JP4979269B2 - A重油組成物の製造方法 - Google Patents
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Classifications
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Description
小西誠一著,「燃料工学概論」,裳華房,1991年3月,p.136−144
これらの傾向は既存のA重油等には見られなかった傾向であり、そのためBDF単独で使用する場合だけでなく、既存のA重油等に混合して使用する場合においても同様に問題となっており、BDF自体の性状に留意するだけでなく、既存A重油との混合使用時においても酸化安定性や低温性能、燃焼性等に従来以上に留意する必要がある。
すなわち、本発明は、動植物油脂および/または動植物油脂由来成分を、周期律表第6A族および第8族金属から選ばれる少なくとも一種類の金属と多孔性無機酸化物を含有する水素化前処理触媒と水素加圧下で接触させた後、周期律表第6A族および第8族から選ばれる少なくとも一種類以上の金属と酸性質を有する無機酸化物を含有する水素化分解触媒と水素加圧下で接触させることにより得られる環境低負荷型A重油基材を含有してなる、硫黄分含有量が500質量ppm以下、酸素含有量1質量%以下であり、かつJIS1種1号重油規格を満たすA重油組成物の製造方法に関するものである。
本発明のA重油組成物の構成成分として、動植物油脂および/または動植物油脂由来成分、または動植物油脂および/または動植物油脂由来成分を含有した炭化水素留分を原料油として、この原料油に周期律表第6A族および第8族金属から選ばれる少なくとも一種類の金属と多孔性無機酸化物を含有する水素化前処理触媒と水素加圧下で接触させた後、さらに周期律表第6A族および第8族から選ばれる少なくとも一種類以上の金属と酸性質を有する無機酸化物を含有する水素化分解触媒を水素加圧下で接触させることにより得られる環境低負荷型A重油基材が用いられる。
該所定の原料油としては、動植物油脂および/または動植物油脂由来成分、または動植物油脂および/または動植物油脂を含有する炭化水素留分であることが必要である。本発明における動植物油脂および動植物油脂由来成分とは、天然もしくは人工的に生産、製造される動植物油脂およびこれらの油脂を由来して生産、製造される成分をいう。動物油脂および動物油の原料としては、牛脂、牛乳脂質(バター)、豚脂、羊脂、鯨油、魚油、肝油等が挙げられ、植物油脂および植物油原料としては、ココヤシ、パームヤシ、オリーブ、べにばな、菜種(菜の花)、米ぬか、ひまわり、綿実、とうもろこし、大豆、ごま、アマニ等の種子部及びその他の部分が挙げられるが、これ以外の油脂、油であっても使用に問題はない。これらの原料油に関してはその状態が固体、液体であることは問わないが、取り扱いの容易さおよび二酸化炭素吸収能や生産性の高さから植物油脂、植物油を原料とする方が好ましい。また、本発明においては、これらの動物油、植物油を民生用、産業用、食用等で使用した廃油も雑物等の除去工程を加えた後に原料とすることができる。
上述の原料油(動植物油脂および動植物油脂由来成分)はこれらの脂肪酸を1種または複数種有しており、原料によってその有する脂肪酸類は異なっている。例えば、ココヤシ油はラウリン酸、ミリスチン酸等の飽和脂肪酸を比較的多く有しているが、大豆油はオレイン酸、リノール酸等の不飽和脂肪酸を多く有している。
該原油等から精製された水素化精製油としては、原油の常圧蒸留装置から得られる直留軽油、常圧蒸留装置から得られる直留重質油や残査油を減圧蒸留装置で処理して得られる減圧軽油、減圧重質軽油あるいは脱硫重油を接触分解または水素化分解して得られる接触分解軽油または水素化分解軽油、これらの石油系炭化水素を水素化精製して得られる水素化精製軽油若しくは水素化脱硫軽油等が挙げられる。
これらの水素化精製油は、所定の条件を満たす範囲で、複数の軽油留分基材及び灯油留分基材を配合して構成することができる。また、天然ガス、アスファルト、石炭、バイオマスなどを原料にして合成される合成軽油等も使用することができる。
水素化精製に用いられる触媒は一般的な水素化脱硫用触媒を適用できる。活性金属としては、通常、周期律表第6A族および第8族金属が好ましく用いられ、例えばCo−Mo,Ni−Mo,Co−W,Ni−Wが挙げられる。担体としてはアルミナを主成分とした多孔質無機酸化物が用いられる。これらの条件、触媒は原料油の性状を満たす限りにおいて特に限定されるものではない。
水素化処理装置の反応形式は、固定床方式が好ましく採用される。水素は原料油に対して、向流または並流のいずれの形式をとることができ、また、複数の反応塔を有し、向流、並流を組み合わせた形式のものでもよい。一般的な形式としてはダウンフローであり、気液双並流形式が好ましい。反応塔の中段には反応熱の除去、あるいは水素分圧を上げる目的で水素ガスをクエンチとして注入してもよい。
活性金属の担持量は特に限定されないが、触媒質量に対し金属量合計で0.1〜10質量%、好ましくは0.15〜5質量%、さらに好ましくは0.2〜3質量%である。
触媒は、水素気流下において予備還元処理を施した後に用いるのが好ましい。一般的には水素を含むガスを流通し、200℃以上の熱を所定の手順に従って与えることにより触媒上の活性金属が還元され、水素化活性を発現することになる。
水素化処理条件は、通常、反応温度220〜350℃、水素圧力1〜6MPa、LHSV0.1〜10h−1、水素/油比10〜300NL/Lである。好ましくは反応温度250℃〜340℃、水素圧力2〜5MPa、LHSV1〜10h−1、水素/油比30〜200NL/Lであり、さらに好ましくは反応度270℃〜330℃、水素圧力2〜4MPa、LHSV2〜10h−1、水素/油比50〜200NL/Lである。反応温度は低温ほど水素化反応には有利であるが、脱硫反応には好ましくない。水素圧力、水素/油比は高いほど脱硫、水素化反応とも促進されるが、経済的に最適点が存在する。LHSVは低いほど反応に有利であるが、低すぎる場合には極めて大きな反応塔容積が必要となり過大な設備投資となるので不利である。
水素化処理装置の反応形式は、固定床方式が好ましく採用される。水素は原料油に対して、向流または並流のいずれの形式をとることができ、また、複数の反応塔を有し、向流、並流を組み合わせた形式のものでもよい。一般的な形式としてはダウンフローであり、気液双並流形式が好ましい。反応塔の中段には反応熱の除去、あるいは水素分圧を上げる目的で水素ガスをクエンチとして注入してもよい。
活性金属の担持量は特に限定されないが、触媒質量に対し金属量合計で0.1〜10質量%、好ましくは0.15〜5質量%、さらに好ましくは0.2〜3質量%である。
触媒は、水素気流下において予備還元処理を施した後に用いるのが好ましい。一般的には水素を含むガスを流通し、200℃以上の熱を所定の手順に従って与えることにより触媒上の活性金属が還元され、水素化活性を発現することになる。
10%留出温度には特に制限はないが、好ましくは280℃以下、より好ましくは270℃以下である。10%留出温度が前記上限値を超えると、排ガス性能が悪化する傾向にある。また、10%留出温度は、好ましくは170℃以上、より好ましくは175℃以上、さらに好ましくは180℃以上である。10%留出温度が前記下限値に満たないと、エンジン出力や高温時の始動性が悪化する傾向にある。
なお、ここでいう10%留出温度、90%留出温度とは、全てJIS K 2254「石油製品−蒸留試験方法」により測定される値を意味する。
セタン価向上剤としては、セタン価向上剤として知られる各種の化合物を任意に使用することができ、例えば、硝酸エステルや有機過酸化物等が挙げられる。これらのセタン価向上剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良い。
その他の添加剤の添加量は任意に決めることができるが、添加剤個々の添加量は、A重油組成物全量基準でそれぞれ好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.2質量%以下である。
表1に示す性状を有する減圧軽油および植物油脂を表2に示す反応条件で反応させ、表3に示す環境低負荷型A重油基材を調製した(実施例1〜3)。なお、環境低負荷型A重油基材1は植物油脂1を、環境低負荷型A重油基材2は植物油脂2を、環境低負荷型A重油基材3は減圧軽油と植物油脂1とを80:20の割合で混合したものを原料油として反応させたものである。
また、表1に示す植物油脂をエステル化して得た脂肪酸アルキルエステルの性状を示す(比較例2〜4)。これらの脂肪酸アルキルエステルはメタノールとの反応により得られたメチルエステル化合物であり、ここではアルカリ触媒(ナトリウムメチラート)の存在下で70℃、1時間程度の撹拌を行い、アルキルアルコールと直接反応させてエステル化合物を得るエステル交換反応を用いた。
表3に示した環境低負荷型A重油基材、植物油脂のメチルエステル価物および石油系基材である水素化精製油、残留炭素基材を調合してA重油組成物を製造した(実施例1〜5および比較例1〜4)。
なお、使用した添加剤は低温流動性向上剤(エチレン−酢酸ビニル共重合体)である。
密度は、JIS K 2249「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定される密度を指す。
動粘度は、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」により測定される動粘度を指す。
硫黄分含有量は、JIS K 2541「硫黄分試験方法」により測定されるA重油組成物全量基準の硫黄分の質量含有量を指す。
酸素分含有量は元素分析法により測定した。
芳香族分含有量は、社団法人石油学会により発行されている石油学会法JPI−5S−49−97「炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」に準拠され測定された芳香族分含有量の容量百分率(容量%)を意味する。
水分は、JIS K 2275「水分試験方法(原油及び石油製品)」で規定される水分を意味する。
引火点はJIS K 2265「原油及び石油製品引火点試験方法」で測定される値を示す。
セタン価は、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「7.セタン価試験方法」に準拠して測定されるセタン価を意味する。
流動点は、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」により測定される流動点を指す。
10%残油の残留炭素分とは、JIS K 2270「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により測定される10%残油の残留炭素分を意味する。
灰分は、JIS K 2272「原油及び石油製品の灰分並びに硫酸灰分試験方法」によって測定される値を意味する。
ライフサイクルCO2は、オフロードディーゼルエンジン搭載車両におけるA重油組成物の燃焼に伴い発生したCO2と、採掘からタンクへの燃料給油までに発生したCO2と分けて算出した。
燃焼に伴い発生したCO2(以下、「Tank to Wheel CO2」という。
)は、車両試験を行ったときのCO2排出量、燃費及び燃料密度に基づいて、各A重油組成物単位発熱量当たりの排出量として算出した。
また、採掘から車両タンクへの燃料給油までに発生したCO2(以下、「Well to Tank CO2」という。)は、原料及び原油ソースの採掘、輸送、加工、配送、車両への給油までの一連の流れにおけるCO2排出量の総和として算出した。なお、「Well to Tank CO2」の算出にあたっては、下記(1B)〜(5B)に示す二酸化炭素の排出量を加味して演算を行った。かかる演算に必要となるデータとしては、本発明者らが有する製油所運転実績データを用いた。
(1B)各種処理装置、ボイラー等設備の燃料使用に伴う二酸化炭素の排出量。
(2B)水素を使用する処理においては、水素製造装置における改質反応に伴う二酸化炭素の排出量。
(3B)接触分解装置等の連続触媒再生を伴う装置を経由する場合は、触媒再生に伴う二酸化炭素の排出量。
(4B)A重油組成物を、横浜で製造又は陸揚げし、横浜から仙台まで配送し、仙台で車両に給油したときの二酸化炭素の排出量。
(5B)動植物油脂および動植物油脂由来の成分は原産地をマレーシアおよびその周辺地域とし、製造を横浜で行うとした際の二酸化炭素の排出量。
なお、動植物油脂および動植物油脂由来の成分を使用した場合、いわゆる京都議定書においてはこれらの燃料に起因する二酸化炭素は排出量として計上されないルールが適用される。本計算においては、燃焼時に発生する「Tank to Wheel CO2」に対してこれを適用させた。
このようにして算出した「Tank to Wheel CO2」と「Well to Tank CO2」、並びにこれらの総和であるライフサイクルCO2(LC)の各排出量をそれぞれ表5に示す。なお、比較例1を100とし、各結果を相対的に比較、定量化した数値もあわせて示す。
試料容器として、20Lペール缶を用意し、ペール缶の上面に試料吸引管を差し込む穴を設けた。穴の形成位置は、上面の中心と外周上の点とを結ぶ直線の中点とした。一方、試料吸引管として外径10mmの銅管を用意し、その一端をシリコンゴム管を介してフィルター(ネポン株式会社製、コードNo.120267)の入口に接続した。また、フィルターの出口を銅管を介して吸引ポンプに接続した。吸引ポンプは、通油量を1〜10L/hrの範囲内で調節可能なものを用いた。
次に、温度が20〜25℃の試料(A重油組成物)約15Lを上記のペール缶に入れ、ペール缶の上面の穴に試料吸引管付き蓋をした後、ペール缶とフィルターとを低温恒温槽内に収容し、ポンプを駆動させ、通油量が9.5±0.2L/hrとなるようにポンプ圧力を調整した。低温恒温槽としては、プログラム温度調節機能を備え、温度制度±0.5℃以内で−30℃以下まで冷却可能な恒温槽を用いた。
ペール缶とフィルターとを低温恒温槽に収容した後、低温恒温槽内を所定の温度プロファイルで冷却し、吸引ポンプを駆動させた。より具体的には、試料の曇り点より8℃高い温度から冷却速度1℃/hrで所定の温度まで冷却した。その温度で3時間保持し、圧力計で圧力を測定して通油限界を判定した。通油限界の判定は、保持温度で60分間通油中に差圧が33kPa(250mmHg)以下である場合を合格、33kPaを超えた場合を不合格とし、不合格となるまで1℃間隔で保持温度を低くして試験を繰り返した。
判定が不合格となった最高温度(目詰まり温度)を低温性能の評価の指標とした。なお、試料は試験ごとに新油に取り替えた。目詰まり温度が−5℃以下を良好(○)、−4℃以上を不良(×)と判断した。
オフロード用ディーゼルエンジン部品の〇−リング等で使用されているゴム部材に対する影響を確認するため、以下に示す手順で浸せき試験を行った。ゴムを構成している化合物の1つであるアクリロニトリルが結合アクリロニトリル質量中心値として、全体の25%以上35%以下であるニトリルゴム(中ニトリルゴム)を評価対象のゴム部材とし、MIL R6855に準拠して試験燃料を100℃に加熱、保持し、その中に試験ゴム部材を70時間浸せきさせる。評価は70時間後の試験ゴム部材の体積変化で比較、定量化する。部材安定性の判定は試験前後における体積変化率絶対値が±20%以上の場合を不合格(×)とし、±10%以上±20%以内の場合をボーダーライン(△)、±10%以内の場合を合格(〇)とする。
Claims (4)
- 動植物油脂および/または動植物油脂由来成分を、周期律表第6A族および第8族金属から選ばれる少なくとも一種類の金属と多孔性無機酸化物を含有する水素化前処理触媒と水素加圧下で接触させた後、周期律表第6A族および第8族から選ばれる少なくとも一種類以上の金属と酸性質を有する無機酸化物を含有する水素化分解触媒と水素加圧下で接触させることにより得られる環境低負荷型A重油基材を含有してなる、硫黄分含有量が500質量ppm以下、酸素含有量1質量%以下であり、かつJIS1種1号重油規格を満たすA重油組成物の製造方法。
- 動植物油脂および/または動植物油脂由来成分を含有した炭化水素留分を、周期律表第6A族および第8族金属から選ばれる少なくとも一種類の金属と多孔性無機酸化物を含有する水素化前処理触媒と水素加圧下で接触させた後、周期律表第6A族および第8族から選ばれる少なくとも一種類以上の金属と酸性質を有する無機酸化物を含有する水素化分解触媒と水素加圧下で接触させることにより得られる含炭化水素混合留分の環境低負荷型A重油基材を含有してなる、硫黄分含有量が500質量ppm以下、酸素含有量1質量%以下であり、かつJIS1種1号重油規格を満たすA重油組成物の製造方法。
- 動植物油脂および/または動植物油脂由来成分を、周期律表第6A族および第8族金属から選ばれる少なくとも一種類の金属と多孔性無機酸化物を含有する水素化前処理触媒と水素加圧下で接触させた後、周期律表第6A族および第8族から選ばれる少なくとも一種類以上の金属と酸性質を有する無機酸化物を含有する水素化分解触媒と水素加圧下で接触させることにより得られる環境低負荷型A重油基材と原油等から精製された水素化精製油と残留炭素基材とを混合してなる、硫黄分含有量が500質量ppm以下、酸素含有量1質量%以下であり、かつJIS1種1号重油規格を満たすA重油組成物の製造方法。
- 動植物油脂および/または動植物油脂由来成分を含有した炭化水素留分を、周期律表第6A族および第8族金属から選ばれる少なくとも一種類の金属と多孔性無機酸化物を含有する水素化前処理触媒と水素加圧下で接触させた後、周期律表第6A族および第8族から選ばれる少なくとも一種類以上の金属と酸性質を有する無機酸化物を含有する水素化分解触媒と水素加圧下で接触させることにより得られる含炭化水素混合留分の環境低負荷型A重油基材と原油等から精製された水素化精製油と残留炭素基材とを混合してなる、硫黄分含有量が500質量ppm以下、酸素含有量1質量%以下であり、かつJIS1種1号重油規格を満たすA重油組成物の製造方法。
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