JP4334696B2 - ガスタービン用燃料油 - Google Patents
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Description
【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。
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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