JP2008039569A - 引火点計 - Google Patents

Abstract

【課題】高い分解能と正確な測定を両立可能な引火点計を提供する。
【解決手段】予期引火点Ｔ_ｅより低い第１点火開始温度Ｔ_ｓ１から所定温度ｔ_ａ毎に点火するように点火装置を制御し、前記検出器による引火の検知により第１検出温度Ｔ_１を取得した後、前記試料容器内の試料を入れ替えてから第（ｎ−１）検出温度Ｔ_ｎ−１（ｎは２以上の整数）よりｔ_ｂ（ｔ_ｂ＜ｔ_ａ）低い温度で点火するように点火装置を制御し、前記検出器による引火の検知により第ｎ検出温度Ｔ_ｎを取得することを繰り返し、第（ｎ−１）検出温度Ｔ_ｎ−１よりｔ_ｂ低い温度で前記検出器による引火の検知がされなかったとき、Ｔ_ｎ−１を引火点Ｔ_ｄとして取得する。
【選択図】図２

Description

本発明は、原油や石油製品の引火点測定に利用できる引火点計に関する。

従来より、原油及び揮発油や軽油等の石油製品の引火点を求める分析計として、試料容器内の試料の温度を加熱しながら所定温度毎に点火し、引火が生じた温度から引火点を自動的に求める引火点計が知られている。
例えば、特許文献１には、密閉された測定室内で加熱した被検物質を放電電極で点火し、燃焼による圧力上昇により前記被検物質の引火を検知する引火点測定装置が記載されている。特許文献１では、被検物質の温度が引火点に近い所定の温度に達したら、温度が所定値だけ上昇する毎に、放電電極に高電圧を与えて火花を発生させている。
特開平８−２７１４５８号公報

近年、石油製品のより厳格な品質管理の観点から、引火点測定の分解能を高めることが求められている。所定温度毎に点火する従来の引火点計で分解能を高めるためには、当該所定温度（以下「点火温度幅」という場合がある。）を小さくすることが考えられる。
しかし、点火温度幅を徒に小さくすると、引火点に達する前に、試料中の軽い成分だけに着火して引火には至らない現象（早期着火）が生じてしまう。早期着火が生じると、試料の蒸気中の軽い成分だけが失われた状態となるので、その後に引火したときの温度は、真の引火点よりも高めになってしまい、正確な測定値が得られないという問題がある。
そのため、点火温度幅を小さくすることには限界があり、従来は０．５℃が限界であって、通常１．０℃の点火温度幅とされていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高い分解能と正確な測定を両立可能な引火点計を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。
［１］試料を収容する試料容器と、該試料容器内の試料の温度を上昇させるヒータと、試料の温度を検知する温度計と、試料から発生する蒸気に点火する点火装置と、前記点火装置の点火により生じた引火を検知する検出器と、引火を検知したときの前記温度計の検知温度を検出温度として取得する演算制御装置を備え、
前記演算制御装置が、予期引火点Ｔ_ｅより低い第１点火開始温度Ｔ_ｓ１から所定温度ｔ_ａ毎に点火するように点火装置を制御し、前記検出器による引火の検知により第１検出温度Ｔ_１を取得した後、前記試料容器内の試料を入れ替えてから第（ｎ−１）検出温度Ｔ_ｎ−１（ｎは２以上の整数）よりｔ_ｂ（ｔ_ｂ＜ｔ_ａ）低い温度で点火するように点火装置を制御し、前記検出器による引火の検知により第ｎ検出温度Ｔ_ｎを取得することを繰り返し、第（ｎ−１）検出温度Ｔ_ｎ−１よりｔ_ｂ低い温度で前記検出器による引火の検知がされなかったとき、Ｔ_ｎ−１を引火点Ｔ_ｄとして取得することを特徴とする引火点計。

［２］第ｎ検出温度Ｔ_ｎの検知に先立ち、前記点火装置が第１点火開始温度Ｔ_ｓ１より［ｔ_ｂ×（ｎ−１）］低い第ｎ点火開始温度Ｔ_ｓｎから所定温度ｔ_ａ毎に点火するように点火装置を制御する［１］に記載の引火点計。

［３］前記試料容器が密閉式容器である［１］または［２］に記載の引火点計。
［４］前記検出器が引火による圧力上昇を検知する圧力計である［３］に記載の引火点計。

本発明の引火点計によれば、高い分解能で正確な測定を行うことができ、石油製品のより厳格な品質管理を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る引火点計の構成を、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明の引火点計は、試料Ｐを収容する試料容器１と、試料容器１中の試料Ｐの温度を上昇させるヒータ２と、試料Ｐの温度を検知する温度計３と、試料Ｐから発生する蒸気に点火するための放電電極４ａ、４ｂと、引火による圧力上昇を検知する圧力計５と、引火点計全体を制御する演算制御装置６とから概略構成されている。

試料容器１は、下側が縮径された円筒状の密閉式容器である。試料容器１の側面下方には、試料導入管１１と、逆流防止バルブ１２ａが設けられた空気供給管１２とが接続されている。また、試料容器１の側面上方には、余剰の試料Ｐをオーバーフローさせる試料排出管１３が接続され、一定量（例えば５０ｍＬ）の試料Ｐを試料容器内に計量できるようになっている。また、試料排出管１３の接続位置より上方において、余剰の気体を排出する気体排出管１４が接続されている。この気体排出管１４は、圧力上昇による引火の検知が可能となるよう、高い流路抵抗を有している。また、試料容器１の上方には、バルブ１５ａが設けられた洗浄空気供給管１５が接続されている。

ヒータ２は、試料容器１に、その下面側から上方に向けて挿入配置されている。温度計３は熱電対等から構成され、ヒータ２の加熱が直接及ばない位置において試料Ｐ中に挿入されている。放電電極４ａ、４ｂは、発火装置１６から高電圧を付与されることにより、両電極間に火花を発生（点火）するようになっている。放電電極４ａ、４ｂと、試料Ｐの液面（試料排出管１３の位置）との間には、邪魔板１７が設けられ、放電電極４ａ、４ｂから発生する火花が、試料Ｐに直接飛び移らないようになっている。圧力計５は、導圧管１８を通じて、試料容器１内の圧力を検知できるようになっている。演算制御装置６には、温度計３、圧力計５の出力信号が入力されるようになっている。また、演算制御装置６は、ヒータ２、発火装置１６、バルブ１２ａ、１５ａ、その他装置全体の動作を制御するようになっている。

次に、本実施形態の引火点計の動作について説明する。試料容器１に古い試料Ｐが収納されている状態で、引火点計を起動すると、引火点計は試料交換動作を行う。試料交換動作は、試料導入管１１から試料容器１へ新しい試料Ｐを導入し、これにより、古い試料Ｐを、試料排出管１３からオーバーフローさせることにより行う。
なお、古い試料が加熱された状態の場合、試料交換動作によって加熱されていない新たな試料が導入されることにより、試料温度が低下する。試料交換動作後の試料温度は、予期引火点Ｔ_ｅより５℃以上低下していることが好ましく、１０℃以上低下していることがより好ましい。
この試料交換動作中、空気供給管１２および空気供給管１５から空気を供給する。これにより、前回の測定時の引火により発生した燃焼ガスが、気体排出管１４を通って大気に開放される。

試料交換動作終了後、測定動作を開始する。測定動作では、ヒータ２をオンとする。この測定動作の間にも、空気供給管１２から空気の供給を継続する。試料Ｐは、ヒータ２による温度上昇と空気によるバブリングの結果、試料容器１の上層部に蒸気を放出する。
測定動作では、加熱により試料Ｐの温度が点火開始温度近くに達したら、温度上昇の速度を一定（本実施形態では１．０℃／分）にコントロールする。そして、所定の点火開始温度から、温度が所定温度ｔ_ａ（本実施形態では１．０℃）だけ上昇する毎に、放電電極４ａ、４ｂに高電圧を印加して点火する。試料Ｐの温度が引火点以上のときに点火すると引火が生じ、試料Ｐの蒸気が瞬間的に燃焼する。この燃焼は、試料容器１内の急激な圧力上昇として圧力計５により検知される。演算制御装置６は、この引火を検知したときの温度計３の検知温度を検出温度として取得する。

本実施形態では、測定動作から試料交換動作までを１ステップとして５つのステップ（Ｓ１〜Ｓ５）を繰り返し、第１検出温度から第５検出温度までの５つの検出温度を取得する。ただし、各ステップにおける昇温パターンと点火温度は互いに相違している。そして、これら５つの検出温度から引火点Ｔ_ｄを求め、求めた引火点Ｔ_ｄの表示や出力等を行う。
図２は、本実施形態の引火点計の第１ステップＳ１から第５ステップＳ２における試料Ｐの温度（縦軸）を時間経過（横軸）に対して示したものである。以下、図２を参照しつつ各ステップについて詳述する。

（第１ステップＳ１）
測定動作として試料Ｐの加熱を開始し、第１点火開始温度Ｔ_ｓ１に近い温度まで速やかに加熱する。その後昇温スピードを一定（本実施形態では１．０℃／分、以後のステップでも同じ）にコントロールする。そして、第１点火開始温度Ｔ_ｓ１から所定温度ｔ_ａ（本実施形態では１．０℃、以後のステップでも同じ）毎に点火する。第１点火開始温度Ｔ_ｓ１としては、予期引火点Ｔ_ｅより３℃近く（本実施形態では２．８℃）低い温度を選択する。本実施形態の第１ステップＳ１では、４回目の点火で引火を検知し、第１検出温度Ｔ_１を取得している。
第１検出温度Ｔ_１を取得した後、洗浄動作、試料交換動作を行い、試料温度が低下した状態で第１ステップＳ１を終了する。

（第２ステップＳ２）
測定動作として試料Ｐの加熱を開始し、第２点火開始温度Ｔ_ｓ２に近い温度まで速やかに加熱する。その後昇温スピードを一定にコントロールする。そして、第２点火開始温度Ｔ_ｓ２から所定温度ｔ_ａ毎に点火する。
第２点火開始温度Ｔ_ｓ２としては、第１検出温度Ｔ_１より（ｔ_ａ×３＋ｔ_ｂ）低い温度を選択する。すなわち、第２点火開始温度Ｔ_ｓ２は、第１点火開始温度Ｔ_ｓ１より、ｔ_ｂ（本実施形態では０．２℃、以後のステップでも同じ）低い温度である。また、４回目に点火する際の温度は、第１検出温度Ｔ_１よりｔ_ｂ低い温度である。
本実施形態の第２ステップＳ２でも、４回目の点火で引火を検知し、第２検出温度Ｔ_２を取得している。
第２検出温度Ｔ_２を取得した後、洗浄動作、試料交換動作を行い、試料温度が低下した状態で第２ステップＳ２を終了する。

（第３ステップＳ３）
測定動作として試料Ｐの加熱を開始し、第３点火開始温度Ｔ_ｓ３に近い温度まで速やかに加熱する。その後昇温スピードを一定にコントロールする。そして、第３点火開始温度Ｔ_ｓ３から所定温度ｔ_ａ毎に点火する。
第３点火開始温度Ｔ_ｓ３としては、第２検出温度Ｔ_２より（ｔ_ａ×３＋ｔ_ｂ）低い温度を選択する。すなわち、第３点火開始温度Ｔ_ｓ３は、第２点火開始温度Ｔ_ｓ２より、ｔ_ｂ低い温度である。また、４回目に点火する際の温度は、第２検出温度Ｔ_２よりｔ_ｂ低い温度である。
本実施形態の第３ステップＳ３でも、４回目の点火で引火を検知し、第３検出温度Ｔ_３を取得している。
第３検出温度Ｔ_３を取得した後、洗浄動作、試料交換動作を行い、試料温度が低下した状態で第３ステップＳ３を終了する。

（第４ステップＳ４）
測定動作として試料Ｐの加熱を開始し、第４点火開始温度Ｔ_ｓ４に近い温度まで速やかに加熱する。その後昇温スピードを一定にコントロールする。そして、第４点火開始温度Ｔ_ｓ４から所定温度ｔ_ａ毎に点火する。
第４点火開始温度Ｔ_ｓ４としては、第３検出温度Ｔ_３より（ｔ_ａ×３＋ｔ_ｂ）低い温度を選択する。すなわち、第４点火開始温度Ｔ_ｓ４は、第３点火開始温度Ｔ_ｓ３より、ｔ_ｂ低い温度である。また、４回目に点火する際の温度は、第３検出温度Ｔ_３よりｔ_ｂ低い温度である。
本実施形態の第４ステップＳ４では、４回目の点火で引火を検知せず、５回目の点火で第４検出温度Ｔ_４を検知している。これにより、４回目の点火時の温度（第３検出温度Ｔ_３よりｔ_ｂ低い温度）が引火点Ｔ_ｄより低いことが判明するので、第３検出温度Ｔ_３を引火点Ｔ_ｄと判断する。
第４検出温度Ｔ_４を取得した後、洗浄動作、試料交換動作を行い、試料温度が低下した状態で第４ステップＳ４を終了する。

（第５ステップＳ５）
測定動作として試料Ｐの加熱を開始し、第５点火開始温度Ｔ_ｓ５に近い温度まで速やかに加熱する。その後昇温スピードを一定にコントロールする。そして、第５点火開始温度Ｔ_ｓ５から所定温度ｔ_ａ毎に点火する。
第５点火開始温度Ｔ_ｓ５としては、第４検出温度Ｔ_４より（ｔ_ａ×３＋ｔ_ｂ）低い温度を選択する。第５点火開始温度Ｔ_ｓ５は、第４ステップＳ４で５回目の点火により引火を検知した関係で、第４点火開始温度Ｔ_ｓ４より（ｔ_ａ−ｔ_ｂ）高い温度となる。また、第５ステップＳ５において４回目に点火する際の温度は、第４検出温度Ｔ_４よりｔ_ｂ低い温度である。
本実施形態の第５ステップＳ５では、４回目の点火で引火を検知し、第５検出温度Ｔ_５を取得している。
第５検出温度Ｔ_５を取得した後、洗浄動作、試料交換動作を行い、試料温度が低下した状態で第５ステップＳ５を終了する。

本実施形態では、ｔ_ｂがｔ_ａの１／５なので、５ステップを行うことにより、引火点Ｔ_ｄの前後において、間隔ｔ_ｂ毎の総ての温度にて点火を試みることになる。したがって、分解能ｔ_ｂで引火点Ｔ_ｄを求めることができる。
なお、本実施形態の第５ステップは、既に第４ステップで引火点Ｔ_ｄを判断済みなので引火点の判断には寄与しない。すなわち、引火点Ｔ_ｄを判断した以降のステップは本発明の必須のステップではなく、省略することができる。しかしながら、どのステップで引火点Ｔ_ｄを判断するかにかかわらず第５ステップまで行うことにより、引火点Ｔ_ｄ取得までの全行程の時間を略同一にできる。したがって、本実施形態によれば、一定時間毎の引火点Ｔ_ｄ測定を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、引火点Ｔ_ｄを検出するステップ（第４ステップ）まで、前ステップの点火開始温度よりｔ_ｂ低い温度から点火を開始している。そのため、引火点Ｔ_ｄを検出するまでの各ステップにおける昇温や点火条件が近似したものとなり、各検出温度取得の条件を揃えることができる。したがって、前ステップの検出温度よりｔ_ｂ低い温度のみで点火するよりも、再現性の高い測定ができる。

なお、本実施形態ではｔ_ａを１．０℃としたが、ｔ_ａの値は、早期着火の問題が生じない範囲で、種々変更することができ、例えば０．５℃や２．０℃とすることができる。また、本実施形態ではｔ_ｂを０．２℃としたが、ｔ_ｂの値は、求められる分解能や測定効率に応じて、ｔ_ｂ＜ｔ_ａの範囲で種々変更することができ、例えば０．１℃とすることができる。
ｔ_ｂとｔ_ａとの関係はｔ_ｂ＜ｔ_ａでありさえすればよいが、ｔ_ｂがｔ_ａのｍ（但しｍは２以上の整数）分の１であることが好ましい。この場合、ステップ数をｍとすれば、ｍ個の検出温度の何れかが必ず引火点となり、分解能ｔ_ｂにて結果が得られるようになる。
なお、本実施形態において、引火点を検知した後のステップ（本実施形態では５ステップ）を省略可能な旨説明したが、上記ｔ_ｂがｔ_ａのｍ分の１の場合にも、常にｍステップ行うことは必須でなく、引火点を検知した後のステップが省略可能である。
昇温スピードや第１点火開始温度Ｔ_ｓ１と予期引火点Ｔ_ｅとの差は、予期引火点Ｔ_ｅや、求められる測定精度や測定効率等に応じて任意に変更できる。

また、本実施形態では、試料容器１を密閉式とし、圧力計で引火を検知する構成としたが、本発明の検出器は圧力計に限られず、例えば、温度計を検出器として、引火時の急激な温度変化を検出してもよい。また、引火時の閃光を検出する光学センサを検出器としてもよい。また、引火時の炎イオン電流を検出する炎イオン電流検出器を用いてもよい。
また、本実施形態では、点火装置として放電電極とこの放電電極に高電圧を付与する発火装置を用いたが、例えば、所定温度以上に加熱される引火用熱源を用いてもよい。
さらに、密閉式だけでなく、解放式の容器を用いた引火点計としてもよい。

本発明の引火点計の概略構成図である。 本発明の引火点計の試料温度の変化パターンを示す図である。

符号の説明

１…試料容器、２…ヒータ、３…温度計、４ａ、４ｂ…放電電極、５…圧力計、
６…演算制御装置

Claims (4)

1. 試料を収容する試料容器と、該試料容器内の試料の温度を上昇させるヒータと、試料の温度を検知する温度計と、試料から発生する蒸気に点火する点火装置と、前記点火装置の点火により生じた引火を検知する検出器と、引火を検知したときの前記温度計の検知温度を検出温度として取得する演算制御装置を備え、
   前記演算制御装置が、予期引火点Ｔ_ｅより低い第１点火開始温度Ｔ_ｓ１から所定温度ｔ_ａ毎に点火するように点火装置を制御し、前記検出器による引火の検知により第１検出温度Ｔ_１を取得した後、前記試料容器内の試料を入れ替えてから第（ｎ−１）検出温度Ｔ_ｎ−１（ｎは２以上の整数）よりｔ_ｂ（ｔ_ｂ＜ｔ_ａ）低い温度で点火するように点火装置を制御し、前記検出器による引火の検知により第ｎ検出温度Ｔ_ｎを取得することを繰り返し、第（ｎ−１）検出温度Ｔ_ｎ−１よりｔ_ｂ低い温度で前記検出器による引火の検知がされなかったとき、Ｔ_ｎ−１を引火点Ｔ_ｄとして取得することを特徴とする引火点計。
2. 第ｎ検出温度Ｔ_ｎの検知に先立ち、前記点火装置が第１点火開始温度Ｔ_ｓ１より［ｔ_ｂ×（ｎ−１）］低い第ｎ点火開始温度Ｔ_ｓｎから所定温度ｔ_ａ毎に点火するように点火装置を制御する請求項１に記載の引火点計。
3. 前記試料容器が密閉式容器である請求項１または２に記載の引火点計。
4. 前記検出器が引火による圧力上昇を検知する圧力計である請求項３に記載の引火点計。
   
   

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