JP7425799B2 - 改良されたディーゼル燃料の製造プロセス - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関用の炭化水素燃料を改良するためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、点火特性が強化された、改良されたディーゼル燃料を連続製造するためのプロセスに関する。改良されたディーゼル燃料は、より具体的には、より大きな電気伝導性および／または潤滑性を有し、完全燃焼の割合をより大きくし得、その結果、内燃ディーゼルエンジンで燃焼するときの出力低下がごくわずかな状態で、煤の生成およびＮＯｘの両方を同時に減少させる。
ディーゼル燃料は、世界で最も使用されている液体炭化水素燃料の１つである。内燃機関でディーゼル燃料を使用するときの主な問題は、重負荷または軽負荷、道路上の車両または特殊車両のエンジンで、固体炭素粒子（煤）と窒素酸化物（ＮＯｘ）との排出量が相反することである。煤の排出量を減らす必要があるときは、エンジンの燃焼室の温度を上げて、燃焼を改善し得るものの、煤の排出量が減少する一方で燃焼室はより多くの酸化剤を生成し、ＮＯｘの排出量は大幅に増加する。燃焼室の温度を下げると逆の効果が生じ、ＮＯｘ排出量が減少するが煤の形成がはるかに多くなる。
従来の技術において、上記の問題に対処するためのいくつかの工夫がなされている。
例えば、特許文献１には、燃料の分解および分子の破断の最適化、ならびに添加剤または燃料増強剤を有する燃料の再結合に係る方法であって、燃料を余熱するステップと、マイクロエマルジョン混合物が形成されるまで前記予熱された燃料を水および少なくとも１つの添加剤と混合するステップと、所望の圧力に達するまで前記混合物をポンプに通すステップと、混合物を、キャビテーション気泡が形成され、解重合および新しいポリマー鎖形成が起こる流体力学的キャビテーション反応装置に送り、改質燃料を提供するステップと、を備える方法が開示される。特許文献１は開示された方法が、安価な添加剤を使用して燃料量を増やし、ＡＰＩ指標を改善し、「よりクリーンな」燃料を生成し、燃焼中において硫黄、ＣＯ、Ｏｘ、炭素粒子などの燃料中の望ましくない元素を減少させるとともに原油の粘度を低減し、発熱量を向上し、Ｄ６燃料およびＤ２燃料のセタン価を向上させ、より軽い燃料のオクタン価を上げ、よりクリーンな燃焼プロセスにより関連するシステムのメンテナンスを軽減する、と主張している。
しかしながら、特許文献１に開示された方法は次に示すいくつかの欠点がある。
・特許文献１は、気泡発生装置として説明するだけであり、「キャビテーション」が意味するところを適切かつ明確に説明していない。そして、引用文献１は、得ようとする効果を達成するための理想的なプロセス条件についても説明していない。また、キャビテーションリアクターが何をするかについての技術的に合理的な説明もしない。
・特許文献１は、添加される添加剤や燃料改良剤について説明していない。水、メタノールなどの一連の純物質についてのみ言及しているが、これらの物質は、燃料に何らかの特性を追加するものではなく、添加剤ではない。
・特許文献１は、ディーゼル燃料の分子の破断と解重合、およびその後の再重合について言及する。第一に、ディーゼル燃料には破断するポリマー分子が含まれておらず、いずれにしても、ディーゼル燃料はポリマーではない。また、発熱量が失われるため、分子を破断することは望ましくない。これらの技術的な議論はすべて、ディーゼル燃料がポリマーである、またはポリマー分子を含むという誤った仮定に基づく。炭化水素の知識を持っている人は誰も、この語義を適切であると見なすことも、議論を有効であると見なすこともない。
特許文献１に記載されているすべての利点には明確な目的がなく、燃焼を「改善」するために燃料を変更しているようであるが、「改善」が意味するところは説明していない。
・特許文献１は、変更された燃料により、ＣＯ、ＮＯｘ、およびＳＯ２の排出量が「少なくなる」と説明する。最新のエンジンは、現在ＣＯガスを生成しないため、その削減にはほとんど関心がない。ＮＯｘの削減は適切ですが、特許文献１はそのような効果を証明しておらず、その効果を達成することの意味のある説明もしていない。ＳＯｘの排出量は燃料中の硫黄の濃度に依存するため、その削減もまた不正確である。また、硫黄酸化物の生成を停止する効果を生成するためにディーゼル燃料に行うことができる変更や分子分解は存在しない。燃料を分離して別の硫黄の流れを生成するだけで、硫黄濃度は下げ得る。もう１つの不正確さは、エンジンがＳＯ２を生成することはめったになく、ＳＯ３の放出がより一般的であることである。また、特許文献１が示す削減率も、それを正当化する論理的な説明が不足している。
・特許文献１は、気泡発生装置として説明するだけであり、「キャビテーション」が意味するところを適切かつ明確に説明していない。そして、引用文献１は、得ようとする効果を達成するための理想的なプロセス条件についても説明していない。また、キャビテーションリアクターが何をするかについての技術的に合理的な説明もしない。
・特許文献１は、添加される添加剤や燃料改良剤について説明していない。水、メタノールなどの一連の純物質についてのみ言及しているが、これらの物質は、燃料に何らかの特性を追加するものではなく、添加剤ではない。
・特許文献１は、ディーゼル燃料の分子の破断と解重合、およびその後の再重合について言及する。第一に、ディーゼル燃料には破断するポリマー分子が含まれておらず、いずれにしても、ディーゼル燃料はポリマーではない。また、発熱量が失われるため、分子を破断することは望ましくない。これらの技術的な議論はすべて、ディーゼル燃料がポリマーである、またはポリマー分子を含むという誤った仮定に基づく。炭化水素の知識を持っている人は誰も、この語義を適切であると見なすことも、議論を有効であると見なすこともない。
特許文献１に記載されているすべての利点には明確な目的がなく、燃焼を「改善」するために燃料を変更しているようであるが、「改善」が意味するところは説明していない。
・特許文献１は、変更された燃料により、ＣＯ、ＮＯｘ、およびＳＯ２の排出量が「少なくなる」と説明する。最新のエンジンは、現在ＣＯガスを生成しないため、その削減にはほとんど関心がない。ＮＯｘの削減は適切ですが、特許文献１はそのような効果を証明しておらず、その効果を達成することの意味のある説明もしていない。ＳＯｘの排出量は燃料中の硫黄の濃度に依存するため、その削減もまた不正確である。また、硫黄酸化物の生成を停止する効果を生成するためにディーゼル燃料に行うことができる変更や分子分解は存在しない。燃料を分離して別の硫黄の流れを生成するだけで、硫黄濃度は下げ得る。もう１つの不正確さは、エンジンがＳＯ２を生成することはめったになく、ＳＯ３の放出がより一般的であることである。また、特許文献１が示す削減率も、それを正当化する論理的な説明が不足している。
特許文献２は、内燃機関およびボイラーで燃焼するための様々な含水燃料混合物を調製すること、ならびに水から石油および石油製品の微粒子およびナノ粒子を除去することを目的とするキャビテーション反応装置について開示する。特許文献２は、充満した水と油の混合物がキャビテーションフィールドで高強度の液圧処理（キャビテーション処理）を受けると、水が微細分散した相に移行し、マイクロレベルで液体燃料の燃焼にプラスの効果をもたらす（１滴のスケールとトーチでの液滴のグループ燃焼のプロセスの両方で）油水エマルジョンの形の代替タイプの燃料に変わることを開示する。
特許文献２は、広く知られている燃料エマルジョンの製造を開示しています。特許文献２で開示されているエマルジョン中の水の濃度は非常に高く（８％以上）、特許文献２で説明されている燃料油などの燃料を燃焼させるときに非常によく知られている効果を奏する。
特許文献３は、重油原料の品質をアップグレードまたは改善するためのシステムおよび方法を開示する。特許文献３に記載されているシステムおよび方法は、超音波キャビテーションエネルギーなどのキャビテーションエネルギーを利用して、超音波または他のキャビテーションエネルギー（例えば、キャビテーション力、剪断、マイクロジェット、衝撃波、微小対流、局所ホットスポットなど）を重油に伝達し、重油の処理に適していると従来は考えられていなかった低圧水素条件下（たとえば、５００ｐｓｉｇ未満）で水素転化を駆動する。
特許文献３は、明確な改良をもたらさない重質原油の改質を開示する。キャビテーションを利用して重質原油を改善しているとだけ言及する。それは燃焼を中心とするものではない。一方、特許文献２は、動圧キャビテーションと超音波を混同しているが、それらは異なる現象である。
この問題を解決するために世界でも多くの科学的努力がなされてきたが、ＮＯｘを増加させずに煤の削減が可能な技術の多くが、基本的に燃料の発熱量を約２０％減少させ、それらはまた、燃料を、多くのパラメータで仕様から外れるものとする、との事実により、それらの努力が成功することはなかった。それらは間違いなく技術的に実行不可能である。
上記の問題と必要性を考慮して、出願人は、点火特性が向上し、特に電気伝導率が高く、完全燃焼の割合を高くさせるように潤滑性が向上する、改良されたディーゼル燃料の連続生産方法を開発した。
本発明の方法は、改良された双極ディーゼル燃料を得るために、ディーゼル燃料を２つの特別な添加剤と混合および均質化するステップと、その混合および均質化された混合物を、ローターを有する衝撃波パワーリアクター内の制御されたキャビテーションに送給するステップと、を含む。改良されたディーゼル燃料を内燃機関に使用することで、総窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量と同様に、総煤および総ＰＭの排出量の３０％以上が削減可能である。改良されたディーゼル燃料は、０％から３％の燃料ペナルティでディーゼル燃焼エンジンのＮＯｘと煤との生成の相反関係を消滅させる。
したがって、本発明の主な目的は、改良されたディーゼル燃料の連続生産のための方法を提供するところにあり、より具体的には、より大きな電気伝導率および向上した潤滑性を有し、完全燃焼の割合をより大きくし得、その結果、煤の生成およびＮＯｘの両方を同時に減少させることである。
本発明の主な目的はまた、改良された双極ディーゼル燃料を得るために、ディーゼル燃料を２つの特別な添加剤と混合および均質化するステップと、ローターを有する衝撃波パワーリアクター内の制御されたキャビテーションに送給するステップと、を含み、上記の性質の改良ディーゼル燃料の連続生産のための方法を提供するところにある。
また、本発明の追加の目的は、上記の性質の改良されたディーゼル燃料の連続生産のための方法を提供するところにあり、改良されたディーゼル燃料は、総窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量と同様に、総煤煙および総ＰＭの排出量の３０％以上が削減可能とする。
本発明の別の主な目的は、上記の性質の改良されたディーゼル燃料の連続生産のための方法を提供するところあり、改良されたディーゼル燃料は、０％から３％の燃料ペナルティでディーゼル燃焼エンジンのＮＯｘと煤との生成の相反関係を消滅させる。
本発明の改良されたディーゼル燃料を連続生産するための方法のこれらの目的および他の目的、ならびに利点は、添付の図面を参照して作成される本発明の実施形態の以下の詳細な説明から、当業者に明らかにされるであろう。
本発明の改良されたディーゼル燃料は、「通常の」商用ディーゼル燃料系に、２つの混合物成分が添加されている。これらの成分は、「Ｓ１」（添加剤番号１に対応）および「Ｓ２」（添加剤番号２に対応）として記述される。
「Ｓ１」は、６モルから８０モルまでの範囲の酸化エチレンでエトキシル化することが可能なエトキシル化脂肪酸エステルを含む。この分子は、１，４－アンヒドロソルビトールと脂肪酸から形成される（式１を参照）。通常、この物質は、ソルビトールのステアリン酸エステルおよびパルミチン酸エステル、およびそれらの一水素化物および二無水物の混合物で構成されている。このエトキシル化誘導体は、モノグリセロールエステルの形態に数モルの酸化エチレンを添加することによっても調製することができ、添加された酸化エチレンのモル数に応じて、広範囲のＨＬＢ値を有する。
Ｓ２は、１つまたは２つのメチルラジカルを有するパラ「ｐ－」キシレンまたはオルト「ｏ－」キシレンなどの芳香族溶媒と、アルキルタイプ鎖またはノニルタイプであり得る界面活性剤に由来する４－エトキシル化フェノールと、が混合されて形成される複雑な水系混合物である。界面活性剤の化学的バランスは、Ｓ１のＨＬＢ値と一致するように定式化する必要がある。
Ｓ２の水分濃度は５０％～９０％の範囲である必要があり、水はアミン石鹸の形態で添加される。アミン石鹸は、それぞれ粘性有機化合物である３級アミンと３つのアルコール基を持つトリオール（下の図を参照）の両方が含まれる化学反応器で調製する必要がある。３つのアルコール基を持つトリオールは、１つの二重結合と６から１８の炭素のアルキル鎖とを有する脂肪族脂肪酸によって中和される。
Ｓ１は非極性物質であり、Ｓ２は双極性混合物である。どちらも、ディーゼル燃料または超低ディーゼル燃料で複雑な分子分散を生じさせる物質である。
両方の添加剤が主プロセスフローに注入され、衝撃波パワーリアクター（ＳＰＲ）により完全に混合する。
本発明のプロセスは、ディーゼル燃料の連続する流れで処理するように設計された特定の実施形態にしたがって説明され、本発明のプロセスは、以下のステップを含む。
ａ）最大流量が３５～３５０ガロン／分で動作圧力が６０～１００ｐｓｉｇの４０ＨＰのモータを搭載するヘリコイダルギアポンプ（ＢＰＳ００２）を使用して、６０～１００ｐｓｉｇの圧力で（無極性）商用ディーゼル燃料（超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ）も使用可能）の連続した主流（ＳＤ）を提供するステップであって、ポンプは、周囲温度およびタンクの静水圧（最低１ｐｓｉ）で４～１４００Ｌ／ｍｉｎの範囲の定体積流量源（タンクＵＬＳＤ）からディーゼル燃料を受け取り、主流（ＳＤ）は４インチのパイプを通って流れ、プロセス全体の規模によっては直径が異なる他のパイプを使用し得る、ステップ。
ｂ）４インチの「Ｖ字型」コリオリ質量流量計を使用して主流（ＳＤ）の流量を測定し、主流量制御バルブＮＰＳ４インチ１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を使用して主流量を調整するステップであって、主流は、ヘリコイダルギアポンプによって提供される圧力と同じ圧力である２０～９０ｐｓｉｇで調整される、ステップ。
ｃ）最大比例流量が０～５ガロン／分（好ましくは４．５５ガロン／分）で動作圧力が２５～１２０ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇで、主流（ＳＤ）の圧力よりも高いことが必須）の圧力の５ＨＰモータを有する、プログレッシブキャビティインジェクションポンプ（ＢＰＳ００２）を使用して、Ｓ１成分の流れを提供するステップであって、プログレッシブキャビティインジェクションポンプは、周囲温度においてタンクの静水圧でタンクからＳ１成分を受け取るステップ。
ｄ）２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の最大圧力でＳ１成分の流れを調整する制御バルブＮＰＳ３／４インチで調整された、１インチのストレートコリオリ質量流量計を使用してＳ１成分Ｓ１の流れを測定するステップ。
ｅ）標準の「Ｔ」コネクタを使用してＳ１成分の流れを主流（ＳＤ）の４インチのパイプに、主流の圧力よりも高いことが必須である２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力で注入して、主流量制御バルブの下流の位置において、３５～４００ガロン／分（好ましくは３５９．５５ガロン／分）の最大質量流量を有するＳＤ＋Ｓ１の流れを生成するステップであって、入力質量流量は、ＳＤの流量の０．９％から１．５％に相当するステップ。
ｆ）長さ約１２０ｃｍ、直径４インチで５つのＰＭＳブレードユニットと１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を備えた第１の静的混合器（ＭＥＺＣ００１）を使用して、ＳＤ＋Ｓ１の流れを混合および均質化し、概ね８ｐｓｉｇの圧力低下を生じさせて約２０から１１０ｐｓｉｇまで（好ましくは６７ｐｓｉｇ）の範囲のＳＤ＋Ｓ１の混合流を発生させるステップ。
ｇ）最大流量が０～１０ガロン／分（好ましくは８．７５ガロン／分）で動作圧力が２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力３ＨＰモータを有する、プログレッシブキャビティインジェクションポンプ（ＢＰＳ００３）を使用して、Ｓ２成分の流れを提供するステップであって、プログレッシブキャビティインジェクションポンプは、周囲温度においてタンクの静水圧でタンクからＳ１成分を受け取るステップ。
ｈ）２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力でＳ２成分の流れを調整する制御バルブＮＰＳ３／４インチ、１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続により調整されたストレートコリオリ質量流量計を使用してＳ２成分の流れを測定するステップ。
ｉ）標準の「Ｔ」コネクタを使用してＳ２成分の流れをＳＤ＋Ｓ１の流れの４インチのパイプに、主流の圧力よりも高いことが必須である２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力で注入して、第１の静的混合器の下流の位置において、４００ガロン／分の最大質量流量を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを生成するステップであって、Ｓ２成分の入力質量流量は、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流量の１．５％から３．０％に相当するステップ。
ｊ）長さ約８７ｃｍ、直径４インチで３つのＰＭＳブレードユニットと１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を備えた第２の静的混合器（ＭＥＺＣ０２１）を使用して、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを混合および均質化し、概ね４ｐｓｉｇの圧力低下を生じさせることで、周囲温度において２５から１２５ｐｓｉｇまで（好ましくは６３ｐｓｉｇ）の圧力を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の混合流を発生させるステップ。
ｋ）周囲温度で２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは６３ｐｓｉｇ）の圧力を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを衝撃波パワーリアクター（ＳＰＲ）に導入して、その流れを、非極性ディーゼル燃料を潤滑性パラメータが４０％以上向上する双極性ディーゼル燃料に変換する「制御されたキャビテーション」に送給するステップであって、ＳＰＲリアクターは６００ＲＰＭから３０００ＲＰＭの間の速度で回転するローターを備え、その回転動作は金属表面から離れたローターキャビティに、十分に制御され損傷を生じさせない流体力学的なキャビテーションを発生させるステップ（ここで、微視的なキャビテーション気泡が生成されて崩壊する際、衝撃波は過熱し混合し得る液体中に放出される（Hydrodynamics、２０１８年）。この装置は、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れの均一な混合を保証し、その結果、ディーゼル燃料は概ね３０°Ｃの温度上昇に対応する約３０°Ｃから８０°Ｃの温度を有する）。
ａ）最大流量が３５～３５０ガロン／分で動作圧力が６０～１００ｐｓｉｇの４０ＨＰのモータを搭載するヘリコイダルギアポンプ（ＢＰＳ００２）を使用して、６０～１００ｐｓｉｇの圧力で（無極性）商用ディーゼル燃料（超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ）も使用可能）の連続した主流（ＳＤ）を提供するステップであって、ポンプは、周囲温度およびタンクの静水圧（最低１ｐｓｉ）で４～１４００Ｌ／ｍｉｎの範囲の定体積流量源（タンクＵＬＳＤ）からディーゼル燃料を受け取り、主流（ＳＤ）は４インチのパイプを通って流れ、プロセス全体の規模によっては直径が異なる他のパイプを使用し得る、ステップ。
ｂ）４インチの「Ｖ字型」コリオリ質量流量計を使用して主流（ＳＤ）の流量を測定し、主流量制御バルブＮＰＳ４インチ１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を使用して主流量を調整するステップであって、主流は、ヘリコイダルギアポンプによって提供される圧力と同じ圧力である２０～９０ｐｓｉｇで調整される、ステップ。
ｃ）最大比例流量が０～５ガロン／分（好ましくは４．５５ガロン／分）で動作圧力が２５～１２０ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇで、主流（ＳＤ）の圧力よりも高いことが必須）の圧力の５ＨＰモータを有する、プログレッシブキャビティインジェクションポンプ（ＢＰＳ００２）を使用して、Ｓ１成分の流れを提供するステップであって、プログレッシブキャビティインジェクションポンプは、周囲温度においてタンクの静水圧でタンクからＳ１成分を受け取るステップ。
ｄ）２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の最大圧力でＳ１成分の流れを調整する制御バルブＮＰＳ３／４インチで調整された、１インチのストレートコリオリ質量流量計を使用してＳ１成分Ｓ１の流れを測定するステップ。
ｅ）標準の「Ｔ」コネクタを使用してＳ１成分の流れを主流（ＳＤ）の４インチのパイプに、主流の圧力よりも高いことが必須である２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力で注入して、主流量制御バルブの下流の位置において、３５～４００ガロン／分（好ましくは３５９．５５ガロン／分）の最大質量流量を有するＳＤ＋Ｓ１の流れを生成するステップであって、入力質量流量は、ＳＤの流量の０．９％から１．５％に相当するステップ。
ｆ）長さ約１２０ｃｍ、直径４インチで５つのＰＭＳブレードユニットと１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を備えた第１の静的混合器（ＭＥＺＣ００１）を使用して、ＳＤ＋Ｓ１の流れを混合および均質化し、概ね８ｐｓｉｇの圧力低下を生じさせて約２０から１１０ｐｓｉｇまで（好ましくは６７ｐｓｉｇ）の範囲のＳＤ＋Ｓ１の混合流を発生させるステップ。
ｇ）最大流量が０～１０ガロン／分（好ましくは８．７５ガロン／分）で動作圧力が２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力３ＨＰモータを有する、プログレッシブキャビティインジェクションポンプ（ＢＰＳ００３）を使用して、Ｓ２成分の流れを提供するステップであって、プログレッシブキャビティインジェクションポンプは、周囲温度においてタンクの静水圧でタンクからＳ１成分を受け取るステップ。
ｈ）２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力でＳ２成分の流れを調整する制御バルブＮＰＳ３／４インチ、１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続により調整されたストレートコリオリ質量流量計を使用してＳ２成分の流れを測定するステップ。
ｉ）標準の「Ｔ」コネクタを使用してＳ２成分の流れをＳＤ＋Ｓ１の流れの４インチのパイプに、主流の圧力よりも高いことが必須である２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは１００ｐｓｉｇ）の圧力で注入して、第１の静的混合器の下流の位置において、４００ガロン／分の最大質量流量を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを生成するステップであって、Ｓ２成分の入力質量流量は、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流量の１．５％から３．０％に相当するステップ。
ｊ）長さ約８７ｃｍ、直径４インチで３つのＰＭＳブレードユニットと１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を備えた第２の静的混合器（ＭＥＺＣ０２１）を使用して、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを混合および均質化し、概ね４ｐｓｉｇの圧力低下を生じさせることで、周囲温度において２５から１２５ｐｓｉｇまで（好ましくは６３ｐｓｉｇ）の圧力を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の混合流を発生させるステップ。
ｋ）周囲温度で２５～１２５ｐｓｉｇ（好ましくは６３ｐｓｉｇ）の圧力を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを衝撃波パワーリアクター（ＳＰＲ）に導入して、その流れを、非極性ディーゼル燃料を潤滑性パラメータが４０％以上向上する双極性ディーゼル燃料に変換する「制御されたキャビテーション」に送給するステップであって、ＳＰＲリアクターは６００ＲＰＭから３０００ＲＰＭの間の速度で回転するローターを備え、その回転動作は金属表面から離れたローターキャビティに、十分に制御され損傷を生じさせない流体力学的なキャビテーションを発生させるステップ（ここで、微視的なキャビテーション気泡が生成されて崩壊する際、衝撃波は過熱し混合し得る液体中に放出される（Hydrodynamics、２０１８年）。この装置は、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れの均一な混合を保証し、その結果、ディーゼル燃料は概ね３０°Ｃの温度上昇に対応する約３０°Ｃから８０°Ｃの温度を有する）。
本発明のプロセスの他の実施形態では、ステップｅ）およびｉ）において、成分Ｓ１は常に主流（ＳＤ）の圧力よりも高いまたはわずかに高い圧力で注入され、成分Ｓ２は常にＳＤ＋Ｓ１の流れの圧力よりも高いまたはわずかに高い圧力で注入される。
このプロセスはディーゼル燃料の連続した流れを処理するように設計されていると説明されるが、ディーゼル燃料をバッチで処理することは可能もあり得る。
本発明の方法によって製造された改良ディーゼル燃料は、点火特性が向上し、特に、通常のディーゼル燃料と比較して１０００倍以上の高い電気伝導率および通常のディーゼル燃料と比較して１００％を超える潤滑性の値を有し、完全燃焼の割合が高いことから、内燃ディーゼルエンジンでの煤煙の生成とＮＯｘが同時に減少する。
本発明の方法によって得られた前記改良されたディーゼル燃料は、概ね０．３００ｍｍの潤滑性パラメータを有する双極ディーゼル燃料である。
改良されたディーゼル燃料は、ＥＰＡおよびＣＡＲＢ標準サイクルに基づくエンジン上での試験で、通常のＵＬＳＤをベースとするこの燃料の効果として、総煤煙および総ＰＭの排出量が、総窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量と同様に３０％以上も減少することが証明された。改良されたディーゼル燃料（ＮＤ）は、０～３％の燃料ペナルティで、ディーゼル燃焼エンジンでのＮＯｘと煤の生成の相反関係を消滅させる。
ベース燃料との差別化を図った改良ディーゼル燃料の特徴は、顕微鏡で観察すると極性粒子の分散が観察されるところにあり、これが双極特性をもたらす。
前述のように、ＡＳＴＭＤ２６２４に従って測定すると、添加剤を追加することなく、ベース燃料に対して電気伝導率が１０００以上増加することも確認できる。
ＡＳＴＭＤ６０７９で測定された潤滑性は、潤滑性添加剤を追加することなく、はるかに高くなっている。
本発明の改良ディーゼル燃料の仕様
現在の発明の改良されたディーゼル燃料を使用するエンジン試験
エンジンの試験方法は、ＥＰＡによって管理および承認されているＦＴＰ（Federal Test Protocol）である。試験は、定常状態（定常状態）と過渡サイクル（過渡状態）で実行された。
試験１
ナビスター
・ モデルイヤー： ２０１６Ｎ１３
・ 排出量コンプライアンス： ２０１０
・ 排気量、リットル： １２．４
・ 電力定格： １７００ｒｐｍで４７５ｈｐ
・ 排気ガス再循環（ＥＧＲ）
・ ＨＰＣＲ燃料システム
米国とヨーロッパでの現在の生産を代表するベースエンジン
定常状態試験
・ １７００ｒｐｍおよび５０％の負荷
・ 改良燃料で３３％の煤の削減
図２のグラフを参照
過渡試験
・ FTPテストの実証：
煤が１４％少ない
ＮＯｘが８．６％少ない
図３のグラフを参照
試験２
ＤＤシリーズ６０
・ モデルイヤー：１９９８シリーズ６０
・ 排出量コンプライアンス：１９９８
・ 排気量、リットル：１４．０
・ 電力定格：１８００ｒｐｍで４５０ｈｐ
・ ＥＧＲなし
・ 後処理なし
・ ユニットインジェクター
レガシーフリートインベントリの代表
定常状態試験１
・ １８００ｒｐｍおよび２５％の負荷
・ 改良燃料で３４％の煤の削減
・ ＮＯｘと燃料消費量は変わらない
図４のグラフを参照
定常状態試験２
・ １２００ｒｐｍおよび１００％の負荷
・ 改良燃料で２８％の煤の削減
・ ＮＯｘと燃料消費量は変わらない
図５のグラフを参照
過渡試験
・ FTPテストの実証：
ＮＯｘと燃料消費量は変わらない
２９％の煤の削減
図６のグラフを参照
エンジンの試験方法は、ＥＰＡによって管理および承認されているＦＴＰ（Federal Test Protocol）である。試験は、定常状態（定常状態）と過渡サイクル（過渡状態）で実行された。
試験１
ナビスター
・ モデルイヤー： ２０１６Ｎ１３
・ 排出量コンプライアンス： ２０１０
・ 排気量、リットル： １２．４
・ 電力定格： １７００ｒｐｍで４７５ｈｐ
・ 排気ガス再循環（ＥＧＲ）
・ ＨＰＣＲ燃料システム
米国とヨーロッパでの現在の生産を代表するベースエンジン
定常状態試験
・ １７００ｒｐｍおよび５０％の負荷
・ 改良燃料で３３％の煤の削減
図２のグラフを参照
過渡試験
・ FTPテストの実証：
煤が１４％少ない
ＮＯｘが８．６％少ない
図３のグラフを参照
試験２
ＤＤシリーズ６０
・ モデルイヤー：１９９８シリーズ６０
・ 排出量コンプライアンス：１９９８
・ 排気量、リットル：１４．０
・ 電力定格：１８００ｒｐｍで４５０ｈｐ
・ ＥＧＲなし
・ 後処理なし
・ ユニットインジェクター
レガシーフリートインベントリの代表
定常状態試験１
・ １８００ｒｐｍおよび２５％の負荷
・ 改良燃料で３４％の煤の削減
・ ＮＯｘと燃料消費量は変わらない
図４のグラフを参照
定常状態試験２
・ １２００ｒｐｍおよび１００％の負荷
・ 改良燃料で２８％の煤の削減
・ ＮＯｘと燃料消費量は変わらない
図５のグラフを参照
過渡試験
・ FTPテストの実証：
ＮＯｘと燃料消費量は変わらない
２９％の煤の削減
図６のグラフを参照
シェブロンフィリップスが実施した未処理のレギュラーディーゼルの分析
サウスウエスト研究所が実施した本発明の改良されたディーゼル燃料（改良ディーゼル燃料）の分析
改良ディーゼル燃料＃１
改良ディーゼル燃料＃２
Claims (12)
- 改良されたディーゼル燃料の製造プロセスであって、
商用ディーゼル燃料を含む第１の流れ（ＳＤ）と、界面活性剤として使用されるエトキシル化エステルの混合物を含む第１の添加剤の第２の流れ（Ｓ１）と、水溶性界面活性剤と環状芳香族炭化水素との混合物を含有する水性エマルジョンを含む第２の添加剤を含む第３の流れ（Ｓ２）と、を混合および均質化して、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２を含む混合され均質化された流れを生成するステップａ）と、
前記混合および均質化された混合物を、ローターを有する衝撃波パワーリアクター内の制御されたキャビテーションに送給することによって、ステップａ）で得られた前記混合および均質化された流れに含まれる前記ディーゼル燃料を双極ディーゼル燃料に変換することで、改良されたディーゼル燃料を得るステップｂ）と、を備え、
第１の添加剤は、下記式１で表される化合物であり、
製造プロセス。 - 前記ステップａ）において、前記第１の添加剤は、６から８０モルの範囲の酸化エチレンでエトキシル化することが可能なエトキシル化脂肪酸エステルを含み、その分子は、１，４－アンヒドロソルビトールおよび脂肪酸から形成される、請求項１に記載の製造プロセス。
- 前記ステップａ）において、前記第２の添加剤は、１つまたは２つのメチルラジカルを有するパラ「ｐ－」またはオルト「ｏ－」キシレンなどの芳香族溶媒がアルキルタイプ鎖またはノニルタイプであり得る界面活性剤に由来する４－エトキシル化フェノールに混合されて形成された水系混合物であり、前記界面活性剤の化学的バランスは、前記第１の添加剤のＨＬＢ値と一致するように定式化される、請求項１に記載の製造プロセス。
- 前記ステップａ）において、第１の流れ（ＳＤ）は、流量が３５～３５０ガロン／分で動作圧力が６０～１００ｐｓｉｇの４０ＨＰのモータを搭載するヘリコイダルギアポンプを使用して汲み上げられた非極性商用ディーゼル燃料（ＣＤ）を含み、前記ポンプは、周囲温度およびタンクの静水圧（最低１ｐｓｉ）で、４～１４００Ｌ／分の範囲で定量体積流量源からディーゼル燃料を受け取り、前記第１の流れは、コリオリ質量流量計を使用して測定され、主流量制御バルブＮＰＳ１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を使用して、前記ヘリコイダルギアポンプによって提供される圧力と同じ圧力である２０～９０ｐｓｉｇに調整される、請求項１に記載の製造プロセス。
- 前記ステップａ）において、第２の流れ（Ｓ１）は、０～５ガロン／分（ただし、０ガロン／分の場合を除く）の流量と２５～１２０ｐｓｉｇの動作圧力とを有するプログレッシブキャビティインジェクションポンプを使用して供給され、前記プログレッシブキャビティインジェクションポンプは、周囲温度およびタンクの静水圧で前記タンクから前記第２の流れを受け取り、前記プログレッシブキャビティインジェクションポンプより供給される前記第２の流れは、２５～１２５ｐｓｉｇの圧力で前記第２の流れを調整する制御バルブで調整されるストレートコリオリ質量流量計を使用して測定される、請求項１に記載の製造プロセス。
- 前記ステップａ）において、第３の流れ（Ｓ２）は、０～１０ガロン／分（ただし、０ガロン／分の場合を除く）の流量と２５～１２５ｐｓｉｇの動作圧力とを有する前記プログレッシブキャビティインジェクションポンプを使用して供給され、前記プログレッシブキャビティインジェクションポンプは、周囲温度およびタンクの静水圧で前記タンクから前記第２の添加剤を受け取り、
前記プログレッシブキャビティインジェクションポンプより供給される前記第３の流れは、２５～１２５ｐｓｉｇの圧力で前記第３の流れを調整する制御バルブで調整されるストレートコリオリ質量流量計を使用して測定される、請求項５に記載の製造プロセス。 - 前記ステップａ）において、
ステップ１．前記第２の流れ（Ｓ１）は、前記第１の流れ（ＳＤ）に注入され、
ステップ２．得られた流れ（ＳＤ＋Ｓ１）は静的混合器により均質化され、均質化された流れが生成され、
ステップ３．前記第３の流れは、前記ステップ２で得られた前記均質化された流れに注入され、
ステップ４．前記ステップ３で得られた流れ（ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２）は静的混合器により均質化される、請求項１に記載の製造プロセス。 - 前記ステップ１において、前記第２の流れ（Ｓ１）は、標準の「Ｔ」コネクタを使用して、前記第１の流れ（ＳＤ）の圧力よりも高いことが必須である２５～１２５ｐｓｉｇの圧力で注入して３５～４００ガロン／分の流量を有するＳＤ＋Ｓ１の流れを生成し、前記流量は、前記ＳＤの流量の０．９％から１．５％に相当する、請求項７に記載の製造プロセス。
- 前記ステップ２において、前記得られた流れ（ＳＤ＋Ｓ１）は、５つのブレードユニットと１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続を備えた第１の静的混合器を使用して均質化され、８ｐｓｉｇの圧力低下を生じさせて２０から１１０ｐｓｉｇまでの範囲のＳＤ＋Ｓ１の混合流を発生させる、請求項７に記載の製造プロセス。
- 前記ステップ３において、前記第３の流れ（Ｓ２）は、標準の「Ｔ」コネクタを使用して前記第１の流れ（ＳＤ）の圧力よりも高いことが必須である２５～１２５ｐｓｉｇの圧力で注入して、前記静的混合器の下流の位置において、４００ガロン／分の流量を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れを生成し、Ｓ２成分の流量は、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流量の１．５％から３．０％に相当する、請求項７に記載の製造プロセス。
- 前記ステップ３において、３つのブレードユニットと概ね４ｐｓｉｇの圧力低下を生じさせる１５０クラスの標準ＲＦフランジ接続とを備えた第２の静的混合器を使用して、ＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れは混合および均質化され、周囲温度において２５から１２５ｐｓｉｇまでの圧力を有するＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の混合流を発生させる、請求項７に記載の製造プロセス。
- 前記ステップｂ）において、前記混合および均質化されたＳＤ＋Ｓ１＋Ｓ２の流れが、２５～１２５ｐｓｉｇの圧力および周囲温度で衝撃波パワーリアクター（ＳＰＲ）に導入され、その流れを、前記ＳＰＲリアクターは６００ＲＰＭから３０００ＲＰＭの間の速度で回転するローターを備える、請求項７に記載の製造プロセス。
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