(57)【要約】  圧縮点火エンジンのための軽質留分燃料組成物は、約２５ｖ／ｖ％〜約５０ｖ／ｖ％の商用ディーゼル燃料と、約４０ｖ／ｖ％〜約６９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサと、約５ｖ／ｖ％〜約１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノールと、約０．２ｖ／ｖ％〜約１．７ｖ／ｖ％の２−エチルヘキシルニトラートとを含む。商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合は、選択されたエンジンについて少なくとも５１のセタン価を得るように制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮点火エンジンのための軽質留分燃料組成物であって、
約２５ｖ／ｖ％〜約５０ｖ／ｖ％商用ディーゼル燃料と、
約４０ｖ／ｖ％〜約６９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサと、
約５ｖ／ｖ％〜約１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノールと、
約０．２ｖ／ｖ％〜約１．７ｖ／ｖ％の２−エチルヘキシルニトラートと、を含む、軽質留分燃料組成物。
【請求項２】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、選択されたエンジンについて少なくとも５１のセタン価を得るように制御される、請求項１に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項３】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、選択されたエンジンについて約７．２８ＰＳＩ〜約１０．８８ＰＳＩの範囲のリード蒸気圧を得るように制御される、請求項１に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項４】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、約３０℃（初期）〜約３５０℃（最終）の沸点範囲を得るように制御される、請求項１に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項５】
約２６ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、約６８ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、約５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む、請求項１に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項６】
約４５ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、約４９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、約５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む、請求項１に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項７】
圧縮点火エンジンのための軽質留分燃料組成物であって、
約０ｖ／ｖ％〜約５０ｖ／ｖ％の商用ディーゼル燃料と、
約４０ｖ／ｖ％〜約９４ｖ／ｖ％の直留重質ナフサと、
約５ｖ／ｖ％〜約１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノールと、
約０．２ｖ／ｖ％〜約１．７ｖ／ｖ％の２−エチルヘキシルニトラートと、を含む、軽質留分燃料組成物。
【請求項８】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、選択されたエンジンについて少なくとも５１のセタン価を得るように制御される、請求項７に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項９】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、選択されたエンジンについて約７．２８ＰＳＩ〜約１０．８８ＰＳＩの範囲のリード蒸気圧を得るように制御される、請求項７に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項１０】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、約３０℃（初期）〜約３５０℃（最終）の沸点範囲を得るように制御される、請求項７に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項１１】
約２４ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、約７０ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、約５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む、請求項７に記載の軽質留分燃料組成物。
【請求項１２】
約４５ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、約４９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、約５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む、請求項７に記載の軽質留分燃料組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油系燃料に関し、具体的には、圧縮点火エンジンのための軽質留分系燃料組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境規制および政策は、化石燃料の燃焼排出を削減するための推進力を高めている。圧縮点火（ＣＩ）車両は、排出プロファイルの少ないバッテリー電気自動車（ＢＥＶ）および天然ガストラックとの潜在的な競争により、排出を削減するという圧力に直面している。二酸化炭素、芳香族炭化水素、およびすすを含む、排出がより少ない燃料を開発する試みがなされてきた。しかしながら、蒸気圧およびセタン価に関するディーゼル圧縮点火の特有の要件により、このような排出を削減しながら、ＣＩエンジンに適切な運転性、安全性、およびメンテナンス特徴を維持する、ディーゼル燃料のドロップイン代替を開発することは困難であることが判明している。
【０００３】
ゆえに、ディーゼルエンジンの排出プロファイルを改善することができる商用ディーゼルのためのドロップイン代替燃料の開発が引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、約２５ｖ／ｖ％〜約５０ｖ／ｖ％の商用ディーゼル燃料と、約４０ｖ／ｖ％〜約６９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサと、約５ｖ／ｖ％〜約１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノールと、約０．２ｖ／ｖ％〜約１．７ｖ／ｖ％の２−エチルヘキシルニトラートとを含む、圧縮点火エンジンのための軽質留分燃料組成物を提供する。
【０００５】
好ましくは、商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合は、選択されたエンジンについて少なくとも５１のセタン価を得るように制御され、商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合は、選択されたエンジンについて約７．２８ＰＳＩ〜約１０．８８ＰＳＩの範囲のリード蒸気圧を得るように制御される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合は、約３０℃（初期）〜約３５０℃（最終）の沸点範囲を得るように制御される。
【０００７】
一実装では、軽質留分燃料組成物は、約２６ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、約６８ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、約５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む。
【０００８】
別の実装では、軽質留分燃料組成物は、約４５ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、約４９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、約５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む。
【０００９】
別の実施形態では、圧縮点火エンジンのため軽質留分燃料組成物は、約０ｖ／ｖ％〜約５０ｖ／ｖ％の商用ディーゼル燃料と、約４０ｖ／ｖ％〜約９５ｖ／ｖ％の直留重質ナフサと、約５ｖ／ｖ％〜約１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノールと、約０．２ｖ／ｖ％〜約１．７ｖ／ｖ％の２−エチルヘキシルニトラートとを含む。
【００１０】
これらの特徴および他の特徴は、付随の図面に関連して述べる本発明のある特定の実施形態の付随の説明から理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料組成物における粘度と軽質留分の割合との関係を示すグラフである。
【図２】３つの燃料変異体についての蒸留温度別の蒸発体積留分を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態は、約４０体積パーセント（ｖ／ｖ％）〜約９４ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ（「軽質留分」と呼ばれる）、約０ｖ／ｖ％〜約５０ｖ／ｖ％の商用ディーゼル燃料、約５ｖ／ｖ％〜約１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および約０．２ｖ／ｖ％〜約１．７ｖ／ｖ％の２−ＥＨＮ（２−エチルヘキシルニトラート）を含む、圧縮点火エンジンのための燃料組成物を提供する。これらの範囲内で異なるブレンド有する燃料変異体を、従来のＣＩエンジンで試験した。これらの試験により、軽質留分の商用ディーゼルとのブレンドが、二酸化炭素およびすすの排出を削減する商用ディーゼルのためのドロップイン代替として使用することができることが判断された。
【００１３】
本発明の燃料組成物を開発する際に、燃料組成物が標準的なディーゼルの運転、安全性、およびメンテナンス要件を確実に満たすように、いくつかの初期運転パラメータ目標を指定した。通常のディーゼル運転範囲内にある５１のセタン価を選択した。セタン価は、燃料が圧力下で自己点火する速さを示す尺度である。５０．３３〜７５．１５ｋＰａの範囲の蒸気圧を選択して、可燃性タンクの混合を回避した。４６０μｍ未満の潤滑性値を選択して、摺動部品の金属摩耗を最小限に抑えるようにし、２ｃＳｔを超える粘度を選択して、燃料噴射システムの耐久性を確保した。
【００１４】
ディーゼルを、商用ディーゼル燃料よりもＬＨＶ（低位発熱量）が高く、かつ水素対炭素比（Ｈ／Ｃ）が高い割合の軽質留分直留ナフサとブレンドすることによって、同じ熱力学的効率でＣＯ２排出の低下が達成され得ることが理解された。加えて、直留ナフサは、商用ディーゼル燃料よりも多環芳香族炭化水素の含有量が低い。多環芳香族炭化水素は、多くの場合、すす（煙）前駆物質であるため、その含有量を削減することによって、ＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯの排出を変えることなく、エンジンから出る煙を減少させることが可能である。重要なことには、試験により、新規の燃料の変異体が、圧縮点火エンジンのドロップイン燃料に必要ないずれの所望の特性も犠牲にすることなく、目標とする仕様を満たしていることが示された。さらに、本発明の軽質留分燃料組成物は、改善された製油所マージンに関して経済的利益を提供する。
【００１５】
試験を、３つの異なる燃料変異体で実行した。変異体を、ドロップインディーゼル代替燃料として、Ｖｏｌｖｏ  ＭＤ１１  Ｅｕｒｏ  ＶエンジンおよびＭｏｄｅｒｎ  Ｃｕｍｍｉｎｓ  ＩＳＸ１５  ＣＩエンジンの両方で試験した。第１の試験では、７５％軽質留分／２５％商用ディーゼルの燃料変異体を使用し、これを試験ＧＤ７５と呼び、第２の試験では、５０％軽質留分／５０％商用ディーゼルの燃料変異体を使用し、これを、ＧＤ５０と呼び、第３の試験では、ディーゼル留分を含有しない燃料変異体を使用し、これをＧＤ１００と呼んだ（これらの割合は、軽質留分およびディーゼルの相対的割合を反映し、ｎ−ブタノールなどの他の成分は考慮しない）。
【００１６】
図１は、燃料組成物における粘度と軽質留分の割合との関係を示すグラフである。図１のグラフが示すように、目標の粘度に到達するには、最大で２０％の軽質留分の割合が必要である。しかしながら、５０％軽質留分および５０％ディーゼルのブレンド（ＧＤ５０）を使用して１２００時間にわたって試験すると、エンジンまたは燃料噴射システムに損傷を与えることなく、良好な結果がもたらされる。これらの実験結果として、２ｃＳｔの初期粘度仕様を１ｃＳｔまで低下させて、第２のＧＤ５０ブレンドを試験した。ディーゼル留分を含有しないＧＤ１００を対照として試験し、ＣＯ２および粒子の最大削減レベルを判断した。図２は、３つの変異体についての蒸留温度別の蒸発体積留分を示すグラフである。本グラフは、存在するディーゼルの留分が多いほど、５０℃〜３００℃のスパンにわたって、より多くの留分が未蒸発のまま残ることを示す。例えば、２００℃では、ＧＤ５０（ディーゼル割合が最も高い変異体）の約５０％が蒸発する一方で、同じ温度で、ＧＤ１００の全てが蒸発し、ＧＤ７５の約８０％が蒸発する。これは、より軽い直留ナフサ成分が、より重いディーゼル成分よりも低い温度で蒸発するという事実によって説明することができる。表Ｉは、試験した３つの燃料変異体の主な特性を列挙する。
【表１】
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【００１７】
表ＩＩは、試験した３つの燃料変異体の特性の最小値および最大値（範囲）を列挙する。以下に示す範囲内の任意の最終ブレンド配合物は、エンジン特有であり、特有のエンジン型の燃料噴射システムの実験性能および耐久性に依存する。
【表２】
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【００１８】
表ＩＩＩは、１００％ディーゼル基準値からの相対的変動に関して、Ｖｏｌｖｏ  ＭＤ１１圧縮点火エンジンで実行した試験の実験的排出結果を列挙する。Ｖｏｌｖｏの試験には、ドロップイン代替試験と、燃料変異体の潜在性を理解するために最適化された噴射設定を使用して実行した試験との両方が含まれた。Ｖｏｌｖｏのエンジン試験の結果の注目すべき特徴は、軽質留分を最適化なしのドロップイン代替として商用ディーゼルとブレンドすると、全ての変異体について、ＮＯｘ排出は減少するが、すす排出は増加し、効率がわずかに低下する。しかしながら、噴射設定が最適化されると、ＮＯｘ排出はほとんど変化しないが、特にＧＤ７５およびＧＤ１００について、すす排出は著しく減少し、効率がわずかに上昇する。これらの結果は、すす排出がほぼ一定のＮＯｘおよび効率で削減することができることを示す。
【表３】
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【００１９】
表ＩＶは、Ｃｕｍｍｉｎｓ  ＩＳＸ  １５圧縮点火エンジンで実行した試験の実験的排出結果を示し、この場合、絶対値および１００％ディーゼル基準値からの相対的変動の両方を列挙する。より高い軽質留分割合の燃料（ＧＤ１００、ＧＤ７５）を用いたＣｕｍｍｉｎｓエンジンの試験結果は、ほぼ一定のＮＯｘおよび効率で、ＣＯ２排出が３．２５〜４．２５％減少し、すすが２７〜４５％より著しく減少することを示す。したがって、本発明の燃料組成物は、排出削減に関して、商用ディーゼルよりも大幅な改善が見られ得る。
【表４】
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【００２０】
本発明による燃料変異体は、既存のディーゼルエンジンハードウェアを活用しながら、ソフトウェアの修正を必要とすることなく、全体的および局所的な汚染物質の削減を提供することができる。ある特定の実装では、ある特定のディーゼル機器に調整を加えて、新規配合物により良好に対応することができると考えられている。例えば、ディーゼルタンクのキャップは気密に修正することができ、追加の機構を用いてタンク内の圧力のバランスを取ることができる。
【００２１】
本明細書に開示されたいずれの構造および機能の詳細も、システムおよび方法を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ、当業者に、方法を実装するための１つ以上の手法を教示するための典型的な実施形態および／または構成として提供されていることを理解されたい。
【００２２】
図面中の類似の数字が、いくつかの図面を通して類似の要素を表し、図面に関連して説明され、示された構成要素および／またはステップの全てが、全ての実施形態または構成に必要とされるわけではないことをさらに理解されたい。
【００２３】
本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別のことを示している場合を除き、複数形も含むものと意図する。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語は、本明細書において使用される場合、記載される特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を明記しているが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことをさらに理解されたい。
【００２４】
配向の用語は、本明細書においては、単に慣例および参照の目的で使用され、限定として解釈されるべきではない。しかしながら、これらの用語が、見る人を基準にして使用される可能性があることを認識されたい。したがって、限定が含意されることもなく、推測されることもない。
【００２５】
また、本明細書において使用される表現および専門用語は、説明目的のものであり、限定として見做されるべきではない。本明細書における「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、または「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含有する）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、およびこれらの変形の使用は、これらに続いて列挙される項目、およびこれらの均等物、ならびに追加項目を包含することを意味する。
【００２６】
本発明は、例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更を行なうことができ、均等物を実施形態の要素の代わりに用いることができることを理解できるであろう。さらに、当業者であれば、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の機器、状況、または材料を本発明の教示に適合させるための多くの修正を理解するであろう。したがって、本発明は、本発明を実施するために想到される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されることがなく、本発明は、添付の特許請求の範囲に収まる全ての実施形態を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月20日(2020.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮点火エンジンのための軽質留分系燃料組成物であって、
２５ｖ／ｖ％〜５０ｖ／ｖ％の商用ディーゼル燃料と、
４０ｖ／ｖ％〜６９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサと、
５ｖ／ｖ％〜１０ｖ／ｖ％のｎ−ブタノールと、
０．２ｖ／ｖ％〜１．７ｖ／ｖ％の２−エチルヘキシルニトラートと、を含む、軽質留分系燃料組成物。
【請求項２】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、少なくとも５１のセタン価を得るように制御される、請求項１に記載の軽質留分系燃料組成物。
【請求項３】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、７．２８ＰＳＩ〜１０．８８ＰＳＩの範囲のリード蒸気圧を得るように制御される、請求項１に記載の軽質留分系燃料組成物。
【請求項４】
商用ディーゼル燃料および直留重質ナフサの相対的割合が、３０℃（初期）〜３５０℃（最終）の沸点範囲を得るように制御される、請求項１に記載の軽質留分系燃料組成物。
【請求項５】
２６ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、６８ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む、請求項１に記載の軽質留分系燃料組成物。
【請求項６】
４５ｖ／ｖ％の商用ディーゼル、４９ｖ／ｖ％の直留重質ナフサ、５ｖ／ｖ％のｎ−ブタノール、および１．０％の２−エチルヘキシルニトラートを含む、請求項１に記載の軽質留分系燃料組成物。
【国際調査報告】
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