JP5072035B2 - Ａ重油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、Ａ重油組成物に関する。更に詳しくは、近年の外燃機器用ボイラーへ十分な性能を持ち、かつ優れた低温流動性を有し、低温でのフィルター通油性能に優れるＪＩＳ１種重油規格を満たすＡ重油組成物に関する。

従来、Ａ重油組成物の基材としては、原油の常圧蒸留装置から得られる直留灯油又は脱硫処理した灯油、直留軽質軽油又は脱硫処理した軽質軽油、重質軽油、分解装置から得られる接触分解軽油、直接脱硫装置から得られる直脱軽油が知られている。従来のＡ重油組成物は上記基材を１種または２種以上配合する。その他に残留炭素基材として、常圧残油、直脱残油、減圧残油を１種または２種以上付与することにより製造されている。また、これらのＡ重油組成物には、必要に応じてセタン価向上剤や低温流動性向上剤等の添加剤が配合される（例えば、非特許文献１参照。）。
小西誠一著，「燃料工学概論」，裳華房，１９９１年３月，ｐ．１３６−１４４

Ａ重油組成物は、ボイラー等の外燃機器燃料、小型漁船や建設機械等のオフロード用ディーゼルエンジン機器燃料、ガスタービン機器燃料などとして広く用いられている。
Ａ重油組成物を用いる各種燃焼機器には、燃料油中の異物を除去する目的で、燃料系統に目開き５〜２５０μｍのフィルターが設けられている。しかし、このような燃焼機器を冬季に使用すると、Ａ重油組成物から析出したワックスなどにより、フィルターの閉塞が起こりやすくなる。
さらに近年Ａ重油組成物に使用されるボイラーやエンジンの高出力化及び低燃費化等に伴い、Ａ重油組成物としては、より高性能化の要望が年々高まっている。これら高性能ボイラーへの燃料としてＡ重油組成物を用いた場合、着火性の悪化や、煤の発生が増大するといった燃焼性に関する問題が生じることがある。

そこで、かかる問題を解決すべく、Ａ重油組成物の低温流動性を改善するための検討が行われており、低温流動性能の改善には灯油留分の増量、脱ろう基材の活用、重質油の配合（特許文献１）、残渣油の増量（特許文献２）、低温流動性向上剤の添加（非特許文献２）等が提案されている。
特開平０９−３３３５８３号公報 特開平０７−９７５８１号公報 野村宏次，「舶用燃料の科学」，１９９４年，ｐ．１６４−１６６

しかし、上述の各方法で得られるＡ重油組成物はそれぞれ次の点で改善の余地があり、いずれもＡ重油組成物として実用に供し得るには未だ十分とは言えない。すなわち、寒冷地仕様のＡ重油を製造するために灯油留分を配合すると、配合量が多すぎて引火点が障害となり安全上有効ではない。脱ろう基材を活用しても寒冷地で使用するにはワックス量が多く、低温性能を満足することはできない。重質油の増配合はワックス析出点（曇り点）の悪化につながる。残渣油の増量は燃焼ガス中の煤塵量が多くなる。さらに低温流動性向上剤の性能は、使用基材との相性によるところが多く、単に添加するだけでは寒冷地向けＡ重油の低温性能を向上させることはできない。
低温性能に優れたＡ重油組成物は、パラフィン量が少なくなり燃焼性が悪くなる場合が多い。また、容量当りの発熱量が高い場合もパラフィン量が少なくなり燃焼性が悪くなる場合が多い。このように、低温性能、燃焼性の両方を同時に満たすＡ重油組成物は得られていない。

ＪＩＳ１種重油規格を満たすＡ重油組成物は、ボイラー燃料やオフロード用ディーゼルエンジン燃料として用いられているが、近年Ａ重油組成物に使用されるボイラーの高出力化及び低燃費化等に伴い、異物を除去するために用いられているフィルターの目が細かくなり、Ａ重油組成物は、ガソリンや灯油に比べ重質分をより多く含んでいるため、低温時のワックス析出が問題となる可能性が高まっている。低温時におけるワックス析出は、燃料系統中の夾雑物防止用のフィルターを閉塞させ、最悪の場合燃料供給が不可能となる恐れがある。低温時のワックス析出を抑える方法としては、流動性向上剤を添加する方法が一般的であるが、実際の厳しい冬期の使用条件下では充分な効果が発揮できないのが現状である。また、従来は低温時のフィルター目詰まり性の判断に、目詰まり点による試験が用いられてきた。流動性向上剤を添加することにより、低温流動性が改善されるが、この試験方法は試料油の冷却速度が急冷（約４０℃／時間）であるため、実際の使用条件下とは大きく異なる。冷却速度が遅ければ遅いほど、析出するワックスが大きくなりフィルターの目詰まりを起こすことが知られており、目詰まり点による評価では不十分であることが分かっている（例えば、非特許文献３）。
「石油学会規格，Ａ重油の低温流動性試験方法基準（実機シミュレート法）」，ＪＰＩ−５Ｓ−４７−９６，ｐ．６−７

一般に、容量当りの発熱量が高く、低温性能に優れたＡ重油組成物は、前述の様にパラフィン量が少なくなるため燃焼性が悪くなる場合が多く、これら全ての性能を同時に満たすＡ重油組成物が望まれている。
このように、低燃費性、低温性能と燃焼性の全てを同時に満たすＡ重油組成物は得られていない。本発明の目的は、近年の高性能ボイラーの使用に耐え得り、冬期においてワックスによるフィルターの目詰まりを起こさないＡ重油組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、Ａ重油組成物の性状を制御することにより、燃焼性が高く、冬期においてワックスによるフィルターの目詰まりを起こさないことを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、下記の式（１）に示すｋが０.８３以上１．０５以下である低温性能および燃焼性に優れるＡ重油組成物に関する。
ｋ＝９２６／ρ−０．２１０Ｃ−０．０４６７ｌｎ（３Ａ） （１）
（式（１）中、ρは１５℃における密度（ｋｇ/ｍ^３）、Ｃは１０％残炭分（質量％）、３Ａは３環以上芳香族分（容量％）を表す。）

本発明で示すｋの値は数値が大きいほど、燃焼性が良くなることを示すが低温性能が悪くなる。従って、燃焼性および低温性能の両性能を満たすためにはｋの値は最適値が存在する。すなわち、本発明においては、ｋの値を特定範囲内に制御することにより、燃焼性が高く、冬期においてワックスによるフィルターの目詰まりを起こさないＡ重油組成物が得られたものである。

また本発明は、さらに修正目詰まり点が−８℃以下であることを特徴とする前記のＡ重油組成物に関する。

さらに本発明は、さらに着火時間が１．８秒以下であることを特徴とする前記のＡ重油組成物に関する。

本発明によれば、燃焼性が良く、近年の高性能ボイラーへの使用に耐え得り、冬期においてワックスによるフィルターの目詰まりを起こさない低温性能に優れるＡ重油組成物が得られる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のＡ重油組成物は、前記式（１）に示すｋが０.８３以上、１．０５以下であることが必要であり、０．８５以上、１．００以下であることが好ましい。式（１）に示すｋが０．８３より小さい場合、外燃機器用ボイラーにおいて着火性の悪化や、煤の発生が増大しやすくなる。また式（１）に示すｋが１．０５より大きい場合、低温性能が悪化し、冬期においてワックスによるフィルターの目詰まりを起こりやすくなる。

本発明において、１５℃における密度は、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」に準拠して得られた値を表すものを意味している。
本発明において、１０％残炭分は、ＪＩＳ Ｋ ２２７０「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により測定される残留炭素分（質量％）を意味する。
本発明において、３環以上芳香族分は、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−４７「炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」に準拠して得られる値（容量％）を意味する。

本発明のＡ重油組成物においては、修正目詰まり点が−８℃以下であることが好ましい。Ａ重油組成物の修正目詰まり点が−８℃より高い場合は、冬期においてワックスによるフィルターの目詰まりが起こりやすくなる。
ここで、修正目詰まり点とは、石油学会規格 ＪＰＩ−５S−４７−９６「Ａ重油の低温流動性試験方法」の解説に記載の修正法４で測定される値を意味する。

本発明のＡ重油組成物においては、着火時間が１．８秒以下となることが好ましい。Ａ重油組成物の着火時間が１．８秒より長い場合、外燃機器用ボイラーにおいて煤の発生が増大しやすくなる。
本発明において、着火時間は液滴燃焼装置を用いて測定する。具体的には、石英糸の先端に試料を１μｍｌ保持し、大気圧で、温度７５０℃の燃焼炉を被せ、燃焼させる。燃焼炉を被せてから燃焼するまでの時間が着火時間である。

本発明において用いられるＡ重油基材としては、常圧蒸留装置より得られる直留軽油留分またはその脱硫軽油留分、直留灯油留分またはその脱硫灯油留分、水素化分解軽油、水素化分解灯油、残油脱硫軽油留分、水素化脱硫軽油留分または水素化精製軽油留分の抽出によりノルマルパラフィン分を除去した残分である脱ノルマルパラフィン軽油留分、重質軽油留分、減圧軽油を脱硫した軽油、流動接触分解灯油が挙げられる。本発明においては、これらを１種または２種以上を併用しても良い。

本発明のＡ重油組成物には残留炭素基材を配合することができる。
残留炭素基材の種類は特に限定するものではないが、常圧残油、残油脱硫重油、減圧残油、スラリー油、エキストラクト油等が挙げられ、これらを単独、もしくは２種以上併用して用いる。ここで常圧残油とは、常圧蒸留装置で原油を常圧において蒸留して得られる残油である。残油脱硫重油とは、残油脱硫装置において常圧残油または減圧残油を脱硫したときに得られる重油である。減圧残油とは、減圧蒸留装置で常圧残油を減圧下で蒸留して得られる残油である。スラリー油とは、流動接触分解装置から得られる残油である。エキストラクト油とは、潤滑油原料用減圧蒸留装置からの留分を、溶剤抽出法により抽出分離したもののうち潤滑油に適さない芳香族成分のことである。

本発明のＡ重油組成物は、ＪＩＳ１種重油規格を満たすことが必要である。ＪＩＳ１種重油規格とは、ＪＩＳ Ｋ ２２０５「重油」に規定された「１種」を満足させる規格であり、具体的には引火点６０℃以上、流動点５℃以下、残留炭素分４質量％以下、５０℃における動粘度２０ｍｍ^２／ｓ以下、硫黄分２．０質量％以下、水分０．３容量％以下、灰分０．０５質量％以下であることが必要である。

本発明のＡ重油組成物の引火点は、ＪＩＳ１種重油規格の６０℃以上であることが必要であり、６２℃以上であることが好ましい。Ａ重油組成物の引火点が６０℃より低い場合、取り扱い時の安全性に問題が発生しやすくなる。
本発明において、引火点とは、ＪＩＳ Ｋ ２２６５「原油及び石油製品−引火点試験方法」に準拠して得られた値を表すものを意味している。

本発明のＡ重油組成物の流動点は、ＪＩＳ１種重油規格である５℃以下を満たす必要がある。さらに、低温流動性の観点から、２．５℃以下であることが好ましい。ここで流動点とは、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意味する。

本発明のＡ重油組成物における残留炭素分は、ＪＩＳ１種重油規格である４質量％以下を満たす必要がある。さらに、微小粒子やＰＭ低減の観点、並びにエンジンに搭載される排ガス後処理装置の性能維持の観点から、３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。ここでいう残留炭素分とは、ＪＩＳ Ｋ ２２７０「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により測定される残留炭素分を意味する。

本発明のＡ重油組成物の５０℃における動粘度は、３．０ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、２．８ｍｍ^２／ｓ以下であることがより好ましい。燃料油組成物の５０℃における動粘度が３．０ｍｍ^２／ｓより大きい場合、燃料噴射システム内部の抵抗が増加して噴射系が不安定化し、排出ガス中のＮＯｘ、ＰＭの濃度が高くなってしまう。
ここでいう動粘度とは、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意味する。

本発明のＡ重油組成物における硫黄分は、ＪＩＳ１種重油規格である２質量％以下を満たす必要がある。さらに、微小粒子やＰＭ低減の観点、並びにエンジンに搭載される排ガス後処理装置の性能維持の観点から、１．５質量％以下であることが好ましく、１質量％以下であることがより好ましい。ここでいう硫黄分とは、ＪＩＳ Ｋ ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により測定される残留炭素分を意味する。

本発明のＡ重油成物の水分の含有量は、ＪＩＳ１種重油規格である０.３容量％以下を満たす必要がある。さらに、部材への悪影響の観点から、０．２容量％以下であることが好ましく、０．１容量％以下であることがより好ましい。なお、本発明でいう水分とは、ＪＩＳ Ｋ ２２７５「水分試験方法（原油および石油製品）」によって測定される値を意味する。

本発明のＡ重油成物の灰分の含有量は、ＪＩＳ１種重油規格である０.０５質量％以下を満たす必要がある。さらに、微小粒子やＰＭ低減の観点から、０．０４質量％以下であることが好ましく、０．０３質量％以下であることがより好ましい。なお、本発明でいう灰分とは、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。

本発明のＡ重油組成物の蒸留性状については何ら制限はないが、通常は下記性状を満たすことが好ましい。
１０容量％留出温度（Ｔ１０）： １８０〜２８０℃
５０容量％留出温度（Ｔ５０）： ２４０〜３４０℃
９０容量％留出温度（Ｔ９０）： ２８０〜３８０℃
本発明において、上記蒸留性状は、ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」に準拠して得られる値を意味している。

本発明のＡ重油組成物のセタン指数については特に制限はないが、セタン指数は燃焼性の点から、３０以上であることが好ましく、３５以上であることがより好ましい。本発明において、セタン指数はＪＩＳ Ｋ ２２０４−１９９２「軽油」に準拠して得られた値を表すものを意味している。つまり次の式によって算出する。
セタン指数（Ｃ）＝0.49083＋1.06577（Ｘ）−0.0010522（Ｘ）²
［Ｘ=97.833(logＡ)²+2.2088ＢlogＡ+0.01247Ｂ²-423.51logＡ-4.7808Ｂ+419.59、
Ａ：（９／５）[101.3kPa(760mmHg)における５０容量％留出温度（℃）］＋３２、
Ｂ：ＡＰＩ度
（ただし、101.3kPa(760mmHg)における５０容量％留出温度（℃）は、ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」によって測定し、ＡＰＩ度は、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」によって１５℃の密度から換算して求める。）］

本発明のＡ重油組成物のＣＦＰＰ（目詰まり点）については特に制限はないが、冬期においてワックスによるフィルター目詰まりの防止の点により優れることから、−３℃以下であることが好ましく、−５℃以下であることがより好ましく、−７℃以下であることが最も好ましい。本発明において、ＣＦＰＰとは、ＪＩＳ Ｋ ２２８８「軽油−目詰まり点試験方法」に準拠して得られた値を表すものを意味している。

本発明のＡ重油組成物の窒素分については特に制限はないが、排ガス中の有害物質を低減するには、０．０２質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以下であることが最も好ましい。本発明において窒素分とは、ＪＩＳ Ｋ ２６０９「原油及び石油製品−窒素分試験方法」に準拠して得られた値を表すものを意味している。

また、本発明のＡ重油組成物には、必要に応じて添加剤を配合することができる。ここでいう添加剤としては、セタン価向上剤、酸化防止剤、安定化剤、分散剤、金属不活性化剤、微生物殺菌剤、助燃剤、帯電防止剤、識別剤、着色剤等の各種添加剤が挙げられ、これら添加剤を適宜加えることができる。これらの中でも、冬期においてワックスによるフィルター目詰まりを防止する効果により優れることから、流動性向上剤を添加することが好ましい。流動性向上剤としては、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−α−オレフィン共重合体等のポリマー型添加剤、油溶性分散剤型添加剤及びアルケルコハク酸等を用いることができる。また、流動性向上剤の添加量については何ら制限はないが、Ａ重油組成物全量基準で０．００１〜０．１質量％であることが好ましく、０．０１〜０．０５質量％であることがより好ましい。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらによってなんら限定されるものではない。

［実施例１〜２及び比較例１〜２］
実施例１〜２及び比較例１〜２のＡ重油組成物の性状を表１に記載した。各試料油（各組成物）について、低温流動性性能評価、燃焼性性能評価を下記の方法により行った。その結果を表２に記した。

（低温流動性性能評価）
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、温度精度±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−1１℃以下を良好（○）、−１０℃以上を不良（×）と判断した。得られた結果を表２に示す。

（燃焼性性能評価）
燃焼速度を測定することにより燃焼性の性能評価を行った。燃焼速度の遅い燃料は外燃機器用ボイラーの排ガスに悪影響を与え、特に近年の高性能ボイラーにおけるトラブルの主要原因となる。
ボイラーの燃焼性は液滴燃焼評価装置を用いて評価した。石英糸の先端に試料を１μｍｌ保持し、大気圧、温度７５０℃の燃焼炉を被せ、試料を燃焼させる。燃焼速度は燃焼時の試料半径の変化量をビデオ解析により求めた。燃焼速度が遅い場合、ボイラー燃焼において煤が発生しやすくなる。燃焼速度が０．８５ｍｍ^２／ｓ以上を良好（○）、０．８５ｍｍ^２／ｓ未満を不良（×）と判断した。得られた結果を表２に示す。

表２の結果から明らかなように、本発明にかかる実施例１、２のＡ重油組成物は、いずれも燃焼性に優れ、近年の高性能エンジンへ十分な性能を持ち、優れた低温時のフィルター通油性能に優れることが分かる。

Claims (2)

1. 下記の式（１）に示すｋが０．８９以上０．９５以下、１５℃におけるが密度８６４ｋｇ／ｍ ^３ 以上９０３ｋｇ／ｍ ^３ 以下、着火時間が１．８秒以下である低温性能および燃焼性に優れるＡ重油組成物。
   ｋ＝９２６／ρ−０．２１０Ｃ−０．０４６７ｌｎ（３Ａ） （１）
   （式（１）中、ρは１５℃における密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃは１０％残炭分（質量％）、３Ａは３環以上芳香族分（容量％）を表す。）
2. 修正目詰まり点が−８℃以下、５０℃における動粘度が２．８ｍｍ ^２ ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＡ重油組成物。