ガソリン、メタノールおよびバイオエタノールの環境にやさしい３元輸送フレックス燃料

专利摘要:
効率的かつ経済的な３元フレックス燃料混合物は、少なくとも１０％のガソリンと、少なくとも１０％のバイオエタノールと、少なくとも４５％のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計１００％であって、少なくとも９０のオクタン価を有し、最大１０％の水が存在する中で均一性を維持する。好適なフレックス燃料混合物は、１０〜１５％から３０％のガソリンと、５０〜７５％から８０％のメタノールと、１０％から２５％のバイオエタノールと、を含み、９０〜９８のオクタン価を有する。また、本発明は、このフレックス燃料混合物を製造する方法、および、ガソリンおよびバイオエタノールのフレックス燃料混合物を調製する改善した方法に関するものであり、改善点は、関連する水分を除去するために最初にバイオエタノールを処理する必要なく、また、無水にする必要なく、最大１０％の水の存在する中で、従来のガソリン燃料と同様に前記混合物を処理、輸送、販売および使用できるように、前記混合物を均一に維持するのに十分な量のメタノールを追加することである。なし
公开号:JP2011509326A
申请号:JP2010541522
申请日:2008-12-30
公开日:2011-03-24
发明作者:エー；オラー ジョージ；プラカス；ジーケー スーリヤ
申请人:ユニバーシティ オブ サザン カリフォルニア；
IPC主号:C10L1-02

专利说明:

[0001] 石油系ガソリンは、一般的に、より汚染が少なくより効率的な燃焼のために、高オクタンアルキレートまたはオキシジェネートを、他のオクタン価を上昇させる添加物とともに必要とする。しかしながら、テトラエチル鉛のような添加物および他の有機金属添加物の多くは、環境被害および健康被害が認識されたため段階的に排除されてきた。ＭＴＢＥ（メチルターシャリーブチルエーテル）のような石油化学系オキシジェネートもまたそうである。ガソリンおよび任意の炭化水素燃料は、その燃焼時に、炭素成分を二酸化炭素（人為的な地球温暖化をもたらすと認識された主な温室効果ガス）に変える。従って、バイオ燃料、主にバイオエタノールの使用への関心が高まっている。]
[0002] 炭素系輸送燃料の使用が人為的な地球温暖化の主な原因の１つであるので、バイオ燃料、特にバイオエタノールの使用は、任意の植物あるいは農作物が二酸化炭素を再利用する自然の方法であるため重要な用途を獲得している。様々な植物および農作物（トウモロコシ、サトウキビ、その他）を発酵させることによって製造されるバイオエタノールは、（水および太陽エネルギーを使用する）光合成によって大気中の二酸化炭素を再利用することによってその炭素成分を引き出すので、再生可能な炭素燃料である。しかしながら、バイオエタノールの製造は、それ自体で、相当なエネルギー（窒素肥料の使用、潅漑、農作物の発酵プラントのエネルギー需要に対する様々な機械（トラクタ、トラックなど）の稼動、様々なプラント、ひいてはセルロース材料など）を必要とする。さらに、エタノールは乾燥している場合にのみガソリンと混合できるので、パイプラインによる輸送が妨げられ、ガソリンと混合されるトラック輸送さえも妨げられる。それゆえ、エタノールをいかなる水からも乾燥（脱水）させて、それに応じて処理する必要がある。さらにまた、バイオ発酵プロセスは、大量の二酸化炭素を発生する。]
[0003] ガソリンおよびメタノール（例えばＭ２０およびＭ８５）の２元輸送燃料混合物の使用は、ガソリンおよびエタノール（例えばＥ８５）と同様によく知られており、異なる場所（米国のカリフォルニア、ブラジル）で時々用いられている。ＭＥＧ（３３％のメタノール、６０％のエタノールおよび７％のガソリン）と呼ばれている３元燃料混合物もまた、８０年代後期および９０年代初期のブラジル（サン・パウロ領域）において用いられていた。ＭＥＧは、当時のブラジルのエタノールの一時的な不足を解消するために用いられ、有用なアルコール燃料を提供するのに役立った。]
[0004] 現在、Ｅ８５およびＥ２０（それぞれ、８５％と２０％のエタノールを含有する）のようなバイオエタノール系の２元のガソリンフレックス燃料は、石油備蓄を使い果たすことに対する依存および未だ相当量の石油資源を保有する国からの石油の輸入を減らす手段として大きな関心を引きつけている。米国では、バイオエタノールは主にトウモロコシから製造され、ブラジルおよび他の熱帯地域では、サトウキビが原料である。ガソリンとの２元燃料混合物に使用されるバイオエタノールは、相分離を回避するために、乾燥（無水）していなければならない。これは、追加の脱水工程を含むより高価な製造を必要とするだけではなく（蒸留のみでは、９６％のエタノールと４％の水共沸混合物を与える）、輸送時の著しい困難を生ずる（パイプライン輸送および他の通常の大量輸送（バルク輸送）を不都合にする）。精油所におけるガソリンの予混合（ｐｒｅ−ｍｉｘｉｎｇ）さえ、可能ではない。それゆえ、より効率的かつ経済的な改良が必要であり、これらは本発明によって提供される。]
[0005] 特許文献１は、人為的な大気中の過剰な二酸化炭素を減少させ、ひいては、地球温暖化を緩和しながら、有用かつ新規な燃料および材料を製造するために、工業原料あるいは天然原料からの二酸化炭素のケミカルリサイクルの方法として、メタノールの使用を開示する。この特許文献１は、メタノールが単独で、またはガソリンと組み合わせて燃料として使用できることを教示する。二酸化炭素のケミカルリサイクルのさらなる効果は、ケミカルリサイクルされないと大気中に放出され、地球温暖化をもたらすこととなる望ましくない二酸化炭素を使用するということである。]
先行技術

[0006] 米国特許出願２００６０２３５０９１号公報]
課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、バイオエタノールに見られる従前の問題点を克服し、ガソリンとのフレックス燃料混合物内の望ましい合成メタノールを使用する効率的かつ経済的な方法を開示する。この混合物は、少なくとも１０％のガソリンと、少なくとも１０％のバイオエタノールと、少なくとも４５％のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量は合計１００％である。フレックス燃料混合物は、少なくとも９０のオクタン価を有し、最大１０％の水が存在する中で均一性を維持する。]
[0008] このフレックス燃料混合物内に、ガソリンおよびバイオエタノールの両者はそれぞれ混合物の３３％未満の量で存在し、メタノールは混合物の少なくとも５０％の量で存在する。メタノールは、混合物の７５％未満の量で存在することが好ましい。また、このフレックス燃料混合物は、１０〜１５％から３０％のガソリンと、５０〜７５％から８０％のメタノールと、１０％から２５％のバイオエタノールと、を含み、９０〜９８のオクタン価を有することがより好ましい。]
[0009] 本発明は、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールを上述した量で、かつ、均一の混合物を生成するのに十分な混合条件下で混合することによって、フレックス燃料混合物を製造する方法に関するものでもある。混合は、最初にガソリンとメタノールとを混合して２元混合物を形成し、その後バイオエタノールを追加することによって行ってもよいし、あるいは、最初にメタノールとバイオエタノールとを混合して２元混合物を形成し、その後ガソリンを追加することによって行なってもよい。有利なことに、バイオエタノールは、最初に関連する水分を除去するために処理する必要がなく、無水にする必要もなく、ガソリンおよびメタノールと混合される。また、メタノールは、二酸化炭素を大気中に放出することを回避するために、工場で発生する二酸化炭素から生成可能であり、あるいは、地球温暖化に対する二酸化炭素の寄与を低減するために、大気中から除去された二酸化炭素から生成可能である。]
[0010] 本発明は、バイオエタノールを含む燃料を無水に保つ必要なく、既存のインフラを使用して保管、処理、輸送あるいは販売する方法に関するものでもあり、このフレックス燃料混合物は、少なくとも１０％のガソリンと、少なくとも１０％のバイオエタノールと、少なくとも４５％のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計１００％であり、フレックス燃料混合物は、少なくとも９０のオクタン価を有し、最大１０％の水が存在する中で均一性を維持する。]
[0011] 本発明の他の態様は、ガソリンおよびバイオエタノールのフレックス燃料混合物を調製する改善した方法に関するものであり、改善点は、関連する水分を除去するために最初にバイオエタノールを処理する必要なく、また、無水にする必要なく、最大１０％の水の存在する中で、従来のガソリン燃料と同様に混合物を処理、輸送、販売および使用できるように、混合物を均一に維持するのに十分な量のメタノールを追加することである。この方法のフレックス燃料混合物の好適例は、本願明細書において開示される。]
実施例

[0012] 本明細書において、「バイオエタノール」という用語は、さまざまな植物、農作物または他のセルロース材料または天然物を発酵させることによって製造されるエタノールを意味するために用いられ、再生可能な環境にやさしい資源である。]
[0013] 本発明は、フレックス燃料として輸送、販売、使用中の水分を回避するために高価な脱水処理あるいは特別な処理を施すことなく、最大１０％の水を含むバイオエタノールを使用する、実現可能かつより効率的な新規な方法を開示する。本発明は、示された範囲において分相していない、３元のガソリン・メタノール・バイオエタノールの燃料混合物の製造および使用に基づく。典型的なガソリンとメタノールの２元燃料混合物は、最大８５％のメタノールを含む。この２元フレックス燃料は、メタノールが２５％以下の量で加えられると、バイオエタノールと完全に混合できる。ガソリンとメタノールを混合する際、バイオエタノールは乾燥させる必要はなく、１０％までの水分（水蒸気）を含むことができるので、特別な処理あるいは施設を用いることなく、保管、輸送および使用が現実的に可能である。]
[0014] 開示された３元輸送燃料混合物は、特許文献１にて開示されているように、工業排気または天然物の二酸化炭素の化学水素化再生利用（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｖｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）を含む任意の周知の方法によって製造されたメタノールを用いて容易に入手可能である。混合物は、地球温暖化を緩和しながら、カーボン燃料混合物が環境にやさしい方法で用いられる還元的な二酸化炭素のケミカルリサイクルと同様に、生物学的（すなわち、光合成および次の発酵）方法により二酸化炭素を再利用することによって製造可能である。]
[0015] 必要なバイオエタノールは、任意の適切な農作物（サトウキビ、トウモロコシなど）、セルロース材料および他の天然物から製造されうる。それらの分解／発酵により、バイオエタノールが製造される。二酸化炭素を植物に再利用する自然の光合成のリサイクルは、二酸化炭素をメタノールに再利用するケミカルリサイクルと共に、開示されたガソリン・メタノール・バイオエタノールの３元フレックス燃料混合物を、実質的にカーボン・ニュートラルにする。]
[0016] さらなる利点は、開示された３元燃料混合物の汚染が少ない燃焼特性および高いオクタン価である。メタノールは−１００のオクタン価を有し、バイオエタノールは１０５のオクタン価を有する。それゆえ、９０〜９８のオクタン価は、本発明のフレックス燃料混合物の３成分の好適な量の製剤によって達成されうる。これらの混合物の高いオクタン価および有利な燃焼特性は、混合物が含むオキシジェネート（すなわち、アルコール類）の有益な効果によるものであり、混合物に含まれるアルコール類の量の賢明な選択によって、熟練した職人によって要求通りに選択されうる。最適な量は、本願明細書において開示される好適な量から始めて、混合物の通常の試験によって決定されうる。]
[0017] 本発明の新規な３元フレックス燃料は、水蒸気または水分凝縮を除去するためのいかなる特別の予防措置なしで、予混合されて輸送され、保管され、使用されうる。これらの特性は、３元燃料混合物を非常に実用的かつ経済的にする。２元のガソリン・エタノール混合物において現在見られるバイオエタノールの使用における大きな欠点が解消される。ガソリンに使用される既存のインフラによって、輸送燃料を保管、輸送、販売するための通常の条件下で、３元フレックス燃料の実用が可能になる。同時に、３元燃料混合物は、高いオクタン価、良好な点火および燃焼特性の効果および相分離のない完全な混和性を提供する。開示された経済的で、便利で、非常に効率的な３元燃料混合物は、製造、輸送および販売施設の最小の追加コストによって容易に導入かつ利用され、内燃機関（ＩＣＥ）自動車の極めて限られた小さな変更で適用可能である。それゆえ、従来のガソリン燃料と同様に、本発明のフレックス燃料混合物を処理、輸送、販売、および使用することができる。]
[0018] 本願において記載および請求される３元フレックス燃料混合物は、最初にメタノールとガソリンを所定の比率で混合し、次に適当量のバイオエタノールを混合することによって、共沸混合物、例えば、発酵製造されたバイオエタノールの蒸留によって得られた９６％のエタノールと４％の水の脱水をせずに、都合よく調製される。代案として、メタノールおよびバイオエタノールを予混合し、その後ガソリンを追加することもできる。特許請求の範囲で規定される配合の３元のガソリン・メタノール・バイオエタノール混合物は、水分凝縮を回避するために水蒸気を除去するための特別な条件下で保管、輸送、販売、使用する必要はない。フレックス燃料混合物の相分離は起こらず、フレックス燃料混合物は上述した有利な特性を有し、ＩＣＥ自動車で効率的に燃焼する。]

权利要求:

請求項1
少なくとも１０％のガソリンと、少なくとも１０％のバイオエタノールと、少なくとも４５％のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計１００％である効率的かつ環境にやさしい３元輸送フレックス燃料混合物であって、前記フレックス燃料混合物は、少なくとも９０のオクタン価を有し、最大１０％の水が存在する中で均一性を維持することを特徴とするフレックス燃料混合物。
請求項2
前記ガソリンは前記混合物の３３％未満の量で存在し、前記メタノールは前記混合物の少なくとも５０％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載のフレックス燃料混合物。
請求項3
前記バイオエタノールは前記混合物の３３％未満の量で存在し、前記メタノールは前記混合の少なくとも５０％の量で存在することを特徴とする請求項１に記載のフレックス燃料混合物。
請求項4
前記メタノールは前記混合物の７５％未満の量で存在することを特徴とする請求項１に記載のフレックス燃料混合物。
請求項5
１０〜３０％のガソリンと、５０〜８０％のメタノールと、１０〜２５％のバイオエタノールと、を含み、９０〜９８のオクタン価を有することを特徴とする請求項１に記載のフレックス燃料混合物。
請求項6
１５〜３０％のガソリンと、５０〜７５％のメタノールと、１０〜２５％のバイオエタノールと、を含み、９０〜９８のオクタン価を有することを特徴とする請求項１に記載のフレックス燃料混合物。
請求項7
前記量のガソリンとバイオエタノールとメタノールとを、均一の混合物を生成するのに十分な混合条件下で混合するステップを含む請求項１に記載のフレックス燃料混合物の製造方法。
請求項8
前記混合するステップは、最初にガソリンとメタノールとを混合し２元混合物を形成し、その後バイオエタノールを追加することによって行われることを特徴とする請求項７に記載の方法。
請求項9
前記混合するステップは、最初にメタノールとバイオエタノールとを混合し２元混合物を形成し、その後ガソリンを追加することによって行われることを特徴とする請求項７に記載の方法。
請求項10
さらなる地球温暖化をもたらす二酸化炭素を大気中に放出することを回避するために、前記メタノールは、工場で発生する二酸化炭素から生成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
請求項11
地球温暖化に対する二酸化炭素の寄与を低減するために、前記メタノールは、大気から除去された二酸化炭素から生成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
請求項12
バイオエタノールを含む燃料を、前記燃料を無水に保つ必要なく、既存のインフラを使用し、保管、処理、輸送あるいは販売する方法であって、該方法は、前記燃料を、少なくとも１０％のガソリンと、少なくとも１０％のバイオエタノールと、少なくとも４５％のメタノールと、を含み、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計１００％となるように製剤するステップを含み、フレックス燃料混合物は、少なくとも９０のオクタン価を有し、最大１０％の水が存在する中で均一性を維持することを特徴とする方法。
請求項13
ガソリンおよびバイオエタノールのフレックス燃料混合物を調製する方法であって、関連する水分を除去するために最初にバイオエタノールを処理する必要なく、また、無水にする必要なく、最大１０％の水の存在する中で、従来のガソリン燃料と同様に前記混合物を処理、輸送、販売および使用できるように、前記混合物を均一に維持するのに十分な量のメタノールを追加することを特徴とする方法。
請求項14
前記フレックス燃料混合物は、少なくとも１０％のガソリンと、少なくとも１０％のバイオエタノールと、少なくとも４５％のメタノールとを、ガソリン、バイオエタノールおよびメタノールの量が合計１００％となるように含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
請求項15
前記フレックス燃料混合物は、少なくとも９０のオクタン価を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
請求項16
前記ガソリンは前記混合物の３３％未満の量で存在し、前記メタノールは前記混合物の少なくとも５０％の量で存在することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
請求項17
前記バイオエタノールは前記混合物の３３％未満の量で存在し、前記メタノールは前記混合の少なくとも５０％の量で存在することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
請求項18
前記メタノールは前記混合物の７５％未満の量で存在することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
請求項19
前記フレックス燃料混合物は、１０〜３０％のガソリンと、５０〜８０％のメタノールと、１０〜２５％のバイオエタノールと、を含み、９０〜９８のオクタン価を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
請求項20
前記フレックス燃料混合物は、１５〜３０％のガソリンと、５０〜７５％のメタノールと、１０〜２５％のバイオエタノールと、を含み、９０〜９８のオクタン価を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。