JP5184881B2

JP5184881B2 - 原油由来のディーゼル燃料及びガストゥーリキッドディーゼル燃料のブレンド

Info

Publication number: JP5184881B2
Application number: JP2007511109A
Authority: JP
Inventors: ポールワーナーシェイバーグ
Original assignee: セイソルテクノロジー（プロプライエタリー）リミテッド
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: CN1950487A; ZA200608904B; EP1756252A1; NL1028880C2; WO2005105961A1; NO20064930L; EP1756252B1; ES2574652T3; NL1028880A1; AU2005238539B2; AU2005238539A1; BRPI0510342A; SG152256A1; US20050279669A1; JP2007535614A; CA2564339A1; CA2564339C

Description

発明の詳細な説明

（発明の分野）
本発明は、原油由来のディーゼル燃料及びガストゥーリキッド（ＧＴＬ）ディーゼル燃料のブレンドに関する。

（発明の背景）
合成燃料、例えばＧＴＬ（ガストゥーリキッド）ディーゼル燃料は、近年において顕著に関心が高まってきた。これらは、ごくわずかな硫黄及び芳香族化合物を有する非常に清浄な燃料と考えられ、無臭であり、及び＞７０のセタン価を有する。
本特許明細書における例において使用された該ＧＴＬディーゼル燃料は、ＳａｓｏｌＳｌｕｒｒｙＰｈａｓｅＤｉｓｔｉｌｌａｔｅ（ＳａｓｏｌＳＰＤ（登録商標））法を用いて製造されたものであり、該方法は図１において概略的に示したように３つの工程段階から成る。
第１の段階において、自己熱改質法（ａｕｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌｒｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）が使用され、天然ガスをＣＯ及びＨ₂の混合物である合成ガスに転換する。第２の段階において、該合成ガスは、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ法により、パラフィン系炭化水素を主に含んだいわゆる合成石油に転換される。この合成石油は、最初にワックス及び蒸留物の形態にあり、これはさらに第３の段階である緩やかな水素化処理を用いた製品精製段階において精製され、通常の燃料の規格を満足する製品、例えばディーゼル燃料及び灯油を生成する。

（発明の概要）
本発明は、１５℃で０．８５ｋｇ／ｌより低い密度、１０ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄含量、５質量％より少ない多環芳香族含量、及び５１から６０のセタン価を有する原油由来のディーゼル燃料、並びに１５℃で０．７８ｋｇ／ｌより低い密度、１ｍｇ／ｋｇよりも少ない硫黄含量、０．１質量％よりも少ない多環芳香族、及び６５より高いセタン価を有するガストゥーリキッド（ＧＴＬ）ディーゼル燃料の両方を、１：９９から９９：１の範囲の容積比率において含み、及び１．８：１と２．１：１の間のＨ：Ｃモル比率を有する、ディーゼル燃料組成物を提供する。

該ディーゼル燃料組成物は、１０ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄を有しても良い。
該ディーゼル燃料組成物は、５質量％より少ない多環芳香族を有しても良い。
該原油由来ディーゼル燃料は、ＥＮ５９０規格を満たす燃料であって良い。
該容積比率の範囲は、１：９から９：１であってよい。
該容積比率の範囲は、１：５から５：１であってよい。
該Ｈ：Ｃモル比率は、１．８５：１から２．０５：１であってよい。
該Ｈ：Ｃモル比率は、１．９：１から２．００：１であってよい。
該ディーゼル燃料組成物は、１８０℃から２２０℃のＡＳＴＭＤ８６１０％蒸留温度を有してよい。
該ＡＳＴＭＤ８６１０％蒸留温度は、２００℃から２１５℃であってよい。
該ディーゼル燃料組成物は、６０℃と８０℃の間、典型的には６５℃から７８℃の引火点を有してよい。
該ディーゼル燃料組成物は、１５℃で０．７７ｋｇ／ｌから０．８４ｋｇ／ｌの密度を有してよい。
該ディーゼル燃料組成物は、１５℃で、約０．８ｋｇ／ｌから約０．８２ｋｇ／ｌの密度を有してよい。
該ディーゼル燃料組成物は、４２，５００ｋＪ／ｋｇから４３，８００ｋＪ／ｋｇ、通常は４３，１００ｋＪ／ｋｇから４３，６００ｋＪ／ｋｇ、典型的には４３，２００ｋＪ／ｋｇから４３，５００ｋＪ／ｋｇの低位発熱量を有してもよい。

ディーゼル燃料組成物に対するブレンド成分としてのガストゥーリキッドディーゼル燃料の使用は、エンジン内で燃焼された場合、ＮＯｘ及び煤煙排出を削減し、該組成物は、硫黄フリーディーゼル燃料に対する欧州ＥＮ５９０規格を満足する原油由来のディーゼル燃料（ＥＵディーゼル燃料という）、及びガストゥーリキッド（ＧＴＬ）ディーゼル燃料の両方を含み、ここでガストゥーリキッドディーゼル燃料に対する原油由来ディーゼル燃料のブレンド容積比率は、１：９９から９９：１の範囲にあり、かつ該組成物は１．８：１と２．１：１の間のＨ：Ｃモル比率を有する。
ＮＯｘ及び煤煙の両者の排出における削減は、原油由来ディーゼル燃料中における該ＧＴＬディーゼルのブレンド比率により示されたものよりも大きなものが得られるであろう。
従って、純正のＧＴＬディーゼル燃料について得られるＮＯｘ及び煤煙排出の両者における削減量である７０％を超える値は、１：１ＧＴＬ：原油由来ディーゼル比率について得られるであろう。
純正のＧＴＬディーゼルについて得られるＮＯｘ及び煤煙排出の両者における削減量の４０％を超える値は、１：４ＧＴＬ：原油由来ディーゼル比率について得られるであろう。

しかしながら、いくつかの態様において、ＮＯｘ排出における削減量は、煤煙排出における削減量よりもより少ないであろうし、逆も又同様であろう。
いくつかの態様において、ＮＯｘにおける削減量は最小となるかもしれないが、しかしながら、該ＮＯｘは、本発明に従うＧＴＬディーゼルの使用により削減されるであろう。
該組成物の特性及び該成分のブレンド比率は、該組成物に関して上で述べた通りである。

本発明に関する例
排気物質及びエンジン性能におけるＧＴＬディーゼル燃料ブレンドの効果を検討した。ＥＵディーゼル燃料を、該ブレンドに対する基本原料とすることに加えて、参照燃料として用いた。本研究において使用された試験燃料の特性が、表１において示される。

*ブレンド比率に従って計算されたブレンドに対する値

ダイナモメーター試験は、ＭｅｒｃｅｄｅｓＢｅｎｚ（登録商標）Ｅ２２０ＣＤＩ車両を用いて行い、ＮｅｗＥｕｒｏｐｅａｎＤｒｉｖｉｎｇＣｙｃｌｅ（ＮＥＤＣ）排出試験を使用し、基本的なＥＵ３排出レベルエンジン較正又はエンジンハードウェアに対していかなる変更も加えなかった。該車両は、全く変更することなくその標準的な較正を用い、ＥＵディーゼル燃料、１：１ブレンド及び純正なＧＴＬ燃料を用いて試験された。関連する試験車両のデータが、表２に示される。

変更していない車両排出試験の結果が、ＥＵディーゼル燃料、ＥＵ５０及びＧＴＬディーゼル燃料に関して、図２において描かれている。テスト走行に関する平均化した結果が、ＥＵディーゼル参照燃料に対する比較のパーセンテージとして表されている。ＦＣは、容積測定の燃料消費量を示す。
純正なＧＴＬディーゼル燃料に関して、ＨＣ及びＣＯ排出に対する＞９０％の予想外の高い削減量が得られた。５０％ブレンドに対するＣＯ及びＨＣの削減量は、大体ブレンド比率に対応した。ＮＯｘ排出はわずかに削減され、５０％ブレンドは、純正なＧＴＬディーゼル燃料の削減量の約半分を再度示した。ＨＣ＋ＮＯｘのデータに関しても同様である。
ＰＭ排出は、ＧＴＬディーゼルを用いて、最大で３０％削減された。驚くべきことに、強い非直線的な特徴が、５０％ブレンド（ＥＵ５０）について明らかとなり、これは約２２％の削減を示した。

次いで、試験燃料を用いたさらなる排出削減の可能性を、及びエンジンのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）における限られた数のソフトウェアパラメーターの最適化を含めて研究した。この目的のため、試験台に乗せたエンジンを用いた。定常状態の試験走行を、ＮＥＤＣ排出試験サイクルに特徴的な５つの動作点で行った。調査されたソフトウェアパラメーターは、排気再循環（ＥＧＲ）比率、パイロット噴射の開始（ＳＯＰＩ）及び主要排出の開始（ＳＯＭＩ）であった。該5つの動作点が、表３に示されている。

図３は、定常状態の試験のベンチワークから得られた結果の２つの例を示す。該図は、二つの動作点、すなわち１６００ｒｅｖ／分及び３３００Ｐａ（３．３ｂａｒ）ｂｍｅｐ（平均有効圧力）、及び２０００ｒｅｖ／分及び５０００Ｐａ（５ｂａｒ）ｂｍｅｐでの、煤煙−ＮＯｘトレードオフ特性における、ＧＴＬディーゼル燃料及びそのブレンドの効果に関する、代表的なデータを表現する。この場合において、該ＥＧＲ比率は変動され、一方該ＳＯＰＩ及びＳＯＭＩは参照値に対して一定かつ同等に維持された。煤煙排出レベルは、ＦＳＮ（フィルタースモークナンバー）測定により決定された排気煙レベルから計算された。
ＧＴＬディーゼルが、試験をした全てのＥＧＲ比率に対する、煤煙排出及びＮＯｘの両方に関して、顕著な削減を提供することが明らかである。ＮＯｘ値の低下に対する煤煙排出の増加は、予想されたパターンに従い、及び選択可能であるソフトウェアの較正に関する広い範囲を可能とした。ＥＵ５０ブレンドの強い非直線性の挙動はさらに明確であり−この燃料が、純正なＧＴＬディーゼル燃料とほとんど同じ利点を示すことは、驚くべきことである。

実験計画（ＤＯＥ）法を用いて、３つのソフトウェアパラメーターを同時に数値的に最適化した。該ＤＯＥ予測は、実際の試験により検証され、及び各エンジンの動作点での、全３つの較正パラメーターの同時最適化の結果の例が、図４に示される。この場合において、該最適化は、ＧＴＬディーゼル燃料を用いて、ＮＯｘ排出の最小化が行えた。ＥＵディーゼル燃料と比較した場合、他の排出を損なうことなく、３０％及び７５％の間の削減量が得られた。
５つの定常状態の試験点で測定されたデータを使用し、ＮＥＤＣ試験サイクルに関する排出を予測した。実験的因子を使用し、定常状態と一時的なエンジン運転の間の相違を明らかにした。選択された動作点からの全ての結果を標準化し、及び図５において示す一つの全体のプロットに合わせ、各燃料に対する最適化した較正を用いて、ＮＥＤＣ試験における挙動を再現した。煤煙及びＮＯｘにおいて、驚くべき大幅な削減が、ＧＴＬディーゼル燃料及びＥＵ５０及びＥＵ８０ブレンドに関して可能であると思われる。これら削減は、エンジンに対するハードウェアの変更を行うことなく可能である。

該純正なＧＴＬは、ＥＵディーゼル較正と比較して、煤煙及びＮＯｘを同時に少なくとも３５％削減することを許容するであろう。エンジンから排出される煤煙の排出を一定にするために、４５％のＮＯｘ削減量が必要であると思われる。ＧＴＬブレンドを用いた非直線の応答に起因して、ブレンド比率を考慮する場合、予想されるよりも大幅である、煤煙及びＮＯｘにおける削減量は、ＥＵ８０及びＥＵ５０燃料を用いて得ることができた。この非直線の応答は、図６にグラフとして示される。
２０％ＧＴＬブレンドが純正なＧＴＬの煤煙／ＮＯｘの利点の約４８％を回復するであろうと言うことに対して、５０％ＧＴＬブレンドは該利点の約８５％を回復するであろう。これまでに示された該結果が、単純かつコスト効果の高いソフトウェアの適合のみにより容易とされたことは、注目されるべきである。付加的なハードウェアの変更、例えば抽出方式及び／又は燃焼室の設計において考慮に入れる場合、さらなる向上が可能であろうことが予想される。

ＧＴＬ生産工程の略図ＮＥＤＣにおけるシャーシ・ダイナモメーター試験の結果２つの動作点での煤煙及びＮＯｘのトレードオフ較正の最適化後の、ＧＴＬディーゼル燃料を用いた、相対的なＮＯｘ排出個々の最適化したソフトウェア適合の算出されたＤＯＥを用いた、調査した全ＧＴＬ燃料に関する煤煙及びＮＯｘのトレードオフの予測ＧＴＬ及び硫黄フリー欧州ディーゼル燃料のブレンドを用いた、予測された排出削減量における非直線性の応答

Claims

エンジン内で燃焼させた場合に、ＮＯｘ及び煤煙の排出を削減するディーゼル燃料組成物を製造する方法であって、１５℃で０．７８ｋｇ／ｌより低い密度、１ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄含量、０．１質量％より少ない多環芳香族、及び６５より高いセタン価を有するガストゥーリキッド（ＧＴＬ）ディーゼル燃料を、少なくとも一つの、１５℃で０．８５ｋｇ／ｌより低い密度、１０ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄含量、５質量％より少ない多環芳香族含量、及び５１から６０のセタン価を有する原油由来のディーゼル燃料と共に使用することを特徴とする方法。
該ＮＯｘ及び煤煙の排出の削減量が、原油由来のディーゼルとの比較において、原油由来のディーゼル燃料中における、ＧＴＬディーゼルのブレンド比率に対して、非直線的に削減される、請求項１に記載の方法。
ＧＴＬ：原油由来のディーゼルの比率が１：１である場合の、ＮＯｘ及び煤煙の排出の両者における削減量が、１００％ＧＴＬディーゼル燃料を用いて得られる削減量の７０％を越える、請求項１に記載の方法。
ＧＴＬ：原油由来のディーゼルの比率が１：４である場合の、ＮＯｘ及び煤煙の排出の両者における削減量が、１００％ＧＴＬディーゼル燃料を用いて得られる削減量の４０％を越える、請求項１に記載の方法。
原油由来のディーゼルに対するＧＴＬの比率が９９：１から１：９９であり、かつ該製造したディーゼル燃料組成物が、１．８：１及び２．１：１の間のＨ：Ｃモル比率を有する、請求項１に記載の方法。
該Ｈ：Ｃモル比率が、１．８５：１から２．０５：１である、請求項５に記載の方法。
該Ｈ：Ｃモル比率が、１．９：１から２．００：１である、請求項６に記載の方法。
１５℃で０．８５ｋｇ／ｌより低い密度、１０ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄含量、５質量％より少ない多環芳香族含量及び５１から６０のセタン価を有する原油由来のディーゼル燃料、並びに１５℃で０．７８ｋｇ／ｌより低い密度、１ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄含量、０．１質量％より少ない多環芳香族及び６５より高いセタン価を有するガストゥーリキッド（ＧＴＬ）ディーゼル燃料の両者を、１：９９から９９：１の容積比率の範囲において含み、かつ１．８：１及び２．１：１の間のＨ：Ｃモル比率を有する、ディーゼル燃料組成物。
１５℃で０．７７ｋｇ／ｌから０．８４ｋｇ／ｌの密度を有する、請求項８に記載のディーゼル燃料組成物。
１５℃で０．８ｋｇ／ｌから０．８２ｋｇ／ｌの密度を有する、請求項９に記載のディーゼル燃料組成物。
４２，５００ｋＪ／ｋｇから４３，８００ｋＪ／ｋｇの低位発熱量を有する、請求項８に記載のディーゼル燃料組成物。
４３，１００ｋＪ／ｋｇから４３，６００ｋＪ／ｋｇの低位発熱量を有する、請求項１１に記載のディーゼル燃料組成物。
４３，２００ｋＪ／ｋｇから４３，５００ｋＪ／ｋｇの低位発熱量を有する、請求項１２に記載のディーゼル燃料組成物。
１０ｍｇ／ｋｇより少ない硫黄を有する、請求項８に記載のディーゼル燃料組成物。
５質量％より少ない多環芳香族を有する、請求項８に記載のディーゼル燃料組成物。
請求項８に記載のディーゼル燃料組成物を含む、ディーゼル燃料のためのブレンドストック。
原油由来のディーゼル燃料を用いたエンジンの使用と比較した場合に、ＮＯｘ及び煤煙の排出を削減するための、ＣＩエンジンの操作方法であって、前記方法が前記エンジンの操作条件下において該エンジン中で、請求項８に記載するディーゼル燃料組成物を燃焼させることを含み、該エンジン中において燃焼されるＧＴＬ：原油由来のディーゼルの比率が１：１である場合のＮＯｘ及び煤煙の排出の両者における削減量が、１００％ＧＴＬディーゼル燃料を該エンジン中で燃焼させた場合に得られる削減量の７０％を越える方法。
該エンジン中で燃焼されたＧＴＬ：原油由来のディーゼルの比率が４：１である場合のＮＯｘ及び煤煙の排出の両者における削減量が、１００％ＧＴＬディーゼル燃料を該エンジン中で燃焼させた場合に得られる削減量の４０％を越える、請求項１７に記載の方法。