を生成することが可能である。
【００４４】
図2は、実施例3及び4で提供された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分から選択された組み合わせの分析を表す。カーブ及び希釈経路に沿った各点は、組成物が多相又は単相組成物である点を測定するために、本発明の一部として試験された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分の実際の組み合わせを表す。カーブ右側の全ての点は、本発明の実施に有用な単相組成物である。図2は、新種の組成物を用いて製造することが可能な、多くの最適な安定した均質な添加剤、濃縮物及び最終形状の燃料の組み合わせが存在することを例証する。さらにデータは、本発明の組成物が、1容量単位の担体ブレンドにつき窒素を含有した多量の化合物を溶解するのに非常に有効性が高いことを示す。
図3は、図2の上部を表し、ディーゼル燃料の80%以上の量を含む実施例3及び4の組成物の性質をより詳しく示す。図3は、組成物が約80〜99.99.％の燃料濃度を有する最終形状の燃料組成物において安定し、均質であることを例証する。
【００４５】
実施例 5
C11アルコールエトキシレートを3モルのEOと組み合わせて燃料添加組成物を製造した。実施例4でのように、以下の表に挙げた構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100g（34/33/33重量％）の担体ブレンド組成物が生成された。
【００４６】
【表４】
【００４７】
100gの担体ブレンド組成物を250gの#2ディーゼル燃料に加えて混合し、担体ブレンドがディーゼル燃料にすぐに溶解することが観察された。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、40重量%の尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル燃料混合物に添加した。もう一度、尿素水溶液は担体ブレンド/ディーゼル溶液にすぐに溶解させ、22℃で40cps以下の粘度及び約0.9085の比重を有する透明で均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。濃縮物は、6.4重量%の尿素及び60重量%のディーゼルを含有した。
【００４８】
実施例5の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。15.6gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加して、0.49重量%の濃縮物の添加濃度及び1ガロンのディーゼル燃料につき1gの尿素に達した。液状濃縮物は、ほとんど混合せずに、ディーゼル燃料に有利かつすぐに溶解した。実施例4の組成物は容易に吸引することが可能である。
図4は、実施例5の組成物が安定し、均質な単相組成物である構成成分濃度を示す3相グラフである。実施例3及び4の組成物はまた、比較の基盤として実線で図4に示す。図4は、本発明の添加の形成で、約56%以下の尿素/水の濃度を有する場合、実施例5の組成物は安定することを例証する。濃縮物は約30〜70％及び約52％の燃料で安定する。
【００４９】
実施例 6
本発明の例示的な燃料添加剤の組成物を製造した。例示的な組成物は、分岐状のアルコールエトキシレートを用いて生成された。
表は、実施例6の担体ブレンドを製造するために使用される構成成分を示す。
【００５０】
【表５】
【００５１】
実施例6のためのアルコールエトキシレートは、Exxon-Mobilから入手可能なイソC10アルコールであるExxal-10を用いて製造された。分岐状アルコールを、1モルのアルコールにつき2.5モルのEOでアルコキシル化した。
実施例6の組成物を実施例3〜5と同様に製造した。表5に挙げた3つの構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100g（34/33/33/重量％）の担体ブレンド組成物が生成された。次いで、250gの#2ディーゼル燃料を担体ブレンドに添加した。担体ブレンドはディーゼル燃料にすぐに溶解した。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、40重量%の尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル燃料混合物に添加した。尿素水溶液は担体ブレンド/ディーゼル溶液にすぐに溶解し、22℃で40cps以下の粘度及び約0.9085の比重を有する透明で均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。濃縮物は、6.4重量%の尿素及び60重量%のディーゼルを含有した。
【００５２】
実施例6の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。ディーゼル燃料中1ガロンの尿素につき1gを供給するために、15.6gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加して、0.49重量%の濃縮物の添加濃度に達した。
図5は、安定し、均質な単相組成物であるこれらの組成物を測定するために評価された実施例6の実際の組成物を表すデータポイントを示す3相グラフである。実施例3及び4の組成物はまた、点線で図4に示す。図5は、実施例6の添加組成物が約76%以下の尿素/水の濃度で安定することを例証する。濃縮物は、約4〜28重量％の尿素を含む20〜80重量％の燃料濃度で安定する。
【００５３】
実施例 7
実施例7は、ガソリン中の本発明の有効性を例証するために製造された。組成物を、以下の表6に示す構成成分を構成する担体ブレンドを含む実施例4にしたがって製造した。
【００５４】
【表６】
【００５５】
100gの担体ブレンドの構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100g（34/33/33重量％）の担体ブレンド組成物が生成された。次いで、250gの市販された87オクタンレギュラー品質のMobilガソリンを担体ブレンドに添加した。担体ブレンドはガソリンにすぐに溶解した。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ガソリン混合物に添加した。尿素水溶液は担体ブレンド/ガソリン溶液にすぐに溶解し、透明で、均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。組成物は低粘度を有することが観察され、容易に吸引及び処理することが可能である。濃縮物は、6.4重量％の尿及び60重量％のガソリンを含有した。
【００５６】
図6は、実施例6の尿素/水、担体ブレンド及びガソリンから選択された組み合わせの分析を表す。データポイントは、図面に示される燃料、尿素/水及び担体ブレンドの濃度で製造及び評価された実施例6の実際の組成物を表す。データは、広範囲の濃度にわたって、本発明及びガソリンの配合物が安定し、均質な組成物を生成することを示す。
【００５７】
実施例 8
米国特許出願第5,746,783号（Compere等）の評価が行われた。Compereの特許は、尿素及び水の「マイクロエマルジョン」が、担体としてt-ブタノール、オレイン酸及びモノエタノールアミンの組み合わせを用いて、ディーゼル燃料で生成されると言われている多くの実施例を提供する。Compereの実施例7で、20gの尿素、100gの水、100gのt-ブタノール、180gのオレイン酸及び20gのモノエタノールアミンを1580gのディーゼル燃料と合わせ、試験用の燃料を提供する。この組み合わせは、水と釣り合うように1％の尿素、15％の担体及び79％のディーゼルを含有する。これは、NOxの削減に有効であると認められる尿素よりも、1ガロンの燃料/担体/水につき約33gの尿素に等しい。
【００５８】
図7及び8は、Compere組成物を本発明の組成物に関連づけるために記入されたCompere組成物の3相グラフである。100gのt-ブタノール、180gのオレイン酸及び20gのモノエタノールアミンの組み合わせを水中40％の尿素溶液を含む担体として用いた。
結果は図7に示す。図7の評価は、前の実施例で示すような本発明の好ましい組成物で得られるものよりもかなり小さな単相領域を示す。
図8は、図7の上部の拡大図である。この図で、相グラフの最大希釈部分において、Compereの実施例7の配合物の形状は、添加剤の約0.5％以下の希釈を認めない。低濃度で界面に対する接線は、添加剤中の尿素溶液の最大フラクションは7/20であることを示す。
【００５９】
（図8にも示すように）本発明からの好ましい配合物形状の界面に対する接線は、添加剤中11/20の尿素溶液の最大フラクションを許容している。
Compere等の他の実施例では、エンジンの性能を実証するいかなるデータなしに、1ガロンのディーゼル燃料につきより高い尿素の量でさえも使用する。
したがって、本発明は、Compereでの場合よりも溶液中により窒素を含有した化合物を保持するために、担体ブレンドを効能的にほとんど必要としない。その結果、本発明の燃料の熱含量及び本発明の燃料に必要な空気/燃料比は、製造者の仕様書に類似している可能性がある。
【００６０】
実施例 9
尿素及び水のブレンドを40℃以上に加熱して、透明な溶液が生成された。次いで、この溶液をエトキシレート化された脂肪酸に添加し、ジエタノールアミド及びより高いアルコールエトキシレートを組み合わせたものに添加した。その結果得られた組成物は、ディーゼルに添加したとき、安定して透明な溶液であった。組成物は、温度許容度が-10℃〜90℃であった。
【００６１】
実施例 10
本発明の例示的な燃料添加剤を滑性に対して評価した。硫黄含量が減少したために、多くの分野で現在不利に使用されている極端に低い硫黄ガソリンは滑性を減少させるので、添加剤の滑性は重要な性質である。減少した燃料の滑性は、エンジン部での磨耗を増大させ、エンジン効率を低下させ、車輌が燃料の1容量単位につき走行できる距離を減らす。燃料添加剤による滑性の測定可能なあらゆる増加は、利点を示すであろう。
滑性評価で使用するための濃縮物は、容量％をベースにして製造された。担体ブレンド（50/25/25容量％）は、以下の表7に示す容量％にしたがって生成される以下の構成成分から構成される；
【００６２】
【表７】
【００６３】
60.％の水及び40％の尿素の溶液を生成し、1：1の容量ベースで担体ブレンドに加えて混合し、滑性評価で使用するための添加剤が形成された。
欧州基準である極端に低硫黄のガソリン（RF08A85）を滑性評価に利用した。各燃料サンプルを、以下の表8に示す重量％の添加剤とブレンドした。
次いで、燃料サンプルを、ASTM基準D3079-99 Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR)によって、滑性について試験した。HFRRテストで、燃料で覆われた基準部分についての磨耗性を測定する。その部分の磨耗量が増加すればするほど、燃料による滑性は減少する。滑性データは以下のとおりである；
【００６４】
【表８】
【００６５】
データは、本発明の組成物が、変更された基準燃料に対し磨耗性の著しい減少及び滑性の増加をもたらすことを示す。滑性におけるこの改善は、エンジン効率の増大及びその結果として、排出の減少ならびに車輌が燃料の1容量単位につき走行できる距離を増加させるものと考えられる。
【００６６】
実施例 11
次に、本発明の燃料添加剤を、欧州基準の極端に低硫黄のガソリン（RF08A85）を蒸留して添加剤の効果を測定するために評価した。ガソリン燃料の沸騰範囲の低下は、組成物がエンジンでより完全に燃焼し得ることを示す。より完全な燃焼は、（NOX排出を減少させる）排出物をほとんど生じず、結果としてより効率的にエンジンを操作できる。例えば、蒸留温度の低下がエンジン効率を増大させることを主張する米国特許出願第6,030,521号（Croudace等）を参照のこと。
基準ガソリンの3つの1Lサンプルが得られた。実施例10に記載のような添加剤を製造し、以下の表9に示す重量％で3つのガソリンサンプルに添加した。
【００６７】
3つのガソリンサンプルを、British Institute of Petroleum Standard IP 123にしたがって、蒸留した。IP 123基準にしたがって、燃料を気圧で約200℃の最終温度に加熱した。燃料の所定フラクションが回収される温度を測定し、記録した。より低温度での蒸留燃料を多量に回収することは、燃料の沸点が低下し、さらに燃料がより低温度で燃焼し、その結果排出量が減少して効率が上がることを示す。小さな温度差は、場合によっては燃料効率の重大な改善を表す。燃料蒸留のデータは以下のとおりである：
【００６８】
【表９】
【００６９】
ガソリンの蒸留データは、本発明の例示的な添加剤が燃料の沸点を低下させ、より低温度で回収された燃料の割合を増加させることを例証する。添加剤のこの性質により、よりよい燃焼特性及び減少した排出生産量を生じることが期待される。
【００７０】
実施例 12
次に、本発明の燃料添加剤を、ASTM基準D6079-99にしたがって、欧州基準である極端に低硫黄のディーゼル燃料（FR73A93）における滑性について評価した。実施例10によって、添加組成物が生成された。添加剤を表10に示す重量％の量で6つのディーゼル燃料サンプルのうち5つに添加した。次いで、ディーゼル燃料をASTM基準によって、滑性について評価した。滑性結果は以下のとおりである：
【００７１】
【表１０】
【００７２】
部分的な磨耗性は、本発明の添加剤を含有する全てのサンプルで減少した。データは、添加組成物が、得られたエンジンでの燃料滑性の増大及び車輌の操作利点に有用であることを例証している。
【００７３】
実施例 13
次に、本発明の燃料添加剤を、欧州基準である極端に低硫黄のディーゼル燃料（FR73A93）を蒸留して添加剤の効果を測定するために評価した。6つのディーゼル燃料の組成物を実施例12のように生成した。実施例13に用いられる燃料添加剤を、実施例10のように製造した。各ディーゼル燃料サンプルに添加された重量％の燃料添加剤は以下の表11に示す。
ディーゼル燃料サンプルを、British Institute of Petroleum Standard IP 123にしたがって、蒸留した。6つの1Lディーゼル燃料サンプルを約367℃の最終温度に加熱した。ディーゼル燃料所定のフラクションが回収される温度を以下の表11で測定し、記録した。ディーゼル燃料の蒸留データは以下のとおりである：
【００７４】
【表１１】
【００７５】
データは、本発明の添加剤がディーゼル燃料の沸点を低下させ、より低温度で回収される燃料量を増加させるのに効果的であることを示している。最大の添加濃度を含むディーゼル燃料組成物のサンプル5は、ホスト燃料の沸点及び蒸気圧に対して最も顕著な変更を例証した。これらのデータは、添加剤の低い濃度がホスト燃料の蒸留性質を改変するのに効果的であることを例証している。
【００７６】
実施例１４
次いで、発明の燃料添加剤を評価し、そのＮＯX及び微粒排出物に対する削減効果及び単位燃料体積あたりの車両走行距離についての燃料の全般的効率に対する効果を測定した。評価は、発明の添加剤を異なる濃度で含む燃料組成物を用いて運転したエンジンの性能を添加剤を含まない基準燃料に対して評価することによって行った。
カミンズエンジンを４つの異なる運転モードで動力計にかけ、発明の具体例の添加剤を含む様々な燃料に対して基本燃料を評価した。実施例に用いたエンジンは、カミンズエンジン８５５ＣＩ４ストロークターボ過給型中間冷却型ディーゼルエンジンであった。エンジンは、１５００ＨＰ等級スーパーフローエンジン動力計モデルＳＦ３１００（SuperFlow Engine Dynamometer Model SF3100）につないだ。スーパーフロー改良型テストコンソール（SuperFlow Advanced Test Console）を用いて動力計データを記録した。
【００７７】
微粒物質のためのシエラマイクロ希釈テストスタンドシステムモデルＢＧ−２（Sierra Micro Dilution Test Stand System Model BG-2 for Particulate Matter）を用いて微粒排出物を測定した。この完全にコンピュータ化されたマイクロ希釈システムは、いかなるサイズのエンジンの微粒排出物を評価するのにも用いられ、ＩＳＯ８１７８−４又はＣＡＲＢによって定義される幅広い定常状態条件にわたって、完全希釈系と相関する再現可能な値を生成する。
【００７８】
テスト装置は、異なるエンジンスピード（ＲＰＭ）とトルクで排出物を測定した。ＮＯX排出物は、モデル９５１ベックマン化学ルミネセンスＮＯ／ＮＯX分析計（Model 951 Beckman Chemiluminescence NO/NOX Analyzer）で測定し、ＣＯ排出物をモデル３４００ミルトンロイ非分散型赤外ＣＯ及びＣＯ2ガス分析計を用いて測定した。Ａ．Ｊ．Ｕ．Ｍ．エンジニアリング加熱型水素炎イオン化全炭化水素分析器モデルＶＥ７（A.J.U.M. Engineering Heated Flame Ionization Total Hydrocarbon Analyzer Model VE7）を用いて炭化水素排出物を測定し、酸素排出物はテレダイン分析器具酸素検出器（Teledyne Analytical Instruments Oxygen Detector）で調べた。ウエイジャー光減衰不透明度計モデル６５０Ａ（Wager Light Extinction Opacity Meter Model 650A）を用いて微粒排出物を測定した。ここでいう微粒排出物とは、通常、ディーゼルエンジン排気として排出される黒煙中に存在するｐｍ１０指定成分である。
エンジン動力計テストに用いた４つのエンジンモードはそれぞれ自動車両の異なる運転状態を示す。それらモードは下記とおりである：
【００７９】
【表１２】
【００８０】
モード１は、アイドリング状態のエンジンを表す。モード１は、特にバスや高荷重のトラックについて、エンジン運転のかなりの部分がアイドリングモードで占められるので、排出物生成に関して重要なモードである。例えば、バスエンジン運転の約３０％がアイドリングモードで実行されると見積もられている。
モード２は、重車両荷重状態をシミュレートする。モード３及び４は、走行状態を示す。
エンジンテストで用いる燃料添加剤もまた、実施例１０に従って製造した。燃料添加剤は次いでＣＡＲＢ仕様ＮＯ．２ディーゼル燃料と配合し、エンジン評価に用いる８つの燃料配合物を作った。燃料添加剤は、下記の表１３に示す重量％燃料添加剤濃度に到達するよう基準燃料に添加した。表１３において、「ＨＣ」及び「ＣＯ」は、それぞれ炭化水素及び一酸化炭素を表し、「ＰＭ」はエンジン微粒排出物を表す。
【００８１】
【表１３】
【００８２】
添加剤を含む燃料配合物は、４つのテストモードすべてにおいて、ＮＯX及び他の微粒排出物で有利な減少を示した。モード１、アイドリングモードにおいて、発明の添加剤を含む配合物は、基準燃料に対してＮＯX排出物が平均２１．５４％少なくなった。少なくとも１つの燃料配合物（サンプル４）は、未改質燃料に対し３８．７８％のＮＯX排出削減を達成した。サンプル３と５では微粒排出物に測定できる差はなかった。
モード２において、発明の添加剤を含む配合物は、ＮＯX排出物が平均１５．３１％少なかった。サンプル４は、未改質燃料に対し２０．５１％のＮＯX排出削減を達成した。この高トルクモードでは、微粒排出物が約３７％削減された。
【００８３】
モード３において、ＮＯX排出物の削減％は、未改質燃料に対し平均６．７８％であった。微粒排出物は、モード３では、約４６％削減された。サンプル４は、未改質燃料の平均よりＮＯX排出物が１０．１６％少なかった。
モード４の結果から、発明の組成物は未改質燃料の平均より平均３．４８％ＮＯX排出削減に効果があることが分った。微粒排出物は、モード４において、添加剤を含まない燃料組成物に対し約２８％削減された。サンプル４は、未改質燃料の平均ＮＯX生成に対しＮＯX排出物を５．６８％削減した。市街地環境のような環境において、エンジン評価データにある量でＮＯX排出物及びその他排出物を削減することは、空気の質を相当改良することになろう。
【００８４】
本発明の原理を具体的な実施態様との関わりで記載してきたが、これらの記載が例としてなされたのにすぎず、本発明の範囲を制限する意図はないと明確に理解されるべきである。
この開示には、実施例で示すように、新規で進歩的な特有の特徴がいくつかある。開示は、請求すべき独占権の一部としてそのような特徴の組換えをそれぞれすべて含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１及び２による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図２】 実施例３による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図３】 図２の一部を示す3相図であり、ディーゼル燃料が実施例３の組成物の80％以上の量で存在している。
【図４】 実施例５による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図５】 実施例６による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図６】 実施例７による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図７】 添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図８】 図７の一部を示す3相図である。
発明の分野
この発明は、一般に燃料添加剤および該添加剤を有する配合された燃料およびその製造方法に関する。
【０００２】
発明の背景
内燃エンジンの排ガスの減少は、世界的に自動車産業が直面している基本的な問題である。窒素酸化物（ＮＯX）の排出は、環境に対するその明らかな影響のために、規制監視が厳密になりつつある一種のエンジン排出ガスである。内燃エンジンからのＮＯXの排出は、例えば、オゾンの生成における前駆体であるとされており、さらにスモッグのようなその他のタイプの大気汚染の形成の原因であるとされている。
ディーゼルエンジンは、これらのタイプのエンジンからの排出ガスが一般にＮＯXと共に大量の微粒子を含んでいるという点において、自動車および輸送産業にさらなる問題を提起している。微粒子の排出は、エンジンから排出される黒煙に存在する。現在、ディーゼルエンジン微粒子の排出は、フィルター又は触媒変換機を用いて制御できる。これらの排出制御装置は微粒子の排出の低下に有効であるが、ＮＯX排出の低下に有効であるとは考えられない。
【０００３】
内燃エンジンからＮＯX及び微粒子の排出を減少させる試みがなされている。しかし、これらの公知の排出制御システム及びストラテジには、関連した欠点がある。
ＮＯXの排出を減少させる公知の方法の1つは、燃焼後の排ガスの処理を含む。例えば、PCT特許公報WO98/22209A1 [Peterhoblynら]は、水性尿素溶液をタンクからエンジン排ガス多岐管に導入する選択的な触媒還元(SCR)の使用を開示している。尿素含有排ガスは、次いで、全く気化されない水や尿素を捕捉する小孔構造に直結される。その後、排ガスは、ＮＯX還元触媒構造を介して連結される。PCT特許公報WO99/01205 [Markoら]は、気体のアンモニアが燃焼後の排ガスに導入され、次いで還元触媒で処理される別のタイプのSCRを開示している。
【０００４】
また、米国特許No.5,783,160 [Kinugasaら]、5,992,141 [Berrimanら]及び5,609,026 [Berrrimanら]は、気体アンモニアが燃焼後の排ガスに導入され、次いで触媒で処理されるタイプのエンジン排出処理を開示している。触媒変換機のような、エンジン排気を処理し、ＮＯX排出を減少させる装置を開示する他の文献には、米国特許第5,522,218 [Laneら]及び5,791,139 [Takeshiら]が含まれる。
上記のＮＯX減少システムには、全て、システムの操作に多数の高価な機械構造を要するため、欠点がある。
燃焼後の排ガスを処理する別の方法は、排ガスの再循環(EGR)として知られる方法を含む。このようなシステムはPCT特許公報WO97/04045A1 [Peterhoblynら]に開示されており、ここでは、微粒子のトラップ及び白金属触媒組成物と組合せたEGR、又はエンジンタイミング修正の使用が開示されている。このシステムは、ＮＯXの排出減少に有効であるかもしれないが、高価な機械的部材及び触媒成分を不都合に要する。
【０００５】
ＮＯX排出を減少させるさらに別の公知の方法は、米国特許第5,584,265 [Raoら]に示されるように、エンジン燃焼チャンバーへの直接的な選択的還元剤の導入を含む。Raoによれば、アンモニア、ヒドラジン又はシアヌル酸のような選択的還元剤は、機械的な材料-供給装置と組み立てられたピストン-シリンダー内部に注入される。還元剤は、車輌内のタンクに貯蔵する。還元剤は燃焼中に反応して、ＮＯX濃度を低下させた排ガス流を生じる。Rao特許のシステムは、燃焼チャンバーに正確な量の還元剤を導入するため、複雑で高価な機械的装置を用いる必要があるという不都合がある。
種々の燃料添加剤及び配合物が、ＮＯXの排出を減少させる手段として提案されている。これらの組成物の1種は燃料中の水を可溶化し、それにより、装荷燃料を冷却させ、ＮＯX排出を減少させる。そのような例の1つは、本出願人の以前の2つの研究を開示するPCT特許公報WO98/17745 [Hazelら]に示されている。Hazelの発明は、燃料に存在する水を可溶化する界面活性剤を提供している。界面活性剤は、アルコキシル化アルコール、ジエタノールアミド及びポリエチレングリコールモノエステルからなる。PCT特許公報WO00/15740 [Dalyら]は、液体燃料、水、乳化剤、乳化安定剤又は燃焼変性剤として機能しうるアミン塩を含む乳化された水-ブレンド燃料組成物を開示している。これらの組成物は、ある適用では有効であるが、ＮＯX排出の減少に最適ではなく、ＮＯX-還元剤の可溶化に有効ではない。
【０００６】
ディーゼル燃料からの排出の全体的な減少に対する別の試みは、ディーゼル燃料中の無水又は水和エタノールを安定化させ、それにより全体的な燃料炭化水素-含量を低下させる界面活性剤システムの使用を含む。米国特許No.6,017,369 [Ahmed]は、ディーゼル燃料、エタノール、脂肪酸のアルキルエステル、安定化添加剤及び任意の助溶剤を含む可溶化したディーゼル燃料組成物を開示している。安定化添加剤は、伝えるところによれば、燃料組成物の構成を均質化する。安定化剤は、(1)エトキシル化アルコール、セタンブースタ及び抗乳化剤の混合物又は(2)エトキシル化アルコール、アミド及びエトキシル化脂肪酸の混合物のいずれかであると報告されている。伝えるところによれば、Ahmed組成物は、(組成物中のディーゼル燃料の％の低下の結果として)ディーゼル燃料の排出を徐々に減少させるには有効であるが、ＮＯX又は微粒子の排出減少についての特定の断定を全く開示していない。
【０００７】
米国特許第5,746,783 [Compereら]は、ベースのディーゼル燃料組成物に加えると、ディーゼルエンジンからのＮＯX排出量を低下させると言われる尿素又はトリアジンのマイクロエマルジョンを開示している。マイクロエマルジョンは、t-ブチルアルコール、水、オレイン酸及びエタノールアミンと混合した尿素又はトリアジンからなる。Compereの特許の組成物は、ＮＯXを減少させる必要とされるよりも高レベルの尿素を要するために欠点がある。さらに、この組成物は、組成物に尿素を維持するために、実際的又は経済的なレベルよりも高レベルの可溶化剤を要する。この組成物を含む燃料は、より低いBTUとより低いセタン数/指数を有し、燃料を標準的な仕様外にさせ得るという欠点を生じると考えられる。さらに、この組成物を含む燃料を用いると、産業で利用される高度な燃料希釈物では透明でも均質でもないことが立証される。
【０００８】
内燃エンジンからのＮＯX及び微粒子の排出を減少させる改良方法を提供する必要性に加えて、燃料の添加剤又は配合燃料は、燃料技術に関連した他の問題を克服するのに有用であるべきである。添加剤は、配合燃料が広い温度領域にわたって安定で、均質な混合物であるようなものであるべきである。さらに、現在製造されている低硫黄及び極端に低硫黄のディーゼル燃料は、燃料の硫黄含量が少量である結果、滑性を欠いている。滑性の低下はエンジンの磨耗の原因となり、車輌が燃料1容量当たり走行できる距離を縮小させる。燃料添加剤又は配合燃料が、これらの低硫黄及び極端に低硫黄の燃料の滑性を改善することが望ましい。
【０００９】
さらに、燃料組成物にノニオン性界面活性剤を使用した場合に直面した材料の取扱いの重要問題は、多くのノニオン性界面活性剤の流動性の欠落である。具体的には、このようなノニオン性界面活性剤は、水とブレンドするとゲル状態で存在する。溶媒は、このような界面活性剤組成物に対して所望の粘性を付与するのに必要である。溶媒の添加は輸送費に加わり、燃料と添加剤との混合で問題を生じる可能性がある。したがって、好ましくは、界面活性剤は、ホスト燃料自体が溶媒として使用できるように選択すべきである。これは、運送でき、容易にホスト燃料とコールドスプラッシブレンド(cold splash blend)できる燃料添加濃縮物の配合を可能にするであろう。
燃料とブレンドすると、燃料がそのBTU含量に物質的に影響することなく内燃エンジンで燃焼する際の燃料ＮＯX及び微粒子の排出レベルを低下させ、車輌の機械改良なしに使用でき、燃料の滑性を改善し、配合及び取り扱いが容易な改良された燃料添加剤は、当該分野で重要な進歩となるであろう。
【００１０】
発明の目的
従来技術の問題及び欠点の幾つかを克服する、改良された燃料添加剤及び添加剤含有燃料を提供することが、この発明の目的である。
この発明の別の目的は、燃料とブレンドすると、内燃エンジンで燃焼した際のＮＯXの排出レベルを低下させる燃料配合物を生じる、改良された燃料添加剤を提供することである。
また、この発明の目的は、燃料とブレンドすると、内燃エンジンで燃焼した際の微粒子の排出レベルを低下させる燃料配合物を提供する、改良された燃料添加剤を提供することである。
さらに、この発明の別の目的は、燃料とブレンドすると、燃料のBUT保持に実質的に影響を及ぼさない改良された燃料添加剤を提供することである。
【００１１】
この発明のさらなる目的は、燃料とブレンドすると、特に低硫黄及び極端に低硫黄の燃料において改良された燃料滑性を生ずる改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の他の1つの目的は、燃料とブレンドすると、燃料を用いて車輌が燃料1容量単位当たりさらなる距離を走行できる、改良された燃料添加剤を提供することである。
また、この発明の目的は、燃料とブレンドすると、極めて高温及び低温を含めて、安定で、均質な燃料組成物を生じる、改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の別の目的は、例えば個別の構成要素、添加剤、濃縮物、又はブレンドした最終形態の燃料を含む、物理状態を異にした供給が可能な燃料添加剤を提供することである。
【００１２】
1つの目的は、相分離することなく、いずれかの必要な希釈でホスト燃料中に可溶化するよう配合し得る添加剤を提供することである。
発明の目的は、広範囲の燃料に添加でき、火花点火及びディーゼルエンジンに使用でき、4-ストロークならびに2-ストロークのエンジンに使用可能な燃料添加剤を提供することである。
さらに、この発明の別の目的は、特に水が燃料中に存在する際に、燃料の相分離を回避するのに有用な、改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明のさらに別の目的は、燃料とブレンドした際に、エンジン燃焼チャンバーにＮＯX還元化合物を導入する効率的で安価な方法を提供する、改良された燃料添加剤を提供することである。
【００１３】
この発明のさらなる目的は、燃料とブレンドした際に、エンジン燃焼チャンバーにＮＯX還元剤を導入するか、又は燃焼後の排ガス流を処理するための高価な機械装置についての必要性を回避する、改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の目的は、輸送に経済的な改良された燃料添加剤を提供することである。
この発明の別の目的は、容易に配合でき、燃料と容易に混合できる改良された燃料添加剤を提供することである。
発明のこれらの及び他の目的は、以下の記載及び実施例から明らかになるであろう。
【００１４】
発明の要約
この発明の目的は、燃料と混合した際に、燃料の肝要部分として、内燃エンジンの燃焼点まで窒素含有化合物を送達する仕方を提供する燃料添加剤を提供することである。添加剤は、エンジン排ガス流からのＮＯXの排出を(トラップ装置を用いて又はそれを用いずに)減少させ、微粒子の排出を減少させ、性能を損なわずにクリーナー燃焼燃料に関連した通常の利点を生ずる。添加剤を含有する燃料は透明な均質混合物で、通常の燃料送達ラインを介して直接燃焼点まで有利に導入でき、それにより、従来技術に一般的な、高価な機械的な物質供給装置がエンジンまで窒素含有化合物を供給する必要性を回避することができる。
ＮＯX還元剤は、ディーゼル、ガソリン、ケロシン、アルコール及び水性燃料ブレンドをはじめとする多くのタイプの燃料で有用性を有する。発明の添加剤は、燃料の効率を改善すると予想される方法で、燃料の沸点を有利に変更する。驚くべきことに、この発明は、排ガス流からＮＯX排出を減少させるのみならず、燃料の滑性を増し、エンジンの磨耗を減少させ、車輌が燃料の容量単位当たりに走行できる距離を増す。
【００１５】
組成物は、使用者の要求に基づいて異なる形態で製造できる。これらの形態には、添加剤、濃縮物及び添加剤又は濃縮物を含む最終形態の燃料が含まれる。添加剤の好ましい形態には、尿素、シアヌル酸、トリアジン、アンモニア及びその混合物からなる群から選択される窒素含有化合物が約3〜35重量％含まれる。尿素は、その豊富さ、低価格及び水との混合の容易性のために、もっとも好ましい窒素含有化合物である。尿素は、添加剤組成物の約10〜32重量％からなることが好ましく、この発明のもっとも好ましい形態には、この発明の添加剤形態に12〜28重量％の尿素を含むものである。
好ましい添加剤組成物は、さらに約0.0025〜25重量％の水を含む。尿素を用いる際には、尿素をここに記載するように水と混合することが好ましい。
【００１６】
さらに、好ましい添加剤は、添加剤中の窒素含有化合物を可溶化するようなノニオン性界面活性剤の担体ブレンドを約30-97重量％含む。好ましい担体ブレンドは、以下の一般構造
【化１９】
【００１７】
さらに、新規な担体ブレンドは、以下の一般構造：
【化２０】
【００１８】
さらに、好ましい担体ブレンドは、以下の一般構造：
【化２１】
【００１９】
この発明の濃縮形態では、組成物は、約80〜20重量％の上記添加剤と共に、約20〜80重量％の溶媒を含む。溶媒は、ホスト燃料からなることが好ましい。濃縮物の製造で用いるのに適当な好ましい溶媒には、ディーゼル、ガソリン及びケロシン燃料が含まれる。
内燃エンジンで用いるための最終的な燃料組成物形態では、この発明は、約97〜99.9重量％の炭化水素含有燃料及び約0.01〜3重量％の上記燃料添加剤を含む。
この発明は、以降で詳細にされるように、物質の組成及び各組成物形態の製法を含む。
【００２０】
明細書及び請求の範囲をとおして用いられるように、「6〜16個の炭素原子」、「C6〜C16」及び「C6-16」のような用語は、ある範囲内の種々の長さの炭素原子鎖を意味し、分枝、環式及び直鎖状形態を含む種々の形態が許容されることを意味するために用いられる。さらに、用語は種々の飽和度が許容されることを意味する。さらに、例えば「C17」又は「2.5モルのエトキシル化」を含む構成成分の記載は、構成成分が記載される平均的な量又は範囲で主要画分に分布していることを意味し、したがって、かかる記載が分布内に多種が存在する可能性を排除しないことは、当業者には容易に知られている。この発明の構成成分は、単離されるかあるいは混合物中に存在してもよく、この発明の範囲に含まれる。
【００２１】
図面の簡単な説明
図は、この発明の上記の特性及び特徴を含む好ましい具体例の態様を示している。発明は、説明及び図面から容易に理解されるであろう。図面において：
図１は、実施例１及び２による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図２は、実施例３による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図３は、図２の一部を示す3相図であり、ディーゼル燃料が実施例３の組成物の80％以上の量で存在している。
図４は、実施例５による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図５は、実施例６による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図６は、実施例７による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
図７は、添加剤の溶解度を示す3相図である。
図８は、図７の一部を示す3相図である。
【００２２】
好ましい具体例の詳細な説明
この発明は、ディーゼルエンジン及び火花点火機関を含む内燃エンジンで用いるための燃料添加剤を提供する。この発明は、添加剤、濃縮物、又は最終的な燃料形態を含む種々の形態で製造することができる。この発明は、組成物を含む燃料をはじめとする組成物の製造方法を含む。
この発明の組成物は、燃料中で窒素含有化合物を可溶化するのに効果的である。窒素含有物質は、燃料の一部としてエンジン燃焼チャンバーに入り、燃焼中に反応してＮＯXの排出を減少させる。窒素含有化合物をホスト燃料の成分として提供することにより、エンジン燃料チャンバー又はエンジン排ガス流に窒素含有化合物を供給するために用いられる複雑で高価な機械装置を使用する必要性が回避される。この発明は、米国特許No. 5,746,783 [Compereら]のような従来の組成物に対してかなり有効である。というのは、燃料に窒素があまり必要とされず、また燃料中に窒素を維持する必要がある構成成分はほとんどないからで、これは、重要な経費削減の利点を生じる。
【００２３】
特定の理論に拘束されないならば、この発明の燃料添加剤は、担体ブレンドの性質のために、安定な、単相の添加剤、濃縮物及び最終的な燃料形態を大規模に製造するのに有効であると考えられる。ノニオン性担体ブレンドは、炭化水素含有燃料のような非極性マトリクスに低分子量の極性窒素含有化合物を可溶化する上でかなり有効である。
また、特定の理論に拘束されなければ、エンジンシリンダー内の燃料中の窒素含有組成物の燃焼は、分解され、ＮＯX排出と反応する反応種を生じる窒素含有組成物をもたらすと考えられる。シアヌル酸、トリアジン及びアンモニアは、反応すると尿素中間物を生じ、これはさらに分解されるとＮＯX排出と反応すると考えられる。生じた反応は、窒素ガス(N2)及び水を生じる。燃料に絶対必要な成分として窒素含有化合物を提供することによって、燃焼工程中、反応性の窒素含有組成物のレベルを連続的に維持し、それによりＮＯXの排出量を最大限に減少させることができる。
【００２４】
上記に要約されるように、窒素含有組成物は、尿素、シアヌル酸、トリアジン、アンモニア及びその混合物を含むことができる。添加剤の窒素含有構成成分は、約3〜35重量％の添加剤を含む。約10〜32重量％範囲の組成物は、尿素を用いる際に好ましい。もっとも好ましい尿素は、販売業者、例えばAshland Distribution Company, Industrial Chemicals and Sovents and Van Waters & Rogres Inc.から容易に入手できる。尿素の製造元には、Air Products and Chemicals,Inc. 及びAllied Signal, Inc., Specialty Chemicalsが含まれる。トリアジンは、Arch Chemicals, Inc. Norwalk, CTによって製造されている。シアヌル酸は、GAS Chemicals, Inc. Powell, OHによって製造されている。Van Waters & Rogersが、アンモニアの市販源である。
【００２５】
界面活性剤は、窒素含有組成物が最終的な燃料配合物に十分に可溶化されたエマルジョンを生じる。上記に要約されるように、担体ブレンドは、アルコキシル化アルコール構成成分、ポリアルキレングリコールエステル構成成分及びアルカノールアミド構成成分として広範囲に記載される3つの主要な界面活性剤構成成分からなる。
アルコキシル化アルコールは、約30〜75重量％の担体ブレンド組成物からなり、約33〜55重量％のそのような構成成分からなることが好ましい。アルコールエトキシレート、及びいずれかの他のアルコールアルコキシレートは、市販の酸化アルカリ、例えば酸化エチレン("EO")又は酸化プロピレン("PO")又はその混合物で、いずれかの直鎖状又は分枝状のアルコールをアルコキシル化して製造される。
【００２６】
この発明で用いるのに適当なアルコキシル化アルコールは、商標TomadolTMで、Tomah Products, Inc.[337 Vincet Street, Milton, Wisconsin 53563]から入手可能である。Tomadol製品の例には、Tomadol 91-2.5及びTomadol 1-3が含まれる。Tomadol 91-2.5は、アルコール1モル当たり平均2.5モルの酸化エチレンを有するC9、C10及びC11アルコールの混合物である。Tomadol 91-2.5の平均分子量は281と報告されており、HLB値(親水性/親油性バランス)は8.5と報告されている。Tomadol 1-3は、アルコール1モル当たり平均3モルの酸化エチレンを有するエトキシル化C11(主要比)アルコールである。Tomadol 1-3の平均分子量は305と報告されており、HLB値は8.7と報告されている。HLBが約8〜9の他のアルコールアルコキシレートも、この発明で用いるのに適当であろう。
アルコキシル化アルコールの他の源には、Hunsman Corp., 500 Huntsman Way, Salt Lake City, UT 84108, Condea Vista Company, 900 Threadneedle St., Houston, TX 77079及びRhodia, Inc., CN 7500, Cranbury, NJ 08512が含まれる。
【００２７】
ポリアルキレングリコールエステル構成成分は、約10〜60重量％の担体ブレンドを含む。この発明の担体ブレンドのさらに好ましい形態は、約25〜40重量％のポリアルキレングリコールエステル構成成分を含むが、さらに好ましい具体例は、約25〜33重量％のポリアルキレングリコールエステル構成成分を含む。モノエステルは、EO、PO又はその混合物を有する脂肪酸(例えばオレイン酸、リノレン酸、ラウリル酸、ココ脂肪酸、牛脂肪酸、ミリスチン酸)のアルコキシル化を介して製造される。ジエステルは、2当量の脂肪酸(例えばオレイン酸、リノレン酸、ココ脂肪酸、牛脂肪酸、ミリスチン酸)とのポリエチレングリコールの反応によって製造される。
この発明の実施に有用な代表的なポリアルキレングリコールエステルには、Lambent Technologies Inc. [7247N. Central Park Ave., Skokie, IL 60076]から入手可能なLumulseブランド62-O、ポリエチレングリコール600ジオレエート及びLumulse 40-O、ポリエチレングリコール400モノオレエートが含まれる。この発明の使用に適当な別のポリアルキレングリコールエステルには、BASF Coporation, Specially Chemicals, 300 Continental Dr., Mt. Olive, NJ17828のMapegブランド600-DOT、ポリエチレングリコール600ジタレートが含まれる。これらの薬品及び関連する薬品の他の供給元は、Stepan Co., Lonza, Inc.及びGoldschmidt, AG914 Randolph Rd., Hopewell, VA 23650である。
【００２８】
アルカノールアミド構成成分は、約10〜60重量％の担体ブレンドも含む。この発明の担体ブレンドのより好ましい形態は、約25〜40重量％のアルカノールアミド構成成分を含み、さらに好ましい具体例は、約25〜33重量％のアルカノールアミド構成成分を含む。アルカノールアミドは、一般に、モノ又はジエタノールアミドと脂肪酸エステルとの反応生成物である。
この発明での使用に適当なアルカノールアミドは、Mackamideの商標でMcIntyre Group [24601 Governors Hwy, Universuty park, IL 60466]から入手可能である。例えば、Mackamide MO、「Oleamide DEA」及びLAM「Lauramide MEA」である。アルカノールアミドの他の市販源はRhodia, Inc.及びGoldshcmidt AGである。
【００２９】
構成成分を組合わす特定の順序はない。燃料添加組成物の製造法は、好ましくは、約40〜50重量％の窒素含有化合物を約50〜60重量％の水と混合して水性窒素含有組成物を製造することを含んでいてもよい。尿素は、方法で用いる窒素含有化合物のもっとも好ましいタイプである。担体ブレンドは、いずれかの順序で、約30〜75重量％のアルコキシル化アルコール、約10〜60重量％のポリアルキレングリコールエステル及び約10〜60重量％のアルカノールアミド構成成分を混合して製造される。添加剤は、約50〜35重量％の水性尿素組成物を約50〜65重量％の担体ブレンドと混合して製造される。
燃料添加剤濃縮物の製造法には、約80〜20重量％の添加剤形態の組成物を約20〜80重量％の溶媒、好ましくはホスト溶媒と混合させることが含まれる。この発明の燃料組成物は、約0.01〜3重量％の燃料添加剤濃縮物と約97〜99.9重量％の燃料との混合を含む。
【００３０】
実施例
以下の実施例は、本発明をさらに例示するために提供され、その範囲の限定を図るものではない。全ての部及び％は、特に言及しない限り重量である。
実施例 1
本発明の例示的な燃料添加剤を製造した。250mlのビーカーに、以下の表に挙げた構成成分をへらで混合し、100g（50/25/25重量%）の担体ブレンド組成物が生成された。
【００３１】
【表１】
別の100mlのビーカー中で、21.5gの尿素を32.3gの水（40重量%の尿素溶液）に溶解した。尿素溶液を担体ブレンドに注入し、へらで混合した。その結果得られた燃料添加剤は、粘着性があり、ほとんどゲル状で観察された。153.8gの燃料添加剤は、約14重量％の尿素を含有した。
添加剤を#2ディーゼル燃料に添加して、0.225重量%の添加剤濃度及び1グラム/ガロンの尿素濃度を含む燃料配合物が得られた。7.14gの添加剤を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加し、所望の1グラム/ガロンの尿素濃度に達した。ディーゼル燃料添加剤の溶液を機械的攪拌器で、完全な溶解が行われる1〜1/2時間、勢いよく攪拌した。この工程で、添加剤を含有する透明で安定したディーゼル燃料が生じた。
【００３３】
実施例 2
本発明の例示的な燃料添加剤の濃縮物を製造した。実施例1の35gの燃料添加剤を、65g（77.7ml）の#2ディーゼル燃料に、250mlのビーカー中でへらで加えて混合した。ゲル状の添加組成物をディーゼル燃料中で攪拌し、全ゲル粒子が溶解する時間の1時間放置した。その結果得られた濃縮物は、0.8914の比重で透明な液体であった。濃縮物は、約4.9重量%の尿素及び65重量%のディーゼル燃料を含有した。
次いで、この実施例の濃縮物を#2ディーゼルホスト燃料に添加し、内燃機関で用いることができるような0.64重量%の添加剤濃度及び1グラム/ガロンの尿素濃度を含む燃料配合物を得る。20.4gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加し、所望の1グラム/ガロンの尿素濃度に達しさせた。濃縮物は、液体で粘着性はなかった。濃縮物は、勢いよく混合せずに、自然にディーゼル燃料に溶解した。本発明のこの実施例の「スプラッシブレンディング」特性は、濃縮物がホスト燃料と容易に混合されるという重大な利点を示す。その結果、濃縮物をホスト燃料とすぐに混合するために、製造場所から製油所へ効率的に運ぶことが可能である。
【００３４】
図1は実施例1の燃料添加剤及び実施例2の濃縮物についての3相グラフである。図1はまた、実施例1及び2の組成物を利用する最終形状の燃料を図示する。図1は、理想的な燃料添加剤を表し得る実施例1及び2の組成物が安定し、均質な単相組成物であると思われる濃度を図示する。図1はまた、組成物が、燃料添加剤として用いるのに適さない不安定な多相組成物であると思われるこれらの濃度を例証する。3相グラフは、3成分全ての有り得る組み合わせを表す。この作業で、3成分は、（頂点の）ディーゼル燃料、（右下の頂点の）担体、（左下の頂点の）40%の尿素溶液である。したがって、「担体」の頂点と「ディーゼル」の頂点の中間点は、これら2成分の50/50ブレンドになるであろう。グラフの中間点は、各成分の33.3%になるであろう。3相グラフ上の線は、均質及び濁った組成物の界面を示す。
【００３５】
このようなグラフの界面を測定するために、小さなサンプルを、3成分のうち、例えば、0.2gの担体及び0.8gのディーゼルの2つの公知の組み合わせで検量する。次いで、試験管の自重を計量し、溶液がちょうど濁ってくるまで、勢いよく混合しながら40%の尿素溶液を滴加する。試験管を検量し、尿素溶液の量を算出した。各3成分の公知の％に対応する三角形の点の位置を記入する。この工程を必要であれば何度も繰り返し、最初の2成分の割合は毎回変化する。結果は、3相系の単相及び多相領域の間の境界を描く点の集まりである。
液晶領域は、サンプルの粘着性の有無、（交差した偏光子の間で試験管を保持して）サンプルが偏光を回転させるかどうかを注意することによって認められる。
【００３６】
図1は、実施例1及び2で提供された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分から選択された組み合わせの分析を表す。カーブに沿った各点は、単相及び多相組成物の間の境界を測定するために本発明の一部として試験された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分の実際の組み合わせを表す。カーブ右側の全ての点は、本発明の実施に有用な単相組成物であり、一方、カーブ左側の組成物は、不安定で濁っていると測定され、又は多相組成物と測定された。カーブが左によればよるほど、生成され得る単相組成物の数が増加する。液晶領域は、添加剤が安定した単相組成物であるが、よりゲル状である領域を表す。
本発明の実施に有用な最適組成物は、（100%の燃料を表す）グラフの頂点からカーブ右側にほぼ接する点までの直線を引くことによって識別することができる。この線に沿う組成物は、単相組成物中で保持することができる窒素の最適な最大レベルを表す。図1の線で示されるように、最適添加剤は、実施例1の記載のとおりであり、約35%の尿素/水の濃度及び約65%の担体ブレンドの濃度を有する。理想的な濃縮範囲は、約65%の燃料濃度で識別することができる。実施例2は、65%の燃料濃度で表される。理想的な燃料の最終形状組成物は、燃料の94%又はそれ以上の量である。
【００３７】
実施例 3
本発明のさらなる例示的な燃料添加剤の濃縮物を製造した。400mlのビーカーに、以下の表に挙げた構成成分をへらで加えて混合し、100g（34/33/33重量%）の担体ブレンド組成物が生成された。
【００３８】
【表２】
100gの担体ブレンドを71.5gの#2ディーゼル燃料に加えて混合した。担体ブレンドはディーゼル燃料にすぐに溶解した。
100mlのビーカーに別に、40gの水を、26.7gの尿素に尿素が溶解するまで加えて混合した。40重量%の尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル組成物に添加した。溶液は、混合の数分後、透明で均質になった。その結果得られた燃料添加剤の濃縮物は、20rpmで#3スピンドルを備えるブルックフィールド粘度計で測定されるように22℃で435センチポアズの粘度であった。20℃での濃縮物の比重は0.9632であった。濃縮物は11.2重量％の尿素及び30重量％のディーゼル燃料を含有した。濃縮物は、多少粘着性があるけれども、処理及び輸送の目的に有用な濃縮物を製造するのに吸引可能である。
次に、実施例3の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。ホストディーゼル燃料中の尿素1ガロンにつき1gを供給するために、実施例3の8.9gの濃縮物の形状を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料（0.28重量％の濃縮物）に添加した。濃縮物は、多少粘着性があるけれども、混合後完全にディーゼルに溶解し、透明で均質な溶液になった。
【００４０】
実施例 4
本発明の別の燃料添加剤の濃縮物を製造した。実施例3のように、以下の表に挙げた構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100gの担体ブレンド組成物が生成された。
【００４１】
【表３】
次いで、250gの#2ディーゼル燃料を担体ブレンドに添加した。担体ブレンドはディーゼル燃料にすぐに溶解した。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル燃料混合物に添加した。尿素水溶液は担体ブレンド/ディーゼル溶液にすぐに溶解し、22℃で40cps以下の粘度及び0.9085の比重を有する透明で均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。濃縮物は6.4重量%の尿素及び60重量%のディーゼルを含有した。
【００４３】
実施例4の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。ディーゼル燃料中の尿素1ガロンにつき1gを供給するために、15.6gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加して、0.49重量%の濃縮物の添加濃度に達した。液状濃縮物は、ほとんど混合せずに、ディーゼル燃料に有利かつすぐに溶解した。他の実施例でのように、ホスト燃料を含む濃縮物を容易にブレンドすることによって、精油所から遠い所で濃縮物を製造し、ホスト燃料とスプラッシブレンディングするために組成物を精油所に容易に輸送して、最終形状の燃料を生成することが可能である。
【００４４】
図2は、実施例3及び4で提供された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分から選択された組み合わせの分析を表す。カーブ及び希釈経路に沿った各点は、組成物が多相又は単相組成物である点を測定するために、本発明の一部として試験された尿素/水、担体ブレンド及びディーゼル燃料の構成成分の実際の組み合わせを表す。カーブ右側の全ての点は、本発明の実施に有用な単相組成物である。図2は、新種の組成物を用いて製造することが可能な、多くの最適な安定した均質な添加剤、濃縮物及び最終形状の燃料の組み合わせが存在することを例証する。さらにデータは、本発明の組成物が、1容量単位の担体ブレンドにつき窒素を含有した多量の化合物を溶解するのに非常に有効性が高いことを示す。
図3は、図2の上部を表し、ディーゼル燃料の80%以上の量を含む実施例3及び4の組成物の性質をより詳しく示す。図3は、組成物が約80〜99.99.％の燃料濃度を有する最終形状の燃料組成物において安定し、均質であることを例証する。
【００４５】
実施例 5
C11アルコールエトキシレートを3モルのEOと組み合わせて燃料添加組成物を製造した。実施例4でのように、以下の表に挙げた構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100g（34/33/33重量％）の担体ブレンド組成物が生成された。
【００４６】
【表４】
100gの担体ブレンド組成物を250gの#2ディーゼル燃料に加えて混合し、担体ブレンドがディーゼル燃料にすぐに溶解することが観察された。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、40重量%の尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル燃料混合物に添加した。もう一度、尿素水溶液は担体ブレンド/ディーゼル溶液にすぐに溶解させ、22℃で40cps以下の粘度及び約0.9085の比重を有する透明で均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。濃縮物は、6.4重量%の尿素及び60重量%のディーゼルを含有した。
【００４８】
実施例5の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。15.6gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加して、0.49重量%の濃縮物の添加濃度及び1ガロンのディーゼル燃料につき1gの尿素に達した。液状濃縮物は、ほとんど混合せずに、ディーゼル燃料に有利かつすぐに溶解した。実施例4の組成物は容易に吸引することが可能である。
図4は、実施例5の組成物が安定し、均質な単相組成物である構成成分濃度を示す3相グラフである。実施例3及び4の組成物はまた、比較の基盤として実線で図4に示す。図4は、本発明の添加の形成で、約56%以下の尿素/水の濃度を有する場合、実施例5の組成物は安定することを例証する。濃縮物は約30〜70％及び約52％の燃料で安定する。
【００４９】
実施例 6
本発明の例示的な燃料添加剤の組成物を製造した。例示的な組成物は、分岐状のアルコールエトキシレートを用いて生成された。
表は、実施例6の担体ブレンドを製造するために使用される構成成分を示す。
【００５０】
【表５】
実施例6のためのアルコールエトキシレートは、Exxon-Mobilから入手可能なイソC10アルコールであるExxal-10を用いて製造された。分岐状アルコールを、1モルのアルコールにつき2.5モルのEOでアルコキシル化した。
実施例6の組成物を実施例3〜5と同様に製造した。表5に挙げた3つの構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100g（34/33/33/重量％）の担体ブレンド組成物が生成された。次いで、250gの#2ディーゼル燃料を担体ブレンドに添加した。担体ブレンドはディーゼル燃料にすぐに溶解した。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、40重量%の尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ディーゼル燃料混合物に添加した。尿素水溶液は担体ブレンド/ディーゼル溶液にすぐに溶解し、22℃で40cps以下の粘度及び約0.9085の比重を有する透明で均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。濃縮物は、6.4重量%の尿素及び60重量%のディーゼルを含有した。
【００５２】
実施例6の濃縮物をホストディーゼル燃料に添加し、内燃機関での使用に適した最終的な燃料配合物を製造した。ディーゼル燃料中1ガロンの尿素につき1gを供給するために、15.6gの濃縮物を1ガロン（3160g）のディーゼル燃料に添加して、0.49重量%の濃縮物の添加濃度に達した。
図5は、安定し、均質な単相組成物であるこれらの組成物を測定するために評価された実施例6の実際の組成物を表すデータポイントを示す3相グラフである。実施例3及び4の組成物はまた、点線で図4に示す。図5は、実施例6の添加組成物が約76%以下の尿素/水の濃度で安定することを例証する。濃縮物は、約4〜28重量％の尿素を含む20〜80重量％の燃料濃度で安定する。
【００５３】
実施例 7
実施例7は、ガソリン中の本発明の有効性を例証するために製造された。組成物を、以下の表6に示す構成成分を構成する担体ブレンドを含む実施例4にしたがって製造した。
【００５４】
【表６】
100gの担体ブレンドの構成成分を400mlのビーカーにへらで加えて混合し、100g（34/33/33重量％）の担体ブレンド組成物が生成された。次いで、250gの市販された87オクタンレギュラー品質のMobilガソリンを担体ブレンドに添加した。担体ブレンドはガソリンにすぐに溶解した。
別のビーカーに、40gの水及び26.7gの尿素を加えて混合し、尿素水溶液が生成された。尿素水溶液を担体ブレンド/ガソリン混合物に添加した。尿素水溶液は担体ブレンド/ガソリン溶液にすぐに溶解し、透明で、均質な燃料添加剤の濃縮物が製造された。組成物は低粘度を有することが観察され、容易に吸引及び処理することが可能である。濃縮物は、6.4重量％の尿及び60重量％のガソリンを含有した。
【００５６】
図6は、実施例6の尿素/水、担体ブレンド及びガソリンから選択された組み合わせの分析を表す。データポイントは、図面に示される燃料、尿素/水及び担体ブレンドの濃度で製造及び評価された実施例6の実際の組成物を表す。データは、広範囲の濃度にわたって、本発明及びガソリンの配合物が安定し、均質な組成物を生成することを示す。
【００５７】
実施例 8
米国特許出願第5,746,783号（Compere等）の評価が行われた。Compereの特許は、尿素及び水の「マイクロエマルジョン」が、担体としてt-ブタノール、オレイン酸及びモノエタノールアミンの組み合わせを用いて、ディーゼル燃料で生成されると言われている多くの実施例を提供する。Compereの実施例7で、20gの尿素、100gの水、100gのt-ブタノール、180gのオレイン酸及び20gのモノエタノールアミンを1580gのディーゼル燃料と合わせ、試験用の燃料を提供する。この組み合わせは、水と釣り合うように1％の尿素、15％の担体及び79％のディーゼルを含有する。これは、NOxの削減に有効であると認められる尿素よりも、1ガロンの燃料/担体/水につき約33gの尿素に等しい。
【００５８】
図7及び8は、Compere組成物を本発明の組成物に関連づけるために記入されたCompere組成物の3相グラフである。100gのt-ブタノール、180gのオレイン酸及び20gのモノエタノールアミンの組み合わせを水中40％の尿素溶液を含む担体として用いた。
結果は図7に示す。図7の評価は、前の実施例で示すような本発明の好ましい組成物で得られるものよりもかなり小さな単相領域を示す。
図8は、図7の上部の拡大図である。この図で、相グラフの最大希釈部分において、Compereの実施例7の配合物の形状は、添加剤の約0.5％以下の希釈を認めない。低濃度で界面に対する接線は、添加剤中の尿素溶液の最大フラクションは7/20であることを示す。
【００５９】
（図8にも示すように）本発明からの好ましい配合物形状の界面に対する接線は、添加剤中11/20の尿素溶液の最大フラクションを許容している。
Compere等の他の実施例では、エンジンの性能を実証するいかなるデータなしに、1ガロンのディーゼル燃料につきより高い尿素の量でさえも使用する。
したがって、本発明は、Compereでの場合よりも溶液中により窒素を含有した化合物を保持するために、担体ブレンドを効能的にほとんど必要としない。その結果、本発明の燃料の熱含量及び本発明の燃料に必要な空気/燃料比は、製造者の仕様書に類似している可能性がある。
【００６０】
実施例 9
尿素及び水のブレンドを40℃以上に加熱して、透明な溶液が生成された。次いで、この溶液をエトキシレート化された脂肪酸に添加し、ジエタノールアミド及びより高いアルコールエトキシレートを組み合わせたものに添加した。その結果得られた組成物は、ディーゼルに添加したとき、安定して透明な溶液であった。組成物は、温度許容度が-10℃〜90℃であった。
【００６１】
実施例 10
本発明の例示的な燃料添加剤を滑性に対して評価した。硫黄含量が減少したために、多くの分野で現在不利に使用されている極端に低い硫黄ガソリンは滑性を減少させるので、添加剤の滑性は重要な性質である。減少した燃料の滑性は、エンジン部での磨耗を増大させ、エンジン効率を低下させ、車輌が燃料の1容量単位につき走行できる距離を減らす。燃料添加剤による滑性の測定可能なあらゆる増加は、利点を示すであろう。
滑性評価で使用するための濃縮物は、容量％をベースにして製造された。担体ブレンド（50/25/25容量％）は、以下の表7に示す容量％にしたがって生成される以下の構成成分から構成される；
【００６２】
【表７】
60.％の水及び40％の尿素の溶液を生成し、1：1の容量ベースで担体ブレンドに加えて混合し、滑性評価で使用するための添加剤が形成された。
欧州基準である極端に低硫黄のガソリン（RF08A85）を滑性評価に利用した。各燃料サンプルを、以下の表8に示す重量％の添加剤とブレンドした。
次いで、燃料サンプルを、ASTM基準D3079-99 Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR)によって、滑性について試験した。HFRRテストで、燃料で覆われた基準部分についての磨耗性を測定する。その部分の磨耗量が増加すればするほど、燃料による滑性は減少する。滑性データは以下のとおりである；
【００６４】
【表８】
データは、本発明の組成物が、変更された基準燃料に対し磨耗性の著しい減少及び滑性の増加をもたらすことを示す。滑性におけるこの改善は、エンジン効率の増大及びその結果として、排出の減少ならびに車輌が燃料の1容量単位につき走行できる距離を増加させるものと考えられる。
【００６６】
実施例 11
次に、本発明の燃料添加剤を、欧州基準の極端に低硫黄のガソリン（RF08A85）を蒸留して添加剤の効果を測定するために評価した。ガソリン燃料の沸騰範囲の低下は、組成物がエンジンでより完全に燃焼し得ることを示す。より完全な燃焼は、（NOX排出を減少させる）排出物をほとんど生じず、結果としてより効率的にエンジンを操作できる。例えば、蒸留温度の低下がエンジン効率を増大させることを主張する米国特許出願第6,030,521号（Croudace等）を参照のこと。
基準ガソリンの3つの1Lサンプルが得られた。実施例10に記載のような添加剤を製造し、以下の表9に示す重量％で3つのガソリンサンプルに添加した。
【００６７】
3つのガソリンサンプルを、British Institute of Petroleum Standard IP 123にしたがって、蒸留した。IP 123基準にしたがって、燃料を気圧で約200℃の最終温度に加熱した。燃料の所定フラクションが回収される温度を測定し、記録した。より低温度での蒸留燃料を多量に回収することは、燃料の沸点が低下し、さらに燃料がより低温度で燃焼し、その結果排出量が減少して効率が上がることを示す。小さな温度差は、場合によっては燃料効率の重大な改善を表す。燃料蒸留のデータは以下のとおりである：
【００６８】
【表９】
ガソリンの蒸留データは、本発明の例示的な添加剤が燃料の沸点を低下させ、より低温度で回収された燃料の割合を増加させることを例証する。添加剤のこの性質により、よりよい燃焼特性及び減少した排出生産量を生じることが期待される。
【００７０】
実施例 12
次に、本発明の燃料添加剤を、ASTM基準D6079-99にしたがって、欧州基準である極端に低硫黄のディーゼル燃料（FR73A93）における滑性について評価した。実施例10によって、添加組成物が生成された。添加剤を表10に示す重量％の量で6つのディーゼル燃料サンプルのうち5つに添加した。次いで、ディーゼル燃料をASTM基準によって、滑性について評価した。滑性結果は以下のとおりである：
【００７１】
【表１０】
部分的な磨耗性は、本発明の添加剤を含有する全てのサンプルで減少した。データは、添加組成物が、得られたエンジンでの燃料滑性の増大及び車輌の操作利点に有用であることを例証している。
【００７３】
実施例 13
次に、本発明の燃料添加剤を、欧州基準である極端に低硫黄のディーゼル燃料（FR73A93）を蒸留して添加剤の効果を測定するために評価した。6つのディーゼル燃料の組成物を実施例12のように生成した。実施例13に用いられる燃料添加剤を、実施例10のように製造した。各ディーゼル燃料サンプルに添加された重量％の燃料添加剤は以下の表11に示す。
ディーゼル燃料サンプルを、British Institute of Petroleum Standard IP 123にしたがって、蒸留した。6つの1Lディーゼル燃料サンプルを約367℃の最終温度に加熱した。ディーゼル燃料所定のフラクションが回収される温度を以下の表11で測定し、記録した。ディーゼル燃料の蒸留データは以下のとおりである：
【００７４】
【表１１】
データは、本発明の添加剤がディーゼル燃料の沸点を低下させ、より低温度で回収される燃料量を増加させるのに効果的であることを示している。最大の添加濃度を含むディーゼル燃料組成物のサンプル5は、ホスト燃料の沸点及び蒸気圧に対して最も顕著な変更を例証した。これらのデータは、添加剤の低い濃度がホスト燃料の蒸留性質を改変するのに効果的であることを例証している。
【００７６】
実施例１４
次いで、発明の燃料添加剤を評価し、そのＮＯX及び微粒排出物に対する削減効果及び単位燃料体積あたりの車両走行距離についての燃料の全般的効率に対する効果を測定した。評価は、発明の添加剤を異なる濃度で含む燃料組成物を用いて運転したエンジンの性能を添加剤を含まない基準燃料に対して評価することによって行った。
カミンズエンジンを４つの異なる運転モードで動力計にかけ、発明の具体例の添加剤を含む様々な燃料に対して基本燃料を評価した。実施例に用いたエンジンは、カミンズエンジン８５５ＣＩ４ストロークターボ過給型中間冷却型ディーゼルエンジンであった。エンジンは、１５００ＨＰ等級スーパーフローエンジン動力計モデルＳＦ３１００（SuperFlow Engine Dynamometer Model SF3100）につないだ。スーパーフロー改良型テストコンソール（SuperFlow Advanced Test Console）を用いて動力計データを記録した。
【００７７】
微粒物質のためのシエラマイクロ希釈テストスタンドシステムモデルＢＧ−２（Sierra Micro Dilution Test Stand System Model BG-2 for Particulate Matter）を用いて微粒排出物を測定した。この完全にコンピュータ化されたマイクロ希釈システムは、いかなるサイズのエンジンの微粒排出物を評価するのにも用いられ、ＩＳＯ８１７８−４又はＣＡＲＢによって定義される幅広い定常状態条件にわたって、完全希釈系と相関する再現可能な値を生成する。
【００７８】
テスト装置は、異なるエンジンスピード（ＲＰＭ）とトルクで排出物を測定した。ＮＯX排出物は、モデル９５１ベックマン化学ルミネセンスＮＯ／ＮＯX分析計（Model 951 Beckman Chemiluminescence NO/NOX Analyzer）で測定し、ＣＯ排出物をモデル３４００ミルトンロイ非分散型赤外ＣＯ及びＣＯ2ガス分析計を用いて測定した。Ａ．Ｊ．Ｕ．Ｍ．エンジニアリング加熱型水素炎イオン化全炭化水素分析器モデルＶＥ７（A.J.U.M. Engineering Heated Flame Ionization Total Hydrocarbon Analyzer Model VE7）を用いて炭化水素排出物を測定し、酸素排出物はテレダイン分析器具酸素検出器（Teledyne Analytical Instruments Oxygen Detector）で調べた。ウエイジャー光減衰不透明度計モデル６５０Ａ（Wager Light Extinction Opacity Meter Model 650A）を用いて微粒排出物を測定した。ここでいう微粒排出物とは、通常、ディーゼルエンジン排気として排出される黒煙中に存在するｐｍ１０指定成分である。
エンジン動力計テストに用いた４つのエンジンモードはそれぞれ自動車両の異なる運転状態を示す。それらモードは下記とおりである：
【００７９】
【表１２】
モード１は、アイドリング状態のエンジンを表す。モード１は、特にバスや高荷重のトラックについて、エンジン運転のかなりの部分がアイドリングモードで占められるので、排出物生成に関して重要なモードである。例えば、バスエンジン運転の約３０％がアイドリングモードで実行されると見積もられている。
モード２は、重車両荷重状態をシミュレートする。モード３及び４は、走行状態を示す。
エンジンテストで用いる燃料添加剤もまた、実施例１０に従って製造した。燃料添加剤は次いでＣＡＲＢ仕様ＮＯ．２ディーゼル燃料と配合し、エンジン評価に用いる８つの燃料配合物を作った。燃料添加剤は、下記の表１３に示す重量％燃料添加剤濃度に到達するよう基準燃料に添加した。表１３において、「ＨＣ」及び「ＣＯ」は、それぞれ炭化水素及び一酸化炭素を表し、「ＰＭ」はエンジン微粒排出物を表す。
【００８１】
【表１３】
添加剤を含む燃料配合物は、４つのテストモードすべてにおいて、ＮＯX及び他の微粒排出物で有利な減少を示した。モード１、アイドリングモードにおいて、発明の添加剤を含む配合物は、基準燃料に対してＮＯX排出物が平均２１．５４％少なくなった。少なくとも１つの燃料配合物（サンプル４）は、未改質燃料に対し３８．７８％のＮＯX排出削減を達成した。サンプル３と５では微粒排出物に測定できる差はなかった。
モード２において、発明の添加剤を含む配合物は、ＮＯX排出物が平均１５．３１％少なかった。サンプル４は、未改質燃料に対し２０．５１％のＮＯX排出削減を達成した。この高トルクモードでは、微粒排出物が約３７％削減された。
【００８３】
モード３において、ＮＯX排出物の削減％は、未改質燃料に対し平均６．７８％であった。微粒排出物は、モード３では、約４６％削減された。サンプル４は、未改質燃料の平均よりＮＯX排出物が１０．１６％少なかった。
モード４の結果から、発明の組成物は未改質燃料の平均より平均３．４８％ＮＯX排出削減に効果があることが分った。微粒排出物は、モード４において、添加剤を含まない燃料組成物に対し約２８％削減された。サンプル４は、未改質燃料の平均ＮＯX生成に対しＮＯX排出物を５．６８％削減した。市街地環境のような環境において、エンジン評価データにある量でＮＯX排出物及びその他排出物を削減することは、空気の質を相当改良することになろう。
【００８４】
本発明の原理を具体的な実施態様との関わりで記載してきたが、これらの記載が例としてなされたのにすぎず、本発明の範囲を制限する意図はないと明確に理解されるべきである。
この開示には、実施例で示すように、新規で進歩的な特有の特徴がいくつかある。開示は、請求すべき独占権の一部としてそのような特徴の組換えをそれぞれすべて含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１及び２による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図２】 実施例３による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図３】 図２の一部を示す3相図であり、ディーゼル燃料が実施例３の組成物の80％以上の量で存在している。
【図４】 実施例５による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図５】 実施例６による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図６】 実施例７による燃料中の典型的な添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図７】 添加剤の溶解度を示す3相図である。
【図８】 図７の一部を示す3相図である。
Claims (47)
- - 尿素、シアヌル酸、トリアジン、アンモニア及びそれらの混合物からなる群から選択される窒素含有化合物の3〜35重量％；
- 以下からなる担体ブレンド30〜96.9975重量％；
一般構造
一般構造：
一般構造：
及びその混合物；及び
- 0.0025〜25重量％の水
からなる燃料添加剤組成物。 - 窒素含有化合物が尿素である請求項１の組成物。
- 尿素が組成物の10〜32重量％からなる請求項２の組成物。
- 尿素が組成物の12〜28重量％からなる請求項３の組成物。
- アルコキシル化アルコールが、組成物の33〜55重量％からなる請求項２の組成物。
- R1はC9-C11かつxは2.5である請求項２の組成物。
- ポリアルキレングリコールエステルが、組成物の25〜40重量％からなる請求項２の組成物。
- ポリアルキレングリコールエステルが、組成物の25〜33重量％からなる請求項７の組成物。
- R3がC17かつR5はCOR3である請求項２の組成物。
- アルカノールアミドが組成物の25〜40重量％からなる請求項２の組成物。
- アルカノールアミドが、組成物の25〜33重量％からなる請求項１０の組成物。
- R6 がC 17であり、かつR7はCH2CH2OHである請求項２の組成物。
- 80〜20重量％の請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料添加剤組成物と20〜80重量％の溶媒とからなる燃料添加剤濃縮組成物。
- 溶媒が、ディーゼル、ガソリン、ケロシン及びその混合物からなる群から選択される燃料である請求項１３の組成物。
- 燃料添加剤組成物が濃縮物の70〜30重量％からなり、燃料が濃縮物の30〜70重量からなる請求項１３又は１４の組成物。
- 燃料添加剤組成物が濃縮物の60〜40重量％からなり、燃料が濃縮物の40〜60重量％からなる請求項１５の組成物。
- 97〜99.99重量％の炭化水素含有燃料と、0.01〜3重量％の請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の燃料添加剤濃縮組成物とからなる、内燃エンジンでの燃焼に付した際に、ＮＯXの排出を減少させるよう配合された燃料組成物。
- 燃料が、ディーゼル、ガソリン及びケロシンからなる群から選択される請求項１７の組成物。
- いずれかの工程順序で、
- 60〜50重量％の水と40〜50重量％の尿素とを混合して水性尿素組成物を製造し；
- いつでも、いずれかの順序で
一般構造
一般構造：
一般構造：
及びその混合物を混合して、担体ブレンドを製造し；
- 50〜65重量％の担体ブレンドと50〜35重量％の水性尿素含有組成物を混合する、ことからなる、燃料添加剤組成物の製造方法。 - 水性尿素組成物の製造工程が、40〜45重量％の尿素を60〜55重量％の水と混合することからなる請求項１９の方法。
- 水性尿素組成物の製造工程が、40重量％の尿素を60重量％の水と混合することからなる請求項２０の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、33〜55重量％のアルコキシル化アルコールを混合することからなる請求項１９〜２１のいずれか１項の方法。
- R1はC9-C11かつxは2.5である請求項１９〜２２のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜40重量％のポリアルキレングリコールエステルを混合することからなる請求項１９〜２３のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜33重量％のポリアルキレングリコールエステルを混合することからなる請求項２４の方法。
- R3がC17かつR5はCOR3である請求項１９〜２５のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜40重量％のアルカノールアミドを混合することからなる請求項１９〜２６のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜33重量％のアルカノールアミドを混合することからなる請求項２７の方法。
- R6 がC 17であり、かつR7はCH2CH2OHである請求項１９〜２８のいずれか１項の方法。
- 20〜80重量％の溶媒と、請求項１９〜２９のいずれか１項の方法により得られた80〜20重量％の燃料添加剤組成物とを混合する工程からなる、燃料添加剤濃縮組成物の製造方法。
- 溶媒が、ディーゼル、ガソリン及びケロシンからなる群から選択される燃料である請求項３０の方法。
- 濃縮組成物の製造工程が、30〜70重量％の溶媒と70〜30重量％の燃料添加剤組成物を混合する工程からなる請求項３０又は３１の方法。
- 濃縮組成物の製造工程が、40〜60重量％の溶媒と60〜40重量％の燃料添加剤組成物を混合する工程からなる請求項３２の方法。
- - 以下：
いずれかの順序で、
70〜30重量％の水と30〜70重量％の尿素とを混合して水性尿素組成物を製造し；
いずれかの順序で、
一般構造
一般構造：
一般構造：
及びその混合物
を混合して担体ブレンドを製造し；及び
60〜50重量％の担体ブレンドと40〜50重量％の水性尿素含有組成物を混合する
工程からなって添加剤を製造し；及び
- 燃料添加剤濃縮物を形成するために、20〜80重量％の溶媒と80〜20重量％の添加剤を混合する
工程からなって、燃料添加剤濃縮組成物を製造し；
0.01〜3重量％の燃料添加剤濃縮物を97〜99.99重量％の炭化水素含有燃料と混合する工程からなる、内燃エンジンでの燃焼に付した際に、ＮＯXの排出を減少させるよう配合された燃料組成物の製造方法。 - 溶媒が、ディーゼル、ガソリン及びケロシンからなる群から選択される燃料である請求項３４の方法。
- 濃縮組成物の製造工程が、30〜70重量％の溶媒と70〜30重量％の添加剤を混合する工程からなる請求項３４又は３５の方法。
- 濃縮組成物の製造工程が、40〜60重量％の溶媒と60〜40重量％の添加剤を混合する工程からなる請求項３６の方法。
- 水性尿素組成物の製造工程が、60〜55重量％の水と40〜45重量％の尿素を混合することからなる請求項３４〜３７のいずれか１項の方法。
- 水性尿素組成物の製造工程が、60重量％の水と40重量％の尿素を混合することからなる請求項３８の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、33〜55重量％のアルコキシル化アルコールを混合することからなる請求項３４〜３９のいずれか１項の方法。
- R1がC9-C11かつxは2.5である請求項３４〜４０のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜40重量％のポリアルキレングリコールエステルを混合することからなる請求項３４〜４１のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜33重量％のポリアルキレングリコールエステルを混合することからなる請求項４４の方法。
- R3がC17かつR5はCOR3である請求項３４〜４３のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜40重量％のアルカノールアミドを混合することからなる請求項３４〜４４のいずれか１項の方法。
- 担体ブレンドの製造工程が、25〜33重量％のアルカノールアミドを混合することからなる請求項４５の方法。
- R6 がC 17であり、かつR7はCH2CH2OHである請求項３４〜４６のいずれか１項の方法。
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