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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-15
(45)【発行日】2024-05-23
(54)【発明の名称】リーンバーンエンジン用燃料組成物
(51)【国際特許分類】
   C10L 1/06 20060101AFI20240516BHJP
   C10L 1/182 20060101ALI20240516BHJP
   C10L 1/02 20060101ALI20240516BHJP
【FI】
C10L1/06
C10L1/182
C10L1/02
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2020058784
(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公開番号】P2021155626
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2023-02-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000004444
【氏名又は名称】ENEOS株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100169454
【弁理士】
【氏名又は名称】平野 裕之
(72)【発明者】
【氏名】小畠 健
(72)【発明者】
【氏名】内木 武虎
【審査官】森 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-065216(JP,A)
【文献】特開平08-127783(JP,A)
【文献】特開平07-188678(JP,A)
【文献】国際公開第2021/020181(WO,A1)
【文献】特表2002-536530(JP,A)
【文献】特開平11-061157(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C10L 1/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
40~95体積%の炭素数4~8の炭化水素と、5~60体積%のエタノールと、を含有し、
炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数4~6の炭化水素の割合が80体積%以上であり、
炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のオレフィンの割合が10~80体積%であり、
芳香族分が5体積%以下である、リーンバーンエンジン用燃料組成物。
【請求項2】
炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のオレフィンの割合が、30~60体積%である、請求項に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
【請求項3】
40~95体積%の炭素数4~8の炭化水素と、5~60体積%のエタノールと、を含有し、
炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数7~8の炭化水素の割合が80体積%以上であり、
炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のオレフィンの割合が5~40体積%であり、
芳香族分が10~50体積%である、リーンバーンエンジン用燃料組成物。
【請求項4】
炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数7~8の炭化水素の割合が90体積%以上であり、且つ、エタノールの含有量が40~60体積%である、請求項に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
【請求項5】
炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のオレフィンの割合が、10~20体積%である、請求項3又は4に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
【請求項6】
炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8の芳香族化合物の割合が、30~50体積%である、請求項3又は4に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リーンバーンエンジン用燃料組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、理論空燃比より薄い混合気で燃料を燃焼させるリーンバーンエンジンが知られている。このようなリーンバーンエンジン用の燃料としては、例えば、特許文献1に、アルキレートガソリン、接触改質ガソリン、軽質接触分解ガソリン及びコーカーライトガソリンよりなる群から選ばれた1種以上のガソリンを配合したことを特徴とするリーンバーンエンジン用燃料組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2007-182579号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
リーンバーンエンジンにおいて、運転可能な空燃比(空気/燃料)の上限はリーン限界と称され、このリーン限界を拡大することで、燃費の向上、燃焼の安定化等が期待される。
【0005】
一方、リーンバーンエンジン用燃料組成物には、ノッキングを抑制するためにオクタン価(RON)が高いことも求められている。しかし、従来のリーンバーンエンジン用燃料組成物では、リーン限界の拡大と高いオクタン価とを両立することが困難であった。
【0006】
そこで本発明は、リーンバーンエンジンのリーン限界を拡大させることが可能であり、且つ、十分に高いオクタン価を有するリーンバーンエンジン用燃料組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一側面は、40~95体積%の炭素数4~8の炭化水素と、5~60体積%のエタノールと、を含有する、リーンバーンエンジン用燃料組成物に関する。
【0008】
一態様において、炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数4~6の炭化水素の割合は、90体積%以上であってよい。
【0009】
上記態様において、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のオレフィンの割合は、30~60体積%であってよい。
【0010】
上記態様に係る燃料組成物は、芳香族分が5体積%以下であってよい。
【0011】
他の一態様において、炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数7~8の炭化水素の割合は90体積%以上であってよく、このとき、エタノールの含有量は40~60体積%であってよい。
【0012】
上記態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のオレフィンの割合は、10~20体積%であってよい。
【0013】
上記態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8の芳香族化合物の割合が、30~50体積%であってよい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、リーンバーンエンジンのリーン限界を拡大させることが可能であり、且つ、十分に高いオクタン価を有するリーンバーンエンジン用燃料組成物が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0016】
本実施形態の燃料組成物は、40~95体積%の炭素数4~8の炭化水素と、5~60体積%のエタノールと、を含有する、リーンバーンエンジン用燃料組成物である。
【0017】
本実施形態の燃料組成物では、炭素数4~8の炭化水素とエタノールとを主要な構成成分としている。このような燃料組成物は、リーンバーンエンジンのリーン限界を拡大させることが可能であり、且つ、十分に高いオクタン価を有するため、リーンバーンエンジン用燃料組成物として(特に、リーン限界が2以上の超希薄燃焼用として)好適に用いることができる。
【0018】
なお、本明細書中、燃料組成物における各成分の含有量は、JIS K 2536-2「石油製品-成分試験方法 第2部:ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」に記載の方法で測定される値を示す。
【0019】
本実施形態の燃料組成物において、エタノールの含有量は、オクタン価がより向上する観点から、好ましくは7体積%以上であり、より好ましくは10体積%以上であり、更に好ましくは15体積%以上であり、一層好ましくは20体積%以上であり、より一層好ましくは25体積%以上である。また、エタノールの含有量は、リーン限界をより拡大できる観点から、好ましくは55体積%以下であり、より好ましくは53体積%以下であり、50体積%以下、45体積%以下、40体積%以下又は35体積%以下であってもよい。
【0020】
本実施形態の燃料組成物において、炭素数4~8の炭化水素の含有量は、リーン限界をより拡大できる観点から、好ましくは45体積%以上であり、より好ましくは47体積%以上であり、50体積%以上、55体積%以上、60体積%以上又は65体積%以上であってもよい。また、炭素4~8の炭化水素の含有量は、オクタン価がより向上する観点から、好ましくは93体積%以下であり、より好ましくは90体積%以下であり、更に好ましくは85体積%以下であり、一層好ましくは80体積%以下であり、より一層好ましくは75体積%以下である。
【0021】
炭素数4~8の炭化水素には、例えば、炭素数4~8のパラフィン(炭素数4~8のパラフィン及び炭素数4~8のイソパラフィン)、炭素数4~8のオレフィン、炭素数6~8の芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレン等)等が含まれていてよい。
【0022】
本実施形態の好適な一態様(以下、第一の態様)において、炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数4~6の炭化水素の割合(すなわち、炭素数4~8の炭化水素の全量に対する炭素数4~6の炭化水素の含有量)は、80体積%以上であってよい。
【0023】
第一の態様において、炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数4~6の炭化水素の割合は、好ましくは85体積%以上であり、より好ましくは87体積%以上である。
【0024】
炭素数4~6の炭化水素には、例えば、炭素数4~6のパラフィン(炭素数4~6のパラフィン及び炭素数4~6のイソパラフィン)、炭素数4~6のオレフィン、炭素数6の芳香族化合物(ベンゼン)等が含まれていてよい。
【0025】
第一の態様において、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のパラフィンの割合は、例えば20体積%以上であってよく、好ましくは25体積%以上、より好ましくは30体積%以上、更に好ましくは35体積%以上である。また、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のパラフィンの割合は、例えば70体積%以下であってよく、好ましくは65体積%以下、より好ましくは60体積%以下、更に好ましくは55体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0026】
第一の態様において、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のノルマルパラフィンの割合は、例えば1体積%以上であってよく、好ましくは2体積%以上、より好ましくは3体積%以上、更に好ましくは5体積%以上である。また、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のノルマルパラフィンの割合は、例えば30体積%以下であってよく、好ましくは25体積%以下、より好ましくは20体積%以下、更に好ましくは15体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0027】
第一の態様において、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のイソパラフィンの割合は、例えば10体積%以上であってよく、好ましくは15体積%以上、より好ましくは20体積%以上、更に好ましくは25体積%以上、一層好ましくは30体積%以上である。また、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のイソパラフィンの割合は、例えば65体積%以下であってよく、好ましくは60体積%以下、より好ましくは55体積%以下、更に好ましくは50体積%以下、一層好ましくは45体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0028】
第一の態様において、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のオレフィンの割合は、例えば10体積%以上であってよく、好ましくは20体積%以上、より好ましくは30体積%以上、更に好ましくは35体積%以上、一層好ましくは40体積%以上である。また、炭素数4~6の炭化水素に占める炭素数4~6のオレフィンの割合は、例えば80体積%以下であってよく、好ましくは75体積%以下、より好ましくは70体積%以下、更に好ましくは65体積%以下、一層好ましくは60体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0029】
第一の態様の燃料組成物における芳香族分は、好ましくは5体積%以下であり、より好ましくは3体積%以下、更に好ましくは2体積%以下である。
【0030】
本実施形態の好適な他の一態様(以下、第二の態様)において、炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数7~8の炭化水素の割合(すなわち、炭素数4~8の炭化水素の全量に対する炭素数7~8の炭化水素の含有量)は、90体積%以上であってよい。
【0031】
第二の態様において、炭素数4~8の炭化水素に占める炭素数7~8の炭化水素の割合は、好ましくは80体積%以上であり、より好ましくは90体積%以上であり、100体積%であってもよい。
【0032】
炭素数7~8の炭化水素には、例えば、炭素数7~8のパラフィン(炭素数7~8のパラフィン及び炭素数7~8のイソパラフィン)、炭素数7~8のオレフィン、炭素数7~8の芳香族化合物(トルエン、キシレン等)等が含まれていてよい。
【0033】
第二の態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のパラフィンの割合は、例えば20体積%以上であってよく、好ましくは25体積%以上、より好ましくは30体積%以上、更に好ましくは40体積%以上である。また、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のパラフィンの割合は、例えば80体積%以下であってよく、好ましくは70体積%以下、より好ましくは60体積%以下、更に好ましくは50体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0034】
第二の態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のノルマルパラフィンの割合は、例えば3体積%以上であってよく、好ましくは5体積%以上、より好ましくは7体積%以上、更に好ましくは10体積%以上である。また、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のノルマルパラフィンの割合は、例えば20体積%以下であってよく、好ましくは18体積%以下、より好ましくは15体積%以下、更に好ましくは13体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0035】
第二の態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のイソパラフィンの割合は、例えば20体積%以上であってよく、好ましくは25体積%以上、より好ましくは28体積%以上、更に好ましくは30体積%以上である。また、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のイソパラフィンの割合は、例えば70体積%以下であってよく、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下、更に好ましくは40体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0036】
第二の態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のオレフィンの割合は、例えば5体積%以上であってよく、好ましくは7体積%以上、より好ましくは9体積%以上、更に好ましくは11体積%以上である。また、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8のオレフィンの割合は、例えば40体積%以下であってよく、好ましくは30体積%以下、より好ましくは20体積%以下、更に好ましくは15体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0037】
第二の態様において、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8の芳香族化合物の割合は、例えば20体積%以上であってよく、好ましくは25体積%以上、より好ましくは30体積%以上、更に好ましくは40体積%以上である。また、炭素数7~8の炭化水素に占める炭素数7~8の芳香族化合物の割合は、例えば80体積%以下であってよく、好ましくは70体積%以下、より好ましくは60体積%以下、更に好ましくは50体積%以下である。これにより上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
【0038】
第二の態様の燃料組成物における芳香族分は、例えば10体積%以上であってよく、好ましくは15体積%以上、より好ましくは20体積%以上である。また、第二の態様の燃料組成物における芳香族分は、例えば50体積%以下であってよく、好ましくは40体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。
【0039】
第二の態様の燃料組成物において、エタノールの含有量は、オクタン価がより向上する観点から、好ましくは30体積%以上であり、より好ましくは40体積%以上であり、更に好ましくは45体積%以上である。
【0040】
本実施形態の燃料組成物は、炭素数9以上の炭化水素を更に含んでいてもよい。炭素数9以上の炭化水素は、例えば炭素数9~15の炭化水素であってよく、炭素数9~10の炭化水素であってもよい。
【0041】
本実施形態の燃料組成物において、炭素数9以上の炭化水素の含有量は、例えば50体積%未満であってよく、好ましくは40体積%以下、より好ましくは30体積%以下、更に好ましくは20体積%以下、一層好ましくは10体積%以下である。
【0042】
本実施形態の燃料組成物は、エタノール以外の含酸素化合物を更に含有していてもよい。
【0043】
含酸素化合物は、構成元素として酸素を含む有機化合物である。含酸素化合物としては、例えば、含酸素複素環式化合物、含酸素芳香族化合物、含酸素脂肪族化合物等が挙げられる。含酸素化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0044】
含酸素複素環式化合物は、含酸素複素環を有する化合物である。含酸素複素環式化合物としては、例えば、フラン環、テトラヒドロフラン環、エチレンオキシド環、プロピレンオキシド環、ピラン環、テトラヒドロピラン環、ベンゾフラン環、ベンゾピラン環等の含酸素複素環を有する化合物が挙げられる。含酸素複素環式化合物としては、上記効果がより顕著に得られる観点から、フラン環を有する化合物が好ましい。フラン環を有する化合物としては、例えば、フラン、2-メチルフラン、2,5-ジメチルフランが挙げられる。フラン環を有する化合物としては、フラン、2-メチルフランが特に好ましい。
【0045】
含酸素芳香族化合物は、構成元素として酸素を含み、芳香環を有する化合物である。含酸素芳香族化合物としては、例えば、芳香環に直接結合する酸素原子を有する芳香族化合物(例えば、アルコキシベンゼン、フェノール類等)等が挙げられる。アルコキシベンゼンとしては、例えば、アニソール、フェネトール、プロピルオキシベンゼン等が挙げられる。アルコキシベンゼンとしては、沸点範囲の観点から、アニソール及びフェネトールが好ましい。
【0046】
含酸素脂肪族化合物としては、例えば、エタノール以外のアルコール類、エーテル類等(例えば、イソブチルアルコール、ETBE(エチル-tert-ブチルエーテル)等が挙げられる。
【0047】
本実施形態の燃料組成物において、エタノール以外の含酸素化合物の含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば20体積%未満であってよく、15体積%以下、10体積%以下、5体積%以下又は1体積%以下であってよい。
【0048】
本実施形態の燃料組成物は、上記以外の他の成分を更に含有していてもよい。他の成分としては、例えば、清浄分散剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、表面着火防止剤、氷結防止剤、助燃剤、帯電防止剤、着色剤、防錆剤、水抜き剤、識別剤、着臭剤、摩擦調整剤等が挙げられる。これらの他の成分の合計含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば1体積%以下であってよく、0.5体積%以下が好ましく、0.1体積%以下がより好ましい。また、上記の他の成分の合計含有量は、燃料組成物の総量に対して、例えば0.001体積%以上であってよく、0.002体積%以上であってもよい。
【0049】
清浄分散剤としては、通常使用される清浄分散剤を用いることができ、例えば、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミンなどのガソリン清浄分散剤として公知の化合物を用いることができる。酸化防止剤としては、例えば、N,N’-ジイソプロピル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジイソブチル-p-フェニレンジアミン、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、ヒンダードフェノール類等が挙げられる。金属不活性化剤としては、例えば、N,N’-ジサリチリデン-1,2-ジアミノプロパンのようなアミンカルボニル縮合化合物等が挙げられる。表面着火防止剤としては、例えば、有機リン系化合物等が挙げられる。氷結防止剤としては、例えば、多価アルコール又はそのエーテル等が挙げられる。助燃剤としては、例えば、有機酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、高級アルコール硫酸エステル等が挙げられる。帯電防止剤としては、例えば、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。着色剤としては、例えば、アゾ染料等が挙げられる。防錆剤としては、例えば、有機カルボン酸又はその誘導体類、アルケニルコハク酸エステル等が挙げられる。水抜き剤としては、例えば、ソルビタンエステル類等が挙げられる。識別剤としては、例えば、キリザニン、クマリン等が挙げられる。着臭剤としては、例えば、天然精油合成香料等が挙げられる。摩擦調整剤としては、例えば、高級カルボン酸モノグリセリド及び高級カルボン酸のアミド化合物の混合物等が挙げられる。
【0050】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例
【0051】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0052】
(実施例1)
燃料組成物用原料として、軽質分解ガソリンを準備し、軽質分解ガソリンを70体積%、エタノールを30体積%の割合で混合し、下記表1に示す組成の燃料組成物を得た。なお、燃料組成物の組成は、JIS K 2536-2「石油製品-成分試験方法 第2部:ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」により測定された値を示す。
【0053】
得られた燃料組成物を用いて、以下の方法でリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表1に示す。
【0054】
<リーン限界の測定>
リーン限界は、下記の試験エンジンを使用し、回転数2000rpm、図示平均有効圧力800kPa、トルク最大となる最小進角点火時期(MBT)の条件下で空気過剰率を変更することで測定した。リーン限界は、図示平均有効圧力の変動率が3%を超える点における空気過剰率とした。なお、空気過剰率とは試験時の混合気の空燃比を燃料組成物の理論空燃比で除したものであり、当量比φの逆数となる。
(試験エンジン)
エンジン:単気筒
排気量:563cc
噴射方式:ポート噴射式
【0055】
<オクタン価の算出>
燃料組成物の組成は、JIS K 2280-1「石油製品-オクタン価、セタン価およびセタン指数の求め方 第1部:リサーチ方オクタン価」により測定された値を示す。
【0056】
(実施例2)
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質改質ガソリン(LFMT)とを準備し、軽質分解ガソリンを52.5体積%、LFMTを17.5体積%、エタノールを30体積%の割合で混合し、下記表1に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例1と同様にリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表1に示す。
【0057】
(実施例3)
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンを準備し、軽質分解ガソリンを90体積%、エタノールを10体積%の割合で混合し、下記表1に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例1と同様にリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表1に示す。
【0058】
(実施例4)
燃料組成物用原料として表3に示す組成のハイオクガソリン相当燃料を準備し、ハイオクガソリン相当燃料を50体積%、エタノールを50体積%の割合で混合し、下記表1に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例1と同様にリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表1に示す。
【0059】
(比較例1)
燃料組成物として、下記表3に示す組成のハイオクガソリン相当燃料を準備した。準備した燃料組成物を用いて、実施例1と同様にリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表2に示す。
【0060】
(比較例2)
比較例1で用いた燃料組成物とエチル-tert-ブチルエーテル(ETBE)とを1:1(体積比)で配合し、下記表2に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例1と同様にリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表2に示す。
【0061】
(比較例3)
比較例1で用いた燃料組成物と軽質直留ナフサ(LSR)とを1:1(体積比)で配合し、下記表2に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例1と同様にリーン限界の測定及びオクタン価の算出を行った。結果を表2に示す。
【0062】
(比較例4)
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質直留ナフサ(LSR)とを準備し、軽質分解ガソリンを70体積%、LSRを30体積%の割合で混合し、下記表2に示す組成の燃料組成物を得た。
【0063】
なお、表1~3中、各成分の割合を示す数値の単位は体積%である。
【0064】
【表1】
【0065】
【表2】
【0066】
【表3】