JP5317605B2 - 軽油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、軽油組成物、特には、排気ガス中の粒子状物質を低減させることができる軽油組成物に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガスには粒子状物質（Particle Matter、以下、ＰＭという）が含まれ、近年、環境問題等の観点から、ディーゼルエンジンを搭載した自動車の排気系にフィルタを設けて大気に放出されるＰＭを構成する粒子の総粒子数や重量を低減する方法が提案されている。

一方で、ＰＭ排出量の削減について燃料の面からも検討されており、排ガス中に含まれるＰＭ全体の量、ＰＭを構成する粒子の総粒子数及び当該粒子のうち直径の分布中心が５０nm付近である粒子の粒子数、並びにアルデヒド類の量を同時に且つ十分に低減することが可能な軽油組成物（特許文献１）や、粒子直径が５０nm以下の粒子の排出抑制が可能なディーゼルエンジン用燃料油組成物が提案されている（特許文献２及び３）。また、過渡運転時におけるエンジンから排出される窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、ＰＭ、微小粒子、直径１００nm以下の粒子、アルデヒド類の低減、排ガス跡処理装置の負荷の低減、燃費の向上、運転性及び加速性の向上、燃料噴射ポンプの駆動力の低減、エンジン運転時の騒音の低減、なおかつエンジン始動性に優れ、酸化安定性に優れ、部材への影響を少なくすることができる軽油組成物が提案されている（特許文献４〜６）。

ところで、最近、ＧＴＬ軽油がＰＭ排出削減の面でも注目されている。ＧＴＬ軽油は天然ガスや石炭等をガス化し、フィッシャートロプシュ合成によって得られた合成油を分留、必要により水素化分解や異性化等を行って、軽油留分を得たものである。このＧＴＬ軽油は、ＰＭ生成の原因のひとつとされている芳香族成分をほとんど含まないため、ＰＭ排出量は少ないものと考えられている。しかしながら、本発明者が調査したところ、確かに、ＧＴＬ軽油等の芳香族成分をほとんど含まない軽油留分をディーゼル燃料として用いると、排気ガス中の粒子の総粒子数は少ないが、驚くべきことに、直径が２２nm以下の非常に小さい粒子（以下、「微小粒子」という）は、比較的多いということがわかった。この微小粒子も、少ない方が環境上好ましい。
この微小粒子は上記の従来提案の燃料組成物としてもその個数を必ずしも減らすことはできず、ＰＭ全体の量が減っても微小粒子の個数が増えることもあったし、さらには燃費が低下するという問題もあった。

特開２００４−２５５０号公報 特開２００６−２３２９７８号公報 特開２００６−２３２９７９号公報 特開２００４−６７８９９号公報 特開２００４−２６９６８２号公報 特開２００４−２６９６８３号公報

本発明は上記課題を解決するもので、ディーゼル排気ガス中のＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数を少なくするとともに、燃費が良好な軽油組成物を提供することにある。

本発明者は、軽油の成分および性状と、ＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数の関係について鋭意研究を進めた結果、軽油の品質として、全芳香族分を５.０〜１０.０容量％、２環芳香族分を４.０容量％以下、３環以上の芳香族分を０.５容量％以下、１５℃における密度を０.８０g/cm³以上、３０℃における動粘度を２.７〜３.５mm²/s、９０％留出温度を３２０〜３５０℃とすることで、ディーゼル排気ガス中のＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数を同時に低減することができ、かつ、燃費も良好であることを見出した。

すなわち、本発明は次の通りである。
（１）全芳香族分が５.０〜１０.０容量％、２環芳香族分が４.０容量％以下、３環以上の芳香族分が０.５容量％以下、１５℃における密度が０.８０g/cm³以上、３０℃における動粘度が２.７〜３.５mm²/s、９０％留出温度が３２０〜３５０℃である軽油組成物。

（２）硫黄分が１〜６質量ppm、流動点が−７℃以下、曇り点が−５℃以下、目詰まり点が−５℃以下、真発熱量４２８００〜４３３００kJ/kg、セタン指数が５４〜７５である上記（１）に記載の軽油組成物。

（３）１０％、５０％及び９０％留出温度の平均値が２５５〜２８０℃、９０％、９５％並びに９７％留出温度及び終点の平均値が３３０〜３７０℃である上記（１）又は（２）に記載の軽油組成物。

（４）１環芳香族分が５.０〜１０.０容量％、ノルマルパラフィン分が１７〜２１重量％、Ｈ／Ｃ比が１.８〜２.１である上記（１）〜（３）の何れかに記載の軽油組成物。

本発明の軽油組成物は、ディーゼル排気ガス中のＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微粒子の個数を同時に低減することができ、かつ、燃費が良好であるという格別の効果を奏する。

（芳香族分）
本発明の軽油組成物においては、全芳香族分を５.０〜１０.０容量％の範囲にすることが必要である。全芳香族分をこの範囲にすることで、ＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数を低減し、低温流動特性や燃費を維持できる。好ましくは６.０〜７.０容量％の範囲である。
また、２環芳香族分は、ＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数を低減させるためには、４.０容量％以下にする必要があり、好ましくは２.０容量％以下、さらに好ましくは１.０容量％以下であり、０容量％、すなわち、含まれていなくてもよい。
さらには、同様に、３環以上の芳香族分は、０.５容量％以下にする必要があり、好ましくは０.３容量％以下、さらに好ましくは０.１容量％以下で、０容量％であってもよい。
なお、１環芳香族分は、発熱量の維持の観点から、５.０〜１０.０容量％の範囲にすることが好ましく、さらには５.５〜１０.０容量％の範囲が特に好ましい。
各芳香族分は、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「石油製品―炭化水素タイプ試験方法―高速液体クロマトグラフ法」に規定された方法で測定されるものである。

（密度）
本発明の軽油組成物においては、１５℃における密度を０.８０g/cm³以上にすることが必要である。これにより燃費を良好に維持でき、ＰＭ全体の重量構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数を抑制できる。この密度は０.８０〜０.８３g/cm³が好ましく、特には、０.８０５〜０.８３g/cm³が好ましい。
この密度は、ＪＩＳ Ｋ２２４９「原油及び石油製品密度試験方法」に規定された方法で測定されるものである。

（動粘度）
また、３０℃における動粘度を２.７〜３.５mm²/sの範囲にする必要がある。この範囲にすることにより、燃料噴射ポンプでの潤滑性を保持することができ、また、燃料噴射時の燃料の微粒化を促進し排出ガス性状を良好にすることができる。好ましくは３.０〜３.５mm²/s、さらに好ましくは３.４〜３.５mm²/sの範囲である。
この３０℃における動粘度は、ＪＩＳ Ｋ２２８３「動粘度試験方法」に規定された方法により、３０℃で測定されるものである。

（硫黄分）
本発明の軽油組成物においては、硫黄分を１〜６質量ppmの範囲にすることが、排ガス中の硫黄酸化物の低減、排ガスの後処理装置の耐久性向上、および燃料噴射ポンプでの潤滑性維持、さらには燃料の酸化安定性維持の観点から好ましく、特には１〜５質量ppm、さらには２〜３質量ppmの範囲が好ましい。
この硫黄分は、ＪＩＳ Ｋ２５４１−６「硫黄分試験方法（紫外蛍光法）」に規定された方法で測定されるものである。

（流動点および曇り点）
本発明の軽油組成物においては、低温時の運転性向上および燃費を良好に維持する観点から、流動点を−７℃以下が好ましく、−９℃以下が、また−１８℃以上がより好ましい。
また、低温時の運転性向上および燃費を良好に維持する観点から、曇り点を−５℃以下にすることが好ましく、特には−７℃以下が、また−１０℃がより好ましい。
この流動点および曇り点は、ＪＩＳ Ｋ２２６９「原油及び石油製品の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」に規定された方法で測定されるものである。

（目詰まり点）
本発明の軽油組成物においては、低温時の運転性向上、燃費の良好な維持、および低温流動性向上剤の添加に係るコストを抑制等の観点から、目詰まり点を−５℃以下にすることが好ましい。特には、−７℃以下が、また−１２℃以上がより好ましい。
この目詰まり点はＪＩＳ Ｋ２２８８「軽油−目詰まり点試験方法」に規定された方法で測定されるものである。

（真発熱量）
本発明の軽油組成物においては、燃費を良好にするために、真発熱量を４２８００〜４３３００kJ/kg、特には４３２００〜４３３００ｋＪ／ｋｇの範囲にすることが好ましい。
この真発熱量は、ＪＩＳ Ｋ２２７９「原油及び石油製品−発熱量試験方法及び計算による推定方法」に規定された方法により求められるものである。

（セタン指数）
本発明の軽油組成物においては、着火性を良好にするためには、セタン指数を５４〜７５の範囲にすることが好ましく、また、６０〜７２、さらには６５〜７０の範囲が特に好ましい。
このセタン指数は、ＪＩＳ Ｋ２２８０「石油製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」に規定された方法で求められるものである。

（蒸留性状）
本発明による軽油組成物においては、ＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、及び微小粒子の個数を低減や燃費を良好に維持する観点から、９０％留出温度を３２０〜３５０℃の範囲にする必要がある。この９０％留出温度は、３２０℃〜３４０℃の範囲内が好ましく、さらには３３０〜３３５℃の範囲内が特に好ましい。
この蒸留性状は、ＪＩＳ Ｋ２２５４「蒸留試験方法」に規定された方法により求められるものである。

また、燃焼及び排出ガスを良好に維持する観点から、この蒸留性状において、１０％、５０％及び９０％留出温度の平均値を２５５〜２８０℃の範囲にすることが好ましく、また特に、２６０〜２８０℃が好ましい。この１０％、５０％及び９０％留出温度の平均値とは、前記各留出温度を加算して、３で割ったものである。

さらに、燃焼及び排出ガスを良好に維持する観点から、この蒸留性状において、９０％、９５％並びに９７％留出温度及び終点の平均値を３３０〜３７０℃の範囲にすることが好ましく、特には３４０〜３７０℃が好ましい。この９０％、９５％並びに９７％留出温度及び終点の平均値とは、前記各留出温度を加算し、４で割ったものである。

（ノルマルパラフィン分）
本発明の軽油組成物においては、微小粒子の個数のさらなる低減のためには、ノルマルパラフィン分を１７〜２１重量％の範囲にすることが好ましく、特には１７〜２０重量％が好ましい。
このノルマルパラフィン分は、ＪＩＳ Ｋ２５３６「石油製品―成分試験方法」に規定された方法により測定されるものである。

（Ｈ／Ｃ比）
本発明の軽油組成物においては、微小粒子の個数のさらなる低減のためには、Ｈ／Ｃ比を１.８〜２.１の範囲にすること好ましく、特には、１.９〜２.１が好ましい。
このＨ／Ｃ比は、有機元素分析によりＨ分とＣ分を測定して、Ｈ／Ｃ比を求めるものである。

本発明の軽油組成物は、原料油として、例えば、常圧蒸留装置、接触分解装置、熱分解装置等から得られる各種の軽油留分、すなわち沸点が１４０〜４００℃の範囲で留出する留分を用いて、適宜混合して水素化脱硫するか、水素化脱硫後に適宜混合することにより得られるが、芳香族を多く含む原料油を処理する場合は、製品の硫黄分や芳香族を所定範囲にするために、反応温度や水素分圧を高くし、また水素／オイル比を高くすることが有効である。なお、芳香族を多く含む原料油は難脱硫成分も多く含むことから、水素化脱硫にあたっては硫黄分を選択的に除去する触媒を用いる必要がある。

水素化脱硫は、Ｃｏ、Ｍｏ及びＮｉの１種以上を含有し、又所望によりＰを担持した水素化触媒を用い、反応温度２７０〜３８０℃、好ましくは２９５〜３６０℃、反応圧力２.５〜８.５MPa、好ましくは２．７〜７.０MPa、ＬＨＳＶ０.９〜６.０H^-1、好ましくは０.９〜５.４H^-1、水素／オイル比１３０〜３００Nm³/kLの条件から適宜選択して、上述の軽油組成物が得られる様にするとよい。

本発明では、上記水素化脱硫した軽油留分に、灯油留分、ＧＴＬ、ＢＴＸを製造する際の副生成留分、潤滑油を製造する際の副生成留分、ノルマルパラフィン化合物、ノルマルパラフィン系溶剤、イソパラフィン化合物、イソパラフィン系溶剤、芳香族化合物、芳香族系溶剤、バイオマス由来の燃料基材、ナフテン化合物、ナフテン系溶剤、等を適宜配合して、上述の性状、品質に合った軽油組成物を調製することができる。

なお、上記方法で得られた軽油組成物には、低温流動性向上剤、耐摩耗性向上剤、セタン価向上剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、腐食防止剤等の公知の燃料添加剤を添加してもよい。低温流動性向上剤としては、エチレン共重合体などを用いることができるが、特には、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなどの飽和脂肪酸のビニルエステルが好ましく用いられる。耐摩耗性向上剤としては、例えば長鎖脂肪酸（炭素数１２〜２４）又はその脂肪酸エステルが好ましく用いられる。１０〜５００ppm、好ましくは５０〜１００ppmの添加量で十分に耐摩耗性が向上する。

本発明をより具体的に実施例により説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。

軽油組成物の調製
まず以下のようにして、評価試験のために用いる軽油（供試軽油１〜６）を調製した。この供試軽油１〜６の組成等の分析値を表１に示す。分析は、上述した方法によるが、Ｈ／Ｃ比については、有機元素分析装置（LECO社製CHN-1000型）を用いて、Ｈ分とＣ分を測定して、その比を求めた。

供試軽油１：市販１号軽油を３０容量％、ＧＴＬ軽油（モスガス社製）を３０容量％、蒸留範囲が２０９〜２３１℃のナフテン/パラフィン系溶剤であるエクゾールＤ８０（東燃ゼネラル石油株式会社製）を３２容量％ 、炭素数３０のイソパラフィンであるスクアラン（東京化成工業株式会社製）を５容量％、蒸留範囲が２９０〜３０５℃の芳香族系溶剤である日石ハイゾールＳＡＳグレード２９６（新日本石油化学株式会社製）を３容量％、それぞれ配合して調製した。

供試軽油２：市販１号軽油を３０容量％、ＧＴＬ軽油（モスガス社製）を４０容量％、エクゾールＤ８０（東燃ゼネラル石油株式会社製）を３０容量％、それぞれ配合して調製した。

供試軽油３：ＧＴＬ軽油（モスガス社製）４０容量％、蒸留範囲２１３〜２６２℃のイソパラフィン系溶剤であるＩＰソルベント２０２８（出光興産株式会社製）を３０容量％、蒸留範囲が２５５〜３４０℃のイソパラフィン系溶剤であるＮＡソルベントＮＡＳ−５Ｈ（日油株式会社製）を３０容量％、混合して調製した。

供試軽油４：市販の２号軽油。

供試軽油５：炭素数１４〜１６のノルマルパラフィンＳＨＮＰ（株式会社ジャパンエナジー製）を５０容量％，ＮＡソルベントＮＡＳ−５Ｈ（日油株式会社製）を２５容量％、ＩＰソルベント２０２８（出光興産株式会社製）を１７容量％、日石ハイゾールＳＡＳグレード２９６（新日本石油化学株式会社製）を５容量％、蒸留範囲が３５０〜４００℃の高沸点芳香族系溶剤である日石ハイゾールＳＡＳグレードＬＨ（新日本石油化学株式会社製）を３容量％混合して調製した。

供試軽油６：ＧＴＬ軽油（モスガス社製）を６９容量％、市販の灯油を１０容量％、蒸留範囲が１６０〜１９５℃のＮＡソルベントＮＡＳ−３（日油株式会社製）を９容量％、日石ハイゾールＳＡＳグレード２９６（新日本石油化学株式会社製）を６容量％、日石ハイゾールＳＡＳグレードＬＨ（新日本石油化学株式会社製）を６容量％混合して調製した。

次に上記供試軽油について、ＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数、微小粒子の個数並びに前記総個数に対する微小粒子の個数の割合（以後、単に微小粒子の割合という。）、及び燃費を、以下に示す車両を用い、国内認証試験モードである１０・１５モードで測定した。

車両諸元
車両名：トヨタエスティマ
エンジン型式：３Ｃ−ＴＥ
総排気量：２１８４ｃｃ
圧縮比：２２．６
最高出力：６９ｋＷ／４０００ｒｐｍ
最大トルク：２０６Ｎｍ／２２００ｒｐｍ
規制適合：短期規制適合（平成５−６年）

（ＰＭ全体の重量測定）
ＴＲＩＡＳ ２４−４−１９９９「ディーゼル自動車１０・１５モード排出ガス試験方法」に規定された方法により測定した。この結果を表２に示した。

（ＰＭを構成する粒子の個数の測定）
車両からの排出ガスを１次希釈器（MD19−2E． Matter Engineering社製）、及び２次希釈器（ASET15−1． Matter Engineering社製）にて、空気で希釈及び加熱した。
その希釈ガスの総粒子数をCondensation Particle Counter（ＴＳＩ社製）で測定した。この結果を表２に示した。

この結果から、本発明の軽油組成物は、比較例２の市販の軽油や比較例３，４の供試軽油に比較してＰＭ全体の重量、構成する粒子の総個数が少ないことが分かる。なお、比較例１の芳香族分をほとんど含まない軽油組成物もＰＭ全体の重量、粒子の総個数が少ないことが分かる。

そこで、本発明に係る軽油組成物と比較例１の芳香族分をほとんど含まない供試軽油について、６.０４―２２.１nmの範囲の粒子数を微小粒子個数と定義し、Engine Exhaust Particle Sizer Spectrometer（ＴＳＩ社製）で、微小粒子の個数の測定を行なった。また、この微小粒子の個数が上記の総粒子数に占める割合も算出した。この結果を表３に示した。
なお、希釈条件は以下の通りである。
希釈率：１０５倍（１次希釈）、７倍（２次希釈）
加熱温度：１５０℃（１次希釈）、３００℃（２次希釈）

（燃費の測定）
また、同様の供試軽油について、ＴＲＩＡＳ ５−４−１９９９「ディーゼル自動車１０・１５モード燃料消費試験方法」に規定された方法（カーボンバランス法）により、燃費を測定した。この結果を表３に示した。

これらの結果から、本発明に係る軽油組成物が、微小粒子も少なく、また燃費にも優れていることが分かる。

本発明の軽油組成物は、ディーゼルエンジン用燃料又はその混合基材として好適に利用できる。

Claims (4)

1. 全芳香族分が５.０〜１０.０容量％、２環芳香族分が４.０容量％以下、３環以上の芳香族分が０.５容量％以下、流動点が−７℃以下（但し、−１８℃以下を除く）、１５℃における密度が０.８０ｇ／ｃｍ³以上、３０℃における動粘度が２.７〜３.５ｍｍ²／ｓ、９０％留出温度が３２０〜３５０℃である軽油組成物。
2. 硫黄分が１〜６質量ｐｐｍ、曇り点が−５℃以下、目詰まり点が５℃以下、真発熱量４２８００〜４３３００ｋＪ／ｋｇ、セタン指数が５４〜７５である請求項１に記載の軽油組成物。
3. １０％、５０％及び９０％留出温度の平均値が２５５〜２８０℃、９０％、９５％並びに９７％留出温度及び終点の平均値が３３０〜３７０℃である請求項１又は２に記載の軽油組成物。
4. １環芳香族分が５.０〜１０.０容量％、ノルマルパラフィン分が１７〜２１重量％、Ｈ／Ｃ比が１.８〜２.１である請求項１〜３の何れかに記載の軽油組成物。