JP6448686B2 - Method of using fuel oil in an internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、燃料油を燃焼させることにより動力を得る内燃機関において有用な燃料油、この燃料油を用いる内燃機関および上記燃料油を用いる内燃機関を搭載した気動車に関する。 The present invention relates to a fuel oil useful in an internal combustion engine that obtains power by burning fuel oil, an internal combustion engine using the fuel oil, and a pneumatic vehicle equipped with the internal combustion engine using the fuel oil.
ガソリン等の燃料油を燃焼させて動力を得る内燃機関、特に自動車用エンジンでは、燃料油が空気と混合されて燃焼に付される。空気中に７８．０％存在する窒素分子が、燃焼過程において１酸化１窒素、１酸化２窒素およびその二量体、２酸化３窒素などの窒素酸化物（ＮＯＸ）を生成し、それらが無視できない量で排出されるという問題がある。さらに、上記空気中に含まれる窒素は、酸素による燃焼の働きを抑える作用をするため、燃焼室において未燃の炭化水素が残り、それが排ガスとして排出され得る。ＮＯＸや全炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を低減するために、三元触媒やＮＯＸ吸蔵還元触媒が使用されている。 In an internal combustion engine that obtains power by burning fuel oil such as gasoline, particularly an automobile engine, the fuel oil is mixed with air and subjected to combustion. Nitrogen molecules present in the air at 78.0% generate nitrogen oxides (NOX) such as 1 nitrogen monoxide, 2 nitrogen oxides and their dimers, 3 nitrogen oxides in the combustion process, which are ignored. There is a problem that it is discharged in the amount that cannot be. Further, the nitrogen contained in the air acts to suppress the action of combustion by oxygen, so that unburned hydrocarbons remain in the combustion chamber and can be discharged as exhaust gas. In order to reduce the emission amount of NOX and total hydrocarbons (THC), a three-way catalyst and a NOX storage reduction catalyst are used.
しかし、三元触媒は、その効果を発揮するために、燃料油と空気の量が理論空燃比（ストイキオメトリ）を満たすことと共に厳しい温度管理が必要であり、また、白金やロジウムなどの高価な貴金属を必要とする。 However, in order to exert its effect, the three-way catalyst requires strict temperature control as well as the amount of fuel oil and air satisfying the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometry), and expensive such as platinum and rhodium. Need noble metals.
また、水素を燃料として燃焼させて動力を得るエンジンが知られている（例えば特許文献１および２）。このエンジンでは、水素が、酸素と、作動ガスとしてのアルゴンガスとともに燃焼に付され、非常に高い熱効率を有するとともに、窒素を使用しないので、ＮＯＸを排出する恐れがない。しかし、水素を使用するので、爆発の危険性が高く、取扱いには注意が必要であり、簡便に利用できるものではない。
Engines that obtain power by burning hydrogen as fuel are known (for example,
本発明者らは、燃料油の燃焼において、従来の空気に代えて、酸素を６５容量％以上含む気体を使用することにより、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が低減されることを先に見出した（特願２０１２−２８６９４２号）。本発明の目的は、このような燃焼により動力を得る内燃機関において有用な燃料油であって、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が少ない燃料油を提供することである。 The present inventors have previously found that in the combustion of fuel oil, the amount of exhaust gas such as NOX and THC is reduced by using a gas containing 65% by volume or more of oxygen instead of conventional air. (Japanese Patent Application No. 2012-286842). An object of the present invention is to provide a fuel oil that is useful in an internal combustion engine that obtains power by such combustion, and that has a small amount of exhaust gas such as NOX and THC.
本発明者らは、特定の組成および蒸留性状を有する燃料油が、酸素を６５容量％以上含む気体とともに燃焼に付されると、上記目的が達成されることを見出した。 The present inventors have found that the above object is achieved when a fuel oil having a specific composition and distillation properties is subjected to combustion together with a gas containing 65% by volume or more of oxygen.
すなわち、本発明は、燃料油全量を基準として炭化水素油を８０容量％以上含み、炭化水素油全量を基準として、飽和炭化水素の含量が３５容量％以上であり、オレフィン系炭化水素の含量が１０容量％以下であり、芳香族炭化水素の含量が６０容量％以下であり、１環芳香族炭化水素含量が４５容量％以下であり、２環芳香族炭化水素含量が２５容量％以下であり、３環以上の多環芳香族炭化水素の含量が２０容量％以下であり、蒸留の初留点が１３０℃以上２５９．５℃以下、１０容量％留出温度（Ｔ１０）が１４０℃以上３４０℃以下、５０容量％留出温度（Ｔ５０）が２１０℃以上３９０℃以下、９０容量％留出温度（Ｔ９０）が２４０℃以上４３０℃以下、９５容量％留出温度（Ｔ９５）が２５０℃以上４５０℃以下、蒸留終点（ＥＰ）が４７０℃以下である燃料油を内燃機関において使用する方法であって、始動時に、上記燃料油と、１０〜５０容量％の酸素を含む気体が燃焼室に供給される工程と、始動後に、上記燃料油と、酸素を６５容量％以上含む気体とが燃焼に付されるように燃焼室に供給される工程とを含み、前記内燃機関はアルゴンボンベを備え、前記始動時に該アルゴンボンベからアルゴンが燃焼室に供給され、始動時に燃焼室に供給される気体の容量中アルゴンの量が０．９〜２０容量％である、上記方法である。
That is, the present invention is a hydrocarbon oil based on the fuel oil the total amount includes 80% by volume or more, based on the total amount of hydrocarbon oil, the content of saturated hydrocarbon is 35 vol% or more, the content of olefinic hydrocarbons Is 10 volume% or less, the aromatic hydrocarbon content is 60 volume% or less, the 1-ring aromatic hydrocarbon content is 45 volume% or less, and the 2-ring aromatic hydrocarbon content is 25 volume% or less. Yes, the content of polycyclic aromatic hydrocarbons of 3 or more rings is 20% by volume or less, the initial boiling point of distillation is 130 ° C. or more and 259.5 ° C. or less, and 10% by volume distillation temperature (T 10 ) is 140 ° C. 340 ° C. or lower, 50% by volume distillation temperature (T 50 ) is 210 ° C. or higher and 390 ° C. or lower, 90% by volume distillation temperature (T 90 ) is 240 ° C. or higher and 430 ° C. or lower, 95% by volume distillation temperature (T 95) ) 250 ° C or higher and 450 ° C or lower, distilled A method of point (EP) is used in an internal combustion engine fuel oil is 470 ° C. or less, at the time of startup, process gas containing the above-described fuel oil, 10 to 50 volume% of oxygen is supplied to the combustion chamber And after the start-up, the fuel oil and a gas containing 65% by volume or more of oxygen are supplied to the combustion chamber so as to be subjected to combustion, and the internal combustion engine comprises an argon cylinder, In the above method, argon is supplied from the argon cylinder to the combustion chamber, and the amount of argon in the volume of gas supplied to the combustion chamber at the start is 0.9 to 20% by volume .
本発明の燃料油は、酸素を６５容量％以上含む気体との燃焼に付されるとき、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が少なく、したがって、このような燃焼により動力を得る内燃機関において、必ずしも三元触媒やＮＯＸ吸蔵還元触媒を使用する必要がない。また、本発明の燃料油を使用する上記内燃機関は、車両、例えば気動車や自動車等、において好適に使用することができる。 The fuel oil of the present invention has a small amount of exhaust gas such as NOX and THC when subjected to combustion with a gas containing 65% by volume or more of oxygen. Therefore, in an internal combustion engine that obtains power by such combustion, There is no need to use a three-way catalyst or NOX storage reduction catalyst. In addition, the internal combustion engine using the fuel oil of the present invention can be suitably used in vehicles such as pneumatic vehicles and automobiles.
本発明の燃料油は、酸素を６５容量％以上含む気体とともに燃料油が燃焼に付されるように適合されている燃焼室を有する内燃機関において使用される。 The fuel oil of the present invention is used in an internal combustion engine having a combustion chamber adapted to be combusted with a gas containing 65% by volume or more of oxygen.
図１は、上記内燃機関を含むシステムの一例を示す図である。内燃機関１０は、燃焼室を有する。燃焼室では、燃料タンク１から供給された燃料油が、プリサーバ５を経由して供給される気体と一緒に燃焼に付される。上記気体は、定常状態の燃焼において、酸素を６５容量％以上含む。上記気体は、ＮＯＸの生成を抑える点から、窒素を含まないのが好ましい。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a system including the internal combustion engine. The
このような内燃機関において使用される本発明の燃料油は、燃料油全量を基準として炭化水素油を６０容量％以上、好ましくは８０容量％以上、さらに好ましくは９０容量％以上、さらに好ましくは９３容量％〜１００容量％含み、炭化水素油全量を基準として、飽和炭化水素含量が３５容量％以上であり、オレフィン系炭化水素含量が１０容量％以下であり、芳香族炭化水素の量が６５容量％以下であり、１環芳香族炭化水素含量が４５容量％以下であり、２環芳香族炭化水素含量が２５容量％以下であり、３環以上の多環芳香族炭化水素の含量が２０容量％以下であり、蒸留の初留点が１３０℃以上である。なお、１環芳香族炭化水素は、１の芳香環を有する炭化水素であり、２環芳香族炭化水素は、互いに縮合した２の芳香環を有する炭化水素であり、３環以上の多環芳香族炭化水素は、互いに縮合した３以上の芳香環を有する炭化水素である。 The fuel oil of the present invention used in such an internal combustion engine is a hydrocarbon oil of 60% by volume or more, preferably 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, more preferably 93%, based on the total amount of fuel oil. Including volume% to 100 volume%, based on the total amount of hydrocarbon oil, the saturated hydrocarbon content is 35 volume% or more, the olefinic hydrocarbon content is 10 volume% or less, and the amount of aromatic hydrocarbon is 65 volume %, 1 ring aromatic hydrocarbon content is 45 volume% or less, 2 ring aromatic hydrocarbon content is 25 volume% or less, 3 ring or more polycyclic aromatic hydrocarbon content is 20 volume %, And the initial boiling point of distillation is 130 ° C. or higher. The monocyclic aromatic hydrocarbon is a hydrocarbon having one aromatic ring, the bicyclic aromatic hydrocarbon is a hydrocarbon having two aromatic rings condensed with each other, and is a polycyclic aromatic having three or more rings. A group hydrocarbon is a hydrocarbon having three or more aromatic rings condensed with each other.
上記飽和炭化水素含量は、燃焼の始動性を確保する点から、３５容量％以上、好ましくは４０容量％以上、より好ましくは４５容量％以上、さらに好ましくは５０容量％以上、さらに好ましくは６０容量％以上であり、上限は１００容量％である。 The saturated hydrocarbon content is 35% by volume or more, preferably 40% by volume or more, more preferably 45% by volume or more, further preferably 50% by volume or more, and further preferably 60% by volume, from the viewpoint of ensuring startability of combustion. % And the upper limit is 100% by volume.
上記オレフィン系炭化水素含量は、燃費が良いこと、排出ガス中のＴＨＣの量が少ないことおよび貯蔵安定性の観点から、１０容量％以下、好ましくは５容量％以下、より好ましくは１容量％以下であり、下限は限定的ではないが、好ましくは０容量％である。 The olefinic hydrocarbon content is 10% by volume or less, preferably 5% by volume or less, more preferably 1% by volume or less from the viewpoints of good fuel economy, low amount of THC in the exhaust gas and storage stability. The lower limit is not limited, but is preferably 0% by volume.
上記芳香族炭化水素含量は、燃焼効率の点から、６５容量％以下、好ましくは６０容量％以下、より好ましくは５５容量％以下であり、また、０容量％以上が好ましく、５容量％以上がより好ましく、10容量％以上がさらに好ましい。 From the viewpoint of combustion efficiency, the aromatic hydrocarbon content is 65% by volume or less, preferably 60% by volume or less, more preferably 55% by volume or less, and preferably 0% by volume or more, more preferably 5% by volume or more. More preferred is 10% by volume or more.
上記１環芳香族炭化水素含量は、燃費が良いことおよび排出ガス中のＴＨＣの量が少ないことから、４５容量％以下、好ましくは３５容量％以下、より好ましくは３０容量％以下、さらに好ましくは２５容量％以下であり、下限は限定的ではないが、好ましくは０容量％である。 The monocyclic aromatic hydrocarbon content is 45% by volume or less, preferably 35% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, even more preferably, because fuel efficiency is good and the amount of THC in the exhaust gas is small. The lower limit is not limited, but is preferably 0% by volume.
上記２環芳香族炭化水素含量は、燃費が良いことおよび排出ガス中のＴＨＣの量が少ないことから、２５容量％以下、好ましくは１５容量％以下、より好ましくは１２容量％以下、さらに好ましくは１０容量％以下であり、下限は限定的ではないが、好ましくは０容量％である。 The bicyclic aromatic hydrocarbon content is 25% by volume or less, preferably 15% by volume or less, more preferably 12% by volume or less, even more preferably, because of good fuel economy and low amount of THC in the exhaust gas. The lower limit is not limited, but is preferably 0% by volume.
上記３環以上の多環芳香族化合物の含量は、燃費が良いことおよび排出ガス中のＴＨＣの量が少ないことから、２０容量％以下、好ましくは１０容量％以下、より好ましくは８容量％以下、さらに好ましくは７容量％以下であり、下限は限定的ではないが、好ましくは０容量％である。 The content of the polycyclic aromatic compound having 3 or more rings is 20% by volume or less, preferably 10% by volume or less, more preferably 8% by volume or less because of good fuel economy and a small amount of THC in the exhaust gas. More preferably, it is 7% by volume or less, and the lower limit is not limited, but is preferably 0% by volume.
上記の飽和炭化水素含量、オレフィン系炭化水素含量、芳香族炭化水素含量、１環芳香族炭化水素含量、２環芳香族炭化水素含量および３環以上の多環芳香族化合物の含量はいずれも、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７に定めるＨＰＬＣ法により測定される値である。 The above saturated hydrocarbon content, olefinic hydrocarbon content, aromatic hydrocarbon content, 1-ring aromatic hydrocarbon content, 2-ring aromatic hydrocarbon content, and polycyclic aromatic compound content of 3 or more rings are all It is a value measured by the HPLC method defined in JPI-5S-49-97.
また、本発明の燃料油の蒸留性状は、蒸留の初留点（ＩＢＰ）が１３０℃以上である点を除いて何ら制限はないが、初留点（ＩＢＰ）は１３０℃以上２５９．５℃以下が好ましく、１４５℃以上２５０℃以下がより好ましく、１４５℃以上１９０℃以下が最も好ましい。初留点が低いと、引火性が高くなり、また蒸発ガス（ＴＨＣ）が発生し易くなり、取扱性に問題がある。 The distillation property of the fuel oil of the present invention is not limited except that the initial boiling point (IBP) of distillation is 130 ° C. or higher, but the initial boiling point (IBP) is 130 ° C. or higher and 259.5 ° C. The following is preferable, 145 ° C. or higher and 250 ° C. or lower is more preferable, and 145 ° C. or higher and 190 ° C. or lower is most preferable. When the initial boiling point is low, the flammability becomes high and evaporative gas (THC) is easily generated, which causes a problem in handling.
蒸留の初留点以外については、１０容量％留出温度（Ｔ１０）は１４０℃以上３４０℃以下が好ましく、より好ましくは２９０℃以下であり、５０容量％留出温度（Ｔ５０）は２１０℃以上３９０℃以下がより好ましい。９０容量％留出温度（Ｔ９０）は、下限については、２４０℃以上が好ましく、２６０℃以上がより好ましく、２８０℃以上がさらに好ましく、３００℃以上がさらにより好ましい。９０容量％留出温度（Ｔ９０）の上限については、４３０℃以下が好ましく、４００℃以下がより好ましく、３８０℃以下がさらにより好ましく、３６０℃以下が最も好ましい。９５容量％留出温度（Ｔ９５）は、下限については、２５０℃以上が好ましく、２７０℃以上がより好ましく、２９０℃以上がさらに好ましく、３１０℃以上がさらに好ましい。９５容量％留出温度（Ｔ９５）は上限については、４５０℃以下が好ましく、４３０℃以下がより好ましく、４００℃以下がさらに好ましく、３８０℃以下がより一層好ましく、３６０℃以下が最も好ましい。蒸留終点（ＥＰ）は、下限については、２６０℃以上が好ましく、２８０℃以上がより好ましく、３００℃以上がさらに好ましく、３２０℃以上が最も好ましい。蒸留終点（ＥＰ）は上限については、４７０℃℃以下が好ましく、４５０℃以下がより好ましく、４３０℃以下がさらに好ましく、４１０℃以下がより一層好ましく、３８０℃以下が最も好ましい。
Except for the initial distillation point of distillation, the 10 vol% distillation temperature (T 10 ) is preferably 140 ° C. or higher and 340 ° C. or lower, more preferably 290 ° C. or lower , and the 50 vol% distillation temperature (T 50 ) is 210. More preferably, the temperature is from ° C to 390 ° C. The lower limit of the 90 volume% distillation temperature (T 90 ) is preferably 240 ° C. or higher, more preferably 260 ° C. or higher, further preferably 280 ° C. or higher, and even more preferably 300 ° C. or higher. The upper limit of the 90 vol% distillation temperature (T 90), preferably 430 ° C. or less, more preferably 400 ° C. or less, even more preferably 380 ° C. or less, most preferably 360 ° C. or less. The lower limit of the 95 % by volume distillation temperature (T 95 ) is preferably 250 ° C. or higher, more preferably 270 ° C. or higher, further preferably 290 ° C. or higher, and further preferably 310 ° C. or higher. The upper limit of the 95 % by volume distillation temperature (T 95 ) is preferably 450 ° C. or lower, more preferably 430 ° C. or lower, still more preferably 400 ° C. or lower, still more preferably 380 ° C. or lower, and most preferably 360 ° C. or lower. The lower limit of the distillation end point (EP) is preferably 260 ° C. or higher, more preferably 280 ° C. or higher, further preferably 300 ° C. or higher, and most preferably 320 ° C. or higher. The upper limit of the distillation end point (EP) is preferably 470 ° C. or lower, more preferably 450 ° C. or lower, further preferably 430 ° C. or lower, still more preferably 410 ° C. or lower, and most preferably 380 ° C. or lower.
１０容量％留出温度（Ｔ10）が低いと、引火性が高くなり、また蒸発ガス（ＴＨＣ）が発生し易くなり、取扱性に問題がある。９０容量％留出温度（Ｔ90）、９５容量％留出温度（Ｔ95）及び蒸留終点（ＥＰ）の上限値は、排出ガス中のＴＨＣの量が少ない点などから規定される。 If the 10% by volume distillation temperature (T 10 ) is low, the flammability becomes high and evaporative gas (THC) is likely to be generated, causing a problem in handling. The upper limit values of 90% by volume distillation temperature (T 90 ), 95% by volume distillation temperature (T 95 ) and distillation end point (EP) are defined from the point that the amount of THC in the exhaust gas is small.
上記蒸留の初留点（ＩＢＰ）、１０容量％留出温度（Ｔ１０）、５０容量％留出温度（Ｔ５０）、９０容量％留出温度（Ｔ９０）、９５容量％留出温度（Ｔ95）および終点（ＥＰ）は、ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」によって測定される値である。 Initial distillation point (IBP) of the above distillation, 10% by volume distillation temperature (T 10 ), 50% by volume distillation temperature (T 50 ), 90% by volume distillation temperature (T 90 ), 95% by volume distillation temperature ( T 95 ) and end point (EP) are values measured by JIS K 2254 “Petroleum products—distillation test method”.
本発明の燃料油の硫黄含量は何ら制限されない。これは、本発明の燃料油は、上記特定の内燃機関において使用されるものであり、上述したように、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が少なく、したがって、三元触媒等の触媒を使用する必要がないからである。従来の内燃機関では、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量を低減するために三元触媒等の触媒が使用され、燃料油中の硫黄含有量が多いと触媒が失活するが、本発明の燃料油は、そのような触媒の使用が不要であり、したがって、硫黄含量は何ら制限されない。好ましくは、内燃機関のシステムの劣化を小さくできることなどから、燃料油の全量を基準として、２０００質量ｐｐｍ以下であり、５００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、２００質量ｐｐｍ以下であることがさらにより好ましく、８０質量ｐｐｍ以下であることが一層好ましく、２０質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましく、下限は限定的ではないが、好ましくは０質量ｐｐｍである。 The sulfur content of the fuel oil of the present invention is not limited at all. This is because the fuel oil of the present invention is used in the above-mentioned specific internal combustion engine, and as described above, the amount of exhaust gas such as NOX and THC is small, and therefore a catalyst such as a three-way catalyst is used. It is not necessary. In a conventional internal combustion engine, a catalyst such as a three-way catalyst is used to reduce the amount of exhaust gas such as NOX and THC. When the sulfur content in the fuel oil is high, the catalyst is deactivated. Oil does not require the use of such a catalyst, and therefore the sulfur content is not limited in any way. Preferably, the deterioration of the system of the internal combustion engine can be reduced, and the like, based on the total amount of fuel oil, is 2000 mass ppm or less, more preferably 500 mass ppm or less, and further preferably 200 mass ppm or less. More preferably, it is more preferably 80 ppm by mass or less, most preferably 20 ppm by mass or less, and the lower limit is not limited, but it is preferably 0 ppm by mass.
上記硫黄含量は、１質量ｐｐｍ以上の場合には、ＪＩＳ Ｋ ２５４１「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り、１質量ｐｐｍ未満の場合には、ＡＳＴＭ Ｄ４０４５−９６「Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Hydrogenolysis and Rateometric Colorimetry」により測定される値である。 The sulfur content is a value measured according to JIS K 2541 “Crude oil and petroleum products—Sulfur content test method” when the content is 1 mass ppm or more. When the content is less than 1 mass ppm, ASTM D4045-96 “ It is a value measured by “Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Hydrogenolysis and Rateometric Colorimetry”.
本発明の燃料油のセタン指数及びセタン価については何ら制限されないが、燃費が良いことおよび排出ガス中のＴＨＣの量が少ないことなどから、セタン指数は３０以上であるのが好ましく、より好ましくは４５以上、さらに好ましくは５０以上、最も好ましくは５５以上である。また、セタン価は２０以上であるのが好ましく、より好ましくは４６以上、さらに好ましくは５０以上である。なお、セタン指数及びセタン価は、ＪＩＳＫ ２２８０「セタン価試験方法、セタン指数の算出方法」によって測定・算出される。 The cetane index and cetane number of the fuel oil of the present invention are not limited at all, but the cetane index is preferably 30 or more, more preferably because of good fuel economy and a small amount of THC in the exhaust gas. 45 or more, more preferably 50 or more, and most preferably 55 or more. Further, the cetane number is preferably 20 or more, more preferably 46 or more, and further preferably 50 or more. The cetane index and cetane number are measured and calculated according to JISK 2280 “Testing method for cetane number, calculation method for cetane index”.
本発明の燃料油の残留炭素分については何ら制限されないが、長時間運転を持続できることなどから、１０％残油残留炭素分が１．０％以下であるのが好ましく、より好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．０５％以下である。なお、残留炭素分は、ＪＩＳＫ ２２７０「残留炭素分試験方法」によって測定される。 The residual carbon content of the fuel oil of the present invention is not limited at all. However, it is preferable that the 10% residual oil residual carbon content is 1.0% or less because the operation can be continued for a long time, and more preferably 0.10. % Or less, more preferably 0.05% or less. The residual carbon content is measured by JISK 2270 “Residual carbon content test method”.
本発明の燃料油の低温流動性については何ら制限されないが、寒冷地等での取り扱い性などから、曇り点は＋１０℃以下であるのが好ましく、より好ましくは＋５℃以下、さらに好ましくは０℃以下、さらに好ましくは−５℃以下、最も好ましくは−１０℃以下である。また、流動点は＋５℃以下であるのが好ましく、より好ましくは−２．５℃以下、さらに好ましくは−７．５℃以下、さらに好ましくは−２０℃以下、最も好ましくは−３０℃以下である。また、目詰まり点は＋１０℃以下であるのが好ましく、より好ましくは−１℃以下、さらに好ましくは−５℃以下、さらに好ましくは−１２℃以下、最も好ましくは−１９℃以下である。なお、曇り点および流動点は、ＪＩＳＫ ２２６９「曇り点試験方法、流動点試験方法」によって測定され、目詰まり点は、ＪＩＳ Ｋ ２２８８「目詰まり点試験方法」によって測定される。 The low temperature fluidity of the fuel oil of the present invention is not limited at all, but the cloud point is preferably + 10 ° C. or less, more preferably + 5 ° C. or less, and still more preferably 0 ° C. from the viewpoint of handling in cold regions. Hereinafter, it is more preferably −5 ° C. or less, and most preferably −10 ° C. or less. The pour point is preferably + 5 ° C or lower, more preferably -2.5 ° C or lower, further preferably -7.5 ° C or lower, further preferably -20 ° C or lower, most preferably -30 ° C or lower. is there. The clogging point is preferably + 10 ° C or lower, more preferably -1 ° C or lower, further preferably -5 ° C or lower, further preferably -12 ° C or lower, and most preferably -19 ° C or lower. The cloud point and pour point are measured by JIS K 2269 “Cloud point test method, pour point test method”, and the clogging point is measured by JIS K 2288 “clog point test method”.
本発明の燃料油の製造方法については、特に制限はない。具体的には例えば、軽油基材として知られる、原油を蒸留して得られる軽油留分を脱硫した脱硫軽油、原油を蒸留して得られる重質軽油、天然ガス等を一酸化炭素と水素に分解した後にＦ−Ｔ（Fischer-Tropsch ）合成で得られるＧＴＬ（Gas to Liquids）軽油、減圧留出油等を水素化脱硫・分解して得られる軽油相当留分、減圧留出油を水素化脱硫・分解して得られる水素化分解軽油、重油・残油等を直接脱硫して得られる重油直接脱硫軽油、および残油・減圧留出油等を接触分解して得られる接触分解軽油等の炭化水素油の１種または２種以上を用いて製造される。好ましい軽油基材は、脱硫軽油、ＧＴＬ軽油および水素化分解軽油である。 There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of the fuel oil of this invention. Specifically, for example, desulfurized light oil obtained by desulfurizing light oil fraction obtained by distilling crude oil, known as gas oil base material, heavy light oil obtained by distilling crude oil, natural gas, etc. into carbon monoxide and hydrogen GTL (Gas to Liquids) gas oil obtained by FT (Fischer-Tropsch) synthesis after decomposition, gas oil equivalent fraction obtained by hydrodesulfurization and decomposition of reduced pressure distillate, etc., hydrogenated reduced pressure distillate Hydrocracked diesel oil obtained by desulfurization / decomposition, heavy oil direct desulfurization diesel oil obtained by direct desulfurization of heavy oil / resid oil, etc., and catalytic cracking diesel oil obtained by catalytic cracking of residual oil / vacuum distillate oil, etc. Manufactured using one or more hydrocarbon oils. Preferred light oil bases are desulfurized light oil, GTL light oil and hydrocracked light oil.
上記軽油基材のほかに、低温流動性改良の観点から、灯油基材をさらに添加してもよい。上記灯油基材としては、例えば、原油を蒸留して得られる灯油留分を脱硫した脱硫灯油、脱硫灯油を水素処理して低芳香族、低硫黄化した脱硫水添灯油、天然ガス等を一酸化炭素と水素に分解した後にＦ−Ｔ（Fischer-Tropsch ）合成で得られる「ＧＴＬ（Gas to Liquids）」の灯油留分（ＧＴＬ灯油）、減圧留出油等を水素化脱硫・分解して得られる灯油相当留分(水素化分解灯油)、残油・減圧留出油等を接触分解して得られる灯油相当留分(接触分解灯油)、重油・残油等を直接脱硫の後に得られる灯油相当留分（重油直接脱硫灯油）等が挙げられる。好ましい灯油基材は、脱硫灯油、ＧＴＬ灯油および接触分解灯油である。 In addition to the light oil base material, a kerosene base material may be further added from the viewpoint of improving the low temperature fluidity. Examples of the kerosene base material include desulfurized kerosene obtained by desulfurizing a kerosene fraction obtained by distilling crude oil, desulfurized kerosene obtained by hydrotreating desulfurized kerosene, desulfurized hydrogenated kerosene, natural gas, etc. Hydrodesulfurization and decomposition of “GTL (Gas to Liquids)” kerosene fraction (GTL kerosene), vacuum distillate, etc. obtained by FT (Fischer-Tropsch) synthesis after decomposition into carbon oxide and hydrogen Kerosene equivalent fraction (hydrocracked kerosene) obtained, kerosene equivalent fraction (contact cracked kerosene) obtained by catalytic cracking of residual oil / vacuum distillate, etc., obtained after direct desulfurization Kerosene equivalent fraction (heavy oil direct desulfurized kerosene) and the like. Preferred kerosene base materials are desulfurized kerosene, GTL kerosene and catalytic cracking kerosene.
また、必要に応じて、本発明の要旨を損なわない範囲で、ガソリン基材を添加することができる。ガソリン基材としては、原油を常圧蒸留して得られる軽質ナフサ、原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ、原油を蒸留して得られるナフサ留分を脱硫処理した脱硫フルレンジナフサ、軽質ナフサを脱硫した脱硫軽質ナフサ、重質ナフサを脱硫した脱硫重質ナフサ、軽質ナフサを異性化装置でイソパラフィンに転化して得られる異性化ガソリン、イソブタン等の炭化水素に低級オレフィンを付加（アルキル化）することによって得られるアルキレート、アルキレートを脱硫処理した脱硫アルキレート、脱硫されたイソブタン等の炭化水素と脱硫された低級オレフィンによる低硫黄アルキレート、接触改質法で得られる改質ガソリン、改質ガソリンから芳香族分をスルフォラン抽出した残分であるラフィネート（スルフォランラフィネート）、改質ガソリンの軽質留分（軽質改質ガソリン）、改質ガソリンの中重質留分（中重質改質ガソリン）、改質ガソリンの重質留分（重質改質ガソリン）、接触分解法や水素化分解法等で得られる分解ガソリン、分解ガソリンの軽質留分（軽質分解ガソリン）、分解ガソリンの重質留分（重質分解ガソリン）、分解ガソリンを脱硫処理した脱硫分解ガソリン、分解ガソリンの軽質留分を脱硫処理した脱硫軽質分解ガソリン、および分解ガソリンの重質留分を脱硫処理した脱硫重質分解ガソリンが挙げられる。ただし、燃料油の蒸留初留点を考慮すると、低沸点留分の添加はあまり好ましくない。上記ガソリン基材のうち、芳香族を含有するものが好ましく、たとえば、改質ガソリンの中重質留分、改質ガソリンの重質留分、分解ガソリンの重質留分、分解ガソリンを脱硫処理した脱硫分解ガソリン、分解ガソリンの重質留分を脱硫処理した脱硫重質分解ガソリンが挙げられる。 Moreover, a gasoline base material can be added in the range which does not impair the summary of this invention as needed. Gasoline base materials include light naphtha obtained by atmospheric distillation of crude oil, heavy naphtha obtained by atmospheric distillation of crude oil, desulfurized full-range naphtha obtained by desulfurizing naphtha fraction obtained by distillation of crude oil, light Desulfurized light naphtha desulfurized naphtha, desulfurized heavy naphtha desulfurized heavy naphtha, low olefins added to hydrocarbons such as isomerized gasoline and isobutane obtained by converting light naphtha to isoparaffin using an isomerizer ), The desulfurized alkylate obtained by desulfurizing the alkylate, the low-sulfur alkylate by desulfurized hydrocarbons such as isobutane and the desulfurized lower olefin, the reformed gasoline obtained by the catalytic reforming method, Raffinate (sulfolan raffinate), which is the residue of aromatics extracted from reformed gasoline. Light fraction of high quality gasoline (light reformed gasoline), medium heavy fraction of reformed gasoline (medium heavy reformed gasoline), heavy fraction of reformed gasoline (heavy reformed gasoline), catalytic cracking method Gasoline, hydrocracked gasoline, light fraction of cracked gasoline (light cracked gasoline), heavy fraction of cracked gasoline (heavy cracked gasoline), desulfurized cracked gasoline, cracked gasoline And desulfurized light cracked gasoline obtained by desulfurizing a light fraction of the above, and desulfurized heavy cracked gasoline obtained by desulfurizing a heavy fraction of cracked gasoline. However, in consideration of the initial distillation point of the fuel oil, addition of a low boiling point fraction is not very preferable. Of the above gasoline base materials, those containing aromatics are preferable. For example, desulfurization treatment of medium heavy fraction of reformed gasoline, heavy fraction of reformed gasoline, heavy fraction of cracked gasoline, cracked gasoline Desulfurized cracked gasoline and desulfurized heavy cracked gasoline obtained by desulfurizing a heavy fraction of cracked gasoline.
本発明の燃料油の製造において、含酸素化合物をさらに添加してもよい。上記含酸素化合物としては、たとえば、メチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）およびエチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）などのエーテル類、メタノール、エタノール、１−ブタノール、２−ブタノールおよびイソブタノールなどのアルコール類が挙げられる。本発明の燃料油中の上記含酸素化合物の量は、限定的ではないが、４０容量％以下が好ましく、より好ましくは２０容量％以下、さらに好ましくは１０容量％以下、さらに好ましくは７容量％以下である。 In the production of the fuel oil of the present invention, an oxygen-containing compound may be further added. Examples of the oxygen-containing compound include ethers such as methyl tertiary butyl ether (MTBE) and ethyl tertiary butyl ether (ETBE), and alcohols such as methanol, ethanol, 1-butanol, 2-butanol and isobutanol. . The amount of the oxygen-containing compound in the fuel oil of the present invention is not limited, but is preferably 40% by volume or less, more preferably 20% by volume or less, further preferably 10% by volume or less, and further preferably 7% by volume. It is as follows.
本発明の燃料油には、識別のための着色剤、酸化安定度向上のための酸化防止剤、金属不活性化剤、腐食防止のための腐食防止剤、燃料ラインの清浄性維持のための清浄剤、潤滑性向上のための潤滑性向上剤、低温流動性の改善のための流動性向上剤、およびセタン価の向上のためのセタン価向上剤等の添加剤を添加してもよい。 The fuel oil of the present invention includes a colorant for identification, an antioxidant for improving oxidation stability, a metal deactivator, a corrosion inhibitor for preventing corrosion, and maintaining the cleanliness of the fuel line. Additives such as detergents, lubricity improvers for improving lubricity, fluidity improvers for improving low temperature fluidity, and cetane number improvers for improving cetane number may be added.
本発明の燃料油が使用されるところの上記内燃機関は、その始動をより安定的に行うために、始動時（すなわち、燃焼の開始時）には、酸素とともに窒素および任意的な希ガスを含む気体が燃焼室に供給されるのが好ましい。上記酸素の量は気体の１０〜５０容量％、好ましくは１０〜４０容量％であり、窒素の量は気体の５０〜９０容量％、好ましくは６０〜９０容量％であり、希ガスの量は０〜２０容量％、好ましくは０〜１５容量％であるのが好ましい。なお、希ガスは、元素周期律表の１８族元素を意味し、典型的にはアルゴンである。 The internal combustion engine in which the fuel oil of the present invention is used, in order to perform its start more stably, at the start (that is, at the start of combustion), nitrogen and an optional noble gas are added together with oxygen. It is preferred that the containing gas is supplied to the combustion chamber. The amount of oxygen is 10-50% by volume of gas, preferably 10-40% by volume, the amount of nitrogen is 50-90% by volume of gas, preferably 60-90% by volume, and the amount of rare gas is It is preferably 0 to 20% by volume, preferably 0 to 15% by volume. The noble gas means a group 18 element in the periodic table of elements, and is typically argon.
内燃機関の始動後は、上記気体中の酸素の割合を徐々にまたは段階的に増加させることができ、運転が定常状態に達すると（典型的には、始動時から１０〜３０秒後）、酸素を６５容量％以上含む気体を、好ましくは酸素を７５〜１００容量％含む気体を、さらに好ましくは酸素を８５〜１００容量％含む気体を、さらに好ましくは酸素を９０〜１００容量％含む気体を、最も好ましくは酸素のみからなる気体を燃焼に付すことにより、安定的に運転を続けることができるとともに、ＮＯＸの排出を抑えることができる。空気を使用する従来の内燃機関では、空気中に多量に含まれる窒素が酸素による燃焼の働きを抑える作用をするため、燃焼室において未燃の炭化水素が残り、排ガスとして排出されるが、本発明の内燃機関では、上記気体が６５容量％以上の酸素を含むので、未燃の炭化水素量を少なくすることができ、したがって、全炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を抑えることができる。また、未燃の炭化水素量が少ないので、燃焼効率が高い。 After starting the internal combustion engine, the proportion of oxygen in the gas can be increased gradually or stepwise, and when operation reaches a steady state (typically 10-30 seconds after the start) A gas containing 65% by volume or more of oxygen, preferably a gas containing 75-100% by volume of oxygen, more preferably a gas containing 85-100% by volume of oxygen, more preferably a gas containing 90-100% by volume of oxygen. Most preferably, by subjecting a gas consisting only of oxygen to combustion, stable operation can be continued and NOX emission can be suppressed. In conventional internal combustion engines that use air, nitrogen contained in a large amount acts in the action of suppressing the combustion of oxygen, so unburned hydrocarbons remain in the combustion chamber and are discharged as exhaust gas. In the internal combustion engine of the invention, since the gas contains 65% by volume or more of oxygen, the amount of unburned hydrocarbons can be reduced, and therefore, the emission amount of total hydrocarbons (THC) can be suppressed. Moreover, since there is little unburned hydrocarbon amount, combustion efficiency is high.
運転が定常状態に達したときの気体は、本発明の効果を損なわない範囲で、窒素および／または希ガスを含んでいてもよい。含み得る窒素の量は、気体の０〜３５容量％、好ましくは０〜１５容量％であり、希ガスの量は、気体の０〜１０容量％、好ましくは０〜５容量％である。これらの量範囲であれば、燃焼温度低下効果があり、気体が窒素を含んでいても、ＮＯＸの排出量は少なめである。 The gas when the operation reaches a steady state may contain nitrogen and / or a rare gas as long as the effects of the present invention are not impaired. The amount of nitrogen that can be included is 0 to 35% by volume of gas, preferably 0 to 15% by volume, and the amount of rare gas is 0 to 10% by volume, preferably 0 to 5% by volume of gas. Within these ranges, there is an effect of lowering the combustion temperature, and even if the gas contains nitrogen, the amount of NOx emitted is small.
始動時およびその後の気体の成分の割合が適宜調整できるように、かつ圧力変動を低減して気体を燃焼室に安定的に供給することができるように、上記酸素、窒素および希ガスは、好ましくは、図１に示されるように、各気体のボンベから燃焼室へ供給される。窒素の供給は、窒素ボンベの他に空気ボンベを使用して行ってもよく、あるいは、自然吸気によって行ってもよい。図１では、窒素、酸素および希ガス（アルゴン）がそれぞれ、空気ボンベ２、酸素ボンベ３およびアルゴンボンベ４からプリサーバ５を経由して燃焼室に供給される。
The oxygen, nitrogen, and rare gas are preferably used so that the ratio of gas components at the start and thereafter can be adjusted as appropriate, and the pressure fluctuation can be reduced and gas can be stably supplied to the combustion chamber. As shown in FIG. 1, the gas is supplied from each gas cylinder to the combustion chamber. The supply of nitrogen may be performed using an air cylinder in addition to the nitrogen cylinder, or may be performed by natural suction. In FIG. 1, nitrogen, oxygen, and a rare gas (argon) are supplied from the
上記内燃機関では、燃焼に付される気体が酸素を６５容量％以上の量で含むので、ＮＯＸの排出が有意に低減され、したがって、高価な三元触媒や窒素酸化物吸蔵還元触媒を使用する必要がない。これは、内燃機関の簡素化および低コスト化をもたらす。しかし、本発明における内燃機関は、触媒を一切使用しないことを意図したものではなく、必要に応じて、少量の三元触媒や慣用的に使用される他の触媒（例えば吸着剤）を使用してもよい。 In the internal combustion engine, since the gas subjected to combustion contains oxygen in an amount of 65% by volume or more, NOx emissions are significantly reduced, and therefore expensive three-way catalysts and nitrogen oxide storage reduction catalysts are used. There is no need. This leads to simplification and cost reduction of the internal combustion engine. However, the internal combustion engine in the present invention is not intended to use no catalyst at all, and uses a small amount of a three-way catalyst or other conventionally used catalyst (for example, an adsorbent) as necessary. May be.
本発明における内燃機関は、必要に応じて、燃料油を改質するための改質器を備えることができる。これにより、重質化した燃焼効率の良い燃料油を内燃機関に供給することができる。この場合において、燃料油の改質は、燃料油の全体について行ってもよいが、必ずしもその必要はなく、一部についてのみ行ってもよい。 The internal combustion engine in the present invention can include a reformer for reforming the fuel oil as necessary. Thereby, the heavy fuel oil with good combustion efficiency can be supplied to the internal combustion engine. In this case, the reforming of the fuel oil may be performed on the entire fuel oil, but is not necessarily required, and may be performed on only a part thereof.
さらに、上記内燃機関は、ノッキング防止のために、圧縮比を例えば８．５以下に下げる、および／または冷却水出口温度を例えば５０〜８０℃に下げるなどを、必要に応じて行うことができる。また、酸素吸入抵抗防止のために、膨張と収縮が可能なバッファバックを設置するのが好ましい。バックファイヤ防止のために、低回転域にしたり、吸入負圧を下げすぎないようにしたり（例えば、４００ｍｍＨｇ以下にしない）、および／またはバルブクリアランスを調整したりするのが好ましい。 Furthermore, in order to prevent knocking, the internal combustion engine can reduce the compression ratio to, for example, 8.5 or less and / or reduce the cooling water outlet temperature to, for example, 50 to 80 ° C. as necessary. . In order to prevent oxygen inhalation resistance, it is preferable to install a buffer bag that can expand and contract. In order to prevent backfire, it is preferable to use a low rotation range, not to reduce the suction negative pressure too much (for example, not to make it 400 mmHg or less), and / or adjust the valve clearance.
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。実施例で使用した炭化水素油の性状等を表１〜３に示す。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. Tables 1 to 3 show the properties and the like of the hydrocarbon oil used in the examples.
実施例１〜１５
表４〜５に示す量（容量％）の基材を使用して、表４〜５に示す燃料油を製造した。得られた燃料油を、図１に示す内燃機関システムにおいて使用して、ＮＯＸ排出量およびＴＨＣ排出量を測定した。結果を表４〜５に示す。なお、内燃機関１０として、４サイクル２気筒で総排気量３５９ｃｃのものを使用した。燃料油は燃料タンク１から供給され、気体は、空気ボンベ２、酸素ボンベ３、アルゴンボンベ４からプリサーバ５に供給された後、内燃機関１０の燃焼室に供給された。排気は、酸化触媒６で処理した後、冷却管７を通って排出された。排出された気体は、アルゴンガスおよび二酸化炭素が主体であり、その他に液体として水が排出された。
Examples 1-15
The fuel oil shown in Tables 4-5 was manufactured using the base material of the quantity (volume%) shown in Tables 4-5. The obtained fuel oil was used in the internal combustion engine system shown in FIG. 1 to measure NOX emissions and THC emissions. The results are shown in Tables 4-5. As the
内燃機関の運転は、以下のように行った。すなわち、始動時に、酸素、アルゴンおよび窒素をそれぞれ、２０．９容量％、０．９容量％および７８．１容量％の量で含む気体を燃焼室に供給した。始動から３０秒経過後に目視によって定常状態になったことが確認され、さらに３０秒間運転を続け、その後、上記気体の組成を酸素８９．３容量％および窒素１０．７容量％に調整して運転を続けた。その結果、１００時間継続して支障なく運転された。なお、内燃機関の回転数を３０００ｒｐｍ、圧縮比を７．６、冷却水温度を６０℃とした。 The operation of the internal combustion engine was performed as follows. That is, at start-up, a gas containing oxygen, argon and nitrogen in amounts of 20.9 vol%, 0.9 vol% and 78.1 vol%, respectively, was supplied to the combustion chamber. After a lapse of 30 seconds from the start, it was confirmed that a steady state was obtained by visual observation, and the operation was continued for another 30 seconds. Thereafter, the gas composition was adjusted to 89.3 vol% oxygen and 10.7 vol% nitrogen. Continued. As a result, it was operated for 100 hours without any trouble. The rotation speed of the internal combustion engine was 3000 rpm, the compression ratio was 7.6, and the cooling water temperature was 60 ° C.
ＮＯＸ排出量の測定
燃焼が定常状態になったことを目視およびオシロスコープの回転数で確認し、その５〜１０秒後にサンプリングバッグでの排ガスの採取を開始した。採取を１０秒間行った後、採取した排ガスを直ちにＮＯＸ検知管に導入し、色の変化からＮＯＸ量を決定した。
Measurement of NOx emission amount It was confirmed visually that the combustion was in a steady state and the rotational speed of an oscilloscope, and sampling of exhaust gas with a sampling bag was started after 5 to 10 seconds. After sampling for 10 seconds, the collected exhaust gas was immediately introduced into the NOX detector tube, and the amount of NOX was determined from the color change.
ＴＨＣ排出量の測定
燃焼が定常状態になったことを目視およびオシロスコープの回転数で確認し、その５〜１０秒後にサンプリングバッグでの排ガスの採取を開始した。採取を１０秒間行った後、採取した排ガスを直ちにＴＨＣ検知管に導入し、色の変化からＴＨＣ量を決定した。
Measurement of THC emission amount It was confirmed visually that the combustion was in a steady state and the number of revolutions of an oscilloscope, and after 5 to 10 seconds, collection of exhaust gas with a sampling bag was started. After sampling for 10 seconds, the collected exhaust gas was immediately introduced into the THC detector tube, and the amount of THC was determined from the color change.
比較例１
実施例１において、内燃機関１０の燃焼室に供給された気体を、始動時も定常状態時も共に空気のみにしたことを除いて、実施例１と同様にして運転を行った。ＮＯＸ排出量は１５０ｐｐｍであり、ＴＨＣ排出量は２５００ｐｐｍであった。
Comparative Example 1
In Example 1, the operation was performed in the same manner as in Example 1 except that the gas supplied to the combustion chamber of the
比較例２
実施例１において、始動時における気体として、酸素７０容量％、窒素２９容量％およびアルゴン０．９容量％を含むものを使用した。バックファイヤを生じ、燃焼が不安定になったため、運転を中止した。
Comparative Example 2
In Example 1, a gas containing 70 vol% oxygen, 29 vol% nitrogen, and 0.9 vol% argon was used as the gas at the start. Backfire occurred and combustion became unstable, so the operation was stopped.
１ 燃料タンク
２ 空気ボンベ
３ 酸素ボンベ
４ アルゴンボンベ
５ プリサーバ
６ 酸化触媒
７ 冷却管
１０ 内燃機関
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