(57)【要約】  本発明は、燃料添加剤、並びに燃料添加剤の使用法及び製造法を提供する。この燃料添加剤は、キャリアー流体中に非酸性のホウ素含有塩を含んでいる。この燃料添加剤は、燃料効率を向上させること、又は燃料を燃料添加剤とともに燃焼させることから生じる排気ガス中の汚染物質排出量を削減することにより燃焼性能を高める。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一種の塩及びキャリアー流体の混合物を含む燃料添加剤であって、塩が［Ｙ］ａＢｂＯｃ（式中、Ｙはカチオンであり、塩は非酸性である）を含むこと、キャリアー流体が、少なくとも部分的に分散した状態でキャリアー流体内に塩を維持するように作用すること、燃料添加剤が、燃焼ゾーンで燃料と接触するように加えられ、かつ燃焼された時に、燃焼性能を高めるように作用すること、性能が高められた燃焼が、燃料効率の上昇、又は燃料及び燃料添加剤の燃焼から生じる排気ガス中で汚染物質排出量の減少により評価されることを特徴とする燃料添加剤。
【請求項２】
塩が、メタホウ酸塩、五ホウ酸塩、四ホウ酸塩、オルトホウ酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群から選択された請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項３】
［ＮＨ４］２Ｂ４Ｏ７を更に含む請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項４】
アンモニウム化合物を更に含む請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項５】
溶液のｐＨが約６．０と８．０の間である請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項６】
塩が無機性である請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項７】
燃焼ゾーンを有する燃焼システム中で炭化水素燃料の燃料性能を高める方法であって、燃料性能を高めるために効果的な量で請求項１に記載の燃料添加剤を燃焼ゾーンに供給するステップ、及び燃料添加剤とともに炭化水素燃料を燃焼させるステップを含む方法。
【請求項８】
炭化水素燃料が液体炭化水素燃料である請求項７に記載の燃料性能を高める方法。
【請求項９】
炭化水素燃料が固体炭化水素燃料である請求項７に記載の燃料性能を高める方法。
【請求項１０】
燃焼ゾーンが、ガソリン燃料で作動するエンジン内である請求項７に記載の燃料性能を高める方法。
【請求項１１】
燃焼ゾーンが、ジーゼル燃料で作動するエンジン内である請求項７に記載の燃料性能を高める方法。
【請求項１２】
燃料添加剤が、燃焼ゾーンの直接燃焼型バーナー又はオープンフレーム中で、燃料と接触するように加えられ、かつ燃焼された時に、燃焼性能を高めるように作用すること、及び性能が高められた燃焼が、燃料効率の上昇、又は燃料及び燃料添加剤の燃焼から生じる排気ガス中で汚染物質排出量の減少により評価される、請求項７に記載の燃料性能を高める方法。
【請求項１３】
燃焼に適した炭化水素燃料の実質量、及び燃焼性能を高めるように作用する請求項１に記載の燃料添加剤量を含む性能が高められた燃料。
【請求項１４】
ホウ素が、約５と１０重量ｐｐｍの間の量で炭化水素燃料中に存在する請求項１３に記載の性能が高められた燃料。
【請求項１５】
性能が高められた燃料を燃焼した時に、燃料添加剤を含まない炭化水素燃料の燃焼に比較して、燃料添加剤の量が、大気中への排出物質を減少するように作用する量である請求項１３に記載の性能が高められた燃料。
【請求項１６】
ホウ素が、炭化水素燃料中に、約２５重量ｐｐｍ未満の量で存在する請求項１３に記載の性能が高められた燃料。
【請求項１７】
燃焼システムに用いる性能が高められた炭化水素燃料を製造する方法であって、炭化水素燃料に、燃料性能を高める有効量の化学的添加組成物を添加するステップを含む方法であって、化学的添加組成物が、水中で非酸性ホウ酸塩の分散体から得られた生成物を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
塩が無機性である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
炭化水素燃料の燃焼性能を高めるための燃料添加剤を製造する方法であって、
流体に塩［Ｙ］ａＢｂＯｃ（式中、Ｙはカチオンであり、塩は非酸性である）を添加して、流体中に塩を少なくとも部分的に分散させて、ホウ素を含有する親分散液を作成するステップ、
ホウ素を含有する親分散液がキャリアー流体中に全般的に分散されるように、ホウ素を含有する親分散液をキャリアー流体と混合するステップ、と
ホウ素を含有する親分散液とキャリアー流体との混合から流体の実質的部分を除去して、炭化水素燃料が存在する燃焼ゾーンに添加され、かつ燃焼される時に、燃焼性能を高めるように作用する燃料添加剤を製造するステップを含む方法。
【請求項２０】
塩が無機性である請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年４月２２日出願の米国仮特許出願番号６０／６７３，９０７、発明の名称「ホウ素含有非酸性無機化合物からなる炭化水素燃料用添加剤及びその製造法」に関係し、その優先権及び恩典を請求する。この仮特許出願の全文を参考文献として本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、燃料添加剤の分野に関係し、具体的には、効率の向上及び／又は汚染低減のために用いる、炭化水素燃料用のホウ素含有添加剤に関係する。
【背景技術】
【０００３】
多くの炭化水素燃料が用いられ、それぞれは独自の利点及び欠点をもっている。このような燃料の例には、ガソリン、天然ガス、ジーゼル、灯油、ジェット燃料、ＬＰＧ、重質留出物、バンカー重油、エタノール、石炭、その他の固形炭化水素燃料などがある。種々の燃料の、オクタン価などの種々のパラメーターを改善するために、過去の世紀にわたって、化学的化合物が燃料添加剤として用いられてきた。長期間、ガソリンに鉛を使用したこと、及びそれに続き禁止されたことが、知られている。四エチル鉛は、オクタン価には正の効果を、かつ環境には顕著に負の効果を示した。
【０００４】
四エチル鉛に加えて、幾つかの元素が、ガソリン又はその他の炭化水素燃料で燃焼触媒特性を示すことが知られている。その例には、鉛のほかに、マグネシウム、鉄、銅、セリウム、カルシウム及びバリウムがある。これらの元素のそれぞれは、特定の用途で利点及び欠点をもつ。ある種の鉄化合物の欠点は、ガソリンに対し限定された溶解度、毒性、及び添加剤として高価であることである。また、硫黄との相互作用、及び硫化物の沈殿生成が発生する恐れがあり、これは望ましくない。
【０００５】
ガソリンに対して通常用いる別の添加剤は、ＭＴＢＥである。この化合物は、オクタン水準をかなり押し上げるが、発がん性であると考えられる。また、この化合物は水と容易に混合するので、漏洩の危険が存在するに違いない。ガソリンスタンドで地下タンクから漏洩するＭＴＢＥ含有ガソリンは、地下水に到達し、井戸を汚染する恐れが潜在的にある。予測される、環境に与えるＭＴＢＥの潜在的な負の効果の結果として、エタノールが、オクタン価を押し上げるガソリン添加剤として評価されている。
【０００６】
業界の目標である燃焼効率の改善に加えて、煤煙及び微粒子の排出量の削減も関心事であり、特にジーゼル燃料用途に関心がある。業界は、煤煙及び微粒子の排出量の削減のための燃料添加剤の発展に実質的な進展をなし得なかった。
【０００７】
最後に、ＣＯ及びＮＯｘを削減する機能を最大化することを試みて、燃焼パラメーターの調整が行われる。汚染物質を最少化するための、これらの試み及びこれらの試みの組み合わせが行われたが、燃料の燃焼は、依然として、燃料効率の改善及び汚染物質削減が興味の的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガソリン燃料で作動するバス、トラック及び自動車エンジンから出る煤煙及び微粒子の排出量を削減するための燃焼触媒を含む燃料添加剤は、有利であろう。また、ジーゼル燃料用途として、効率を向上し、及び／又は汚染物質を減少させた燃料添加剤は、有利であろう。燃料用途から出る煤煙、微粒子及び窒素の排出量を削減することは有利であろう。また、沈殿物を生成しない添加剤は、有利であろう。また、生成ＮＯｘのレベルを低減する炭化水素燃料用添加剤は、有利であろう。最後に、燃焼過程で安定性を維持する添加剤は、有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明は、少なくとも一種の塩及びキャリアー流体の混合物を含む燃料添加剤であって、塩が［Ｙ］ａＢｂＯｃ（式中、Ｙはカチオンであり、塩は非酸性である）を含むこと、キャリアー流体が、少なくとも部分的に分散した状態でキャリアー流体内に塩を維持するように作用すること、燃料添加剤が、燃焼ゾーンで燃料と接触するように加えられ、かつ燃焼された時に、燃焼性能を高めるように作用すること、性能が高められた燃焼が、燃料効率の上昇、又は燃料及び燃料添加剤の燃焼から生じる排気ガス中で汚染物質排出量の減少により評価されることを特徴とする燃料添加剤を提供する。本発明の特徴は、［Ｙ］がアンモニウム化合物であることである。別法として、［Ｙ］はアルカリ金属である。
【００１０】
また、有利には、本発明は、燃焼ゾーンを有する燃焼システム中で炭化水素燃料の燃料性能を高める方法であって、少なくとも一種の塩及びキャリアー流体の混合物を含む燃料添加剤を燃焼ゾーンに供給するステップ、その際に、塩が、燃料性能を高めるために効果的な量の［Ｙ］ａＢｂＯｃ（式中、Ｙはカチオンであり、塩は非酸性である）を含むこと、及び燃料添加剤とともに炭化水素燃料を燃焼させるステップを含む方法を提供する。本発明の特徴は、燃料が固体又は液体炭化水素燃料でもよいことである。
【００１１】
本発明は、燃料添加剤、及び炭化水素燃料に関係する添加剤の使用方法を含む。本発明の燃料添加剤は、ホウ素を含有する塩を含み、かつこの塩が、［Ｙ］２Ｂ４Ｏ７（Ｙはカチオンである）を含むことが好ましい。アンモニウムは、好ましい無機性カチオンである。アルカリ金属は、別の好ましい無機性カチオンであり、５０．０未満の原子量をもつこれらのアルカリ金属がより好ましい。
【００１２】
一つの実施形態では、ホウ素塩が、水又は別の水性流体に少なくとも部分的に分散され、ホウ素含有親分散液を形成する。ホウ素塩は、水又は水性流体に分散され、塩の解離又は溶解は起きない。５ミクロン以下、より好ましくは２〜５ミクロンの好ましい粒子サイズの、ホウ素塩の安定な分散液は、炭化水素燃料中で異なった部分からなる燃焼触媒を提供し、これが大気中への排出物質の削減及び燃料効率の改善をもたらす。
【００１３】
本発明の一つの実施形態では、ホウ素含有親分散液が、分散流体に添加され、混合された。この分散流体は、塩を分散流体中で少なくとも部分的に分散した状態に維持するように作用し、かつ炭化水素燃料に混和性であるか又は溶液に維持できる流体である。好ましい実施形態では、例えば、水は、熱的手段により分散流体中のホウ素含有親分散液から大量に除去されて、燃料添加剤を作成する。分散流体は、好ましくは、グループＩＩ基油である。その他の好ましい分散流体は、軽質炭化水素、ガソリン、ポリガス、灯油、ジーゼル、ナフサ軽油、ＡＰＩで定義されたグループＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、又はＶＩ基油、芳香族油、ポリブテン、ポリグリコール、重質油、又はそれらの混合物を含む。
【００１４】
燃料添加剤は、燃料の硫黄含有量に関係なく、燃料に接触して置かれた時に、燃焼性能を高めるように作用する。性能が高められた燃焼は、燃料添加剤を用いない燃料と比較した時に、燃料効率が向上すること、又は燃焼から発生する排出ガス中の汚染物質の排出量が減少すること、又はそれらの効果の組み合わせを意味する。典型的な汚染物質は、炭化水素燃料の燃焼から発生する、ＮＯｘ、微粒物質、一酸化炭素、及びその他の認識された汚染物質を含むことができる。異なる地理的領域が、空気特性に依存する特定の汚染物質を最小量にすることに焦点を当てることが注目される。目標汚染物質の削減、又は組み合わされた、ＮＯｘ及びＣＯなどの汚染物質を削減することが、きわめて有利である。別法として、燃料効率の向上は、汚染物質の総容量の低減、並びに経済的な旨味をもたらす。
【００１５】
燃料添加剤が、アンモニウム化合物を用いて調製される時、アンモニウム化合物は、ＮＲｘ（式中、Ｒは、例えば水素であることができる）を含有する化合物として定義される。ＮＨ４が、特に好ましい。アンモニウム化合物は、本発明に従ってホウ素含有塩に用いられる時、例えばＮＯｘ削減の関係で、特に強力な触媒燃焼特性を示すことが判明した。
【００１６】
ホウ酸塩は、本質的に中性であり、しかもより具体的には高度に酸性ではない。好ましい実施形態では、ホウ素含有親分散液が、約６．０と８．０の間のｐＨを有する。典型的には、ホウ酸は、この比較的中性のｐＨ範囲に存在しない。例えば、五ホウ酸塩及び四ホウ酸塩が、本明細書で開示される。ホウ酸塩は、メタホウ酸塩、オルトホウ酸塩、又は酸性でない任意の形態のホウ酸塩、又はそれらの組み合わせを含む任意の形態であることができる。この塩は、無水であるか又は種々の水準の水和物であることができる。本発明に従った好ましいホウ素塩は、無機性、非酸性、不溶性、及び分散性である。
【００１７】
本発明の一つの実施形態のホウ素含有親分散液は、任意の種類の環境で、例えば、親水性又は疎水性環境のいずれでも使用できる。疎水性環境の場合、キャリアー流体は適切な分散を考慮して選択されることが、必要であるに違いない。好ましい実施形態では、キャリアー流体は、ポリオキシプロピレンモノオール、ジオール及びポリオール、ポリオキシブチレンモノオール、ジオール及びポリオール、特にバイエルアクタクリアーＮＤ１７である。また、好ましい実施形態には、燃料添加剤を作成するために、キャリアー流体に関連して用いる分散剤が、含まれる。好ましい分散剤は、テキサコＴＦＡ４６９０Ｃ、オロナイトＯＤＡ７８０１２、及びエチルハイテック６４６などのポリアルケニルスクシンイミドを含む。液体炭化水素燃料用途の場合、好ましくは、少なくとも一種のキャリアー流体は、少なくともある種の親水特性をもつ流体であってもよく、この流体は、燃料と混和性であり、分散剤と関連して混和化剤として作用する。
【００１８】
本発明の燃料添加剤は、燃焼性能を高めるために有用であり、燃料添加剤を用いない燃料の燃焼に比較したとき、より完全な燃焼が達成されて、燃焼によるＣＯ２及びＨ２Ｏ排出量が増加する。その成果は、不完全燃焼製品並びにＮＯｘの削減であり、それにより燃料効率が向上する。
【００１９】
この燃料添加剤は、燃料効率を向上させ、及び／又は汚染物質を削減するに有効な量で、この添加剤を燃料に添加することにより使用される。性能が高められた、及び性能が高められた燃焼の用語は、これらの効果のいずれかのことをいう。汚染物質削減の例は、内燃機関又は直接燃焼型オープンフレームバーナーから生成した排出ガス中のＮＯｘ及びＣＯの削減である。好都合には、これらの両方の効果が、本発明の燃料添加剤の添加により観察される。好ましい実施形態は、燃料添加剤の添加により、約５と１０重量ｐｐｍの間のホウ素を燃料に添加することを含む。同様に、２５重量ｐｐｍまでのホウ素量の増量は効果的である。きわめてコスト効果のよい溶液が、低重量パーセントのホウ素、即ち２０ｐｐｍ未満のホウ素により調製できることは注目に値する。別の好ましい目標は、１５ｐｐｍ未満のホウ素である。比較的低濃度のホウ素は、好都合にも、経済的な利点を提供し、環境的には一層許容可能であり、かつエンジン中で清浄作用をもたらして、堆積物及び残渣を削減することができる。
【００２０】
本発明には、燃焼システム中で、炭化水素燃料の燃料性能を高める方法が含まれる。この方法は、燃料性能を高めるために効果的な量の、上記の燃料添加剤を炭化水素燃料に供給するステップ、及び燃料添加剤とともに炭化水素燃料を燃焼させるステップを含む。燃焼システムは、炭化水素燃焼に関係する当業者に知られた任意の手段であることができる。燃焼システムは、種々の内燃機関の如何なるものも含むことができる。好ましい実施形態では、この方法は、液体又は液化炭化水素燃料とともに用いられる。また、別法として、この方法は、固体炭化水素燃料とともに用いることができる。炭化水素燃料に添加剤を加えた結果は、燃焼に適した実質的な量の炭化水素燃料、及び燃焼性能を高めるように作用する量の燃料添加剤を含有する、性能が高められた燃料となる。好ましくは、性能が高められた燃料は、燃料添加剤を含まない炭化水素燃料の燃焼に比較して、性能が高められた燃料を燃焼させる時に、大気中への排出物質を削減し、かつ効率を改善するように作用する量のホウ素を含有する。より好ましくは、性能が高められた燃料は、約５と１０重量ｐｐｍの間のホウ素を含有する。同様に、２５重量ｐｐｍまでのホウ素量の増量は効果的である。きわめてコスト効果のよい溶液が、低重量パーセントのホウ素、即ち２０ｐｐｍ未満のホウ素により調製できることは注目に値する。別の好ましい目標は、１５ｐｐｍ未満のホウ素である。
【００２１】
本発明の別法の実施形態は、燃焼システム中の炭化水素燃料の燃料性能を高める方法であって、炭化水素燃料に、燃料性能を高める有効量の化学的添加組成物を添加するステップを含む方法である。
【００２２】
ホウ酸塩を水に分散させることにより中間の水性親分散液を作成することにより、分散流体とも呼ばれる化学的添加組成物が作成可能である。次のステップは、種々の分散剤、界面活性剤などの存在下で、水性ホウ素含有親分散液をキャリアー流体と組み合わせること、及び続いて水を除去してホウ素含有分散流体を作成することを含む。
【００２３】
本発明の親溶液、又はホウ素含有分散流体は、燃焼燃料に加えることができ、又は燃焼燃料を含むことができる。再び、炭化水素系の燃料中で、分散を促進するために分散剤を含有することは有利であるに違いない。典型的な燃料は、灯油、ジーゼル燃料、及び残燃料である。
【００２４】
燃焼に適した実質的な量の燃料が、性能が高められた燃料を燃焼させる時に、大気中への排出物質を削減し、又は効率を向上させるために効果的な量のホウ素含有親分散液、又は化学的添加組成物と組み合わされた時に、性能が高められた燃料が作成される。ジーゼル及びガソリンは、燃焼に適した燃料の例である。また、燃焼機関で燃焼に有用なその他の炭化水素燃料が含まれる。ある環境では、分散流体は、ある種の目標流体、即ち所望する燃料を含有する流体である。
【実施例１】
【００２５】
（ホウ素含有水性親溶液の調製）
【００２６】
８３．５ｇのアンモニウム五ホウ酸塩八水化物（ＮＨ４Ｂ５Ｏ８８Ｈ２Ｏ、分子量５４４．３ｇ／モル）が投入され、４１７．７ｇの脱イオン水に添加された。この混合物は、塩の全てが分散するまで、８０℃で攪拌しながら加熱された。この溶液は、８０℃で透明を保ち、１．８重量％のホウ素を含有した。
【実施例２】
【００２７】
（ホウ素含有分散流体の調製）
【００２８】
４リットルのエルレンマイヤーフラスコ中で、１，２００ｇの鉱油ベースストックに、分散剤の混合物を含む有標の添加剤パッケージである、９０ｇのＬｕｂｒｉｚｏｌ  ４００Ａ、と１８０ｇの灯油を加えた。この混合物は、透明溶液が得られるまで、室温で攪拌された。この油性溶液に、実施例１で調製した１６６．０ｇのホウ素含有親分散液を加えた。高速ハンドミキサーを用いてこの二つの溶液を混合して、Ｗ／Ｏ型エマルジョンを作成した。このエマルジョンを、攪拌機及びコンデンサー付きデイーン‐スタークトラップを備えた３リットルの丸底フラスコに移した。この混合物を攪拌しながら約１時間にわたって、最高１５０℃の温度まで加熱した。得られたものは、オイルマトリックス中のホウ酸塩の分散液であった。最終的水分含有量は６，４８０ｐｐｍであり、最終的な理論ホウ素含有量は１，８２７ｐｐｍであった。
【実施例３】
【００２９】
（ホウ素を含有する２サイクルエンジン燃料用処理剤の調製）
【００３０】
実施例２のホウ素含有分散流体と、種々の界面活性剤及び分散剤を含有する有標の添加剤パッケージである、Ｔｕｆｆｌｏ  ６０３６を混合することにより、ガソリンによる稀釈及び２サイクルエンジン燃料としての使用に適した潤滑油が調製され、最終的ホウ素含有量は約３００ｐｐｍであった。次に、燃料が、５０：１の比率で、この混合物に加えられ、約６ｐｐｍの最終ホウ素含有量を提供した。
【実施例４】
【００３１】
（ホームライトのヤードブルームＩＩリーフブロワー（Ｙａｒｄ  Ｂｒｏｏｍ  ＩＩ  Ｌｅａｆ  ｂｌｏｗｅｒ）試験）
【００３２】
ホームライトのヤードブルームＩＩリーフブロワーは、３０ｃｃ２サイクルガソリンエンジンを用いた携帯ブロワーである。リーフブロワーは、エンジン効率の改善、特に燃料節約の向上を審査するために用いられる。ベースラインを設定するために、標準的なホームライトの２サイクルオイルが、５０：１の比率で、８７オクタン価のレギュラー無鉛ガソリンと混合された。正確に２５０ミリリットルの燃料混合物が、リーフブロワー燃料タンクに加えられた。次に、燃料が全て消費され、エンジンが止まるまで、エンジンがフル回転で稼動された。稼動時間、回転数、及び排気温度が測定され、記録された。実施例３で得たホウ素含有オイルを５０：１の稀釈比で用い、約６ｐｐｍのホウ素量で、試験を繰り返した。結果は、２．３％の回転数の増加、６．５％の排気空気温度の低下、及び１１．８％の稼働時間の増加であった。これらの値は、本発明のホウ素含有オイルによる、エンジン作動効率の顕著な改善を例証する。
【実施例５】
【００３３】
（オープンフレームでジーゼル燃料の燃焼）
【００３４】
ジーゼル燃料を用いたオープンフレームバーナーを用いて、ＣＯ排出量を測定した。特定の、制御された燃料と空気の混合比で未処理ジーゼルを燃焼させることにより、ベースラインが設定された。この試験のために、燃料：空気の混合比は変更しなかった。実施例２で得たホウ素分散流体が、高硫黄Ｎｏ．２ジーゼルを用いて２０ｐｐｍホウ素濃度に稀釈された。次に、この混合物を用いて、バーナーに燃料供給を行ない、１４測定点を通して、１１．５％のＣＯ量の削減が測定された。
【国際調査報告】
2008537013.tif 000002
2008537013.tif 000003