JP5068567B2 - 無鉛ガソリン組成物 - Google Patents
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このような要求に対し、ガソリン自動車の燃費を向上させるとともに、エンジン出力(運転性)の向上を両立させる方法として、筒内直接噴射式ガソリンエンジンが注目されている。
従来のガソリンエンジンは、吸気ポート内にガソリンを噴射し、ガソリンと空気の均一予混合気を形成していた。
一方、筒内直接噴射式ガソリンエンジンは、ガソリンを直接燃焼室内に噴射するため、燃焼室全体では希薄な成層混合気形成が可能になり、燃費を改善することが可能となる(例えば、非特許文献1参照)。
一般に、PM排出量は、ガソリンの芳香族分が多くなる程増加することが知られており(例えば、非特許文献3参照)、PM排出量を低減するにはガソリンの芳香族分含有量を低下させることが要求される。しかしながら、芳香族分はオクタン価が高いため、その配合量を低下させるとオクタン価が低下してしまう問題点がある。
(1)15℃における密度が0.672〜0.770g/cm 3 、15℃における動粘度が0.390〜0.735mm 2 /sである接触分解ガソリンを10〜70容量%、
15℃における密度が0.750〜0.885g/cm 3 、15℃における動粘度が0.560〜1.000mm 2 /sである接触改質ガソリンを2〜50容量%含有し、
以下の性状を満たす無鉛ガソリン組成物。
1)15℃における密度が0.739〜0.742g/cm3
2)15℃における動粘度が0.561〜0.606mm2/s
3)芳香族分含有量が23.2〜27.9容量%
4)リサーチ法オクタン価(RON)が89〜105
5)モーター法オクタン価(MON) が79〜92
6)50容量%留出温度(T50)が75〜110℃
7)90容量%留出温度(T90)が144〜161.5℃
8)70℃留出量(E70)が18〜40容量%
9)リード蒸気圧(RVP)が45〜93kPa
10)オレフィン分含有量が28容量%以下
11)ベンゼン含有量が1容量%以下
12)硫黄分含有量が10質量ppm以下
13)酸素含有量が2.4〜5.50質量%
動粘度と密度が上記範囲内であれば、適度な気化性を有し、エンジン内部のプラグ付近での空気とガソリンの混合気形成が容易になり、未燃成分やPMの発生が抑制されると共に、発熱量の低下による燃費への悪影響の懸念が無い。なお、この動粘度及び密度は、それぞれJIS K 2283、JIS K2249に準拠して測定した値であり、動粘度の測定温度は、低温のほうがガソリン組成物に含有する低沸点成分の蒸発を防ぐことができるため好ましい。
また、芳香族分含有量が40容量%以下であれば、ガソリンが軽質化することなく直噴エンジン搭載車両の運転性を向上すると共に、PM前駆体の生成が減少し、PMの発生を抑制できる。なお、この芳香族分は、石油学会法JPI−5S−33−90(ガスクロマトグラフ法)に準拠して測定した値である。
本発明の無鉛ガソリン組成物の製造方法は、特に制限されるものではなく、任意の方法で良いが、例えば所定の性状の接触分解ガソリンや接触改質ガソリンを混合する方法が挙げられる。
本発明の無鉛ガソリン組成物の製造に用いることができる接触分解ガソリンの性状としては、15℃における密度が0.640〜0.780g/cm3、好ましくは0.640〜0.770g/cm3、15℃における動粘度が0.380〜0.740mm2/s、好ましくは0.390〜0.735mm2/s、30℃における動粘度が0.360〜0.625mm2/s、好ましくは0.370〜0.620mm2/s、オクタン価が88〜97であることが好ましい。また、配合量は10〜70容量%であることが好ましい。接触分解ガソリンは、ガソリン組成物を形成する主要な基材であって、その密度、動粘度を調整することでガソリン組成物の性状を制御することができる。本発明の無鉛ガソリン組成物に配合される接触分解ガソリンの15℃における密度が0.640〜0.780g/cm3であれば、本発明の無鉛ガソリン組成物の軽質化及び蒸留性状の歪化を抑制できて好ましく、15℃における動粘度が0.380〜0.740mm2/s、30℃における動粘度が0.360〜0.625mm2/sであれば、本発明の無鉛ガソリン組成物の動粘度を最適化できて好ましい。また、接触分解ガソリンのオクタン価が88〜97であれば、本発明の無鉛ガソリン組成物のオクタン価を高くできて好ましい。
これを更に蒸留して沸点30〜100℃の軽質留分(軽質接触分解ガソリン)のみを使用することもできる。なお、このとき、接触分解ガソリンに含有する高粘度物質が含まれないよう流動接触分解装置の蒸留塔における蒸留カット温度を調整することで、上記蒸留性状の接触分解ガソリンを得ることができる。
また、本発明の無鉛ガソリン組成物は、接触改質ガソリンからベンゼン留分を取り除いたガソリン基材を2〜50容量%配合することによっても好適に製造することができる。接触改質ガソリンもガソリン組成物を形成する主要な基材の一つであり、その密度、動粘度を調整することでガソリン組成物の性状を制御することができる。
上記ガソリン基材の各性状は、15℃における密度が0.740〜0.890g/cm3、好ましくは0.750〜0.885g/cm3、15℃における動粘度が0.540〜1.050mm2/s、好ましくは0.560〜1.000mm2/s、30℃における動粘度が0.480〜0.890mm2/s、好ましくは0.500〜0.880mm2/s、オクタン価が93以上であることが好ましい。15℃における密度が0.740〜0.890g/cm3であれば、本発明の無鉛ガソリン組成物の軽質化及び蒸留性状の歪化を抑制できて好ましく、15℃における動粘度が0.540〜1.050mm2/s、30℃における動粘度が0.480〜0.890mm2/sであれば、本発明の無鉛ガソリン組成物の動粘度を最適化できて好ましい。また、オクタン価が93以上であれば、本発明の無鉛ガソリン組成物のオクタン価を高くできて好ましい。
まず、重質の直留ナフサなどを接触改質法(プラットフォーミング法、マグナフォーミング法、アロマイジング法、レニフォーミング法、フードリフォーミング法、ウルトラフォーミング法、パワーフォーミング法等)により、水素気流中にて高温・加圧下で触媒(例えば、アルミナ担体に白金やロジウムと塩素とを担持したもの等)と接触処理して接触改質ガソリンを得る。
(a)上記接触改質ガソリンからベンゼン留分を蒸留により取り除いた留分である脱ベンゼン接触改質ガソリン。
(b)上記接触改質ガソリンを蒸留によって軽質留分、ベンゼン留分、重質留分に分けた際の軽質留分である脱ベンゼン軽質接触改質ガソリン。
(c)上記接触改質ガソリンを蒸留によって軽質留分、ベンゼン留分、重質留分に分けた際の重質留分である脱ベンゼン重質接触改質ガソリン。
(d)上記(a)〜(c)の各基材を、更に蒸留、抽出などによってトルエン、キシレン、あるいは炭素数9以上の芳香族を主体とする成分等に分別して、適宜基材として使用することもできる。
上記接触分解ガソリンや接触改質ガソリンは、得られる無鉛ガソリン組成物の15℃動粘度に大きな影響を与えるガソリン基材であって、本発明の無鉛ガソリン組成物の製造は、上記のように、かかる接触分解ガソリンや接触改質ガソリンの性状を調整して、それらを主要ガソリン基材として用いることによって好適に行うことができる。また、本発明の無鉛ガソリン組成物の製造には、もちろん上記接触分解ガソリンや接触改質ガソリン以外のその他のガソリン基材も適宜用いることができる。このその他のガソリン基材として、例えば、下記のような各種留分が挙げられる。
(e)原油を常圧蒸留した直留ナフサを脱硫処理して得られた脱硫直留ナフサを蒸留により、軽質留分と重質留分に分けた内の軽質留分である脱硫軽質ナフサ。
(f)イソブタンと低級オレフィン(ブテン、プロピレン等)を原料として、酸触媒(硫酸、フッ化水素、塩化アルミニウム等)の存在下で反応させて得られるアルキレート。
(g)原油や粗油等の常圧蒸留時、改質ガソリン製造時、あるいは分解ガソリン製造時等に蒸留して得られるブタン、ブテン類を主成分としたC4留分。
(h)直鎖の低級パラフィン系炭化水素の異性化によって得られるアイソメレート、あるいはアイソメレートを精密蒸留して得られるイソペンタン等。
接触分解装置、接触改質装置又は常圧蒸留装置から生成するC4留分(ブタン、ブテン類)、表2に示す性状のガソリン基材(接触分解ガソリン1〜4、脱ベンゼン接触改質ガソリン、脱ベンゼン軽質接触改質ガソリン、脱ベンゼン重質接触改質ガソリン1、脱ベンゼン重質接触改質ガソリン2、脱硫軽質ナフサ、アルキレート)、及び含酸素基材(エタノール(EtOH)、エチルターシャリーブチルエーテル(ETBE))を表3、表4に示す配合比率で配合することにより、表3、表4に示す性状のガソリン組成物(燃料)を得た。得られたガソリン組成物について以下に述べる各種性能評価試験を行った。
デメリット評点を用いた運転性評価を、排気量2L、直接噴射方式(SIDI)、オートマチックトランスミッション(AT)の車輌を用いて行った。車輌をシャシーダイナモ上に設置し、温度20±3℃、湿度50±5%の条件下で10時間ソークした後、エンジンを始動した。エンジン始動後、アクセル開度50%の条件で、0−40km/hの加速を冷機条件から20回繰り返した。
不具合の係数:デメリット現象とその係数を表1に示す。
評価結果を、不具合が全く発生せずデメリット点数が0の場合を◎、デメリット点数が1〜20の場合を△、デメリット点数が21以上の場合を×として表3、4に示した。
排気量2L、直接噴射方式(SIDI)、オートマチックトランスミッション(AT)の車輌を用いて行った。試験は国土交通省によるガソリン自動車10・15モード排出ガス測定の技術基準に準拠して実施した。PMは排気管に設置した回転ディスク型の小型希釈器で排気ガスを採取し、空気と混合・希釈した後、希釈排ガスを凝縮粒子カウンタに導入することで粒子個数濃度を計測した。また、排気流量計を用いて排ガス流量の測定を行った。なお、用いた小型希釈器と排気流量計は次のとおりである。
小型希釈器
希釈方式:回転ディスク型
希釈空気温度:120℃
希釈比:2000
排気流量計
計測方式:アニューバー式
計測されたPM粒子個数濃度及び希釈倍率、更に排ガス流量、10・15モード走行距離から、10・15モードで1kmあたりに排出されるPM排出個数を求めた。その結果を表3、4に示した。
Claims (1)
- 15℃における密度が0.672〜0.770g/cm 3 、15℃における動粘度が0.390〜0.735mm 2 /sである接触分解ガソリンを10〜70容量%、
15℃における密度が0.750〜0.885g/cm 3 、15℃における動粘度が0.560〜1.000mm 2 /sである接触改質ガソリンを2〜50容量%含有し、
以下の性状を満たす無鉛ガソリン組成物。
1)15℃における密度が0.739〜0.742g/cm3
2)15℃における動粘度が0.561〜0.606mm2/s
3)芳香族分含有量が23.2〜27.9容量%
4)リサーチ法オクタン価(RON)が89〜105
5)モーター法オクタン価(MON) が79〜92
6)50容量%留出温度(T50)が75〜110℃
7)90容量%留出温度(T90)が144〜161.5℃
8)70℃留出量(E70)が18〜40容量%
9)リード蒸気圧(RVP)が45〜93kPa
10)オレフィン分含有量が28容量%以下
11)ベンゼン含有量が1容量%以下
12)硫黄分含有量が10質量ppm以下
13)酸素含有量が2.4〜5.50質量%
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