JP5178033B2 - Ｃ重油組成物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はＣ重油組成物に関し、詳しくは、ボイラー、ディーゼル機器、ガスタービン等の燃焼機器の燃料として用いられるＣ重油組成物に関する。

Ｃ重油は、ボイラー等の外燃機器燃料、大型船舶や発電用などの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。
様々な用途に用いられるＣ重油の中で、特に船舶用C重油は、諸外国などで積み込まれることもあり、燃焼障害が原因のエンジントラブルがしばしば生じており、大きな問題となっている。このため、着火性能、燃焼性能が優れ、燃焼障害を発生しないＣ重油の要望が高まっている（非特許文献１参照）。
このようなＣ重油の燃焼性を改善するものとして、特許文献１（特開平８−２７７３９６号公報）には、重質油を水および特定の非イオン性界面活性剤により水中油滴型重質油エマルジョンとして、エマルジョン粒子径および粘度を特定の範囲に制御して、さらに予備加熱後に燃焼させる方法が開示されている。
また、特許文献２（特開２００３−９６４７４号公報）には、接触分解軽質軽油（ＬＣＯ）を５０％以上含有し、かつセタン指数を規定することにより燃焼性の改善を図る方法が開示されている。
しかしながら、上記のように、近年、船舶用燃料油の品質は低質化が著しく、これに合わせて着火性および燃焼性も低下している。このために搭載する大型ディーゼル機関において燃焼障害が頻繁に発生し、発煙、排気温度の上昇、排気系の汚染、シリンダ、リングなどの異常摩耗などの原因ともなっており、これらは何れも現実的な解決策を示していない。
特開平８−２７７３９６号公報 特開２００３−９６４７４号公報 野村宏次，「舶用燃料の科学」，成山堂，１９９４年，ｐ．１６４−１６６

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、着火性能、燃焼性能が優れ、外燃機器、ディーゼル機器、ガスタービン機器などの燃焼機器を安定に運転することが可能なＣ重油組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の性状を有するＣ重油組成物により上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、燃料着火性試験機測定による着火遅れが１０ｍｓ以下、燃焼時間が２４ｍｓ以下であり、１５℃における密度が８５０ｋｇ／ｍ ^３ 以上１０００ｋｇ／ｍ ^３ 以下であること特徴とする外燃機器またはガスタービン機器に用いるＣ重油組成物に関する。
また本発明は、燃料着火性試験機測定による熱発生率が最高に達した時間から燃焼終了までの時間が１５ｍｓ以下であることを特徴とする前記記載のＣ重油組成物に関する。

本発明のＣ重油組成物は、着火性、燃焼性等の性能が優れたものである。従って、本発明のＣ重油組成物は、ボイラー等の外燃機器燃料、大型船舶や発電用などの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の燃料として非常に有用である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本発明のＣ重油組成物は燃料着火性試験機測定による着火遅れが１０ｍｓ以下、燃焼時間が２４ｍｓ以下であり、１５℃における密度が８５０ｋｇ／ｍ ^３ 以上１０００ｋｇ／ｍ ^３ 以下であることを特徴とする外燃機器またはガスタービン機器に用いるＣ重油組成物である。

本発明のＣ重油組成物の燃料着火性試験機測定による着火遅れは１０ｍｓ以下であることが必要である。ディーゼルエンジン機器を安定に運転するには、燃料が燃焼室内に噴射されて着火するまでの時間が短いことが有効であることから、燃料着火性試験機測定による着火遅れが１０ｍｓ以下であることが必要であり、好ましくは９ｍｓ以下であり、より好ましくは８ｍｓ以下である。

本発明のＣ重油組成物の燃料着火性試験機測定による燃焼時間は２４ｍｓ以下であることが必要である。ディーゼルエンジン機器を安定に運転するには、燃焼室内での火炎の長さが短いことが有効であることから、燃料着火性試験機測定による燃焼時間が２４ｍｓ以下であることが必要であり、好ましくは２２ｍｓ以下であり、より好ましくは２０ｍｓ以下である。

本発明において、燃料着火性試験機とは、フューエルテック社製の「Ｆｕｅｌ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｅｒ：ＦＩＡ−１００」であり、容積１Ｌ，圧力４．５ＭＰａ，温度４５０℃の空気で満たした定容燃焼室内に１２０℃に加熱した燃料を噴射圧力２０ＭＰａで約０．１ｍｌ噴射し、燃焼室内の圧力変化より着火遅れ時間や燃焼時間を測定する。
本発明において、着火遅れとは、燃焼室内圧力が初圧から０．０２ＭＰａ上昇した時の時間である。
本発明において、燃焼時間とは、最高圧力到達時間から着火遅れ時間を引いた時間である。

本発明のＣ重油組成物の燃料着火性試験機測定による熱発生率が最高に達した時間から燃焼終了までの時間が１５ｍｓ以下であることが好ましい。ディーゼルエンジン機器を安定に運転するには、燃焼室内での火炎の長さが短いことが有効であることから、燃料着火性試験機測定による熱発生率が最高に達した時間から燃焼終了までの時間が１５ｍｓ以下であることが好ましく、より好ましくは１２ｍｓ以下である。
本発明において、熱発生率とは燃焼室内圧力の時間微分値である。

本発明のＣ重油組成物の熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下（１００ｍｌ／分）での１０％重量減少温度が４００℃以下であることが好ましく、３５０℃以下であることがより好ましい。熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下での１０％重量減少温度が４００℃より高い場合、燃焼障害を起こしやすくなる。
本発明において、熱重量−示差熱分析とは、試料を所定の温度条件で昇温し、気化・熱分解等に伴う重量減少と気化・酸化・熱分解等に伴う熱量の変化を同時に計測する分析方法である。具体的には、試料約５ｍｇを内径５ｍｍのアルミニウム製パンに量りとり、ＲＩＧＡＫＵ社製Ｔｈｅｒｍｏｆｌｅｘ ＴＡＳ３００にセットする。次に、試料を室温から１０００℃まで１００℃／分で昇温する。

本発明のＣ重油組成物の熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下(１００ｍｌ/分)での５０％重量減少温度が６００℃以下であることが好ましく、５５０℃以下であることがより好ましい。熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下での５０％重量減少温度が６００℃より高い場合、燃焼障害を起こしやすくなる。

本発明のＣ重油組成物の熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下（１００ｍｌ／分）での９０％重量減少温度が８００℃以下であることが好ましく、７５０℃以下であることがより好ましい。熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下での９０％重量減少温度が８００℃より高い場合、燃焼障害を起こしやすくなる。

本発明のＣ重油組成物の１５℃密度（１５℃における密度）は８５０ｋｇ／ｍ^３以上であることが好ましく、８８０ｋｇ／ｍ^３以上であることがより好ましい。１５℃密度が８５０ｋｇ／ｍ^３未満の場合は容量当りの発熱量が小さくなる。
また、本発明のＣ重油組成物の１５℃密度（１５℃における密度）は１０００ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましい。１５℃密度が１０００ｋｇ／ｍ^３より大きい場合は、燃焼障害を発生しやすくなる。
本発明のＣ重油組成物の７０℃密度（７０℃における密度）は８００ｋｇ／ｍ^３以上であることが好ましく、８３０ｋｇ／ｍ^３以上であることがより好ましい。７０℃密度が８００ｋｇ／ｍ^３未満の場合は容量当りの発熱量が小さくなる。
また、本発明のＣ重油組成物の７０℃密度（７０℃における密度）は１０００ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、９５０ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましい。７０℃密度が１０００ｋｇ／ｍ^３より大きい場合は、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明において、密度とは、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」に準拠して得られる値を表すものを意味する。

本発明のＣ重油組成物の５０℃における動粘度は４００ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、３５０ｍｍ^２／ｓ以下であることがさらに好ましい。５０℃における動粘度が４００ｍｍ^２／ｓより高い場合、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明のＣ重油組成物の１００℃における動粘度は５０ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、４５ｍｍ^２／ｓ以下であることがさらに好ましい。１００℃における動粘度が５０ｍｍ^２／ｓより高い場合、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明において、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」に準拠して得られる値を意味する。

本発明のＣ重油組成物のＣＣＡＩは９５０以下であることが好ましく、９００以下であることがさらに好ましい。ＣＣＡＩが９５０より高い場合、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明において、ＣＣＡＩ（Calculated Carbon Aromatic Index）とは、芳香族含有量と着火性との関連に着目した指標であり、芳香族性を簡便的に重油の密度、粘度に代表させて次式で算出される。
ＣＣＡＩ＝Ｄ−１４０．７ｌｏｇ{ｌｏｇ（Ｖ＋０．８５）}−８０．６
ここで、Ｄは密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｖは動粘度（ｍｍ^２／ｓ＠５０℃）を示す。

本発明のＣ重油組成物の残留炭素分は、３０質量％以下であることが好ましく、２５質量％以下であることがさらに好ましい。残留炭素分が３０質量％より高い場合、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明において残留炭素分とは、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Ｃ重油組成物の灰分は、０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。灰分が０．２質量％より多い場合、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明おいて、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」に準拠して得られる値を意味する。

本発明のＣ重油組成物のバナジウム含有量は、１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、８０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。バナジウムの含有量が１００質量ｐｐｍより多い場合、燃焼障害が発生しやすくなる。
本発明おいて、バナジウム含有量とは、ＪＰＩ−５Ｓ−１１「重油中のバナジウム分試験方法」に準拠して得られる値を意味する。

本発明のＣ重油組成物の硫黄分は８質量％以下であることが好ましく、６質量％以下であることがより好ましい。硫黄分が８質量％より多い場合はエンジンからの排出ガスの悪化が懸念される。
本発明において硫黄分とは、ＪＩＳ Ｋ ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により測定される値を意味する。

本発明のＣ重油組成物の窒素分は１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。窒素分が１質量％より多い場合はエンジンからの排出ガスの悪化が懸念される。
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」により測定される値を意味する。

本発明のＣ重油組成物の水分は、１容量％以下であることが好ましく、０．５容量％以下であることがより好ましい。水分が１容量％より多い場合、冬季では氷となって析出し、金属腐食やフィルター目詰まりを引き起こしやすくなる。
なお、本発明でいう水分とは、ＪＩＳ Ｋ ２２７５「原油及び石油製品−水分試験方法」により測定される値を意味する。

本発明のＣ重油組成物の引火点は、取り扱い上の安全性の点から、７０℃以上であることが好ましく、より好ましくは７２℃以上である。
なお、本発明でいう引火点とは、ＪＩＳ Ｋ ２２６５「原油及び石油製品−引火点試験方法」のペンスキーマルテン密閉式で測定される値を意味する。

本発明のＣ重油組成物の流動点は、２５℃以下であることが好ましく、より好ましくは２０℃以下、さらに好ましくは１５℃以下である。流動点が２５℃より高い場合は、冬季に燃料の流動性が低下し、燃焼機器への供給が滞るため好ましくない。
なお、本発明でいう流動点は、ＪＩＳ Ｋ ２２６９「原油および石油製品の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」により測定される値を意味する。

本発明のＣ重油組成物に用いられる基材（Ｃ重油基材）としては、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る。これらのＣ重油基材は、１種を単独で用いてもよく、２種以上併用して用いることができる。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Ｃ重油組成物は、添加剤として、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を含有することもできる。
上述の添加剤は、常法に従い合成したものを用いてもよく、また市販の添加剤を用いてもよい。なお、市販されている添加剤は、その添加剤が目的としている効果に寄与する有効成分を適当な溶剤で希釈している場合もある。有効成分が希釈されている市販添加剤を使用する場合には、Ｃ重油組成物中の性状が上記の条件を満たすように市販添加剤を添加することが好ましい。なお、添加量としては任意であるが、Ｃ重油組成物全量基準で、通常０．５質量％以下、好ましくは０．２質量％以下である。

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１〜３及び比較例１］
実施例１〜３及び比較例１のＣ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、燃焼性性能を下記の方法により評価した。その結果を表２に記した。

（燃焼性性能評価）
燃焼性は、熱重量−示差熱分析による燃えきり温度で評価を行った。
試料油約１０ｍｇを内径５ｍｍのアルミニウム製パンに量りとり、ＲＩＧＡＫＵ社製Ｔｈｅｒｍｏｆｌｅｘ ＴＡＳ３００にセットした。次に、空気雰囲気下（１００ｍｌ／分）で試料油を室温から１０００℃まで１００℃／分で昇温した。そして発熱が終わったところの温度を燃えきり温度とする。燃えきり温度が７８０℃未満を燃料性良好（○）、７８０℃以上を燃料性不良（×）と判断した。

表２の結果から明らかなように、本発明にかかる実施例１〜３のＣ重油組成物は、燃焼性に優れることが分かる。

Claims (5)

1. Ｃ重油基材を２種以上混合することにより、燃料着火性試験機測定による着火遅れが１０ｍｓ以下、燃焼時間が２４ｍｓ以下であり、１５℃における密度が８５０ｋｇ／ｍ^３以上１０００ｋｇ／ｍ^３以下、５０℃における動粘度が１４ｍｍ ^２ ／ｓ以上１７８ｍｍ ^２ ／ｓ以下、ＣＣＡＩが８１４以上８８８以下であるＣ重油組成物を得ることを特徴とする外燃機器またはガスタービン機器に用いるＣ重油組成物の製造方法。
2. 燃料着火性試験機測定による熱発生率が最高に達した時間から燃焼終了までの時間が１５ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣ重油組成物の製造方法。
3. 熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下での１０％重量減少温度が４００℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＣ重油組成物の製造方法。
4. 熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下での５０％重量減少温度が６００℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＣ重油組成物の製造方法。
5. 熱重量−示差熱分析による窒素雰囲気下での９０％重量減少温度が８００℃以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＣ重油組成物の製造方法。