(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油、灯油、ガソリン、重油、液化天然ガス、プロパン及びナフサからなる群より選ばれる少なくとも１種の液体燃料と、
水、過酸化水素、メタノール、エタノール、プロパノール及びブタノールからなる群より選ばれる少なくとも１種の燃焼温度降下剤と、
多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルと、
を含有することを特徴とする燃料組成物。
【請求項２】
液体燃料と、
水及び過酸化水素からなる群より選ばれる少なくとも１種の燃焼温度降下剤と、
多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルと、
を含有することを特徴とする燃料組成物。
【請求項３】
前記多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルが多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料組成物。
【請求項４】
前記多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルがポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルであることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の燃料組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料組成物に関するものであり、詳しくは、軽油、灯油、ガソリン、重油などの液体燃料を含む燃料組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車や発電所などの内燃機関においては、軽油、灯油、液化天然ガス（ＬＮＧ）、プロパンなどの液体燃料を空気と混合して高温（通常１０００〜２０００℃）で燃焼させるために、ＮＯ、ＮＯ2などの窒素酸化物（ＮＯｘ）やすす（カーボン）などの有害物質が発生するという問題があった。そのため、内燃機関を稼動する場合には排ガスから有害物質を除去するための浄化装置が必要となるが、特に大規模な発電所などでは設備投資や運転コストの削減が切望されている。
【０００３】
このような背景の下、液体燃料の燃焼に伴う有害物質の発生を抑制するために、エマルジョン燃料についての研究が進められている。例えば特開平４−２３４４９２号公報、特開平６−３４６０７１号公報、特表平１１−５１５０３７号公報には、石油系液体燃料に水及び界面活性剤を配合したエマルジョン燃料が開示されており、かかる界面活性剤としてスルホン酸、カルボン酸又はそれらのエステルなどが例示されている。このようなエマルジョン燃料において、水は界面活性剤の乳化作用により液体燃料中に微分散状態で存在し、また、燃焼の際には突沸して周囲に存在する液体燃料を飛散させる。従って、液体燃料を単に噴射した場合に比べてより微細な油滴の形成が可能であり、燃焼性の向上による有害物質の発生抑制効果が期待できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のエマルジョン燃料は、分散性や安定性の点で必ずしも十分とは言い難く、またエマルジョンの形成に伴い高粘度化しやすいため、有害物質の発生抑制の点で十分な効果が得られず市場での使用には至っていないのが実情である。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、分散性及び安定性に優れると共にエマルジョンの形成に伴う高粘度化が抑制されており、燃焼の際にＮＯｘなどの有害物質の発生を十分に抑制できる燃料組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、液体燃料に特定の燃焼温度降下剤及び多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルを配合した燃料組成物により上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の燃料組成物は、軽油、灯油、ガソリン、重油、液化天然ガス、プロパン及びナフサからなる群より選ばれる少なくとも１種の液体燃料と；水、過酸化水素、メタノール、エタノール、プロパノール及びブタノールからなる群より選ばれる少なくとも１種の燃焼温度降下剤と；多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルと、を含有することを特徴とする。また、本発明の燃料組成物は、液体燃料と；水及び過酸化水素からなる群より選ばれる少なくとも１種の燃焼温度降下剤と；多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルと、を含有することを特徴としてもよい。
【０００８】
本発明の燃料組成物では、多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの乳化作用によって、エマルジョンの形成に伴う高粘度化を生じることなく、燃焼温度降下剤が液体燃料中に十分に微細に且つ安定的に保持される。従って、当該燃料組成物が燃焼する際には、燃焼温度降下剤の突沸による液体燃料の微細化及び燃焼温度降下剤の気化潜熱による燃焼温度の低下によって、ＮＯｘなどの有害物質の発生を十分に抑制することができる。
【０００９】
なお、本発明でいう多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルとは、多価アルコールの水酸基とヒドロキシ脂肪酸（一分子中に水酸基とカルボキシル基との双方を有する脂肪酸）のカルボキシル基とによりエステル結合が形成されたエステルを意味する。
【００１０】
また、当該多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルは、多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルであることが好ましく、ポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルであることがより好ましい。かかる多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルを用いることによって、分散性、安定性及び高粘度化防止性が一層向上するので、有害物質の発生をより確実に抑制することができる。なお、ここでいう多価アルコール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルとは、多価アルコールに結合したヒドロキシ脂肪酸の水酸基と別のヒドロキシ脂肪酸のカルボキシル基とのエステル結合によりヒドロキシ脂肪酸の縮合鎖が形成された縮合エステルを意味する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の燃料組成物において用いられる液体燃料としては特に制限されず、従来より公知の液体燃料が使用可能である。具体的には、軽油、灯油、ガソリン、重油、液化天然ガス（ＬＮＧ）、プロパン、ナフサなどが挙げられる。
【００１３】
また、本発明においては、前述の通り、燃焼温度降下剤として水、過酸化水素、メタノール、エタノール、プロパノール又はブタノールが用いられる。これらの燃焼温度降下剤は、燃焼の際に突沸して液体燃料を微細な液滴とすると共に、かかる突沸の際の気化潜熱により液体燃料の燃焼温度を十分に低くするものである。
【００１４】
これらの燃焼温度降下剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよいが、当該燃焼温度降下剤又はその混合物（以下、混合物を含めて単に「燃焼温度降下剤」という）として、気化潜熱が３０Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ以上（より好ましくは３５〜４０Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ以上のもの、具体的には、水、過酸化水素、メタノール及びエタノールからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。気化潜熱が上記の条件を満たす燃焼温度降下剤を用いると、液体燃料の燃焼温度がより低下して、窒素酸化物などの有害物質の低減効果がより向上する傾向にあるので好ましい。また、メタノール、エタノールなどのアルコール類を用いると、すす生成の際の環化反応が抑制される傾向にある。
【００１５】
燃焼温度降下剤の含有量は、燃料組成物全量を基準として、好ましくは１〜２０重量％であり、より好ましくは２〜１０重量％である。燃焼温度降下剤の含有量が前記下限値未満の場合、液体燃料の燃焼温度が低下しにくくなり、窒素化合物などの有害物質の発生抑制効果が低下する傾向にある。他方、燃焼温度降下剤の含有量が前記上限値を超えると、液体燃料の燃焼効率が低下する傾向にある。
【００１６】
また、本発明にかかる多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルとは、ヒドロキシ脂肪酸と多価アルコールとを反応して得られるエステルである。
【００１７】
本発明に使用される多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの構成成分である多価アルコールを具体的に示すと、例えば、ペンタエリスリトール、グリセリンなどのアルカンポリオール、ショ糖などの糖類、ソルビトール、マンニトールなどの糖アルコールに代表される糖誘導体、ペンタグリセリン、ヘキサグリセリン、デカグリセリンなどのポリグリセリン、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールに代表されるポリアルカンポリオールなどが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。上記多価アルコールの中でも、ポリグリセリン及びペンタエリスリトールが好ましく、ポリグリセリンがより好ましい。また、ポリグリセリンの重合度は、２〜１０が好ましく、４〜８がより好ましい。
【００１８】
他方、多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルを構成するヒドロキシ脂肪酸とは、分子内に１個以上の水酸基を有する脂肪酸であり、具体的には、リシノレイン酸（リシノール酸）、１２−ヒドロキシステアリン酸、水素添加ヒマシ油脂肪酸（１２−ヒドロキシステアリン酸の他に少量のステアリン酸及びパルミチン酸を含有する脂肪酸）などが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。これらのヒドロキシ脂肪酸の中でも、リシノレイン酸及び１２−ヒドロキシステアリン酸が好ましい。
【００１９】
また、ヒドロキシ脂肪酸は縮合ヒドロキシ脂肪酸であってもよい。縮合ヒドロキシ脂肪酸の縮合度は、通常１より大きく、好ましくは３以上であり、より好ましくは３．５〜７である。
【００２０】
なお、本発明でいう縮合度とは、下記式（１）で求められる。
（縮合度）＝（脂肪酸の酸価）／（縮合後の脂肪酸の酸価）  （１）
【００２１】
ここで、酸価とは脂肪酸を中和するのに必要な水酸化カリウム（ＫＯＨ、分子量：５６．１１）のミリグラム数をいい、下記式（２）で求められる。
（酸価）＝［ＫＯＨ］／［脂肪酸］×１０００  （２）
（式（２）中、［ＫＯＨ］は水酸化カリウムの分子量を表し、［脂肪酸］は脂肪酸の平均分子量を表す。）
【００２２】
本発明にかかる多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルは、上記の多価アルコール及びヒドロキシ脂肪酸を、リン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、苛性ソーダなどの触媒の存在下又は無触媒で１００〜３００℃（好ましくは１２０〜２５０℃）に加熱し、生成した水を系外に除去することによって得ることができる。この反応は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、また、トルエン、キシレンなどの共沸溶剤中で行ってもよい。反応の進行度合いは、生成した水の量と反応物の酸価を測定することで確認することができる。
【００２３】
このようにして合成される多価アルコール比ヒドロキシ脂肪酸エステルとしては、具体的には、ポリグリセリンヒドロキシ脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールヒドロキシ脂肪酸エステル、ショ糖ヒドロキシ脂肪酸エステル、ポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル、ショ糖縮合ヒドロキシ脂肪酸エステルなどが挙げられ、更に詳しくは、テトラグリセリンリシノレイン酸エステル、テトラグリセリン１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、ヘキサグリセリンリシノレイン酸エステル、ヘキサグリセリン１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、オクタグリセリンリシノレイン酸エステル、オクタグリセリン１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、デカグリセリンリシノレイン酸エステル、デカグリセリン１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、ペンタエリスリトールリシノレイン酸エステル、ペンタエリスリトール１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、テトラグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、テトラグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、ヘキサグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、ヘキサグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、オクタグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、オクタグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、デカグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、デカグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、ペンタエリスリトール縮合リシノレイン酸エステル、ペンタエリスリトール縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステルなどが挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、重合度２〜１０のポリグリセリンと縮合リシノレイン酸又は縮合１２−ヒドロキシステアリン酸とのエステルが好ましく、テトラグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、テトラグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、ヘキサグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、ヘキサグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、オクタグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、オクタグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル、デカグリセリン縮合リシノレイン酸エステル、デカグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル等を挙げることができる。
【００２４】
本発明にかかる多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの酸価は、好ましくは１０以下であり、より好ましくは５以下である。当該多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの酸価が１０を超えると燃焼温度降下剤を液体燃料に乳化させる際の分散性や安定性が低下する傾向にある。
【００２５】
多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの含有量は、燃焼温度降下剤を乳化して液体燃料中に微細に且つ安定的に分散可能であれば特に制限されないが、燃料組成物全量を基準として、好ましくは０．１〜１０重量％であり、より好ましくは０．２〜４重量％である。多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの含有量が前記下限値未満であると分散性及び安定性が低下する傾向にあり、他方、前記上限値を超えると高粘度化しやすくなる傾向にある。
【００２６】
また、本発明においては、分散性、安定性及び高粘度化防止性が損なわれない限りにおいて、特開平４−２３４４９２号公報、特開平６−３４６０７１号公報、特表平１１−５１５０３７号公報などに例示された他の界面活性剤をさらに配合することができる。
【００２７】
上記の構成を有する本発明の燃料組成物は、分散性及び安定性に優れると共に高粘度化が十分に抑制されたものであり、ＮＯｘ、すすなどの有害物質の発生を十分に抑制することができるものである。従って、例えば自動車や発電所などの内燃機関で生じる排ガス中の有害物質濃度を十分に低減できる点で、本発明の燃料組成物は非常に有用である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１］
（燃料組成物の調製）
軽油、水及びヘキサグリセリン縮合リシノレイン酸エステル［ポリグリセリンの重合度：６、リシノレイン酸の縮合度：５、酸価：２．５］を重量比で９０：１０：１となるように混合し、ホモミキサー（特殊機化（株）製ＲＯＢＯ  ＭＩＣＳ）にて６０℃、１０，０００ｒｐｍで１０分間撹拌して燃料組成物を得た。得られた燃料組成物の２０℃における密度を図１、２０℃における動粘度を図２にそれぞれ示す。なお、図１及び図２には、それぞれ軽油又は水の密度及び動粘度を併せて示した。
【００３０】
（燃焼特性の評価）
表１に示す仕様のディーゼルエンジンを用いて上記の燃焼組成物の燃焼試験を行い、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。空燃比とＮＯｘ濃度との相関を図３に示す。
【表１】
0003872985.tif 000002
【００３１】
［実施例２］
実施例１における水の代わりに３０重量％過酸化水素水を用いたこと以外は実施例１と同様にして、燃料組成物を調製した。得られた燃料組成物の密度を図１、動粘度を図２にそれぞれ示す。
【００３２】
また、得られた燃料組成物を用いて実施例１と同様の燃焼試験を行い、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。空燃比とＮＯｘ濃度との相関を図３に示す。
【００３３】
［実施例３］
実施例１におけるヘキサグリセリン縮合リシノレイン酸エステルの代わりに、オクタグリセリン縮合１２−ヒドロキシステアリン酸エステル［ポリグリセリンの重合度：８、１２−ヒドロキシステアリン酸の縮合度：５、酸価：３］を用いたこと以外は実施例１と同様にして、燃料組成物を調製した。得られた燃料組成物の密度を図１、動粘度を図２にそれぞれ示す。
【００３４】
また、得られた燃料組成物を用いて実施例１と同様の燃焼試験を行い、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。空燃比とＮＯｘ濃度との相関を図３に示す。
【００３５】
［比較例１］
実施例１の軽油をそのまま用いて実施例１と同様の燃焼試験を行い、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。空燃比とＮＯｘ濃度との相関を図３に示す。
【００３６】
［比較例２］
実施例１におけるヘキサグリセリン縮合リシノレイン酸エステルの代わりにエチレンオキシド（ＥＯ）を用いたこと（軽油／水／ＥＯ＝９０／１０／１０）以外は実施例１と同様にして、燃料組成物を調製した。得られた燃料組成物の密度を図１、動粘度を図２にそれぞれ示す。
【００３７】
また、得られた燃料組成物を用いて実施例１と同様の燃焼試験を行い、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。空燃比とＮＯｘ濃度との相関を図３に示す。
【００３８】
図１、２に示したように、実施例１〜３の燃料組成物の密度及び動粘度は軽油と比較して殆ど増加しておらず、エマルジョンの形成に伴う高粘度化が十分に防止されていることが確認された。また、図３に示したように、これらの燃料組成物を用いた燃焼試験においては、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を十分に低減することができた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の燃料組成物では、多価アルコールヒドロキシ脂肪酸エステルの乳化作用によって、エマルジョンの形成に伴う高粘度化を生じることなく、燃焼温度降下剤が液体燃料中に十分に微細に且つ安定的に保持される。従って、当該燃料組成物が燃焼する際には、燃焼温度降下剤の突沸による液体燃料の微細化及び燃焼温度降下剤の気化潜熱による燃焼温度の低下によって、ＮＯｘなどの有害物質の発生を十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１〜３、比較例１〜２で用いた軽油及び水、並びに得られた燃料組成物の密度を示すグラフである。
【図２】実施例１〜３、比較例１〜２で用いた軽油及び水、並びに得られた燃料組成物の動粘度を示すグラフである。
【図３】実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた排ガス中のＮＯｘ濃度と空燃比との相関を示すグラフである。
【図１】
0003872985.tif 000003
【図２】
0003872985.tif 000004
【図３】
0003872985.tif 000005