JP5064098B2 - 灯油組成物 - Google Patents

Description

本発明は灯油組成物に関し、詳しくは、特定の脂肪酸アルキルエステルを含有する灯油組成物に関する。

近年、地球温暖化防止の観点から、一般家庭や産業界からの二酸化炭素の排出量を低減することが求められている。この二酸化炭素排出量の低減化に関して、燃料（油）における技術開発が進められており、カーボンニュートラルの概念（すなわち、燃料（油）の中でも植物に由来するものは、ライフサイクルで見ると大気中の二酸化炭素を増加させることにはならない。）から、植物由来の化合物、例えば、植物性油脂類を原料として得られるＦＡＭＥ（脂肪酸メチルエステル）等の脂肪酸アルキルエステルが注目されている。

ＦＡＭＥはその性状が軽油に近いことから、軽油の代替燃料として期待され、これまでにＦＡＭＥからなる燃料や、ＦＡＭＥを配合した軽油組成物が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、地球温暖化防止等の観点からは、ＦＡＭＥおよびその他の脂肪酸アルキルエステルの適用範囲はさらに広がることが好ましく、軽油の代替燃料にとどまらず他の燃料の用途においても利用されることが望まれる。上記の他の燃料としては、例えば灯油が挙げられ、脂肪酸アルキルエステルを配合した灯油組成物としての適用が考えられる。

灯油の使用方法の一つである芯式ストーブにおける燃焼に関しては、従来から灯油の性状に由来する問題が知られている。すなわち、灯油の性状によっては芯上にタール分が生成し、燃焼性が悪化することがあり、さらに、このタール生成が進むと耐震装置等の安全装置の動作に不具合が生じ、消火ができなくなることがあった。

灯油の燃焼性に関しては、近年、灯油組成物の蒸留性状および硫黄分等の含有量を規定することでその燃焼性の改善を図る技術が開示されている（特許文献２）。しかしながら、灯油の燃焼性に関しては未だに改善の余地があり、さらに優れた性能を有する灯油組成物が望まれていた。

従来、灯油の燃焼性の向上には含酸素化合物の添加が有効であると考えられているが、上記の脂肪酸アルキルエステルを灯油基材に単純に配合しても、通常は燃焼性の向上効果は得られず、逆に燃焼性は悪化する傾向にある。

特開２００５−２３１３６号公報 特開２００６−１３１７１０号公報

本発明はこのような状況下でなされたものであり、主に植物に由来する脂肪酸アルキルエステルを燃料として利用することで環境への負荷を低減化することが可能であり、また、芯式ストーブで使用した際に、燃焼性を向上させ芯上のタール分生成を抑制することができる灯油組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、脂肪酸アルキルエステルを特定化し、これを灯油基材に配合することで、上記目的を達成できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。すなわち、本発明は、
〔１〕脂肪酸アルキルエステルを組成物全量基準で２〜２０容量％含有し、
脂肪酸アルキルエステルの主成分が、一般式（Ｉ）で表される脂肪酸アルキルエステルである灯油組成物、

（Ｒ¹は炭素数５〜９の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜４の炭化水素基を示す。）
〔２〕脂肪酸アルキルエステルが、カプロン酸メチル、カプリル酸メチル、カプリン酸メチルから選ばれる一種または二種以上の混合物である上記〔１〕に記載の灯油組成物、
〔３〕以下の（１）〜（５）の条件を満たすことを特徴とする上記〔１〕または〔２〕に記載の灯油組成物、
（１）９５容量％留出温度が２１５〜２７０℃
（２）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（３）引火点が４０℃以上
（４）３０℃における動粘度が１．２〜１．８ｍｍ²／ｓ
（５）空気噴射ガム量が２ｍｇ／１００ｍＬ以下
を提供するものである。

本発明によれば、特定の脂肪酸アルキルエステルを含有する灯油組成物が提供される。本発明の灯油組成物は、主に植物に由来する脂肪酸アルキルエステルを燃料として利用することから、環境への負荷を低減化することが可能であり、また、芯式ストーブで使用した際に、燃焼性を向上させ芯上のタール分生成を抑制することができるものである。

本発明の灯油組成物は、一般式（Ｉ）

で表される脂肪酸アルキルエステルを含有する。一般式（Ｉ）において、Ｒ¹は炭素数５〜９の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜４の炭化水素基を示す。含酸素化合物である脂肪酸アルキルエステルを含有することで、燃焼性の向上効果が得られ、タール分の生成を抑制することができる。Ｒ¹の炭素数が４以下のときは、灯油組成物の引火点が低下しやすく、着火時等に爆発するおそれがあり、炭素数が１０以上のときは、動粘度が高くなり、芯式ストーブで使用した際に芯への燃料供給に不具合が生じ、タール分が生成しやすくなる。

Ｒ¹は飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよく、また直鎖状であっても、分岐鎖を有していてもよい。一方、Ｒ²は飽和炭化水素基であって、メチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基が挙げられる。

脂肪酸アルキルエステルの好ましい例としては、カプロン酸メチル、カプリル酸メチル、カプリン酸メチルが挙げられる。

脂肪酸アルキルエステルは、脂肪酸（または脂肪酸誘導体）とアルキルアルコールとの公知の反応により合成することができ、例えば、苛性ソーダ等のアルカリ触媒の存在下で、炭素数６〜１０の脂肪酸と炭素数１〜４のアルコールとのエステル化反応により合成することができる。

炭素数６〜１０の脂肪酸の具体例としては、例えば、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸などが挙げられ、炭素数１〜４のアルキルアルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、直鎖又は分岐鎖を有するプロパノール、直鎖又は分岐鎖を有するブタノールが挙げられる。

炭素数６〜１０の脂肪酸は、動物油や植物油などの油脂、すなわちトリグリセリドを原料とし、それから得られる脂肪酸の混合物を用いることが、大量に入手することができるため好適である。また、トリグリセリドを原料とする場合、トリグリセリドとアルキルアルコールのエステル交換反応を利用することもできる。該原料動物油の具体例としては、牛脂、豚脂、羊脂、鯨油、魚油、肝油等が、原料植物油の具体例としては、アマニ油、サフラワー油、ひまわり油、大豆油、コーン油、綿実油、ゴマ油、オリーブ油、ヒマシ油、落花生油、ココヤシ油、パーム核油、パーム油、ヤシ油、菜種油、米ぬか油等が挙げられる。また、これら動植物油の廃食油も用いることができる。上記の中で、本発明で使用される炭素数の脂肪酸を含むトリグリセリドが多く含まれることから、パーム核油およびヤシ油が好ましく使用される。

上記のようにトリグリセリドを原料とする方法においては、炭素数６〜１０以外の脂肪酸からなる脂肪酸アルキルエステルが生成する場合がある。したがって、脂肪酸アルキルエステル合成過程において、精製処理をすることが好ましく、例えば、脂肪酸の精製や脂肪酸アルキルエステルの精製により、本発明で使用する脂肪酸アルキルエステルが得られる。

上記理由により、本発明においては脂肪酸アルキルエステルの主成分として一般式（Ｉ）で表される脂肪酸アルキルエステルを含有すればよく、本発明の効果を妨げない範囲であれば、一般式（Ｉ）のＲ¹に相当する炭化水素基の炭素数が４以下、または１０以上の脂肪酸アルキルエステルを含有してもよい。なお、本明細書において、「主成分」とは脂肪酸アルキルエステル全量基準で、５０容量％以上のことを意味する。また、上記観点から、一般式（Ｉ）で表される脂肪酸アルキルエステルの含有量は、脂肪酸アルキルエステル全量基準で、好ましくは、８０容量％以上、さらに好ましくは９０容量％以上である。

脂肪酸アルキルエステル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。二種以上の脂肪酸アルキルエステルを組み合わせて用いる場合は、それぞれ単独で合成した脂肪酸アルキルエステルを混合してもよく、また、二種以上の脂肪酸（または脂肪酸誘導体）および／または二種以上のアルキルアルコールの混合物を原料として使用してもよい。

本発明の灯油組成物に配合される脂肪酸アルキルエステルは、全酸価は１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましい。全酸価が１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であれば、灯油の性状を悪化させる恐れがなく、機器に悪影響を及ぼす恐れもない。この全酸価は、ＪＩＳ Ｋ ２５０１「石油製品及び潤滑油−中和価試験方法」により測定した値である。

脂肪酸アルキルエステルの含有量は、組成物全量基準で２〜２０容量％であり、好ましくは５〜２０容量％である。脂肪酸アルキルエステルの含有量が２容量％未満では、カーボンニュートラルの観点において、充分な効果が得られない。また２０容量％を超えると、動粘度が高くなりやすく、芯式ストーブで使用した際に芯への燃料供給に不具合が生じ、タール分が生成しやすくなる。また、含酸素化合物の添加による燃焼性の向上の観点からは１５容量％以上が好ましい。

本発明の灯油組成物は下記の性状を有することが好ましい。
１５℃における密度については特に制限はないが、燃料消費率の観点から、０．７８０ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましく、０．７９０〜０．８３０ｇ／ｃｍ³であることがより好ましい。なお、該密度は、ＪＩＳ Ｋ２２４９「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定される値である。
引火点は、安全性の観点から、４０℃以上が好ましく、４３℃以上がより好ましい。なお、該引火点は、ＪＩＳ Ｋ２２６５「タグ密閉式引火点試験方法」により、測定される値である。
３０℃における動粘度は、１．２〜１．８ｍｍ²／ｓであることが好ましい。１．２ｍｍ²／ｓ未満であると、常温で可燃性蒸気が発生し、静電気などにより着火するおそれがある。また、１．８ｍｍ²／ｓを超えると、芯への燃料供給に不具合が生じやすく、タール生成が促進される。
空気噴射ガム量が２ｍｇ／１００ｍＬ以下であることが好ましい。２ｍｇ／１００ｍＬを超えると、燃焼初期時のタール生成が促進されやすい。なお、空気噴射ガム量とは、ＪＩＳ Ｋ２２６１「石油製品−自動車ガソリン及び航空燃料油−実在ガム試験方法−噴射蒸発法」に準じて測定される値である。
硫黄分は、芯式ストーブ若しくはファンヒーターにて燃焼した際のＳＯｘ発生量を抑制する観点から、１０質量ｐｐｍ以下が好ましく、６質量ｐｐｍ以下がより好ましい。なお、該硫黄分は、ＪＩＳ Ｋ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により、測定される値である。
窒素分は、芯式ストーブ若しくはファンヒーターにて燃焼した際のＮＯｘ発生量を抑制する観点から、５質量ｐｐｍ以下が好ましく、３質量ｐｐｍ以下がより好ましい。なお、該窒素分は、化学発光法により、測定される値である。
煙点は、芯式ストーブを使用した際のススの発生を抑制する観点から、２５ｍｍ以上が好ましく、２６ｍｍ以上がより好ましい。なお、該煙点は、ＪＩＳ Ｋ２５３７により、測定される値である。
セーボルト色は＋２７以上が好ましい。該セーボルト色は、ＪＩＳ Ｋ２５８０により、測定される値である。
銅板腐食は、燃焼機器の腐食抑制の観点から、１以下が好ましい。なお、該銅板腐食は、ＪＩＳ Ｋ２５３１により、測定される値である。

本発明の灯油組成物は、以下に示す蒸留性状を有することが好ましい。
初留点（ＩＢＰ） ：１４０〜１６５℃
１０容量％留出温度（Ｔ₁₀） ：１６０〜１９０℃
３０容量％留出温度（Ｔ₃₀） ：１７０〜２００℃
５０容量％留出温度（Ｔ₅₀） ：１８０〜２２０℃
７０容量％留出温度（Ｔ₇₀） ：１９０〜２４０℃
９０容量％留出温度（Ｔ₉₀） ：２１０〜２６５℃
９５容量％留出温度（Ｔ₉₅） ：２１５〜２７０℃
蒸留終点（ＥＰ） ：２３０〜２８０℃
初留点（ＩＢＰ）は、引火点低下による安全性への悪影響を防ぐ観点から１４０℃以上が好ましく、１４５℃以上がより好ましい。一方、低温時の着火特性の観点から１６５℃以下であることが好ましく、１６０℃以下であることがより好ましい。
Ｔ₁₀は、引火点低下による安全性への好ましくない影響を防ぐと共に、給油時の臭気低減の観点から、好ましくは１６２℃以上、より好ましくは１６５℃以上であり、一方、低温時の着火特性の観点から、好ましくは１８５℃以下、より好ましくは１８０℃以下である。
Ｔ₃₀は、給油時の臭気低減及び発熱量の観点から、好ましくは１７２℃以上、より好ましくは１７５℃以上であり、一方、低温時の着火特性の観点から、好ましくは１９５℃以下、より好ましくは１９０℃以下である。
また、発熱量及び燃焼性のバランスの観点から、Ｔ₅₀は、好ましくは１８２〜２１０℃、より好ましくは１８５〜２０５℃であり、Ｔ₇₀は、好ましくは１９２〜２３０℃、より好ましくは１９５〜２２５℃であり、Ｔ₉₀は好ましくは２１２〜２６０℃、より好ましくは２１５〜２５５℃である。
Ｔ₉₅は、芯式ストーブで燃焼させた際に、芯に灯油の未燃分が残存して不具合が発生するのを防ぐ観点から、２７０℃以下が好ましく、２６８℃以下がより好ましく、２６５℃以下がさらに好ましい。一方、発熱量の観点から、２２０℃以上が好ましく、２２５℃以上がより好ましい。
蒸留終点（ＥＰ）は、安定性や燃焼性の観点から、２８０℃以下が好ましく、２７５℃以下がより好ましい。一方、石油ファンヒーターで燃焼させた際の燃料消費率の悪化を防ぐ観点から、２３２℃以上が好ましく、２３５℃以上がより好ましい。
なお、前記蒸留性状は、ＪＩＳ Ｋ２２５４「蒸発法蒸留試験方法」により、測定される値である。

本発明の灯油組成物の製造方法に関しては特に限定されないが、脱硫直留灯油留分および／又は他の炭化水素留分に上記脂肪酸アルキルエステルを混合することで得られる。該脱硫直留灯油留分は、原油の常圧蒸留により得られる直留灯油留分を水素化脱硫処理することで得られる。上記製造方法において、直留灯油留分を水素化脱硫する際の条件は十分な脱硫が行われることを条件に特に限定されず、通常の灯油水素化脱硫処理と同様の処理により実施すればよい。上記の他の炭化水素留分としては、水素化分解灯油基材、フィッシャートロプッシュ反応により合成されるＧＴＬ油等が挙げられる。

本発明の灯油組成物には、必要に応じて公知の燃料油添加剤を添加することができる。公知の燃料油添加剤としては、例えば、酸化防止剤、金属不活性化剤、氷結防止剤、腐食防止剤、帯電防止剤、着色剤、識別剤、消臭剤などを挙げることができる。これら添加剤は、単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。またその添加量は任意に決めることができるが、添加剤個々の添加量は、灯油組成物全量基準でそれぞれ０．２質量％以下、好ましくは、０．０２質量％以下とするのが通常である。

本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。

各種の測定は下記の方法により行った。
硫黄分含有量；ＪＩＳ Ｋ２５４１に準じて測定した。
引火点；ＪＩＳ Ｋ２２６５に準じて測定した。
動粘度（３０℃）；ＪＩＳ Ｋ２２８３に準じて測定した。
空気噴射ガム量；ＪＩＳ Ｋ２２６１に準じて測定した。なお、この試験において、試験用ビーカー内にガーゼ約０．３ｇを敷いて、試験試料（灯油組成物）５０ｍＬを入れ、２００℃で空気を１０ｍｌ／ｍｉｎで１０時間噴射した後のガーゼの重量増加を空気噴射ガム量として測定した。

実施例１〜８
灯油基材〔９５容量％留出温度２５２．０℃、５０容量％留出温度１９５．０℃、引火点４３．０℃、動粘度（３０℃）１．３４１ｍｍ²／ｓ、硫黄分含有量６質量ｐｐｍ〕と脂肪酸アルキルエステル（カプロン酸メチル、カプリル酸メチル、カプリン酸メチル）を第１表に記載の組成、配合量（容量部）になるように配合し、灯油組成物を得た。評価結果を第２表に示す。なお、容量部は１５℃における値である。

参考例１及び比較例１〜３
実施例１〜８と同様に、灯油基材と脂肪酸アルキルエステル（酪酸メチル、ラウリン酸メチル）を第１表に記載の組成、配合量（容量部）になるように配合し、灯油組成物を得た。評価結果を第２表に示す。

実施例１〜８の灯油組成物は、脂肪酸アルキルエステルを含有しない灯油と同等の引火点および３０℃動粘度を有する。したがって、本発明の脂肪酸アルキルエステルを配合した灯油組成物は、従来の灯油と同じ使用方法が適用できる。また、脂肪酸アルキルエステルを含有する灯油組成物を使用することで、環境に対する負荷の低減化が達成される。さらに、空気噴射ガム量が示すように、本発明の灯油組成物はタール分の抑制効果が得られる。
一方、酪酸メチルを含有する比較例１の灯油組成物は、引火点が低いため灯油としての使用には適さない。また、ラウリン酸メチルを含有する比較例２および３の灯油組成物においてはタール分生成が促進される。

本発明によれば、特定の脂肪酸アルキルエステルを含有する灯油組成物が提供される。本発明の灯油組成物は、主に植物に由来する脂肪酸アルキルエステルを燃料として利用することから、環境への負荷を低減化することが可能であり、また、芯式ストーブで使用した際に、燃焼性を向上させ芯上のタール分生成を抑制することができる。

Claims (3)

1. 脂肪酸アルキルエステルを組成物全量基準で２〜２０容量％含有し、
   脂肪酸アルキルエステルの主成分が、一般式（Ｉ）
   

   

   （Ｒ¹は炭素数５〜９の炭化水素基を示し、Ｒ²はメチル基を示す。）
   で表される脂肪酸メチルエステルである灯油組成物。
2. 脂肪酸アルキルエステルが、カプロン酸メチル、カプリル酸メチル、カプリン酸メチルから選ばれる一種または二種以上の混合物である請求項１に記載の灯油組成物。
3. 以下の（１）〜（５）の条件を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の灯油組成物。
   （１）９５容量％留出温度が２１５〜２７０℃
   （２）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
   （３）引火点が４０℃以上
   （４）３０℃における動粘度が１．２〜１．８ｍｍ²／ｓ
   （５）空気噴射ガム量が２ｍｇ／１００ｍＬ以下