JP5191222B2

JP5191222B2 - 灯油組成物

Info

Publication number: JP5191222B2
Application number: JP2007311395A
Authority: JP
Inventors: 由希子澤渡; 泰幸小松; 野枝竹平
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2009132838A

Description

本発明は一般的な石油ストーブで用いられる灯油組成物に関する。

通常石油ストーブは、ＪＩＳＫ２２０３「灯油」で示される種類と規格（以下、ＪＩＳ灯油規格という。）をもとに機器設計されている。このＪＩＳ灯油規格を満たす灯油（以下、ＪＩＳ灯油という。）は原油を精製して作られるが、燃焼時に、煤や、人間にとって不快なにおいを発生する場合がある。そこで、ＪＩＳ灯油の煤やにおいの発生を抑える試みもなされ、その結果、煤やにおいは灯油に含まれる芳香族分や硫黄分によるものであり、硫黄分を含まないパラフィン系燃料を使用すれば、不快なにおいの発生を少なく出来る事が知られている（例えば特許文献１）。

一方、パラフィン系燃料油は、燃焼性の良いことから、ＪＩＳ灯油規格をもとに機器設計された石油芯式ストーブに用いた場合、安定した燃焼を保つことができないという懸念がある。そこで、この問題の解決のために、パラフィン含有量とその蒸留性状を所定の範囲に調整することで燃焼安定性を向上させる手法が提案されている（例えば特許文献２、３）。

更に、パラフィン系燃料油は、燃焼性の良いことから燃料消費量が上がるといった問題や、引火点の低下から消火時間が長くなる等の安全性についての問題がある。そこで、この問題の解決のために、パラフィン含有量とその蒸留性状を更に異なる所定の範囲に調整する手法（例えば特許文献４）や、パラフィン、シクロパラフィン、及びアルキル誘導体の含有率を調整する手法（例えば特許文献５）が提案されている。
特開昭６３−１５０３８０号公報特開２００５−１３９３８２号公報特開２００５−１３９３８３号公報特開２００５−１７９５３２号公報特開２００４−１８２８５４号公報

しかしながら、上記従来技術では、石油芯式ストーブにおける燃焼性をまだ十分に改善できないのが実情である。例えば、上記従来技術に基づいて調整した灯油は、燃焼機器の調整範囲内においては安定した燃焼をするものの、燃焼機器の最大燃焼時では火足が伸び過ぎてしまい機器の天板に炎があたる場合があった。石油ストーブの燃焼性のうち、火足の長さについて特に公的な規定はないものの、ＪＩＳＳ３０３１「石油燃焼機器の試験方法通則６．１．８ａ火力の調整」の項では、「１しん式機器は、点火後、燃焼調整装置（しん調節器又は油糧調節器）を調節して、取扱説明書などに示す正常な最大燃焼状態及び最小燃焼状態で試験を行う。」と規定されており、また、通常使用でも機器の最大燃焼時で安全を確認すべきとの観点から、最大燃焼時の火足の長さは、灯油の重要な評価項目といえる。

そこで、本発明の目的は、燃焼時における煤や不快なにおいの発生を抑えるものでありながら、石油芯式ストーブで用いても火足が伸び過ぎず、消火時間が短く、燃料消費量が少ない灯油組成物を提供することにある。

前記の問題を解決する為には、灯油組成物の組成、密度、蒸留性状などが特定の範囲であれば、この目的に適合しうる灯油組成物であることを見出し本発明を完成するに至った。即ち、上記課題は、次の（１）〜（８）の発明によって解決される。
（１）イソパラフィンが３５容量％以上
（２）蒸留性状初留点が１６５〜１９０℃、１０％留出温度が１７５〜２００℃、３０％留出温度が１８０〜２１０℃、９５％留出温度が２３５〜２４５℃
（３）密度（＠１５℃）が０．８１ｇ／ｃｍ^３以下
（４）蒸留１７０℃以下の留分が０〜２０容量％，且つ２４０℃以上の留分が１〜３０容量％
（５）硫黄分が０〜１０質量ｐｐｍ
（６）動粘度（＠４０℃）が１．８０ｍｍ^２／ｓ以下
（７）炭素数１０以下のパラフィンが１０．９〜４０容量％、炭素数９以下のパラフィンが２．１〜１０容量％、炭素数１０以下のノルマルパラフィンが３．３〜２２容量％、炭素数９以下のノルマルパラフィンが１．５〜１５容量％
（８）芳香族炭化水素が０〜１容量％

通常用いる石油ストーブは、ＪＩＳ灯油規格をもとに機器設計されている為、軽質なパラフィン、特にノルマルパラフィンを多く含む燃料では燃焼性が良い事から火足が伸び過ぎ、消火時間が長く、燃料消費量が増えるという特徴をもっている。これに対し、本発明の灯油組成物では、イソパラフィンを増やし、軽質なパラフィンを減らす事により、燃焼機器の調整範囲内のみならず、最大燃焼時においても火足が伸び過ぎることなく、消火時間が短く、燃料消費量も少ないものとなる。しかも、パラフィン系であることから、燃焼時における煤や不快なにおいの発生を抑えるものとなる。

以下、本発明の灯油組成物について詳しく説明する。
本発明の灯油組成物は、例えば、天然ガス、石炭等から部分酸化、スチームリフォーミング等で合成ガスを得て、フィッシャー・トロプシュ反応により長鎖のアルキル炭化水素重合油にし、その後水素化分解、蒸留を行い所望の物性を調整して得ることができる。また、原油を精製する工程で得られる各種石油留分を分解・合成・配合することで得ることもできる。ただし、その製法は、これらに限定されるものではない。

蒸留性状は、蒸留性状初留点が１６５〜１９０℃、１０％留出温度が１７５〜２００℃、３０％留出温度が１８０〜２１０℃、９５％留出温度が２３５〜２４５℃である。各留出温度が上記範囲よりも低い場合、芯式・放射形石油ストーブ最大燃焼使用時において、火足が伸び過ぎ、消火時間が長くなり安全な燃焼状態が保てず、また、燃料消費量も増加し経済性もよくないため好ましくない。更に、上記範囲よりも高い場合は、着火性が悪くなるなどの問題が生じる可能性があり好ましくない。より安全な燃焼状態のために、好ましくは初留点が１７０〜１８５℃、１０％留出温度が１８０〜１９５℃、３０％留出温度が１８５〜２００℃、９５％留出温度が２４０〜２４５℃である。なお、上記蒸留性状以外の留出温度は特に制限がないが、例えば５０％留出温度が１８０〜２１５℃、７０％留出温度が２００〜２２５℃、９０％留出温度が２２５〜２４０℃であることが好ましい。

また、留出温度が１７０℃以下の留分は、０〜２０容量％、好ましくは０〜１５容量％、特に好ましくは０〜５容量％で、且つ、２４０℃以上の留分は、１〜３０容量％、好ましくは３〜２０容量％である。１７０℃以下の軽質なパラフィン留分が多いと燃焼性が良すぎる為、火足が伸び過ぎ、消火時間が長くなり、燃料消費量が多くなる。また、２４０℃以上の留分が多過ぎると燃焼性が悪化し未燃焼炭化水素が増えることになるが、全く存在しない場合は軽質化し燃焼性が良くなり過ぎ、好ましくない。

なお、上記蒸留性状は、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法４．常圧法蒸留試験方法」により測定される各留出量における温度、及び各温度における留出量である。

密度は０．８１ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは０．７５ｇ／ｃｍ^３〜０．８１ｇ／ｃｍ^３、さらに好ましくは０．７５ｇ／ｃｍ^３〜０．８１ｇ／ｃｍ^３である。この密度が高くなると燃焼性が悪化する。ただし、密度があまりにも低すぎると暖気性に支障が出る可能性がある。ここで、密度は、ＪＩＳＫ２２４９「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」により測定される１５℃における密度である。

硫黄分は０〜１０質量ｐｐｍ、好ましくは０〜５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは０〜１ｐｐｍである。硫黄分含有量は、少ないほど、人間にとって不快な臭気が少なくなるため好ましい。逆に、１０ｐｐｍ以上であると臭気は強くなり好ましくない。ここで、硫黄分は、ＪＩＳＫ２５４１−２「原油及び石油製品−硫黄分試験方法第２部：微量電量滴定式酸化法」により測定される硫黄分である。

動粘度（＠４０℃）は１．８０ｍｍ^２／ｓ以下である。この動粘度が高くなると、芯式ストーブでの燃料の吸い上げが悪くなり、燃費が低下し、暖房性能を発揮できなくなる。ここで、動粘度（＠４０℃）は、ＪＩＳＫ２２８３「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４０℃における動粘度を意味する。

芳香族炭化水素含有量は、０〜１容量％、好ましくは０．５容量％以下である。この芳香族分炭化水素含有量が多くなると、ベンゼン、トルエン、キシレンなど芳香族化合物（以下、芳香族分ということがある）が増加すると共に、燃焼性が悪くなり、また人間にとって不快な臭気が強くなるので好ましくない。ここで、芳香族炭化水素含有量は、石油学会規格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」により測定される１環芳香族分と２環芳香族分と３環以上芳香族炭化水素分との総和であることを意味する。

イソパラフィンは３５容量％以上、好ましくは５０容量％以上、より好ましくは８５容量％以上であり、ノルマルパラフィンは、好ましくは５０容量％以下、更に好ましくは３０容量％以下である。ノルマルパラフィンが多くなると、灯油ストーブでは燃焼性が良すぎるので、火足が伸び、消火時間が長くなり、燃料消費量が多くなる。

炭素数１０（Ｃ１０）以下のパラフィンは、１０．９〜４０容量％、好ましくは１０．９〜２５容量％、特に好ましくは１０．９〜１５容量％である。また、炭素数９（Ｃ９）以下のパラフィンは、２．１〜１０容量％、好ましくは２．１〜７容量％である。加えて、Ｃ１０以下のノルマルパラフィンは、３．３〜２２容量％、好ましくは３．３〜１５容量％、特に好ましくは３．３〜１０容量％である。また、Ｃ９以下のノルマルパラフィンは、１．５〜１５容量％、好ましくは１．５〜１０容量％、特に好ましくは１．５〜７容量％である。

炭素数９、１０（Ｃ９、Ｃ１０）を主成分とする軽質なノルマルパラフィン、及びイソパラフィン類を含む灯油は、従来の灯油より密度が低くなり、燃焼性が良くなる。そのため、火足が伸び過ぎ、消火時間が長くなり、密度が低い事から、容積あたりの発熱量が小さくなり、燃料消費量が多くなる。従って、Ｃ１０、Ｃ９以下のパラフィンの割合を、中でもＣ１０、Ｃ９以下のノルマルパラフィンの割合を減らす必要がある。

ここで炭素数１０以下および炭素数９以下のパラフィンおよびノルマルパラフィン含有量は、ＡＳＴＭＤ２８８７「ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＢｏｉｌｉｎｇＲａｎｇｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＦｒａｃｔｉｏｎｂｙＧａｓＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」に準拠したガスクロマトグラフ法を用い、得られたクロマトグラムから各炭素数毎の炭化水素含有量を算出することによって得ることができる。
なお、ガスクロマトグラフ法におけるカラムの種類は、ＨＰ５（長さ：３０ｍ，内径：０．３２ｍｍ，液層厚さ：０．２５μｍ）であり、各分析条件は以下のとおりである。
カラム槽昇温条件：３５℃（５分）→１０℃／分（昇温）→３２０℃（１１．５分）
試料気化室条件：３２０℃一定スプリット比１５０：１
検出器部：３２０℃

通常用いる石油ストーブは、ＪＩＳ灯油規格をもとに機器設計されている為、軽質なパラフィン、特にノルマルパラフィンを多く含む燃料では燃焼性が良い事から火足が伸び過ぎ、消火時間が長く、燃料消費量が増えてしまう為、安全性、経済性の面で一般ストーブへの使用が難しい。そこで、イソパラフィンを増やし、Ｃ９、Ｃ１０の軽質なパラフィン、特にノルマルパラフィンを減らす事により上記に述べた燃焼における問題を解決し、燃焼機器の調整範囲内のみならず、最大燃焼時においても火足が伸びることなく、消火時間が短く、燃料消費量も少ないものとなる。しかも、パラフィン系であることから、燃焼時における煤や不快なにおいの発生を抑えるものとなる。

ＳＭＤＳ（ＳｈｅｌｌＭｉｄｄｌｅＤｉｓｔｉｌｌａｔｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓ）プロセスにより製造したノルマルパラフィンとイソパラフィンの混合油、又はこの混合油の蒸留性状、組成などをイソパラフィン溶剤を用いて調整した調整混合油からなる灯油組成物を得た。そして、それら灯油組成物について、以下のストーブ燃焼試験を行った。ただし、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。なお、ＳＭＤＳプロセスとは、天然ガスを部分酸化し、フィッシャー・トロプシュ合成により重質パラフィンを合成し、得られた重質パラフィン油を水素化分解・蒸留し、ナフサ、灯油、軽油留分を得るプロセスである。

＜ストーブ燃焼試験＞
実施例１、２、比較例１、２は、芯式放射型ストーブ、トヨトミＲＣ３２３Ｓ（燃費定格値：０．３１３Ｌ／Ｈ）を用い、実施例３、比較例３はコロナＳＸ２８（燃費定格値：０．２７５Ｌ／Ｈ）を用い、消火時間及び燃料消費量を測定し、表１に示す評価基準で燃焼状態を評価した。すべての試験は最大燃焼下で実施した。消火時間の計測は、ＪＩＳＳ３０３１「石油燃焼機器の試験方法通則」に準拠し、最大燃焼状態で２時間以上燃焼後に芯を下げ、消火作業をした時間から炎が目視で完全に消えるまでの時間を消火時間とした。試験は、炎を確認するため、暗室で実施した。燃料消費量の計測は、ＪＩＳＳ３０３１「石油燃焼機器の試験方法通則」に則って行い、燃費の評価については、一般灯油の測定値との差の比率を算出し、±１０％以内を合格とした。

灯油組成物の性状と、ストーブ燃焼試験の結果を表２に示す。

実施例１、実施例３はパラフィン系燃料にも関わらず、燃費、消化時間、燃焼状態ともに良好な結果となった。実施例２は、ノルマルパラフィンの増加、とりわけＣ１０以下のパラフィン分、ノルマルパラフィンが増加した影響で、その燃焼状態が、実施例１に比較するとやや劣るものの、実用上問題ない結果となった。これに対し、比較例１は、イソパラフィンが多いものの、軽質のパラフィン、ノルマルパラフィンも多く、実用性能に支障をきたす結果となった。また、比較例２、比較例３は、イソパラフィンが少なく、軽質のパラフィン、ノルマルパラフィンが多く、実用性能に支障をきたす結果となった。

Claims

以下の性状（１）〜（８）を満たすことを特徴とする灯油組成物。
（１）イソパラフィンが３５容量％以上
（２）蒸留性状初留点が１６５〜１９０℃、１０％留出温度が１７５〜２００℃、３０％留出温度が１８０〜２１０℃、９５％留出温度が２３５〜２４５℃
（３）密度（＠１５℃）が０．８１ｇ／ｃｍ^３以下
（４）蒸留１７０℃以下の留分が０〜２０容量％、且つ２４０℃以上の留分が１〜３０容量％
（５）硫黄分が０〜１０質量ｐｐｍ
（６）動粘度（＠４０℃）が１．８０ｍｍ^２／ｓ以下
（７）炭素数１０以下のパラフィンが１０．９〜４０容量％、炭素数９以下のパラフィンが２．１〜１０容量％、炭素数１０以下のノルマルパラフィンが３．３〜２２容量％、炭素数９以下のノルマルパラフィンが１．５〜１５容量％
（８）芳香族炭化水素が０〜１容量％