JPH04226596A - 増強燃焼特性を有する燃料組成物 - Google Patents

増強燃焼特性を有する燃料組成物

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JPH04226596A
JPH04226596A JP3198221A JP19822191A JPH04226596A JP H04226596 A JPH04226596 A JP H04226596A JP 3198221 A JP3198221 A JP 3198221A JP 19822191 A JP19822191 A JP 19822191A JP H04226596 A JPH04226596 A JP H04226596A
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ppm
middle distillate
combustion
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Lawrence Joseph Cunningham
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Afton Chemical Corp
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    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14Organic compounds
    • C10L1/18Organic compounds containing oxygen
    • C10L1/1811Organic compounds containing oxygen peroxides; ozonides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L10/00Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • C10L10/02Use of additives to fuels or fires for particular purposes for reducing smoke development

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  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、環境の保護に関する。より詳細
には、本発明は、中間溜分燃料を用いたエンジン類また
は燃焼装置の作動によって通常引き起こされる大気汚染
を減少させる燃料組成物および方法に関する。
【0002】大気中への汚染物質放出の減少の重要性お
よび望ましさはよく認識されている。減少させることが
望まれている汚染物質の中には、窒素酸化物(NOx)
、一酸化炭素、未燃焼炭化水素類、および微粒子が有る
【0003】本発明は、とりわけ、500ppmまたは
それ以下の硫黄含有量を有し、そしてそこに溶解してお
り、燃焼性を改良する量の、少なくとも1種のパーオキ
シエステル燃焼改良剤を含有している中間分溜燃料を燃
料として用いることによって、中間分溜燃料使用エンジ
ンまたは他の燃焼装置作動中に大気に放出されるNOX
またはCOまたは未燃焼炭化水素の量を減少させること
ができることを見い出したことを含む。実際、上記燃料
組成物を使用することで、ディーゼルエンジンから放出
される上記3種の汚染物質の2つ、そしてある場合には
、その全てを減少させることができことを見い出した。 更に、この重要で非常に望まれている目的が達成され、
従って、これは、望ましくない微粒子の増大を生じさせ
ることなく達成できる。これはユニークな発見である、
何故ならば、燃焼に関する入手可能な実験証拠および機
構理論は、もしNOXを減少させると粒子の量が上昇し
、逆もまた同じであることを示唆しているからである。
【0004】従って、本発明は、その具体例の1つにお
いて、主要部分が、500ppm未満(好適には100
ppmまたはそれ以下、最も好適には60ppm以下)
の硫黄含有量を有する炭化水素系中間溜分燃料から成り
、そして上記燃料が、そこに溶解しており、燃焼性を改
良する少量の、少なくとも1種のパーオキシエステル燃
焼改良剤を含有していることを特徴とする燃料組成物を
提供する。説明および付随する請求の範囲を確実にする
ために用いる言葉「炭化水素系」は、該中間分溜燃料が
、原則的にまたは完全に、通常の加工操作のいずれかに
よって石油から誘導される燃料から成っていることを意
味している。この完成燃料は、更に、少量の非炭化水素
系燃料、或はアルコールの如きブレンド用成分、ジアル
キルエーテル類、または類似材料、および/またはター
ル砂、シェール油または石炭か誘導されるところの、適
当な沸点範囲(即ち160〜370℃)を有しそして適
切に脱硫された補助液体燃料を少量含有していてもよい
。上記脱硫補助液体燃料および炭化水素系中間分溜燃料
から成るブレンド物を用いる場合、この全ブレンド物の
硫黄含有量は500ppm以下である必要がある。
【0005】もう1つの具体例において、本発明は、炭
化水素系中間溜分燃料が空気の存在下で燃焼を受ける燃
焼方法における改良を提供する。上記改良は、上記方法
で用いられる燃料として、500ppm未満(好適には
100ppmまたはをれ以下、最も好適には60ppm
以下)の硫黄含有量を有し、そしてそこに溶解しており
、燃焼を改良する少量の、少なくとも1種のパーオキシ
エステル燃焼改良剤を含有している炭化水素系中間溜分
燃料を提供することから成る。
【0006】本発明の更にもう1つの具体例は、炭化水
素系中間溜分燃料の製造における改良を提供する。上記
改良は、燃料の硫黄含有量を500ppmまたはそれ以
下(好適には100ppmまたはそれ以下、最も好適に
は60ppm以下)の水準に制御するか減少させ、そし
てこの得られるところの、硫黄含有量を減少させた燃料
に、パーオキシエステル燃焼改良剤をブレンドすること
から成る。
【0007】本発明の追加的具体例は、中間溜分燃料で
作動する自動車および航空機の操作における改良を含む
。この改良には、500ppm未満(好適には100p
pmまたはそれ以下、最も好適には60ppm以下)の
硫黄含有量を有し、そしてそこに溶解しており、燃焼性
を改良する少量の、少なくとも1種のパーオキシエステ
ル燃焼改良剤を含有していることを特徴とする炭化水素
系中間溜分燃料を該車および航空機に供給することを含
む。
【0008】これらのそして他の具体例は、確実にする
ための説明および付随する請求の範囲中に述べられてい
る。
【0009】本発明の実施で用いられる炭化水素系燃料
は、一般に、160〜370℃の範囲の蒸留の範囲に入
る炭化水素類の混合物から成っている。このような燃料
は、しばしば、「中間溜分燃料」と呼ばれている、何故
ならば、それらは、ガソリン後に蒸留してくる画分を含
んでいるからである。このような燃料には、ディーゼル
燃料、バーナー燃料、灯油、ガスオイル、ジェット燃料
、およびガスタービンエンジン燃料が含まれる。
【0010】好適な中間溜分燃料は、下記の蒸留プロフ
ィル:                          
      °F               ℃ 
                     IBP 
   250−500    121−260    
            10%    310−55
0    154−288             
   50%    350−600    177−
316                90%   
 400−700    204−371      
          EP      450−750
    232−399を有することによって特徴づけ
られるものである。
【0011】30〜60の範囲の正味セタン価(即ちパ
ーオキシエステルの如きいかなるセタン改良剤も含んで
いない場合のセタン価)を有するディーゼル燃料が好適
である。特に好適なものは、該正味セタン価が40〜5
0の範囲にあるものである。このパーオキシエステル燃
焼改良剤は、分子中に少なくとも1個のパーオキシ化さ
れたエステル結合を含有しているところの、燃料可溶有
機エステル類を含んでいる。このエステル化基は、好適
には、不適当な危険性もなく安全な取り扱い、輸送およ
び保存が可能なように、充分な安定性を有する化合物を
与えるに充分な立体障害を有する。従って、該エステル
を製造するためのエステル化用アルコールは、望ましく
は第二アルコールであり、好適には第三アルコールであ
る。従って、本発明に従って用いられる該パーオキシエ
ステル燃焼改良剤は、一般式
【0012】
【化1】 [式中、Rは、ヒドロカルビル基、好適には第二ヒドロ
カルビル基、最も好適には第三ヒドロカルビル基であり
、nは、1〜4の整数、好適には1〜3、より好適には
1〜2、最も好適には1のであり、そしてR’は、ヒド
ロカルビル基であり、例えばnが1のとき、R’は一価
のヒドロカルビル基であり、nが2のとき、R’は二価
のヒドロカルビル基であり、nが3のとき、R’は三価
のヒドロカルビル基であり、そしてnが4のとき、R’
は4価のヒドロカルビル基である。
【0013】このパーオキシエステルのヒドロカルビル
基は、好適には、単に炭素と水素からなっている。しか
しながら、炭素および水素以外の置換もしくは構成基も
しくは原子を含有していてもよいが、但し、上記基が、
物質的に、該ヒドロカルビル基の一般的な炭化水素系特
質を変化させないことを条件とする。従って、単に炭素
および水素から成る脂肪族、脂環式、または芳香族基を
含有していることに加えて、該ヒドロカルビル基は、不
活性もしくは無害な置換基もしくは構成成分、例えば酸
素原子、窒素原子、硫黄原子、或はこれらの組み合わせ
を含有していてもよい。一般的に言って、該ヒドロカル
ビル基は、10%を越える量の上記置換基または構成原
子を含有すべきでない。好適には、該ヒドロカルビルは
第二アルキル基、最も好適には、それらは第三アルキル
基である。
【0014】ここで用いる言葉「燃料可溶」は、該化合
物が、用いられる該特別な溜分燃料中に、少なくとも所
望濃度のパーオキシエステルを達成するのに充分な量で
溶解することを意味している。
【0015】適切なパーオキシエステル類は市販品とし
て入手可能であり、パーオキシエステル類の製造方法は
文献中によく記述されている。本発明の実施の使用に関
して実例となるパーオキシエステル類には、パーオキシ
酢酸第三ブチル、パーオキシプロピオン酸第三ブチル、
パーオキシ酪酸第三ブチル、パーオキシカプロン酸第三
ブチル、パーオキシカプリル酸第三ブチル、パーオキシ
デカン酸第三ブチル、パーオキシウンデカン酸第三ブチ
ル、パーオキシドデカン酸第三ブチル、パーオキシトリ
デカン酸第三ブチル、パーオキシ酢酸1,1−ジ−メチ
ルプロピル、パーオキシカプロン酸1,1−ジ−メチル
プロピル、パーオキシ酢酸1,1,3,3,−テトラメ
チルブチル、パーオキシ吉草酸1,1,3,3,−テト
ラメチルブチル、パーオキシカプロン酸1,1,3,3
,−テトラメチルブチル、ジ−(第三ブチル−ジパーオ
キシ)フタレート、ジ−(1,1−ジメチルプロピルジ
パーオキシ)フタレート、第三ブチルパーオキシベンゾ
エート、1,1−ジメチルプロピルパーオキシベンゾエ
ート、OO−第三ブチル−O−イソプロピルモノパーオ
キシカーボネート(Luperso TBICH 75
として市販されている)などが含まれる。
【0016】この燃料組成物は、更に、少量(例えば5
000ppm以下、好適には2500ppm以下)の、
1種以上の有機硝酸エステル類を含有していてもよい。 これらの化合物には、一価もしくは多価であってもよい
置換もしくは未置換脂肪族もしくは脂環式アルコール類
の硝酸エステルが含まれる。好適な有機硝酸エステルは
、約10個以下の炭素原子、好適には2〜10個の炭素
原子を有する置換もしくは未置換アルキルもしくはシク
ロアルキル硝酸エステルである。該アルキル基は線状も
しくは分枝(或は線状および分枝アルキル基の混合物)
していてもよい。本発明での使用に適切な硝酸エステル
化合物の特定例には、これに限定されるものではないが
、下記のものが含まれる:硝酸メチル、硝酸エチル、硝
酸n−プロピル、硝酸イソプロピル、硝酸アリル、硝酸
n−ブチル、硝酸イソブチル、硝酸第二ブチル、硝酸第
三ブチル、硝酸n−アミル、硝酸イソアミル、硝酸2−
アミル、硝酸3−アミル、硝酸第三アミル、硝酸n−ヘ
キシル、硝酸n−ヘプチル、硝酸第二ヘプチル、硝酸n
−オクチル、硝酸2−エチルヘキシル、硝酸第二オクチ
ル、硝酸n−ノニル、硝酸n−デシル、硝酸シクロペン
チル、硝酸シクロヘキシル、硝酸メチルシクロヘキシル
、および硝酸イソプロピルシクロヘキシル。また適切な
ものは、アルコキシ置換脂肪族アルコール類の硝酸エス
テル類、例えば硝酸2−エトキシエチル、硝酸2−(2
−エトキシエトキシ)エチル、1−メチルオキシプロピ
ル−2−ナイトレート、および硝酸4−エトキシブチル
、並びに硝酸ジオール類、例えば二硝酸1,6−ヘキサ
メチレンである。好適なものは5〜10個の炭素原子を
有する硝酸アルキルであり、特に好適なものは硝酸第一
アミルの混合物、および硝酸第一ヘキシルの混合物であ
る。
【0017】この燃料中のパーオキシエステルの濃度は
、比較的広い範囲で変化させ得るが、但し、使用する量
が、少なくとも、排出物の少なくとも1種を減少させる
のに充分であることを条件とする。一般的に言って、使
用する量は、該燃料百万重量部当たり250〜10,0
00重量部のパーオキシエステルの範囲内である。好適
な濃度は、通常、燃料百万部当たり1,000〜5,0
00部の範囲内である。
【0018】少なくとも1種のパーオキシエステルと少
なくとも1種の有機硝酸エステルとの組み合わせを有す
る燃料において、上記組み合わせの全濃度は、相当する
未処理燃料に比較して少なくとも1種の排出物を減少さ
せるのに充分な量であるべきである。一般的に言って、
燃料百万重量部当たり250〜20,000重量部から
成る上記組み合わせ添加剤の範囲内である。好適な濃度
は、通常、燃料百万部当たり1,000〜10,000
部の範囲内である。いずれの場合も、この燃料は、百万
部当たり少なくとも250部のパーオキシエステルを含
有すべきであり、この添加剤の濃度の残りは、もしあれ
ば、有機硝酸エステルである。
【0019】他の添加剤を本発明の燃料組成物中に包含
させてもよいが、但し、それらが本発明の実施で達成さ
れ得る排出物の減少に対して逆効果を与えないことを条
件とする。このように、有機ヒドロパーオキサイド類、
腐食抑制剤、抗酸化剤、抗さび剤、洗浄剤および分散剤
、摩擦減少剤、抗乳化剤、染料、不活性希釈剤、および
類似材料が使用され得る。
【0020】本発明の実施によって達成され得る利点は
、エンジン動力計に搭載したデトロイトディーゼル11
.1リットルシリーズ60エンジンを用いた一連のエン
ジン試験で示された。このシステムは、Code of
 Federal Regulations (7−1
−86)の第40巻、パート86、付録Iの810−8
19頁に示されている「強力ディーゼルエンジンのため
のEPAエンジン動力計工程」”EPA Engine
 Dynamometer Schedule for
 Heavy−Duty DieselEngines
”に基づく操作であった。これらの試験における、3つ
の連続試験の1番目は、名目上2000〜4000pp
mの範囲の硫黄含有量を有する通常のDF−2ディーゼ
ル燃料を用いたエンジンの作動に関するものであった。 この試験を2つの基線の1つとして用いた。次の操作(
これは本発明の実施を代表している)で、5000pp
mのパーオキシ酢酸第三ブチルをブレンドしたところの
、下記の特性を有する低硫黄ディーゼル燃料を用いてエ
ンジンを作動させた: 硫黄、ppm                   
     50重量、API@60度F       
       34.7流動点、度F        
                −5曇点、度F  
                         
 8銅ストリップ                 
         1蒸留、度F IBP                      
    33210%               
           43050%        
                  53290% 
                         
632EP                    
        634セタン価          
                  43.4粘度@
40℃、cS                   
 2.96第三および最終試験は、最初に用いた通常の
DF−2ディーゼル燃料を使用した他の基線試験に関す
るものであった。全ての例において、エンジンから放出
されるNOX、未燃焼炭化水素類(HC)、一酸化炭素
(CO)および微粒子の量を測定し、積分した。これら
の試験の結果を下記の表に要約する。NOX、HC、C
Oおよび微粒子に関してここに示した値は、1時間当た
りのブレーキ馬力当たりのグラム数として表されている
。従って、この値が低ければ低いほど、排出速度および
量が低い。
【0021】         試験番号     NOx     
 HC      CO      微粒子     
       1       3.895    0
.290   1.79     0.165    
        2       3.665    
0.145   1.30     0.165   
         3       4.105   
 0.260   1.71     0.155   本発明の燃料の更にもう1つの有利な特徴は、燃料
燃焼時に排出される硫化粒子および二酸化硫黄の量が、
少なくとも多くの場合、同様の炭化水素組成および蒸留
範囲を有する典型的な今日の中間溜分燃料の燃焼時に排
出される量よりも有意に少ないことである。
【0022】炭化水素系中間溜分燃料またはそれらの先
駆物質の硫黄含有量を減少させるための方法は文献中に
報告されており、さもなければ、本分野の技術者にとっ
て明らかなものである。上記方法の中で、二酸化硫黄ま
たはフルフラールのような薬剤を用いた溶媒抽出、硫酸
処理、および水素化脱硫方法がある。これらの中で、水
素化脱硫が一般的に好適であり、そしてこれには、種々
のフィードストックに適用される数多くの特定の方法お
よび操作条件が含まれる。例えばナフサまたはガスオイ
ルの水素化処理または水素化工程は、一般に、穏やかな
或は中程度に厳しい条件下で行われる。他方、溜分スト
ックに適用される水素化分解による硫黄の除去は、通常
、より厳しい作業条件下で行われる。大気圧下蒸留から
の残油の真空蒸留は、炭化水素系中間溜分燃料の製造で
用いられる炭化水素ストックの硫黄含有量を制御するか
、或は減少させるための更にもう1つの方法である。 このような方法に関するより一層の情報は、Kirk−
Othmer著、 「化学技術百科事典」”Encyc
lopedia of Chemical Techn
ology”、 第2版、Interscience 
Publishers、11巻、432−445頁(著
作権1966)そしてそこに示されている参考例;Id
em.、 15巻、1−77頁(著作権1968)そし
てそこに示されている参考例;およびKirk−Oth
mer著、 「化学技術百科事典」”Encyclop
edia of Chemical Technolo
gy”、第3版、Wiley−Interscienc
e、17巻、183−256頁(著作権1982)そし
てそこに示されている参考例から得られる。上記の出版
物および参照例の全ては、炭化水素系中間溜分燃料また
はそれらの先駆物質のストック中の硫黄含有量を制御す
るか、或は減少させるための工程もしくは方法に関して
、ここでは参照に入れられる。使用され得るもう1つの
方法には、金属性脱硫化剤、例えば金属ナトリウム、或
はナトリウムおよびカルシウム金属の混合物を用いた該
炭化水素系中間溜分燃料の処理が含まれる。
【0023】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。
【0024】1.  主要部分が、500ppm未満の
硫黄含有量を有する炭化水素系中間溜分燃料から成り、
そして上記燃料が、そこに溶解しており、燃焼性を改良
する少量の、少なくとも1種のパーオキシエステル燃焼
改良剤を含有していることを特徴とする燃料組成物。
【0025】2.  該ベース燃料の硫黄含有量が10
0ppmまたはそれ以下である第1項記載の組成物。
【0026】3.  該ベース燃料が30〜60の範囲
の正味セタン価を有している第1または2項記載の組成
物。
【0027】4.  該ベース燃料が40〜50の範囲
の正味セタン価を有している第3項記載の組成物。
【0028】5.  該ベース燃料が更に下記の蒸留プ
ロフィル:                          
      °F               ℃ 
                     IBP 
   250−500    121−260    
            10%    310−55
0    154−288             
   50%    350−600    177−
316                90%   
 400−700    204−371      
          EP      450−750
    232−399を有することによって特徴づけ
られる前項いずれか記載の組成物。
【0029】6.  該パーオキシエステル燃焼改良剤
が、本質的に、燃料可溶脂肪族または脂環式または芳香
族酸の第三アルキルパーオキシエステルから成る第1〜
5項いずれか記載の組成物。
【0030】7.  該燃料が1,000〜5,000
重量部のパーオキシ酢酸第三ブチルを含有している前項
いずれか記載の組成物。
【0031】8.  中間溜分燃料が空気の存在下で燃
焼を受ける燃焼方法において、上記方法で用いられる燃
料として、500ppm未満の硫黄含有量を有し、そし
てそこに溶解しており、燃焼を改良する少量の、少なく
とも1種のパーオキシエステル燃焼改良剤を含有してい
る炭化水素系中間溜分燃料を供給することから成る改良
。 9.  炭化水素系中間溜分燃料の製造方法において、
該燃料の硫黄含有量を500ppmまたはそれ以下の水
準に制御し、そしてこの得られるところの、硫黄含有量
を減少させた燃料に、パーオキシエステル燃焼改良剤を
ブレンドすることから成る改良。
【0032】10.  中間溜分燃料で作動する自動車
または航空機の操作において、500ppm未満の硫黄
含有量を有し、そしてそこに溶解しており、燃焼性を改
良する少量の、少なくとも1種のパーオキシエステル燃
焼改良剤を含有していることを特徴とする炭化水素系中
間溜分燃料を該車および航空機に供給することから成る
改良。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  主要部分が、500ppm未満の硫黄
    含有量を有する炭化水素系中間溜分燃料から成り、そし
    て上記燃料が、そこに溶解しており、燃焼性を改良する
    少量の、少なくとも1種のパーオキシエステル燃焼改良
    剤を含有していることを特徴とする燃料組成物。
  2. 【請求項2】  中間溜分燃料が空気の存在下で燃焼を
    受ける燃焼方法において、上記方法で用いられる燃料と
    して、500ppm未満の硫黄含有量を有し、そしてそ
    こに溶解しており、燃焼を改良する少量の、少なくとも
    1種のパーオキシエステル燃焼改良剤を含有している炭
    化水素系中間溜分燃料を供給することから成る改良。
  3. 【請求項3】  炭化水素系中間溜分燃料の製造方法に
    おいて、該燃料の硫黄含有量を500ppmまたはそれ
    以下の水準に制御し、そしてこの得られるところの、硫
    黄含有量を減少させた燃料に、パーオキシエステル燃焼
    改良剤をブレンドすることから成る改良。
  4. 【請求項4】  中間溜分燃料で作動する自動車または
    航空機の操作において、500ppm未満の硫黄含有量
    を有し、そしてそこに溶解しており、燃焼性を改良する
    少量の、少なくとも1種のパーオキシエステル燃焼改良
    剤を含有していることを特徴とする炭化水素系中間溜分
    燃料を該車および航空機に供給することから成る改良。
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