JP2010077178A - 代替燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】オクタン価が高く、大気中の水による相分離が抑制された代替燃料を提供する。
【解決手段】代替燃料は、レギュラーガソリンにエタノールを添加し、さらに共溶媒として２−メチルフラン等の芳香族系フランを添加する。エタノールの割合を固定し、レギュラーガソリンの一部を２−メチルフランで置換していくと、相分離が発生する水の最小添加割合が増大する。レギュラーガソリンとエタノールの混合燃料に２−メチルフランを添加することで、大気中の水による相分離を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は代替燃料、特にエタノールを用いた代替燃料に関する。

アルコールの一つであるエタノールは、例えばサトウキビやトウモロコシ等から得られた糖を発酵して作ることができるいわゆるバイオ燃料としてＣＯ_２排出削減やエネルギ資源の一つとして生産されている。このエタノールは、エタノール単体として燃料として用いられる他、ガソリン等に混合して火花点火機関用の燃料として用いられる。

下記の特許文献１には、炭化水素系燃料とエタノールと、その両者の共溶媒としてメチルテトラヒドロフラン（ＭＴＨＦ）を混合した燃料が開示されている。

また、特許文献２には、フラン等の芳香族系フラン等を火花点火機関用ガソリンに混合し、燃焼速度を向上させた燃料が開示されている。

また、特許文献３には、オレフィンを主成分とする燃料にエタノールやフラン等の芳香族系フラン等の含酸素化合物を混合して出力を向上させることが開示されている。

特表平１１−５０９２６９号公報 特開平５−３２９８１号公報 特開平６−３１３１７８号公報

エタノールはオクタン価を向上させる効果があるため、エタノールを混合することで燃料のオクタン価が向上する利点があるが、ＭＴＨＦに関してはオクタン価が８７とレギュラーガソリンよりも低く、混合した場合にもオクタン価を向上させる効果がないため燃料に混合することはオクタン価の点で問題がある。

また、水溶性のあるエタノールと水溶性のないガソリンを混合した場合、混合燃料が大気中等の水を一定量吸収してしまうと、エタノールが、水を含む相とガソリンを含む相の２相に分離してしまい、オクタン価や成分の異なる２種類の燃料になるため、火花点火機関用の燃料として使用しにくい問題がある。

本発明の目的は、エタノールを用いつつ、大気中の水等による相分離を抑制できる代替燃料を提供することにある。

本発明は、ガソリンに対して、エタノールと芳香族系フランを添加したことを特徴とする。

本発明において、前記芳香族系フランは、フラン、２−メチルフラン、２，５−ジメチルフランのいずれかとすることができる。

本発明によれば、ガソリンにエタノールを添加しつつ、大気中の水等による相分離を抑制することができる。

以下、図面に基づき実施形態について説明する。

本実施形態では、ガソリンにアルコール及び芳香族系フランを混合して代替燃料とする。アルコールとしてはエタノールを用い、芳香族系フランとして２−メチルフランを用いる。ガソリンにエタノールを混合した燃料では、エタノールは水に対する親和性が高いため、水が存在するとエタノールはほとんどが水相に移動し、水とエタノールを含む相と、ガソリンとエタノールを含む相の２相に分離してしまう。このため、オクタン価や組成の異なる２種類の燃料が生成されてしまい、火花点火機関の燃料として使用することが困難となる。

そこで、本実施形態では、ガソリンとエタノールの混合燃料に、さらに芳香族系フランを混入することで、相分離を抑制する。また、芳香族系フランは、エタノールと同様にオクタン価を向上させる効果があるため、ＭＴＨＦと異なり、オクタン価の高い代替燃料を得ることができる。

芳香族系フランとしては、上記の２−メチルフランの他に、フラン、２，５−ジメチルフラン等がある。２−メチルフランは、エタノールと混合し、水に難溶である。芳香族系フランは、ガソリン及びエタノールに対して共溶媒として機能し、ガソリンとエタノールの相分離を抑制する。

図１に、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの容量を変化させて作成した燃料のそれぞれについて、水を添加した場合に相分離が発生する最小添加割合（最小単位を１容量％とする）を測定した結果を示す。燃料Ａは、レギュラーガソリン７０ｍｌ、エタノール３０ｍｌであり、レギュラーガソリンとエタノールの混合燃料（比較例あるいは基準例）である。燃料Ｂは、レギュラーガソリン６０ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、２−メチルフラン１０ｍｌであり、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料である。燃料Ｂは、燃料Ａに対して、エタノールの量を変えずに、レギュラーガソリンの量を減らし、その減少分だけ２−メチルフランを添加したものである。すなわち、エタノールの量を固定し、レギュラーガソリンの一部を２−メチルフランで置換したものである。燃料Ｃは、レギュラーガソリン５０ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、２−メチルフラン２０ｍｌであり、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料である。燃料Ｃは、燃料Ｂと同様に、燃料Ａに対して、エタノールの量を変えずに、レギュラーガソリンの量を減らし、その減少分だけ２−メチルフランを添加したものである。すなわち、エタノールの量を固定し、レギュラーガソリンの一部を２−メチルフランで置換したものである。

燃料Ａは、レギュラーガソリンとエタノールの混合燃料であり、水を１容量％添加した場合、エタノールが水溶性を持つため燃料相に水が取り込まれるだけで相分離は生じないが、水を２容量％だけ添加した場合、分離が起こらない許容値（許容含水量）を超えてしまい、水相が分離する。その時に、エタノールは水に対する親和性が高いため、ほとんどが水相に移動して、水とエタノールを含む相と、ガソリンとエタノールを含む相に分離してしまう。すなわち、相分離が発生する水の最小添加割合は、２容量％である。

燃料Ｂ，Ｃは、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料であり、親水性のあるエタノールの割合はそのままとし、レギュラーガソリンの一部を２−メチルフランに置き換えたものである。２−メチルフランを添加すると、許容含水量が増大し、燃料Ｂでは相分離が発生する水の最小添加割合は３容量％、燃料Ｃでは相分離が発生する水の最小添加割合は４容量％となる。すなわち、２−メチルフランの添加量を０から１０ｍｌ、さらに２０ｍｌと増加させると、相分離が発生する水の最小添加割合は増大する。２−メチルフランの添加量と、相分離が発生する水の最小添加割合は正の相関にあるということができる。相分離が発生する水の最小添加割合が増加するということは、それだけ大気中の水が燃料に含まれていても分離が起こりにくいことを意味するから、燃料として使い易いということができる。

なお、出願人は、図１に示される燃料Ａ、燃料Ｂ、燃料Ｃの他に、レギュラーガソリン３０ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、２−メチルフラン４０ｍｌとした混合燃料も作成して測定したところ、その燃料の相分離が発生する水の最小添加割合が５容量％となったことも確認している。このことからも、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料とし、エタノールの割合を固定してレギュラーガソリンの割合を減少し、２−メチルフランの割合を増加することで、相分離を効果的に抑制することができる。

また、レギュラーガソリン４０ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、２−メチルフラン３０ｍｌの混合燃料は、本実施例では相分離が発生する水の最小添加割合を１％容量単位で測定しているためその正確な数値は不明であるが、４容量％と５容量％の間にあることは明らかである。

図２に、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料において、レギュラーガソリン、エタノール、２−メチルフランそれぞれの割合を種々に変化させたときのオクタン価の変化を示す。

燃料Ｄは、レギュラーガソリン１００容量％、エタノール０容量％、２−メチルフラン０容量％であり、レギュラーガソリンのみの参考燃料である。オクタン価は９０である。

燃料Ｅは、レギュラーガソリン９０容量％、エタノール１０容量％、２−メチルフラン０容量％であり、レギュラーガソリンとメタノールの混合燃料であって参考燃料である。オクタン価は９５である。上述したように、エタノールはオクタン価を向上させる効果があるため、レギュラーガソリンのみの場合よりも、レギュラーガソリンとエタノールの混合燃料の方がオクタン価は高くなる。

燃料Ｆは、レギュラーガソリン８０容量％、エタノール２０容量％、２−メチルフラン０容量％であり、レギュラーガソリンとメタノールの混合燃料であって参考燃料である。オクタン価は９９である。エタノールの割合を増加させると、これに伴ってオクタン価も増加する。

燃料Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、燃料Ｅ、Ｆと同様にレギュラーガソリンとエタノールの混合燃料であって参考燃料である。燃料Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の順に、レギュラーガソリンの割合が減少し、エタノールの割合が増加する。つまり、燃料Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の順に、レギュラーガソリンをエタノールで置換する量が増加する。燃料Ｆ１のオクタン価は１０２、燃料Ｆ２のオクタン価は１０４、燃料Ｆ３のオクタン価は１０５である。このように、エタノールの容量％を３０％（燃料Ｆ１）、４０％（燃料Ｆ２）、５０％（燃料Ｆ３）と増加するに従ってオクタン価は増加するものの、その向上効果は飽和傾向にある。すなわち、レギュラーガソリンとエタノールの混合燃料において、レギュラーガソリンの割合が小さすぎると、エタノールによるオクタン価の増大効果は限定されてしまうことになる。一方、レギュラーガソリンの割合が多すぎると、エタノールの割合が結果として少なくなるため効果の絶対値（オクタン価の絶対値）が小さくなってしまう。

燃料Ｇは、レギュラーガソリン８０容量％、エタノール１０容量％、２−メチルフラン１０容量％であり、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料である。オクタン価は９９である。燃料Ｄや燃料Ｅよりもオクタン価が高く、燃料Ｆと同程度である。燃料Ｆと燃料Ｇとを対比すると、燃料Ｇは、燃料Ｆのレギュラーガソリンの割合を維持するとともに、エタノールの一部を２−メチルフランで置換した燃料ということができる。燃料Ｆと燃料Ｇのオクタン価が９９と同程度であることを考慮すると、エタノールの一部を２−メチルフランで置換しても、エタノールのオクタン価向上効果を損なうことがなく、あるいは２−メチルフランもエタノールと同様にレギュラーガソリンのオクタン価を向上させる効果があり、かつ、２−メチルフランを添加することで２−メチルフランをレギュラーガソリンとエタノールに対する共溶媒として機能させ、大気中の水の混入による相分離も抑制できる。

燃料Ｂ，Ｃ，Ｇはいずれもレギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料であり、燃料Ｂ，Ｃはエタノールと２−メチルフランの割合の大小に関してはエタノールの割合＞２−メチルフランの割合であり、燃料Ｇはエタノールの割合＝２−メチルフランの割合である。エタノールと２−メチルフランの割合に関しては、親水性のあるエタノールの割合が多い方が燃料としての許容含水量が大きいため、一般に、エタノールの割合≧２−メチルフランの割合とするのが好適である。

また、レギュラーガソリンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料において、レギュラーガソリンの量をｘ（容量％）、エタノールの量をｙ（容量％）、２−メチルフランの量をｚ（容量％）とすると、レギュラーガソリンの量ｘは５０≦ｘ≦９７が好適である。レギュラーガソリンの量が少ないとエタノール添加によるオクタン価向上の効果が小さくなり、レギュラーガソリンが多くなるとその分だけエタノールと２−メチルフランの割合が小さくなりオクタン価の絶対値が小さくなってしまうからである。レギュラーガソリンの量ｘは、より好適には６０≦ｘ≦９５である。また、エタノールと２−メチルフランの量については、１＜ｚ≦ｙである。まとめると、
好適な範囲：５０≦ｘ≦９７、３≦ｙ＋ｚ≦５０、１＜ｚ≦ｙ
さらに好適な範囲：６０≦ｘ≦９５、５≦ｙ＋ｚ≦４０、１＜ｚ≦ｙ
である。

本実施形態では、芳香族系フランとして、２−メチルフランを例にとり説明したが、フラン、２，５−ジメチルフランでも同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、レギュラーガソリンにエタノールと２−メチルフランを添加しているが、レギュラーガソリンに代えてパラフィン類、例えばイソオクタンについても同様にエタノールと芳香族系フランを添加することで、オクタン価を向上させるとともに、相分離を抑制することができる。

図３に、イソオクタンとエタノールと２−メチルフランの容量を変化させて作成した燃料のそれぞれについて、水を添加した場合に相分離が発生する最小添加割合（最小単位を１容量％とする）を測定した結果を示す。

燃料Ａ１は、イソオクタン７０ｍｌ、エタノール３０ｍｌであり、イソオクタンとエタノールの混合燃料であり参考燃料である。相分離が発生する水の最小添加割合は１容量％である。

燃料Ｂ１は、イソオクタン６０ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、２−メチルフラン１０ｍｌであり、イソオクタンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料である。燃料Ａ１に対して、エタノールの割合を維持し、イソオクタンの一部を２−メチルフランで置換したものである。相分離が発生する水の最小添加割合は２容量％であり、燃料Ａ１に対して相分離が生じにくいことを示している。

燃料Ｃ１は、イソオクタン５０ｍｌ、エタノール３０ｍｌ、２−メチルフラン２０ｍｌであり、イソオクタンとエタノールと２−メチルフランの混合燃料である。燃料Ｂ１に対し、２−メチルフランの割合を増加している。相分離が発生する水の最小添加割合は３容量％である。レギュラーガソリンを用いた図１と対比すると、図３の場合においても２−メチルフランの割合を増加することで相分離が抑制されることが分かる。

レギュラーガソリン、エタノール、２−メチルフランの割合と相分離が発生する水の最小添加割合との関係を示す表図である。 レギュラーガソリン、エタノール、２−メチルフランの割合とオクタン価との関係を示す表図である。 イソオクタン、エタノール、２−メチルフランと相分離が発生する水の最小添加割合との関係を示す表図である。

Claims (3)

1. ガソリンに対して、エタノールと芳香族系フランを添加したことを特徴とする代替燃料。
2. 請求項１記載の燃料において、
   前記芳香族系フランは、フラン、２−メチルフラン、２，５−ジメチルフランのいずれかであることを特徴とする代替燃料。
3. 請求項１記載の燃料において、
   前記ガソリンの量をｘ容量％、前記エタノールの量をｙ容量％、前記芳香族系フランの量をｚ容量％とした場合、５０≦ｘ≦９７、３≦ｙ＋ｚ≦５０、１＜ｚ≦ｙを満たすことを特徴とする代替燃料。

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