JP6569018B2 - 燃料添加物 - Google Patents

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Description

本発明は、イソプロパノール、ディーゼル、およびガソリン、および水を含み、燃焼エンジンで燃焼される、燃料用の新規の添加物または混合物に関する。特に、本添加物は、イソプロパノ−ルを、６０〜７０体積％の量、ディーゼルおよびガソリンを、それぞれ１０〜２０体積％の量、ならびに水を、１〜３体積％の量含む。他の態様において、添加物は、イソプロパノ−ルを、６０〜７０体積％の量、アマニ油を、１５〜２５体積％の量、ガソリン燃料を、１０〜２０体積％の量、および水を、１〜５体積％の量、含む。本発明はさらに、燃焼エンジンからの有毒な排気ガス、特に一酸化炭素（ＣＯ）および未燃焼炭化水素（ＨＣ）を低減するための前記添加物の使用に関する。
今日、個人の移動の大部分は、内部の燃焼エンジンによって推進される車両によって行われており、車両を駆動するために、ディーゼルまたはガソリン（ｇａｓｏｌｉｎｅ）／ガソリン（ｐｅｔｒｏｌ）の主に２種類の燃料が燃焼されている。
ディーゼル／ガソリンの燃焼（ｂｕｒｎｉｎｇ）／燃焼（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）プロセスは、ディーゼル／ガソリンに含まれる炭化水素を酸素で酸化して、最終的にＣＯ２およびＨ２Ｏを生成することを含む。しかし、燃焼プロセスは常に不十分であるため、燃料は不完全にしか酸化されず、不完全燃焼プロセスは一酸化炭素（ＣＯ）および低級炭化水素（ＨＣ）などの有毒物質を生じる。
一酸化炭素は、個人の呼吸能力を不可逆的に阻止する周知の汚染物質である。したがって、呼吸空気中の一酸化炭素濃度が高くなると、最終的には個人の死につながる。しかし、低用量のＣＯもまた、うつ病および心臓障害を引き起こすので、個体の健康に有害である。
最近では、発電所、ハウス暖房、車両での化石燃料の燃焼によって、および様々な産業プロセス等において生成された未燃焼炭化水素（ＨＣ）が、約１０μｍ未満またはさらには２．５μｍ未満の粒子状物質を示す、「呼吸可能粒子状物質（ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ）」または「細塵」（ｆｉｎｅ ｄｕｓｔ）として広く知られている現象の原因の少なくとも一部となることがわかった。
そのサイズのために、そのような呼吸可能粒子状物質は、重力によって地面に落ち着く前に１週間以上空気中に留まることがある。その生成は人類の活動に同調しているため、最も高いレベルは、人口集積地（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ）、すなわち大都市で見出される。粒子状物質の除去が、粒子状物質を田舎へと移動させる風によって生じない場合、粒子状物質が都市の空気中に蓄積し、環境を曇らせることさえ可能である。
呼吸可能な粒子状物質は、人間の健康にとって大きな脅威と認識されている。浮遊微粒子は、肺または鼻のバリアによって濾過されずに個人の血流に浸透し、永久的なＤＮＡ突然変異、心臓発作、および早死を引き起こす能力があるから、ＷＨＯは、浮遊微粒子を強力な発癌物質と考えている。約３２５，０００人が参加した、２０１３年にヨーロッパで実施された最近の研究では、安全なレベルの微粒子がない一方で、他方では１０μｍ以下の呼吸可能粒子状物質が１０μｇ／ｍ３増加すると、肺がん率は約２０％上昇することが示された。さらに、２．５μｇ未満の直径を有するより小さな物質は、特に致命的であることが示され、１０μｇ／ｍ３の増加あたり、肺癌の発生率を３６％増加させる。
都市では、交通が、呼吸可能粒子状物質を生成する主な原因であると考えられている。
燃焼エンジンからの有毒な排出物を低減するために、エンジンに供給された燃料の利用を改善し、同時に酸化効率を高めるためにエンジンの開発がなされている。さらに、排気中に含まれる汚染物質の量をさらに減らすために、車両に触媒が内蔵されている。
さらに、燃料組成物は、その燃焼を改善し、有害物質の生成を低減させるためのさらなる研究の焦点でもあった。
英国特許第950147号明細書は、オクタン価が少なくとも９０である炭化水素を主成分として、オクタン価を向上させる量の有機金属含有アンチノック剤、ならびに２体積％の共アンチノック剤および増量剤を含む、エネルギー収率を向上させるための燃料組成物を開示する。そのような添加物として、とりわけイソプロパノールおよび水が挙げられている。
米国特許第4099930号明細書は、アルキルベンゼン、イソプロピルアルコールおよび水の溶媒中に、ピクリン酸および硫酸第一鉄の混合物を含む、ガソリンおよびディーゼルエンジン用の省エネ燃料添加物に関する。該添加物は、燃焼エンジンに直接注入されてもよいし、燃料容器にバルク添加によって加えられてもよい。
特許第7278576号明細書は、燃料を補足するための添加物を提供することによって、燃焼エンジンからの有毒物質の排出を低減する方法を開示し、該添加物は、エチルアルコール混合剤、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブタノール、またはイソブタノール等のアルコールを含む。アルコールの含水量に応じて、乳化剤を使用し得る。
さらに、米国特許第4992187号明細書は、炭化水素およびイソプロパノールなどの脂肪族低級アルコールに溶解された、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの環状化合物、ｎ−ブチルアミンなどの脂肪族アミンおよび水から選ばれる成分を含む、燃焼エンジンの洗浄用組成物について論ずる。
しかしながら、世界中の車両の数が急速に増加しているため、燃焼エンジンからの有毒物質の排出量をさらに減らすことに対する未だ満たされていない要求が依然として存在する。
英国特許第950147号明細書 米国特許第4099930号明細書 特許第7278576号明細書 米国特許第4992187号明細書
本発明はこの問題に対処し、燃料に添加され、燃料を燃焼させる際に、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および未燃焼炭化水素（ＨＣ）の量を低減させる組成物を提供する。
第一の態様に係る本組成物は、イソプロパノールを６０〜７０体積％の量、ディーゼルおよびガソリンをそれぞれ１０〜２０体積％の量、および水を１〜５体積％の量、含む。
本発明の別の態様によれば、組成物は、イソプロパノールを６０〜７０体積％の量、アマニ油を１５〜２５体積％の量、ガソリンを１０〜２０体積％の量、および水を１〜５体積％の量、含む。一実施形態によれば、アマニ油は、ディーゼル２０体積％までの量でディーゼルと混合して存在していてもよい。
好ましい実施形態によれば、イソプロパノールの量は、６１〜７０体積％、より好ましくは６２〜７０体積％、さらにより好適には６３〜７０体積％、もっとより好適には６４〜７０体積％または６５〜７０体積％、さらには６６〜７０体積％、または６７〜７０体積％または６８〜７０体積％の範囲内に属する。
燃料成分、すなわちディーゼルおよびガソリンはそれぞれ独立して１０〜２０体積％の量で存在する。好ましくは、ディーゼルおよびガソリンは、それぞれ独立して、１１〜２０体積％、より好ましくは１２〜２０体積％、または１３〜２０体積％、または１４〜２０体積％、または１５〜２０体積％、または１６〜２０体積％、または１７〜２０体積％、または１８〜２０体積％、または１９〜２０体積％の量、存在する。
アマニ油は、天然または工業的な起源のものであり得る。好ましくは、アマニ油の量は、１６体積％〜２４体積％、より好ましくは１７体積％〜２３体積％、さらにより好適には１８体積％〜２２体積％、最も好ましくは１９体積％〜２１体積％である。この場合、ガソリンの量は、好適には１０体積％〜１６体積％の間、より好ましくは１１体積％〜１５体積％の間、さらにより好適には１２体積％〜１４体積％の間であり、水分量は１〜３体積％の間である。好適な組成物は、６５体積％のイソプロパノール、２０体積％の工業的アマニ油、１３体積％のガソリン、および２体積％の水を含む。
燃料成分に使用されるディーゼルは、ＤＩＮ ５１６０１による要求を満たすディーゼル、米国で入手可能なディーゼル等のセタン価の低いディーゼル、ＧｔＬディーゼル、水ディーゼル、および海洋留出燃料などの、入手可能な任意のディーゼルであり得る。
ガソリンとしては、ＲＯＺ９１、ＲＯＺ９５、ＲＯＺ９８、またさらにはＲＯＺ１００の任意のガソリン、ガス、または燃料、およびＥＵにおいてガソリンＥ１０として売られているエタノールなどの添加物が加えられたガソリン、ＭＴＢＥまたはＥＴＢＥが加えられたガソリンを用い得る。
さらに好ましい実施形態では、組成物は、窒素酸化物のアンモニアおよび水への完全な転化率を高めるために、１〜５重量‰、好ましくは２〜４重量‰の尿素またはカルバミドを含む。尿素は、最も好ましくは重量‰で２．５〜３．５の間であり、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）として市販されているような液体の形態であるが、これに限定されない。
上記の燃料は、利用可能な任意の季節性の派生物を含むことは、当業者によって認識されるであろう。
水は、組成物中に、１体積％〜５体積％の間、好ましくは１体積％〜３体積％の間の量、含まれる。水は好ましくは脱イオン化されている。
本組成物を得るために、個々の成分が分離することなく長期間安定に維持される均質な混合物を得るように上記４種の成分を混合する。均質な混合物を得るための方法および装置は、当該技術分野において周知であり、例えば、ロータ・ステータ・システム、ストリーム・メカニック・システム、超音波発生器などがある。一実施形態では、混合物は、当該技術分野で公知の乳化剤を使用することによって安定化され得る。
本発明の組成物は、燃焼エンジンで燃焼される、ディーゼル等の従来型の燃料、すなわち、上述した任意のディーゼル、上述したガソリン（petrol）等のガソリン、ハウス暖房に用いられる燃料のそれぞれ、航空機ガソリン、自動車ガソリン、飛行機の灯油、またはハウス暖房または発電所における暖房油に対してすら加えられる。特に、自動車においてなど、触媒がない用途において、本発明は特に価値がある。
組成物は、燃料に対して、１：８０００〜１：１２，０００、好ましくは、１：９０００〜１：１１，０００、さらに好ましくは、１：９，５００〜１：１０，５００、より好適には、１：１０，０００の比で、加えられ得る。
以下の実施例は、これに限定することなく、本発明を例示する。
（実施例１）
２０１３年に作られ、触媒を装備されており、ガソリンエンジンであり、ＥＵの排気ガス要件を満たすＡＵＤＩ Ｑ７，４．２ｌを、運転サイクルＥＰＡ ＵＳ ０６に供した。走行距離は、１２ｋｍであった。
車に従来型のガソリンＲＯＺ ９５を充填し、上記試験を行ってＣＯおよびＨＣの量を決定し、これを、基準として１００％に設定した。
燃料を用いて実験を始める前に、車から以前の燃料を枯渇させ、新しい燃料を再充填し、それぞれの新しい燃料で無負荷回転数で１５分間走行し、モータを温め、すべてのラインおよびエンジンを、試験するそれぞれの燃料で満たした。
実験は、本発明に係る添加物（実施形態１〜３、６〜８）、および個々の成分の量が示された制限の中になく、または燃料成分が他の成分によって置き換えられている添加物（実施形態４〜５）を用いて実施した。
それぞれの組成物は、車への燃料充填の前に、およそ１：１０，０００の比で燃料に加えられた。
排気ガスのＣＯおよびＨＣを分析し、燃料＋添加物について決定したＣＯおよびＨＣの量を、上記基準と比べた減少率で示した。
添加物：
１．M 1 Isoprop. = 65 %, D = 17 %, B = 16 %, W = 2 %
２．M 2 Isoprop. = 65 %, D = 17 %, B = 15 %, W = 3 %
３．M 3 Isoprop. = 70 %, D = 14 %, B = 14 % W = 2 %
４．M 4 Isoprop. = 55 %, D = 20 %, B = 22 %, W = 3 %
５．M 5 Isoprop. = 65 %, D = 15 %, B = 15 %, W = 5 %
６．M 6 Isoprop. = 65 %, 工業的アマニ油 = 20 %, B = 12 %, W = 3 %
７．M 7 Isoprop. = 65 %, 工業的アマニ油= 20 %, B = 10 %, W = 5 %
８．M 8 Isoprop. = 65 %, 工業的アマニ油= 17 %, B = 16 %, W = 2 %
Isoprop. = イソプロパノール; D = ディーゼル; B = ガソリン; W = 水
以下の結果が得られた。
1. CO - 39 %, HC - 28 %.
2. CO - 37 %, HC - 27 %.
3. CO - 32 %, HC - 24 %.
4. CO - 18 %, HC - 15 %.
5. CO - 29 %, HC - 21 %.
6. CO - 38 %, HC - 28 %.
7. CO - 33 %, HC - 25 %.
8. CO - 39 %, HC - 28 %.
見てとれるように、すべての組成物において、ＣＯのレベルが低減した。しかしながら、イソプロパノールの量が６０体積％の下限を超える、または水の量が３体積％の上限を超える場合、ＨＣの量は増加した。工業的アマニ油によってディーゼルを置き換えたときも、よい結果が得られた。
（実施例２）
２０１０年に作られ、触媒を装備されており、ディーゼルエンジンであり、ＥＵの排気ガス要件を満たすＨｙｕｎｄａｉ ｉ３０を用いて、同様の実験を実施し、運転サイクルに供した。走行距離は１１ｋｍであった。以下の添加物を用意した。
イソプロパノール ６６０ｍｌ
ディーゼル １６０ｍｌ
ベンジン １６０ｍｌ
水 ２０ｍｌ
尿素 ３ｍｌ
添加物は、ディーゼル燃料に対して、１：１０，０００の比で加えられた。排気ガスは、７０／２２０／ＥＷＧ ｉ．ｄ．Ｆ． ９８／６９／Ｂ／ＥＧにしたがって決定された。
以下の結果は、比較例（添加物を含まないディーゼル）と比較して得られた。
都市 田舎
CO -73% -16%
HC -45% -31%

Claims (16)

  1. イソプロパノールを、６０〜７０体積％の量、
    ディーゼル燃料を、１０〜２０体積％の量、
    ガソリン燃料を、１０〜２０体積％の量、および
    水を、１〜５体積％の量、含む、組成物。
  2. イソプロパノ−ルを、６０〜７０体積％の量、
    アマニ油を、１５〜２５体積％の量、
    ガソリン燃料を、１０〜２０体積％の量、および
    水を、１〜５体積％の量、含む、組成物。
  3. 前記イソプロパノ−ルの量は、６５〜７０体積％の範囲内である、請求項１または２に記載の組成物。
  4. 前記ディーゼルおよび／または前記ガソリンの量は、それぞれ１３〜１７体積％の範囲内である、請求項１、２、または３に記載の組成物。
  5. 前記アマニ油の量は、１８〜２２体積％の間であり、より好ましくは１９〜２１体積％の間である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の組成物。
  6. 前記水の量は、１．５〜３体積％の間であり、好ましくは２〜３体積％の間である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物。
  7. 前記アマニ油は、ディーゼルと混合して存在している、請求項２〜６のいずれか１項に記載の組成物。
  8. 尿素は、１〜５‰の間、より好ましくは重量で２〜４‰の間、もっとも好適には重量で２．５〜３．５‰の間の量に規定されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
  9. 燃料の調製のための、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物の使用。
  10. 前記燃料は、ディーゼル、ガソリン、航空機ガソリン、自動車ガソリン、灯油、または暖房油から選ばれる、請求項９に記載の使用。
  11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物を、燃料に対して１：８０００〜１：１２，０００の比で加える工程を含む、低いＣＯおよびＨＣ排出量をもたらす、燃料を調製するための方法。
  12. 前記組成物を、前記燃料に対して１：１０，０００の量で加える、請求項１１に記載の方法。
  13. 燃焼エンジンの排気ガス中の一酸化炭素および炭化水素のレベルを低減するための請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物の使用。
  14. 前記排気ガス中の二酸化炭素の量は、少なくとも１５％低減され、および／または、排気ガス中の炭化水素の量は少なくとも３０％低減される、請求項１３に記載の使用。
  15. 前記組成物を、１：８０００〜１：１２，０００、好ましくは、１：１０，０００の比で含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物を含む燃料。
  16. ディーゼル、またはガソリン、航空機ガソリン、自動車ガソリン、灯油、または暖房油から選択される、請求項１５に記載の燃料。
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