JP5368073B2 - ガソリンエンジン用燃料組成物の製造方法及びその製造方法に使用する自動車エンジン用燃料基材 - 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に使用されるガソリンエンジン用燃料組成物の製造方法及び自動車エンジンに使用される燃料基材に関するものである。

社会で需要の多い、いわゆる白油（ガソリン燃料や軽油燃料の基材等）をできるだけ多く得るためのプロセスとして、接触分解装置が広く採用されている。この接触分解装置は、減圧軽油や残渣油を原料に、主として高オクタン価のガソリンや中間留分、軽質オレフィン類を製造することができる。そして、この方法で製造された製品のうち蒸留性状が３０〜２００℃程度の留分は分解ガソリンまたは流動接触分解法（ＦＣＣ）にちなんでＦＣＣガソリンなどと呼ばれ、ガソリンエンジン用燃料組成物の重要な基材として使用されている。そして、分解ガソリンより高沸点の留分については、更に、中間留分を得るために軽質な留分（蒸留性状が３８０℃以下）に分留し、ライトサイクルオイル（以下、ＬＣＯという）として回収される。このＬＣＯは、従来、主としてＡ重油の基材として利用されているが、セタン価が低いためにディーゼルエンジン用Ａ重油基材としての利用にも制限があるのが実情である。

そこで、このＬＣＯを、更に自動車エンジン用の燃料として有効利用を図る試みがされており、例えば、特開２００８−１２７５４２号公報には、ＬＣＯをある反応条件下で特定の結晶性アルミノシリケートゼオライト触媒と接触させ、ガソリンエンジン用燃料基材を製造する方法が開示されている。

特開２００８−１２７５４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された手法では、ＬＣＯを更に水素化分解するために、新たな設備投資とユーティリティコストが必要でありコスト高となるという問題があり、さらに、ガソリン調合の際に必要となる性状、特に自動車の運転性能に影響を与える蒸留性状が開示されていないために運転性への影響が不明であった。

そこで、本発明は、分解装置からの留分をガソリンエンジン用燃料として有効に活用することができる製造方法、及びその製造方法に使用する自動車エンジン用燃料基材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の製造方法では、流動接触分解装置で製造されたライトサイクルオイル（ＬＣＯ）を分留し、基材として配合する。

本発明においてライトサイクルオイル（ＬＣＯ）は、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で、蒸留性状が３８０℃以下の留分を意味する。

前記分留により得られた基材の蒸留性状は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、インダン類が２０容量％以上であることが好ましい。更に、前記基材の配合量は４〜１０容量％であることが好ましい。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。

また、本発明に係る自動車エンジン用燃料基材は、本発明に係るガソリンエンジン用燃料の製造方法に使用できるもので、すなわち、流動接触分解解置から得られたライトサイクルオイルを分留して得られ、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、インダン類が２０容量％以上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の製造方法では、従来ガソリンに使用されることの無かったＬＣＯを分留し、リサーチオクタン価（以下、ＲＯＮという）の高い基材（９３以上）として配合するため、製造されるガソリンエンジン用燃料組成物に必要な性状を満たすことができ、且つ、分解装置からの留分を有効に活用することができる。なお、ＬＣＯを分留して得られる基材（以下、ＬＬＣＯという）を配合することで、ガソリンエンジン用燃料組成物の高速走行における加速性を向上させることができ、更に容量当たりの発熱量を高くして燃費を改善することができるという利点もある。

ＬＣＯの分留条件は、ＬＣＯの性状や他の基材とのバランスを考慮し適宜設定すればよい。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％程度含まれることになる。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。

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。

本発明に係る自動車エンジン用燃料基材は、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％以上であり、既述のＬＬＣＯに相当するものである。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ＬＣＯを更に分留することにより得られることも既述の通りである。このＬＬＣＯは、ＲＯＮが９３以上と高く、製造されるガソリンエンジン用燃料組成物に必要な性状を満たしながら、分解装置からの留分をより多く回収しつつ、ガソリンエンジン用燃料組成物の基材とすることが可能である。また、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。更に、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。

本発明に係るガソリンエンジン用燃料組成物の製造方法では、一般的なガソリン基材に、ＬＬＣＯを基材として配合すればよい。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）およびレギュラーガソリン（ＲＧ）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および表３に示す。なお、調合に使用したＰＧならびにＲＧの性状を比較例２および比較例３として、それぞれ表２および表３に示す。

なお、表１ないし表３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および市販ＲＧ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および市販ＲＧ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１に示すように、ＬＬＣＯはリサーチオクタン価が高いため、高速走行での加速性が良いガソリンエンジン用燃料組成物の基材として利用できることが確認された。また、容量当たりの総発熱量が市販ガソリン燃料に比較して高いため、燃料消費量が良いガソリンエンジン用燃料組成物の基材として利用でき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ＰＧの場合は１０容量％以下、ＲＧの場合は７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、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ガソリン（比較例２および比較例３）よりも多い、実施例１ないし実施例４は、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。

Claims (2)

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％配合することを特徴とするガソリンエンジン用燃料組成物の製造方法。
2. 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％以上であることを特徴とするガソリンエンジン用燃料基材。