JP2005336257A - ガスタービン用燃料油 - Google Patents

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一彦 渡辺
Tadanori Sawada
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Abstract

【課題】 金属分(灰分)、硫黄分、煤の発生及び微粒きょう雑物が少なく、ガスタービン翼の腐食が抑制されると共に、高発熱量を有し、かつ、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適し、希薄予蒸発予混合管にカーボンの堆積が少ないガスタービン用燃料油を提供する。
【解決手段】 下記の性状を満足するガスタービン用燃料油である。
(a)密度(15℃)が0.890g/cm3以上、(b)動粘度(50℃)が1.00〜3.50mm2/s、(c)90容量%留出温度が335℃以下、(d)95量%留出温度が355℃以下、(e)97容量%留出温度が365℃以下、(f)蒸留終点が370℃以下、(g)10%残留炭素分が0.20質量%未満、(h)灰分量が0.001質量%以下、(i)真発熱量が37,670kJ/L以上、(j)硫黄分量が0.30質量%以下、(k)曇り点が0℃以下、(l)バナジウム量が0.1質量ppm以下、(m)ナトリウム量とカリウム量の和が0.2質量ppm以下、(n)微粒きょう雑物量が10.0mg/L以下
【選択図】 なし

Description

本発明は、ガスタービン用燃料油に関し、さらに詳しくは、金属分(灰分)、硫黄分、煤の発生及び微粒きょう雑物が少なく、ガスタービン翼の腐食が抑制されると共に、高発熱量を有する、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適する燃料油に関する。
ガスタービンは高効率で、排ガスが清浄である上、メインテナンスが容易であることなどの点から近年産業用ガスタービンコージェネとして急速に普及しつつある。このガスタービンにおいては、従来から、使用する燃料油中の硫黄分や金属分(灰分)が、タービン翼の腐食を引き起こすことが知られており、また、このタービン翼の腐食の観点から、煤の発生量および燃料油中の微粒きょう雑物含有量の少ないのが有利であることが予想される。そして、近年、燃費改善の観点から、高発熱量の燃料油が要求される傾向がある。従来、タービン用燃料としては、主として灯油とA重油が用いられている。ここで、灯油は、硫黄分、金属分(灰分)、煤の発生及び微粒きょう雑物が極めて少なく、ガスタービン翼の腐食が少ない燃料であるが、体積当りの発熱量が低いという欠点を有している。また、A重油は、一般に安定供給の点で優れており、かつ灯油に比較して高い発熱量を有しているが、さらに高発熱量を要求される傾向にある。ところで、現在、一般に普及している拡散燃焼方式のガスタービンは、燃焼ガスに煤が発生し易く、タービン翼の腐食の観点から、高発熱量の燃料を使用し難い。そのため、高発熱量の燃料を使用するには、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンが適している。しかし、現在、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適した高発熱量の性状は知られていない。
ところで、ガスタービンの燃料については、いろいろな目的を達成するための出願がなされている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
特許文献1には、特定の軽質サイクル油40〜90容量%、特定の直脱軽油10〜60容量%含有し、バナジウム含有量が0.2重量ppm以下、硫黄含有量が0.5重量ppm以下、ナトリウムとカリウムの合計含有量が0.2重量ppm以下、スラッジ重量が6mg/L以下の燃料が開示されているが、高発熱量の実施例1,2の燃料を希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適用すると、希薄予蒸発予混合管にカーボンが堆積するため、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービン用燃料としては適していないことがわかった。
特許文献2には、90%留出温度が360℃以下であり、微粒きょう雑物の含有量が10.0mg/L以下の燃料が開示されているが、実施例1,2の燃料を希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適用すると、発熱量が不十分で、かつ、希薄予蒸発予混合管にカーボンが堆積するため、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービン用燃料としては適していないことがわかった。
特許文献3には、90%留出温度が360℃以下で、総発熱量が39,760kJ/L以上であり、ジベンゾチオフェン類含有量が硫黄量として2,500重量ppm以下、ベンゾチオフェン類含有量の0.21倍とジベンゾチオフェン類含有量との合計が硫黄量として2,850重量ppm以下、カルバゾール類含有量が窒素量として600重量ppm以下の燃料が開示されているが、実施例1の燃料を希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適用すると、希薄予蒸発予混合管にカーボンが堆積するため、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービン用燃料としては適していないことがわかった。
特開平10−298564号公報 特開2001−64659号公報 特開2001−64660号公報
本発明は、このような状況下でなされたもので、金属分(灰分)、硫黄分、煤の発生及び微粒きょう雑物が少なく、ガスタービン翼の腐食が抑制されると共に、高発熱量を有し、かつ、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適し、希薄予蒸発予混合管にカーボンの堆積が少ないガスタービン用燃料油を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、蒸留性状などを調整して得られる軽質サイクル油(LCO)を使用した燃料油がその目的に適合しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明は、
1.下記の性状を満足するガスタービン用燃料油、
(a)密度(15℃)が0.890g/cm3以上、
(b)動粘度(50℃)が1.00〜3.50mm2/s、
(c)90容量%留出温度が335℃以下、
(d)95量%留出温度が355℃以下、
(e)97容量%留出温度が365℃以下、
(f)蒸留終点が370℃以下、
(g)10%残留炭素分が0.20質量%未満、
(h)灰分量が0.001質量%以下、
(i)真発熱量が37,670kJ/L以上、
(j)硫黄分量が0.30質量%以下、
(k)曇り点が0℃以下、
(l)バナジウム量が0.1質量ppm以下、
(m)ナトリウム量とカリウム量の和が0.2質量ppm以下、
(n)微粒きょう雑物量が10.0mg/L以下
2.希薄予蒸発予混合燃焼方式が採用されているガスタービンに適用される上記1のガスタービン用燃料油、及び
3.酸化防止剤を10〜500質量ppm含む上記1又は2のガスタービン用燃料油、
を提供するものである。
本発明によれば、金属分(灰分)、硫黄分、煤の発生及び微粒きょう雑物が少なく、ガスタービン翼の腐食が抑制されると共に、高発熱量を有し、かつ、希薄予蒸発予混合燃焼方式のガスタービンに適し、希薄予蒸発予混合管にカーボンの堆積が少ないガスタービン用燃料油を提供することができる。
本願発明のガスタービン用燃料油は前記(a)〜(n)の性状を満足することが必須であり、順に説明する。
(a)密度(15℃)が0.890g/cm3以上である。
高発熱量を確保するために必須である。好ましくは0.900g/cm3以上である。
なお、密度はJIS K 2249に準拠して測定された値である。
(b)動粘度(50℃)が1.00〜3.50mm2/sの範囲である。
1.00mm2/s未満では、ポンプ等の摩耗による劣化が起こり、3.50mm2/sを超えると、取扱い性、燃焼性が悪化する。好ましくは、1.5〜3.30mm2/sの範囲である。
なお、動粘度はJIS K 2283に準拠して測定された値である。
(c)90容量%留出温度が335℃以下である。好ましくは330℃以下であり、より好ましくは325℃以下である。
(d)95容量%留出温度が355℃以下である。好ましくは350℃以下であり、より好ましくは345℃以下である。
(e)97容量%留出温度が365℃以下である。好ましくは360℃以下であり、より好ましくは355℃以下である。
(f)蒸留終点が370℃以下である。好ましくは365℃以下であり、より好ましくは360℃以下である。
上記の(c)〜(f)の蒸留性状は、希薄予蒸発予混合管へのカーボン堆積抑制、排ガス中の煤発生によるタービン腐食抑制のための条件である。なお、上記の蒸留性状はJIS K 2254に準拠して測定されたものである。
(g)10%残留炭素分が0.20質量%未満である。
希薄予蒸発予混合管へのカーボン堆積抑制、排ガス中の煤発生によるタービン腐食抑制のために必須である。好ましくは0.15質量%以下、より好ましくは0.10質量%以下、さらに好ましくは0.05質量%以下である。
なお、10%残留炭素分はJIS K 2270に準拠して測定された値である。
(h)灰分量が0.001質量%以下である。
タービン翼腐食抑制のため必須である。
なお、灰分量はJIS K 2272に準拠して測定された値である。
(i)真発熱量が37,670kJ/L以上である。
灯油、A重油に対して優位性を保つために必須である。好ましくは38,000kJ/L以上である。
なお、真発熱量はJIS K 2279に準拠して測定された値である。
(j)硫黄分量が0.30質量%以下である。
タービン翼腐食抑制のため必須である。好ましくは0.20質量%以下である。
なお、硫黄分量はJIS K 2541に準拠して測定された値である。
(k)曇り点が0℃以下である。
ガスタービンは、タービン翼の腐食防止の観点より、燃料油中の微粒きょう雑物含有量は極めて少ないことが要求されるため、2〜20μmのサイズのフィルターが設置されている。そのため、低温時にワックスが析出した場合もフィルターが極めて閉塞し易く、ワックス析出温度が低いことも要求される。好ましくは−6℃以下、より好ましくは−10℃以下である。
なお、曇り点はJIS K 2269に準拠して測定された値である。
(l)バナジウム量が0.1質量ppm以下である。
タービン翼腐食抑制のため必須である。
なお、バナジウム量はJPI−5S−11に準拠して測定された値である。
(m)ナトリウム量とカリウム量の和が0.2質量ppm以下である。
タービン翼腐食抑制のため必須である。
なお、ナトリウム量、カリウム量はJPI−5S−3に準拠して測定された値である。
(n)微粒きょう雑物量が10.0mg/L以下である。
タービン翼腐食抑制のため必須である。好ましくは5.0mg/L以下である。
なお、微粒きょう雑物量はJIS K 2276に準拠して測定された値である。
さらに、本発明のタービン用燃料油は下記の性状を有していると好ましい。
(p)引火点が60℃以上である。
取扱い安全性の点で好ましい要件である。より好ましくは62℃以上である。
なお、引火点はJIS K 2265に準拠して測定された値である。
(q)窒素分量が800質量ppm以下である。
排ガス中のNOx低減の点で好ましい要件である。より好ましくは500質量ppm以下、さらに好ましくは250質量ppm以下、特に好ましくは200質量ppm以下である。
なお、窒素分量はJIS K 2609に準拠して測定された値である。
(r)反応は中性である。
機器の腐食防止の点で好ましい要件である。
なお、反応はJIS K 2252に準拠して測定されたものである。
本願発明のガスタービン用燃料油については、通常、流動接触分解(FCC)装置もしくは残油流動接触分解(RFCC)装置から得られる軽質サイクル油(LCO)の内、蒸留性状などを調整して得られるLCOを90容量%超(好ましくは95容量%超)含有させることにより調製できる。その場合、LCO以外の留分として、脱硫灯油留分、脱硫軽油留分、直脱軽油留分、水素化分解軽油留分及びそれらの混合物を挙げることができる。
本願発明で使用されるガスタービンは、高発熱量の燃料を用いても煤の発生が少ない希薄予蒸発予混合燃焼方式が好ましい。
また、希薄予蒸発予混合燃焼方式は、拡散燃焼方式に比べ、排ガス中のNOx量が少ないという利点もある。
なお、希薄予蒸発予混合燃焼方式とは、燃料と空気とを予め混合し、また、噴霧を予め蒸発させてから燃焼させる方式をいう。
また、本願発明のガスタービン用燃料油には、燃料油の移送、保管中の劣化防止のために、10〜500質量ppmの範囲で酸化防止剤を添加することが好ましい。この範囲であれば、充分な効果が期待できるし、添加量に見合う効果が期待できる。より好ましくは20〜250質量ppm、さらに好ましくは30〜100質量ppmの範囲である。
酸化防止剤の種類としては特に限定されず、通常石油製品に使用されるものであればよいが、例えば、N,N−ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、2,6−ジターシャリーブチルフェノール、2,4−ジメチル−6−ターシャリーブチルフェノール、2,6−ジターシャリーブチル−4−メチルフェノール等及びその混合物を好適に用いることができる。
さらに、本願発明のガスタービン用燃料油には、ガソリンエンジン用燃料油もしくはディーゼル用燃料油に添加し使用される清浄添加剤を、25〜500質量ppmの範囲で添加することにより、希薄予蒸発予混合管へのカーボン蓄積が抑制される。
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例1,2及び比較例1〜4
第1表に実施例及び比較例に用いた燃料の性状を示す。また、該燃料を用いて、石川島播磨重工業社製ガスタービン(IM270、形式:単純開放サイクル一軸型、回転数:約20,300rpm、圧縮機:遠心型2段、燃焼器:単缶型マルチバーナ方式)の定格負荷(2,000kW)で1時間運転(燃焼テスト)後、分解し、希薄予蒸発予混合管に堆積しているカーボン量を下記の式でカーボン堆積率として求めた。結果を第1表に示す。
なお、第1表には市販A重油(1)を用いた際のカーボン堆積率を100.0とし、各供試燃料でのカーボン堆積率の割合をカーボン堆積率比として示した。
カーボン堆積率=〔希薄予蒸発予混合管への堆積カーボン量(g)/燃料噴射量(g)〕 ×105
カーボン堆積率比=〔供試燃料でのカーボン堆積率/市販A重油(1)でのカーボン堆積率〕×100
Figure 2005336257
実施例3
実施例1の試料に対して酸化防止剤(2,6−ジターシャリーブチルフェノール)を50質量ppm添加して、50℃で720時間保持後、10%残留炭素分を求めた。その結果、10%残留炭素分は、酸化防止剤を添加しないものは0.35質量%であったが、添加したものは0.04質量%であった。
実施例4
実施例1の試料に対して酸化防止剤(2,6−ジターシャリーブチルフェノール)を50質量ppm添加して、室温で253日保管後、10%残留炭素分及びカーボン堆積率を求めた。酸化防止剤を添加しないものは、10%残留炭素分が0.23質量%、カーボン堆積率が1.3であったが、酸化防止剤を添加したものは、10%残留炭素分が0.03質量%、カーボン堆積率が0.0であった。



Claims (3)

  1. 下記の性状を満足するガスタービン用燃料油。
    (a)密度(15℃)が0.890g/cm3以上、
    (b)動粘度(50℃)が1.00〜3.50mm2/s、
    (c)90容量%留出温度が335℃以下、
    (d)95容量%留出温度が355℃以下、
    (e)97容量%留出温度が365℃以下、
    (f)蒸留終点が370℃以下、
    (g)10%残留炭素分が0.20質量%未満、
    (h)灰分量が0.001質量%以下、
    (i)真発熱量が37,670kJ/L以上、
    (j)硫黄分量が0.30質量%以下、
    (k)曇り点が0℃以下、
    (l)バナジウム量が0.1質量ppm以下、
    (m)ナトリウム量とカリウム量の和が0.2質量ppm以下、
    (n)微粒きょう雑物量が10.0mg/L以下
  2. 希薄予蒸発予混合燃焼方式が採用されているガスタービンに適用される請求項1記載のガスタービン用燃料油。
  3. 酸化防止剤を10〜500質量ppm含む請求項1又は2に記載のガスタービン用燃料油。




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