JP4635243B2

JP4635243B2 - Ａ重油

Info

Publication number: JP4635243B2
Application number: JP2007145580A
Authority: JP
Inventors: 充内田
Original assignee: JX Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2007254756A

Description

本発明は、舶用ディーゼル機関、発電用ディーゼル機関等の内燃機関及びハウス加温機、ボイラ等の外燃機器において、低温下での始動性能及び運転性能に優れたＡ重油に関する。

Ａ重油は、JIS K 2205「重油」の１種（Ａ重油）に分類される、内燃機関用、ボイラー用及び各種炉用などの燃料として適当な品質の精製鉱油である。周知の通り、Ａ重油は一般に、ハウス加温機、ボイラー、ビル暖房用等の外燃機器、及び漁船その他の舶用ディーゼル機関、発電用ディーゼル機関等の内燃機関に使用されているが、低温下での流動性を確保するために、分解軽油基材又は灯油基材が混合されて使用されている。また、Ａ重油の内燃機関における着火性能の指標としては、Ａ重油の密度及び蒸留性状（50％留出温度）より計算されるセタン指数を特定値以上にすることにより行われている。

しかしながら、分解軽油基材の配合は、Ａ重油の低温下での流動性を向上させる反面、着火性能を低下するために、低温下での始動性能を低下させ、始動不良、さらに始動時において排出白煙の増大等を起こす問題がある。また、従来の着火性能に関する指標であるセタン指数は、機関が暖機された状態での着火性能の指標であり、低温下の機関始動時における性能を十分に表していない場合がある。また、セタン指数は、ディーゼル燃料油の自己着火性を表す値であり、外燃機器の燃焼性能を評価するものではない。
そこで、本発明は、冬季の低温下あるいは寒冷地等の低温環境下において、内燃機関及び外燃機器等に用い良好な始動性能を示すＡ重油を提供することを課題とする。

本発明者は、Ａ重油使用内燃機関における低温時の始動性能とそれに関与するＡ重油性状について鋭意研究を行った結果、Ａ重油の芳香族含有量（芳香族分ともいう。）、ＦＩＡセタン価、蒸留性状などを特定の範囲にすることが、内燃機関のみならず外燃機器においても低温時の良好な始動性能のために有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、ＦＩＡセタン価が35以上、芳香族含有量が50％以下、蒸留性状の90％留出温度が390℃以下であり、かつ50℃における動粘度が3.5 mm2/s（cSt）以下であることを特徴とする低温時の始動性能に優れたＡ重油である。

本発明によるＡ重油は、ＦＩＡセタン価35以上、芳香族含有量25〜50容量％、90％留出温度390℃以下、かつ、50℃における動粘度3.5mm2/s以下の性状を有し、低温時に優れた始動性能を示す格別な効果を奏するものである。したがって、冬季の低温下あるいは寒冷地において、Ａ重油を燃料とする内燃機関及び外燃機器等に用い良好な始動及び運転を行うことができるので、低温下で使用するＡ重油として極めて有用である。

本発明によるＡ重油は、ＦＩＡセタン価が35以上、芳香族含有量が25％以上50％以下、蒸留性状の90％留出温度が390℃以下であり、かつ50℃における動粘度が3.5 mm2/s以下の性状を有するものである。

ここで、ＦＩＡセタン価は、22nd CIMAC International Congress on Combustion Engines (18-21 MAY 1998) におけるG.Fiskaaらの報告「Ignition Properties for Marine Fuels established on Fuel Ignition Analyzer FIA 100/2」に記載されている着火性試験装置FIA 100/2を用いて、一定温度、一定圧力に制御した一定容積の燃焼室にＡ重油を一定圧力で噴射したとき、燃焼室内圧力が、噴射前制御圧力より一定値上昇するまでの時間（以下着火遅れ）を、JIS K 2280「石油製品-燃料油-オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」のセタン価試験方法に規定する副標準燃料混合物の着火遅れと比較し、そのセタン価に換算した数値であって、Ａ重油の着火性を示す尺度である。

本発明によるＡ重油のＦＩＡセタン価は、35以上、好ましくは40以上、さらに好ましくは、45以上であり、ＦＩＡセタン価以外のＡ重油性状が本発明の趣旨を逸脱しない範囲で大きい方が良い。ＦＩＡセタン価が35以下の場合は、低温下での始動性能が悪化し、すなわち、始動不良、またたとえ始動しても始動時において白煙排出量及び排出時間の増大となり好ましくない。

芳香族分は、高速液体クロマトグラフ法で求めた１環〜４環芳香族分の合計値である。本発明によるＡ重油の芳香族分は、25％〜50％、好ましくは、25％〜46％、より好ましくは25％〜42％である。芳香族分が50％を越える場合は、低温下での始動性能が悪化し、始動不良、白煙排出量及び排出時間増大となり好ましくない。また、芳香族分は密度が大きいため、総発熱量に限って言えば芳香族分は高いほうが望ましい。しかし、芳香族分が５０容量％を超える場合は、小型ボイラーなどの電磁弁ディスク部のＮＢＲ系ゴムが膨潤し燃焼状態が悪くなるなどの不具合を起こす可能性があり、黒煙も生じやすくなるので、好ましくない。一方、芳香族分が25％以下の場合、出力低下の他、加速性能低下の問題があり、好ましくない。

90％留出温度は、JIS K 2254「石油製品-蒸留試験方法」における90容量％留出時の温度である。本発明によるＡ重油の90％留出温度は、390℃以下、好ましくは370℃以下、より好ましくは350℃以下である。90％留出温度が390℃を越える場合、低温下において、燃料噴射ノズルからのＡ重油の噴射状況が悪化する等、着火不良による始動不良、白煙排出量増大となり好ましくない。

50℃における動粘度（以下、動粘度（50℃）ともいう。）は、JIS K 2283「原油及び石油製品-動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」による動粘度である。本発明によるＡ重油の動粘度（50℃）は、3.5mm2/s以下、好ましくは3.0mm2/s以下、より好ましくは2.5mm2/s以下である。動粘度（50℃）が3.5 mm2/sを越える場合、低温下において、燃料噴射ノズルからのＡ重油噴射状況悪化等による着火不良による始動不良、白煙排出量増大となり好ましくない。

本発明のＡ重油は、上記以外の性状を特に限定するものではないが、汎用燃料油として、15℃における密度（以下、密度（15℃）ともいう。）0.885g/cm3以下、引火点60℃以上、曇り点0℃以下、10％残油残留炭素分0.02〜4質量％以下、硫黄分1.0質量％以下、総発熱量は44000Ｊ/g以上、蒸留性状（留出温度範囲）150〜430℃、特には170〜410℃程度、流動点5℃以下、灰分0.05質量％以下であることが好ましい。

本発明のＡ重油は、原油から種々の石油精製工程を経て生成される各種の石油製品や半製品を基材としてこれらを適宜選択、ブレンドして調製することができる。Ａ重油のブレンド基材として、代表的には直留灯油、脱硫灯油、直留軽油、脱硫軽油、脱ろう軽油、直脱軽油、間脱軽油、分解軽油、常圧残油などが挙げられる。したがって、これら各基材の物性に基づいて、あるいは、ブレンド品の物性に基いて上記本発明の規定を満足するように基材を選定し、その配合割合を決めて、本発明のＡ重油を調製することができる。
さらに、本発明のＡ重油用を調製するために、処理原油の種類（性状）や各種精製装置の原料の性状を調整するか、あるいは、各種精製装置の運転条件を調整することによって、より好ましい物性を有する基材を製造することもでき、効果的である。

直留灯油、直留軽油及び常圧残油は、原油を常圧蒸留工程に通して得られる留分であり、これらの物性は専ら処理される原油と留出油の蒸留性状（沸点範囲と分離度）に依存する。脱硫灯油及び脱硫軽油は、前記直留灯油及び直留軽油をそれぞれ水素化脱硫して得られる留分であり、通常そのまま比較的付加価値の高い製品灯油、製品軽油となる。Ａ重油用の基材としては直留灯油、直留軽油が経済的な面で有利である。

脱ろう軽油基材は、脱ろう工程を経た軽油留分であり、原油の常圧蒸留装置から得られる直留重質軽油を脱ろうした基材を用いることが好ましい。脱ろう重質軽油基材の代表性状は、50％留出温度360〜400℃、密度（15℃）0.89〜0.91g／cm2、硫黄分1.4〜2.0質量％、留出温度範囲120〜540℃、動粘度（50℃）9〜12mm2／s程度である。脱ろう重質軽油基材は、比較的密度が大きくかつ着火性も良好であるが、動粘度（50℃）が比較的高いことから、特に冬期の早朝にメロン栽培用蒸気土壌消毒器などの小型ボイラーで燃焼状態が悪化して黒煙を発生するおそれがあるので、過度に配合することは避けるべきである。脱ろう軽油は、Ａ重油の配合基材として、必ずしも欠くことのできない成分ではないが、配合する場合は、50容量％以下が好ましく、40容量％以下がより好ましい。

脱ろう工程としては、Pt-H-モルデナイト、合成ゼオライトなどの特殊な触媒を使用して、原料油中のノルマルパラフィン、側鎖の少ないパラフィンを選択的に水素化分解し、低温流動性の優れた燃料油基材を得る方法が好ましく、この例として石油学会編「新石油精製プロセス」に記載のあるＢＰ接触脱ろう法、ＭＤＤＷ法の他、ＦＴＺ法などがある。他の脱ろう工程として、溶媒脱ろうなどの方法を用いることもできる。

また、分解軽油基材は、直留軽油から減圧軽油までの石油留分の他、重油間接脱硫装置から得られる間脱軽油、重油直接脱硫装置から得られる直脱軽油、常圧残油などを接触分解した際に副生する重油基材である。分解軽油基材の硫黄分は0.1〜1.0質量％、留出温度範囲は180〜370℃程度である。また、芳香族含有量が、70容量％以上と非常に多く、その結果、密度（15℃）が0.92〜0.95g／cm2と高い。したがって、分解軽油基材を多く配合したＡ重油は、着火性、始動性が悪くなる傾向があるので、配合量は40容量％以下が好ましく、さらには30容量％以下が好ましい。

接触分解工程は、無定形シリカアルミナ、ゼオライトなどの触媒を使用して高オクタン価ガソリン基材を得る工程であって、例えば、前記の「新石油精製プロセス」に記載のあるＵＯＰ接触分解法、フレキシクラッキング法、ウルトラ・オルソフロー法、テキサコ流動接触分解法などの流動接触分解法、ＲＣＣ法、ＨＯＣ法などの残油流動接触分解法が知られている。

本発明に使用する脱ろう重質軽油基材、分解軽油基材、脱硫灯・軽油基材、直脱軽油基材、間脱軽油基材などを得るための前記脱ろう工程、前記接触分解工程、水素化脱硫工程、重油直接脱硫工程、重油間接脱硫工程などに関して、プロセス、原料油、運転条件などを特に限定するものではなく、公知の任意の装置が採用できる。

本発明のＡ重油は、製品軽油と異なる油組成物であることを明確にするために、前述の基材に、さらに常圧蒸留装置から得られる常圧残油、減圧蒸留装置から得られる減圧残油、重油直接脱硫装置から得られる直脱残油、潤滑基油精製工程から得られるエキストラクト油などの基材を、JIS K 2270（原油及び石油製品−残留炭化水素分試験方法）に規定する10％残油残留炭素分が0.21質量％以上になるように添加して製造することが好ましい。

さらに、本発明のＡ重油には、公知の燃料油添加剤を単独もしくは組み合わせて使用することができる。これらの添加剤としては、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体、アルケニルコハク酸アミドなどの低温流動性向上剤、硝酸エステル、有機過酸化物などのセタン価向上剤、ポリアルキルアミンなどの清浄分散剤、フェノール系、アミン系などの酸化防止剤、サリチリデン誘導体などの金属不活性化剤などがある。これらの添加剤の配合量は任意であるが、各々の添加剤の配合量はＡ重油全量基準で0.5質量％以下、好ましくは0.2質量％以下である。

以下に本発明を実施例及び比較例に基いて、より具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例及び比較例に用いたＡ重油は、次に示す精製鉱油留分を基材として調合し、調製した。
・直留灯油：常圧蒸留で得られた10％留出温度170℃、90％留出温度239℃の留分。
・直留軽油：常圧蒸留で得られた10％留出温度263℃、90％留出温度346℃の留分。
・脱ろう重質軽油：直留重質軽油を脱ろう処理した％留出温度327℃、％留出温度400℃の留分。
・直脱軽油：常圧蒸留残油を水素化精製処理して得られた生成油から分留された％留出温度228℃、％留出温度362℃の留分。
・間脱軽油：常圧蒸留残油を減圧蒸留して分留された10％留出温度218℃、90％留出温度342℃の留分。
・分解軽油：間脱軽油を流動接触分解して得られた生成油から分留された10％留出温度239℃、90％留出温度347℃の留分。
・常圧残油：常圧蒸留で得られた残油。
実施例１、２及び比較例１〜４のＡ重油の調製に用いた前記基材と、その調合比（容量％）を表１に示す。

調製した実施例１、２及び比較例１〜４のＡ重油の性状を表２に示す。

なお、表２において、実施例及び比較例のＡ重油の性状、すなわち密度（15℃）、動粘度（50℃）、引火点、曇り点、10％残油残留炭素分、硫黄分、総発熱量、蒸留性状（留出温度）、芳香族分及びＦＩＡセタン価は、次に示す方法により求めた。

密度（15℃）はJIS K 2249「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」により、動粘度（50℃）はJIS K 2283「原油及び石油製品−動粘度試験方法及粘度指数算出方法」により、引火点はJIS K 2265「原油及び石油製品−引火点試験方法」により、曇り点はJIS K 2269「原油及び石油製品の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」の曇り点試験方法により、10％残油残留炭素分（10％残炭）はJIS K 2270「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により、硫黄分はJIS K 2541「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により、総発熱量はJIS K 2279「原油及び石油製品−発熱量試験方法及び計算による推定方法」により、及び留出温度はJIS K 2254「石油製品−蒸留試験方法」により求めた。なお、上記曇り点の測定において、Ａ重油は一般に半透明でパラフィンワックスの析出が見えにくいので、予めＡ重油を定性濾紙にて濾過後、濾液を等容量の２−ブタノン（エチルメチルケトン）で希釈混合したものを供試液とした。

芳香族分はJPI-5S-49-97「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」により求めた。ここで、芳香族分は１環〜４環芳香族分の合計値とした。

ＦＩＡセタン価は、既に記した着火性試験装置FIA 100/2を用いて、450℃、20 bar（約20 kgf/cm2）に制御した燃焼室にＡ重油を噴射し、燃焼室内圧力が初期圧力より0.2 bar（約0.2 kgf/cm2）上昇するまでの着火遅れを、同一条件で測定したJIS K 2280「石油製品-燃料油-オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」のセタン価試験方法に規定する副標準燃料Ｔ（高セタン）及びＵ（低セタン）の容積比混合物の着火遅れと比較し、セタン価に換算して求めた。

次いで、実施例及び比較例のＡ重油の始動性能を評価した。かかる評価に用いた始動性能評価方法は、以下に記すとおりである。
低温始動性能評価用機関（以下、評価用機関）として、単気筒直噴ディーゼル機関（総排気量1.181リットル、シリンダ径×行程=118mm×108mm、圧縮比16.5）を用いた。始動性試験は、評価用機関を、室温5℃に設定した低温実験室内に設置し、評価用機関始動後1400サイクルの着火遅れを測定した。評価用機関は、低温始動性評価試験前日に図示平均有効圧が5.3kg/cm2、回転数が990rpmに一定になるように燃料流量を調整し、その後、一昼夜ソーキングさせ、評価用機関、燃料、冷却水及び潤滑油の各温度が室温と同じ5℃に達してから始動性評価を行った。始動性能の評価は、評価用機関始動時から、着火遅れが安定するまでに要したサイクル数を比較することにより行った。

実施例１、２及び比較例１〜４のＡ重油の始動性評価結果を、それぞれのＦＩＡセタン価、芳香族含有量、90％留出温度、動粘度（50℃）、及び曇り点とともに表３に示す。

実施例１、２及び比較例１〜４を対比すると、芳香族分が増加する（分解軽油の配合比が増加する）にしたがい、曇り点が低下し低温流動性は改善されるが、始動後着火遅れが安定するまでに要するサイクル数が増加し、低温時始動性能が低下することがわかる。
また、低温始動性は、芳香族分とＦＩＡセタン価に良く相関し、また、実施例及び比較例の燃料性状の範囲では、90％留出温度及び動粘度と始動性能との相関は低いことから、90％留出温度は390℃以下、動粘度（50℃）は3.5mm2/s以下であれば、始動性能にほとんど影響しないことがわかる。つまり、ＦＩＡセタン価を35以上、芳香族分を50容量％以下の範囲にして、90％留出温度及び動粘度（50℃）を、それぞれ390℃以下及び3.5mm2/s以下に特定することにより、低温下において優れた始動性を有するＡ重油を得ることができる。

Claims

ＦＩＡセタン価が35以上、芳香族含有量が25〜50容量％、90％留出温度が390℃以下、かつ、50℃における動粘度が3.5ｍｍ^２／ｓ以下であるＡ重油の製造方法であって、直留灯油および直留軽油と、さらに、接触分解による密度（15℃）が0.92〜0.95ｇ／ｃｍ^３の分解軽油を40容量％以下配合することを特徴とするＡ重油の製造方法。
さらに、脱ろう軽油を５０容量％以下配合する請求項１記載のＡ重油の製造方法。