JPH0448938B2

JPH0448938B2 -

Info

Publication number: JPH0448938B2
Application number: JP59024386A
Authority: JP
Inventors: Kiroku Yamazaki; Yukio Akasaka; Kazuto Date; Toshiro Nishizaki
Original assignee: Nippon Mining Co
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1992-08-10
Also published as: JPS60169660A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明はデイーゼルエンジン燃料の燃焼性の改
良方法に関し、詳しくは、デイーゼルエンジン用
の液体燃料に酸素を予め加圧溶解し、次いで酸化
触媒と接触させることにより、該燃料油を部分酸
化して燃料中にパーオキサイドを生成させ、これ
をデイーゼルエンジンで燃焼させることにより、
燃料油の着火性を改良し、あわせて該燃料油中の
溶解酸素を増すことで排気中の黒煙発生量をも低
下させ得る燃焼性の改良方法に関するものであ
る。

従来技術デイーゼルエンジンは、トラツク、バス、産業
機械、発電設備、船舶等に広く採用され、最近で
は乗用車への採用も増加し、これらにデイーゼル
エンジンに使用される軽油又は重油燃料の需要量
も増加している。このため石油精製工業等におい
て、限られた原油からこれら液体燃料の生産量を
増大させるために、蒸留の終点温度を高め収率を
増大する手段、重油の接触分解装置や熱分解装置
等で生産する分解油の利用等の検討が進められて
いる。大型船舶には、アスフアルトあるいは分解
装置における残渣油等の重質油の混合割合を増大
したバンカー重油あるいはコークス生産時に副生
するコールタール油等の利用も検討が進められて
いる。これら液体燃料は、直留型軽油あるいは重
油に比べ、炭素／水素（Ｃ／Ｈ）比が高く、排気
中の黒煙を増大させるとともに、セタン価も低い
ため安定な着火が困難である。

デイーゼルエンジン燃料の着火性すなわちセタ
ン価を向上するために、アミルナイトレートなど
のニトロ化合物系のセタン価向上剤が報告されて
いるが、多量の添加が必要であり、経済的でな
い。またパーオキサイドがセタン価向上の作用か
あることが知られているが、パーオキサイドは、
それ自信安定性が悪く、かつ強い酸化作用を有す
るため、製油所などで燃料を製造する際にこれを
添加して出荷すると、輸送中や貯蔵中にパーオキ
サイドにより燃料油が酸化劣化し、スラツジ生成
の原因になるため、実用が困難である。

エンジン運転中に燃料を改質して供給するシス
テムとしては、特開昭50−144816号公報に、軽油
を400〜800℃の高温条件下で改質して、水素、一
酸化炭素、メタン、メタノール等とパーオキサイ
ドを含む軽油とし、これらをエンジンの吸入空気
系に供給する熱機関が提案されている。しかしな
がらこのシステムでは、メタノールの生成がかえ
つてセタン価を低下させるため実用的でない。

しかして本願発明者等は、先に低質な燃料を着
火性良く燃焼させる方法として、飽和炭化水素を
主成分とする副燃料を90〜220℃程度の低温で接
触部分酸化してパーオキサイドを含有させた燃料
に変換し、これを主燃料と併用して、デイーゼル
エンジンに供給することにより主燃料の燃焼性の
向上を図る方法を特願昭58−153147号（特開昭60
−45765号）として提案した。しかしこの方法は、
２種の燃料を必要とし、かつ空気を酸化触媒反応
装置に導入し、気体（空気）と液体（副燃料）を
固体である触媒に接触させなければならず、効率
的な部分酸化反応をさせることが困難なため、ま
た、空気と副燃料について、ある流量比率を維持
しながらそれぞれ流量制御して反応装置に導入し
なければならず設備、制御が複雑になるため、実
用上問題があつた。

発明の目的本発明は、パーオキサイドが有するセタン価向
上の性質を利用しつつ、しかも燃料貯蔵中でも酸
化劣化の問題を起こすこと無く、低質な燃料油で
も着火性良く、かつ黒煙の発生を制御して燃焼さ
せることができる燃焼性改良方法を提供すること
にある。

発明の構成すなわち本発明の第１は、デイーゼルエンジン
へ液体燃料を供給する際に、該液体燃料にまず酸
素含有気体を加圧溶解させ、次いでこれを酸化触
媒に接触させて該燃料中にパーオキサイドを生成
させ、次いでこれをエンジン燃焼室内に噴射して
燃焼させることからなるデイーゼルエンジン燃料
の燃焼性改良方法である。また本発明の第２は、
前記の酸素含有気体を加圧溶解させた燃料の一部
分を、酸化触媒に接触させることによりパーオキ
サイドを含有する液体燃料とし、これを残余の酸
素含有気体を加圧溶解させた燃料と混合し、これ
をエンジン燃焼室内に噴射して燃焼させることか
らなるデイーゼルエンジン燃料の燃焼性改良方法
である。

作用本願の第１の発明は、液体燃料に酸素含有気体
を予め溶解させておき、これを酸化触媒と接触さ
せるため、溶解酸素と燃料が液相で触媒に接触
し、部分酸化反応が効率的に進むとともにそれに
より生成するパーオキサイドの作用により、セタ
ン価の低い燃料でも着火性良く燃焼させることが
できる。更に、燃料噴射時において、部分酸化で
消費されなかつた残存溶解酸素含有気体の作用で
燃料液滴が再微粒化され、排ガス中の黒煙発生が
抑制される。また、第２の発明は、第１の発明と
同様に燃料の着火性を向上させ、排ガス中の黒煙
発生を抑制することができるとともに、パーオキ
サイドを含有した燃料と残余の酸素含有気体を溶
解した燃料とを混合するとき、その混合割合を調
整してエンジン供給燃料中のパーオキサイド生成
量と溶解酸素量を自由に調整できるため、運転条
件の変動に対応し易くなり、排ガス中の黒煙の発
生を一層制御させることができる。しかも、これ
ら発明では、パーオキサイドはエンジン運転中に
生成させ、直ちに燃焼に供するため、燃料劣化へ
の影響はない。

実施例本発明は、デイーゼルエンジンの燃料タンク中
の液体燃料をエンジンの燃焼室へ供給する工程に
適用されるものであつて、エンジンが作動するに
必要な燃料を以下に延べる手段で処理しながら、
エンジンに供給し、これを燃焼させるものであ
る。

以下本発明を、第１図に基づいてより詳しく説
明する。第１図において、燃料タンク１に貯えら
れた液体燃料２はポンプ３で加圧容器５に送ら
れ、一方圧縮機４で加圧された空気（酸素含有気
体）６は、加圧容器５内で加圧空気の相を形成す
る。該容器内で液体燃料２中に空気を加圧溶解さ
せる。空気が加圧溶解された酸素加圧溶解燃料７
は、配管８の分岐部の三方弁１６で二分され、そ
の一部分が酸化触媒１４が充填された反応器１３
に配管８で導かれ、触媒と充分に接触される。こ
こで溶解酸素を酸化剤として、パーオキサイドが
生成する程度の部分酸化が行われる。次いで、部
分酸化された燃料は、残余の酸素加圧溶解燃料１
５と混合され、燃料ポンプ９で加圧され、燃焼室
１１内に燃料噴射ノズル１０から噴射される。噴
射により生成した燃料液滴の中の溶解気体は、燃
焼室１１内で急速に滴外へ膨張し、その力で液滴
は再微粒化されるためエンジン吸入空気との接触
効率が向上し、また液滴より放出される酸素も燃
焼用酸素として使われ、更に燃料中のパーオキサ
イドの作用と相俟つて着火性が向上し、黒煙の発
生が抑制される。これらの総合作用により効率的
な燃焼を行わせることができる。

本発明で使用する液体燃料は、軽油又は重油で
あつて、車両用等の高速型デイーゼルエンジン、
小型乃至大型船舶、陸上発電用等の中速乃至低速
型デイーゼルエンジンに広く使用されるものであ
る。即ち軽油は原油の常圧蒸留による直留系の沸
点範囲250〜380℃に大部分の留分を有する留出油
の他、重油等の接触分解や熱分解により生成する
芳香族又は不飽和炭化水素成分を多重に含有する
分解油、ナフサクラツキング時に副生する軽油留
分等、あるいはこれらの水素化処理物が該当す
る。

本発明においては、まず燃料タンクからエンジ
ンの運転に必要な量の液体燃料を連続的に取り出
し、これを加圧した酸素含有気体と接触し、燃料
に酸素を加圧溶解させる。該酸素含有気体には、
窒素等の成分が含有されていても良いため、実用
上空気が好ましく使用される。酸素含有気体を液
体燃料に加圧溶解させるには、液体燃料を耐圧容
器に導入して、これに酸素含有気体を接触させる
など公知の手段が適用できる。

液体燃料中へ溶解させる酸素の量は、後述のと
おり部分酸化してパーオキサイド価約300〜
5000ppmを有する燃料を得るために、あるいは更
に燃料噴射時に液滴の再微粒化を促進するために
必要な酸素量とすれば良く、具体的には燃料１
当たりおよそ300〜5000c.c.（標準状態換算）に設
定すれば良い。したがつて加圧溶解する際の酸素
含有気体の圧力は、酸素分圧を３〜20Kgｆ／cm²
（ゲージ）、また空気を用いる場合、全圧を約15〜
80Kgｆ／cm²（ゲージ）に設定すれば良い。因に
W.L.Nelson著「Petrolenm Refinery
Engineering」第４版（発行元マグロウヒル）の
第204項、表５−７によると、25℃において、酸
素は軽油１中に酸素分圧760，1560，3800mmHg
でそれぞれ154，380，770c.c.（標準状態）溶解す
る。これらはそれぞれおよそ270，650，1330重量
ppmに相当する。空気を酸素含有気体として用い
る場合、同伴する窒素も溶解するが、これは本発
明において液滴の微粒化に有効に作用する。

次いで、前記酸素を加圧溶解した液体燃料（以
下酸素加圧溶解燃料という）の全量もしくは一部
分を、酸化触媒と接触させて、該燃料中の溶解酸
素を酸化剤として該燃料を部分酸化して、燃料中
にパーオキサイドを生成させる。ここで酸素加圧
溶解燃料の全量とは、エンジンの運転に必要な燃
料の量をいい、一方燃料の一部分とは、全量に対
する一部分を意味し、実用的には10〜90wt％の
範囲から選択される。

本発明でいう部分酸化とは、パーオキサイドが
生成する程度の酸化を意味し、一酸化炭素、水
素、あるいはメタノールを形成するような改質を
伴う酸化では無い。本発明では、部分酸化によつ
て燃料の炭化水素RH（Ｒはアルキル基、芳香族
炭化水素基、ナフテン系炭化水素基のいずれか
を、Ｈは水素を意味する）は、ROOHで表され
るパーオキサイドに変換され、これを含有する液
体燃料になる。液体燃料の部分酸化で生成するパ
ーオキサイドの量は、燃料重量に対する存在する
パーオキサイドが含有する酸素の重量ppm（以下
単にppmで表わす）で表され、これをパーオキサ
イド価（過酸化物価）という。この値はヨウ化カ
リウムを添加して遊離したヨウ素をチオ硫酸ナト
リウムで滴定するASTM D3703「Standard Test
Method for Peroxide Nnmber of Aviation
Tnrbine Fnels（航空タービン燃料のパーオキサ
イド価の標準試験方法）」で求めることができる。
本発明では燃料中のパーオキサイド価が約300〜
5000ppm、好ましくは500〜5000ppmになるよう
部分酸化するのが着火性向上のために好ましい。

さて部分酸化反応を行うには、Ni、Cu、Pt、
Pd、Ag等の金属あるいはその酸化物など公知の
酸化触媒の１種あるいは２種以上を反応器に充填
し、これに前記酸素加圧溶解燃料を連続的に通油
し、前記触媒に接触させる。これにより該燃料中
の溶解酸素によつて部分酸化が進み、パーオキサ
イドが形成される。部分酸化の際の反応温度は約
60〜150℃程度で十分であり、接触は液相で行う
ことが可能である。なお、前記パーオキサイド価
は、温度の他、溶解酸素量、触媒との接触時間、
触媒の種類等を適宜選定することによつて調整す
ることができる。

酸化触媒に接触させる酸素加圧溶解燃料には、
パーオキサイド形成に必要な酸素が均一に溶解し
ているため、効率良く部分酸化反応が進み、液体
燃料中にパーオキサイドが生成する。また本願発
明は、酸素供給量を酸素含有気体の圧力で、すな
わち酸素溶解量で制御できるため、パーオキサイ
ド生成反応の制御が容易であり、酸化反応が過剰
に進むことも防止できる。具体例を例示すると、
市販軽油に空気を圧力15Kgｆ／cm²（ゲージ）で溶
解し、この燃料を加圧状態を保持したままアルミ
ナに担持した酸化ニツケル触媒（平均粒径３mm）
500ｇを充填した反応器に、毎分30mlの速度で通
油し、温度100℃で接触させるとパーオキサイド
価700ppmの部分酸化した燃料が得られる。パー
オキサイド価は触媒の種類、接触時間、接触温
度、酸素溶解量によつて容易に変化させ得る。な
お一般にパーオキサイドは、燃料中に存在する
と、スラツジ生成の原因になるのであるが、本願
発明では、燃料タンク内の燃料に添加するもので
はなく、また部分酸化反応後の燃料は、連続的に
反応器の外にとりだされ、エンジン燃焼室で直ち
に燃焼されるため、このような問題は起こらな
い。

上述のようにして得られたパーオキサイドを含
有する液体燃料は、そのまま、あるいは部分酸化
に供さなかつた残部の酸素加圧溶解燃料と混合さ
れ、エンジンの噴射ノズルからデイーゼルエンジ
ンの燃焼室内に噴射される。噴射されるパーオキ
サイド含有液体燃料には、未反応の酸素、あるい
はこの他酸化反応に関与しなかつた窒素などの気
体が溶解している。前述のとおり、酸素加圧溶解
燃料は全量あるいは一部分が部分酸化に供せら
れ、部分酸化されたパーオキサイド含有の液体燃
料は、それ自信セタン価が大幅に向上しているた
め、着火性が良好である。前述のとおり、酸素加
圧溶解燃料の一部分を部分酸化させた場合では、
部分酸化されパーオキサイドを含有する燃料と、
残余の酸素加圧溶解燃料とを、加圧状態を維持し
て、およそ10：90〜90：10（wt％）で混合して、
これを燃焼室に供給する。この混合割合の選択に
当たつては、混合した後の燃料中のパーオキサイ
ド価が300ppm以上、好ましくは500〜5000ppmに
なるように条件設定するのがセタン価向上のため
に好ましい。残余の酸素溶解燃料をパーオキサイ
ド含有燃料に混合すると、混合燃料中の酸素溶解
量が高まり、排気ガス中の黒煙発生防止作用をも
たらす。すなわち、この混合油を通常のとおりデ
イーゼルエンジンの燃焼室に噴射し、燃料に供す
るが、エンジン燃焼室内へ噴射された液滴状態の
燃料は、燃焼室内で溶解酸素、あるいはこれと同
伴する窒素などの他の溶解気体の急速な膨脹力に
より、一層微粒化され、溶解酸素の液滴外への放
出による酸素富加、パーオキサイドの存在が相俟
つて、デイーゼル燃料の着火の促進と液滴の再微
粒化による液滴の燃料時間の短縮をもたらし、こ
れによつて、黒煙発生を抑制する。

一方部分酸化した燃料をそのまま燃焼に供する
場合、これに残存する溶解酸素量は、パーオキサ
イド形成に全部または一部分が消費されるため、
概して少なくなつているものの、空気を加圧溶解
した場合、窒素は相当量含まれており、このた
め、エンジンの燃焼室内に噴射された燃料液滴
は、残存溶解している酸素、あるいはこれと一緒
に溶解している窒素などの燃焼室内での急速な膨
脹力により、液滴を一層微粒化し、燃料中のパー
オキサイドと相俟つて着火の促進と迅速燃焼をも
たらす。部分酸化した燃料をそのまま、あるいは
混合して用いる場合、燃料中のパーオキサイド価
が500ppmであれば、セタン価はおよそ５程度向
上する。また液滴が燃えつきるのに要する燃焼時
間ｔは、燃料液滴の粒径ｒの２乗に比例する（ｔ
∝r²）から、溶解酸素あるいは他の溶解気体によ
る燃料液滴の再微粒化は、燃料液滴の燃えつきる
時間ｔを大幅に短縮し、もつて未燃焼のスス（黒
煙）の発生を大幅に減少させる。

発明の効果本発明の方法によりセタン価が低いデイーゼル
エンジン燃料でも着火性よく、しかも黒煙発生量
を低下させて燃焼させることができるため、特に
セタン価の低い燃料を使用するデイーゼルエンジ
ンに好ましく適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の一例であり、部分酸
化された燃料を、残余の酸素加圧溶解燃料と混合
してエンジンに供給して、燃焼させるシステムを
示している。同図中２は液体燃料、６は加圧され
た酸素含有気体（加圧空気）、７は酸素加圧溶解
燃料、１３は酸化触媒１４が充填されている反応
器、１５は残余の酸素加圧溶解燃料、１０は燃料
噴射ノズル、１１はデイーゼルエンジン燃焼室、
１２はデイーゼルエンジンのピストンである。

Claims

【特許請求の範囲】１デイーゼルエンジンの燃料タンクからエンジ
ンへ液体燃料を供給する際に、(a)燃料タンクから
取り出された燃料に、酸素含有気体を加圧溶解
し、(b)次いで該酸素加圧溶解燃料を、酸化触媒に
接触させて、該燃料を溶解酸素により部分酸化し
て、燃料中にパーオキサイドを生成させ、(c)次い
でパーオキサイドを含有する燃料を、エンジン燃
焼室内に噴射して燃焼させることからなるデイー
ゼルエンジン燃料の燃料性改良方法。２デイーゼルエンジンの燃料タンクからエンジ
ンへ液体燃料を供給する際に、(a)燃料タンクから
取り出された燃料に、酸素含有気体を加圧溶解
し、(b)次いで該酸素加圧溶解燃料の一部分を、酸
化触媒に接触させて、該燃料を溶解酸素により部
分酸化して、燃料中にパーオキサイドを生成さ
せ、(c)次いでパーオキサイドを含有する燃料と、
前記の残余の酸素加圧溶解燃料とを混合し、(d)次
いで該混合した燃料を、エンジン燃焼室内に噴射
して燃焼させることからなるデイーゼルエンジン
燃料の燃焼性改良方法。