CN1273570C - 燃料油、燃料油用润滑剂和燃料油制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料油、燃料油用润滑剂和燃料油制造设备，其中通过使以二甲醚为燃料油主成分的燃料油高度保持润滑性，将二甲醚作为燃料油可在商业上使用，且有益于环境保护。作为本发明的燃料油，含有二甲醚以及从植物性油脂和植物性油脂衍生物中选出的至少1种物质。作为可用的植物性油脂，可举出椰子油、棕榈油等。另外，作为植物性油脂衍生物，可举出例如构成上述各植物性油脂衍生物的脂肪酸的一价到多价醇酯、这些物质的环氧化物加成物、构成脂肪酸的物质的环氧化物加成物等。此外，作为本发明的以二甲醚为主成分的燃料油用润滑剂，为从植物性油脂和植物性油脂衍生物中选出的至少1种物质。

Description

燃料油、燃料油用润滑剂和燃料油制造设备

技术领域

本发明涉及对环境负荷较小的以二甲醚为主要成分的燃料油，适于该燃料油的燃料油用润滑剂和燃料油制造设备。

背景技术

近年来，由于二甲醚(以下简称为“DME”)的十六烷值较高并且含有氧原子，因此通过无烟燃烧等，作为对环境负荷较小的新型汽油、粗柴油、重油的代替材料而受人注目。

例如，将DME作为燃料的柴油机与将粗柴油作为燃料的情况下可具有几乎相等的输出，但是与粗柴油不同，由于DME缺乏润滑性，因此在长期使用时产生的问题是：由于磨损燃料喷射系统的振动部位等，操作困难，而且现在的状况是还未成功地将DME作为燃料油商业化。

另一方面，已知一种这样的粗柴油组合物(柴油机燃料)，其中硫含量约0.2重量％以下和芳族烃含量比约30重量％更小，其特征为其含有100-10000ppm(重量)由植物的油质种子获得的饱和以及不饱和直链状C_12-22的脂肪酸混合物的C_1-5烷基酯(特开平7-62363号公报)。

但是，在上述专利文献中记载的粗柴油组合物中，在使用硫含量约0.2重量％以下和芳族烃含量比约30重量％更小的特殊粗柴油组合物(柴油机燃料)的情况下，为改善润滑性，其中含有特定量的由植物的油质种子获得的饱和以及不饱和特定直链状脂肪酸混合物的烷基酯，与本发明申请的以DME为主成分的燃料油用等相比，其物性、润滑特性等不同，此外，这种特殊的粗柴油和DME，二者的化学结构本身完全不同。

本发明针对上述现有技术中存在的问题，为解决这些问题而作出的，其目的是提供一种以DME为主的燃料的燃料油，适于该燃料油的燃料油用润滑剂和燃料油制造设备，不会产生由于磨损而使得燃料喷射阀等不能操作的问题。

发明内容

本发明者等针对上述现有技术中存在的问题进行了仔细研究，通过在DME中包含作为润滑剂的特定成分，发现可获得达到上述目的燃料油、燃料油用润滑剂和燃料油制造设备，由此完成本发明。

即，本发明包括(1)-(6)。

(1)一种燃料油，其特征为该燃料油包括二甲醚和棕榈油衍生物。

(2)上述(1)所述的燃料油，其中棕榈油衍生物为棕榈油脂肪酸甲酯。

(3)一种以二甲醚为主成分的燃料油用润滑剂，其特征为含有棕榈油衍生物。

(4)上述(3)所述的燃料油用润滑剂，其中棕榈油衍生物为棕榈油脂肪酸甲酯。

(5)一种燃料油制造设备，其特征为具有通过向二甲醚中以预定量添加棕榈油衍生物，来获得燃料油的混合设备。

(6)一种燃料油制造设备，其特征为具有从棕榈油制造棕榈油衍生物的棕榈油衍生物制造设备，以及通过向二甲醚中以预定量添加由该棕榈油衍生物制造设备获得的棕榈油衍生物，来获得燃料油的混合设备。

附图的简要说明

图1为显示柴油机中燃料喷射泵的柱塞和柱塞筒之间振动部的截面状态的示意图。图2(a)为采用比较例1的、由DME单体制成的燃料油的情况时以及使用落入本发明范围内、由实施例1所得的燃料油的情况下，相对于运转时间，柱塞和柱塞筒之间间隙变化的曲线图。图2(b)为比较此时各燃料喷射最高压力变化的曲线图。

具体实施方式

以下对本发明的实施形式进行详细说明。

本发明燃料油的特征为以二甲醚和棕榈油衍生物形成。

此外，本发明以二甲醚为主成分的燃料油用润滑剂的特征为：该润滑剂为由棕榈油衍生物构成。

作为本发明所用的DME，可例举出将天然气作为原料、通过改性获得主要由一氧化碳和氢形成的合成气体，并由该合成气体获得的DME。此时，存在2种方法，即由上述合成气体的直接合成法，以及使合成气体一次性地经过甲醇，通过该甲醇脱水的方法，本发明可采用任何一种方法所得的DME。

此外，由一氧化碳和氢形成的合成气体不仅可从天然气制造，还可以从煤气、生物质、石油残渣、产业废弃物等制造，还可以是将这些物质作为原料获得的合成气体。通常由上述各个方法可获得90％以上、优选为99％以上，更优选为99.9％以上纯度的DME。

本发明中所用的DME可以是上述各个方法获得的任何一种DME。

此外，作为本发明中所用的“棕榈油衍生物”，意味着对棕榈油实施化学反应进行衍生所得的衍生物。具体地可举出构成棕榈油衍生物的脂肪酸的一价到多价醇酯、以及这些物质的环氧化物加成物、构成脂肪酸的物质的环氧化物加成物等。

作为一价到多价醇酯的一价到多价醇，可例举出甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷、山梨糖醇等的醇类。

这些醇的酯化物的制造方法，可通过棕榈油与相应的醇的酯交换法、与构成脂肪酸的物质的直接酯化法等的通常制造方法进行制造。

优选为棕榈油脂肪酸的碳原子数为1-5的一价烷基酯，特别合适的是棕榈油脂肪酸的甲基酯。

构成棕榈油衍生物的脂肪酸的一价到多价醇酯的环氧化物加成物或构成脂肪酸的环氧化物加成物可根据常用方法，由相应的一价到多价醇酯或相应结构的脂肪酸与环氧化物的加成反应获得。

作为环氧化物，例举出环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷，优选为环氧乙烷、环氧丙烷。这些物质可单独使用，或者作为混合物使用。

这些环氧化物加成的摩尔数为相当于每1摩尔棕榈油乃至每1摩尔脂肪酸为1-100摩尔，优选为1-20摩尔，更优选为1-5摩尔。

其中，上述棕榈油衍生物可分别单独(单体)地或者将2种以上混合使用。

本发明的燃料油包含上述DME和作为润滑剂的棕榈油衍生物，这些物质的配合比例优选为相对于每100质量份DME，棕榈油衍生物为0.001-100质量份，更加优选的为0.002-50质量份。

特别是棕榈油脂肪酸甲酯，在100质量份DME中在上述范围(0.001-100质量份)内可自由溶解，形成均匀液体，因此优选。

此外，当上述棕榈油衍生物的配合量不足0.001质量份时，不能发挥出本发明的效果，另一方面，当超过100质量份时，本发明的效果不变，而成本提高，因此不优选。

本发明的燃料油如上所述由DME和作为润滑剂的棕榈油衍生物构成，但是在不损坏本发明效果的范围内，可向燃料油中添加各种任意成分，例如防氧化剂、油质提高剂、防锈剂、清洗分散剂、摩擦调整剂、消泡剂、流动性提高剂、粘度指数提高剂等。

这样构成的本发明燃料油或燃料油用润滑剂可代替汽油、粗柴油、重油，作为发电用、家用、柴油机用等的各种用途的燃料油或燃料油用润滑剂使用，特别适于作为卡车、船舶、发电、建设机械等的柴油机燃料油或燃料油用润滑剂。

仅使用DME(单独的DME)的情况下，由于振动部的磨损，在恶劣情况下在10-20小时左右的短时间内机器发生破损现象，而与此相对的是本发明的燃料油在例如作为柴油机的燃料油使用时，采用本发明的燃料油可在数千-数万时间的长时间连续运转，而不发生任何问题，可维持正常的操作。

本发明燃料油制造设备的特征为具有混合设备，该设备通过向上述各种方法等获得的DME中以预定量添加棕榈油衍生物，更具体地说对每100质量份DME添加0.001-100质量份棕榈油衍生物，来获得燃料油。

作为该燃料油制造设备，可举出例如可将上述各种方法等获得的DME通过管道提供给具有混合机的搅拌装置(罐)，在该搅拌装置中以预定量添加棕榈油衍生物，并搅拌混合的制造设备。

此外，本发明另外一种燃料油制造设备的特征为具有从棕榈油制造棕榈油衍生物的棕榈油衍生物制造设备，以及通过向二甲醚中以预定量添加由该棕榈油衍生物制造设备获得的棕榈油衍生物，来获得燃料油的混合设备。

作为该燃料油制造设备，例如可举出具有通过对上述棕榈油实施化学反应来制造棕榈油衍生物的棕榈油衍生物制造设备，以及将由该棕榈油衍生物制造设备获得的棕榈油衍生物以及由上述各种方法等获得的DME分别以预定量提供给具有混合机的搅拌装置并搅拌混合的混合设备。

在这样构成的本发明各燃料油制造设备中，可通过具有有通常混合机的搅拌装置的设备，通过将二甲醚和上述润滑剂以预定量混合，制成均匀的一体化液体，可容易地制造本发明的燃料油。因此，在棕榈油衍生物制造设备的设置场所相邻地设置本发明的燃料油制造设备，特别在削减输送成本方面优选。

实施例

以下通过实施例和比较例对本发明进一步详细说明，但本发明不受以下实施例的限制。

(实施例1和比较例1)

实施例1和比较例1各燃料油中使用的DME、作为润滑剂的棕榈油衍生物将以下物质作为供试试料。

[DME]

将三菱瓦斯化学公司制造的纯度为99.9％的物质作为供试试料。

[棕榈油衍生物(棕榈油脂肪酸甲酯)]

向1014g棕榈油中加入356g甲醇和3g氢氧化钠，在氮气气氛下和0.1MpaG以上的压力下，在70℃实施60分钟的酯交换反应。冷却后，分离出甘油，进一步加入50g甲醇和1g氢氧化钠，在常压下、60℃下进行10分钟的酯交换。

此后，加入160g的水，搅拌后静置分离，除去甘油，获得粗的棕榈油脂肪酸甲酯。所得的酯在常压下和155℃蒸去轻馏分，除去水、甲醇，获得精制的棕榈油脂肪酸甲酯，将其作为供试试料使用。

在实施例1中，将100质量份上述DME和10质量份上述棕榈油衍生物(棕榈油脂肪酸甲酯)形成的产品作为燃料油使用。

在比较例1中，将100质量％的上述DME形成的产品作为燃料油使用。

采用上述实施例1和比较例1的燃料油，并采用以下结构的柴油机，通过以下的评价方法实施柴油机实际操作实验，进行评价。

[评价方法]

柴油机使用产业用直喷式柴油机。

在该柴油机中，作为受燃料润滑性影响较大的部位，在喷射式燃料喷射泵中为柱塞和柱塞筒之间的振动部，在分配型燃料喷射泵中，为上述柱塞和柱塞筒之间的振动部以及面凸轮(face cam)和辊之间的振动部，在任何一种情况下均包括共有的燃料喷射阀的针阀和主体之间的振动部。

这些部位的磨损状态对燃料喷射性能有较大的影响，当磨损比某值大时，燃料喷射性能变劣，机械性能损坏，在恶劣情况下有时机械不能运转。

因此，在本评价中，与采用现有的由DME单体制得的燃料油的情况(比较例1)相比，在采用本发明范围内的实施例1的燃料油的情况下，实际上通过使用新型燃料喷射泵机械运转200小时，在这些振动部中，以振动条件最严重的柱塞和柱塞筒之间为代表，作为图1所示的内容，对各个外径(dp1)和内径(db)进行测定，对磨损量进行比较评价。此外，比较燃料喷射最高压力，对燃料喷射性能的变化进行评价。

在此，为DME的情况下，可在极短时间对造成问题的生效(aggressive)磨损进行评价。因此，在此设定运转时间为200小时。在该时间内不产生问题的话，可判断只要维持同等条件，即使在数千到数万小时的长时间也不会产生这种问题。

[评价结果]

在图2(a)显示了与采用比较例1由DME单体形成的燃料油的情况相比，采用本发明范围内的实施例1所形成的燃料油的情况下，相对于运转时间，柱塞和柱塞筒之间间隙C的变化实例，而在图2(b)中，为比较此时各燃料喷射最高压力变化实例的图。

间隙增大表示柱塞外面或柱塞筒内表面被磨损，另外，燃料喷射最高压力由于间隙增大造成压缩燃料泄漏，因此显示出燃料喷射性能发生变化(变劣)的状况。

从图2(a)和(b)的结果可知，在使用由比较例1DME单体形成的燃料油的情况下，在极短时间形成超过允许限度10微米以上的间隙，由于磨损发散性地进行，结果喷射性能产生问题，但是在采用本发明范围的实施例1的燃料油的情况下，在初期由于磨合运转产生些许损耗，但是随着时间而逐渐接近允许限度内的间隙，可判断其抑制磨损的进行，并且可保持喷射性能。

在该实例中显示的磨损允许限度10微米不一定是普遍的值，而是随机械种类变化的值，但是当间隙至少在10微米以上时，有时会对喷射性能造成障碍，因此将其作为一个实例表示。

另外，在为由比较例1的DME单体形成的燃料油的情况下，可明显观察到柱塞表面上产生纵向擦伤，而在采用本发明范围的实施例1的燃料油的情况下，可目测确认不产生纵向擦伤。

因此，可知通过使用作为本发明范围的实施例1的燃料油，可防止采用由比较例1的DME单体形成的燃料油的情况下产生的燃料喷射装置的磨损现象，在实用上无问题，可确保其可靠性。

在此，以柱塞和柱塞筒之间为例，显示了其结果，但是对于分配型燃料喷射泵中面凸轮和辊之间以及燃料喷射阀的针阀和主体间的振动部，其变化时间也存在差值，但是可确认磨损量存在同样的关系，由本发明的燃料油同样可确保润滑性。

[实施例2和比较例2]

存在由于长期运转，燃料油的一部分泄漏至机械油中的情况，因此假定一种这样的情况，如下所述，对机械油中含有作为本发明所涉及的润滑剂的棕榈油衍生物的情况(实施例2)和含有该棕榈油衍生物以外的脂肪酸类润滑剂的情况(比较例2)的机械油劣化进行比较，根据以下方法对氧化稳定性实验、外观进行各种评价。

这些结果示于以下的表1。

(实施例2的供试试样)

通过在机械油(新日本石油公司制造的柴油机用润滑油；商品名称“HDS-3”)中以相对于机械油含1质量％的比例包含上述实施例1所用的棕榈油衍生物(棕榈油脂肪酸甲酯)，由此形成的机械油。

(比较例2的供试试样)

除了含有1质量％的脂肪酸类润滑剂(エチルジヤバン社制造；商品名称“ハイテツク4140”)，来代替上述实施例2的供试试样的棕榈油衍生物以外，按照与上述实施例2一样的方式制得机械油。

(氧化稳定度实验、外观的评价方法)

氧化稳定度实验以JIS K 2514-1996条目序号4的内燃机用润滑油氧化稳定度(ISOT)实验方法为基准，评价初期值、24小时后的动粘度(40℃、100℃)。该动粘度的经时数值变化越小，表示氧化稳定度越优异。

另外，对于外观评价，可通过对初期和24小时以后的状态通过目视进行感觉评价。

表1

		实施例2		比较例2
						测定时间		初期值	24小时后	初期值	24小时后
氧化稳定度	动粘度(40℃)mm2/s动粘度(100℃)mm2/s	90.5510.77	93.2210.94	94.6510.98	113.412.98
						外观	均匀透明	均匀透明	均匀透明	存在微细的异物

从上述表1可知，在本发明范围内的实施例2的燃料油用润滑剂(棕榈油衍生物)与本发明范围以外的比较例2的燃料油用润滑剂(脂肪酸类润滑剂)相比，24小时后，机械油的动粘度变化小，因此可判断其氧化稳定度优异。此外，在外观方面也未发现异物。

根据本发明的燃料油，在以DME为燃料油主成分的燃料油中，通过含有棕榈油衍生物，特别是含有棕榈油脂肪酸甲酯作为润滑剂时，可高度保持其润滑性，因此，可将DME作为燃料油，开创在商业上使用的道路，并可进一步保护环境。

此外，本发明的燃料油用润滑剂即使泄漏到机械油中，也不会促进机械油劣化。

此外，本发明各燃料油制造设备通过具有有通常混合机的搅拌装置的设备，将DME和上述润滑剂以预定量混合，使其均匀地一体化，可容易地制造出本发明的燃料油。

Claims (4)

1.一种燃料油，其特征为该燃料油含有二甲醚以及棕榈油衍生物。

2.如权利要求1所述的燃料油，其中棕榈油衍生物为棕榈油脂肪酸甲酯。

3.一种以二甲醚为主成分的燃料油用润滑剂，其特征为该润滑剂含有棕榈油衍生物。

4.如权利要求3所述的燃料油用润滑剂，其中棕榈油衍生物为棕榈油脂肪酸甲酯。