(57)【要約】  C6〜C11の主留分を有する清澄で高効率且つ環境に優しいガソリン製品は、低オクタン価及び比較的低い自然発火点を有し、内燃エンジンの圧縮比が16〜19の場合に圧縮して燃焼させることができる。少量のエタノール又はジメチルエーテルをガソリン製品中に添加することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
低オクタン価を有するガソリンの一種であり、ディーゼル油の自然発火温度に相当する低い自然発火温度を有し、内燃エンジン中で圧縮点火することができ、前記エンジンのシリンダー中で十分に燃焼させることができる、清澄で高効率且つ環境に優しいガソリン製品であって、低オクタン価を有する前記ガソリンを使用した前記内燃エンジンの圧縮比は、通常16〜19であり、14〜22に拡大することができ;
低オクタン価を有する前記ガソリンの主留分は、直鎖アルカンの含量が高いほど、ガソリンのオクタン価が低い、C6〜C11アルカンであり;
前記ガソリンの留分を、C5〜C11又はC6〜C18又はC5〜C18を形成するために、C6〜C11に基づきC5〜C18に拡大することができ、種々の炭素鎖長を有する成分(直鎖アルカン及びその異性体、並びに少量のオレフィンを含む)の含量は互いに異なり、その特定の含量は市場及び使用者の要求によって任意選択により組み合わせることができるが、前記ガソリンは圧縮点火する前提条件を満たすべきである、ガソリン製品。
【請求項２】
16〜19(ディーゼルエンジンと類似)の圧縮比を有する、特別設計及び特別製造内燃エンジンに使用され、
前記内燃エンジンが、軽質燃料油に必要な潤滑システム、燃料油貯蔵及び送達システム(ガソリンエンジンと類似)を備え、前記ガソリンを燃焼中に加圧シリンダー中に噴射するための加圧噴射システム(加圧燃料噴射ポンプ及び加圧燃料ノズル)も備える;又は
前記内燃エンジンが、過給デバイスを有する内燃エンジンなどのような、8〜16の圧縮比を有する;又は
前記内燃エンジンが、19〜22の圧縮比を有する、請求項1に記載のガソリン製品。
【請求項３】
圧縮点火し、十分に燃焼させる前提条件を満たすこともできる、ブレンド燃料を形成するために、少量の燃料エタノール又はジメチルエーテルを、低オクタン価を有する前記新規なガソリン製品中に添加することができる、請求項1に記載のガソリン製品。
【請求項４】
低オクタン価を有する前記ガソリンを、ディーゼル油の噴霧性能及び完全燃焼性能を改善するための添加剤としてディーゼル油中に添加することができる、請求項1に記載のガソリン製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油精製及び石油化学工学の分野に属し、内燃エンジンのための新規な種類の燃料油(精製油)製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
1.ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとの比較
ガソリンは、比較的高い自然発火温度を有する。ガソリンエンジンは、一般的に火花点火によって作動し、通常は火花点火エンジンと呼ばれる。ディーゼル燃料は、比較的低い自然発火温度を有する。ディーゼルエンジンでは、ディーゼル燃料は、一般的に燃料噴射ポンプ及び燃料ノズルを通して直接エンジンシリンダー中に噴射され、その中で圧縮空気と混合される。混合物は、高温及び高圧下で自然発火して、ピストンを作動させる。ディーゼルエンジンは、通常は圧縮点火エンジンと呼ばれる。
【０００３】
一般的に、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比較して、30%高い熱効率、45%低い温室ガス排出並びに低いCO及び炭化水素排出を有する。そのため、エネルギーを節約し、燃料コストを減らすために、ディーゼルエンジンの使用を促進することが重要である。
【０００４】
ディーゼルエンジンは、主に大きい圧縮比を有するために、ガソリンエンジンより高い熱変換効率を有する。理論上、圧縮比が大きいほど、エンジンの効率が高い。ガソリンエンジンの圧縮比は通常7〜11であるが、ディーゼルエンジンの圧縮比は通常14〜22である。
【０００５】
近年、ディーゼルエンジンは、排気タービン過給、中間冷却器、直接噴射、排気ガスの触媒変換及び粒子回収等などのいくつかの先端技術を既に採用した。ディーゼルエンジンを有する車両の排出は、Euro III、Euro IV及びEuro V排出基準をも満たしている。
【０００６】
ディーゼルエンジンの圧縮比は、エンジン材料の機械的強度により制限される一方で、ガソリンエンジンの圧縮比は、ガソリンのアンチノック特性により制限される。過度の圧縮比を有すると、空気-燃料混合物の燃焼中にデトネーション現象が現れるだろう。
【０００７】
市販のレギュラーガソリン型には、無鉛ガソリン90#、93#、95#、97#及び98#が含まれる。
【０００８】
2.表1はインターネットから得られる炭化水素化合物の一部のオクタン価を示している。
【表１】
2013533341.tif 000002
【０００９】
3.芳香族炭化水素及びオクタン価
レギュラーガソリンは、一般的に高オクタン価を有し、重要な化学物質として使用されるキシレン、エチルベンゼン、トルエン、メチル-エチルベンゼン又は他のベンゼン誘導体を含む。ガソリンのオクタン価は、抽出後、急激に減少し、市場のガソリン品質に対する要求を満たすことができない。これは、化学製品とガソリン製品との間での材料の奪い合いをもたらす。
【００１０】
芳香族炭化水素は、一般的に少し毒性を有する。芳香族炭化水素を含まない燃料という概念が、最近世界中で示唆されている。
【００１１】
4.アンチノック添加剤
ガソリンのオクタン価を改善するために、ガソリン供給業者は、時々ガソリンアンチノック添加剤を添加する。レギュラーガソリンアンチノック添加剤には、主にアルキル鉛、メチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル(MMT)、メチルtert-ブチルエーテル(MTBE)、tert-アミルメチルエーテル、tert-ブチルアルコール及びエタノール等が含まれる。
【００１２】
MMT及びMTBEの使用は、大抵、環境への二次汚染をもたらす。MTBEは、米国のいくつかの州では規制により禁止されている。
【００１３】
エタノール、プロパノール及びtert-ブチルアルコール、又はこれらの混合物などの低炭素アルコールは、ガソリン添加剤として使用すると、MTBEと類似の機能を有する。さらに、これらは、コストにおいてMTBEに対して有利であり、結果としてこれらはガソリンブレンド剤として市場で高い可能性を有する。ガソリン中に10%プロピルアルコールを添加することにより、ブレンドガソリンを格上げする(すなわち、ガソリンのオクタン価を増加させる)ことができ、したがって、有意に経済的な利点をもたらすことができる。
【００１４】
多分枝アルカンは、その異性体直鎖アルカンよりも高いオクタン価を有し、レギュラーガソリンの成分として使用すると、シリンダー中での燃焼性に優れる、すなわち、ノッキング効果が小さい。直鎖アルカンは低オクタン価を有するので、石油精製産業では、これらは、直鎖アルカンを可能な限り高分枝アルカンに変換する触媒改質工程を通して芳香族に変換される。
【００１５】
5.ガソリン、ディーゼル及び灯油
一般的に、油中に含まれる5〜18の炭素鎖長を有する炭化水素化合物は、室温で液体である。例えば、C5H12〜C18H38の炭化水素は全て室温で液体である。しかしながら、19を超える炭素鎖長(C19)を有する炭化水素は室温で固体である。
【００１６】
ガソリンは、一般的に5〜11の炭素鎖長を有する炭化水素であり、灯油は、一般的に12〜14又は12〜15の炭素鎖長を有する炭化水素であり、ディーゼルは、一般的に15〜18又は14〜18の炭素鎖長を有する炭化水素である。市場の需要によると、ガソリン、ディーゼル及び灯油の実留分は、両方向で2個の炭素原子まで適当に拡大することができる。
【００１７】
上記種々の材料の全てが粗製油に由来するわけではなく、そのわずかな部分は石炭又は植物油からのものであり得る。ガソリン、ディーゼル及び灯油の間の主な違いは、炭素鎖長である。
【００１８】
6.本発明の創造性
以前は、ガソリンについての主な研究業務は、エンジンの圧縮比を増加させる要件を満たし、エンジンの効率を改善するために、どのようにガソリンのオクタン価及びその自然発火温度を改善するかに集中している。その代わりに、ガソリンのオクタン価及びその自然発火温度を下げることにより、ガソリンを圧縮点火することができる。この場合、低オクタン価を有するこの種のガソリンを使用したエンジンの圧縮比を有意に改善することができ、したがって、エンジンの熱変換効率を有意に増加させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、新規な種類の清澄で高効率且つ環境に優しいガソリン製品を提供する。ガソリン製品は、50未満のオクタン価を有する低級ガソリンであるように見える。しかしながら、これは、実際には内燃エンジンのための新規な種類の燃料であり、一般の意味でのレギュラー油ではない。その特徴の一つは、低オクタン価を有するこの新規なガソリン製品を圧縮点火に使用することができるということである。この圧縮点火は、ガソリンを点火プラグにより点火した場合にのみ滑らかにガソリンエンジン中で燃焼させることができる現在の条件とは異なり、予混合圧縮着火(HCCI)の燃焼制御法とも異なる拡散圧縮点火の一種である。すなわち、この新規な種類のガソリン製品を使用した内燃エンジンは、高圧縮比及び高空気-燃料比の技術を採用することができるが、現在のディーゼルエンジンに必要な点火プラグなどの電子点火システムを有さない。ガソリン製品の別の特徴は、この新規なガソリン製品が、圧縮点火のためのディーゼル製品とは異なる、現在のガソリンと同じ又は類似の留分を有することである。ディーゼル製品は、圧縮点火することができ、ディーゼルエンジンは電子点火システムを備えず、ディーゼルの留分は約C14〜C18である。しかしながら、この本発明の新規なガソリン製品は、レギュラーガソリンと類似の留分、約C6〜C11を有する。
【００２０】
本発明による低オクタン価を有する新規なガソリン製品は、C6〜C12の油精留炭化水素化合物、並びに少量の炭素、水素及び酸素の化合物、並びに炭素、水素、酸素及び窒素の化合物から主になる。表1に示すように、直鎖アルカンは、低オクタン価を有し、低オクタン価を有するガソリンにとって好ましい成分である一方で、高分枝アルカン(異性化アルカン)及び芳香族は、高オクタン価を有するので、低オクタン価を有するガソリンではできる限り除去すべきである。
【００２１】
さらなる発展として、本発明による低オクタン価を有する新規なガソリン製品は、その混合物が二つの前提条件、すなわち、「圧縮点火で使用することができる」及び「エンジンシリンダー中で十分に燃焼させることができる」を満たすことができる限り、6〜11の炭素鎖長を有する炭化水素化合物に基づくC5〜C18まで拡大することができる。
【００２２】
他方、本発明による新規なガソリン製品は、低オクタン価及び低アンチノック特性を有するので、レギュラーガソリンエンジンに直接使用することはできない。
【００２３】
低オクタン価を有する新規なガソリン製品は、清澄さ、効率及び環境への優しさにおいて有利である。特に、
(1)高効率的:低オクタン価を有するガソリンは、圧縮点火に使用することができるので、このガソリンを使用した内燃エンジンは高圧縮比及び高空気-燃料比を採用することができ、その圧縮比は14〜22にまでなり得る。そのため、新規なガソリン製品を使用した内燃エンジンの熱効率は、レギュラーガソリンエンジンの熱効率より高く、したがって、優れた燃費を有する。
【００２４】
(2)清澄:低オクタン価を有する新規なガソリン製品は、低オクタン価、例えば、50、40、30又はさらに控えめな値を有するので、キシレン、エチルベンゼン、トルエン、メチル-エチルベンゼン及び高オクタン価を有する他のベンゼン誘導体などの芳香族の含量が非常に低い、又はゼロでさえある。さらに、ガソリンのオクタン価を増加させるためのMTBE又はMMTなどのアンチノック添加剤を添加する必要がない。
【００２５】
(3)環境に優しい:直鎖アルカン及び高分枝アルカンと比較して、芳香族及びMTBEなどのアンチノック添加剤の燃焼からの排ガスは、環境及び人々に有害な微量の窒素酸化物、又は炭素、窒素及び酸素の化合物、並びに多環芳香族炭化水素を含む。さらに、オクタン価を増加させるために、現在のガソリン製品は、多くのステップを含む複雑な工程を通して製造しなければならず、ガソリン製品の一単位当たりのエネルギー及び材料の両者の消費は、低オクタン価を有するガソリンより高い。そのため、本発明による低オクタン価を有する新規なガソリン製品は、より環境に優しくなる。
【００２６】
本発明による新規なガソリン製品は、レギュラーガソリンのための留分の範囲内の直留ガソリンのオクタン価を適当に下げることにより得ることができる。
【００２７】
この種の新規なガソリン製品は、オクタン価に対する要求が低い。そのため、異なる季節に関して、低オクタン価を有するガソリンの成分を、低温の季節にはC5まで増加させる、又は高温の季節にはC12〜C18まで増加させることができる。
【００２８】
ディーゼル油の性能を改善するために、低オクタン価を有するガソリンを、広範囲から選択される比でディーゼル油と混合することができる。例えば、ディーゼル油の噴霧性能及び完全燃焼性能を改善するために、混合比を例えば0〜50%又は50〜100%にすることができ、異なるブレンド燃料比を異なる混合比にしたがって設定することができる。これにより、ディーゼル油の流動性及び耐凍結性を改善することができる。
【００２９】
オクタン価は、低オクタン価を有するガソリン製品のための品質基準としてだけでなく、ガソリン40#、30#又は50#などの異なる製品についての同定マーカーとしても使用することができる。
【００３０】
ブレンド燃料を形成するために、少量のエタノール又はジメチルエーテルを、低オクタン価を有するガソリン中に添加することができる。
【００３１】
関連する請求項は以下の通りである。
【００３２】
1.主として原油に由来する低オクタン価を有するガソリンの一種であり、ディーゼル油の自然発火温度に相当する低い自然発火温度を有し、内燃エンジン中で圧縮点火することができ、前記エンジンのシリンダー中で十分に燃焼させることができる、清澄で高効率且つ環境に優しいガソリン製品であって、低オクタン価を有する前記ガソリンを使用した前記内燃エンジンの圧縮比は、通常16〜19であり、14〜22に拡大することができ;
低オクタン価を有する前記ガソリンの主留分は、直鎖アルカンの含量が高いほど、ガソリンのオクタン価が低い、C6〜C11アルカン及び少量のオレフィンであり;
前記ガソリンの留分を、C5〜C11又はC6〜C18又はC5〜C18を形成するために、C6〜C11に基づきC5〜C18に拡大することができ、種々の炭素鎖長を有する成分(直鎖アルカン及びその異性体、並びに少量のオレフィンを含む)の含量は互いに異なり、その特定の含量は市場及び使用者の要求によって任意選択により組み合わせることができるが、前記ガソリンは圧縮点火する前提条件を満たすべきである、ガソリン製品。
【００３３】
2. 16〜19(ディーゼルエンジンと類似)の圧縮比を有する、特別設計及び特別製造内燃エンジンに使用され、
前記内燃エンジンが、軽質燃料油に必要な潤滑システム、燃料油貯蔵及び送達システム(ガソリンエンジンと類似)を備え、前記ガソリンを燃焼中に加圧シリンダー中に噴射するための加圧噴射システム(加圧燃料噴射ポンプ及び加圧燃料ノズル)も備える;又は
前記内燃エンジンが、過給デバイスを有する内燃エンジンなどのような、8〜16の圧縮比を有する;又は
前記内燃エンジンが、19〜22の圧縮比を有する、請求項1に記載のガソリン製品。
【００３４】
3.圧縮点火し、十分に燃焼させる前提条件を満たすこともできる、ブレンド燃料を形成するために、少量の燃料エタノール又はジメチルエーテルを、低オクタン価を有する前記ガソリン中に添加することができる、請求項1に記載のガソリン製品。
【００３５】
4.低オクタン価を有する前記ガソリンを、ディーゼル油の噴霧性能及び完全燃焼性能を改善するための補助剤としてディーゼル油中に添加することができる、請求項1に記載のガソリン製品。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
実施形態1
N-ヘプタン、N-ヘキサン及びガソリン93#を1:1:1の比で混合する。三つの成分の各々がそれぞれ全体の容積の3分の1を占める(これらが混合前に等容積を有する)場合、混合した燃料のオクタン価は約39.3である(ガソリン39#に相当する)。混合した燃料は、通常の温度及び圧力下で17.6の圧縮比を有するエンジンにより圧縮点火することができる。
【００３７】
実施形態2
芳香族炭化水素から抽出した後の抽残油(主成分は、改質油により芳香族炭化水素を除去した後、C6〜C11からなる)は、約58.7のオクタン価を有する。油は、通常の温度及び圧力下で17の圧縮比を有する295T内燃エンジンにより圧縮点火することができる。
【００３８】
実施形態3
C5留分(以降では「ガソリン留分」と呼ぶ)を、低オクタン価を有するガソリンの留分中に添加すると、混合した油は40のオクタン価を有する。この場合、この油は、2kg/cm2の加圧空気下で12の圧縮比を有するエンジンにより圧縮点火することができる。
【００３９】
実施形態4
灯油留分を、低オクタン価を有するガソリンの留分中に添加すると、混合した油は30のオクタン価を有する。この場合、この油は、通常の温度及び圧力下で17の圧縮比を有する内燃エンジンにより圧縮点火することができる。
【００４０】
実施形態5
ディーゼル留分(30%)を、低オクタン価を有するガソリンの留分(70%)に添加すると、混合した油は30のオクタン価を有する。この場合、この油は、通常の温度及び圧力下で18の圧縮比を有する493Q内燃エンジンにより圧縮点火することができる。
【００４１】
実施形態6
灯油留分(10%)及びディーゼル留分(50%)を、低オクタン価を有するガソリンの留分(40%)に添加すると、混合した油は40のオクタン価を有する。この場合、この油は、通常の温度及び圧力下で17の圧縮比を有する内燃エンジンにより圧縮点火することができる。
【００４２】
加圧ガソリン噴射システム(加圧燃料噴射ポンプ及び加圧燃料ノズル)を有する拡散圧縮点火内燃エンジンは、低オクタン価を有する新規なガソリン製品の広範な使用に特に適している。
【国際調査報告】
2013533341.tif 000003
2013533341.tif 000004
2013533341.tif 000005
2013533341.tif 000006
2013533341.tif 000007
2013533341.tif 000008