JP6448685B2 - Method of using fuel oil in an internal combustion engine - Google Patents
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Description
本発明は、燃料油を燃焼させることにより動力を得る内燃機関において有用な燃料油、この燃料油を用いる内燃機関および上記燃料油を用いる内燃機関を搭載した気動車に関する。 The present invention relates to a fuel oil useful in an internal combustion engine that obtains power by burning fuel oil, an internal combustion engine using the fuel oil, and a pneumatic vehicle equipped with the internal combustion engine using the fuel oil.
ガソリン等の燃料油を燃焼させて動力を得る内燃機関、特に自動車用エンジンでは、燃料油が空気と混合されて燃焼に付される。空気中に７８．０％存在する窒素分子が、燃焼過程において１酸化１窒素、１酸化２窒素およびその二量体、２酸化３窒素などの窒素酸化物（ＮＯＸ）を生成し、それらが無視できない量で排出されるという問題がある。さらに、上記空気中に含まれる窒素は、酸素による燃焼の働きを抑える作用をするため、燃焼室において未燃の炭化水素が残り、それが排ガスとして排出され得る。ＮＯＸや全炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を低減するために、三元触媒やＮＯＸ吸蔵還元触媒が使用されている。 In an internal combustion engine that obtains power by burning fuel oil such as gasoline, particularly an automobile engine, the fuel oil is mixed with air and subjected to combustion. Nitrogen molecules present in the air at 78.0% generate nitrogen oxides (NOX) such as 1 nitrogen monoxide, 2 nitrogen oxides and their dimers, 3 nitrogen oxides in the combustion process, which are ignored. There is a problem that it is discharged in the amount that cannot be. Further, the nitrogen contained in the air acts to suppress the action of combustion by oxygen, so that unburned hydrocarbons remain in the combustion chamber and can be discharged as exhaust gas. In order to reduce the emission amount of NOX and total hydrocarbons (THC), a three-way catalyst and a NOX storage reduction catalyst are used.
しかし、三元触媒は、その効果を発揮するために、燃料油と空気の量が理論空燃比（ストイキオメトリ）を満たすことと共に厳しい温度管理が必要であり、また、白金やロジウムなどの高価な貴金属を必要とする。 However, in order to exert its effect, the three-way catalyst requires strict temperature control as well as the amount of fuel oil and air satisfying the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometry), and expensive such as platinum and rhodium. Need noble metals.
また、水素を燃料として燃焼させて動力を得るエンジンが知られている（例えば特許文献１および２）。このエンジンでは、水素が、酸素と、作動ガスとしてのアルゴンガスとともに燃焼に付され、非常に高い熱効率を有するとともに、窒素を使用しないので、ＮＯＸを排出する恐れがない。しかし、水素を使用するので、爆発の危険性が高く、取扱いには注意が必要であり、簡便に利用できるものではない。
Engines that obtain power by burning hydrogen as fuel are known (for example,
本発明者らは、燃料油の燃焼において、従来の空気に代えて、酸素を６５容量％以上含む気体を使用することにより、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が低減されることを先に見出した（特願２０１２−２８６９４２号）。本発明の目的は、このような燃焼により動力を得る内燃機関において有用な燃料油であって、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が少ない燃料油を提供することである。 The present inventors have previously found that in the combustion of fuel oil, the amount of exhaust gas such as NOX and THC is reduced by using a gas containing 65% by volume or more of oxygen instead of conventional air. (Japanese Patent Application No. 2012-286842). An object of the present invention is to provide a fuel oil that is useful in an internal combustion engine that obtains power by such combustion, and that has a small amount of exhaust gas such as NOX and THC.
本発明者らは、特定の組成および蒸留性状を有する燃料油が、酸素を６５容量％以上含む気体とともに燃焼に付されると、上記目的が達成されることを見出した。 The present inventors have found that the above object is achieved when a fuel oil having a specific composition and distillation properties is subjected to combustion together with a gas containing 65% by volume or more of oxygen.
すなわち、本発明は、燃料油全量を基準として炭化水素油を８０容量％以上含み、炭化水素油全量を基準として、飽和炭化水素の含量が３０容量％以上であり、オレフィン系炭化水素の含量が４０容量％以下であり、芳香族炭化水素の含量が５０容量％以下であり、蒸留の初留点が２１℃以上８０℃以下であり、１０容量％留出温度が３５℃以上９０℃以下であり、９０容量％留出温度が１００℃以上１９０℃以下であり、かつ終点が１３０℃以上２３０℃以下である燃料油を内燃機関において使用する方法であって、始動時に、上記燃料油と、１０〜５０容量％の酸素を含む気体が燃焼室に供給される工程、及び、始動後に、上記燃料油と、酸素を６５容量％以上含む気体とが燃焼に付されるように燃焼室に供給される工程とを含み、前記内燃機関はアルゴンボンベを備え、前記始動時に該アルゴンボンベからアルゴンが燃焼室に供給され、始動時に燃焼室に供給される気体の容量中アルゴンの量が０．９〜２０容量％である、上記方法である。 That is, the present invention includes 80% by volume or more of hydrocarbon oil based on the total amount of fuel oil, the content of saturated hydrocarbon is 30% by volume or more based on the total amount of hydrocarbon oil, and the content of olefinic hydrocarbons 40 vol% or less, aromatic hydrocarbon content is 50 vol% or less, initial distillation point of distillation is 21 ° C or higher and 80 ° C or lower, and 10 vol% distillation temperature is 35 ° C or higher and 90 ° C or lower. There, a method for use in a 90 vol% distillation temperature is at 100 ° C. or higher 190 ° C. or less, and the end point is an internal combustion engine fuel oil is 230 ° C. or less 130 ° C. or higher, at the time of startup, and the fuel oil , A step in which a gas containing 10 to 50% by volume of oxygen is supplied to the combustion chamber , and after starting, the fuel oil and a gas containing 65% by volume or more of oxygen are subjected to combustion in the combustion chamber. A process to be provided, Combustion engine is provided with an argon gas cylinder, argon from the argon gas cylinder is supplied into the combustion chamber at the start, the amount of capacity in argon gas supplied into the combustion chamber during start-up is from 0.9 to 20 volume%, the Is the method.
本発明の燃料油は、酸素を６５容量％以上含む気体との燃焼に付されるとき、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が少なく、したがって、このような燃焼により動力を得る内燃機関において、必ずしも三元触媒やＮＯＸ吸蔵還元触媒を使用する必要がない。また、本発明の燃料油を使用する上記内燃機関は、車両、例えば気動車や自動車等、において好適に使用することができる。 The fuel oil of the present invention has a small amount of exhaust gas such as NOX and THC when subjected to combustion with a gas containing 65% by volume or more of oxygen. Therefore, in an internal combustion engine that obtains power by such combustion, There is no need to use a three-way catalyst or NOX storage reduction catalyst. In addition, the internal combustion engine using the fuel oil of the present invention can be suitably used in vehicles such as pneumatic vehicles and automobiles.
本発明の燃料油は、酸素を６５容量％以上含む気体とともに燃料油が燃焼に付されるように適合されている燃焼室を有する内燃機関において使用される。 The fuel oil of the present invention is used in an internal combustion engine having a combustion chamber adapted to be combusted with a gas containing 65% by volume or more of oxygen.
図１は、上記内燃機関を含むシステムの一例を示す図である。内燃機関１０は、燃焼室を有する。燃焼室では、燃料タンク１から供給された燃料油が、プリサーバ５を経由して供給される気体と一緒に燃焼に付される。上記気体は、定常状態の燃焼において、酸素を６５容量％以上含む。上記気体は、ＮＯＸの生成を抑える点から、窒素を含まないのが好ましい。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a system including the internal combustion engine. The
このような内燃機関において使用される本発明の燃料油は、燃料油全量を基準として炭化水素油を６０容量％以上、好ましくは８０容量％以上、さらに好ましくは９０容量％以上、さらに好ましくは９３容量％〜１００容量％含み、炭化水素油全量を基準として、飽和炭化水素含量が３０容量％以上であり、オレフィン系炭化水素含量が４０容量％以下であり、芳香族炭化水素の量が５０容量％以下である。 The fuel oil of the present invention used in such an internal combustion engine is a hydrocarbon oil of 60% by volume or more, preferably 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, more preferably 93%, based on the total amount of fuel oil. Including 100% by volume, based on the total amount of hydrocarbon oil, the saturated hydrocarbon content is 30% by volume or more, the olefinic hydrocarbon content is 40% by volume or less, and the amount of aromatic hydrocarbons is 50% % Or less.
上記飽和炭化水素含量は、燃焼の始動性を確保する点から、３０容量％以上、好ましくは４０容量％以上、より好ましくは５０容量％以上である。また、上記飽和炭化水素含量の上限は、限定的ではないが、好ましくは１００容量％であり、より好ましくは８５容量％である。 The saturated hydrocarbon content is 30% by volume or more, preferably 40% by volume or more, and more preferably 50% by volume or more from the viewpoint of ensuring startability of combustion. The upper limit of the saturated hydrocarbon content is not limited, but is preferably 100% by volume, more preferably 85% by volume.
上記オレフィン系炭化水素含量は、火炎伝播特性および酸化安定性の観点から、４０容量％以下、好ましくは３５容量％以下、より好ましくは３０容量％以下であり、下限は０容量％である。 From the viewpoint of flame propagation characteristics and oxidation stability, the olefinic hydrocarbon content is 40% by volume or less, preferably 35% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and the lower limit is 0% by volume.
上記芳香族炭化水素含量は、燃焼効率の点から、５０容量％以下、好ましくは４０容量％未満、より好ましくは３５容量％以下、さらに好ましくは３０容量％以下であり、また、下限は限定的ではないが、１５容量％以上であるのが好ましい。 From the viewpoint of combustion efficiency, the aromatic hydrocarbon content is 50% by volume or less, preferably less than 40% by volume, more preferably 35% by volume or less, and further preferably 30% by volume or less, and the lower limit is limited. However, it is preferably 15% by volume or more.
上記の飽和炭化水素含量、オレフィン系炭化水素含量および芳香族炭化水素含量はいずれも、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−炭化水素タイプ試験方法」の蛍光指示薬吸着法により測定される値である。 The above saturated hydrocarbon content, olefinic hydrocarbon content and aromatic hydrocarbon content are all values measured by the fluorescent indicator adsorption method of JIS K 2536 “Petroleum products-hydrocarbon type test method”.
上記飽和炭化水素中のパラフィンの含量は何ら制限されないが、６０容量％以上であることが好ましく、６５容量％以上であることがより好ましく、７０容量％以上であることがさらにより好ましく、７５容量％以上であることがさらにより一層好ましく、８０容量％以上であることがさらにより一層好ましく、８５容量％以上であることがさらにより一層好ましく、９０容量％以上であることがさらにより一層好ましく、９５容量％以上であることが最も好ましく、上限は限定的ではないが好ましくは１００容量％である。 The paraffin content in the saturated hydrocarbon is not limited at all, but is preferably 60% by volume or more, more preferably 65% by volume or more, still more preferably 70% by volume or more, and 75% by volume. % Or more, still more preferably 80% by volume or more, still more preferably 85% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, It is most preferably 95% by volume or more, and the upper limit is not limited, but is preferably 100% by volume.
上記パラフィン中の分岐型パラフィンの含量は何ら制限されないが、排出ガス中のＴＨＣの量が少ない点から、３０容量％以上であることが好ましく、５０容量％以上であることがより好ましく、７０容量％以上であることが最も好ましく、上限は限定的ではないが、好ましくは１００容量％である。 The content of the branched paraffin in the paraffin is not limited at all, but is preferably 30% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, and 70% by volume from the viewpoint that the amount of THC in the exhaust gas is small. % Is most preferable, and the upper limit is not limited, but is preferably 100% by volume.
上記のパラフィン含量および分岐型パラフィン含量は、以下に示すガスクロマトグラフィー法により定量される値である。すなわち、カラムにはメチルシリコンのキャピラリーカラムを、キャリアガスにはヘリウムまたは窒素を、検出器には水素イオン化検出器（ＦＩ Ｄ）を用い、カラム長２５〜５０ｍ、キャリアガス流量０．５〜１．５ミリリットル／分、分割比１：５０〜１：２５０、注入口温度１５０〜２５０℃、初期カラム温度−１０〜１０℃、終期カラム温度１５０〜２５０℃、検出器温１５０〜２５０℃の条件で測定した値である。 The paraffin content and the branched paraffin content are values determined by the gas chromatography method shown below. That is, a capillary column of methyl silicon is used for the column, helium or nitrogen is used for the carrier gas, and a hydrogen ionization detector (FID) is used for the detector, the column length is 25 to 50 m, and the carrier gas flow rate is 0.5 to 1. 5 ml / min, split ratio 1:50 to 1: 250, inlet temperature 150 to 250 ° C., initial column temperature −10 to 10 ° C., final column temperature 150 to 250 ° C., detector temperature 150 to 250 ° C. It is a measured value.
また、本発明の燃料油は、蒸留の初留点（ＩＢＰ）が２１℃以上８０℃以下であり、１０容量％留出温度（Ｔ１０）が３５℃以上９０℃以下であり、９０容量％留出温度（Ｔ９０）が１００℃以上１９０℃以下であり、かつ終点（ＥＰ）が１３０℃以上２３０℃以下である。 The fuel oil of the present invention has an initial distillation point (IBP) of distillation of 21 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, a 10% by volume distillation temperature (T 10 ) of 35 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, and 90% by volume. The distillation temperature (T 90 ) is 100 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, and the end point (EP) is 130 ° C. or higher and 230 ° C. or lower.
上記初留点（ＩＢＰ）は、２１℃以上８０℃以下であり、２７℃以上が好ましく、３０℃以上がより好ましい。上記１０容量％留出温度（Ｔ１０）は３５℃以上９０℃以下であり、４０℃以上が好ましく、４５℃以上がより好ましい。上記９０容量％留出温度（Ｔ９０）は１００℃以上１９０℃以下であり、１７０℃以下が好ましい。上記終点（ＥＰ）は１３０℃以上２３０℃以下であり、２００℃以下が好ましい。 The initial boiling point (IBP) is 21 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, preferably 27 ° C. or higher, and more preferably 30 ° C. or higher. The 10% by volume distillation temperature (T 10 ) is 35 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, preferably 40 ° C. or higher, and more preferably 45 ° C. or higher. The 90 volume% distillation temperature (T 90 ) is 100 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, and preferably 170 ° C. or lower. The said end point (EP) is 130 degreeC or more and 230 degrees C or less, and 200 degrees C or less is preferable.
初留点（ＩＢＰ）が低いと、引火性が高くなり、また蒸発ガス（ＴＨＣ）が発生し易くなり、取扱性に問題がある。１０容量％留出温度（Ｔ１０）についても同様であり、上記規定値より低いと、引火性が高くなり、また蒸発ガス（ＴＨＣ）が発生し易くなり、取扱性に問題がある。９０容量％留出温度（Ｔ９０）及び終点（ＥＰ）の上限値は、排出ガス中のＴＨＣが少ない点から規定される。 When the initial boiling point (IBP) is low, the flammability becomes high and evaporative gas (THC) is easily generated, which causes a problem in handling. The same applies to the 10 % by volume distillation temperature (T 10 ). If the temperature is lower than the above specified value, the flammability becomes high and evaporative gas (THC) is easily generated, which causes a problem in handling. The upper limit values of the 90 vol% distillation temperature (T 90 ) and the end point (EP) are defined from the point that THC in the exhaust gas is small.
上記蒸留の初留点（ＩＢＰ）、１０容量％留出温度（Ｔ１０）、９０容量％留出温度（Ｔ９０）および終点（ＥＰ）は、ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」によって測定される値である。以下に記載される３０容量％留出温度（Ｔ３０）、５０容量％留出温度（Ｔ５０）および７０容量％留出温度（Ｔ７０）についても同様である。 The initial distillation point (IBP), 10% by volume distillation temperature (T 10 ), 90% by volume distillation temperature (T 90 ) and end point (EP) of the distillation are determined according to JIS K 2254 “Petroleum products-distillation test method”. The value to be measured. The same applies to the 30% by volume distillation temperature (T 30 ), 50% by volume distillation temperature (T 50 ), and 70% by volume distillation temperature (T 70 ) described below.
本発明において、燃料油のリード蒸気圧（ＲＶＰ）は何ら制限されないが、引火点等の取扱性が良いこと、蒸発ガスの量を低く抑えることができることから、１０ｋＰ以上１００ｋＰａ以下が好ましく、２０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下がより好ましく、４０ｋＰａ以上７５ｋＰａ以下がさらにより好ましく、４０ｋＰａ以上６０ｋＰａ以下が最も好ましい。上記リード蒸気圧（ＲＶＰ）は、ＪＩＳＫ ２２５８「原油及び燃料油蒸気圧試験方法（リード法）」により測定される。 In the present invention, the reed vapor pressure (RVP) of the fuel oil is not limited at all, but it is preferably 10 kPa or more and 100 kPa or less, preferably 20 kPa or more, because the handling property such as the flash point is good and the amount of evaporative gas can be kept low. 90 kPa or less is more preferable, 40 kPa or more and 75 kPa or less is even more preferable, and 40 kPa or more and 60 kPa or less is most preferable. The reed vapor pressure (RVP) is measured according to JISK 2258 “Crude oil and fuel oil vapor pressure test method (reed method)”.
本発明において、燃料油のリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）は何ら制限されないが、車両の燃費が良いこと、排出ガス中のＴＨＣが少ないことから、５４．０以上が好ましく、８９．０以上がより好ましい。上記リサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）は、ＪＩＳ Ｋ ２２８０「オクタン価及びセタン価試験方法」により測定される。 In the present invention, the research method octane number (RON) of the fuel oil is not limited at all, but it is preferably 54.0 or more and more preferably 89.0 or more because the fuel efficiency of the vehicle is good and the THC in the exhaust gas is small. . The research octane number (RON) is measured according to JIS K 2280 “Octane number and cetane number test method”.
本発明の燃料油の硫黄含量は何ら制限されない。これは、本発明の燃料油は、上記特定の内燃機関において使用されるものであり、上述したように、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量が少なく、したがって、三元触媒等の触媒を使用する必要がないからである。従来の内燃機関では、ＮＯＸやＴＨＣ等の排ガスの量を低減するために三元触媒等の触媒が使用され、燃料油中の硫黄含有量が多いと触媒が失活するが、本発明の燃料油は、そのような触媒の使用が不要であり、したがって、硫黄含量は何ら制限されない。好ましくは、内燃機関のシステムの劣化を小さくできることなどから、燃料油の全量を基準として、１００質量ｐｐｍ以下であり、５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３０質量ｐｐｍ以下であることがさらにより好ましく、１０質量ｐｐｍ以下であることが一層好ましく、１質量ｐｐｍ以下であることがさらにより一層好ましく、０．１質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましく、下限は限定的ではないが０質量ｐｐｍである。 The sulfur content of the fuel oil of the present invention is not limited at all. This is because the fuel oil of the present invention is used in the above-mentioned specific internal combustion engine, and as described above, the amount of exhaust gas such as NOX and THC is small, and therefore a catalyst such as a three-way catalyst is used. It is not necessary. In a conventional internal combustion engine, a catalyst such as a three-way catalyst is used to reduce the amount of exhaust gas such as NOX and THC. When the sulfur content in the fuel oil is high, the catalyst is deactivated. Oil does not require the use of such a catalyst, and therefore the sulfur content is not limited in any way. Preferably, the deterioration of the system of the internal combustion engine can be reduced, etc., so that the total amount of fuel oil is 100 ppm by mass or less, more preferably 50 ppm by mass or less, and further preferably 30 ppm by mass or less. More preferably, it is more preferably 10 ppm by mass or less, still more preferably 1 ppm by mass or less, most preferably 0.1 ppm by mass or less, and the lower limit is not limited, but 0 ppm by mass. It is.
上記硫黄含量は、１質量ｐｐｍ以上の場合には、ＪＩＳ Ｋ ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により測定される値であり、１質量ｐｐｍ未満の場合には、ＡＳＴＭ Ｄ４０４５−９６「Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Hydrogenolysisand Rateometric Colorimetry」により測定される値である。 The sulfur content is a value measured according to JIS K 2541 “Crude oil and petroleum products—Sulfur content test method” when the content is 1 mass ppm or more. When the content is less than 1 mass ppm, ASTM D4045-96 “ It is a value measured by “Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Hydrogenolysis and Rateometric Colorimetry”.
また、上記特定の内燃機関は、後述するように、燃焼効率が高いので、本発明の燃料油のベンゼン含有量は何ら制限されない。好ましくは、排気ガス中のＴＨＣ量をより低減させる点から、燃料油全量を基準として５容量％以下が好ましく、１容量％以下がより好ましい。ベンゼン含量は、ＪＰＩ−５Ｓ−３３−９０に準拠し、ガスクロマトグラフィー法により測定される値である。 Moreover, since the specific internal combustion engine has high combustion efficiency as described later, the benzene content of the fuel oil of the present invention is not limited at all. Preferably, from the viewpoint of further reducing the amount of THC in the exhaust gas, it is preferably 5% by volume or less, more preferably 1% by volume or less based on the total amount of fuel oil. The benzene content is a value measured by a gas chromatography method according to JPI-5S-33-90.
本発明の燃料油の製造方法は、特に制限されない。例えば、原油を常圧蒸留して得られる軽質ナフサ、原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ、原油を蒸留して得られるナフサ留分を脱硫処理した脱硫フルレンジナフサ、軽質ナフサを脱硫した脱硫軽質ナフサ、重質ナフサを脱硫した脱硫重質ナフサ、軽質ナフサを異性化装置でイソパラフィンに転化して得られる異性化ガソリン、イソブタン等の炭化水素に低級オレフィンを付加（アルキル化）することによって得られるアルキレート、アルキレートを脱硫処理した脱硫アルキレート、脱硫されたイソブタン等の炭化水素と脱硫された低級オレフィンによる低硫黄アルキレート、接触改質法で得られる改質ガソリン、改質ガソリンから芳香族分をスルフォラン抽出した残分であるラフィネート（スルフォランラフィネート）、改質ガソリンの軽質留分（軽質改質ガソリン）、改質ガソリンの中重質留分（中重質改質ガソリン）、改質ガソリンの重質留分（重質改質ガソリン）、接触分解法や水素化分解法等で得られる分解ガソリン、分解ガソリンの軽質留分（軽質分解ガソリン）、分解ガソリンの重質留分（重質分解ガソリン）、分解ガソリンを脱硫処理した脱硫分解ガソリン、分解ガソリンの軽質留分を脱硫処理した脱硫軽質分解ガソリン、分解ガソリンの重質留分を脱硫処理した脱硫重質分解ガソリン、天然ガス等を一酸化炭素と水素に分解した後にフィッシャー・トロプシュ合成により得られるＧＴＬ（Gas to Liquids）の軽質留分（ＧＴＬナフサ）、ＬＰＧ（液化石油ガス）、およびＬＰＧを脱硫処理した脱硫ＬＰＧ等の炭化水素油を１種または２種以上用いて製造される。上記炭化水素油の１種をまたは２種以上の混合物を水素化あるいは吸着等によって脱硫して製造してもよい。これらの炭化水素油の中でも、本発明の燃料油の基材として好ましいものとしては、軽質ナフサ、原油を蒸留して得られるナフサ留分を脱硫処理した脱硫フルレンジナフサ、脱硫軽質ナフサ、異性化ガソリン、アルキレートを脱硫処理した脱硫アルキレート、脱硫されたイソブタン等の炭化水素と脱硫された低級オレフィンによる低硫黄アルキレート、分解ガソリンの軽質留分を脱硫処理した脱硫軽質分解ガソリン、ＧＴＬの軽質留分、およびＬＰＧを脱硫処理した脱硫ＬＰＧ等が挙げられる。 The method for producing the fuel oil of the present invention is not particularly limited. For example, light naphtha obtained by atmospheric distillation of crude oil, heavy naphtha obtained by atmospheric distillation of crude oil, desulfurized full-range naphtha obtained by desulfurizing naphtha fraction obtained by distillation of crude oil, and light naphtha desulfurized. By adding (alkylating) lower olefins to hydrocarbons such as desulfurized light naphtha, desulfurized heavy naphtha obtained by desulfurizing heavy naphtha, and isomerized gasoline and isobutane obtained by converting light naphtha into isoparaffin using an isomerizer. From the obtained alkylate, desulfurized alkylate obtained by desulfurizing alkylate, desulfurized hydrocarbon such as isobutane and low-sulfur alkylate by desulfurized lower olefin, reformed gasoline obtained by catalytic reforming method, reformed gasoline Raffinate (sulfolan raffinate), the residue of aromatics extracted from aromatics, Mass fraction (light reformed gasoline), medium heavy fraction of reformed gasoline (medium heavy reformed gasoline), heavy fraction of reformed gasoline (heavy reformed gasoline), catalytic cracking and hydrogenation Cracked gasoline obtained by cracking method, light fraction of cracked gasoline (light cracked gasoline), heavy fraction of cracked gasoline (heavy cracked gasoline), desulfurized cracked gasoline obtained by desulfurizing cracked gasoline, light fraction of cracked gasoline GTL (Gas) obtained by Fischer-Tropsch synthesis after desulfurized light-decomposed light cracked gasoline, desulfurized heavy-cracked gasoline desulfurized heavy fraction of cracked gasoline, natural gas etc. into carbon monoxide and hydrogen to Liquids), a light fraction (GTL naphtha), LPG (liquefied petroleum gas), and hydrocarbon oil such as desulfurized LPG obtained by desulfurizing LPG. One of the above hydrocarbon oils or a mixture of two or more of them may be produced by desulfurization by hydrogenation or adsorption. Among these hydrocarbon oils, preferred as the base material of the fuel oil of the present invention are light naphtha, desulfurized full-range naphtha obtained by desulfurizing a naphtha fraction obtained by distillation of crude oil, desulfurized light naphtha, isomerized gasoline. , Desulfurized alkylate obtained by desulfurizing alkylate, low sulfur alkylate by desulfurized hydrocarbon such as isobutane and lower olefin, desulfurized light cracked gasoline obtained by desulfurizing light fraction of cracked gasoline, GTL light fraction And desulfurized LPG obtained by desulfurizing LPG.
本発明の燃料油の製造において、含酸素化合物をさらに添加してもよい。上記含酸素化合物としては、たとえば、メチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）およびエチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）などのエーテル類、メタノール、エタノール、１−ブタノール、２−ブタノールおよびイソブタノールなどのアルコール類が挙げられる。本発明の燃料油中の上記含酸素化合物の量は、限定的ではないが、４０容量％以下が好ましく、より好ましくは２０容量％以下、さらに好ましくは１０容量％以下、さらに好ましくは７容量％以下である。 In the production of the fuel oil of the present invention, an oxygen-containing compound may be further added. Examples of the oxygen-containing compound include ethers such as methyl tertiary butyl ether (MTBE) and ethyl tertiary butyl ether (ETBE), and alcohols such as methanol, ethanol, 1-butanol, 2-butanol and isobutanol. . The amount of the oxygen-containing compound in the fuel oil of the present invention is not limited, but is preferably 40% by volume or less, more preferably 20% by volume or less, further preferably 10% by volume or less, and further preferably 7% by volume. It is as follows.
本発明の燃料油には、識別のために着色剤、酸化安定度向上のために酸化防止剤、金属不活性化剤、腐食防止のための腐食防止剤、燃料ラインの清浄性維持のための清浄剤、潤滑性向上のための潤滑性向上剤等の添加剤を添加してもよい。 The fuel oil of the present invention includes a colorant for identification, an antioxidant for improving oxidation stability, a metal deactivator, a corrosion inhibitor for preventing corrosion, and a fuel line for maintaining cleanliness. Additives such as a detergent and a lubricity improver for improving lubricity may be added.
本発明の燃料油が使用されるところの上記内燃機関は、その始動をより安定的に行うために、始動時（すなわち、燃焼の開始時）には、酸素とともに窒素および任意的な希ガスを含む気体が燃焼室に供給されるのが好ましい。上記酸素の量は気体の１０〜５０容量％、好ましくは１０〜４０容量％であり、窒素の量は気体の５０〜９０容量％、好ましくは６０〜９０容量％であり、希ガスの量は０〜２０容量％、好ましくは０〜１５容量％であるのが好ましい。なお、希ガスは、元素周期律表の１８族元素を意味し、典型的にはアルゴンである。 The internal combustion engine in which the fuel oil of the present invention is used, in order to perform its start more stably, at the start (that is, at the start of combustion), nitrogen and an optional noble gas are added together with oxygen. It is preferred that the containing gas is supplied to the combustion chamber. The amount of oxygen is 10-50% by volume of gas, preferably 10-40% by volume, the amount of nitrogen is 50-90% by volume of gas, preferably 60-90% by volume, and the amount of rare gas is It is preferably 0 to 20% by volume, preferably 0 to 15% by volume. The noble gas means a group 18 element in the periodic table of elements, and is typically argon.
内燃機関の始動後は、上記気体中の酸素の割合を徐々にまたは段階的に増加させることができ、運転が定常状態に達すると（典型的には、始動時から１０〜３０秒後）、酸素を６５容量％以上含む気体を、好ましくは酸素を７５〜１００容量％含む気体を、さらに好ましくは酸素を８５〜１００容量％含む気体を、さらに好ましくは酸素を９０〜１００容量％含む気体を、最も好ましくは酸素のみからなる気体を燃焼に付すことにより、安定的に運転を続けることができるとともに、ＮＯＸの排出を抑えることができる。空気を使用する従来の内燃機関では、空気中に多量に含まれる窒素が酸素による燃焼の働きを抑える作用をするため、燃焼室において未燃の炭化水素が残り、排ガスとして排出されるが、本発明の内燃機関では、上記気体が６５容量％以上の酸素を含むので、未燃の炭化水素量を少なくすることができ、したがって、全炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を抑えることができる。また、未燃の炭化水素量が少ないので、燃焼効率が高い。 After starting the internal combustion engine, the proportion of oxygen in the gas can be increased gradually or stepwise, and when operation reaches a steady state (typically 10-30 seconds after the start) A gas containing 65% by volume or more of oxygen, preferably a gas containing 75-100% by volume of oxygen, more preferably a gas containing 85-100% by volume of oxygen, more preferably a gas containing 90-100% by volume of oxygen. Most preferably, by subjecting a gas consisting only of oxygen to combustion, stable operation can be continued and NOX emission can be suppressed. In conventional internal combustion engines that use air, nitrogen contained in a large amount acts in the action of suppressing the combustion of oxygen, so unburned hydrocarbons remain in the combustion chamber and are discharged as exhaust gas. In the internal combustion engine of the invention, since the gas contains 65% by volume or more of oxygen, the amount of unburned hydrocarbons can be reduced, and therefore, the emission amount of total hydrocarbons (THC) can be suppressed. Moreover, since there is little unburned hydrocarbon amount, combustion efficiency is high.
運転が定常状態に達したときの気体は、本発明の効果を損なわない範囲で、窒素および／または希ガスを含んでいてもよい。含み得る窒素の量は、気体の０〜３５容量％、好ましくは０〜１５容量％であり、希ガスの量は、気体の０〜１０容量％、好ましくは０〜５容量％である。これらの量範囲であれば、燃焼温度低下効果があり、気体が窒素を含んでいても、ＮＯＸの排出量は少なめである。 The gas when the operation reaches a steady state may contain nitrogen and / or a rare gas as long as the effects of the present invention are not impaired. The amount of nitrogen that can be included is 0 to 35% by volume of gas, preferably 0 to 15% by volume, and the amount of rare gas is 0 to 10% by volume, preferably 0 to 5% by volume of gas. Within these ranges, there is an effect of lowering the combustion temperature, and even if the gas contains nitrogen, the amount of NOx emitted is small.
始動時およびその後の気体の成分の割合が適宜調整できるように、かつ圧力変動を低減して気体を燃焼室に安定的に供給することができるように、上記酸素、窒素および希ガスは、好ましくは、図１に示されるように、各気体のボンベから燃焼室へ供給される。窒素の供給は、窒素ボンベの他に空気ボンベを使用して行ってもよく、あるいは、自然吸気によって行ってもよい。図１では、窒素、酸素および希ガス（アルゴン）がそれぞれ、空気ボンベ２、酸素ボンベ３およびアルゴンボンベ４からプリサーバ５を経由して燃焼室に供給される。
The oxygen, nitrogen, and rare gas are preferably used so that the ratio of gas components at the start and thereafter can be adjusted as appropriate, and the pressure fluctuation can be reduced and gas can be stably supplied to the combustion chamber. As shown in FIG. 1, the gas is supplied from each gas cylinder to the combustion chamber. The supply of nitrogen may be performed using an air cylinder in addition to the nitrogen cylinder, or may be performed by natural suction. In FIG. 1, nitrogen, oxygen, and a rare gas (argon) are supplied from the
上記内燃機関では、燃焼に付される気体が酸素を６５容量％以上の量で含むので、ＮＯＸの排出が有意に低減され、したがって、高価な三元触媒や窒素酸化物吸蔵還元触媒を使用する必要がない。これは、内燃機関の簡素化および低コスト化をもたらす。しかし、本発明における内燃機関は、触媒を一切使用しないことを意図したものではなく、必要に応じて、少量の三元触媒や慣用的に使用される他の触媒（例えば吸着剤）を使用してもよい。 In the internal combustion engine, since the gas subjected to combustion contains oxygen in an amount of 65% by volume or more, NOx emissions are significantly reduced, and therefore expensive three-way catalysts and nitrogen oxide storage reduction catalysts are used. There is no need. This leads to simplification and cost reduction of the internal combustion engine. However, the internal combustion engine in the present invention is not intended to use no catalyst at all, and uses a small amount of a three-way catalyst or other conventionally used catalyst (for example, an adsorbent) as necessary. May be.
本発明における内燃機関は、必要に応じて、燃料油を改質するための改質器を備えることができる。これにより、重質化した燃焼効率の良い燃料油を内燃機関に供給することができる。この場合において、燃料油の改質は、燃料油の全体について行ってもよいが、必ずしもその必要はなく、一部についてのみ行ってもよい。 The internal combustion engine in the present invention can include a reformer for reforming the fuel oil as necessary. Thereby, the heavy fuel oil with good combustion efficiency can be supplied to the internal combustion engine. In this case, the reforming of the fuel oil may be performed on the entire fuel oil, but is not necessarily required, and may be performed on only a part thereof.
さらに、上記内燃機関は、ノッキング防止のために、圧縮比を例えば８．５以下に下げる、および／または冷却水出口温度を例えば５０〜８０℃に下げるなどを、必要に応じて行うことができる。また、酸素吸入抵抗防止のために、膨張と収縮が可能なバッファバックを設置するのが好ましい。バックファイヤ防止のために、低回転域にしたり、吸入負圧を下げすぎないようにしたり（例えば、４００ｍｍＨｇ以下にしない）、および／またはバルブクリアランスを調整したりするのが好ましい。 Furthermore, in order to prevent knocking, the internal combustion engine can reduce the compression ratio to, for example, 8.5 or less and / or reduce the cooling water outlet temperature to, for example, 50 to 80 ° C. as necessary. . In order to prevent oxygen inhalation resistance, it is preferable to install a buffer bag that can expand and contract. In order to prevent backfire, it is preferable to use a low rotation range, not to reduce the suction negative pressure too much (for example, not to make it 400 mmHg or less), and / or adjust the valve clearance.
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。実施例で使用した炭化水素油の性状等を表１〜２に示す。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. Properties and the like of the hydrocarbon oil used in the examples are shown in Tables 1-2.
実施例１〜９
表３に示す量（容量％）の基材を使用して、表３に示す燃料油を製造した。得られた燃料油を、図１に示す内燃機関システムにおいて使用して、ＮＯＸ排出量およびＴＨＣ排出量を測定した。結果を表３に示す。なお、内燃機関１０として、４サイクル２気筒で総排気量３５９ｃｃのものを使用した。燃料油は燃料タンク１から供給され、気体は、空気ボンベ２、酸素ボンベ３、アルゴンボンベ４からプリサーバ５に供給された後、内燃機関１０の燃焼室に供給された。排気は、酸化触媒６で処理した後、冷却管７を通って排出された。排出された気体は、アルゴンガスおよび二酸化炭素が主体であり、その他に液体として水が排出された。
Examples 1-9
Using the amount (volume%) of the base material shown in Table 3, the fuel oil shown in Table 3 was produced. The obtained fuel oil was used in the internal combustion engine system shown in FIG. 1 to measure NOX emissions and THC emissions. The results are shown in Table 3. As the
内燃機関の運転は、以下のように行った。すなわち、始動時に、酸素、アルゴンおよび窒素をそれぞれ、２０．９容量％、０．９容量％および７８．１容量％の量で含む気体を燃焼室に供給した。始動から３０秒経過後に目視によって定常状態になったことが確認され、さらに３０秒間運転を続け、その後、上記気体の組成を酸素８９．３容量％および窒素１０．７容量％に調整して運転を続けた。その結果、１００時間継続して支障なく運転された。なお、内燃機関の回転数を３０００ｒｐｍ、圧縮比を７．６、冷却水温度を６０℃とした。 The operation of the internal combustion engine was performed as follows. That is, at start-up, a gas containing oxygen, argon and nitrogen in amounts of 20.9 vol%, 0.9 vol% and 78.1 vol%, respectively, was supplied to the combustion chamber. After a lapse of 30 seconds from the start, it was confirmed that a steady state was obtained by visual observation, and the operation was continued for another 30 seconds. Thereafter, the gas composition was adjusted to 89.3 vol% oxygen and 10.7 vol% nitrogen. Continued. As a result, it was operated for 100 hours without any trouble. The rotation speed of the internal combustion engine was 3000 rpm, the compression ratio was 7.6, and the cooling water temperature was 60 ° C.
ＮＯＸ排出量の測定
燃焼が定常状態になったことを目視およびオシロスコープの回転数で確認し、その５〜１０秒後にサンプリングバッグでの排ガスの採取を開始した。採取を１０秒間行った後、採取した排ガスを直ちにＮＯＸ検知管に導入し、色の変化からＮＯＸ量を決定した。
Measurement of NOx emission amount It was confirmed visually that the combustion was in a steady state and the rotational speed of an oscilloscope, and sampling of exhaust gas with a sampling bag was started after 5 to 10 seconds. After sampling for 10 seconds, the collected exhaust gas was immediately introduced into the NOX detector tube, and the amount of NOX was determined from the color change.
ＴＨＣ排出量の測定
燃焼が定常状態になったことを目視およびオシロスコープの回転数で確認し、その５〜１０秒後にサンプリングバッグでの排ガスの採取を開始した。採取を１０秒間行った後、採取した排ガスを直ちにＴＨＣ検知管に導入し、色の変化からＴＨＣ量を決定した。
Measurement of THC emission amount It was confirmed visually that the combustion was in a steady state and the number of revolutions of an oscilloscope, and after 5 to 10 seconds, collection of exhaust gas with a sampling bag was started. After sampling for 10 seconds, the collected exhaust gas was immediately introduced into the THC detector tube, and the amount of THC was determined from the color change.
比較例１
実施例４において、内燃機関１０の燃焼室に供給された気体を、始動時も定常状態時も共に空気のみにしたことを除いて、実施例４と同様にして運転を行った。ＮＯＸ排出量は１５０ｐｐｍであり、ＴＨＣ排出量は２８５ｐｐｍであった。
Comparative Example 1
In Example 4, the operation was performed in the same manner as in Example 4 except that the gas supplied to the combustion chamber of the
比較例２
実施例４において、始動時における気体として、酸素７０容量％、窒素２９容量％およびアルゴン０．９容量％を含むものを使用した。バックファイヤを生じ、燃焼が不安定になったため、運転を中止した。
Comparative Example 2
In Example 4, a gas containing 70 vol% oxygen, 29 vol% nitrogen and 0.9 vol% argon was used as the gas at the start. Backfire occurred and combustion became unstable, so the operation was stopped.
１ 燃料タンク
２ 空気ボンベ
３ 酸素ボンベ
４ アルゴンボンベ
５ プリサーバ
６ 酸化触媒
７ 冷却管
１０ 内燃機関
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