JP3880627B2 - 燃料、特にディーゼルエンジン用燃料をその成分のオンライン混合によって製造する製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料、特にディーゼルエンジン用燃料またはボイラー施設用燃料を、場合によっては添加剤と共にその各成分のオンライン混合によって製造する製造方法および製造装置に関する。
ディーゼルエンジン用燃料は、強く圧縮された空気の噴入後に自己着火するように成されている。ディーゼルエンジン用燃料は、一般に、例えば耐寒性、硫黄含有量およびセタン価などの特定の品質を示しまた特定の仕様に対応するような割合の各成分の混合物から構成されている。
このようなディーゼルエンジン用燃料は、精製工場において、いわゆるオンライン混合技術によって製造され、この技術においては、種々の液状成分と添加剤が混合物としての同一導管の中に同時的に連続的に導入される。各成分の流量はコンピュータによって指令制御される。１ロットの燃料の製造時間は３０時間に達している。
もちろん、製造中に製造される製品の特性が何回も検査され、そのためミキサーの排出口からまたは充填中の貯蔵槽から採取された試料について分析が実施される。これらの分析の結果から、測定値を規定値と一致させるように混合物成分と添加剤の流量が調整される。
もちろん、各分析について、製造中の混合物からの試料の採取と測定値の特定との間の時間間隔をできるだけ制限する事が望ましく、またこの目的で使用される分析装置、いわゆるオンライン分析装置が全体としてこの要件に対応する事が望ましい。
しかし、ディーゼルエンジンの燃料の本質的特性の１つ、すなわちその自己着火性は、この特性の測定の困難性の故に、混合物の排出口におけるオンライン検査の対象とはなりえない。この特性は、ＡＳＴＭ規格Ｄ６１３に規定された条件において、燃料の噴入時点と燃焼室中のその着火時点との間の経過時間と定義され、この場合に使用される測定単位は通常セタン価と呼ばれる。
前記の測定条件において、セタン価の値１５がヘプタメチルノナンに与えられ、これに対してセタン価の値１００が正セタン（正ヘキサデカン）の同一条件での燃焼に対応する。燃料に与えられる中間ＣＮ値（セタン価）は、この燃料が下記の式に示されるようなヘプタメチルノナンと正セタンとの混合物と同等の自己着火性を示す事を意味する。
Ｃ＝Ｘ＋０．１５（１００−Ｘ）
ここに、Ｘはヘプタメチルノナンと正セタンとの混合物のセタン含有量（容量％）を指す。
ＡＳＴＭ規格Ｄ６１３に規定された装置を使用して、この規格によって詳細に定義された条件で長時間の複雑な測定が実施される。この装置は、一般に業界ではＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンとして知られるCorportion Fuel Researchによって製作されたディーゼルエンジンを含む。しかし、この装置による測定手順は長時間（１時間のオーダ）を要し、複雑でまた多くの手作業の介入を必要とする。
このような測定時間を短縮すると共に測定を自動化するための種々の方法および装置が開発された。特に欧州特許出願ＥＰ−Ａ第０，６１０，１１８号は、文献ＳＡＥ８９０４１９に記載の方法を改良して、セタン指数を連続的に測定する方法および装置を提案している。この方法および装置が燃料のセタンの測定方法に改良を加えるとしても、標準製品と製造中の燃料の試料について共通の回路と容器とを使用し、多数の電気弁およびその制御システムを使用するという問題点がある。
密度または蒸留特性など燃料の測定容易な特性からセタン指数を計算するなど、燃料の自己着火遅れを測定する他の方法が存在する。しかしこの方法によって得られた結果は信頼性が低く、またこれらの方法は必要に応じて混合物のセタン価を増大するために燃料の中にプロセタン添加剤を頻繁に導入する事を考慮していない。これに対してＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンはその測定中のプロセタン添加剤の効果を考慮している。
従って、業界においては、ディーゼルエンジンの燃料の製造工程においてオンラインで使用され、セタン価によって代表される自己着火特性をよりよく制御する事のできる迅速な信頼性のある自動測定手段の必要性が要望されている。
本発明は、セタン価の測定結果が被検試料の採取後に容易にまた迅速に知られるような状態で、ミキサの下流にＣ．Ｆ．Ｒ．型装置をオンライン使用する事によってこの問題を解決する。
また本発明は、形成された混合物のセタン価の測定を迅速に高信頼度をもって完全に自動的に実施する事のできるディーゼルエンジンの燃料の各成分および場合によっては添加剤をオンライン混合によって製造する製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
本発明は、混合物に各成分を制御された流量で連続的に供給する段階と、混合物の排出口において相異なる時間間隔で製造中の燃料のセタン価を測定する段階と、少なくとも１つの規定値に対するこのセタン価の偏差を計算する段階と、次に測定値と規定値と偏差を消去するように各成分の流量または添剤流量を調整する段階とを含む市販のために特定のセタン価を有しなければならない燃料、特にディーゼルエンジン用燃料またはボイラー施設用燃料を、場合によっては添剤と共にその各成分のオンライン的混合によって製造する方法において、交互に混合物の排出ラインから採取された製造中の燃料と、次に別個のラインから採取された既知のセタン価を有する対照生成物とを、Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンに供給し、この際に前記２つの供給回路は別々であってまたそれぞれ燃料の自己着火を生じる事のできる別個の高噴入圧ポンプを備える事を特徴とする製造方法を目的としている。
参照生成物の既知のセタン価との比較による被検試料のセタン価の計算は、すでにガソリンのオクタン指数の特定のために使用されているオンライン分析に関するＡＳＴＭ規格Ｄ２８８５の規定を適用して簡単に実施される。実際に同一条件でまた同一のＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンにおいて、逐次、製造中の混合物の点火遅れと、次に既知のセタン価を有する対照生成物の点火遅れとを測定する。製造中の燃料と次に対照生成物とのこれらの測定時間は１時間以内、場合によっては１０分以下である。
各測定シリーズにおいて、製造中の混合物試料のセタン価はＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンによって電気的信号の形で与えられた情報から（混合物試料と対照生成物の自己引火遅れから）特定される。これらの情報が次にコンピュータによって、対照生成物に対するセタン偏差に変換され、次にコンピュータは対照生成物の既知のセタン価の関数として試料のセタン価を計算する。
次に試料のこのセタン価が、混合物中に導入される各成分の相対量を制御するようにプログラミングされたコンピュータに転送される。
本発明の製造装置によるセタン価の測定精度は、ＡＳＴＭ規格Ｄ２８８５によれば、対照生成物のセタン価の精度に直接に結合され、この精度は一般に、５０に等しい平均値を有する多数回の測定の対象となった対照生成物に対して同等または１セクタポイント低い。従って本発明の装置によるセタン価の測定精度は、ＡＳＴＭ規格Ｄ６１３に記載の方法の精度と比較して２乃至５倍改良されている。
本発明の製造方法においては、Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンは一定圧縮率で使用され、従ってＡＳＴＭ規格Ｄ６１３と相違する条件で使用される。すなわち、このＡＳＴＭ規格においては、可変的圧縮率が推奨され、またそれぞれ試料のセタン価よりも高いセタン価と低いセタン価とを有する完全に定義された２つの対照生成物との比較が実施される。本発明による一定圧縮率のＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンの使用は測定中に機械的手段の運動にたよる必要がなく、これは測定法の自動化、従って測定精度の改良に役立つ。
使用されるサンプル製品は、製造中の混合物について求められるセタン価に近く、その規定値との偏差がセタン５ポイント未満、好ましくは２ポイント未満のセタン価を有するものとする。
Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンに供給される混合物とサンプル製品は別々の回路を通して前記エンジンの同一噴入区域の中に導入され、このようにして連続２回の測定の間に掃気を実施する必要がなく、これはこれらの測定の安定化時間を短縮させる事ができる。これらの２つの測定（混合物試料の測定とサンプル製品の測定）は任意の順序で実施する事ができる。
Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンの各供給回路はそれぞれ別々の高圧噴入ポンプを備え、これは、電気弁の開閉をトリガし、単一のポンプにおいて測定の間に調整を実施し、またはサンプル製品を製造中の燃料に加える際に前記ポンプの洗浄をトリガするように制御されるシステムを使用する必要性をなくす事において本発明による製造方法の大きな利点を成す。１つの製造サイクルにおいて、本発明の方法を実施する前に２つの回路の予備調整が一回だけ実施される。
このように、Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンの供給回路の一方または他方のポンプを交互に制御すればよいのであるから、本発明の測定システムは自動化しやすい。
混合物の上流または下流へのプロセタン添剤の調整自在量のオンライン添加は先行技術と同様にして実施されるが、前述のようにＣ．Ｆ．Ｒ．型装置によって実施される測定がこのプロセタン添加を考慮に入れるので、これは本発明の方法の大きな利点を成す。
また本発明の目的は、混合物の少なくとも２種の成分を貯蔵するための少なくとも２つの貯蔵槽と、別々のラインを通して混合物の各成分を調整可能流量で供給される混合物と、ミキサーの中で形成された混合物の少なくとも１つの排出ラインと、好ましくは製造された製品を貯蔵するための１つの貯蔵槽と、場合によっては前記混合物の上流または下流に接続されまた／あるいは前記排出ラインに接続された調整自在の自動化された流量を供給するプロセタン添加剤源と、セタン価測定手段と、前記混合物の各供給ラインおよびプロセタン供給ラインの流量を制御する少なくとも１つの手段とを含み、この制御手段は一方において比較手段に制御され、他方において測定値と規定セタン価との偏差を低減させるように各流量を調整するようにプログラミングされるように成された市販のために特定のセタン価を有しなければならない燃料、特にディーゼルエンジン用燃料またはボイラー施設用燃料を、場合によっては添加剤と共にその各成分のオンライン混合によって製造する製造装置において、この製造装置は、
− 前記混合物のセタン価を測定するための測定手段が好ましくは前記混合物排出ラインからの分岐ライン上に取付けられたＣ．Ｆ．Ｒ．型のエンジンを含み、
− 前記Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンは、それぞれ制御チェック手段を備えた別々のラインによって、前記排出ラインおよび前記既知セタン価を有するサンプル製品源に接続され、
− 前記Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンは、一定の圧縮率で、また上死点に対して一定の前進角をもって、所定値に調整された噴入量で作動するように予調整され、
− 前記Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンは、混合物に対して次に参照生成物に対してまたはその逆順序で順次に実施される２つのセタン価測定の測定値の差異を代表する信号を、混合物の各成分または場合によっては添加剤のそれぞれの供給ラインの流量制御手段に供給するように成された事を特徴とする製造装置を提供するにある。
前述のように、被検混合物の試料および既知セタン価の生成物をＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンに供給するラインは別々であり、または共通部分を少ししか含まず、またこれらのラインはそれぞれ噴入ポンプを備える。もちろん、Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンの各供給ライン上に逆止め弁が備えられる。
望ましくは、前記噴入ポンプは、これらのポンプを予定の規則間隔で、例えば５分ごとに作動させる自動的制御装置によって制御される。
公知のように、混合物および対照生成物の試料をＣ．Ｆ．Ｒ．型エンジンの中に噴入するポンプはそれぞれ２つの調整システム、すなわち噴入量の調整システムと噴入時点の調整システムとを含み、これらの２つのシステムが別々の調整を目的とする。
望ましくは、前記Ｃ．Ｆ．Ｒ．型エンジンは、サンプル製品のセタン価を挟むセタン価を有する少なくとも２つの標準燃料によって校正される。
図１は燃料成分のオンライン混合装置の概略図である。
図２は製造中の燃料混合物のセタン価を測定する手段の概略図である。
以下、本発明の実施の形態をを図面につき説明する。
図１および図２は本発明の実施の形態を示す。これらの図には、セタン価の測定調整システムのみが図示され、測定装置の校正または燃料の他の予定特性の測定および調整のために使用される公知の型のシステムは図示されていない。
第１図に示す製造装置は、ミキサー１に各種成分をオンライン混合する事によって、特定の特性、特に予定のセタン価の軽油を製造し、この混合物を排出ライン２を通してタンク２０に送り込むように設計されている。この場合、ミキサー１には貯蔵槽（４，６，８，１０）を出た混合物の各種成分が、それぞれ自動排出弁（３ａ，５ａ，７ａ，９ａ）を備えた４つのライン（３、５、７、９）を通して供給される。これらの各種成分の１つは当然に規定値未満のセタン価を有するに違いないが、これらの成分は非制限的に、触媒クラッキング装置から出た重質ガソリン、原油蒸留塔から出た軽質留分、高硫黄含有量の軽油、またはガソリン脱硫装置から出た低硫黄含有軽油とする事ができる。
排出ライン２から分岐されたループ回路１１に、貯蔵槽１３から自動調整弁１２ａを備えたライン１２を通して、例えば硝酸２−エチルーヘキシルなどの添加剤、いわゆるプロセタンが噴入される。
前述のように、混合物の特性を一定間隔で測定し測定値をこれらの特性の規定値と比較するため、プロセタン噴入点の下流に複数のオンライン分析装置（図示されていない）が公知のように接続されている。これらの分析装置はコンピュータ１４に接続されている。コンピュータ１４はそれぞれライン１５、１６、１７、１８、１９を通して自動排出弁３ａ，５ａ，７ａ，９ａ，１２ａに接続されている。このコンピュータ１４は、測定値と規定値の偏差を低減させるように、これらの自動排出弁によって調整される流量を制御する。
本発明によれば、排出ライン２を通して排出される混合物のセタン価もオンライン測定され、ミキサー１の供給流量と排出ライン２へのプロセタンの噴入量は、測定されたセタン価をその所望の規定値に近づけるように調整される。
そのため、製造中の混合物の点火遅れおよび規定値に近い既知のセタン価の製品の点火遅れ測定装置２１に対して、
一方では、プロセタンの噴入点の下流において排出ライン２から分岐された試料採取ループ回路２３に接続された第１ライン２２を通して被検混合物が供給され、
他方では、貯蔵槽２５から出た第２ライン２４を通して、所望の規定値に近い既知のセタン価の製品が供給される。
測定装置２１は、コンピュータ１４に接続されており、既知のセタン価と測定された混合物試料のセタン価との差異を代表する信号をコンピュータ１４に送り、コンピュータは各成分の流量を調整する。
測定装置２１の細部は、図２に示されている。この測定装置２１は、一定圧縮率でまた例えば上死点に対して１３°の前進角（ＡＳＴＭ規格Ｄ６１３による前進角）で作動するＣ．Ｆ．Ｒ型エンジン２６を含む。Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジン２６は、供給ライン２２と２４によって制御的に供給され、はずみ車２８を備えた駆動軸２７を回転駆動する。駆動軸２７は例えばピニオン伝動装置２９、３０によって２つの高圧ポンプ３３、３４に連結されている。これらの高圧ポンプはそれぞれ測定される混合物の供給ライン２２と、既知セタン価製品供給ライン２４に配置されている。これらの高圧ポンプは、それぞれ逆止弁３７、３８を備えたライン３５、３６によって、エンジンインゼクタに接続された噴入ライン３９に接続されている。
前述のように、Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジン２６は、自動制御システムを備え、エンジンに被検混合物の試料と次に既知セタン価の標準製品を順次に規則的間隔で供給するように成されている。
これらの２種の製品に対するエンジンの応答の差異が計算手段によってセタン価の偏差に変換され、次に電気信号の形でコンピュータ１４に転送される。コンピュータ１４はＡＳＴＭ規格Ｄ２８８５の規則を適用して混合物試料のセタン価を計算し、得られたセタン値を混合物の規定値と比較し、このようにして混合物の各成分の供給量またはプロセタン添加剤の噴入量を調整する。
短いライン３９のみがエンジン２６の２つの供給回路に共通であるので、１回の測定後に、第２回路と第２ポンプによって次の測定を実施する前に、前回の測定に使用された回路およびポンプを掃引する必要がない。これは、１つのエンジンと既知のセタン価の２つの標準製品とを必要とするＡＳＴＭ法Ｄ６１３と比較して大きな利点を成す。
従って本発明は、燃料、特にディーゼルエンジン用燃料製造装置において燃料の各成分をオンライン混合する事によりオンラインに使用する事のできるセタン価測定装置を提供する。

Claims (12)

1. 燃料の各成分を場合によっては添加剤とともにオンライン混合して特定セタン価のディーゼルエンジン用燃料またはボイラー施設用燃料を製造する方法において、
   ミキサー（１）に燃料の各成分（３−９）を制御された流量（３ａ−９ａ）で連続的に供給する段階と、
   ミキサー（１）の排出口において相異なる時間間隔で製造中の燃料のセタン価を測定する段階と、
   測定された製造中の燃料のセタン価と少なくとも１つの規定値との偏差を計算する段階と、
   測定値と規定値の偏差を消去するように各成分の流量（３ａ−９ａ）または添加剤流量（１２ａ）を調整する段階とを有し、
   ミキサー（１）の排出ライン（２）から採取された製造中の燃料と排出ライン（２）と別のライン（２４）から採取された既知のセタン価の標準製品（２５）を一定圧縮度で作動するＣ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）に交互に供給し、
   排出ライン（２）と排出ライン（２）とは別のライン（２４）に燃料を自己着火させる高圧噴射ポンプ（３３、３４）をそれぞれ配置する事を特徴とする燃料の製造方法。
2. 製造中の燃料とつぎの標準製品の測定時間が１時間以内である事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 同一条件で同一のＣ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）を使用して、順次に製造中の混合物試料の着火遅れとつぎの標準製品の着火遅れを測定する事を特徴とする請求項１または２に記載の燃料の製造方法。
4. 使用される標準製品は製造中の混合物に求められるセタン価に近いセタン価を有し、製造中の混合物のセタン価と規定セタン値との偏差は５ポイント以下である事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料の製造方法。
5. Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジンに供給される混合物と標準製品は別々の回路を通して導入され、Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジンの同一噴入区域に共通の小部分を有する事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料製造方法。
6. ミキサーの上流または下流にミキサに調整可能量のプロセタン添加剤をオンライン添加する段階を含む事を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料製造方法。
7. 特定のセタン価の燃料の各成分をオンラインで混合してディーゼルエンジン用燃料またはボイラー施設用燃料を製造する装置において、
   混合物の少なくとも２種の成分を貯蔵するための少なくとも２つの貯蔵槽（４−１０）と、
   少なくとも２つの別々のライン（３−９）を通して混合物の各成分の調整可能流量が供給されるミキサー（１）と、
   ミキサー（１）で作られた混合物のための少なくとも１つの排出ライン（２）と、
   混合物排出ライン（２）に接続されたセタン価を測定するためのＣＦＲ型エンジン（２６）からなる測定手段（２１）と、
   ミキサー（１）の各供給ライン（３−９）の流量およびプロセタン供給ライン（１２）の流量を制御する少なくとも１つの流量制御手段（１４）とを有し、
   流量制御手段（１４）は、測定値と規定セタン価との偏差を低減させるように比較手段を介して制御され、各流量を調整するようにプログラミングされ、
   Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）は、それぞれ制御チェック手段を備えた別々のライン（２２、３５；２４、３６）によって排出ライン（２）および既知セタン価の標準製品源（２５）に接続され、
   Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）は、一定の圧縮率で上死点に対する一定の前進角をもって調整された噴入量を噴入するように所定値に予調整され、
   Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）は、混合物に対して次に標準製品に対してまたはその逆順序で順次に実施される２つのセタン価測定の測定値の差異を代表する信号を混合物の各成分または場合によっては添加剤のそれぞれの供給ラインの流量制御手段（１４）に送る事を特徴とする燃料製造装置。
8. 混合物および既知セタン価の標準製品をＣＦＲ型エンジン（２６）に供給するライン（２２、３５；２４、３６）は別々であり、共通部分を少ししか含まない事を特徴とする請求項７に記載の燃料製造装置。
9. 混合物および既知セタン価の標準製品をＣＦＲ型エンジン（２６）に供給するライン（２２、３５；２４、３６）はそれぞれ高圧噴射ポンプ（３３、３４）を有する事を特徴とする請求項７または８に記載の燃料製造装置。
10. 混合物および既知セタン価の標準製品をＣ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）に供給するライン（２２、３５；２４、３６）はそれぞれ逆止弁（３７、３８）を含む事を特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の燃料製造装置。
11. 高圧噴射ポンプ（３３、３４）を規則間隔で制御する手段を含む事を特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の燃料製造装置。
12. Ｃ．Ｆ．Ｒ型エンジン（２６）は、標準製品のセタン価を挟むセタン価を有する少なくとも２つの標準燃料によって修正される事を特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の燃料製造装置。

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