JP5368072B2 - ガソリンエンジン用燃料組成物 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載されるガソリンエンジン、特にＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｋ ２２０２）の１号ガソリンに相当するガソリンエンジン用燃料組成物に関するものである。

自動車に用いられるガソリンエンジン用燃料には、自動車の走行性やエンジンの耐久性などを向上させるための様々な性能が求められており、これらの性能を満たすために、複数種類の基材が、オクタン価や蒸留性状などの様々な性状を考慮しながら調合され、製造されている。ところが、ガソリンエンジン用燃料に求められる性能は社会環境の変化とともに変化するため、新たな要請が起こる都度、それに対応できるガソリンエンジン用燃料組成物が検討されてきた。

例えば、近年では、環境への影響を配慮し、蒸気圧やベンゼン含有量の低減が求められており、これらの要請を満たしながら自動車の走行性等を維持するためのガソリン燃料組成物が、特開２００３−２７７７７６号公報や特開２００６−６３２６４号に開示されている。

一方、エンジンに関する技術が進歩し、また高速国道（いわゆる高速道路）が広く整備されている近年では、自動車の運転環境も変化している。そして、従来の運転状況と比較し、高速域における加速性の向上も求められる場合が多くなっており、例えば、特開２００３−８２３６７号公報には、自動車の加速応答性を向上させるために、特定のアミド化合物を主成分とした燃料用添加剤が開示されている。
特開２００３−２７７７７６号公報 特開２００６−６３２６４号公報 特開２００３−８２３６７号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されたガソリンエンジン用燃料組成物は、主に中低速域での加速性に優れるものの、高速域での加速性および燃費に問題があり、また特許文献３に開示された燃料用添加剤は、コストが掛かる上に燃費の改善は見られず、また分子量が高いことによる未先ガムの増加により、清浄剤など他の添加剤添加量を制限するという問題があった。

そこで、本発明は、添加剤によることなく、高速における加速性と燃費に優れたガソリンエンジン用燃料組成物を提供することを目的とする。

本発明に係るガソリンエンジン用燃料組成物は、（１）リサーチオクタン価が９９以上、（２）密度が０．７５０〜０．７７０ｇ／ｃｍ^３、（３）蒸留５０容量％留出温度が９５〜１０２℃、蒸留９０容量％留出温度が１６０〜１８０℃、蒸留終点が１８０〜２２０℃、（４）炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が１５〜２５容量％、且つ、インダン類含有量が０．５〜３．０容量％であることを満たす。

本発明に係るガソリンエンジン用燃料組成物は、流動接触分解装置から得られる蒸留性状が１６０〜２３０℃の留分を４〜１０容量％含むものであってもよい。

前記留分は、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が８０容量％以上で、且つ、インダン類を２０容量％以上含むものであってもよい。なお、インダン類とは、２，３−ジヒドロインデン（インダン）及び２，３−ジヒドロインデン（インダン）にメチル基などの炭化水素の官能基（アルキル基）が１以上結合したものである。

本発明においては、インダンに結合するアルキル基の炭素数および基数については特に制限は無いが、インダン類の炭素数としては１２以下であることが好ましい。炭素数が１２よりも多くなると、得られるガソリンエンジン用燃料基材の重質留分が多くなり、蒸留終点などが高くなるために好ましくない。インダン類の具体例としては、例えば、２，３−ジヒドロインデン（インダン），５−メチルインダン、４−メチルインダン、１，２−ジメチルインダン、１，３−ジメチルインダン、１，４−ジメチルインダン、１，５−ジメチルインダン、ｉ，６−ジメチルインダン，１，７−ジメチルインダン、１，４，５−トリメチルインダン、１，４，６−トリメチルインダン、２，４，５−トリメチルインダン、２，４，６−トリメチルインダンなどが挙げられる。

本発明のガソリンエンジン用燃料組成物では、まず、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量を１５〜２５容量％、且つ、インダン類含有量を０．５〜３．０容量％含有することにより、添加剤を添加しなくても、高速域での加速性および燃費を向上させることができる。炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量およびインダン類含有量が前記範囲よりも少なくなると、高速加速性能および燃費を向上する効果が得られなくなるので、ガソリンエンジン用燃料組成物として必要な性状を維持できる範囲でなるべく高くすることが好ましい。なお、少なくとも、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が１８容量％以上、且つ、インダン類含有量が１容量％以上であれば、高速加速性能および燃費が向上できることが確認されている。

本発明に係るガソリンエンジン用燃料組成物は、流動接触分解装置から得られる蒸留性状が１６０〜２３０℃の留分、特に、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が８０容量％以上、且つ、インダン類含有量が２０容量％以上の留分を、基材として４〜１０容量％配合することにより得ることができる。蒸留性状が１６０〜２３０℃、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が８０容量％以上、且つ、インダン類含有量が２０容量％以上の基材（以下、ＬＬＣＯという）は、流動接触分解装置で製造された製品のうち、いわゆる中間留分と呼ばれる灯軽油留分に相当するライトサイクルオイル（蒸留性状３８０℃以下、以下、ＬＣＯという）を更に分留することにより得ることができる。このＬＬＣＯは、リサーチ法オクタン価（以下、ＲＯＮとい）が９３以上と高く、且つ、インダン類が多く含まれているため、高速における加速性を向上させることができ、容量当たりの発熱量が市販ガソリン燃料に比較して１１％以上も高いために燃費を改善することができる。また、重質の芳香族炭化水素を多く含む反面、同じような蒸留性状の改質ガソリンから得られる留分に比較して実在ガムが殆ど含まれないため、他の清浄剤などの添加剤添加量に影響を与えないという利点もある。

また、ＬＣＯは、従来、Ａ重油用の基材として利用されているが、セタン価が低いためディーゼルエンジン用Ａ重油への利用にも制限があったため、その留分の有効利用につながるという利点がある。

ＬＬＣＯの配合割合は、ガソリンエンジン用燃料組成物の性状が所望の範囲となるよう４〜１０容量％の範囲で適宜調整することができるが、その蒸留性状はガソリンエンジン用燃料組成物に比較して重質であることから、自動車ガソリンのＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｋ ２２０２）を満足させるためには、特にガソリンエンジン用燃料組成物の蒸留９０容量％留出温度（Ｔ９０）が１８０℃以下、更に蒸留終点（ＥＰ）が２２０℃以下となるように配合割合を制御する必要がある。また、自動車のガソリンエンジン用燃料としての実用性能に影響を与えないものである必要もあり、これらの点を考慮すると、好ましい配合割合は４〜７容量％である。

なお、ＬＬＣＯを一般的なＬＣＯを分留して得た場合、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量は７０〜９０容量％、インダン類は１５〜２５容量％程度含まれる。高速域における加速性および燃費の観点からは、ＬＬＣＯのカット温度をより高くすることが望ましいが、蒸留終点が２３０℃を超えると、ガソリンエンジン用燃料組成物が過剰に重質化したり、あるいは調合割合が制限されるなどの問題があり好ましくない。

本発明のガソリンエンジン用燃料組成物は、一般的なガソリン基材にＬＬＣＯを４〜１０容量％混合することで製造できる。なお、一般的なガソリン基材としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。

「脱硫軽質ナフサ」
原油の常圧蒸留装置から得られるナフサを脱硫し、次いで蒸留によって沸点の低い留分に分留して得られる基材である。
「異性化ガソリン」
前記脱硫軽質ナフサを異性化して得られる基材である。
「接触改質ガソリン」
原油の常圧蒸留装置から得られるナフサを脱硫し、前記脱硫軽質ナフサを蒸留によって分留した残りの重質留分を、例えばプラットフォーミング法等の接触改質法により改質して得られる基材である。
「脱ベンゼン軽質接触改質ガソリン」
前記接触改質ガソリンを蒸留によってベンゼンより沸点の低い留分に分留して得られる基材である。
「ラフィネート留分」
前記接触改質ガソリンから蒸留により沸点の高い留分として分留して得られる重質接触改質ガソリンを更に蒸留し、そこからベンゼンを含む留分を分留して得られた留分を、例えばスルフォラン溶剤等を用いてベンゼンを抽出除去した残りとして得られる基材である。
「炭素数７、炭素数８若しくは炭素数９以上の接触改質ガソリン」
前記接触改質ガソリンから蒸留によりベンゼンより沸点の高い留分として分留して得られる重質接触改質ガソリンを更に蒸留し、主に炭素数７の芳香族分を含む留分、炭素数８の芳香族分を含む留分、そして炭素数９以上の芳香族分を含む留分に分留して得られる各基材である。
「接触分解ガソリン」
重油を接触分解して得られる基材である。
「熱分解ガソリン」
重油を熱分解して得られる基材である。
「軽質接触分解ガソリン及び脱硫重質接触分解ガソリン」
重油を接触分解して得られた前記接触分解ガソリンを蒸留により沸点の低い留分と沸点の高い留分に分留し、軽質留分はマーロックス法などのスイートニング法によってメルカプタン類など臭気のもととなる軽質硫黄化合物を処理して得られる基材であり、重質留分はＰｒｉｍｅ−Ｇ＋法などの選択脱硫法によってオレフィンの水添によるオクタン価の低下が少なくなるように留意しながら、硫黄分を除去した基材である。
「軽質熱分解ガソリン及び重質熱分解ガソリン」
重油を熱分解して得られた前記熱分解ガソリンを蒸留により沸点の低い留分と沸点の高い留分に分留して得られる各基材である。
「アルキレート」
イソブタン等の炭化水素に接触分解装置から副生される低級オレフィンを付加（アルキル化）して得られる基材である。
「ブタン・ブチレン留分」
常圧蒸留装置、ナフサ脱硫装置、接触改質装置、接触分解装置等から副生される石油ガスを精製して得られる基材である。
「アルコール或いはエーテル類の含酸素化合物」
具体的には、アルコール類としてメタノール、エタノール、プロパノール等が挙げられ、エーテル類としては、メチル−ターシャリー−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、エチル−ターシャリー−ブチルエーテル（ＥＴＢＥ）等が挙げられる。

なお、採用されるガソリン基材の種類は、製油所の装置構成等の条件に応じ適宜選択されるものであり、全ての種類の基材が混合される必要は無い。従って、採用しない種類の混合比率は０容量％となる。また、ＬＣＯを分留して得たＬＬＣＯの硫黄分が高いときは、必要に応じて水素化精製、吸着脱硫などの脱硫処理を行うことができる。

接触分解装置から得られるＬＣＯを更に蒸留装置にて軽質留分と重質留分に分留し、蒸留性状が初留点〜２３０℃までの軽質留分ＬＬＣＯを得た。そして、市販のプレミアムガソリン（ＰＧ）にＬＬＣＯを配合したガソリンエンジン用燃料組成物を調合した。ＬＬＣＯの性状を表１に、ＬＬＣＯを配合したガソリンエンジン用燃料組成物の性状を表２に示す。なお、表２には、調合に使用したＰＧの性状を比較例２として併せて示す。

なお、表１及び表２に示す性状の測定方法は以下の通りである。
＜密度＞
ＪＩＳ Ｋ ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容積換算表」により測定した。
＜蒸留性状＞
ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験法」により測定した。
＜オクタン価＞
ＪＩＳ Ｋ ２２８０「石油製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」のリサーチ法オクタン価試験方法により測定した。
＜組成／芳香族分＞
ＪＩＳ Ｋ ２５３６−２「石油製品―成分試験方法 第２部：ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」により測定した。
＜総発熱量＞
ＪＩＳ Ｋ ２２７９ 「原油及び石油製品―発熱量試験法及び計算による推定方法」により算定した。
＜燃費＞
シャーシダイナモ上で、ＴＲＩＡＳ試験法に則り、十分な暖気走行後にＪＣＯ８モード（ホットスタート）試験を実施し、カーボンバランス等式を使用して、テスト中に発生した排出ガス量から燃費を算定し、市販ＰＧの燃費をベースに、燃費の改善率を相対値で表した。
＜加速性＞
シャーシダイナモ上で、７０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈ間を１０ｋｍ／ｈ刻みに３区間設定し、それぞれの目標車速への到達時間を測定した。市販ＰＧの加速時間をベースに、加速性の優劣を評価した。ただし、表中では「基準ベース燃料に対し加速性が良い」を「○」（丸）、「基準ベース燃料に対し加速性が同等」を「同等」、「基準ベース燃料に対し加速性が悪い」を「×」（ばつ）で表すものとした。

表２に示すように、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量およびインダン類含有量が市販のＰＧ（比較例２）よりも多い、実施例１および実施例２は、市販のＰＧに含まれていた添加剤の他に新たに添加剤を加えていないにも関わらず、高速域（７０〜１００ｋｍ／ｈ）での加速性および燃費が向上していることが確認された。

また、調合されたガソリンエンジン用燃料組成物が、ガソリンのＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｋ ２２０２）を満足すために、Ｔ９０が１８０℃以下、ＥＰが２２０℃以下となるように配合割合を制御する必要があるが、表２に示すように、ＬＬＣＯを１５容量％配合した比較例１は、蒸留９０容量％留出温度が（Ｔ９０）がＪＩＳ Ｋ ２２０２規格である１８０℃を超えることも確認された。一方、ＬＬＣＯの配合割合が１０容量％以下であれば、実用性能には影響を与えることなく、ＪＩＳ規格を満たすガソリンエンジン用燃料組成物を調合できることが確認できた。更に、燃費については、ＬＬＣＯの配合割合を７容量％とすることで１．３％の改善がみられ、加速性についても向上したことが確認された。

Claims (1)

1. 流動接触分解装置から得られる留分のうち蒸留性状３８０℃以下の中間留分であるＬＣＯを更に分留して得た、留出温度が１６０〜２３０℃、炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が８０容量％以上、及びインダン類含有量が２０容量％以上の基材を４〜１０容量％含み、
   下記（１）〜（４）を満たすことを特徴とするガソリンエンジン用燃料組成物。
   （１）リサーチオクタン価が９９以上
   （２）密度が０．７５０〜０．７７０ｇ／ｃｍ^３
   （３）蒸留５０容量％留出温度が９５〜１０２℃，蒸留９０容量％留出温度が１６０〜１８０℃，蒸留終点が１８０〜２２０℃
   （４）炭素数９以上の芳香族炭化水素含有量が１５〜２５容量％、且つ、インダン類含有量が０．５〜３．０容量％