JP2005220330A - 軽油組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 硫黄分が50質量ppm以下、徐冷曇り点(X)が−30℃〜−15.0℃、組成物中の炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾き(Y)が0.18以下であり、下記式で表される指標(Z)が1.5以下、組成物中の炭素数18以上のノルマルパラフィンの含有量が3.4質量%以下、流動点が−30.0℃以下、目詰まり点が−19℃以下、セタン指数が45.0以上、30℃における動粘度が1.7〜4.0mm2/s、90%留出温度が350℃以下、HFRR値が500μm以下、引火点が45℃以上および10%残油の残留炭素分が0.1質量%以下である軽油組成物とすることにより前記課題が達成できる。
Z=(X+28)×Y×1.169
【選択図】 なし
Description
松尾繁著,ディーゼルエンジンの現状と将来,「自動車技術」,2003年,No.57(1),p41―46, 今後の自動車排出ガス低減対策のあり方について,環境省中央環境審議会大気環境部会,第七次答申,2003年
また、直留軽油を低硫黄化するためには、一般に高度の水素化精製処理が必要であるが、基材の水素化が進むと、低温流動性は悪化する方向となる。
さらに、低硫黄軽油を製造するためには、比較的硫黄分の高い分解系基材(マイルドハイドロクラッキング装置から得られる軽油留分(MHC−GO)等)の配合が制限されることになる。一般に分解系基材は低温流動性に優れるため、低硫黄化のために軽油への分解系基材の配合量が制限されると、低温流動性は悪化するおそれがある。
また、こうした精密な噴射制御を行うディーゼル自動車では、排出ガス対策のために燃料噴射圧の高圧化が図られている。燃料噴射圧の高圧化に伴い、フィルタを通過する燃料量が増加することによっても、低温時に軽油から析出するワックス分によるフィルタ閉塞を起こし易くなる。
JIS K2204「軽油」では、軽油を低温流動性等に基づいて特1号、1号、2号、3号、特3号の5つのグレードに分類しており、その解説に参考として地域別、季節別の使用ガイドラインを設けている。このガイドラインでは、地域別、月別の最低気温が−25℃及び−30℃の場合には、特3号軽油を使用するのが望ましいとしている。しかしながら、低硫黄軽油と、後処理装置を搭載してより精密な噴射制御を行うディーゼル自動車との組み合わせにおいては、JISの特3号軽油の規格を満足していても、最低気温が−25℃および−30℃の場合にフィルタ閉塞を起こす懸念がある。
すなわち、本発明は、硫黄分が50質量ppm以下、徐冷曇り点(X)が−30.0〜−15.0℃、組成物中の炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾き(Y)が0.18以下であり、下記式(1)で表される指標(Z)が1.5以下、組成物中の炭素数18以上のノルマルパラフィンの含有量が3.4質量%以下、流動点が−30℃以下、目詰まり点が−19℃以下、セタン指数が45.0以上、30℃における動粘度が1.7〜4.0mm2/s、90%留出温度が350℃以下、HFRRのWS1.4値が500μm以下、引火点が45℃以上および10%残油の残留炭素分が0.1質量%以下であることを特徴とする軽油組成物に関する。
Z=(X+28)×Y×1.169 (1)
(式中、Xは組成物の徐冷曇り点、Yは組成物中の炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾きを表す。)
本発明の軽油組成物は、硫黄分が50質量ppm以下であることが必要である。軽油組成物中の硫黄分が50質量ppmより多くなると、ディーゼル自動車の後処理装置の排出ガス浄化性能が悪化するので好ましくない。なお、硫黄分は、排出ガス浄化性能の点から30質量ppm以下が好ましく、15質量ppm以下がより好ましく、10質量ppm以下がさらに好ましく、5質量ppm以下がさらにより好ましく、1質量ppm以下が最も好ましい。なお、ここでいう硫黄分とは、JIS K2541「硫黄分試験法」により測定される硫黄分の含有量を意味する。
上記線形回帰直線の傾き(Y)は、炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めたものである。ここで、ノルマルパラフィン含有量は、無極性カラムとFID(水素炎イオン化検出器)を装着し、所定の温度プログラムで作動させたガスクロマトグラフより定量した含有量であり、またガスクロマトグラフとは、試料中の各組成物の物性(沸点、極性等)を利用して各組成物を分離・定量分析する分析手法のことである。例えば、ある基材の線形回帰直線の傾きは、以下のようにして求めることができる。ます、ガスクロマトグラフによって試料中のノルマルパラフィン分を炭素数18〜25それぞれのピークとして分離測定する。得られた各炭素数のノルマルパラフィンの面積をノルマルパラフィン以外の成分を含めた全成分の総面積で除し、各炭素数のノルマルパラフィンの含有量を質量%で求める。次いでこれらの各含有量をY軸に、X軸には炭素数18を7、炭素数19を6、炭素数20を5、炭素数21を4、炭素数22を3、炭素数23を2、炭素数24を1、炭素数25を0としてプロットし、これらのプロットに対する線形回帰直線を求めることにより、その基材の線形回帰直線の傾きYを特定することができる。
Z=(X+28)×Y×1.169
また、この指標(Z)は、ディーゼル自動車のメインフィルタの閉塞防止の点から1.45以下が好ましく、より好ましくは1.4以下である。
なお、炭素数18以上のノルマルパラフィン含有量は、以下の方法で求めることができる。即ち、ガスクロマトグラフによって試料中の炭素数18以上のノルマルパラフィン分のピークを各々分離測定する。得られた炭素数18以上のノルマルパラフィンの各面積をノルマルパラフィン以外の成分を含めた全成分の総面積で除し、炭素数18以上の各ノルマルパラフィンの含有量の総和から炭素数18以上のノルマルパラフィン含有量を質量%で求めることができる。
初留点(IBP):130〜190℃
10%留出温度(T10):160〜225℃
50%留出温度(T50):200〜280℃
95%留出温度(T95):285〜360℃
終点(EP):290〜370℃
であることが好ましい。
a(質量%)=(b÷188)÷m×100
低温流動性向上剤の種類は特に限定されるものではないが、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体に代表されるエチレン−不飽和エステル共重合体、アルケニルこはく酸アミド、ポリエチレングリコールのジベヘン酸エステルなどの線状の化合物、フタル酸、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ酢酸などの酸又はその酸無水物などとヒドロカルビル置換アミンの反応生成物からなる極性窒素化合物、アルキルフマレートまたはアルキルイタコネート−不飽和エステル共重合体などからなるくし形ポリマーなどの低温流動性向上剤の1種または2種以上が使用できる。この中でも汎用性の点から、エチレン−酢酸ビニル共重合体系添加剤を好ましく使用することができる。低温流動性向上剤を添加する場合の添加量は、50〜500mg/Lであることが好ましく、100〜500mg/Lであることが特に好ましい。なお、低温流動性向上剤と称して市販されている商品は、低温流動性に寄与する有効成分が適当な溶剤で希釈されていることがあるため、こうした市販品を本発明の軽油組成物に添加する場合にあたっては、上記の添加量は、有効成分としての添加量を意味している。
潤滑性向上剤の種類は特に限定されるものではないが、エステル系、カルボン酸系、アルコール系、フェノール系、アミン系等の潤滑性向上剤の1種または2種以上を使用することができる。この中でも、汎用性の点から、エステル系、カルボン酸系の潤滑性向上剤の使用が好ましい。さらに添加濃度に対する添加効果が飽和に達しにくく、HFRRのWS1.4値をより小さくできる点からはエステル系潤滑性向上剤が好ましく、添加濃度に対する添加効果の初期応答性が高く、潤滑性向上剤の添加量を少なくできる可能性があるという点からはカルボン酸系潤滑性向上剤が好ましい。
水素化脱硫処理条件も特に限定されるものではないが、一般的には水素分圧は3.0MPa以上が好ましく、3.5MPa以上がより好ましく、3.8MPa以上がさらに好ましく、4.0MPa以上が最も好ましい。一方、一般的には水素分圧は10.0MPa以下が好ましく、8.0MPa以下がより好ましく、6.5MPaが最も好ましい。また、一般的には反応温度は300℃以上が好ましく、330℃以上がより好ましく、340℃以上がさらに好ましく、350℃以上が最も好ましい。一方、一般的には反応温度は420℃以下が好ましく、400℃以下がより好ましく、390℃以下がさらに好ましく、380℃以下が最も好ましい。さらに、一般的には液空間速度は4.0/h以下が好ましく、2.0/h以下がより好ましく、1.8/h以下が最も好ましい。一方、一般的には液空間速度は0.3/h以上が好ましく、0.4/h以上がより好ましく、0.5/h以上が最も好ましい。
なお、必要に応じて水素化脱硫プロセスに、芳香族水素化プロセスや水素化脱ロウプロセス等を組み合わせることもできる。
他の基材としては、例えば、マイルドハイドロクラッキング装置から得られる硫黄分が50質量ppmを越え120質量ppm以下、90%留出温度が280℃以上310℃以下の基材を、本発明で規定する範囲を逸脱しない範囲で、組成物全量に対して0〜70容量%配合することができる。マイルドハイドロクラッキング装置とは、減圧軽油を原料として、水素分圧3.5MPa以上10.0MPa以下、より一般的には8.0MPa未満、反応温度350℃以上420℃以下、液空間速度0.2/h以上2.5/h以下の条件で、15%以上40%未満の分解率の分解と共に脱硫等を行う装置である。
基材(A)である水素化脱硫灯油の性状を表1に示す。また、表2に示す原料油(直留軽油1〜4、LCO1、LCO2、MHC−GO)を、水素化脱硫処理することにより、基材(B)である水素化脱硫軽油1〜4を得た。水素化脱硫における原料油配合割合、処理条件、および得られた水素化脱硫軽油1〜4の性状を表3に、基材(C)である水素化分解軽油の性状を表4に示した。また、その他の基材として、軽質MHC−GOの性状を表5に示した。この表2〜5の軽油基材を表6に示す配合比で混合し、これに低温流動性向上剤、潤滑性向上剤を表6に示す濃度で添加することにより、本発明の軽油組成物(実施例1〜8)および比較用の軽油組成物(比較例1〜3)を調合した。これらの軽油組成物の性状は表7に示した。
(低温実車試験)
環境温度の制御が可能なシャーシダイナモメータ上で、室温で、(1)供試ディーゼル自動車の燃料系統を評価燃料でフラッシング(洗浄)、(2)フラッシング燃料の抜き出し、(3)メインフィルタの新品への交換、(4)燃料タンクに評価燃料の規定量(供試車両の燃料タンク容量の1/2)の張り込みを行う。その後、(5)環境温度を室温から−10℃まで急冷し、(6)−10℃で1時間保持した後、(7)1.5℃/hの冷却速度で−30℃に達するまで徐冷し、(8)−30℃で1時間保持した後、走行試験を開始する。走行試験は、(9)エンジン始動、(10)5分間アイドリング、(11)50km/hまで加速、(12)50km/hで1時間走行から構成され、その間の運転状況により合格、不合格を判定する。エンジン始動、アイドリング、加速に問題がなく、全走行に渡って50km/h走行が維持できた場合は良(◎)とした。一回目のクランキングではエンジンが始動できなかったり、走行中一時的に車速が低下したがその後回復した場合など、軽微の不具合を生じたが、走行が継続できた場合は可(○)とした。始動不可(10秒間のクランキングを30秒間隔で5回繰り返しても始動しない場合)、アイドリングストール、エンジン停止などにより走行維持ができなかった場合は不可(×)とした。低温実車試験には、下記のA、Bの2台のディーゼル自動車を用いた。
(車両A諸元)
最大積載量:2t
エンジン種類:直列4気筒ディ−ゼル
エンジン総排気量:4.3L
燃料噴射ポンプ:列型
適合規制:短期排出ガス規制適合(ベース車両)
排出ガス後処理装置:東京都指定のPM減少装置(カテゴリー4適合)
PM減少装置の使用燃料:低硫黄軽油(硫黄分50質量ppm以下)
(車両B諸元)
エンジン種類:インタークーラー付き過給直列4気筒ディ−ゼル
排気量:3.0L
燃料噴射システム:コモンレール方式
適合規制:長期排出ガス規制適合
排出ガス後処理装置:酸化触媒
環境温度の制御が可能な室内で、試験車両に評価燃料を15L給油し、環境温度を25℃に設定した後、エンジンを始動させアイドリングにて保持する。アイドリング中の車両の燃料噴射ポンプ出口温度が安定した時点でエンジンを停止させ、5分間放置した後、エンジンを再始動させる。この時、エンジンが正常に始動した場合は合格(○)、始動しなかった場合は不合格(×)とした。
(車両C諸元)
最大積載量:4t
エンジン種類:直列6気筒ディ−ゼル
エンジン総排気量:8.2L
燃料噴射ポンプ:高圧分配型
適合規制:長期排出ガス規制適合(七都府県市指定低公害車)
排出ガス後処理装置:酸化触媒
Claims (4)
- 硫黄分が50質量ppm以下、徐冷曇り点(X)が−30.0℃〜−15.0℃、組成物中の炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾き(Y)が0.18以下であり、下記式(1)で表される指標(Z)が1.5以下、組成物中の炭素数18以上のノルマルパラフィンの含有量が3.4質量%以下、流動点が−30.0℃以下、目詰まり点が−19℃以下、セタン指数が45.0以上、30℃における動粘度が1.7〜4.0mm2/s、90%留出温度が350℃以下、HFRRのWS1.4値が500μm以下、引火点が45℃以上および10%残油の残留炭素分が0.1質量%以下であることを特徴とする軽油組成物。
Z=(X+28)×Y×1.169 (1)
(式中、Xは組成物の徐冷曇り点、Yは組成物中の炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾きを表す。) - さらに、−30℃におけるワックス量が2.0質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の軽油組成物。
- 低温流動性向上剤を50〜500mg/Lおよび潤滑性向上剤を25〜500mg/L含有することを特徴とする請求項1または2に記載の軽油組成物。
- (A)硫黄分50質量ppm以下、90%留出温度が200℃以上300℃未満、炭素数20以上のノルマルパラフィンの総量が0.02質量%以下の基材を、組成物全量を基準として0〜85容量%、(B)90%留出温度が305℃以上360℃以下の直留軽油を50容量%以上含む原料油を水素化脱硫処理することにより得られる、硫黄分50質量ppm以下、90%留出温度が300℃以上355℃以下、炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾きが0.7以下の基材を、組成物全量を基準として0〜50容量%、および(C)水素化分解装置から得られる硫黄分15質量ppm以下、90%留出温度が300℃以上365℃以下の水素化分解軽油を、組成物全量を基準として0〜95容量%配合することを特徴とする請求項1から3のいずれかの項に記載の軽油組成物の製造方法。
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