KR100405101B1 - 연료유조성물 - Google Patents

Abstract

저유황 연료의 윤활성은 중질 연료 성분을 혼입하므로써 향상될 수 있다.

Description

연료유 조성물{FUEL OIL COMPOSITIONS}

환경 문제에 대한 우려로 저유황 연료, 특히 저유황 디젤 연료 및 등유가 요구되어 왔다. 그러나, 저유황 연료를 생성하는 정제 방법은 생성물의 점도 저하 및 연료의 윤활성에 기여하는 그 밖의 연료 성분(예를 들면, 다환상 방향족 화합물 및 극성 화합물)의 함량 저하를 초래한다. 또한, 유황-함유 화합물은 일반적으로 내마모성을 제공하는 것으로 간주되므로, 상기 유황-함유 화합물의 비율이 낮은 동시에 윤활성에 기여하는 그 밖의 성분 비율이 낮은 저유황 연료를 사용하는 경우 갑자기 디젤 엔진의 연료 펌프가 작동하지 않는 일이 증가되는 것으로 보고되었으며, 이러한 비작동은 예를 들면 용기 플레이트(can plate), 롤러, 스핀들 및 구동축의 마모에 의해 발생할 수 있다.

상기한 문제점은 차후에 더욱 심각해질 것으로 예측되는데, 배기 배출물에 대한 더욱 엄격한 요구조건을 대체로 만족시키기 위해서는 기존 장치보다 더욱 엄격한 윤활 요구조건을 가질 것으로 예상되는 직렬식, 회전식 및 단위 분사 시스템을 포함하는 고압 연료 펌프가 도입되어야 하고, 또한 연료중 더욱 낮은 유황 함량이 폭넓게 요구되기 때문이다.

현재, 디젤 연료중 통상적인 유황 함량은 약 0.25중량%이다. 유럽에서는 유황 함량의 최대 허용 한계가 0.20%로 강화되었으며, 차후 0.05%로 강화될 것으로 예상되며; 스웨덴에서는 0.005%(2등급) 미만 및 0.001%(1등급) 미만의 유황 함량을 갖는 연료 등급이 이미 도입되었다. 유황 함량이 0.20중량% 미만인 연료유를 본원에서 저유황 연료라고 지칭한다.

본 발명은 연료유, 및 연료유의 특성, 특히 디젤 연료 및 등유의 특성을 개선시키기 위한 첨가제의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 일정 비율의 중질 연료 성분을 첨가하면 허용할 수 있는 저온 특성을 유지하면서 저유황 연료의 윤활성을 증가시킬 수 있다는 관측에 근거한 것이다.

영국 특허 제 1,264,684호는, 약 450 내지 약 950℉(232 내지 510℃)의 범위 내의 비점을 가지며 특정 파라핀계 탄화수소를 함유하는 파라핀계 증류 분획물 약 0.4 내지 약 20중량%를 혼입하므로써 특정 공중합체 유동 개량제에 대한 반응이 향상된 중간 증류 연료유(middle distillate fuel oil)에 대해 개시하고 있다.

본 발명의 제 1 양태는 유황 함량이 0.2중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.05중량% 이하인 연료유 조성물의 윤활성을 증가시키기 위해 중질 연료 성분을 사용하는 것이다.

본 발명의 제 2 양태는 원유를 정제하여서 유황 함량이 낮은 중간 증류 연료유를 생성시키는 단계 및 중질 연료 성분을 상기 정제된 생성물과 블렌딩하여서 유황 함량이 0.2중량% 이하, 바람직하게는 0.05중량% 이하인 연료유 조성물을 제공하는 단계를 포함하는, 윤활성이 증가된 중간 증류 연료유의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 양태는 디젤 연료의 중량을 기준으로하여 25 내지 50중량%의 비율로 존재하는 중질 연료 성분 및 디젤 연료를 포함하고 유황 함량이 (조성물의 중량을 기준으로하여) 0.2중량% 이하인 디젤 연료 조성물을 제공하는 것이다. 유리하게, 상기 유황 함량은 0.05중량% 이하이다.

유리하게는, 본 발명의 제 3 양태에 따른 조성물, 본 발명의 제 1 양태에 따른 중질 연료 성분을 사용하여 생성된 조성물 및 본 발명의 제 2 양태에 따른 방법으로부터 생성된 조성물은 60℃에서 HFRR 시험(하기에 정의됨)에 의해 측정할 때 500㎛ 이하의 마모 자국 직경을 제공하는 정도의 윤활성을 갖는다.

본원에서 사용되는 "중간 증류물"이란 용어는 원유를 보다 경질의 분획물인 등유 또는 여객기용 연료에서 중질 연료유 분획물로 정제하는 중에 얻을 수 있는 연료유를 지칭한다. 상기 연료유는 상압 증류물, 감압 증류물, 분해 가스유, 또는 직류 증류물, 열 분해된 증류물 및/또는 촉매 분해된 증류물의 임의 비율의 블렌드를 포함할 수 있다. 이들의 예로는 등유, 여객기용 연료, 디젤 연료, 난방유, 저점도 가스유, 경질 사이클유, 감압 가스유, 경질 연료유 및 연료유가 포함된다. 이러한 중간 증류 연료유는 일반적으로 ASTM D 86에 따라 측정하는 경우 100 내지500℃, 더욱 바람직하게는 150 내지 400℃ 온도 범위의 비점을 갖는다.

바람직한 중간 증류 연료유는 디젤 연료이다.

중질 연료 성분의 예로는 대기압 증류 스트림, 감압 증류 스트림; 예를 들어 유체를 촉매 또는 열 분해시키는 단위 장치, 비스브레이킹 단위 장치 또는 코킹(coking) 단위 장치로부터의 전환 스트림; 또는 식물성 연료유, 특히 에스테르 교환된 식물유, 예를 들면 평지씨 메틸 에스테르로부터 선택된 성분을 언급할 수 있다. 일반적으로 디젤 자동차용 연료와 같은 중간 증류 연료유에 함유되어서 50% 증류 온도(ASTM D 86에서 정의됨) 및 다핵 방향족 화합물, 특히 3개 이상의 환을 함유한 방향족 화합물의 함량중 하나 또는 둘다를 증가시키는 성분을 중질 연료 성분이라 한다.

본 발명의 제 1 양태 및 제 2 양태에 있어서, 중질 연료 성분은 저유황 연료의 중량을 기준으로하여 유리하게는 50중량% 이하, 바람직하게는 0.01 내지 40중량%, 가장 바람직하게는 0.5 내지 30중량%의 비율로 사용된다. 유리하게는, 중질 연료 성분은 25중량% 이상의 비율로 사용된다. 상기 중질 연료 성분은 그 자체가 저유황 연료일 수 있다.

본 발명의 제 3 관점에서, 중질 연료 성분은 바람직하게는 30 내지 40중량%의 비율로 사용된다.

HFRR(고주파 왕복 장치; High Frequency Reciprocating Rig) 시험은 C.E.C.F-06-T-94 및 ISO TC22/SC7/WG6N180에서 제공되는 시험이다.

본 발명의 임의 관점하에서 정의되는 연료유 조성물은 첨가제, 예를 들면 저온 유동 개량제를 포함할 수 있다.

본원에서 사용되는 "저온 유동 개량제"란 용어는 연료의 유동점, 운점, 왁스 생성 온도, 저온 필터 막힘점(Cold Filter Plugging Point: 이후 CFPP라 기재함)을 낮추거나, 또는 연료, 특히 중간 증류 연료의 왁스 침강 정도를 감소시키는 첨가제를 지칭한다.

많은 종류의 유동 개량제, 특히 중간 증류 유동 개량제가 사용하기에 적절하다.

연료유 조성물은 당해 기술에서 공지된 것과 같은 하나 이상의 다른 첨가제, 예를 들면 세정제, 산화 방지제, 부식 억제제, 연무 제거제, 해유화제, 소포제, 세탄 개량제, 보조 용매, 패키지 배합제 및 윤활성 첨가제를 포함할 수 있다.

다음 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로, 부 및 %는 달리 표기되어 있지 않는 한 중량을 기준으로 한다.

하기 실시예에서, HFRR 시험은 하기 조건하에서 실시하였다:

부하 2N

스트로크 1㎜ (0.5㎜ 진폭)

주파수 50㎐

온도 25℃와 60℃

야금학 BALL ANSI 52 100(경화된 베어링 연장 스틸) 645 HV 30

FLAT ANSI 52 100(베어링 연장 스틸) 180 HV 30

표면 처리 0.1μM Ra(BALL 및 FLAT)

적용기간 75분

실시예

유황 함량 0.00045%(4.5ppm), IBP 176℃, FBP 294℃, 90%-20% 56℃, CFPP -37℃의 제 1등급 디젤 연료에 대해 60℃에서 윤활성 시험을 실시하였다. 중질 연료 성분은 IBP 199℃, FBP 481℃, 90%-20% 105℃, 운점 25℃의 중질 가스유이었다.

HFRR 시험 결과는 다음과 같았다:

조성물	중질 성분(%)	저온 유동 첨가제	마모(㎛)	마찰
1	0	-	648	0.72
2	5	-	615	0.33
3	15	-	322	0.18
4	30	-	341	0.18

상기 결과는 중질 연료 성분(본원에서는 중질 가스유)이 연료 윤활성에 대해 유리한 효과를 가짐을 나타낸다.

Claims (4)

1. 디젤 연료, 및 디젤 연료에 함유됨으로써 (a) 50% 증류 온도(ASTM D86에서 정의됨) 및 (b) 다핵 방향족 화합물, 특히 3개 이상의 환을 함유하는 방향족 화합물의 함량중 하나 또는 둘 다를 증가시키는 중질 연료 성분(heavy fuel component)을 포함하되, 상기 중질 연료 성분이 디젤 연료의 중량을 기준으로 15 내지 50중량%의 비율로 존재하고, 조성물의 유황 함량이 조성물의 중량을 기준으로 0.2중량% 이하인 디젤 연료 조성물.
2. 원유를 정제하여서 정제된 생성물의 중량을 기준으로 0.2중량% 미만의 유황을 함유하는 중간 증류 연료유를 생성하는 단계, 및 디젤 연료에 함유됨으로써 (a) 50% 증류 온도(ASTM D86에 정의됨) 및 (b) 다핵 방향족 화합물, 특히 3개 이상의 환을 함유하는 방향족 화합물의 함량중 하나 또는 둘 다를 증가시키는 중질 연료 성분을, 상기 정제된 생성물의 중량 기준으로 50중량% 이하로 상기 정제된 생성물과 블렌딩시켜서, 유황 함량이 0.2중량% 이하인 연료유 조성물을 제공하는 단계를 포함하는, 윤활성이 향상된 중간 증류 연료유(middle distillate fuel oil)의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 조성물의 윤활성이, HFRR(고주파 왕복 장치; High Frequency Reciprocating Rig) 시험에 의해 60℃에서 측정할 때 500㎛ 이하의 마모 자국 직경을 제공하는 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 조성물의 유황 함량이 0.05중량% 이하인 방법.