JP5052876B2 - ディーゼルエンジン用燃料油組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、コモンレール式燃料噴射装置、ユニットインジェクタ式燃料噴射装置などの、燃料高圧噴射式のディーゼルエンジンにおいて、燃料を高圧にした際に生じる固化・ゲル化を抑制し、適切な燃焼状態を維持し、かつ噴射装置への機械的なダメージを回避することができる燃料油組成物を提供するものである。
近年、環境問題から自動車から排出される排気ガスの低減や熱効率の向上が求められている。ディーゼル車は、ガソリン車に比べ熱効率に優れ、ＣＯ２排出が少ないものの、燃焼がディーゼル特有の拡散燃焼であることに起因する粒子状物質（ＰＭ）の排出やＮＯｘの排出などによる人体への影響の懸念や環境に対する悪影響が問題となっている。
これらディーゼル車から排出されるＰＭやＮＯｘの問題に対し、燃焼形態を改善するため、コモンレール式燃料噴射装置や、ユニットインジェクタ方式に代表される燃料高圧噴射装置の導入が進んでいる。燃料の高圧噴射は、エンジン筒内に噴射される燃料の微粒化を促進し、かつ、筒内空気との混合を促進することにより、燃焼形態を改善することができる。コモンレール式燃料噴射装置や、ユニットインジェクタ式燃料噴射装置による最大燃料噴射圧力は、従来車の代表である列型噴射装置の噴射圧力５０ＭＰａ程度に対し、１６０〜２００ＭＰａ程度と非常に高く、その高圧化は更に進んでいる。また、これら燃料高圧噴射装置は、電子制御により、これまでのエンジン回転数に応じた燃料噴射圧力ではなく、あらかじめ高圧化された燃料をプールしておき、運転条件により最適な燃料噴射圧力を判断し、噴射圧力を調整して噴射する方式となっているため、全運転領域において最適な燃焼状態の維持が可能となっている。更に、上記の高圧噴射型の車輌においては、インジェクタノズル噴射孔のサイズもこれまでより小さくなっており、噴射燃料の微細化の一助となっている。
このような燃料噴射装置の導入により、燃焼形態が大幅に改善され、ＰＭ排出量やＮＯｘ排出量が大きく低減された。そしてエンジンアウトでの排出ガスが低減されたことにより、従来のエンジンから排出されるＰＭ、ＮＯｘ量では装着できなかったエンジン後段の各種後処理装置（ＤＰＦ、ＤＰＮＲ等）も併用可能となり、ＰＭ、ＮＯｘの大幅な低減の達成がなされている。
一方、燃料の高圧噴射化は上記に示したように、排ガス低減に大きな効果があり、非常に有用な技術であるものの、２００ＭＰａのような超高圧状態における燃料の状態に関する技術的な知見はほとんどないのが現状である。このような中、高圧噴射型の車輌に対応する燃料油として、例えば、軽油の密度と４０℃における粘度を規定したものが報告されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、高圧コモンレール燃料系を有する圧縮点火エンジンは、密度と４０℃における粘度が特定の範囲にあれば、性能を全く損失することなく、また排出物を実質的に減少させて運転することが可能であることが開示されている。
特表２００４−５１４７４６号公報
しかし、この技術は高圧噴射型の車両における排出物質の減少を目的としており、超高圧状態における燃料の状態を特定しているものではない。
物質の三態図を考えた場合、常温、常圧で液体の物質であっても、２００ＭＰａのような超高圧状態にさらされた場合には固体へと状態変化を起こしてしまう。新型の燃料噴射装置は従来のものと比べ、最高圧力では３倍以上、かつ最低でも５０ＭＰａ以上の圧力が常時燃料にかかっていることから、高圧下でプールされた燃料の固化・ゲル化といったものが懸念される。燃料の固化・ゲル化は、燃料が液体であることを想定されて設計されている燃料噴射の噴霧形状に大きな影響を与えることは明らかであり、かつ、固体またはゲル状態のものが２００ＭＰａのような超高圧で噴射された場合、インジェクタのノズルホールがより小さくなっているような高圧噴射型の車両においてはこれらの箇所が破損する可能性が懸念される。
それに加え、近年ではＣＯ２排出削減の観点から、京都議定書における取り決めで、燃焼によって発生したＣＯ２排出量がカウントされない、いわゆるカーボンニュートラルであるバイオディーゼルフューエル（ＢＤＦ）の使用が社会的に要請されている。ＢＤＦはこれまで使用されている石油系燃料油とは組成が全く異なるため、現在もその安定性、燃焼性などが研究されている段階であり、高圧下での挙動についての知見は未だ見出されていない。
本発明は、上記の技術的な背景から、高圧噴射装置で使用されるような超高圧下においても燃料の状態を液体状態として保持でき、燃料噴霧形態を維持することにより、適切な燃焼状態を保持できると伴に、インジェクタのノズルホール破損などのトラブルを回避できるディーゼルエンジン用の燃料油組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、適切な組成、性状を有する燃料とすることで、高圧下において適切な燃料噴霧を可能とする知見を得て、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下に示す特徴を有するコモンレール式燃料噴射装置、ユニットインジェクタ式燃料噴射装置などの燃料高圧噴射式のディーゼルエンジンに適した燃料油組成物を提供するものである。
（１）１０容量％留出温度が１８０〜２２５℃、９０容量％留出温度が３１５〜３５０℃の蒸留性状を有し、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であり、飽和分が４５〜６６．２容量％で、芳香族分が１０〜３０容量％で、かつ、２環芳香族類含有量が１．５容量％以下及び３環以上の多環芳香族類含有量が０．５容量％以下であり、ナフテン類含有量が６０容量％以下、多環ナフテン類の含有量が３０容量％以下、イソパラフィンの含有量が５〜１９．３容量％であり、かつ脂肪酸部分の炭素数が１６以上である飽和脂肪酸アルキルエステルの含有量が１．４〜４０質量％であることを特徴とするディーゼルエンジン用燃料油組成物。
（２）燃料噴射圧力が５０ＭＰａ以上であるディーゼルエンジンに用いられる、上記（１）に記載のディーゼルエンジン用燃料油組成物。
（１）１０容量％留出温度が１８０〜２２５℃、９０容量％留出温度が３１５〜３５０℃の蒸留性状を有し、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であり、飽和分が４５〜６６．２容量％で、芳香族分が１０〜３０容量％で、かつ、２環芳香族類含有量が１．５容量％以下及び３環以上の多環芳香族類含有量が０．５容量％以下であり、ナフテン類含有量が６０容量％以下、多環ナフテン類の含有量が３０容量％以下、イソパラフィンの含有量が５〜１９．３容量％であり、かつ脂肪酸部分の炭素数が１６以上である飽和脂肪酸アルキルエステルの含有量が１．４〜４０質量％であることを特徴とするディーゼルエンジン用燃料油組成物。
（２）燃料噴射圧力が５０ＭＰａ以上であるディーゼルエンジンに用いられる、上記（１）に記載のディーゼルエンジン用燃料油組成物。
以下に発明の詳細を記載する。
本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物の蒸留性状は、１０容量％留出温度が１８０〜２２５℃、好ましくは１８３〜２２２℃、９０容量％留出温度が３１５〜３５０℃、好ましくは３１７〜３４７℃である。
１０容量％留出温度が１８０℃以上であれば、軽油として適切な引火点、動粘度を保つことができ、２２５℃以下であれば、適度な揮発性を有することから、燃焼室内での空気との混合が促進され、不均一混合燃焼に由来するＰＭ等を低減することができるため好ましい。９０容量％留出温度が３１５℃以上であれば、動粘度を適切に保つことができ、３５０℃以下であれば軽油中の重質成分、特に芳香族分を低いレベルに抑えることができ、燃焼性を良好に保つことが出来るため、好ましい。
また本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物に含まれる硫黄分は１０質量ｐｐｍ以下、好ましくは８質量ｐｐｍ以下である。硫黄分を１０質量ｐｐｍ以下とすることで、エンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ）の成分であるサルフェートの排出量を少なくし、排ガス後処理装置の性能に対する影響も小さくなり好ましい。
なお本発明における、蒸留性状はＪＩＳ Ｋ２２５４の常圧法蒸留試験、硫黄分はＪＩＳ Ｋ２５４１の微量電量滴定式酸化法により、それぞれ測定できる。
本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物の飽和分は、４５〜９８容量％、好ましくは５０〜９８容量％、芳香族分は２〜３０容量％、好ましくは２〜２８容量％であり、その内２環芳香族類含有量は１．５容量％以下、好ましくは１．４容量％以下、３環以上の多環芳香族類の含有量は０．５容量％以下、好ましくは０．３容量％以下である。
飽和分を４５容量％以上、芳香族分を３０容量％以下として、特に２環芳香族および３環以上の多環芳香族を低レベルに抑えることにより、燃焼時にＰＭおよびＮＯｘの排出量を低減できる。
なお、ここでの組成割合は、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）」に基づいて求められる。
本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物のナフテン類含有割合は、６０容量％以下、好ましくは５８容量％以下であり、そのうち２環以上の多環ナフテン類含有量は３０容量％以下、好ましくは２８容量％以下である。ナフテン類、多環ナフテン類は、５０ＭＰａ以上の超高圧下においては、その多くが分子的に平面構造に近い形を有していることにより固化しやすい傾向がある。ここで、ナフテン類としては、例えば、シクロヘキサンやシクロペンチルシクロヘキサン、２環のナフテン類としては、例えば、ジシクロヘキシルエタンやデカリンなどが挙げられる。３環以上のナフテン類としては、例えば、テトラデカヒドロアントラセンなどが挙げられる。ナフテン類が６０容量％以下、特に多環ナフテン類が３０容量％以下であることにより、固液平衡線（圧力−温度曲線）の２次曲線の傾きを大きく保つことができるため、好ましい。
なおここでのナフテン類含有割合は、高速液体クロマトグラフ法（ＨＰＬＣ）によりディーゼルエンジン用燃料油組成物を芳香族分と飽和分に分画採取した後、飽和分をガスクロマトグラフ法−質量分析法（ＧＣ−ＭＳ）で分析し、ＡＳＴＭＤ ２７８６に従って解析を行い、各環数別のナフテン類割合を算出し、ここで得られた割合を、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」により求めた飽和分割合に乗ずることで求められる。
本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物のイソパラフィンの含有量が５〜９０容量％、５〜８０容量％であればさらに好ましい。
イソパラフィンが５容量％以上であることにより、固液平衡線（圧力-温度曲線）の２次曲線の傾きを大きく保つことができ、９０容量％以下であれば、燃料油組成物の燃焼性を適正な範囲に保つことができることにより好ましい。
なおここでのイソパラフィン含有割合は、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」により求めた飽和分からナフテン類含有量とｎ−パラフィン含有量との和を引くことにより求めることが出来る。
なおここでのｎ−パラフィン含有量は、ガスクロマトグラフ法（ＧＣ）により得ることができ、これを容量％に換算することで求めることが出来る。
本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物の、５０ＭＰａにおける結晶析出温度は２０℃以下であり、１５℃以下であればさらに好ましく、これに加えて、燃料油組成物の固体状態と液体状態の境目を表す固液平衡線の傾きが、−０．０３５以上であれば好ましく、−０．０３以上であればさらに好ましい。
５０ＭＰａにおける結晶析出温度が２０℃以下であれば、エンジン始動直後の燃料高圧噴射装置の圧力において燃料が液体状態を保つことができ、始動直後のエンジン不調を防ぐことが出来る。固液平衡線の傾きが−０．０３５以上であれば、ある任意の圧力上昇により結晶が析出した場合でも、小さな温度上昇（少量の熱量の投入）により固相状態から液相状態へ状態変化を起こすため、液相状態を維持するために好ましい。
なお、５０ＭＰａにおける結晶析出圧力、および固液平衡線は、図１に示す実験装置を用いて得ることができ、固液平衡線は、図２に示すように高圧室内の温度を−３０〜８０℃の任意の温度に固定し、圧力を５ＭＰａ刻みで昇圧させたときに、試料室内に結晶が析出した圧力を、横軸：温度、縦軸：結晶析出圧力のグラフにプロットし、その点を複数点結ぶことにより、２次関数のグラフとして描くことができる。
また、本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物は脂肪酸部分の炭素数が１６以上である飽和脂肪酸アルキルエステルの含有量が４０質量％以下、好ましくは３５質量％以下である。脂肪酸部分の炭素数が１６以上である飽和脂肪酸エステルの結晶析出圧力は、軽油組成物中の結晶析出の原因物質であるｎ−パラフィンと同等程度であることから、含有量が４０質量％以下であれば、軽油組成物の溶解力により、燃料を高圧にした際の飽和脂肪酸アルキルエステル由来の結晶析出による燃料の固化・ゲル化を抑制することができるため、好ましい。
なお、本発明に使用する脂肪酸アルキルエステルは、動物油脂および植物油脂等を原料として生成される。例えば、本発明に使用する脂肪酸アルキルエステルは、トリグリセリドが主成分である動物油脂、植物油脂から、種々の反応と精製により得られる。しかしながら、牛脂、ラード、魚油に代表される動物油脂由来の脂肪酸アルキルエステルは、不飽和脂肪酸の量、特に不飽和結合数が２以上の多価不飽和脂肪酸の量が多いことや、精製油の夾雑物が多い。このため、本発明に使用する脂肪酸アルキルエステルは、ココナツ、パームヤシ、オリーブ、ヒマワリ、ナタネ、大豆など、種々の植物を原料とする植物油脂が原料であることが好ましい。
また、産業用や、食用などで使用された廃食用油を原料とした脂肪酸アルキルエステルについても、近年の研究の結果、反応法、精製法が精査されており、夾雑物の少ない脂肪酸アルキルエステルが生産されていることから、本発明に使用することができる。
反応方法および精製については、一般的なアルカリ金属を用いたアルカリ触媒法、有機酸などの酸触媒を用いた酸触媒法、リパーゼ酵素を用いたリパーゼ法などがあるが、本発明において用いられる脂肪酸アルキルエステルは、反応・精製法に依存しない。
本発明で使用される脂肪酸アルキルエステルのアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などの、異性体を含む各種アルキル基である。
表１に、上記アルキル基が結合した脂肪酸アルキルエステルの代表例を示す。ただし、本発明において、使用される脂肪酸アルキルエステルの種類は、下記代表例に限定されるものではない。
本発明で使用される脂肪酸アルキルエステルおよび原料に使用される油脂の脂肪酸の分析は、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）を用いて行うことが可能である。
本発明における軽油組成物は、種々の石油留分から蒸留によりその蒸留性状を調整し、水素化脱硫、芳香族抽出処理等の処理を行った軽油留分に、灯油等を適宜配合して製造することができる。ＪＩＳ規格軽油としては、特１号、１号、２号、３号、特３号全般が使用可能であり、特に限定されない。その他、灯油留分を混合していない軽油基材や、重油を接触分解、水素化脱硫、水素化分解処理、脱アロマ処理およびコーカー等で重質油分をアップグレーディング等をした後に分留される軽油留分等でも、その性状が上述の性状を満たすものであれば使用可能であり、特に限定されるものではない。例えば、超高圧下で固化を促進するようなナフテン、多環ナフテンを含まないような原油を選択するか、水素化脱硫反応においてこれら物質を水添するなどした基材を選択的に使用することで好適に製造することができる。
本発明におけるディーゼルエンジン用燃料油組成物には、低温流動性向上剤を１０〜１０００容量ｐｐｍ、好ましくは５０〜７００容量ｐｐｍ添加することが好ましい。低温流動性向上剤を１０容量ｐｐｍ以上添加することにより、目詰まり点（ＣＦＰＰ）や流動点（ＰＰ）を改善することができ好ましい。また低温流動性向上剤の添加量が１０００容量ｐｐｍ以下であることにより、添加剤自体の凝集等を防ぐことができ好ましい。
本発明において使用する低温流動性向上剤は、種々のものが使用でき、例えばアルケニルコハク酸イミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アルキルアクリレート共重合体、ポリエチレングリコール誘導体等の共重合ポリマー、塩素化ポリエチレン、ポリアルキルアクリレート等のポリマーが挙げられる。これらの低温流動性向上剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組合せて用いてもよい。
また、本発明のディーゼルエンジン用燃料油組成物には必要に応じて、その他各種の添加剤を適宜配合することができる。このような添加剤としては、潤滑性向上剤、セタン価向上剤、界面活性剤、防腐剤、防錆剤、泡消剤、清浄剤、酸化防止剤、色相改善剤、など公知の燃料添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、１種を単独で配合してもよいし、２種以上を組み合わせて配合してもよい。
次に、本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明する。なお本発明は、これらの例によって何ら制限されるものではない。
実施例、比較例において、引火点、蒸留性状、硫黄分、３０℃動粘度、目詰まり点、流動点は、ＪＩＳＫ２２０４に定められる方法に準拠して測定した。その他に、１５℃密度はＪＩＳ Ｋ ２２４９、曇り点はＪＩＳ Ｋ ２２６９、窒素量はＪＩＳ Ｋ ２６０９、酸素量はＪＩＳＫ ２５３６の方法により測定した。飽和分、芳香族分の割合と、芳香族分の環数別割合は、ＪＰＩ-５Ｓ-４９-９７に基づいて測定した。
ＨＰＬＣの装置構成及び分析条件を以下に示す。
装置：Ａｇｉｌｅｎｔ １１００ Ｓｅｒｉｅｓ（ＡＬＳ：Ｇ１３２９Ａ，Ｂｉｎ Ｐｕｍｐ：Ｇ１３１２Ａ，Ｄｅｇａｓｓｅｒ：Ｇ１３７９Ａ，Ｒｉｄ：Ｇ１３６２Ａ，Ｃｏｌｃｏｍ：Ｇ１３１６Ａ）
移動相：ｎ−ヘキサン
流量：１．０ｍｌ／ｍｉｎ
カラム：硝酸銀含浸シリカカラム（４．６ｍｍｌ．Ｄ．＊７０ｍｍＬ.センシュー科学製 ＡｇＮＯ３−１０７１−Ｙ）
アミン修飾カラム（４．０ｍｍｌ．Ｄ．＊２５０ｍｍＬ．２本 センシュー科学製 ＬＩＣＨＲＯＳＯＲＢ−ＮＨ２）
カラム温度：３５℃
試料濃度：１０ｖｏｌ％
注入量：５μｌ
装置：Ａｇｉｌｅｎｔ １１００ Ｓｅｒｉｅｓ（ＡＬＳ：Ｇ１３２９Ａ，Ｂｉｎ Ｐｕｍｐ：Ｇ１３１２Ａ，Ｄｅｇａｓｓｅｒ：Ｇ１３７９Ａ，Ｒｉｄ：Ｇ１３６２Ａ，Ｃｏｌｃｏｍ：Ｇ１３１６Ａ）
移動相：ｎ−ヘキサン
流量：１．０ｍｌ／ｍｉｎ
カラム：硝酸銀含浸シリカカラム（４．６ｍｍｌ．Ｄ．＊７０ｍｍＬ.センシュー科学製 ＡｇＮＯ３−１０７１−Ｙ）
アミン修飾カラム（４．０ｍｍｌ．Ｄ．＊２５０ｍｍＬ．２本 センシュー科学製 ＬＩＣＨＲＯＳＯＲＢ−ＮＨ２）
カラム温度：３５℃
試料濃度：１０ｖｏｌ％
注入量：５μｌ
ナフテン類および環数別ナフテン類の含有量、およびイソパラフィン分析は下記方法で行った。
まず試料をＨＰＬＣにより飽和分と芳香族分により分画後、飽和分についてＧＣ−ＭＳによりタイプ分析を行った。ここで得られた分析結果を基に、ＡＳＴＭＤ ２７８６に従って解析を行い、飽和分中のパラフィン類と、ナフテン類および環数別ナフテン類の含有割合を求めた。ここで得られた飽和分中のナフテン類および環数別ナフテン類の割合を、上記のように求めた飽和分割合に乗ずることで、ナフテン類および環数別ナフテン類の含有量を求めた。
イソパラフィンは、上記方法で求めたナフテン類と、下記に示すｎ‐パラフィンの含有量を容量％に換算したものとの和を、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」により求めた飽和分より引くことにより求めた。
分析条件を下記に示す。
装置：ＨＰ−６８９０ ＨＰ５９７３ 四重極質量分析計
カラム：ＤＢ−１：３０ｍ×０．２５ｍｍＩ．Ｄ．×０．２５μｍ
オーブン温度：４０℃（１ｍｉｎ）→１０℃／ｍｉｎ→２８０℃（５ｍｉｎ）
注入口温度：４３℃ Ｏｖｅｎ ｔｒａｃｋ ｍｏｄｅ ＯＮ
インターフェース温度：３００℃
キャリアガス：Ｈｅ：５５ＫＰａ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅ ＯＮ
Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｄｅｌａｙ：４．５ｍｉｎ
質量範囲：５０〜５００ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝１００ Ｓａｍｐｌｉｎｇ♯３
イオン化電圧：７０ｅＶ
注入方法：オンカラム注入 １．０μｌ
装置：ＨＰ−６８９０ ＨＰ５９７３ 四重極質量分析計
カラム：ＤＢ−１：３０ｍ×０．２５ｍｍＩ．Ｄ．×０．２５μｍ
オーブン温度：４０℃（１ｍｉｎ）→１０℃／ｍｉｎ→２８０℃（５ｍｉｎ）
注入口温度：４３℃ Ｏｖｅｎ ｔｒａｃｋ ｍｏｄｅ ＯＮ
インターフェース温度：３００℃
キャリアガス：Ｈｅ：５５ＫＰａ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅ ＯＮ
Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｄｅｌａｙ：４．５ｍｉｎ
質量範囲：５０〜５００ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝１００ Ｓａｍｐｌｉｎｇ♯３
イオン化電圧：７０ｅＶ
注入方法：オンカラム注入 １．０μｌ
ｎ−パラフィン含有量とその炭素数別の分布は、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）により測定した。以下に測定条件を示す。
・軽油組成物とディーゼルエンジン用燃料油組成物について
装置：５８９０ ｓｅｒｉｅｓ２（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
カラム：Ｕｌｔｒａ １ （Ａｇｉｌｅｎｔ）Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ Ｍｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｇｕｍ、５０ｍ×０．２０ｍｍＩ.Ｄ. 膜厚０．３３μｍ
検出器：ＦＩＤ
オーブン温度：６０℃（０ｍｉｎ）−（６℃/ｍｉｎ）→３４０℃（１０ｍｉｎ）Ｒｕｎ ５６．７ｍｉｎ
注入口：Ｏｎ−ｃｏｌｕｍｎ
注入口温度：オーブントラックモード(オーブン温度＋３℃)
検出器温度：３５０℃
キャリアガス：Ｈｅ ２８０ｋＰａ（定圧)１．３ｍＬ／ｍｉｎ 線速度２９．７ｃｍ／ｓｅｃ（ａｔ ６０℃）
メイクアップガス：Ｈｅ
ＦＩＤ燃焼ガス：Ｈ２ ３０ ｍＬ／ｍｉｎ，Ａｉｒ ４００ｍＬ／ｍｉｎ
注入量：０．２μｌ
定量法：内標準法（内標準物質:フタル酸ジブチルエステル）
装置：５８９０ ｓｅｒｉｅｓ２（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
カラム：Ｕｌｔｒａ １ （Ａｇｉｌｅｎｔ）Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ Ｍｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｇｕｍ、５０ｍ×０．２０ｍｍＩ.Ｄ. 膜厚０．３３μｍ
検出器：ＦＩＤ
オーブン温度：６０℃（０ｍｉｎ）−（６℃/ｍｉｎ）→３４０℃（１０ｍｉｎ）Ｒｕｎ ５６．７ｍｉｎ
注入口：Ｏｎ−ｃｏｌｕｍｎ
注入口温度：オーブントラックモード(オーブン温度＋３℃)
検出器温度：３５０℃
キャリアガス：Ｈｅ ２８０ｋＰａ（定圧)１．３ｍＬ／ｍｉｎ 線速度２９．７ｃｍ／ｓｅｃ（ａｔ ６０℃）
メイクアップガス：Ｈｅ
ＦＩＤ燃焼ガス：Ｈ２ ３０ ｍＬ／ｍｉｎ，Ａｉｒ ４００ｍＬ／ｍｉｎ
注入量：０．２μｌ
定量法：内標準法（内標準物質:フタル酸ジブチルエステル）
・パラフィン組成物について
装置：６８９０（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
カラム：ＤＢ−１ ３０m×０．２５ｍｍＩ．Ｄ． 膜厚０．２５μｍ
検出器：ＦＩＤ
オーブン温度：５０℃（１ｍｉｎ）−（５℃／ｍｉｎ)→３４０℃（２０ｍｉｎ）Ｒｕｎ ７９ｍｉｎ
注入口：Ｓｐｌｉｔ（Ｂａｃｋ） １００:１
キャリアガス：Ｈｅ ８３ｋＰａ（定圧）１．０ｍＬ／ｍｉｎ Ｔｏｔａｌ １００ｍＬ／ｍｉｎ
平均線速度：２６ｃｍ／ｓｅｃ
メイクアップガス：Ｈｅ
ＦＩＤ燃焼ガス：Ｈ２ ３０ ｍＬ／ｍｉｎ，Ａｉｒ ４００ｍＬ／ｍｉｎ
注入量：０．１μｌ
試料希釈：二硫化炭素で１／２に希釈
ベースライン：補正あり
装置：６８９０（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
カラム：ＤＢ−１ ３０m×０．２５ｍｍＩ．Ｄ． 膜厚０．２５μｍ
検出器：ＦＩＤ
オーブン温度：５０℃（１ｍｉｎ）−（５℃／ｍｉｎ)→３４０℃（２０ｍｉｎ）Ｒｕｎ ７９ｍｉｎ
注入口：Ｓｐｌｉｔ（Ｂａｃｋ） １００:１
キャリアガス：Ｈｅ ８３ｋＰａ（定圧）１．０ｍＬ／ｍｉｎ Ｔｏｔａｌ １００ｍＬ／ｍｉｎ
平均線速度：２６ｃｍ／ｓｅｃ
メイクアップガス：Ｈｅ
ＦＩＤ燃焼ガス：Ｈ２ ３０ ｍＬ／ｍｉｎ，Ａｉｒ ４００ｍＬ／ｍｉｎ
注入量：０．１μｌ
試料希釈：二硫化炭素で１／２に希釈
ベースライン：補正あり
脂肪酸アルキルエステルの分析は、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）により測定した。以下に測定条件を示す。
装置：島津 ＧＣ−２０１０
カラム：ＤＢ−ＷＡＸ ３０ｍ×０．２５ｍｍ Ｉ．Ｄ． 膜厚０．２５ｕｍ
オーブン温度：６０℃（１ｍｉｎ）−（１０℃／ｍｉｎ）→２５０゜Ｃ（２０ｍｉｎ） Ｒｕｎ ４０ｍｉｎ
注入口：スプリットレス ２８０℃
検出器：ＦＩＤ ２８０℃
キャリヤーガス：Ｈｅ １００ｋＰａ（Ｔｏｔａｌｆｌｏｗ ４０．２ｍｌ／ｍｉｎ）１．２ｍｌ／ｍｉｎ ２９．６ｃｍ／ｓｅｃ
注入方法：スプリットレス注入
試料希釈：０．０１ｇ／２ｍＬ Ｔｏｌｕｅｎｅ
注入量：０．２μＬ
装置：島津 ＧＣ−２０１０
カラム：ＤＢ−ＷＡＸ ３０ｍ×０．２５ｍｍ Ｉ．Ｄ． 膜厚０．２５ｕｍ
オーブン温度：６０℃（１ｍｉｎ）−（１０℃／ｍｉｎ）→２５０゜Ｃ（２０ｍｉｎ） Ｒｕｎ ４０ｍｉｎ
注入口：スプリットレス ２８０℃
検出器：ＦＩＤ ２８０℃
キャリヤーガス：Ｈｅ １００ｋＰａ（Ｔｏｔａｌｆｌｏｗ ４０．２ｍｌ／ｍｉｎ）１．２ｍｌ／ｍｉｎ ２９．６ｃｍ／ｓｅｃ
注入方法：スプリットレス注入
試料希釈：０．０１ｇ／２ｍＬ Ｔｏｌｕｅｎｅ
注入量：０．２μＬ
本発明における実験装置を図１に示す。本実験装置は、実験試料を入れる高圧室と、圧媒（常温時：水、低温時：エタノール）からの圧力に応じて上下するガラス製のピストンから成る。ポンプにより圧媒を圧送することにより、高圧室内の圧力を常圧から、３００ＭＰａまでの任意の圧力に昇圧することができる。この際、図１に示した高圧セル自体も圧媒に満たすことにより、高圧室及びピストンの外壁が圧力により変形、破損することなく観測を行うことが出来る。高圧室内の観察は、装置上下のサファイア窓よりガラス製のピストンを通してマイクロスコープ等によって光学的に行うことができる。
＜実施例１＞
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パーム油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が１９．５６質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パーム油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が１９．５６質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
＜実施例２＞
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パーム油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が９．７８質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パーム油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が９．７８質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
＜実施例３＞
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、ナタネ油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が１．４質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、ナタネ油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が１．４質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
＜比較例１＞
実施例１で使用した原油よりもナフテンおよび多環ナフテンを多く含むナフテン基原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐ
ｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パルミチン酸メチルエステルを５．０質量％混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
実施例１で使用した原油よりもナフテンおよび多環ナフテンを多く含むナフテン基原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐ
ｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パルミチン酸メチルエステルを５．０質量％混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
＜比較例２＞
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パーム油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が４９．８質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
原油を常圧蒸留することにより得られた沸点範囲１５０〜３７０℃で９０％留出温度が３４５℃の軽油留分を硫黄分１０質量ｐｐｍ以下に水素化脱硫した脱硫軽油基材に、パーム油脂をアルカリ触媒による処理にてアルキルエステル化し、精製することにより得られた脂肪酸アルキルエステル混合物を炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が４９．８質量％となるように混合し、ディーゼルエンジン用燃料油組成物を得た。そして得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物に、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成る流動性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し３００容量ｐｐｍ、また長鎖アルキルエステルから成る潤滑性向上剤をディーゼルエンジン用燃料油組成物全量に対し１００ｍｇ／ｋｇ添加した。得られたディーゼルエンジン用燃料油組成物の性状を表２に示す。
表２中、１５℃、５０ＭＰａにおける液体状態の維持について、高圧室内の燃料が図３のように液体状態ならば「○」の判定、図４のように結晶の析出が見られる、もしくは図５のように燃料が固化しているならば、「×」と判定した。
比較例１は、実施例１−３と比較してナフテン類含有量が多く、イソパラフィン含有量が少ないことから、やや重質な蒸留性状を持っており、１５℃、５０ＭＰａにおいて結晶の析出が観測され、固−液平衡線の傾きも小さくなった。このため、２００ＭＰａ付近のようなさらなる高圧状態になった場合には、実施例１〜３と比較して、かなりの温度領域において固体状態となる結果となった。
比較例２は、実施例１−３と比較して炭素数１６以上の飽和脂肪酸エステル含有量が多く、ナフテン類含有量が少ないことから、蒸留性状が非常に重質となり、固−液平衡線の傾きは大きいものの、１５℃、５０ＭＰａにおいて結晶の析出が確認された。
図２に、燃料油組成物の固−液平衡図を示す。横軸は試料温度[℃]、縦軸はある温度での結晶析出圧力［ＭＰａ］を示しており、任意の温度における結晶析出圧力を複数点プロットすることにより、固−液平衡線図は通常、２次曲線として描かれる。この固−液平衡線より左の部分は、試料に結晶が析出し、ゲルもしくは、固体状態となっていることを示している。固−液平衡線図の始点：圧力０の時の試料中への結晶析出温度は、いわゆる曇り点を示している。曇り点が同一の試料であっても、試料中の組成により、２次曲線の傾きが異なり、試料の固体状態の領域は大きく異なる。図中の曲線１は実施例１を、曲線２は比較例１を示している。実施例１では１５℃、５０ＭＰａで液体状態であるが、比較例１では固−液の境界面にあり、固体と液体の共存状態となっている。
Claims (2)
- １０容量％留出温度が１８０〜２２５℃、９０容量％留出温度が３１５〜３５０℃の蒸留性状を有し、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であり、飽和分が４５〜６６．２容量％で、芳香族分が１０〜３０容量％で、かつ、２環芳香族類含有量が１．５容量％以下及び３環以上の多環芳香族類含有量が０．５容量％以下であり、ナフテン類含有量が６０容量％以下、多環ナフテン類の含有量が３０容量％以下、イソパラフィンの含有量が５〜１９．３容量％であり、かつ脂肪酸部分の炭素数が１６以上である飽和脂肪酸アルキルエステルの含有量が１．４〜４０質量％であることを特徴とするディーゼルエンジン用燃料油組成物。
- 燃料噴射圧力が５０ＭＰａ以上であるディーゼルエンジンに用いられる、請求項１に記載のディーゼルエンジン用燃料油組成物。
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