JP4334696B2 - ガスタービン用燃料油 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、高カロリーを有するガスタービン用燃料油に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは高効率で、排ガスが清浄である上、メンテナンスが容易であることなどから、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、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面から、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、近年省エネルギーの観点などから、高カロリー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、発熱量が低いという欠点を有している。一方、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、ガスタービン運転休止時に、余熱によりコーキングを発生しやすいという欠点を有している。また、上記Ａ重油よりも高カロリーの燃料油として、Ｃ重油が知られているが、このＣ重油は高粘度を有するため、加温設備が必要であるなど、取扱いが不便である上、金属分（灰分），硫黄分，煤の発生，残留炭素分，微粒きょう雑物が多く、ガスタービン翼の腐食が大きいなどの欠点を有し、ガスタービン用燃料油としては使用しにくい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、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、ガスタービン運転休止時の余熱によるコーキングが抑制され、かつ高カロリーを有する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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の好ましい性質を有するガスタービン用燃料油を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、９０％留出温度がある値以下であって、一定値以上の総発熱量を有し、かつ特定の硫黄化合物及び窒素化合物の含有量を規定した燃料油が、その性質を有し、ガスタービン用燃料油として有効であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、９０％留出温度が３６０℃以下で、総発熱量が３９７６０ｋＪ／リットル以上であり、かつジベンゾチオフェン類含有量が硫黄量として２５００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２８５０重量ｐｐｍ以下及びカルバゾール類含有量が窒素量として６００重量ｐｐｍ以下であることを特徴とするガスタービン用燃料油、好ましくは、ライトサイクルオイルを９０容量％以上含む燃料油を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のガスタービン用燃料油においては、９０％留出温度は３６０℃以下である。この温度が３６０℃を超えると煤の発生が多くなり、本発明の目的が達せられない。また、総発熱量は、灯油及びＡ重油に対する優位性の点から、３９７６０ｋＪ／リットル（９５００ｋｃａｌ／リットル）以上であり、好ましくは、４０１９０ｋＪ／リットル（９６００ｋｃａｌ／リットル）以上である。
そして、ガスタービン運転休止時の余熱によるコーキング抑制の面から、ジベンゾチオフェン類含有量は硫黄量として２５００重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは２０００重量ｐｐｍ以下、より好ましくは５００重量ｐｐｍ以下である。また、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２８５０重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは２３５０重量ｐｐｍ以下、より好ましくは１８５０重量ｐｐｍ以下である。さらに、カルバゾール類含有量が窒素量として６００重量ｐｐｍ以下である。
【０００６】
また、本発明の燃料油は、上記の性状に加え、以下に示す性状を有するものが、ガスタービン用として好適である。
まず、密度（１５℃）は、0.９００ｇ／ミリリットル以上であるのが好ましい。この密度が0.９００ｇ／ミリリットル未満では充分な発熱量が得られなくなるおそれがある。硫黄分は、硫黄酸化物によるタービン翼の腐食を抑制する点から、0.５重量％以下が好ましく、特に0.３重量％以下が好ましい。
また、タービン翼の腐食を抑制する点から、灰分は0.０１重量％以下、バナジウム含有量は0.１重量ｐｐｍ以下、ナトリウムとカリウムの合計含有量は0.２重量ｐｐｍ以下であるのが好ましく、微粒きょう雑物の含有量は、好ましくは１0.０ｍｇ／リットル以下、より好ましくは5.０ｍｇ／リットル以下であり、反応は中性であるのが好ましい。
【０００７】
さらに、引火点は、取扱いの安全性の面から６０℃以上が好ましく、５０℃における動粘度は、燃焼性及び取扱い性の面から、1.５〜5.０ｍｍ2 ／秒の範囲にあるのが好ましい。そして、１０％残留炭素分は、煤の発生及びコーキングの抑制の面から、0.３重量％以下が好ましく、特に0.２重量％以下が好ましい。
このような性状を有する本発明の燃料油は、ライトサイクルオイル（ＬＣＯ）を９０容量％以上の割合で含むものが好適である。ここで、ライトサイクルオイル（ＬＣＯ）は、通常流動接触分解（ＦＣＣ）または残油流動接触分解（ＲＦＣＣ）により生成する軽質軽油を指す。
なお、上記諸物性は、後述の方法に従って測定した値である。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、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及び比較例１〜４ガスタービン用燃料油を、それぞれＬＣＯ（実施例１），灯油（比較例１），Ａ重油１（比較例２），Ａ重油２（比較例３）及びＣ重油（比較例４）を用いて調製した。それぞれの性状を第１表に示す。
また、各燃料油について、コーキング性テストを行うと共に、実施例１及び比較例３のものについては下記のガスタービンによる燃焼テストを行い、バッハラッカ数を求めた。これらの結果を第１表に示す。
【０００９】
＜ガスタービンによる燃焼テスト＞
一軸オープンサイクルガスタービン（出力１５００ｋＷ）を用い、負荷：１２００〜１２５０ｋＷ、タービン吸気温度：１8.９〜２1.０℃、タービン出口排気ガス温度：５２０〜５３３℃、燃料流量：５３０〜５４０リットル／ｈｒ、蒸気発生：3.９８〜4.１０ｋｇ／ｈｒの条件にてガスタービンによる燃焼テストを行い、バッハラッカ数を求めた。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
［注］諸物性の測定は、下記の方法に従い行った。
（１）密度（１５℃）：ＪＩＳ Ｋ２２４９に準拠
（２）硫黄分量：ＪＩＳ Ｋ ２５４１に準拠
（３）９０％留出温度：ＪＩＳ Ｋ２２５４に準拠
（４）灰分量：ＪＩＳ Ｋ２２７２に準拠
（５）バナジウム含有量：ＪＰＩ−５Ｓ−１１に準拠
（６）ナトリウム及びカリウム含有量：ＪＰＩ−５Ｓ−３に準拠
（７）微粒きょう雑物含有量：ＪＩＳ Ｋ２２７６に準拠
（８）反応：ＪＩＳ Ｋ２２５２に準拠
（９）引火点：ＪＩＳ Ｋ２２６５に準拠
（１０）動粘度（５０℃）：ＪＩＳ Ｋ２２８３に準拠
（１１）１０％残留炭素分：ＪＩＳ Ｋ２２７０に準拠
（１２）発熱量：ＪＩＳ Ｋ２２７９に準拠
（１３）ジベンゾチオフェン類，ベンゾチオフェン類含有量：ＧＣ／ＡＥＤ法（ガスクロマトグラフィー／原子発光検出器法）
（１４）カルバゾール類含有量：ＧＣ／ＮＰＤ法（ガスクロマトグラフィー／窒素リン検出器法）
（１５）コーキングテスト
一方端をプラグでふさいだステンレス鋼製パイプ（9.５φ、３００ｍｍ）に、測定試料を１５ｍｍ3 入れた後、中央に直径約１ｍｍの孔を開けたプラグで、もう一方端をふさいだ。
上記ステンレス鋼製パイプを燃焼試験炉（Ａ重油用油圧噴霧バーナによる加熱）の内壁部に固定した後、燃焼試験炉のバーナに着火し、炉内温度を２５０℃に４時間保持した。消火後、２４時間放冷し、炉内温度が室温まで冷却したのを確認後、ステンレス鋼製パイプを取り出した。
ステンレス鋼製パイプの内部をトルエンで洗浄、乾燥後、長さ方向に２つ切断した。切断物を再度トルエンで洗浄、乾燥後、内部を目視観察した。
アスファルテン、炭等の黒色付着物の状況により、良好○（ほとんど黒色付着物が観察されない。）、普通△（うっすらと黒色付着物が観察される。）、不良×（黒色付着物の盛り上りが観察される。）の３種類に評価した。
【００１３】
第１表から分かるように、比較例１のもの（灯油）は、発熱量が規定値より低い。比較例２のもの（Ａ重油１）は、発熱量が規定値よりも低く、かつ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規定値を超えており、コーキング性テストが不良である。比較例３のもの（Ａ重油２）は、９０％留出温度が規定値よりも高く、かつ発熱量が規定値よりも低い上、１０％残留炭素分が実施例１のものに比べて多く、ガスタービンによる燃焼テストにおいて、バッハラッカ数が高い。比較例４のもの（Ｃ重油）は、９０％留出温度の測定が不能であると共に、微粒きょう雑物含有量及び１０％残留炭素分が多く、コーキング性テストが不良である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のガスタービン用燃料油は、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、ガスタービン運転休止時の余熱によるコーキングが抑制され、かつ高カロリーを有するものである。
本発明のガスタービン用燃料油は、ガスタービン翼の腐食を低減させることから、ガスタービンの点検頻度及びメンテナンスの減少、安定運転に寄与すると共に、高カロリーを有するので、省エネルギー効果が高く、特に大型ガスタービン用として好適である。
【発明の属する技術分野】
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、高カロリーを有するガスタービン用燃料油に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは高効率で、排ガスが清浄である上、メンテナンスが容易であることなどから、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、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面から、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、近年省エネルギーの観点などから、高カロリー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、発熱量が低いという欠点を有している。一方、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、ガスタービン運転休止時に、余熱によりコーキングを発生しやすいという欠点を有している。また、上記Ａ重油よりも高カロリーの燃料油として、Ｃ重油が知られているが、このＣ重油は高粘度を有するため、加温設備が必要であるなど、取扱いが不便である上、金属分（灰分），硫黄分，煤の発生，残留炭素分，微粒きょう雑物が多く、ガスタービン翼の腐食が大きいなどの欠点を有し、ガスタービン用燃料油としては使用しにくい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、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、ガスタービン運転休止時の余熱によるコーキングが抑制され、かつ高カロリーを有する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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の好ましい性質を有するガスタービン用燃料油を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、９０％留出温度がある値以下であって、一定値以上の総発熱量を有し、かつ特定の硫黄化合物及び窒素化合物の含有量を規定した燃料油が、その性質を有し、ガスタービン用燃料油として有効であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、９０％留出温度が３６０℃以下で、総発熱量が３９７６０ｋＪ／リットル以上であり、かつジベンゾチオフェン類含有量が硫黄量として２５００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２８５０重量ｐｐｍ以下及びカルバゾール類含有量が窒素量として６００重量ｐｐｍ以下であることを特徴とするガスタービン用燃料油、好ましくは、ライトサイクルオイルを９０容量％以上含む燃料油を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のガスタービン用燃料油においては、９０％留出温度は３６０℃以下である。この温度が３６０℃を超えると煤の発生が多くなり、本発明の目的が達せられない。また、総発熱量は、灯油及びＡ重油に対する優位性の点から、３９７６０ｋＪ／リットル（９５００ｋｃａｌ／リットル）以上であり、好ましくは、４０１９０ｋＪ／リットル（９６００ｋｃａｌ／リットル）以上である。
そして、ガスタービン運転休止時の余熱によるコーキング抑制の面から、ジベンゾチオフェン類含有量は硫黄量として２５００重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは２０００重量ｐｐｍ以下、より好ましくは５００重量ｐｐｍ以下である。また、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２８５０重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは２３５０重量ｐｐｍ以下、より好ましくは１８５０重量ｐｐｍ以下である。さらに、カルバゾール類含有量が窒素量として６００重量ｐｐｍ以下である。
【０００６】
また、本発明の燃料油は、上記の性状に加え、以下に示す性状を有するものが、ガスタービン用として好適である。
まず、密度（１５℃）は、0.９００ｇ／ミリリットル以上であるのが好ましい。この密度が0.９００ｇ／ミリリットル未満では充分な発熱量が得られなくなるおそれがある。硫黄分は、硫黄酸化物によるタービン翼の腐食を抑制する点から、0.５重量％以下が好ましく、特に0.３重量％以下が好ましい。
また、タービン翼の腐食を抑制する点から、灰分は0.０１重量％以下、バナジウム含有量は0.１重量ｐｐｍ以下、ナトリウムとカリウムの合計含有量は0.２重量ｐｐｍ以下であるのが好ましく、微粒きょう雑物の含有量は、好ましくは１0.０ｍｇ／リットル以下、より好ましくは5.０ｍｇ／リットル以下であり、反応は中性であるのが好ましい。
【０００７】
さらに、引火点は、取扱いの安全性の面から６０℃以上が好ましく、５０℃における動粘度は、燃焼性及び取扱い性の面から、1.５〜5.０ｍｍ2 ／秒の範囲にあるのが好ましい。そして、１０％残留炭素分は、煤の発生及びコーキングの抑制の面から、0.３重量％以下が好ましく、特に0.２重量％以下が好ましい。
このような性状を有する本発明の燃料油は、ライトサイクルオイル（ＬＣＯ）を９０容量％以上の割合で含むものが好適である。ここで、ライトサイクルオイル（ＬＣＯ）は、通常流動接触分解（ＦＣＣ）または残油流動接触分解（ＲＦＣＣ）により生成する軽質軽油を指す。
なお、上記諸物性は、後述の方法に従って測定した値である。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、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及び比較例１〜４ガスタービン用燃料油を、それぞれＬＣＯ（実施例１），灯油（比較例１），Ａ重油１（比較例２），Ａ重油２（比較例３）及びＣ重油（比較例４）を用いて調製した。それぞれの性状を第１表に示す。
また、各燃料油について、コーキング性テストを行うと共に、実施例１及び比較例３のものについては下記のガスタービンによる燃焼テストを行い、バッハラッカ数を求めた。これらの結果を第１表に示す。
【０００９】
＜ガスタービンによる燃焼テスト＞
一軸オープンサイクルガスタービン（出力１５００ｋＷ）を用い、負荷：１２００〜１２５０ｋＷ、タービン吸気温度：１8.９〜２1.０℃、タービン出口排気ガス温度：５２０〜５３３℃、燃料流量：５３０〜５４０リットル／ｈｒ、蒸気発生：3.９８〜4.１０ｋｇ／ｈｒの条件にてガスタービンによる燃焼テストを行い、バッハラッカ数を求めた。
【００１０】
【表１】
【表２】
［注］諸物性の測定は、下記の方法に従い行った。
（１）密度（１５℃）：ＪＩＳ Ｋ２２４９に準拠
（２）硫黄分量：ＪＩＳ Ｋ ２５４１に準拠
（３）９０％留出温度：ＪＩＳ Ｋ２２５４に準拠
（４）灰分量：ＪＩＳ Ｋ２２７２に準拠
（５）バナジウム含有量：ＪＰＩ−５Ｓ−１１に準拠
（６）ナトリウム及びカリウム含有量：ＪＰＩ−５Ｓ−３に準拠
（７）微粒きょう雑物含有量：ＪＩＳ Ｋ２２７６に準拠
（８）反応：ＪＩＳ Ｋ２２５２に準拠
（９）引火点：ＪＩＳ Ｋ２２６５に準拠
（１０）動粘度（５０℃）：ＪＩＳ Ｋ２２８３に準拠
（１１）１０％残留炭素分：ＪＩＳ Ｋ２２７０に準拠
（１２）発熱量：ＪＩＳ Ｋ２２７９に準拠
（１３）ジベンゾチオフェン類，ベンゾチオフェン類含有量：ＧＣ／ＡＥＤ法（ガスクロマトグラフィー／原子発光検出器法）
（１４）カルバゾール類含有量：ＧＣ／ＮＰＤ法（ガスクロマトグラフィー／窒素リン検出器法）
（１５）コーキングテスト
一方端をプラグでふさいだステンレス鋼製パイプ（9.５φ、３００ｍｍ）に、測定試料を１５ｍｍ3 入れた後、中央に直径約１ｍｍの孔を開けたプラグで、もう一方端をふさいだ。
上記ステンレス鋼製パイプを燃焼試験炉（Ａ重油用油圧噴霧バーナによる加熱）の内壁部に固定した後、燃焼試験炉のバーナに着火し、炉内温度を２５０℃に４時間保持した。消火後、２４時間放冷し、炉内温度が室温まで冷却したのを確認後、ステンレス鋼製パイプを取り出した。
ステンレス鋼製パイプの内部をトルエンで洗浄、乾燥後、長さ方向に２つ切断した。切断物を再度トルエンで洗浄、乾燥後、内部を目視観察した。
アスファルテン、炭等の黒色付着物の状況により、良好○（ほとんど黒色付着物が観察されない。）、普通△（うっすらと黒色付着物が観察される。）、不良×（黒色付着物の盛り上りが観察される。）の３種類に評価した。
【００１３】
第１表から分かるように、比較例１のもの（灯油）は、発熱量が規定値より低い。比較例２のもの（Ａ重油１）は、発熱量が規定値よりも低く、かつ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規定値を超えており、コーキング性テストが不良である。比較例３のもの（Ａ重油２）は、９０％留出温度が規定値よりも高く、かつ発熱量が規定値よりも低い上、１０％残留炭素分が実施例１のものに比べて多く、ガスタービンによる燃焼テストにおいて、バッハラッカ数が高い。比較例４のもの（Ｃ重油）は、９０％留出温度の測定が不能であると共に、微粒きょう雑物含有量及び１０％残留炭素分が多く、コーキング性テストが不良である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のガスタービン用燃料油は、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、ガスタービン運転休止時の余熱によるコーキングが抑制され、かつ高カロリーを有するものである。
本発明のガスタービン用燃料油は、ガスタービン翼の腐食を低減させることから、ガスタービンの点検頻度及びメンテナンスの減少、安定運転に寄与すると共に、高カロリーを有するので、省エネルギー効果が高く、特に大型ガスタービン用として好適である。
Claims (2)
- ９０％留出温度が３６０℃以下で、総発熱量が３９７６０ｋＪ／リットル以上であり、かつジベンゾチオフェン類含有量が硫黄量として２５００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２８５０重量ｐｐｍ以下及びカルバゾール類含有量が窒素量として６００重量ｐｐｍ以下であることを特徴とするガスタービン用燃料油。
- ライトサイクルオイルを９０容量％以上含む請求項１に記載のガスタービン用燃料油。
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| JP2005336257A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Idemitsu Kosan Co Ltd | ガスタービン用燃料油 |
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| JP5111049B2 (ja) * | 2007-10-16 | 2012-12-26 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 高発熱量燃料油組成物 |
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