技術分野
本発明は、既存のガソリン用内燃機関の構造または材質の変更を必要とせずに、従来のガソリンの同程度またはそれ以上の効率と出力が得られ、かつ排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）濃度が従来のガソリンに比較して著しく減少する内燃機関用低公害合成液体燃料の改良に関する。
背景技術
近年の環境問題への取り組みの一環として、自動車の排出ガスによる大気汚染の問題がより一層重大視されるようになってきており、これら自動車の排出ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）濃度を著しく下げ、従来のガソリンに代わり使用することのできる内燃機関用燃料としては、本発明者が先に出願しているように、軽質ナフサにアルコールとエーテルとを混合したものが実用化されて既に販売されている。
これら軽質ナフサにアルコールとエーテルとを混合した合成液体燃料は、前述のように一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）とともに、アルコール等には実質的に軽質ナフサ等に比較して硫黄成分が非常に少ないことからＳＯｘ等も低減できることから好ましいものの、燃料温度が従来のガソリン燃料に比較して高いためかＮＯｘに関しては、従来のガソリン燃料よりも排出量が多くなってしまい、配合内容によってはガソリン燃料による排出量の３倍程度になってしまう場合があるという問題があった。
このため、これらＮＯｘの排出量を下げるために、種々の配合を検討した結果、添加するエーテルとして該エーテル分子のアルキル基が比較的長鎖のものを使用するとＮＯｘの排出が低下することを見い出したが、これらアルキル基が比較的長鎖のエーテルは極性が低くなってしまうことから、これらエーテルを加えることで、本来は前記軽質ナフサとアルコールの分離を防止することが可能となっていたが、燃料中に吸水等により水分が流入すると、これらアルキル基が比較的長鎖のエーテルを使用した場合には、軽質ナフサとアルコールの分離が生じて良好な燃料の特性が得られなくなってしまうという問題があった。
よって、本発明は前記問題点に着目してなされたもので、比較的長鎖のエーテルを用いても、軽質ナフサとアルコールの分離が生じてしまうことのない内燃機関用低公害合成液体燃料を提供することを目的としている。
発明の開示
上記した目的を達成するために、本発明の内燃機関用低公害合成液体燃料は、炭素原子数が１２以下の飽和または不飽和炭化水素とアルコール並びにエーテルとを少なくとも含む内燃機関用低公害合成液体燃料であって、前記エーテルが、その分子中に少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテルを含むことを特徴としている。
この特徴によれば、エーテル分子中に少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテルを、エーテル成分中に含むことで、エーテル分子中のアルキル基が比較的長鎖なものとなっても、該エーテルの極性の低下が緩和され、アルコールとの親和性が損なわれなくなることから、燃料中にある程度水分が流入しても軽質ナフサとアルコールとが分離してしまうことがない。
本発明の内燃機関用低公害合成液体燃料は、前記少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテル分子中の炭素数が４以上であることが好ましい。
このようにすれば、炭素数を４以上のエーテルとすることで、従来のものと比較してＮＯｘの排出量を大幅に低減することができる。
本発明の内燃機関用低公害合成液体燃料は、前記少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテルがエチレングリコールジメチルエーテルであることが好ましい。
このようにすれば、エチレングリコールジメチルエーテルは工業的に大量に製造されていて安価にて入手できることから、少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテルとして好適である。
本発明の内燃機関用低公害合成液体燃料は、前記エーテルとしてメチルターシャリ−ブチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）を含まないことが好ましい。
このようにすれば、メチルターシャリ−ブチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）はガソリン燃料への添加剤として使用されているが、近年、地下水の汚染等による環境問題を生じていることから、これらメチルターシャリ−ブチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）を使用しないことで、これらメチルターシャリ−ブチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）の残留による環境汚染を回避できる。
本発明の内燃機関用低公害合成液体燃料は、前記アルコールとして脂肪族一価のアルコールを１５〜７５重量％、前記炭素原子数が９以下の飽和または不飽和炭化水素を２０〜８０重量％、前記分子中に少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテルを含むエーテルを５〜２０重量％含むことが好ましい。
このようにすれば、合成液体燃料の熱量（パワー）と低公害生とを両立させた好適な内燃機関用低公害合成液体燃料を得ることができる。
発明を実施するための最良の形態
これら配合される前記アルコール、直鎖系炭化水素並びにエーテルの各々について、得られる合成液体燃料中の含有比率や好適に使用することのできるものとその理由を以下に説明する。
まず、前記アルコールとしては、該アルコール分子中の炭素数が２以上で９以下の直鎖系或いは非直鎖系のアルコールを好適に使用することができる。これらアルコールとして分子中の炭素数が２であるエチルアルコールよりも炭素数の多いアルコールを使用し、極性の著しく大きな炭素数１のアルコールであるメタノールを使用しないようにすることで、得られる合成液体燃料全体の極性が大きくなってしまうことや、これら極性の大きなメタノールが分離して燃料供給用のゴムパイプ等を膨潤させてしまうことを回避できるようになる。
これらアルコールとしては、複数の水酸基を分子中に有するグリコール類等もあるが、これら２級や３級の多価アルコールは、その価格が高いとともに入手し難いために、得られる合成液体燃料の価格も高くなってしまうことから、１級アルコールを使用することが好ましい。
また、これらアルコール分子中に含まれる分子鎖の炭素数としては、これが１０以上となると、通常の室温における揮発性が大きく低下してしまうとともに、燃焼において燃焼時間が短くなる傾向にあることから、炭化水素の燃焼速度との差が生じやすくなってしまいガソリン代替え燃料として不適になってしまうことから、その炭素数は９以下とすることが好ましい。
また、これらアルコールとしては、価格や入手のしやすさ、プラントの能力等により適宜なアルコールを２種〜５種の範囲にて選択し、該複数のアルコールを混合して使用することができる。このように異なる２種類以上で且つ５種類以下のアルコールを併用することにより、使用する軽質ナフサやリサイクル炭化水素の組成のばらつきによる合成燃料の比重のばらつきを、これらアルコールの比率を適宜に変化させることで調節できるようになるばかりか、その燃焼速度がそれぞれのアルコールで多少違いがあるため、これらアルコールを組み合わせることで、燃焼速度をガソリンに合わせることができるようになるとともに、これらガソリン用の施設を利用する場合の作業上の観点から好ましく、これらアルコールの組み合わせとしては、価格や揮発性等の観点からエタノール、イソプロピルアルコー（ＩＰＡ）、イソブチルアルコール（ＩＢＡ）、ブチルアルコール、ペンタノール、オクタノール等を適宜に組み合わせることが好ましく、特に非直鎖系の脂肪族一価アルコールを用いることは、得られる燃料のオクタン価を向上できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
これらアルコールの合成燃料中の比率としては、これが１５重量％よりも低いと、図２に示すように、排出ガス中のＣＯやＨＣの濃度が上昇してしまうし、このアルコール比率が５５重量％を越えるあたりから、得られる燃料をガソリンエンジン用の燃料として使用した場合においては、該ガソリンエンジンではアクセレーション（加減速）の変化が大きく、燃料の送り込み量がエンジンの回転の上昇に追随できない場合が生じるとともに、得られる燃料の燃焼速度が炭化水素とアルコールとで同期しない回転域を生じ易くなり、未燃焼の燃料と燃焼中の燃料とが排気系にまで流れ込んで走行に不具合が生じはじめ、その比率が７５重量％を越えると、前記燃焼の非同期現象が一層激しくなって走行に支障をきたす場合があることから、これらアルコール比率としては、１５〜７５重量％の範囲、より好ましくは２５〜５５重量％の範囲とすれば良い。
次いで、前記炭化水素としては、該炭化水素分子中に含まれる炭素数が１０を越えると、その揮発性が低下して着火装置の着火能力を低下させたり、燃焼時の残査による排気ガス中のＣＯやＨＣの濃度が上昇してしまうことから、炭素原子数が９以下の飽和または不飽和炭化水素とすれば良く、その中でも、直鎖系炭化水素の混合物である軽質ナフサは、価格が安価であることから好適に使用することができる。
これら軽質ナフサ中には、Ｂ（ベンゼン）、Ｔ（トルエン）、Ｘ（キシレン）等の芳香族炭化水素を含有するものが多いが、これら芳香族炭化水素の濃度が高いと、ガソリン燃料の場合と同様に、排気ガス中のＣＯやＨＣの濃度が上昇したり、これら有害なＢ（ベンゼン）、Ｔ（トルエン）、Ｘ（キシレン）等の芳香族炭化水素自体が排気ガス中に排出されてしまう場合があることから、これらＢ（ベンゼン）、Ｔ（トルエン）、Ｘ（キシレン）等の芳香族炭化水素の各々の含有率が１％以下となるように精製したものを使用することが好ましい。
また、これら軽質ナフサとしては、原油産地により内在する硫黄分濃度が大きく異なるが、これら硫黄分濃度が高いと、排気ガス中のＳＯｘが増大してしまうことから、０．０１％以下となるように脱硫することが好ましい。
また、これら軽質ナフサとともに、昨今大量に処理に窮している廃プラスッティク類をリサイクル処理の一貫である油化したリサイクル油を初留点３８〜６０℃、終点１８０〜２２０℃まで分溜した再製油を使用することもできる。これらの再製油はプラスッティクの原料であるナフサの段階で脱硫されているので、排気ガス中のＳＯｘをより一層低減する事もできる。
これらリサイクル油を使用する場合は、初留点が３８℃を下回ると、気温が低い場合や寒冷地では始動性が著しく低下してしまい、ガソリンと同等の始動性が得られなくなってしまうし、終点が２２０℃より高くなると、エンジン回転が高回転の時に、エンジンのパワーを設計値通りに発生させることができなくなってしまうことから、初留点３８〜６０℃、終点１８０〜２２０℃まで分溜した再製油とすることが好ましい。
これら炭化水素成分の合成燃料中の比率としては、これら炭化水素比率が２０重量％以下だとアルコール成分やエーテル成分が多くなって、前記アルコール量が多い場合と同じく、燃焼速度が従来のガソリンとかけ離れた燃焼速度となってしまうようになり、自動車のように回転数の変化が多い内燃機関ではアクセレーションとの追随が悪くなってしまう。また、炭化水素比率が８０重量％を超えると排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの減少効果が少なくなってしまう。
次いで、エーテル成分としては、分子中の炭素原子数が１２以下であって該分子中に少なくとも１つのエーテル結合を有する少なくとも１種類のエーテルを使用することができる。
これらエーテル成分の合成燃料中の比率としては、該エーテル比率が５重量％以下だと保管時の時間経過に伴い、空気中の水分を吸収することに伴い、炭化水素成分とアルコール成分とが分離してしまうし、エーテル比率が２０重量％以上だと燃料としてエーテル臭が発生することと、揮発性が向上して蒸発量が多くなり燃料としての備蓄における損失が多くなることから、５〜２０重量％とすれば良い。
これら、配合するエーテルとしては、エーテル結合を少なくとも分子中に有するものであれば使用することができるが、これら使用するエーテル分子中の炭素数（該炭素に結合している水素原子数）により排出ガス中のＮＯｘ量が変化する。このエーテル分子中の炭素原子数と排出ガス中のＮＯｘの変化を図４に示す。この試験としては、後述する配合例７のエーテルとして炭素数４のエーテルとしては、ジエチルエーテルを、炭素数５のエーテルとしては従来より使用されてきたメチルターシャリ−ブチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）を、炭素数６のエーテルとしてはジエチレングリコールジメチルエーテルを、炭素数８のエーテルとしてはエチレングリコールジエチルエーテルを、炭素数９のエーテルとしてはターシャリーアニールメチルエーテル（Ｔ．Ａ．Ｍ．Ｅ）を、炭素数１２のエーテルとしてはエチレングリコールジブチルエーテルを、を使用し、得られた各燃料のＮＯｘ量を測定した。
この結果より、エーテルの炭素数が増加するにつれてＮＯｘ量が低下していることが判り、これら炭素数が比較的多いエーテルを使用することがＮＯｘ量の低下に効果的であるといえるが、これら炭素原子数が前記エチレングリコールジブチルエーテルの１２よりも大きくなると、エーテルの揮発性が低下するばかりか、その価格が高く、且つ燃料としての量の入手が難しいことから、その炭素数は１２以下とすれば良い。
また、これら炭素数が比較的多いエーテルは、炭素数が比較的少ないエーテルに比較してその極性が小さく、本来エーテルを添加する目的である炭化水素とアルコールとの分離を防止する能力が低下してしまい、特に長期保存等における水分の吸収により炭化水素とアルコールとの分離が生じやすくなってしまうことから、これら炭素数の比較的大きいエーテルを使用する場合には、上記ジエチレングリコールジメチルエーテルや、エチレングリコールジエチルエーテルのように、その分子中にエーテル結合を２つ以上有するものとしたり、エチレングリコールモノエチルエーテルのように、該分子中にエーテル結合の他に水酸基（ＯＨ）を有するものを用いるようにすることで、極性の低下による炭化水素とアルコールとの分離を回避することが好ましく、これらの分子中に複数のエーテル結合や該エーテル結合の他に水酸基（ＯＨ）を有するものを用いることで、従来の低炭素数のエーテルと同等或いはそれ以上の分離防止効果を得ることができる。
また、これらエーテルとしては、単一のエーテルのみではなく、前記炭化水素とアルコールとが分離とＮＯｘの低下とを目的として、炭化水素とアルコールとの分離防止能の高い炭素数の少ないエーテルと、前記炭素数の比較的多いエーテルとを混合して使用するようにしても良い。
また、これらエーテル成分としては、例え安価であっても近年米国等において問題となっているメチルターシャリ−ブチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）を使用しないようにし、これらＭＴＢＥを燃料中に含有しないようにすることが好ましい。
また、これらエーテルとしては、前記エチレングリコールジメチルエーテル（分子量９０）の他に、ジエチレングリコールジメチルエーテル（分子量１３４）、ターシャリ−アニールメチルエーテル（Ｔ．Ａ．Ｍ．Ｅ）等も好適に使用することができる。
（実施例）
図１は、本実施例の内燃機関用液体燃料の製造方法を示すフロー図である。本発明の内燃機関用液体燃料は、少なくとも２種の脂肪族一級アルコール、飽和或いは不飽和で炭素数９以下の炭化水素、並びに分子中の炭素数が９以下であって、該分子中に少なくとも２つのエーテル結合を有するエーテルを含む単一成分または混合エーテルと、から主に構成されており、これら各原燃料を所定重量％に計量した後、比較的重量比率の大きく、極性の一番小さな前記炭化水素としての軽量ナフサに対し、まず前記脂肪族一級アルコールよりも極性の小さなエーテルを投入、混合する。
この際、前記アルコールとして２種以上の脂肪族一級アルコールを使用する場合においては、その投入も極性の小さな炭素原子数の多いアルコールより徐々に投入し、次いで炭素原子数の少ないアルコールを投入することが好ましい。
このアルコールを投入した後、混合した液体燃料の比重を測定し、該比重が０．７３５以上の所定比重（本実施例では０．７５５としている）以下である場合には、その比重が０．７５５となるように、前記アルコールを適宜に添加して比重を調整する。
これら得られる燃料の比重と燃費との関係を図３に示す。この結果から、比重が０．７３５未満になると、燃費が従来のガソリンの燃費（７．８３Ｋｍ／リットル）に比較して著しく悪いのに対し、０．７３５以上とすることで、燃費がの変化曲線の傾きが減少し、従来のガソリンの燃費にほぼ近いものとなることから、これら得られる燃料の比重を０．７３５以上とすることで従来のガソリンにほぼ遜色ないか、或いはそれ以上の燃費を安定して得ることができるようになることが判る。
このように、極性の大きさが近いものを順次混合するで原燃料が分離することを防止でき、効率の良い混合を実施できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。また、前記では、極性の低い軽量ナフサに順次エーテル、アルコールを投入、混合しているが、逆に極性の高いアルコールに順次エーテル、軽量ナフサを投入するようにしても良い。
以下、この前記した製造方法により製造した内燃機関用燃料の配合例を以下に示す。
《配合例１》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをイソブチルアルコール（ＩＢＡ）を２５重量％、エタノールを１０重量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を１３重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
《配合例２》
脂肪族一価アルコールとして、その１つ、ｎ−ブチルアルコールを２５重量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を１３重量％、エタノールを１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいづれかを４５重量％としたもの。
《配合例３》
脂肪族一価アルコールとして、その１つエタノールを３５重量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を１３重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
《配合例４》
脂肪族一価アルコールとして、その１つｎ−プロパノールを２５重量％、他の１つをｎ−ブタノールを１３重量％、エタノールを１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
《配合例５》
脂肪族一価アルコールとして、その１つｎ−ブタノールを２５重量％、エタノールを１０重量％、他の１つを２−エチル−１−プロパノールを１３重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
《配合例６》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをｎ−オクタールを２５重量％、エタノールを１０重量％、他の１つをｎ−ペンタノールを１３重量％、エタノールエーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５容量％としたもの。
《配合例７》
脂肪族一価アルコールとして、ノルマルブタノール（ＮＢＡ）を２５重量％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）７重量％、他の一つをエタノールを１６重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ、ガソリン、廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
《配合例８》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをイソブチルアルコール（ＩＢＡ）を２０重量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを５重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを６５重量％としたもの。
《配合例９》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをｎ−ブチルアルコールを２０重量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを５重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを６５重量％としたもの。
《配合例１０》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをエタノールを２０重量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを５重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを６５重量％としたもの。
《配合例１１》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをｎ−プロパノールを２０重量％、他の１つをｎ−ブタノールを１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを５重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを６５重量％としたもの。
《配合例１２》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをｎ−ブタノールを２０重量％、他の１つを２−エチル−１−プロパノールを１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを５重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを６５重量％としたもの。
《配合例１３》
脂肪族一価アルコールとして、その１つをｎ−オクタールを２０重量％、他の１つをｎ−ペンタノールを１０重量％、エーテル成分としてジエチレングリコールジメチルエーテルを５重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ，ガソリン，廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを６５容量％としたもの。
〈比較例１〉
脂肪族一級アルコールとして、その１つをメチルアルコールを４３容量％、他の１つをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を５容量％、エーテル成分としてメチルターシャリ−プチルエーテル（Ｍ．Ｔ．Ｂ．Ｅ）を４容量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサガソリンを４８容量％としたもの。
〈比較例２〉
脂肪族一価アルコールとして、ノルマルブタノール（ＮＢＡ）を２５重量％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）７重量％、他の一つをエタノールを１６重量％、混成エーテルとしてＭＴＢＥを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ、ガソリン、廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
〈比較例３〉
脂肪族一価アルコールとして、ノルマルブタノール（ＮＢＡ）を２５重量％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）７重量％、他の一つをエタノールを１６重量％、ジエチルエーテルを７重量％、前記直鎖系炭化水素として軽質ナフサ、ガソリン、廃プラスチックの油化再生炭化水素油のいずれかを４５重量％としたもの。
これら各配合を用いて、以下の各配合に関して長期の保存性を確認する試験として、各配合に順次水を添加していき、分離が生じる水添加量を比較した実験結果を以下に示す。
この試験結果から、エーテル分子内部にエーテル結合を３つ有し、エーテル分子中の炭素数が 個であるジエチレングリコールジメチルエーテルを配合した配合例７は、長期の保存にて水を吸湿しても、従来の合成燃料と同等或いはそれ以上に分離を生じにくいことが判る。
以上、本発明の実施形態を前記実施例にて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲における変更や追加、つまりは、本発明の内燃機関用燃料の特性が大幅に変わることのない範囲にて他の原燃料や添加剤（金属等を含む）を加える事等は任意とされ、これらの内燃機関用燃料も本発明に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例における内燃機関用低公害液体燃料の製造方法を示すフロー図である。
第２図は、液体燃料中のアルコールと炭化水素成分の比率と排出ガス中の汚染ガス濃度との関係を示すグラフである。
第３図は、得られる燃料の比重と燃費との関係を示すグラフである。
第４図は、使用するエーテル分子中の炭素原子数と排出ガス中のＮＯｘの変化を示す図である。TECHNICAL FIELD The present invention can achieve the same efficiency and output as conventional gasoline without changing the structure or material of an existing gasoline internal combustion engine, and carbon monoxide ( The present invention relates to improvements in low-pollution synthetic liquid fuels for internal combustion engines in which the CO and hydrocarbon (HC) concentrations are significantly reduced compared to conventional gasoline.
Background Art As part of efforts to address environmental problems in recent years, the problem of air pollution caused by automobile exhaust gases has become more important. Carbon monoxide (CO) in these automobile exhaust gases As a fuel for an internal combustion engine that can be used in place of conventional gasoline by significantly reducing the hydrocarbon (HC) concentration, light naphtha is mixed with alcohol and ether as previously filed by the present inventor. Things have already been commercialized and sold.
Synthetic liquid fuels in which alcohol and ether are mixed with light naphtha, as described above, together with carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC), alcohol and the like are substantially sulfur components compared to light naphtha and the like. Although it is preferable because SOx etc. can be reduced because it is very small, NOx is more emitted than conventional gasoline fuel because the fuel temperature is higher than conventional gasoline fuel, depending on the blending content Has a problem that it may be about three times the amount emitted by gasoline fuel.
For this reason, as a result of studying various blends in order to reduce the NOx emission amount, it was found that NOx emission is reduced when the alkyl group of the ether molecule is a relatively long chain as the added ether. However, since these alkyl groups have relatively long chain ethers, the polarity is low, and therefore, by adding these ethers, it was originally possible to prevent separation of the light naphtha and alcohol. When water flows into the fuel due to water absorption or the like, if these alkyl groups use a relatively long chain ether, separation of light naphtha and alcohol will occur, and good fuel characteristics will not be obtained. There was a problem.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above problems, and a low-pollution synthetic liquid fuel for an internal combustion engine that does not cause separation of light naphtha and alcohol even when a relatively long-chain ether is used. It is intended to provide.
DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the low pollution synthetic liquid fuel for internal combustion engines of the present invention is a low internal combustion engine low fuel containing at least a saturated or unsaturated hydrocarbon having 12 or less carbon atoms, alcohol and ether. A pollutant synthetic liquid fuel, wherein the ether contains an ether having at least two ether bonds in the molecule.
According to this feature, even if the ether component contains an ether having at least two ether bonds in the ether molecule, even if the alkyl group in the ether molecule has a relatively long chain, the polarity of the ether Is reduced, and the affinity with alcohol is not impaired, so light naphtha and alcohol are not separated even if a certain amount of water flows into the fuel.
The low-pollution synthetic liquid fuel for internal combustion engines of the present invention preferably has 4 or more carbon atoms in the ether molecule having at least two ether bonds.
In this way, NOx emissions can be significantly reduced by using ethers having 4 or more carbon atoms as compared with conventional ones.
In the low-pollution synthetic liquid fuel for an internal combustion engine of the present invention, the ether having at least two ether bonds is preferably ethylene glycol dimethyl ether.
In this way, ethylene glycol dimethyl ether is suitable as an ether having at least two ether bonds because it is industrially produced in large quantities and can be obtained at low cost.
The low-pollution synthetic liquid fuel for an internal combustion engine of the present invention preferably does not contain methyl tertiary-butyl ether (MTBE) as the ether.
In this way, methyl tertiary butyl ether (MTBE) has been used as an additive to gasoline fuel, but in recent years it has caused environmental problems due to contamination of groundwater. By not using these methyl tertiary butyl ethers (MTBE), environmental pollution due to the residual methyl tertiary butyl ether (MTBE) can be avoided.
The low-pollution synthetic liquid fuel for an internal combustion engine of the present invention comprises 15 to 75% by weight of an aliphatic monohydric alcohol as the alcohol, 20 to 80% by weight of a saturated or unsaturated hydrocarbon having 9 or less carbon atoms, It is preferable to contain 5 to 20% by weight of an ether containing an ether having at least two ether bonds in the molecule.
In this way, it is possible to obtain a suitable low-pollution synthetic liquid fuel for an internal combustion engine that achieves both a calorific value (power) of the synthetic liquid fuel and a low-pollution life.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION For each of the above-mentioned alcohols, straight chain hydrocarbons and ethers to be blended, the content ratio in the obtained synthetic liquid fuel, what can be suitably used, and the reasons thereof are as follows: Explained.
First, as the alcohol, a linear or non-linear alcohol having 2 to 9 carbon atoms in the alcohol molecule can be preferably used. A synthetic liquid obtained by using an alcohol having more carbon atoms than ethyl alcohol having 2 carbon atoms in the molecule and not using methanol, which is an alcohol having 1 carbon atom having a significantly large polarity, as these alcohols. It becomes possible to avoid that the polarity of the whole fuel becomes large and that the methanol having a large polarity separates and swells the rubber pipe for supplying fuel.
These alcohols include glycols having a plurality of hydroxyl groups in the molecule, but these secondary and tertiary polyhydric alcohols are expensive and difficult to obtain. It is preferable to use a primary alcohol.
In addition, as the number of carbons in the molecular chain contained in these alcohol molecules, when this is 10 or more, the volatility at normal room temperature is greatly reduced and the combustion time tends to be shortened in combustion. Since the difference from the combustion rate of hydrocarbons is likely to occur and the fuel becomes unsuitable as a gasoline substitute fuel, the carbon number is preferably 9 or less.
Further, as these alcohols, suitable alcohols can be selected in the range of 2 to 5 types depending on the price, availability, plant capacity, and the like, and the plurality of alcohols can be mixed and used. By using two or more different kinds of alcohols in combination of two or more kinds as described above, the ratio of these alcohols is appropriately changed to vary the specific gravity of the synthetic fuel due to the variation in the composition of the light naphtha and recycled hydrocarbon used. In addition to being able to adjust the combustion rate, there is a slight difference in the burning rate of each alcohol. By combining these alcohols, the burning rate can be adjusted to that of gasoline, and facilities for these gasolines can be used. From the viewpoint of work in the case of using the alcohol, the combination of these alcohols includes ethanol, isopropyl alcohol (IPA), isobutyl alcohol (IBA), butyl alcohol, pentanol, octanol and the like from the viewpoint of price and volatility. Combine appropriately Preferably, especially, a fatty monohydric alcohol non linear system is preferred because it can increase the octane number of the resulting fuel, the present invention is not limited thereto.
If the ratio of these alcohols in the synthetic fuel is lower than 15% by weight, the concentration of CO or HC in the exhaust gas increases as shown in FIG. 2, and this alcohol ratio is 55% by weight. When the obtained fuel is used as fuel for a gasoline engine from above, the change in acceleration (acceleration / deceleration) is large in the gasoline engine, and the amount of fuel fed cannot follow the increase in engine rotation As a result, the combustion speed of the obtained fuel tends to generate a rotation range in which the hydrocarbon and alcohol do not synchronize, and unburned fuel and burning fuel flow into the exhaust system, causing problems in running, If the ratio exceeds 75% by weight, the asynchronous phenomenon of combustion may become more severe and hinder driving. The alcohol ratio in the range of 15 to 75 wt%, more preferably be in the range of 25 to 55 wt%.
Next, as the hydrocarbon, when the number of carbons contained in the hydrocarbon molecule exceeds 10, the volatility of the hydrocarbon molecule decreases to lower the ignition capability of the ignition device, As the concentration of CO and HC increases, saturated or unsaturated hydrocarbons having 9 or less carbon atoms may be used. Among them, light naphtha, which is a mixture of linear hydrocarbons, is priced. Since it is inexpensive, it can be suitably used.
Many of these light naphthas contain aromatic hydrocarbons such as B (benzene), T (toluene), and X (xylene). If the concentration of these aromatic hydrocarbons is high, Similarly, the concentration of CO and HC in the exhaust gas increases, and these harmful aromatic hydrocarbons such as B (benzene), T (toluene), and X (xylene) themselves are discharged into the exhaust gas. Therefore, it is preferable to use those purified so that the content of each of these aromatic hydrocarbons such as B (benzene), T (toluene), and X (xylene) is 1% or less. .
Moreover, as these light naphtha, the sulfur content concentration inherently varies depending on the crude oil producing area, but if these sulfur content concentrations are high, SOx in the exhaust gas will increase, so that it will be 0.01% or less. It is preferable to desulfurize.
In addition to these light naphthas, waste plastics that are currently being processed in large quantities have been recycled into liquefied recycled oil that is consistent with the recycling process. Oil refinement can also be used. Since these regenerated oils are desulfurized at the stage of naphtha which is a plastic raw material, SOx in the exhaust gas can be further reduced.
When using these recycled oils, if the initial boiling point is below 38 ° C., the startability will be significantly reduced in low temperatures or in cold regions, and startability equivalent to gasoline will not be obtained, If the end point is higher than 220 ° C, the engine power cannot be generated as designed when the engine speed is high. Therefore, the initial boiling point is 38-60 ° C and the end point is 180-220 ° C. It is preferable to make it a regenerated oil.
As a ratio of these hydrocarbon components in the synthetic fuel, if the hydrocarbon ratio is 20% by weight or less, the alcohol component and the ether component increase. The combustion speed becomes far away, and in an internal combustion engine such as an automobile where the change in the rotational speed is large, the follow-up with acceleration becomes worse. Further, if the hydrocarbon ratio exceeds 80% by weight, the effect of reducing CO, HC and NOx in the exhaust gas is reduced.
Next, as the ether component, at least one ether having 12 or less carbon atoms in the molecule and having at least one ether bond in the molecule can be used.
As a ratio of these ether components in the synthetic fuel, when the ether ratio is 5% by weight or less, the hydrocarbon component and the alcohol component are separated as the moisture in the air is absorbed with the passage of time during storage. When the ether ratio is 20% by weight or more, an ether odor is generated as a fuel, and the volatility is improved and the amount of evaporation is increased, resulting in a loss in the stockpile as a fuel. What is necessary is just weight%.
These ethers to be blended can be used as long as they have at least an ether bond in the molecule, but are discharged depending on the number of carbons in the ether molecule used (the number of hydrogen atoms bonded to the carbon). The amount of NOx in the gas changes. FIG. 4 shows changes in the number of carbon atoms in the ether molecule and NOx in the exhaust gas. In this test, diethyl ether is used as the ether having 4 carbon atoms as the ether of Formulation Example 7 to be described later, and methyl tertiary-butyl ether (MTB) which has been conventionally used as the ether having 5 carbon atoms. E), diethylene glycol dimethyl ether as ether having 6 carbon atoms, ethylene glycol diethyl ether as ether having 8 carbon atoms, and tertiary anneal methyl ether (TAME) as ether having 9 carbon atoms. As the ether having 12 carbon atoms, ethylene glycol dibutyl ether was used, and the NOx amount of each obtained fuel was measured.
From this result, it can be seen that the amount of NOx decreases as the number of carbons in the ether increases, and it can be said that using ethers having a relatively large number of carbons is effective in reducing the amount of NOx. When the number of carbon atoms is larger than 12 of the ethylene glycol dibutyl ether, not only the volatility of the ether is reduced, but the price is high and it is difficult to obtain the amount as a fuel. Just do it.
In addition, these ethers having a relatively large number of carbon atoms are less polar than ethers having a relatively small number of carbon atoms, and the ability to prevent separation of hydrocarbons and alcohols, which are originally intended for addition of ethers, is reduced. In particular, separation of hydrocarbons and alcohol is likely to occur due to water absorption during long-term storage, etc. When using these ethers having a relatively large number of carbon atoms, the above-mentioned diethylene glycol dimethyl ether or ethylene glycol Use two or more ether bonds in the molecule such as diethyl ether, or one having a hydroxyl group (OH) in addition to the ether bond in the molecule, such as ethylene glycol monoethyl ether. To avoid separation of hydrocarbons and alcohols due to a decrease in polarity It is preferable to use a compound having a plurality of ether bonds or a hydroxyl group (OH) in addition to the ether bonds in these molecules, thereby obtaining a separation prevention effect equivalent to or higher than that of conventional low-carbon ethers. be able to.
Further, as these ethers, not only a single ether, but also for the purpose of separating the hydrocarbon and alcohol and reducing NOx, ether having a low carbon number and high ability to prevent separation of hydrocarbon and alcohol, and The ether having a relatively large number of carbon atoms may be used as a mixture.
Further, as these ether components, methyl tertiary butyl ether (MTBE), which has been a problem in the United States and the like in recent years even if it is inexpensive, should not be used, and these MTBEs are contained in the fuel. It is preferable not to do so.
In addition to the ethylene glycol dimethyl ether (molecular weight 90), diethylene glycol dimethyl ether (molecular weight 134), tertiary-annealed methyl ether (TAME), and the like can also be suitably used as these ethers.
(Example)
FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a liquid fuel for an internal combustion engine according to this embodiment. The liquid fuel for an internal combustion engine according to the present invention comprises at least two aliphatic primary alcohols, saturated or unsaturated hydrocarbon having 9 or less carbon atoms, and a molecule having 9 or less carbon atoms, wherein at least It is mainly composed of a single component or mixed ether containing an ether having two ether bonds, and after weighing each raw fuel to a predetermined weight percent, it has a relatively large weight ratio and the smallest polarity. First, ether having a smaller polarity than the aliphatic primary alcohol is added to and mixed with the light naphtha as the hydrocarbon.
At this time, when two or more aliphatic primary alcohols are used as the alcohol, the charging should be performed gradually from the alcohol with a small number of carbon atoms and then the alcohol with a small number of carbon atoms. Is preferred.
After the alcohol is added, the specific gravity of the mixed liquid fuel is measured. If the specific gravity is equal to or less than a predetermined specific gravity of 0.735 (in this embodiment, 0.755), the specific gravity is 0.00. The specific gravity is adjusted by appropriately adding the alcohol so as to be 755.
FIG. 3 shows the relationship between the specific gravity of the obtained fuel and the fuel consumption. From this result, when the specific gravity is less than 0.735, the fuel consumption is remarkably worse than that of the conventional gasoline (7.83 Km / liter). Since the slope of the curve is reduced and the fuel consumption is almost similar to that of conventional gasoline, the fuel density obtained by setting the specific gravity of these fuels to 0.735 or higher is almost equivalent to or higher than that of conventional gasoline. It can be seen that it can be obtained stably.
As described above, it is preferable that the raw fuels can be prevented from being separated by sequentially mixing those having similar polarities, and efficient mixing can be performed. However, the present invention is not limited to this. In the above description, ether and alcohol are sequentially added to and mixed with light naphtha having low polarity. Conversely, ether and light naphtha may be sequentially added to alcohol having high polarity.
Hereinafter, blending examples of the fuel for the internal combustion engine manufactured by the above-described manufacturing method are shown below.
<< Formulation Example 1 >>
As aliphatic monohydric alcohol, one is 25% by weight of isobutyl alcohol (IBA), 10% by weight of ethanol, the other is 13% by weight of isopropyl alcohol (IPA), and 7% of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component. 45% by weight of any one of light naphtha, gasoline and waste plastic oil-regenerated hydrocarbon oil as the straight chain hydrocarbon.
<< Formulation Example 2 >>
One of the aliphatic monohydric alcohols, 25% by weight of n-butyl alcohol, the other 13% by weight of isopropyl alcohol (IPA), 10% by weight of ethanol, and 7% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as the ether component One of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil as the linear hydrocarbon is 45% by weight.
<< Formulation Example 3 >>
As aliphatic monohydric alcohol, one ethanol is 35% by weight, the other is 13% by weight isopropyl alcohol (IPA), 7% by weight diethylene glycol dimethyl ether as an ether component, and light naphtha as the straight chain hydrocarbon. , 45% by weight of gasoline or waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<< Formulation Example 4 >>
As an aliphatic monohydric alcohol, one n-propanol is 25% by weight, the other is 13% by weight of n-butanol, 10% by weight of ethanol, and 7% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component. 45% by weight of light naphtha, gasoline, and waste plastics oil-recycled hydrocarbon oils.
<< Formulation Example 5 >>
As an aliphatic monohydric alcohol, one n-butanol is 25% by weight, ethanol is 10% by weight, the other is 13% by weight of 2-ethyl-1-propanol, and 7% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component. One of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil as the linear hydrocarbon is 45% by weight.
<< Formulation Example 6 >>
As aliphatic monohydric alcohols, one is n-octal 25% by weight, ethanol 10% by weight, the other is 13% by weight n-pentanol, 7% by weight diethylene glycol dimethyl ether as an ethanol ether component, One of 45% by volume of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-regenerated hydrocarbon oil as the linear hydrocarbon.
<< Formulation Example 7 >>
As aliphatic monohydric alcohol, 25% by weight of normal butanol (NBA), 7% by weight of isopropyl alcohol (IPA), 16% by weight of ethanol as another one, 7% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component, the above linear chain 45% by weight of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-recycled hydrocarbon oils as hydrocarbons.
<< Formulation Example 8 >>
As aliphatic monohydric alcohol, one is 20% by weight isobutyl alcohol (IBA), the other is 10% by weight isopropyl alcohol (IPA), and 5% by weight diethylene glycol dimethyl ether as an ether component. A hydrocarbon containing 65% by weight of light naphtha, gasoline, or waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<< Formulation Example 9 >>
As aliphatic monohydric alcohol, one is 20% by weight of n-butyl alcohol, the other is 10% by weight of isopropyl alcohol (IPA), and 5% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component. One of 65% by weight of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<< Formulation Example 10 >>
As aliphatic monohydric alcohol, one is 20% by weight of ethanol, the other is 10% by weight of isopropyl alcohol (IPA), 5% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component, and light as the straight chain hydrocarbon. 65% by weight of naphtha, gasoline, or waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<< Formulation Example 11 >>
As aliphatic monohydric alcohols, one is 20% by weight of n-propanol, the other is 10% by weight of n-butanol, 5% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component, and light as the straight chain hydrocarbon. 65% by weight of naphtha, gasoline, or waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<< Formulation Example 12 >>
As an aliphatic monohydric alcohol, one is 20% by weight of n-butanol, the other is 10% by weight of 2-ethyl-1-propanol, and 5% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component. A hydrocarbon containing 65% by weight of light naphtha, gasoline, or waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<< Formulation Example 13 >>
As an aliphatic monohydric alcohol, one is 20% by weight of n-octal, the other is 10% by weight of n-pentanol, 5% by weight of diethylene glycol dimethyl ether as an ether component, and the straight chain hydrocarbon. 65% by volume of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<Comparative example 1>
As aliphatic primary alcohols, one is 43% by volume methyl alcohol, the other is 5% by volume isopropyl alcohol (IPA), and methyl tertiary-butyl ether (MTBE) as the ether component. 4% by volume, and light naphtha gasoline 48% by volume as the straight chain hydrocarbon.
<Comparative example 2>
25% by weight of normal butanol (NBA), 7% by weight of isopropyl alcohol (IPA), 16% by weight of ethanol, 7% by weight of MTBE as a mixed ether, the above linear system A hydrocarbon containing 45% by weight of light naphtha, gasoline, or waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
<Comparative Example 3>
As aliphatic monohydric alcohol, normal butanol (NBA) is 25% by weight, isopropyl alcohol (IPA) is 7% by weight, the other is ethanol by 16% by weight, diethyl ether is 7% by weight, the linear hydrocarbon As an example, 45% by weight of light naphtha, gasoline, and waste plastic oil-recycled hydrocarbon oil.
As a test for confirming long-term storability with respect to each of the following formulations using each of these formulations, the results of experiments comparing the amounts of water added to cause separation are shown below.
As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described in the above examples, the present invention is not limited to these examples, and modifications and additions within the scope not departing from the gist of the present invention, that is, the present invention. It is optional to add other raw fuels and additives (including metals) within a range where the characteristics of the fuel for internal combustion engines do not change significantly. These fuels for internal combustion engines are also included in the present invention. Needless to say.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a low pollution liquid fuel for an internal combustion engine in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio of alcohol and hydrocarbon components in liquid fuel and the concentration of pollutant gas in exhaust gas.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the specific gravity of the obtained fuel and fuel consumption.
FIG. 4 is a graph showing changes in the number of carbon atoms in the ether molecules used and NOx in the exhaust gas.
