JP5437193B2 - 軽油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、低硫黄の軽油組成物に関し、さらに詳しくは、燃費に優れ、かつエンジン排ガス特性に優れる軽油組成物に関する。

車両用や発電機用などに用いられるディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘや粒子状物質を低減することは社会的要請であり、ディーゼルエンジン用燃料である軽油には、粒子状物質を低減するために、硫黄分の低減、蒸留性状の軽質化、芳香族量の低減などが求められている。これらに対応するために、一般的には、常圧蒸留装置から留出する直留軽油（ＬＧＯ）留分の蒸留性状を軽質化し、かつその軽油留分を水素化脱硫処理した上で、灯油留分などを配合することにより軽油は処方される。しかしながら、軽質化によって密度が低下し、燃費が悪化する場合があることが知られている。

一方、粒子状物質を低減するために、エンジンの後処理装置として、Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ（ＤＰＦ）が装着されるようになってきている。ＤＰＦは、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質をフィルタで捕捉する装置であり、粒子状物質の捕捉に伴い、差圧が発生する。この粒子状物質堆積により発生した差圧を解消するために、ＤＰＦへ燃料噴射を行い、堆積した粒子状物質を除去してＤＰＦを再生する必要がある。このように、ＤＰＦの再生は燃料消費の悪化を招くものであるため、省燃費特性を改善するためには、ＤＰＦの差圧の上昇を抑制することが重要になる。

燃料消費量の少ないディーゼル軽油組成物として、直留軽油と分解装置から得られる分解軽油とを、軽油脱硫装置に混合通油して得られる脱硫軽油基材を含有するディーゼル軽油組成物が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載されている実施例はいずれも、特許文献１に係る特許出願の出願当時の軽油の硫黄分規制値を反映して、硫黄分は０．０４〜０．０５質量％にまで低減されているものの、燃費の改善は十分ではない。さらに、現在では、エンジンの後処理装置に用いられる触媒は、軽油中の硫黄分の燃焼により生成される硫黄酸化物により被毒され、触媒の機能が低下することが判っており、軽油の硫黄分規制値は１０質量ｐｐｍ以下にまで強化されている。原油を原料油として得られる軽油組成物において、硫黄分を１０質量ｐｐｍ以下にまで低減させるためには、脱硫が困難な化合物（難脱硫物質）も脱硫しなければならず、脱硫触媒として分解機能を有する触媒を用いることになる。このため、例えば特許文献１に記載のディーゼル軽油組成物において、硫黄分を現在の硫黄分規制値まで低減させようとした場合、脱硫反応と共に分解反応も進行してしまい、得られるディーゼル軽油組成物の密度はさらに低下してしまい、燃費はより悪化してしまう場合がある。

また、ディーゼル自動車における排出ガスの効果的な低減と良好な低温性能を両立させた、硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下の低硫黄軽油組成物も提案されている。例えば、特許文献２には、低温流動性を改善させるために、特定の性状を有する軽油基材に、ノルマルパラフィンが特定量の基材や水素化分解装置から得られる水素化分解軽油を配合した低硫黄軽油組成物が記載されている。しかしながら、引用文献２では、低硫黄軽油組成物において、さらに省燃費特性を改善させることは検討されていない。

このように、ディーゼルエンジンにおいて、低排出ガス特性と省燃費特性を両立することは、環境性と経済性の点からともに重要であり、現行の軽油の硫黄分規制値を満足しながら、低排出ガス特性と省燃費特性を両立させる軽油組成物が望まれている。

特開平８−３１１４６２号公報 特開２００５−２２０３２９号公報

本発明は、このような状況下で、排出ガス特性を改善しつつ、燃費を向上させる軽油組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、ディーゼルエンジンから排出される排出ガス低減技術と燃費の向上技術について鋭意検討した結果、特定の蒸留性状を有する直留軽油留分と特定の蒸留性状を有する接触分解軽油留分とを特定比率で混合し脱硫処理することにより、蒸留性状は軽質化しているが高い密度を有する軽油組成物を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）常圧蒸留装置から留出する９０％留出温度が３３０〜３４５℃の直留軽油留分と、流動接触分解装置から得られる９０％留出温度が３２０〜３５０℃の接触分解軽油留分とを容量割合で９５：５〜８０：２０で混合したものを、脱硫処理して得られる脱硫軽油基材のみを軽油留分として含む軽油組成物であって、
（ａ）セタン価が５０〜６０、
（ｂ）９０％留出温度が２８２〜３３５．５℃、
（ｃ）１５℃密度が０．８３２〜０．８４０ｇ／ｃｍ^３、
（ｄ）引火点が６１℃以上、
（ｅ）４０℃動粘度が１．９〜４．１ｍｍ^２／ｓ、
（ｆ）硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下、
（ｇ）全芳香族量が３０質量％以下、
（ｈ）多環芳香族が４．５質量％以下、及び
（ｉ）ＨＦＲＲが４２０μｍ以下
であることを特徴とする軽油組成物を提供するものである。

本発明によれば、低排出ガス特性と省燃費特性を両立させた、車両用や発電機用などに用いられるディーゼルエンジン用の燃料油組成物として好適な軽油組成物を提供することができる。

本発明の軽油組成物は、常圧蒸留装置から留出する９０％留出温度が３３０〜３４５℃の直留軽油留分と、流動接触分解装置から得られる９０％留出温度が３２０〜３５０℃の接触分解軽油留分とを容量割合で９５：５〜８０：２０で混合したものを、脱硫処理して得られる脱硫軽油基材を含む軽油組成物であって、下記（ａ）〜（ｉ）の燃料特性を備えることを特徴とする。
（ａ）セタン価が５０〜６０、
（ｂ）９０％留出温度が２８２〜３３６℃、
（ｃ）１５℃密度が０．８３２〜０．８４８ｇ／ｃｍ^３、
（ｄ）引火点が６１℃以上、
（ｅ）４０℃動粘度が１．９〜４．１ｍｍ^２／ｓ、
（ｆ）硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下、
（ｇ）全芳香族量が３０質量％以下、
（ｈ）多環芳香族が４．５質量％以下、及び
（ｉ）ＨＦＲＲが４２０μｍ以下。

本発明においては、蒸留性状をそれぞれ最適化した常圧蒸留装置から留出する直留軽油（ＬＧＯ）留分と流動接触分解装置から得られる接触分解軽油（ＬＣＯ）留分とを、特定の割合で混合した後、水素化脱硫装置で脱硫処理して得られた脱硫軽油基材を用いる。当該脱硫軽油基材は、９０％留出温度が低く、充分に軽質化されているにも関わらず、密度が高い。このため、当該脱硫軽油基材を含むことにより、本発明の軽油組成物は、ディーゼルエンジンからの排出ガス低減と燃費向上を同時に達成することができる。

以下、本発明の内容を更に詳しく説明する。
本発明の軽油組成物において、常圧蒸留装置から留出する直留軽油（ＬＧＯ）留分の９０％留出温度は３３０〜３４５℃であり、好ましくは３３２〜３４３℃である。９０％留出温度が３３０℃以上であることにより、ディーゼルエンジンの燃費を良好な範囲内に保つことができる。また、９０％留出温度が３４５℃以下であることにより、エンジンから排出される粒子状物質の成分であるｓｏｏｔの排出量を低減させることができる。なお、本出願書類において、９０％留出温度は、ＡＳＴＭ Ｄ８６の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物において、流動接触分解装置から得られる接触分解軽油（ＬＣＯ）留分の９０％留出温度は３２０〜３５０℃であり、好ましくは３２２〜３４８℃である。９０％留出温度が３２０℃以上であることにより、ディーゼルエンジンの燃費を良好な範囲内に保つことができる。また、９０％留出温度が３５０℃以下であることにより、エンジンから排出される粒子状物質の成分であるｓｏｏｔや高沸点炭化水素成分から成る可溶性有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：ＳＯＦ分）の排出量を低減させることができる。なお、本出願書類において、９０％留出温度は、ＡＳＴＭ Ｄ８６の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物において、脱硫処理する直留軽油（ＬＧＯ）留分と接触分解軽油（ＬＣＯ）留分の配合割合は、９５：５〜８０：２０、好ましくは９２：８〜８１：１９である。直留軽油（ＬＧＯ）留分と接触分解軽油（ＬＣＯ）留分の総量に対する接触分解軽油（ＬＣＯ）の配合量を５質量％以上とすることにより、ディーゼルエンジンの燃費を良好な範囲内に保つことができる。また、２０質量％以下とすることにより、エンジンから排出される粒子状物質の成分であるｓｏｏｔやＳＯＦ分の排出量を低減させることができる。

本発明の軽油組成物に含まれる脱硫軽油基材（以下、本発明の脱硫軽油基材）は、直留軽油（ＬＧＯ）留分と接触分解軽油（ＬＣＯ）留分の混合原料油を、触媒の存在下で水素化処理することにより製造することができる。触媒や水素化処理方法自体は、既知の触媒や水素化処理方法を用いることができる。

本発明において水素化処理に用いる触媒としては、特に限定されず、種々の水素化処理触媒を使用することができる。触媒の担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ボリア、マグネシア、チタニア、リン酸化物などの無機化合物、又はこれらの１ 種以上の混合物等や複合酸化物等が挙げられる。また、上記担体に担持させる金属としては、モリブデンやタングステン等の周期律表第６族金属、コバルト、ニッケル、白金、ロジウム、ルテニウム等の周期律表第８族金属を用いることができ、これらは単独で用いてもよく、２ 種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、コバルト−モリブデン系水素化処理触媒、ニッケル−モリブデン系水素化処理触媒、ニッケル−コバルト−モリブデン系水素化処理触媒、ニッケル−タングステン系水素化処理触である。
上記成分以外にリン、フッ素、ホウ素、亜鉛、塩素、ナトリウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、マグネシウム、セシウム、ジルコニアなどの第三成分を担持したものも用いることができる。更に、クエン酸等のキレート性有機化合物を含ませてもよい。これらのキレート性有機化合物は、コバルト又はニッケルと錯体を形成した状態で水素化処理触媒に含まれるとより好ましい。

上記水素化処理条件として、水素圧力を通常の水素化脱硫に用いる水素分圧よりも高く設定することにより、本発明の脱硫軽油基材を製造することができる。水素分圧は２〜１０ＭＰａ 、好ましくは３〜８ＭＰａ 、更に好ましくは５〜８ＭＰａである。水素分圧が上記範囲内にあれば、脱硫性能を向上でき、脱硫軽油基材の芳香族分を所定の範囲にまで低減することができる。

また、反応温度は３００〜４００℃、好ましくは、３２０〜３８０℃である。反応温度が上記範囲内であれば、脱硫性能が高く、脱硫軽油基材の芳香族分を所定の範囲にまで低減することができる。

また、液空間速度は０．３〜５ｈｒ^−１、好ましくは０．５〜４ｈｒ^−１、更に好ましくは、０．５〜３ｈｒ^−１である。液空間速度が上記範囲内にあれば、触媒と原料油の接触時間が十分で、処理効率が向上し、かつ、脱硫反応が十分に行われ、生成油の残留硫黄分が少なくなる。

また、水素／油比は１００〜６００Ｎｍ^３／ｋｌ、好ましくは１５０〜４００Ｎｍ^３／ｋｌ、更に好ましくは１５０〜３００Ｎｍ^３／ｋｌである。水素／油比が上記範囲内にあれば、十分に脱硫反応が進行し、過剰に水素を消費することもなく、処理コストを削減できる。

本発明の軽油組成物は、上記（ａ）〜（ｉ）の燃料特性を満足する範囲内において、上記脱硫軽油基材以外のその他の軽油留分を含んでいてもよい。その他の軽油留分としては、原油を常圧蒸留装置で分留して得られる常圧残渣油を減圧蒸留装置で処理して得られる減圧軽油を水素化処理して得られる水素化軽油留分、常圧残渣油や減圧蒸留装置で得られる減圧残渣油を水素化処理して得られる水素化軽油留分、軽油よりも重質な留分を原料に用いて水素化分解処理で得られる水素化分解軽油、動植物油を水素化処理して得られる水素化軽油留分などが挙げられる。

本発明の軽油組成物は、上記（ａ）〜（ｉ）の燃料特性を満足する範囲内において、さらに灯油留分を含めることもできる。但し、通常は、灯油留分を含む場合には、９０％留出温度又は１５℃密度が、上記（ｂ）又は（ｃ）の範囲から外れてしまう場合が多い。このため、本発明の軽油組成物としては、灯油留分を含まないものであることが好ましい。

本発明の軽油組成物においては、セタン価は５０〜６０、好ましくは５２〜６０である。これよりセタン価が低いと、ディーゼルエンジンの低温時始動性が低下するほか、エンジンからのＣＯやＨＣの排出量が多くなる場合がある。なお、本出願書類において、セタン価は、ＡＳＴＭ Ｄ６１３−８４の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、９０％留出温度は２８２〜３３６℃、好ましくは３００〜３３６℃、より好ましくは３２０〜３３６℃である。９０％留出温度が２８２℃以上であることにより、ディーゼルエンジンの燃費を良好な範囲内に保つことができる。また、３３６℃以下であることにより、エンジンから排出される粒子状物質の成分であるｓｏｏｔやＳＯＦ分の排出量を低減させることができる。なお、本出願書類において、９０％留出温度は、ＡＳＴＭ Ｄ８６の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、１５℃密度は０．８３２〜０．８４８ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．８３２〜０．８４０ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．８３３〜０．８３９ｇ／ｃｍ^３である。密度が当該範囲内にあることにより、ディーゼルエンジンの燃費を良好な範囲内に保つことができ、かつエンジンから排出される粒子状物質の成分であるｓｏｏｔやＳＯＦ分の排出量を低減させることができる。なお、本出願書類において、１５℃密度は、ＡＳＴＭ Ｄ−４０５２の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、引火点は６１℃以上、好ましくは６２℃以上である。引火点が６１℃以上であることにより、軽質分の割合が多くなりすぎず、ディーゼルエンジンの燃費を良好な範囲内に保つことができる。なお、本出願書類において、引火点は、ＡＳＴＭ Ｄ−９３の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、４０℃動粘度は１．９〜４．１ｍｍ^２／ｓ、好ましくは２．０〜３．８ｍｍ^２／ｓである。動粘度がこの範囲内であれば、ディーゼルエンジンの噴射ポンプで故障を生じないほか、燃料噴霧に悪影響しディーゼルエンジンから排出される粒子状物質が増加することを防ぐことができ好ましい。なお、本出願書類において、４０℃動粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ−４４５の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、硫黄分は５０質量ｐｐｍ以下、好ましくは１０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは９質量ｐｐｍ以下である。硫黄分がこれより多いと、エンジンから排出される粒子状物質の成分であるサルフェートの排出量が多くなり、更に排ガス後処理装置の性能に悪影響を及ぼし、その他の排出ガスが増加する場合がある。なお、本出願書類において、硫黄分は、ＡＳＴＭ Ｄ−５４５３の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、全芳香族量は３０質量％以下、好ましくは２７質量％以下であり、多環芳香族量は４．５質量％以下、好ましくは３．１質量％以下である。下限に制限はないが、本発明に用いる直留軽油（ＬＧＯ）留分と接触分解軽油（ＬＣＯ）留分を用いると、通常、全芳香族量は１９質量％以上、多環芳香族量は１．６質量%以上含まれている。全芳香族量や多環芳香族量がこれらの数値以下であることにより、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質やＮＯｘ排出量を低減させることができる。なお、本出願書類において、芳香族量は、ＡＳＴＭ Ｄ５１８６の規定に準拠して測定した値を意味する。

本発明の軽油組成物においては、ＨＦＲＲは４２０μｍ以下である。ＨＦＲＲの摩耗痕径が４２０μｍ以下であることにより、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプに異常摩耗が発生するリスクを低減させることができる。なお、本出願書類において、ＨＦＲＲは、ＡＳＴＭ Ｄ−６０７９の規定に準拠して測定した値を意味する。

また、本発明の軽油組成物には、必要に応じて、各種の添加剤を適宜配合することができる。このような添加剤としては、セタン価向上剤、界面活性剤、流動性向上剤、防腐剤、防錆剤、泡消剤、清浄剤、酸化防止剤、色相改善剤、潤滑性向上剤など公知の燃料添加剤が挙げられる。これらを一種または数種組み合わせて添加することができる。

以下に本発明の内容を実施例および比較例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。

なお、実施例及び比較例の各軽油組成物については、表１に示すエンジンを用いてエンジンベンチ試験を行い、ＪＥ０５モード燃料消費量、排ガス排出量（ＮＯｘ、ＣＯ、ＴＨＣ）を測定した。燃料消費量は、比較例１の軽油組成物の燃料消費量を１００％とし、その他の実施例及び比較例の軽油組成物について相対比較した。また、１８００ｒｐｍ、１００Ｎｍの一定運転条件下、２時間エンジンを稼働する際に排出されるＰＭ（粒子状物質）がＤＰＦに堆積することによるＤＰＦ前後の差圧上昇を計測した。

［実施例１〜４、比較例１〜２］
まず、表２に示すような性状を有する原料基材を、表３に示す配合で混合した。その後、ＵＬＧＯ−１〜６の脱硫処理は、ＣｏＭｏＰ担持脱硫触媒を用い、表３に示す条件で脱硫した。一方、灯油基材（ＵＫＥＲＯ）は、原油を常圧蒸留装置で分留して得られる直留灯油（ＫＥＲＯ）を、表３に示す脱硫条件−７で水素化脱硫処理を行うことにより、調製した。
脱硫処理により得られた脱硫軽油基材の性状を表４に示す。

得られた脱硫軽油基材を、表５に示す燃料処方により配合し、さらにそれぞれ潤滑性向上剤を１５０質量ｐｐｍ添加することにより、軽油組成物を製造した。得られた軽油組成物の性状、及び表１に示すエンジンを用いてエンジンベンチ試験を行った結果に得られた性能を表５に示す。

この結果、実施例１〜４の軽油組成物は、９０％留出温度が３４５℃よりも高い直留軽油留分のみを脱硫処理して得られた脱硫軽油基材と、直留灯油を脱硫処理して得られた脱硫灯油基材とを配合した比較例１の軽油組成物に比べて、低燃費であり、かつＰＭ堆積によるＤＰＦの差圧上昇が抑制されており、さらにＣＯ及びＴＨＣの排出が少ないことがわかった。これに対して、ＬＣＯ留分の混合量が多い比較例２の軽油組成物では、比較例１の軽油組成物に比べて燃費向上効果は確認されたものの、ＤＰＦ差圧上昇が顕著であり、かつＮＯｘ、ＣＯ、ＴＨＣの悪化が確認された。これらの結果から、９０％留出温度が特定の範囲内にあるＬＧＯ留分と９０％留出温度が特定の範囲内にあるＬＣＯ留分とを、特定の混合比で混合した原料混合油を脱硫処理して得られる脱硫軽油基材を含む本発明の軽油組成物を用いることにより、燃費向上と優れた排出ガス性能を両立させることができることが明らかである。

Claims (1)

1. 常圧蒸留装置から留出する９０％留出温度が３３０〜３４５℃の直留軽油留分と、流動接触分解装置から得られる９０％留出温度が３２０〜３５０℃の接触分解軽油留分とを容量割合で９５：５〜８０：２０で混合したものを、脱硫処理して得られる脱硫軽油基材のみを軽油留分として含む軽油組成物であって、
   （ａ）セタン価が５０〜６０、
   （ｂ）９０％留出温度が２８２〜３３５．５℃、
   （ｃ）１５℃密度が０．８３２〜０．８４０ｇ／ｃｍ^３、
   （ｄ）引火点が６１℃以上、
   （ｅ）４０℃動粘度が１．９〜４．１ｍｍ^２／ｓ、
   （ｆ）硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下、
   （ｇ）全芳香族量が３０質量％以下、
   （ｈ）多環芳香族が４．５質量％以下、及び
   （ｉ）ＨＦＲＲが４２０μｍ以下
   であることを特徴とする軽油組成物。