JPS6011959B2 - 改善された炭化水素燃料用添加剤および炭化水素燃料の燃焼改善法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改善された液体炭化水素燃料およびジーゼルエ
ンジン燃料用の燃料添加剤に関し、およびジーゼルエン
ジンに於る空気汚染物質、固形炭素析出物および貯蔵中
に於るジーゼル燃料のスラィム（ｓｌｉｍｅ）析出物を
減少する方法に関する。

ベンゼンのメチル化スピリットのような溶剤に溶解した
ピクリン酸のような金属を有さない芳香族ニトロ化合物
とピクリン酸第一鉄のような芳香族ニトロ酸の鉄塩とか
らなる燃料添加剤は米国特許第２５０６５３ｙ影こ記載
されている。この添加剤はいくつかの欠点を有するため
これが広く使用されることを妨げている。これは非常に
引火点が低く、非常に腐食性で、また不安定である。当
該の金属を有さない芳香族ニトロ化合物と芳香族ニトロ
酸の鉄塩に対する非酸化性相客‘性溶剤を用いることに
より上記欠点のいくつかを克服しようとする試みが米国
特許第３２８２８５８号に記載されている。これはある
点では有効ではあるが、本発明の改善された添加剤は遥
かに好ましいものである。船、機関車、トラックおよび
発電機のような高負荷ジーゼルエンジンでは、アィドリ
ング時間が長いこと、燃料組成の変動および頻繁に加速
負荷をかけることが重なり合ってエンジン設計技術者の
仕事を困難なものとしている。当該技術者はいくつかの
理想的な設計物について勘案して妥協し、種々の運転条
件で十分に作動する装置を作り出さなければならない。
燃料が燃焼する際は、いくつかの段階を経る。このうち
少なくとも以下の三つが重要である。｛１｝空気対燃料
比、‘２）炎中での特定の場所に於る混合の程度、糊温
度。このニつの可変因子により、燃料は酸化されるか、
熱分解されるか、あるいは燃焼しないで排出されるかの
いずれかである。よく混合されて空気が十分に供給され
る場合は、酸素が燃料蒸気に付加して順次一層酸化され
た生成物を生じ、最終的には最低エネルギー状態（二酸
化炭素と水）に至る。これに対して炎の還元帯城でこの
過程を維持するに十分な空気の供艶溝がない場合には燃
料は熱のために分解してより小さな分子単位となる。こ
れがいわゆる熱分解過程で、重質タイプの燃料では気化
するためにはこの過程が起らなければならない。しかし
ながら、もしより小さい単位（究極的には炭素であるが
）が可視炎帯城を抜け出てしまうと、これらは排気され
て、炭素およびスモッグ生成未燃焼炭化水素を含む排気
煙を生じる。そこで、十分な熱が存在して正しい割合で
燃料と空気とを十分混合して霧化することが極めて重要
である。本発明の添加剤は以下の点に於て燃料燃焼過程
を改善する。（１１燃料微滴を強力に分離して、極めて
良好な気化を行うことにより燃料−空気比を改善する、
‘２’一層完全に燃焼することにより炭素析出を減少す
る、またはなくす、【３’より迅速に冷却して断熱性炭
素析出物を除くことにより平常の燃焼室温度を上昇する
、‘４１圧縮比をエンジンの設計値に可能なかぎり回復
することによりモーターの平常使用能力を高める、■炭
素、ガムおよび樹脂状物によるクラ・ンクケースの汚染
を劇的に減少することにより、オイル寿命を長くする、
■結合剤となる樹脂状物、ガムおよび炭素を減少するこ
とにより酸や他の不純物を一層容易に排出することがで
きる、【７１ィンジェクターの汚損を減少する、または
なくす、｛８）ピストンリングおよび弁の固着を減少す
る、‘９｝馬力を増加する、００スタートを容易にし、
滑らかな運転とより迅速な加速を得る、（１１）排気か
らの火花を減少する、またはなくす、（１２）排気ガス
臭を問題にならない程度に下げる、および（１３）空気
汚染物質を減少する。本発明の王なる目的の一つは、液
体炭化水素燃料、特にジーゼル燃料用の改善された添加
剤にある。当該添加剤は当該のエンジンの排気からの固
形炭素析出物、排気火花および排気汚染物質を減少し、
および多くの場合になくす効果を有する。別の目的は、
非腐食性で、安定で、低コストで炭化水素燃料を改善で
きる改善された添加剤にある。別の目的は、ジーゼル燃
料貯蔵中に生成するスラィム析出物を減少しおよび実質
的になくすることにある。本発明の別の目的は、通常の
ジーゼル燃料の燃焼中に蓄積する固形炭素析出物を除去
するためのオーバーホールの回数を減少することにある
。

芳香族ニトロ酸の鉄塩と１〜４炭素原子を有する脂肪族
ニトロ化合物との混合物を所定量当該燃料中へ配合する
ことにより上記の目的を達成することができる。使用す
る添加剤の量は、燃焼した燃料排ガスが原子状に分散し
た鉄を有効量含み、これが熱排気帯域を通る一次排ガス
の二次燃焼を触媒するに十分な量であることが必要であ
る。当該添加剤は相容性溶剤に溶解したピクリン酸第一
鉄と脂肪族ニトロ化合物との混合物であることが好まし
い。本発明の燃料添加剤は溶剤およびオイルに配合した
ピクリン酸第一鉄および脂肪族ニトロ化合物の溶液であ
ることが好ましく、これに酸化防止剤、腐食防止剤およ
び粘度調整剤を添加することができる。

この配合物を所期量で炭化水素燃料に添加すると、その
活性成分が燃焼の第一段階で分解して燃焼室内の乱流浪
合を増加させる。酸素が燃料とガスとに加速された速度
で伝達されて発火サイクルで許容される短時間内により
一層の酸化を行う。高負荷ジーゼルエンジンでは、排気
孔および弁に固形炭素析出物が生じ易い。この弁での炭
素蓄積が弁が完全に閉じることを妨げ、当然ェンジンン
の効率を下げるｂ固形炭素析出物はジーゼルエンジンの
ピストンドームまたはシリンダーヘッドにも蓄積する。
フラッシュ発火（ｆｌａｓｈｆｉｒｉｎｇ）によって起
るアィドリングの乱れがいまいま見られるが、この不調
の原因はこれらの炭素析出物の存在によると思われる。
本発明の燃料添加剤をジーゼル燃料に添加すると、排気
系に存在する炭素析出物を除去する。排気煙道炭素を除
去することにより、この排気煙遥からの燃焼火花は最早
問題外となる。完全燃焼することにより、燐焼火花問題
がなくなるため、防水布で覆った積荷の安全性や、乾燥
木材や草で覆われた場所での動力運搬機または装置運転
安定性が保証される。当該芳香族ニトロ酸の鉄塩と脂肪
族ニトロ化合物の重量比は１：１０〜１：１００に変え
ることができるが、１：１５〜１：５５の芳香族ニトロ
酸塩対脂肪族ニトロ化合物重量比を用いることが好まし
い。液体炭化水素燃料に添加する当該添加剤の量は比較
的少量である。

燃料重量に対して当該配合物を０．００３％の少量使用
しても効果が得られる。望む場合は０．０３％まで、ま
たはそれ以上の量を使用できる。しかしながら、０．０
０６％以上の量では特別な利点はない。大過剰使用する
と、当該燃料を使用するエンジンに対して有害とはなら
ないが、燃料の熱量に影響する。本発明で使用するのに
好ましい芳香族ニトロ酸塩はピクリン酸第一鉄であるが
、トリニトロフェノール、トリニトロクレゾールおよび
ピクラミン酸の第一鉄および第二鉄塩も使用できる。

本発明で有効な脂肪族ニトロ化合物はニトロメタン、ニ
トロヱタン、ニトロプロパンおよびニトロブタンのよう
にニトロ基を一つと１〜４炭素原子を有するものである
。１−ニトロプロパンを用いるのが好ましいが、上記化
合物のいずれを用いても満足すべき結果が得られる。

本添加剤は普通溶剤に溶解して液体炭化水素燃料に添加
する。

当該鉄塩と脂肪族ニトロ化合物の少量を燃料に添加する
ので、これらは普通はこの添加剤成分および炭化水素燃
料に相容性の適当な有機溶剤に溶解する。このような溶
剤には、例えばトルエン、キシレン、イソプロピルアル
コール、ブタノール、鍵油、フーゼル油および芳香族石
油留分がある。意外にも本発明の燃料添加剤はジーゼル
燃料の貯蔵中に常に生成するスラィム析出物を減少する
、または実質的になくす効果を有することを見い出した
。

これらのスライムはバクテリアおよび菌類の成長によっ
て生じるが、これらの生息場所は凝縮水滴またはプール
（この上に当該燃料が浮んでいる）内にあり、そのエネ
ルギー源は当該燃料自身である。スラィム汚染すると、
これらの有機体を形成するスラィムの本体によりタンク
金属の腐食およびライン、スクリーン等の汚損を釆す。
本発明の組成物は燃料特性を改善するために使用するに
等しい量を添加すれば、スラィム析出物を有効に制御し
、およびなくすることも見し、出した。以下の実施例は
典型例に過ぎず、いかなる意味に於ても限定しようと意
図するものではない。

実施例 １本発明の燃料添加剤を製造するため、０．５
％のヒドロキノンを含む４その熱水（７０００）に２２
０夕のコベラス（ｃｏｐｅｒａｓ）（ＦｅＳ０４・７日
２０）を溶解した。

次いでこの溶液に７０夕の無水炭酸ナトリウムを加えた
。混合物をかきまぜ、析出する炭酸第一鉄を沈降させた
。相当透明な水層をデカンテーションし、沈殿をさらに
熱水で洗浄した。水洗し、沈殿を変性アルコールで洗浄
した。次いでこの混合物をインプロピルアルコールに溶
解し４００夕のピクリン酸を加えた。この混合物をかき
まぜ、二酸化炭素の発生がなくなるまで数時間反応させ
た。次いで１１００夕の１ーニトロプロパンを加え、こ
の混合物を２０ガロンのインプロピルアルコールと７８
ガロンの太平洋岸系油（Ｐａｃｉｆｉｃｂａｓｅｏｉｌ
）に溶解した。本製品をドラムカンまたはカンに詰める
ことができる。実施例 ２ ２０２馬力のジーゼルエンジンを備えた輸送バスに、燃
料取込みラインに実施例１の添加剤をフィードして取込
み燃料１００ガロン当りピクリン酸第一鉄０．６夕と１
ーニトロプロパン１９．２夕を、または燃料に対して当
該混合物０．００５重量％配合するようにした。

試験開始時および一月後の排気ガス分析を第１表に示す
。第１表 本実施例を実施した熟練技師は１月経過するまでに当該
ジーゼルバスに特有の排気臭が著しく減少したことを認
めた。

実施例 ３ 米国ワシントン州シアトルからアラスカ州へはしけを運
ぶ引船の燃料タンクに直接に実施例１の濃縮物を燃料に
対してほぼ０．００５重量％となるように計算量で添加
した。

当該液体添加剤で処理する以前の航海では、シアトルに
戻るたびにエンジンヘッドを開けて固形炭素析出物をか
き出しピストンリングを清掃することが必要であった。
当該燃料添加剤を添加後はシアトルとアラスカ間を航行
し帰港後、ヘッドを開けたところ固形炭素析出物はなく
リングも滑らかであった。この航海では有意量の燃料お
よび潤滑油が節約できたことが航海日誌に記載されてい
る。実施例 ４ ２サイクル対向ピストンジーゼルエンジン発電機を備え
た鉄道機関車の燃料取込ラインに取付けたベンチュリタ
ィプの計量器に当該混合物を供給する供給タンクを取付
けた。

この計量器は、供給燃料１００ガロン当りピクリン酸第
一鉄０．６夕と１−ニトロプロパン１９．２夕、または
燃料に対してピクリン酸第一鉄と１−ニトロプロパンを
約０．００５重量％仕込み、配合するように設計されて
いた。この機関車を無作意的に他の３台の機関車と粗合
せて毎日使用し、ワシントン州シアトルとオレゴン州ポ
ートランド間で連行した。２台の未処理機関車からの火
花は３車両目まで尾を引いたが、処理機関車からの火花
は漣道から数フイート内で僅かに認められる程度の無視
できるものであったことが観察者により報告されている
。

約１月使用後、当該機関車を工場へ運びエンジンを開け
た。予期される固形炭素析出物では通常２〜３日の大作
業を必要とするが、ぼる布でふき去るか、またはスチー
ムクリーナーで吹き飛ばすことの出釆る炭素が少量あっ
ただけであった。上記機関車の排気分析をオーバーホー
ルから同じ時間を経過した非処理の機関車の対照試料と
ともに第２表に示す。各機関車は動力計を作動させアイ
ドリング、スロツトル半開、およびスロツトル全開でデ
ータを測定した。さらに、別の処理および非処理機関車
の組の排気分析も示す。

処理法は上述と同様である。この試験は静止機関車で行
ったので、各煙道周囲に沈降する炭素の環を測定するこ
とができた。処理機関車Ａの鰹道は煙道から各方向にほ
ぼ１フィート炭素で覆われたが、非処理機関車Ｂでは煙
道から各方向に約３フィート炭素で覆われた。当該添加
剤をジーゼル燃料中に添加した時期が経過するにつれ、
燃料に別の殺菌剤を添加する必要がなくなった。燃料フ
ィルター中に藻や菌類の徴候は認められなかった。上記
実施例から、本発明の燃料添加剤をジーゼル燃料に添加
すると、上に略記したいくつかの利点を生ずることが分
る。

船 船

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 芳香族ニトロ酸の鉄塩と１〜４炭素原子を有する脂
   肪族ニトロ化合物との混合物を少なくとも０．００３重
   量％含み、当該芳香族ニトロ酸と脂肪族ニトロ化合物の
   重量比が１：１０〜１：１００の範囲である改善された
   液体炭化水素燃料。 ２ 当該芳香族ニトロ酸の鉄塩がピクリン酸第一鉄であ
   る特許請求の範囲１に従う燃料。 ３ 当該脂肪族ニトロ化合物がニトロプロパンである特
   許請求の範囲１に従う燃料。 ４ ピクリン酸第一鉄とニトロプロパンとの混合物を少
   なくとも０．００４重量％添加し、当該ピクリン酸第一
   鉄とニトロプロパンの比が１：１５〜１：５５の範囲で
   ある特許請求の範囲３に従う燃料。 ５ １重量部の芳香族ニトロ酸の鉄塩と１０〜１００重
   量部の１〜４炭素原子を有する脂肪族ニトロ化合物との
   混合物からなる炭化水素燃料用の改善された添加剤。 ６ 当該芳香族ニトロ酸の鉄塩がピクリン酸第一鉄であ
   る特許請求の範囲５の添加剤。 ７ 当該脂肪族ニトロ化合物がニトロプロパンである特
   許請求の範囲６の添加剤。 ８ 当該混合物の相容性溶剤混合物を含む特許請求の範
   囲５の添加剤。 ９ 当該溶剤がイソプロピルアルコール、ブタノール、
   トルエン、キシレン、鉱油、燃料油および芳香族石油留
   分からなる群から選ばれたものの一つである特許請求の
   範囲８の添加剤。