JP5020435B2 - ディーゼル燃料添加剤およびディーゼル燃料の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、1998年9月18日出願の出願番号09/156420の継続出願である1999年7月12日出願の出願番号09/156420の一部継続出願である。
【０００２】
本発明はディーゼル燃料の処理、特に、排気ガスを制御し燃焼効率を改善して燃費を向上させるため、燃料のより清浄な燃焼に役立つディーゼル燃料の処理に関する。
【０００３】
発明の背景
内燃機関の排気ガスの制御は、燃料の燃焼から生じる一酸化炭素、窒素酸化物（NOX）、未燃の炭化水素、その他の排気ガスを減少させる試みの中で、長い年月の間、継続的な注目を十分に受けてきた。汚染の制御は、液体炭化水素燃料をより清浄に燃焼させる性能をもつ燃料添加剤を製造する試みがなされてきたように、世界的な注目を受けてきた。従来技術においては、燃料から生じる汚染を減少させるような燃料添加剤を決定する試みの中で、様々な取り組みがなされてきたが、一般的に限定された成功となっている。
【０００４】
例えば、ガソリン燃料により生じる汚染を制御する目的でいろいろなアルキルエーテルを使用することが提案されてきた。そのような試みは、代表として、米国特許第2089580、2104021、2221839、2563101、2786745、2930681、3032971、3103101、3270497、5425790号に記載されている。これらの特許に記載されているように、さまざまな液体炭化水素燃料の特性を改良するため、上記のエーテルを単独またはアルコールとの組み合わせで使用することがしばしば実施されてきた。
【０００５】
同様に、炭化水素の排気ガスを減少させる努力の中で、１個またはそれ以上の数の芳香環を含みその芳香環に様々なアルキレンオキシル基が結合させた、様々な芳香族化合物の洗剤を燃料の中に加えることによって、燃料を清浄にする試みもなされてきた。そのような取り組みは米国特許第3328284号と3615295号に記載されている。この従来技術も同様に、燃料系を清浄にするために、添加剤の様々な組み合せが提案されてきた。その１例として米国特許第3658494号があり、グリコールやポリグリコールのモノエーテルの構造をもつエーテル類と、高分子量のカルボン酸誘導体、特にエステル、アミド、イミド、アミジンやアミン塩、の分散剤との組み合わせが記載されている。米国特許第4384872号には、燃料における水分許容誤差（water tolerance）を増加させる界面活性剤と組み合わせた比較的低分子量のアルカノールとして決定した燃料添加物が記載されている。同様の取り組みは米国特許4516981に記載されており、アルコール、グリコールエーテルやポリエトキシフェノールとして決定した油のスラッジ分散剤を示唆している。また米国特許4877416は、アミンまたはポリアミンで置換された炭化水素とポリ（オキシアルキレン）一価アルコールの組み合わせを示唆している。
【０００６】
グリコールやグリコールエーテルと組み合わせて酸化剤を用いる試みもなされてきた。その１例が米国特許第5314511に記載されており、排気ガスを減少させるために比較的低分子量のアルキレングリコールエーテルと組み合わせて有機過酸化物の組み合わせを記載している。米国特許第5409507号には、酸化防止剤、金属不活性化剤、乳化防止剤、と同様な公知の添加剤と組み合わせたニトロ基またはアミノ基またはN−アルキルアミノ基で置換されたポリ（オキシアルキレン）芳香族エーテルで決定した燃料添加剤が記載されている。米国特許5782936号には、液化石油ガスや、石油成分のメタノールおよびアルキルフェノールのエトキシラートを含むLPGに対する燃料添加剤が記載されている。
【０００７】
汚染制御の見地から燃料の性能を改善する分野における全ての努力にも関らず、現在までに、まもなく施行される厳格な汚染基準を満たす性能を持つような製品はなく、また熟考されてこなかった。よって、液化炭化水素燃料からの汚染を著しく減少させる特性をもつ燃料添加剤を供給する必要がある。
【０００８】
1998年9月18日に出願した同時係属出願番号09/156420において、技術進歩が見られたガソリンのような多くの炭化水素燃料の処理に使用される燃料添加剤を開示した。その燃料添加剤は、成分の組み合わせを利用して、広い範囲の炭化水素燃料から生じる炭化水素の排気ガスを効果的に制御することがわかった。今回、ディーゼル燃料の処理においても同じ添加物が効率良く用いることができ、むしろ例えばガソリンの処理に使用したときよりも効率が高いことがわかった。その結果は、ディーゼルエンジンが、例えばガソリンエンジンと比較して炭化水素やNOXの排気ガスの形での汚染を生じる傾向が高いという周知の事実に照らして全く予測できなかった。ディーゼル燃料は、典型的に主としてC_１０からC_３０またはより炭素数の多い炭化水素を含むので、ガソリンと比較して著しく揮発性が減少しており、また水による汚濁がより起こり易い。それゆえに、前述の同時継続出願に開示し請求した添加剤が、ディーゼルエンジンから生じる汚染を制御し最小にすることに関してむしろより大きな効果があることは全く予測できなかった。
【０００９】
したがって本発明の目的の一つは前述の欠点を克服する燃料添加剤を供給することである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は、内燃機関に使用されたときに燃料の汚染特性を著しく低下させる特性をもつディーゼル燃料の処理方法を供給することである。
【００１１】
本発明の更なる具体的な目的は、内燃機関においてより清浄で、より効率的な燃焼を促進するようなディーゼル燃料に添加できる燃料添加剤を供給することである。
【００１２】
本発明に関連のある別の目的は、処理された燃料からの汚染排気ガスが著しく減少するように、燃料添加剤でディーゼル燃料を処理する方法を供給することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、実質的に排気ガスを減少させるディーゼルエンジンの燃料として役立つ特性をもつ本発明の燃料添加剤を含む改良されたディーゼル燃料を供給することである。
【００１４】
本発明におけるこれらの目的や他の目的および利点は、本発明の以下の説明によって十分に表現する。
【００１５】
発明の要約
本発明の構想は、製造が単純でかつ高価でないことのみならず、処理されたディーゼル燃料が内燃機関で消費される時に排気ガスが実質的により少なく、非常に効率的に燃焼するように、ディーゼル燃料の特性を助長する特性をもつ新規燃料添加剤にある。本発明に従って処理された燃料は、燃費をより向上させるだけでなく、馬力の増加も実現することがわかった。発明の構想と一致して燃料添加物は、内燃機関において添加物が加えられたディーゼル燃料の燃焼で炭化水素の排気ガスを著しく減少させるように互いに機能する成分の新規な組み合わせで決定される。
【００１６】
本発明の燃料添加剤は、鉱物性灯油、アルキレングリコールエーテルおよび少なくとも１種類の液体の非イオン界面活性剤を含む形で決定される。添加物はまた任意に、炭化水素希釈剤、好ましくは鉱物油精を含む形で決定してもよい。前述の成分の、互いの組み合わせにおいて機能する正確な機構は現時点では必ずしも十分には理解されていない。しかしながら、理論に従って本発明を限定することはしないが、鉱物性灯油は、燃焼過程の一部であるシリンダーの潤滑を高めるのに役立つと考えられている。鉱物油精は、それが存在するときには、添加剤を加えた燃料の酸化効率を改善し、界面活性剤と組み合わせてグリコールエーテルは、処理された燃料の完全燃焼を妨げないように、添加物を加えた燃料系に含まれた水分を分散させると考えられる。本発明の燃料添加剤で処理したディーゼル燃料は、実質上すぐに内燃機関を現在の汚染環境基準に到達させ、時には基準を越えて改善することが、試験によって示された。
【００１７】
本発明におけるもう一つ別の構想と一致して、本発明はまた、燃料添加剤によるディーゼル燃料の処理方法も指示する。発明の方法と一致して、燃料添加剤は、ディーゼルエンジンで燃焼しうる液体炭化水素燃料に添加される。燃料添加剤によるディーゼル燃料の処理によって、燃焼中に出る排気ガスが劇的に減少することがわかった。
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明で使用した燃料添加剤は、一つの成分として、鉱物性灯油を含む形で定式化される。ここで用いている“鉱物性灯油”という言葉は、よく知られた潤滑油、鉱油、沸点が250℃以上の、好ましくは270℃から370℃までの範囲の、高温で沸騰する石油の留出物に関係する技術者たちによってよく理解されている。このような油は、この分野の技術者によく知られており、また米国特許第4443348号に詳細に記載されていて、ここでは参照によってその開示とする。上述したように、理論に従って発明を限定することはしないが、本発明の燃料添加剤を含む燃料がディーゼルエンジンで消費されるときに、鉱物性灯油はシリンダーの潤滑を高め、酸化を制御することに役立つと考えられる。
【００１９】
本発明の燃料添加剤の決定に任意で使用される別の成分は、鉱物油精と呼ばれるもので、米国特許4443348に記載されているように、よく理解されている言葉である。“鉱物油精”という言葉は、少なくとも150℃以上の温度で、好ましくは150℃から400℃までの温度範囲で沸騰するような、低温で沸騰する石油成分に該当するものである。再び、理論に従って発明を限定することはしないが、本発明の燃料処理剤の成分である鉱物油精は、少なくとも部分的に、添加剤を加えたディーゼル燃料の燃焼制御に役立つと考えられている。
【００２０】
本発明の実施において使用されている別の成分は、エチレングリコールエーテルおよびプロピレングリコールエーテルの両方を含むアルキレングリコールエーテルである。本発明の実施において、使用に好適なのは下記の構造式をもつエーテルである。
【００２１】
【化４】

ここでR₁は２個から６個の炭素原子を含むアルキル基（例えば、プロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル基）、R₂は水素または２個から６個の炭素原子を含むアルキル基、ｘは０または１、ｎは０または１から３までの整数である。本発明の実施においては、エチレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールブチルエチルエーテルおよび類似のエーテルを含む様々なエーテルが使用可能である。本発明の実施において使用される好適なエーテルは、エチレングリコールモノブチルエーテルである。
【００２２】
本発明の燃料添加剤は、少なくとも１種類の液体の非イオン界面活性剤を含む形で同様に決定される。好適な界面活性剤は、アルコールのエトキシラートである界面活性剤の化合物群と、置換基をもつ芳香族化合物の酸化物である界面活性剤を含む化合物群から選択される。前者の化合物群においては、アルコールのエトキシラートは、１個から１０個のエトキシル基が結合したC_５からC_１８までのアルコールから誘導される。例えば、デシルアルコールのエトキシラートを界面活性剤として使用できる。後者の化合物群においては、１分子あたり１２個から３０個の炭素原子を含み、置換基をもつフェノール類の酸化物を使用することができる。再び、理論に従って発明を限定することはしないが、界面活性剤とエーテルは（カップリング剤として働く）、燃焼過程の間にディーゼル燃料に含まれる水の影響を最小限にするように共同で働くと考えられる。本発明の好適な実施形態は、界面活性剤が以下の構造式をもつ少なくとも１種類の化合物である。
【００２３】
【化５】

ここでR_３は炭素鎖の長いアルキル基であり、好ましくは６個から１２個の炭素原子を含む（例えば、へプチル、オクチル、ノニル、デシルなど）。R_４は水素および比較的炭素数の少ないアルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル）から選択され、ｎは通常２から４０までの整数である。
【００２４】
本発明の実施でしばしば好適なのは前記の界面活性剤を組み合わせて使用することである。例えば、R_４が比較的炭素数の少ないアルキル基であるエトキシラート、かつ/または、R_４が水素であるエトキシラートを使用することが可能、または時には望ましい。このような界面活性剤は、商標TERGITOLなどのもとで商業的に入手できる。例えばTERGITOL―NP４はノニルフェノールポリエトキシラート、またTERGITOL―NP９はノニルフェノールポリエチレングリコールエーテルである。TERGITOL―NP４とTERGITOL―NP９を互いに組み合わせて使用することにより、炭化水素の排気ガスの減少に関して特に効果的な結果に到達することがわかった。
【００２５】
本発明の燃料添加剤はまた、添加剤に物質的な影響を与えない他の成分とともに組成を決定することもできる。例えば、添加剤を取り扱う作業者が添加剤と他の石油製品とを区別できるような色素を含めて燃料添加物を決定することがしばしば望ましい。青色の色素が添加剤を区別することに使用でき、そのようにすることが望ましいことがわかった。
【００２６】
本発明における添加剤は、使用する様々な成分の量の変動に対して若干敏感である。一般的に言って、鉱物性灯油は通常、添加剤の約５から約１５重量部を構成し、一方鉱物油精は、存在するときには、典型的に添加剤の約４０から６０重量部に相当する。グリコールエーテルは添加剤の約２０から４０重量部の範囲以内の量で使用されることが望ましい。界面活性剤の総量は添加剤の約２から１５重量部の範囲内であることが望ましい。
【００２７】
一般的に本発明における添加剤は通常の技術によって調合される。一般的に鉱物油精は鉱物性灯油と、この２つの成分を確実に均一に混合するために、約０．５から２０分かけて混合することが好ましい。その後グリコールエーテルがその混合物に加えられ、さらに界面活性剤が加えられ、引き続き界面活性剤の混合を行う。他の成分に影響しない色素が使用される時には、その色素は添加剤に一定の色を与えるのに十分な量で使用される。典型的には、青色の色素は３００ガロンの燃料添加剤ごとに約０．１から５オンスの範囲以内の量で使用することができる。
【００２８】
本発明における燃料添加剤は、ディーゼル燃料の処理において特別な効用があることがわかった。このようなディーゼル燃料の処理において、添加物が混合された燃料の燃焼から生じる汚染や排気ガスを減少させるのに十分な量で、燃料に燃料添加剤を混合することは十分である。一般的に、使用される添加剤の量は、燃料の体積部に対して添加剤は約０．００５から約０．１体積部の範囲内にある。この分野の技術者の認識によっては、使用される燃料添加剤の量は、添加剤を混合するディーゼル燃料の性質や品質とともに若干変化する。
【００２９】
本発明の基本的な構想を記述してきたが、ここに参考として、以下に実施例を記述する。実施例は実例として与えてあり、燃料添加剤の決定や液体炭化水素燃料の処理におけるその添加剤の使用について発明の実施を限定するものではない。
【００３０】
実施例１
１２重量部の量の鉱物性灯油を４８重量部の鉱物油精と混合し、その混合物を、確実に均一に混合するために約５分間混合する。その後、この混合物に３２重量部のエチレングリコールブチルエーテルを加え、さらにかき混ぜて混合する。最後に７重量部のTERGITOL NP-９を加え、全混合物を１０分間、周囲の温度で混合する。このようにして、燃料添加剤は以下の組成になる。
【００３１】
【表１】

上記の添加剤はディーゼル燃料とともに試験され、燃焼の間に生じる汚染物質劇的に減少させることがわかった。
【００３２】
実施例２
実施例１に記載した操作を用いて、以下の添加剤を調合した。
【００３３】
【表２】

添加剤を調合した後、青色の色素を加えた。ディーゼル燃料に混合した時、本発明における燃料添加剤は、ディーゼル燃料から排出される汚染物質を劇的に減少させることがわかった。
【００３４】
実施例３
実施例１に記載した操作を用いて、以下の添加剤を調合した。
【００３５】
【表３】

上記の添加剤を調合した後、青色の色素を加えた。ディーゼル燃料に混合した時、本発明における燃料添加剤は、ディーゼル燃料から排出される汚染物質を劇的に減少させることがわかった。
【００３６】
請求項で特に定義した発明の主旨から逸脱しない範囲で、操作、組成の決定、使用の詳細においては様々な変更や修正がなされてもよいことが理解できる。
［付記］
付記（１）：ディーゼル燃料の処理に使用する燃料添加剤において、約５重量部から１５重量部の鉱物性灯油と、約４０重量部から６０重量部の鉱物油精と、約２０重量部から４０重量部のアルキレングリコールアルキルエーテルと、約２重量部から１５重量部の少なくとも１種類の液体の非イオン界面活性剤とを含むことを特徴とする燃料添加剤。
付記（２）：前記鉱物性灯油は沸点が約２５０℃より高い石油蒸留物であることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（３）：前記鉱物性灯油は沸点が２７０℃から３７０℃の範囲内にあることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（４）：前記鉱物油精は沸点が約１５０℃から約４００℃の範囲内にある石油成分であることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（５）：前記液体の非イオン界面活性剤は、アルコールのエトキシラートである界面活性剤および置換基をもつ芳香族化合物の酸化物である界面活性剤からなる化合物群から選択された液体の非イオン界面活性剤であることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（６）：前記アルキレングリコールエーテルは、Ｒ _１ を２個から６個の炭素原子を含むアルキル基、Ｒ _２ を水素または２個から６個の炭素原子を含むアルキル基、ｘを０または１、ｎを０または１から３までの整数として、下記の一般式
【化４】

で表わされることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（７）：前記アルキレングリコールアルキルエーテルは、Ｒ _５ を３個から６個の炭素原子を含むアルキル基として、下記の一般式
【化５】

で表わされることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（８）：前記液体の非イオン界面活性剤は、Ｒ _３ をＣ _６ からＣ _１２ までのアルキル、Ｒ _４ を水素またはＣ _１ からＣ _３ までのアルキル、ｎを２から１２までの整数として、下記の一般式
【化６】

で表わされることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（９）：前記少なくとも１種類の液体の非イオン界面活性剤は、２種類の界面活性剤を含み、該界面活性剤はＲ _３ が水素である界面活性剤と、Ｒ _３ がＣ _１ からＣ _３ までのアルキルを有する界面活性剤であることを特徴とする付記（８）に記載の燃料添加剤。
付記（１０）：前記アルキルエーテルはエチレングリコールモノブチルエーテルであることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（１１）：前記少なくとも１種類の液体の非イオン界面活性剤は、２種類の界面活性剤を含み、該界面活性剤は、ノニルフェノールポリエトキシラートと、ノニルフェノールポリエチレングリコールエーテルであることを特徴とする付記（１）に記載の燃料添加剤。
付記（１２）：付記（１）に記載の燃料添加剤を燃料に添加したことを特徴とするディーゼル燃料の処理方法。
付記（１３）：ディーゼルエンジンに使用する燃料において、ディーゼル燃料と、付記（１）に記載の燃料添加剤とから成り、該燃料添加剤はディーゼル燃料の燃焼の間に排出される汚染を減少させるのに十分な量だけ含まれていることを特徴とする燃料。
付記（１４）：ディーゼル燃料の処理に使用する燃料添加剤において、約５重量部から１５重量部の鉱物性灯油と、約２０重量部から４０重量部のアルキレングリコールアルキルエーテルと、約２重量部から１５重量部の少なくとも１種類の液体の非イオン界面活性剤とを含むことを特徴とする燃料添加剤。

Claims (11)

1. ディーゼル燃料の処理における使用のための燃料添加剤の組成物であって、
   本質的に、重量で５から１５部までの鉱物性灯油、重量で４０から６０部までのミネラルスピリット、重量で２０から４０部までのアルキレングリコールアルキルエーテル、並びに、構造：
   

   

   を有する重量で２から１５部までの少なくとも一つの液体の非イオン性の酸素化された置換された芳香族の界面活性剤、並びに、自由選択でそれに付けられた１個から１０個までのエトキシ化された基を含有するＣ _５ からＣ _１８ までのアルコールから誘導された少なくとも一つのエトキシ化されたアルコールの界面活性剤からなると共に、
   Ｒ _３ は、Ｃ _６ からＣ _１２ までのアルキルであると共に、
   Ｒ _４ は、水素又はＣ _１ からＣ _３ までのアルキルであると共に、
   ｎは、２から１２までの整数である、組成物。
2. 請求項１に記載の組成物において、
   前記鉱物性灯油は、２５０℃より上の沸点を有する石油蒸留物である、組成物。
3. 請求項１に記載の組成物において、
   前記鉱物性灯油は、２７０℃から３７０℃までの範囲内における沸点を有する、組成物。
4. 請求項１に記載の組成物において、
   前記ミネラルスピリットは、１５０℃から４００℃までの範囲内における沸点を有する石油フラクションである、組成物。
5. 請求項１に記載の組成物において、
   前記アルキレングリコールエーテルは、構造式：
   

   

   を有すると共に、
   Ｒ_１は、２個から６個までの炭素原子を含有するアルキル基であると共に、
   Ｒ_２は、水素又は２個から６個までの炭素原子を含有するアルキル基であると共に、
   ｘは、０又は１であると共に、
   ｎは、１から３までの整数である、組成物。
6. 請求項１に記載の組成物において、
   前記アルキレングリコールアルキルエーテルは、式：
   

   

   を有すると共に、
   Ｒ_５は、３個から６個までの炭素原子を含有するアルキル基である、組成物。
7. 請求項１に記載の組成物において、
   前記アルキルエーテルは、エチレングリコールモノブチルエーテルである、組成物。
8. 請求項１に記載の組成物であって、
   構造：
   

   

   を有する二つの異なる酸素化された置換された芳香族の界面活性剤を含むと共に、
   Ｒ _３ は、Ｃ _６ からＣ _１２ までのアルキルであると共に、
   Ｒ _４ は、水素又はＣ _１ からＣ _３ までのアルキルであると共に、
   ｎは、２から１２までの整数である、組成物。
9. ディーゼル燃料の処理のための方法であって、
   そのような燃料へ請求項１によって定義された燃料添加剤の組成物を添加することを備える、方法。
10. ディーゼルエンジンにおける使用のための燃料の組成物であって、
    ディーゼル燃料及び請求項１によって定義された燃料添加剤の組成物を備えると共に、
    前記添加剤は、前記ディーゼル燃料の燃焼の間に放出された汚染を低減するために十分な量で存在するものである、組成物。
11. ディーゼル燃料の処理における使用のための燃料添加剤の組成物であって、
    本質的に、重量で５から１５部までの鉱物性灯油、重量で２０から４０部までのアルキレングリコールアルキルエーテル、並びに、構造：
    

    

    を有する重量で２から１５部までの少なくとも一つの液体の非イオン性の酸素化された置換された芳香族の界面活性剤、並びに、自由選択でそれに付けられた１個から１０個までのエトキシ化された基を含有するＣ _５ からＣ _１８ までのアルコールから誘導された少なくとも一つのエトキシ化されたアルコールの界面活性剤からなると共に、
    Ｒ _３ は、Ｃ _６ からＣ _１２ までのアルキルであると共に、
    Ｒ _４ は、水素又はＣ _１ からＣ _３ までのアルキルであると共に、
    ｎは、２から１２までの整数である、
    組成物。