WO2010058579A1 - 航空燃料油基材および航空燃料油組成物 - Google Patents

航空燃料油基材および航空燃料油組成物 Download PDF

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小山成
濱松辰雄
井口靖敏
壱岐英
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新日本石油株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an aviation fuel oil base material and an aviation fuel oil composition.
  • biomass energy derived from plants can effectively use carbon immobilized from carbon dioxide in the atmosphere by photosynthesis during the growth process of plants, so it does not lead to an increase in carbon dioxide in the atmosphere from the viewpoint of the life cycle, so-called It has the property of being carbon neutral.
  • Biomass fuel is also very promising as an alternative energy for oil from the viewpoint of depletion of petroleum resources and rising crude oil prices.
  • FAME fatty acid methyl ester oils
  • triglyceride which is a general structure of animal and vegetable oils
  • This FAME is considered to be used not only for diesel fuel but also for aviation fuel oil, so-called jet fuel.
  • Airplanes are heavily fueled and have been greatly affected by the recent rise in crude oil prices. Under such circumstances, biomass fuel is attracting attention as an important item that plays a role as an alternative to petroleum as well as preventing global warming.
  • biomass fuel is attracting attention as an important item that plays a role as an alternative to petroleum as well as preventing global warming.
  • airlines are experimenting with the use of mixed FAMEs in petroleum-based jet fuel.
  • FAME also has concerns about low temperature performance and oxidation stability.
  • aviation fuel is exposed to extremely low temperatures when flying at high altitudes, so extremely strict low-temperature performance standards are established.
  • FAME is mixed with petroleum-based JET fuel.
  • the amount of mixing is unavoidable and the concentration must be low.
  • oxidation stability the addition of antioxidants is stipulated in the aviation fuel standard, but considering the stability as a base material, the mixing ratio must be limited to a low concentration as well as low temperature performance. I don't get it.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an aviation fuel base material and an aviation fuel composition which are excellent in combustibility and oxidation stability and have excellent life cycle characteristics.
  • the present invention provides a raw material oil composed of a mixed oil of an oxygen-containing hydrocarbon compound and a sulfur-containing hydrocarbon compound derived from animal and plant fats or oils, or a petroleum-based base material obtained by further purifying crude oil or the like into the mixed oil.
  • the present invention relates to an aviation fuel oil base material obtained by hydrotreating a mixed raw material oil.
  • the present invention provides the support comprising the porous inorganic oxide in which the hydrogenation treatment includes two or more elements selected from aluminum, silicon, zirconium, boron, titanium, and magnesium in the presence of hydrogen.
  • the hydrogenation treatment includes two or more elements selected from aluminum, silicon, zirconium, boron, titanium, and magnesium in the presence of hydrogen.
  • a catalyst supporting one or more metals selected from Group 6A and Group 8 elements of the periodic table hydrogen pressure of 2 to 13 MPa, liquid space velocity of 0.1 to 3.0 h ⁇ 1 , hydrogen /
  • the present invention relates to the above-mentioned aviation fuel oil base material, comprising a step of hydrotreating the raw material oil under conditions of an oil ratio of 150 to 1500 NL / L and a reaction temperature of 150 to 480 ° C.
  • the hydrotreating oil obtained in the hydrotreating step is further selected from aluminum, silicon, zirconium, boron, titanium, magnesium and zeolite in the presence of hydrogen.
  • a catalyst comprising a porous inorganic oxide support composed of a metal selected from Group 8 elements of the periodic table, a hydrogen pressure of 2 to 13 MPa, a liquid space velocity of 0.1 to 3.0 h -1 , the aviation fuel oil base material according to any one of the above, further comprising a isomerization treatment under conditions of a hydrogen / oil ratio of 250 to 1500 NL / L and a reaction temperature of 150 to 380 ° C. It is.
  • the present invention also relates to an aviation fuel oil composition
  • an aviation fuel oil composition comprising the aviation fuel oil base material as described above.
  • the present invention also relates to an aviation fuel composition
  • an aviation fuel composition comprising the aviation fuel base material according to any one of the above and an aviation fuel base material obtained by refining crude oil or the like. .
  • the present invention contains one or more additives selected from an antioxidant, an antistatic agent, a metal deactivator, and an anti-icing agent, and the aviation fuel oil according to any one of the above, It relates to a composition.
  • the present invention also relates to an aviation fuel oil composition as described in any one of the above, characterized by satisfying the standard value of JIS K2209 “aviation turbine fuel oil”.
  • the environment low load type aviation fuel oil base material and aviation fuel oil composition which have the combustibility, oxidation stability, and the life cycle characteristic excellent from the carbon neutral characteristic, and contribute to primary energy diversification Is provided.
  • the present invention contains a raw material oil composed of a mixed oil of oxygen-containing hydrocarbon compounds and sulfur-containing hydrocarbon compounds derived from animal and plant oils or fats, or a petroleum-based base material obtained by further refining crude oil or the like to the mixed oil Is used.
  • animal and vegetable oils examples include beef tallow, rapeseed oil, soybean oil, and palm oil.
  • any oil or fat may be used as the animal or vegetable oil or fat, and waste oil after using these oils or fats may be used.
  • vegetable oils and fats are preferred from the viewpoint of carbon neutral, and from the viewpoint of kerosene fraction yield after hydrogenation treatment, the composition ratio (fatty acid composition) of each fatty acid group having 10 to 14 carbon atoms in the fatty acid carbon chain. A sum of 60% by mass or more is preferable, and coconut oil and palm kernel oil are preferable as vegetable oils and fats considered from this viewpoint.
  • the fatty acid composition is methyl prepared according to the standard oil analysis method (established by the Japan Oil Chemists' Society) (1991) “2.4.20.2-91 Preparation of fatty acid methyl ester (boron trifluoride-methanol method)”. Establish the ester oil analysis test method (established by the Japan Oil Chemists' Society) (1993) “2.4.21.3-77 fatty acid composition (FID temperature rising gas romatograph) using a temperature rising gas chromatograph equipped with a flame ionization detector (FID). It is a value obtained according to “method)” and indicates the constituent ratio (% by mass) of each fatty acid group constituting the oil or fat.
  • FID flame ionization detector
  • Oxygenated hydrocarbon compounds derived from animal and vegetable oils and fats are generally compounds having a fatty acid triglyceride structure, but may contain other oxygenated hydrocarbon compounds processed into ester bodies such as fatty acids and fatty acid methyl esters. .
  • ester bodies such as fatty acids and fatty acid methyl esters.
  • components having a triglyceride structure are mainly used as animal and vegetable oils and fats from the viewpoint of reducing carbon dioxide emissions.
  • the proportion of the compound having a triglyceride structure in the oxygenated hydrocarbon compound contained in the raw oil is preferably 90 mol% or more, more preferably 92 mol% or more, and 95 mol% or more. More preferably.
  • the sulfur-containing hydrocarbon compound contained in the raw material oil is not particularly limited, and specific examples include sulfides, disulfides, polysulfides, thiols, thiophenes, benzothiophenes, dibenzothiophenes, and derivatives thereof.
  • the sulfur-containing hydrocarbon compound contained in the feedstock oil may be a single compound or a mixture of two or more. Further, a petroleum hydrocarbon fraction containing a sulfur content may be used as the sulfur-containing hydrocarbon compound.
  • the sulfur content contained in the raw material oil is preferably 1 to 50 mass ppm, more preferably 5 to 30 mass ppm, still more preferably 10 to 20 mass ppm in terms of sulfur atoms, based on the total amount of the raw material oil. .
  • the sulfur content in the present invention means the mass content of the sulfur content measured according to the method described in JIS K2541 “Sulfur content test method” or ASTM-5453.
  • the sulfur-containing hydrocarbon compound contained in the raw material oil may be mixed in advance with the oxygen-containing hydrocarbon compound derived from the animal and plant oil and fat, and the mixture may be introduced into the reactor of the hydrorefining device, or derived from the animal and vegetable oil and fat.
  • the oxygen-containing hydrocarbon compound to be introduced into the reactor it may be supplied before the reactor.
  • a petroleum-based base material obtained by further refining crude oil or the like may be contained in a mixed oil of an oxygen-containing hydrocarbon compound and a sulfur-containing hydrocarbon compound derived from animal and plant fats and oils.
  • a petroleum base material obtained by refining crude oil or the like is obtained by a reaction such as a fraction obtained by atmospheric distillation or vacuum distillation of crude oil, hydrodesulfurization, hydrocracking, fluid catalytic cracking, catalytic reforming, etc. Such as fractions.
  • the sulfur content contained in the raw material oil satisfies the above-mentioned predetermined concentration range, one or more kinds of these fractions can be contained in the raw material oil.
  • the petroleum-based base material obtained by refining crude oil or the like may be a chemical-derived compound or a synthetic oil obtained via a Fischer-Tropsch reaction.
  • the content of the petroleum-based base material obtained by refining crude oil or the like in the feedstock is not particularly limited, but is preferably 20 to 70% by volume, more preferably 30 to 60% by volume.
  • the aviation fuel base material of the present invention can be obtained by hydrotreating the feedstock.
  • the hydrotreatment preferably includes the following hydrotreatment steps.
  • the hydrotreating conditions are as follows: the hydrogen pressure is 2 to 13 MPa, the liquid space velocity is 0.1 to 3.0 h ⁇ 1 , and the hydrogen / oil ratio is 150 to 1500 NL / L.
  • the hydrogen pressure is 2 to 13 MPa
  • the liquid space velocity is 0.1 to 3.0 h ⁇ 1
  • the hydrogen / oil ratio is 150 to 1500 NL / L
  • the hydrogen pressure is 3
  • Even more desirable are conditions of ⁇ 10.5 MPa, liquid hourly space velocity of 0.25 ⁇ 1.0 h ⁇ 1 , and hydrogen / oil ratio of 300 ⁇ 1000 NL / L. All of these conditions are factors that influence the reaction activity. For example, when the hydrogen pressure and the hydrogen / oil ratio are less than the lower limit values, there is a risk of causing a decrease in reactivity or a rapid decrease in activity. When the pressure and the hydrogen / oil ratio exceed the upper limit values, there is a possibility that excessive equipment investment such as a compressor may be required. The lower the liquid space velocity, the more advantageous the reaction. However, if the liquid space velocity is less than the lower limit, a very large reaction tower volume is required, which tends to result in excessive capital investment. Tend not to progress sufficiently.
  • the reaction temperature can be arbitrarily set in order to obtain the target decomposition rate of the raw material heavy oil fraction or the target fraction yield.
  • the average temperature of the entire reactor is generally preferably in the range of 150 to 480 ° C., desirably 200 to 400 ° C., and more desirably 260 to 360 ° C.
  • the reaction temperature is lower than 150 ° C, the reaction may not proceed sufficiently.
  • the reaction temperature exceeds 480 ° C, the decomposition proceeds excessively, and the liquid product yield tends to decrease.
  • a support made of a porous inorganic oxide containing two or more elements selected from aluminum, silicon, zirconium, boron, titanium and magnesium is used as a catalyst for the hydrogenation treatment.
  • a catalyst carrying a metal selected from these elements is used as a catalyst for the hydrogenation treatment.
  • a porous inorganic oxide composed of two or more elements selected from aluminum, silicon, zirconium, boron, titanium and magnesium is used.
  • it is a porous inorganic oxide containing alumina, and other carrier constituents include silica, zirconia, boria, titania, magnesia and the like.
  • it is a complex oxide containing at least one selected from alumina and other constituent components.
  • phosphorus may be included as another component.
  • the total content of components other than alumina is preferably 1 to 20% by weight, more preferably 2 to 15% by weight.
  • the total content of components other than alumina is less than 1% by weight, a sufficient catalyst surface area cannot be obtained and the activity may be lowered.
  • the content exceeds 20% by weight the acid content of the carrier Properties may increase, leading to a decrease in activity due to coke formation.
  • phosphorus is included as a carrier constituent, its content is preferably 1 to 5% by weight, more preferably 2 to 3.5% by weight in terms of oxide.
  • the raw material to be a precursor of silica, zirconia, boria, titania, and magnesia, which are carrier components other than alumina, is not particularly limited, and a solution containing general silicon, zirconium, boron, titanium, or magnesium can be used.
  • magnesium magnesium nitrate or the like can be used.
  • phosphorus phosphoric acid or an alkali metal salt of phosphoric acid can be used.
  • the raw materials for the carrier constituents other than alumina be added in any step prior to the firing of the carrier.
  • it may be added to an aluminum aqueous solution in advance and then an aluminum hydroxide gel containing these components, may be added to a prepared aluminum hydroxide gel, or water or an acidic aqueous solution may be added to a commercially available alumina intermediate or boehmite powder.
  • a method of coexisting at the stage of preparing aluminum hydroxide gel is more desirable.
  • the active metal of the hydrotreating catalyst contains at least one metal selected from Group 6A and Group 8 metals of the periodic table, preferably two or more metals selected from Groups 6A and 8 Contains.
  • metals selected from Groups 6A and 8 Contains For example, Co—Mo, Ni—Mo, Ni—Co—Mo, Ni—W and the like can be mentioned. In the hydrogenation treatment, these metals are converted into sulfides and used.
  • the content of the active metal is, for example, the total supported amount of W and Mo is preferably 12 to 35% by weight, more preferably 15 to 30% by weight based on the catalyst weight in terms of oxide. If the total supported amount of W and Mo is less than 12% by weight, the activity may decrease due to a decrease in the number of active points. If it exceeds 35% by weight, the metal is not effectively dispersed and is similarly active. May lead to a decrease in The total supported amount of Co and Ni is preferably 1.5 to 10% by weight, more preferably 2 to 8% by weight based on the catalyst weight in terms of oxide. If the total supported amount of Co and Ni is less than 1.5% by weight, a sufficient cocatalyst effect may not be obtained and the activity may be reduced. If it is more than 10% by weight, the metal is effective. In the same manner, there is a possibility of causing activity.
  • the method for supporting the active metal on the carrier is not particularly limited, and a known method applied when producing a normal desulfurization catalyst can be used.
  • a method of impregnating a catalyst carrier with a solution containing a salt of an active metal is preferably employed.
  • an equilibrium adsorption method, a pore-filling method, an incident-wetness method, and the like are preferably employed.
  • the pore-filling method is a method in which the pore volume of the support is measured in advance and impregnated with the same volume of the metal salt solution, but the impregnation method is not particularly limited, and the amount of metal supported Further, it can be impregnated by an appropriate method depending on the physical properties of the catalyst support.
  • the reactor type of the hydrogenation process may be a fixed bed system. That is, hydrogen can take either a countercurrent or a cocurrent flow with respect to the raw material oil, or a combination of countercurrent and cocurrent flow having a plurality of reaction towers. As a general format, it is a down flow, and a gas-liquid twin parallel flow format can be adopted.
  • the reactors may be used singly or in combination, and a structure in which one reactor is divided into a plurality of catalyst beds may be adopted.
  • the hydrotreated oil hydrotreated in the reactor is fractionated into predetermined fractions through a gas-liquid separation process, a rectification process, and the like.
  • gas-liquid separation equipment and other by-products are formed between the reactors and in the product recovery process.
  • a gas removal device may be installed.
  • a high-pressure separator or the like can be preferably exemplified.
  • hydrogen gas is introduced from the inlet of the first reactor before or after passing through the heating furnace, but separately from this, the temperature in the reactor is controlled and the reactor is as much as possible. It may be introduced between the catalyst beds or between a plurality of reactors in order to maintain the hydrogen pressure throughout.
  • the hydrogen thus introduced is referred to as quench hydrogen.
  • the ratio of quench hydrogen to hydrogen introduced accompanying the feedstock is preferably 10 to 60% by volume, more preferably 15 to 50% by volume. When the ratio of quench hydrogen is less than 10%, the reaction at the subsequent reaction site may not proceed sufficiently, and when it exceeds 60% by volume, the reaction near the reactor inlet may not proceed sufficiently.
  • the raw material oil when hydrotreating the raw material oil, in order to suppress the heat generation amount in the hydrotreating reactor, the raw material oil may contain a specific amount of recycled oil. it can.
  • the content of the recycled oil is preferably 0.5 to 5 times by mass with respect to the oxygenated hydrocarbon compound derived from animal and plant oils and fats, and the ratio is appropriately set within the above range according to the maximum use temperature of the hydrotreating reactor. Can be determined. Assuming that the specific heat of both is the same, if the two are mixed one-on-one, the temperature rise is half that of the case where the substance derived from animal and vegetable fats and oils is reacted alone. If it exists, it is because the reaction heat can fully be reduced.
  • the content of recycled oil is more than 5 times the mass of the oxygen-containing hydrocarbon compound, the concentration of the oxygen-containing hydrocarbon compound decreases and the reactivity decreases, and the flow rate of piping etc. increases and the load is increased. Increase.
  • the content of the recycled oil is less than 0.5 times the mass of the oxygen-containing hydrocarbon compound, the temperature rise cannot be sufficiently suppressed.
  • the mixing method of the raw material oil and the recycled oil is not particularly limited.
  • the raw material oil may be mixed in advance and the mixture may be introduced into the reactor of the hydrotreating apparatus, or when the raw material oil is introduced into the reactor, the reactor You may supply in the front
  • a plurality of reactors can be connected in series and introduced between the reactors, or the catalyst layer can be divided and introduced between the catalyst layers in a single reactor.
  • Recycled oil may contain a portion of hydrotreated oil obtained by removing by-product water, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, etc. after hydrotreating the feedstock oil. preferable.
  • the hydrotreatment of the present invention may include a step of further isomerizing the hydrotreated oil obtained in the hydrotreating step.
  • the sulfur content contained in the hydrotreated oil that is the raw material oil for the isomerization treatment is preferably 1 mass ppm or less, and more preferably 0.5 mass ppm or less. If the sulfur content exceeds 1 ppm by mass, the progress of hydroisomerization may be hindered. In addition, for the same reason, the reaction gas containing hydrogen introduced together with the hydrotreated oil needs to have a sufficiently low sulfur concentration, and is preferably 1 ppm by volume or less, and 0.5 volume. More preferably, it is ppm or less.
  • the isomerization treatment step is preferably performed in the presence of hydrogen under the conditions of a hydrogen pressure of 2 to 13 MPa, a liquid space velocity of 0.1 to 3.0 h ⁇ 1 , and a hydrogen / oil ratio of 250 to 1500 NL / L. More preferably, the hydrogen pressure is 2.5 to 10 MPa, the liquid space velocity is 0.5 to 2.0 h ⁇ 1 , and the hydrogen / oil ratio is 380 to 1200 NL / L. It is more desirable to carry out under the conditions of 8 MPa, the liquid space velocity is 0.8 to 1.8 h ⁇ 1 , and the hydrogen / oil ratio is 350 to 1000 NL / L. All of these conditions are factors that influence the reaction activity.
  • the hydrogen pressure and the hydrogen / oil ratio are less than the lower limit values, there is a risk of causing a decrease in reactivity or a rapid decrease in activity.
  • the hydrogen / oil ratio exceeds the upper limit, excessive equipment investment such as a compressor may be required.
  • the lower the liquid space velocity the more advantageous the reaction.
  • a very large reaction tower volume is required, which tends to result in excessive capital investment. Tend not to progress sufficiently.
  • the reaction temperature in the isomerization treatment step can be arbitrarily set in order to obtain the desired decomposition rate or the desired fraction yield of the heavy oil feed fraction, but it should be in the range of 150 to 380 ° C. Is preferable, the range of 240 to 380 ° C. is more preferable, and the range of 250 to 365 ° C. is particularly preferable.
  • the reaction temperature is lower than 150 ° C., sufficient hydroisomerization reaction may not proceed.
  • the reaction temperature is higher than 380 ° C., excessive decomposition or other side reaction proceeds, resulting in a liquid product fraction. There is a risk of lowering.
  • a metal selected from elements of Group 8 of the periodic table on a carrier made of a porous inorganic oxide composed of a material selected from aluminum, silicon, zirconium, boron, titanium, magnesium and zeolite A catalyst in which one or more of these are supported is used.
  • the porous inorganic oxide used as the support for the isomerization catalyst include alumina, titania, zirconia, boria, silica, and zeolite. In the present invention, among these, among titania, zirconia, boria, silica, and zeolite. What consists of at least 1 type and an alumina is preferable.
  • the production method is not particularly limited, but any preparation method can be employed using raw materials in various sols, salt compounds, and the like corresponding to each element.
  • the composite hydroxide or composite oxide such as silica alumina, silica zirconia, alumina titania, silica titania, and alumina boria
  • the ratio of alumina to other oxides can be any ratio with respect to the support, but preferably alumina is 90% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, preferably Is 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more.
  • Zeolite is a crystalline aluminosilicate, such as faujasite, pentasil, mordenite, etc., which is ultra-stabilized by a predetermined hydrothermal treatment and / or acid treatment, or one whose alumina content in the zeolite is adjusted is used. be able to.
  • faujasite and mordenite particularly preferably Y type and beta type are used.
  • the Y type is preferably ultra-stabilized, and the zeolite that has been super-stabilized by hydrothermal treatment forms new pores in the range of 20 to 100 mm in addition to the original pore structure called micropores of 20 mm or less.
  • Known conditions can be used for the hydrothermal treatment conditions.
  • the active metal of the isomerization catalyst one or more metals selected from Group 8 elements of the periodic table are used.
  • these metals it is preferable to use one or more metals selected from Pd, Pt, Rh, Ir, Au, and Ni, and it is more preferable to use them in combination.
  • Suitable combinations include, for example, Pd—Pt, Pd—Ir, Pd—Rh, Pd—Au, Pd—Ni, Pt—Rh, Pt—Ir, Pt—Au, Pt—Ni, Rh—Ir, Rh— Examples thereof include Au, Rh—Ni, Ir—Au, Ir—Ni, Au—Ni, Pd—Pt—Rh, Pd—Pt—Ir, and Pt—Pd—Ni.
  • the total content of active metals based on the catalyst mass is preferably 0.1 to 2% by mass, more preferably 0.2 to 1.5% by mass, and 0.5 to 1.3% by mass as the metal. Even more preferred. If the total supported amount of the metal is less than 0.1% by mass, the active sites tend to decrease and sufficient activity cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 2% by mass, the metal is not effectively dispersed and sufficient activity tends not to be obtained.
  • the method for supporting the active metal on the support is not particularly limited, and a known method applied when producing a normal desulfurization catalyst can be used.
  • a method of impregnating a catalyst carrier with a solution containing a salt of an active metal is preferably employed.
  • an equilibrium adsorption method, a pore-filling method, an incident-wetness method, and the like are preferably employed.
  • the pore-filling method is a method in which the pore volume of the support is measured in advance and impregnated with the same volume of the metal salt solution, but the impregnation method is not particularly limited, and the amount of metal supported Further, it can be impregnated by an appropriate method depending on the physical properties of the catalyst support.
  • the isomerization catalyst used in the present invention is preferably subjected to a reduction treatment of active metal contained in the catalyst before being subjected to the reaction.
  • the reduction conditions are not particularly limited, but the reduction is performed by treatment at a temperature of 200 to 400 ° C. in a hydrogen stream.
  • the treatment is preferably performed in the range of 240 to 380 ° C.
  • the reduction temperature is less than 200 ° C., the reduction of the active metal does not proceed sufficiently and the hydrodeoxygenation and hydroisomerization activity may not be exhibited. Further, when the reduction temperature exceeds 400 ° C., the aggregation of the active metal proceeds, and there is a possibility that the activity cannot be exhibited similarly.
  • the reactor type for the isomerization treatment may be a fixed bed system. That is, hydrogen can take either a countercurrent or a cocurrent flow with respect to the raw material oil, or a combination of countercurrent and cocurrent flow having a plurality of reaction towers. As a general format, it is a down flow, and a gas-liquid twin parallel flow format can be adopted.
  • the reactors may be used singly or in combination, and a structure in which one reactor is divided into a plurality of catalyst beds may be adopted.
  • hydrogen gas is introduced from the inlet of the first reactor before or after passing through the heating furnace, but separately from this, the temperature in the reactor is controlled and the reactor is as much as possible. It may be introduced between the catalyst beds or between a plurality of reactors in order to maintain the hydrogen pressure throughout.
  • the hydrogen thus introduced is referred to as quench hydrogen.
  • the ratio of quench hydrogen to hydrogen introduced accompanying the feedstock is preferably 10 to 60% by volume, more preferably 15 to 50% by volume. When the ratio of quench hydrogen is less than 10% by volume, the reaction at the subsequent reaction site may not proceed sufficiently, and when it exceeds 60% by volume, the reaction near the reactor inlet may not proceed sufficiently.
  • the isomerized oil obtained after the isomerization process may be fractionated into a plurality of fractions in a rectifying column as necessary.
  • it may be fractionated into light fractions such as gas and naphtha fractions, middle fractions such as kerosene and diesel oil fractions, and heavy fractions such as residues.
  • the cut temperature of the light fraction and the middle fraction is preferably 100 to 200 ° C, more preferably 120 to 180 ° C, further preferably 120 to 160 ° C, and still more preferably 130 to 150 ° C.
  • the cut temperature of the middle fraction and the heavy fraction is preferably 250 to 360 ° C, more preferably 250 to 320 ° C, further preferably 250 to 300 ° C, and still more preferably 250 to 280 ° C.
  • Hydrogen can be produced by reforming a part of the light hydrocarbon fraction produced in a steam reformer.
  • the hydrogen produced in this way has a characteristic of carbon neutral because the raw material used for steam reforming is a biomass-derived hydrocarbon, and can reduce the burden on the environment.
  • the middle fraction obtained by fractionating isomerized oil can be suitably used as an aviation fuel oil base material.
  • the aviation fuel oil base material according to the present invention may be used alone as an aviation fuel oil, but may be mixed with an aviation fuel oil base material obtained by refining crude oil or the like to obtain an aviation fuel oil composition.
  • the aviation fuel oil base material obtained by refining crude oil, etc. includes the aviation fuel oil fraction obtained in the general oil refining process, the synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide, and the Fischer-Tropsch reaction. Synthetic fuel oil base materials obtained via the like. This synthetic fuel oil base material contains little aromatics, is characterized by saturated hydrocarbons as the main component and a high smoke point.
  • a well-known method can be used as a manufacturing method of synthesis gas, and it is not specifically limited.
  • additives that have been conventionally added to aviation fuel oils can be added to the aviation fuel oil composition of the present invention.
  • the additive include one or more additives selected from an antioxidant, an antistatic agent, a metal deactivator, and an antifreezing agent.
  • Antioxidants include N, N-diisopropylparaphenylenediamine, 2,6-ditertiary butylphenol 75% or more in a range not exceeding 24.0 mg / l in order to suppress the generation of gum in aviation fuel oil.
  • tertiary and tritertiary butylphenol a mixture of 25% or less of tertiary and tritertiary butylphenol, a mixture of 72% or more of 2,4-dimethyl-6-tertiary butylphenol and 28% or less of monomethyl and dimethyl tertiary butylphenol, 2,4-dimethyl-6-tersia
  • a mixture of 55% or more of butylphenol and 45% or less of tertiary and ditertiary butylphenol, 2,6-ditertiary butyl-4-methylphenol and the like can be added.
  • the range does not exceed 3.0 mg / l in order to increase the electrical conductivity. Then, STADIS 450 manufactured by Octel Co., Ltd. can be added.
  • N, N-disalicylidene is used in a range not exceeding 5.7 mg / l so that the free metal component contained in the aviation fuel oil does not react and the fuel becomes unstable. 1,2-propanediamine and the like can be added.
  • ethylene glycol monomethyl ether or the like is added in the range of 0.1 to 0.15% by volume in order to prevent a minute amount of water contained in aviation fuel oil from freezing and blocking the piping. be able to.
  • optional additives such as an antistatic agent, a corrosion inhibitor and a bactericide can be appropriately blended without departing from the present invention.
  • the aviation fuel oil composition of the present invention satisfies the standard value of JIS K2209 “aviation turbine fuel oil”.
  • Density at 15 °C aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 775 kg / m 3 or more, more preferably 780 kg / m 3 or more. On the other hand, from the viewpoint of flammability, it is preferably 839kg / m 3 or less, more preferably 830 kg / m 3 or less, and more preferably 820 kg / m 3 or less.
  • the density at 15 ° C. means a value measured by JIS K2249 “Crude oil and petroleum products—density test method and density / mass / capacity conversion table”.
  • the distillation property of the aviation fuel oil composition of the present invention is such that the 10% by volume distillation temperature is preferably 204 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, from the viewpoint of evaporation characteristics.
  • the end point is preferably 300 ° C. or less, more preferably 290 ° C. or less, and still more preferably 280 ° C. or less from the viewpoint of combustion characteristics (burn-out property).
  • the distillation property means a value measured by JIS K2254 “Petroleum products—Distillation test method”.
  • the actual gum content of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 7 mg / 100 ml or less, more preferably 5 mg / 100 ml or less, from the viewpoint of preventing problems due to precipitate formation in the fuel introduction system and the like. More preferably, it is 3 mg / 100 ml or less.
  • the real gum part here means the value measured by JIS K2261 "Gasoline and aviation fuel oil real gum test method".
  • the true calorific value of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 42.8 MJ / kg or more, and more preferably 45 MJ / kg or more, from the viewpoint of fuel consumption rate.
  • the true calorific value here means a value measured by JIS K2279 “Crude oil and fuel oil calorific value test method”.
  • the kinetic viscosity of the aviation fuel oil composition of the present invention is such that the kinematic viscosity at ⁇ 20 ° C. is preferably 8 mm 2 / s or less, and 7 mm 2 / s or less, from the viewpoint of fluidity of fuel piping and uniform fuel injection. More preferably, it is 5 mm ⁇ 2 > / s or less.
  • kinematic viscosity here means the value measured by JIS K2283 "Kinematic viscosity test method of crude oil and petroleum products".
  • the copper plate corrosion of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 1 or less from the viewpoint of the corrosiveness of the fuel tank and piping.
  • the copper plate corrosion here means a value measured by JIS K2513 “Petroleum products—Copper plate corrosion test method”.
  • the aromatic content of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 25% by volume or less, and more preferably 20% by volume or less from the viewpoint of flammability (preventing soot generation).
  • the aromatic content here means a value measured by JIS K2536 “Testing method for fuel oil hydrocarbon components (fluorescence indicator adsorption method)”.
  • the smoke point of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 25 mm or more, more preferably 27 mm or more, and further preferably 30 mm or more from the viewpoint of flammability (preventing soot generation).
  • the smoke point here means a value measured by JIS K2537 “Fuel oil smoke point test method”.
  • the sulfur content of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 0.3% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or less, and 0.1% by mass or less from the viewpoint of corrosiveness. More preferably. From the same corrosive viewpoint, the mercaptan sulfur content is preferably 0.003% by mass or less, more preferably 0.002% by mass or less, and 0.001% by mass or less. Further preferred.
  • the sulfur content mentioned here is the value measured by JIS K2541 “Crude oil and petroleum product sulfur test method”, and the mercaptan sulfur content is measured by JIS K2276 “Mercaptan sulfur content test method (potentiometric titration method)”. Value.
  • the flash point of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 38 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, and further preferably 45 ° C. or higher from the viewpoint of safety.
  • the flash point here means a value obtained by JIS K2265 “Crude oil and petroleum products—flash point test method—tag sealed flash point test method”.
  • the total acid value of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 0.1 mgKOH / g or less, more preferably 0.08 mgKOH / g or less, and 0.05 mgKOH / g or less from the viewpoint of corrosivity. More preferably.
  • the total acid value here means a value measured by JIS K2276 “Total Acid Value Test Method”.
  • the precipitation point of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably ⁇ 47 ° C. or less, preferably ⁇ 48 ° C. or less, from the viewpoint of preventing a decrease in fuel supply due to fuel freezing under low temperature exposure during flight. More preferably, the temperature is ⁇ 50 ° C. or lower.
  • the precipitation point here means a value measured by JIS K2276 “Precipitation point test method”.
  • the thermal stability of the aviation fuel oil composition of the present invention is such that the pressure difference in the method A is 10.1 kPa or less, the preheating tube deposit evaluation value is less than 3, from the viewpoint of preventing the fuel filter from being clogged due to the formation of precipitates at high temperature exposure, It is preferable that the pressure difference in the method B is 3.3 kPa or less and the preheating tube deposit evaluation value is less than 3.
  • the thermal stability means a value measured by JIS K2276 “thermal stability test method A method, B method”.
  • the water solubility of the aviation fuel oil composition of the present invention is preferably 2 or less in the separated state and 1b or less in the interface state in order to prevent troubles due to precipitation of dissolved water during low temperature exposure.
  • the water solubility herein means a value measured by JIS K2276 “Water solubility test method”.
  • the aviation fuel oil base material and the aviation fuel oil composition containing the environmentally low load base material manufactured using the animal and vegetable oils and fats of the present invention as raw materials have all of combustibility, oxidation stability, and life cycle CO 2 emission characteristics. It is excellent.
  • the obtained kneaded material was extruded into a shape of a cylinder having a diameter of 1.5 mm by an extrusion molding machine, dried at 110 ° C. for 1 hour, and then fired at 550 ° C. to obtain a molded carrier.
  • 50 g of the obtained shaped carrier was placed in an eggplant-shaped flask and 17.3 g of molybdenum trioxide, 13.2 g of nickel nitrate (II) hexahydrate, 3.9 g of phosphoric acid (concentration 85%) while degassing with a rotary evaporator. And an impregnation solution containing 4.0 g of malic acid was poured into the flask. The impregnated sample was dried at 120 ° C.
  • Catalyst A Table 1 shows the physical properties of Catalyst A.
  • Example 1 A reaction tube (inner diameter 20 mm) filled with catalyst A (100 ml) was attached to the fixed bed flow reactor in countercurrent. Thereafter, using straight-run gas oil (sulfur content: 3% by mass) to which dimethyl disulfide has been added, the catalyst layer average temperature is 300 ° C., the hydrogen partial pressure is 6 MPa, the liquid space velocity is 1 h ⁇ 1 , and the hydrogen / oil ratio is 200 NL / L. The catalyst was presulfided for 4 hours.
  • straight-run gas oil sulfur content: 3% by mass
  • part of the hydrotreated oil after introduction of the high-pressure separator described later is added to vegetable oil 1 having the properties shown in Table 2 (ratio of the compound having a triglyceride structure in the oxygen-containing hydrocarbon compound: 98 mol%).
  • the amount of 1 mass times with respect to the vegetable oil 1 was recycled, and dimethyl sulfide was added to adjust the raw material oil so that the sulfur content relative to the raw material oil (sulfur atom conversion) was 10 ppm by mass.
  • hydrogenation treatment was performed using the raw material oil.
  • the 15 ° C. density of the raw material oil was 0.900 g / ml, and the oxygen content was 11.5% by mass.
  • the conditions for the hydrotreating were as follows: the reaction tube inlet temperature was 280 ° C., the hydrogen pressure was 6.0 MPa, the liquid space velocity was 1.0 h ⁇ 1 , and the hydrogen / oil ratio was 510 NL / L.
  • the treated oil after the hydrotreatment was introduced into a high pressure separator, and hydrogen, hydrogen sulfide, carbon dioxide and water were removed from the treated oil.
  • Part of the hydrotreated oil after introduction of the high-pressure separator is cooled to 40 ° C. with cooling water, recycled to the vegetable oil 1 as the raw material oil as described above, and the remaining hydrotreated oil is recycled to the catalyst B.
  • the reaction tube (inner diameter 20 mm) filled with (150 ml) was introduced into a fixed bed flow type reaction apparatus (isomerization apparatus) to carry out isomerization treatment.
  • the catalyst B is subjected to a reduction treatment for 6 hours under conditions of an average catalyst layer temperature of 320 ° C., a hydrogen pressure of 5 MPa, and a hydrogen gas amount of 83 ml / min.
  • the isomerized oil after the isomerization treatment was guided to a rectification column, and fractionated into a light fraction having a boiling point range of less than 140 ° C, an intermediate fraction having a boiling point of 140 to 280 ° C, and a heavy fraction having a temperature exceeding 280 ° C.
  • This middle distillate is used as the aviation fuel base material.
  • Table 3 shows the hydrotreating conditions
  • Table 4 shows the properties of the obtained aviation fuel base material.
  • Example 2 The hydrotreatment and isomerization treatment were performed in the same manner as in Example 1 except that the feedstock contained 50% by volume of the petroleum base material having the properties shown in Table 2 and the hydrogen pressure in the hydrotreatment was 3 MPa. Aviation fuel oil base material was obtained.
  • the petroleum base material contained in the feedstock is a straight-run kerosene fraction obtained by fractional distillation at a boiling point range of 140 ° C. to 270 ° C. among fractions obtained by treating crude oil with an atmospheric distillation apparatus.
  • Table 3 shows the hydrotreating conditions
  • Table 4 shows the properties of the obtained aviation fuel base material.
  • Example 3 The plant fats and oils 1 contained in the raw material oil were changed to vegetable fats and oils 2 and the hydrogenation treatment was carried out except that the reaction tube inlet temperature was 360 ° C., the hydrogen pressure was 10 MPa, and the liquid space velocity was 0.5 h ⁇ 1. Hydrogenation and isomerization were performed in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the hydrotreating conditions, and Table 4 shows the properties of the obtained aviation fuel base material.
  • Example 4 The aviation fuel oil composition shown in Table 5 was obtained with 100% by volume of the aviation fuel oil base material obtained in Example 1.
  • Example 5 Of the fractions obtained by treating 50% by volume of the aviation fuel base material obtained in Example 1 and crude oil with an atmospheric distillation unit, the fractions fractionated in the boiling range of 140 ° C to 270 ° C are further hydrogenated
  • the aviation fuel oil composition shown in Table 5 was obtained by blending 50% by volume of the aviation fuel oil base material having the properties shown in Table 2 subjected to desulfurization treatment.
  • Example 6 Of the fraction obtained by treating 50% by volume of the aviation fuel base material obtained in Example 2 and crude oil with an atmospheric distillation unit, the fraction fractionated in the boiling range of 140 ° C to 270 ° C was further hydrogenated.
  • the aviation fuel oil composition shown in Table 5 was obtained by blending 50% by volume of the aviation fuel oil base material having the properties shown in Table 2 subjected to desulfurization treatment.
  • Example 7 Of the fraction obtained by treating 50% by volume of the aviation fuel base material obtained in Example 3 and crude oil with an atmospheric distillation apparatus, the fraction fractionated in the boiling range of 140 ° C to 270 ° C was further hydrogenated.
  • the aviation fuel oil composition shown in Table 5 was obtained by blending 50% by volume of the aviation fuel oil base material having the properties shown in Table 2 subjected to desulfurization treatment.
  • the general properties of raw oil, aviation fuel base and aviation fuel oil shown in Table 2, Table 4 and Table 5 are values measured by the following methods.
  • the density at 15 ° C. means a value measured according to JIS K2249 “Crude oil and petroleum products—Density test method and density / mass / capacity conversion table”.
  • the kinematic viscosity at 30 ° C. or ⁇ 20 ° C. means a value measured by JIS K2283 “Crude oil and petroleum products—Kinematic viscosity test method and viscosity index calculation method”.
  • Elemental analysis C (mass%) and H (mass%) mean values measured by the method defined in ASTM D 5291 “Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hydrogen, and Nitrogen in Petroleum Products and Lubricants”.
  • the oxygen content means a value measured by a method such as UOP649-74 “Total Oxygen in Organic Materials by Pyrolysis-Gas Chromatographic Technique”.
  • the sulfur content means a value measured according to JIS K2541 “Crude oil and petroleum product sulfur content test method”.
  • the mercaptan sulfur content means a value measured by JIS K2276 “Testing method for mercaptan sulfur content (potentiometric titration method)”.
  • the acid value means a value measured by the method of JIS K2501 “Petroleum products and lubricants—neutralization number test method”.
  • the composition ratio of fatty acid groups in fats and oils is a value determined according to the above-mentioned standard fat analysis method (established by the Japan Oil Chemists' Society) (1993) “2.4.21.3-77 Fatty acid composition (FID temperature rising gas chromatograph method)” Point to.
  • Flash point means the value determined in JIS K2265 “Crude oil and petroleum products-Flash point test method-Tag closed flash point test method”.
  • the aromatic content means a value measured by JIS K2536 “Test method for fuel oil hydrocarbon components (fluorescence indicator adsorption method)”.
  • the total acid value means a value measured according to JIS K2276 “Petroleum products—Aeronautical fuel oil test method—Total acid value test method”.
  • the precipitation point means a value measured according to JIS K2276 “Petroleum products—Aeronautical fuel oil test method—Precipitation point test method”.
  • the smoke point means a value measured by JIS K2537 “Fuel oil smoke point test method”.
  • the thermal stability means a value measured according to JIS K2276 “Petroleum products—Aeronautical fuel oil test method—Thermal stability test method A method, B method”.
  • the true calorific value means a value measured by JIS K2279 “Crude oil and fuel oil calorific value test method”.
  • Copper plate corrosion (50 ° C., 4 hours) means a value measured by JIS K2513 “Petroleum products—Copper plate corrosion test method”.
  • the conductivity means a value measured according to JIS K 2276 “Petroleum products—Aeronautical fuel oil test method—Conductivity test method”.
  • the actual gum content means a value measured by JIS K2261 “Gasoline and aviation fuel oil actual gum test method”.
  • the water solubility means a value measured according to JIS K2276 “Petroleum products—Aeronautical fuel oil test method—Water solubility test method”.
  • the life cycle characteristics (life cycle CO 2 calculation) described in this example were calculated by the following method.
  • the life cycle CO 2 was calculated by dividing it into CO 2 generated as a result of aircraft flight (fuel combustion) using aviation fuel oil and CO 2 generated from raw material mining to fuel refueling in fuel production.
  • the CO 2 generated by combustion (hereinafter referred to as “Tank to Wheel CO 2 ”) uses the value defined by the Ministry of the Environment (jet fuel: 2.5 kg-CO 2 / L), and emissions per unit calorific value Used in conversion.
  • CO 2 generated from mining to refueling fuel tanks hereinafter referred to as “Well to Tank CO 2 ”) is used for mining, transporting, processing, delivering and refueling raw materials and crude oil sources.
  • the aviation fuel oil containing the aviation fuel base material obtained by hydrotreating the raw material derived from animal and plant fats and oils has the same general properties as typical petroleum-based aviation fuel oils.
  • it is a new aviation fuel oil that replaces petroleum and has excellent life cycle characteristics and contributes to prevention of global warming.
  • an environmentally low-load aviation fuel oil base material and aviation fuel oil composition which have excellent life cycle characteristics due to combustibility, oxidation stability, and carbon neutral characteristics, and contribute to diversification of primary energy are provided. Is done.

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Abstract

 燃焼性、酸化安定性、且つ優れたライフサイクル特性を持ち、1次エネルギー多様化に資する環境低負荷型航空燃料油基材および航空燃料油組成物として、動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物、及び含硫黄炭化水素化合物の混合油からなる原料油、または該混合油にさらに原油等を精製して得られる石油系基材を混合してなる原料油を水素化処理することにより得られる航空燃料油基材、および該航空燃料油を含有する航空燃料油組成物が提供される。

Description

航空燃料油基材および航空燃料油組成物
 本発明は航空燃料油基材および航空燃料油組成物に関する。
 地球温暖化の防止対策としてバイオマスのもつエネルギーの有効利用に注目が集まっている。その中でも植物由来のバイオマスエネルギーは、植物の成長過程で光合成により大気中の二酸化炭素から固定化された炭素を有効利用できるため、ライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない、所謂カーボンニュートラルという性質を持つ。また、石油資源の枯渇、原油価格の高騰といった観点からも石油代替エネルギーとしてバイオマス燃料は非常に有望視されている。
 このようなバイオマスエネルギーの利用は輸送用燃料の分野においても種々検討がなされている。例えば、ディーゼル燃料として動植物油由来の燃料を使用できれば、ディーゼルエンジンの高いエネルギー効率との相乗効果により、二酸化炭素の排出量削減において有効な役割を果たすと期待されている。動植物油を利用したディーゼル燃料としては、一般的には脂肪酸メチルエステル油(Fatty Acid Methyl Ester の頭文字から「FAME」と略称される。)が知られている。FAMEは動植物油の一般的な構造であるトリグリセリドを、アルカリ触媒等の作用によりメタノールとエステル交換反応に供することで製造される。このFAMEは、ディーゼル燃料だけではなく、航空燃料油、いわゆるジェット燃料にも利用することが検討されている。航空機は燃料使用量が膨大であることもあり、近年の原油価格高騰の影響を大きく受けている。このような情勢の中で、バイオマス燃料を地球温暖化防止としてだけでなく、石油代替燃料としての役割を担う重要なアイテムとして注目されている。現在、複数の航空会社において、FAMEの石油系ジェット燃料への混合利用が試験的ではあるが実施されている。
 しかしながら、FAMEを製造するプロセスにおいては、下記特許文献1に記載されている通り、副生するグリセリンの処理が必要であり、また生成油の洗浄などにコストやエネルギーを要する等の問題が指摘されている。
 また、FAMEは低温性能や酸化安定性に懸念点を有している。特に航空燃料においては高い高度での飛行時に極低温に曝されることから、非常に厳しい低温性能規格が設けられており、FAMEを利用使用とする場合には、石油系JET燃料への混合利用を余儀なくされ、且つその混合量も低濃度にせざるを得ないのが実状である。また、酸化安定性についても、航空燃料規格として酸化防止剤の添加が定められてはいるものの、基材としての安定性を考えると、低温性能同様、その混合割合は低濃度に限定せざるを得ない。
特開2005-154647号公報
 本発明は、上記問題を解決するものであり、燃焼性、酸化安定性に優れ、且つライフサイクル特性に優れた航空燃料油基材および航空燃料油組成物提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は、動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物、及び含硫黄炭化水素化合物の混合油からなる原料油、または該混合油にさらに原油等を精製して得られる石油系基材を混合してなる原料油を水素化処理することにより得られる航空燃料油基材に関するものである。
 また、本発明は、前記水素化処理が、水素の存在下、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる2種以上の元素を含んで構成される多孔性無機酸化物からなる担体に周期表第6A族及び第8族の元素から選ばれる1種以上の金属を担持してなる触媒を用い、水素圧力2~13MPa、液空間速度0.1~3.0h-1、水素/油比150~1500NL/L、反応温度150~480℃の条件下で前記原料油を水素化処理する工程を含むことを特徴とする前記記載の航空燃料油基材に関するものである。
 また、本発明は、前記水素化処理が、前記水素化処理工程で得られた水素化処理油を、さらに、水素存在下、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン、マグネシウム及びゼオライトから選ばれる物質より構成される多孔性無機酸化物からなる担体に周期表第8族の元素から選ばれる金属を担持してなる触媒を用いて、水素圧力2~13MPa、液空間速度0.1~3.0h-1、水素/油比250~1500NL/L、反応温度150~380℃の条件下でさらに異性化処理する工程を含むことを特徴とする前記のいずれかに記載の航空燃料油基材に関するものである。
 また、本発明は、前記のいずれかに記載の航空燃料油基材を含有することを特徴とする航空燃料油組成物に関するものである。
 また、本発明は、前記のいずれかに記載の航空燃料油基材と原油等を精製して得られる航空燃料油基材とを含有することを特徴とする航空燃料油組成物に関するものである。
 また、本発明は、酸化防止剤、静電気防止剤、金属不活性化剤および氷結防止剤から選ばれる一つ以上の添加剤を含有することを特徴とする前記のいずれかに記載の航空燃料油組成物に関するものである。
 また、本発明は、JIS K2209「航空タービン燃料油」の規格値を満足することを特徴とする、前記のいずれかに記載の航空燃料油組成物に関するものである。
 本発明によれば、燃焼性、酸化安定性、且つそのカーボンニュートラル特性から優れたライフサイクル特性を持ち、且つ1次エネルギー多様化に資する環境低負荷型航空燃料油基材および航空燃料油組成物が提供される。
 以下、本発明について詳細に説明する。
 本発明においては、動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物、及び含硫黄炭化水素化合物の混合油からなる原料油、又は該混合油にさらに原油等を精製して得られる石油系基材を含有する原料油が用いられる。
 動植物油脂としては、例えば、牛脂、菜種油、大豆油、パーム油などが挙げられる。本発明においては動植物油脂として、いかなる油脂を用いてもよく、これら油脂を使用した後の廃油でもよい。ただし、カーボンニュートラルの観点からは植物油脂が好ましく、水素化処理後の灯油留分収率の観点から、脂肪酸炭素鎖の炭素数が10から14である各脂肪酸基の構成比率(脂肪酸組成)の和が60質量%以上のものが好ましく、この観点から考えられる植物油脂として、ココナッツ油及びパーム核油が好ましい。なお、上記の油脂は1種を単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
 なお、脂肪酸組成とは、基準油脂分析試験法(日本油化学会制定)(1991)「2.4.20.2-91脂肪酸メチルエステルの調整方法(三フッ化ホウ素-メタノール法)」に準じて調製したメチルエステルを、水素炎イオン化検出器(FID)を備えた昇温ガスクロマトグラフを用い、基準油脂分析試験法(日本油化学会制定)(1993)「2.4.21.3-77脂肪酸組成(FID昇温ガスロマトグラフ法)」に準じて求められる値であり、油脂を構成する各脂肪酸基の構成比率(質量%)を指す。
 動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物は、一般に脂肪酸トリグリセリド構造を有する化合物であるが、その他の脂肪酸や脂肪酸メチルエステルなどのエステル体に加工されている含酸素炭化水素化合物を含んでいてもよい。ただし、植物油脂から脂肪酸や脂肪酸エステルを製造する際には二酸化炭素が発生するため、二酸化炭素の排出量を低減化する観点から、動植物油脂としてトリグリセリド構造を有した成分が主体であることが好ましい。本発明においては、原料油に含まれる含酸素炭化水素化合物に占めるトリグリセリド構造を有する化合物の割合が90モル%以上であることが好ましく、92モル%以上であることがより好ましく、95モル%以上であることが更に好ましい。
 原料油に含有される含硫黄炭化水素化合物は特に制限されないが、具体的には、スルフィド、ジスルフィド、ポリスルフィド、チオール、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン及びこれらの誘導体などが挙げられる。原料油に含まれる含硫黄炭化水素化合物は単一の化合物であってもよく、あるいは2種以上の混合物であってもよい。さらに、硫黄分を含有する石油系炭化水素留分を含硫黄炭化水素化合物として用いてもよい。
 原料油に含まれる硫黄分は、原料油全量を基準として、硫黄原子換算として1~50質量ppmであることが好ましく、より好ましくは5~30質量ppm、さらに好ましくは10~20質量ppmである。硫黄原子換算として含有量が1質量ppm未満であると、脱酸素活性を安定的に維持することが困難となる傾向にある。他方、50質量ppmを超えると、水素化精製工程で排出される軽質ガス中の硫黄濃度が増加するのに加え、水素化精製油に含まれる硫黄分含有量が増加する傾向にあり、ディーゼルエンジン等の燃料として用いる場合にエンジン排ガス浄化装置への悪影響が懸念される。なお、本発明における硫黄分は、JIS K2541「硫黄分試験方法」又はASTM-5453に記載の方法に準拠して測定される硫黄分の質量含有量を意味する。
 原料油に含有される含硫黄炭化水素化合物は、動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物と予め混合してその混合物を水素化精製装置の反応器に導入してもよく、あるいは動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物を反応器に導入する際に、反応器の前段において供給してもよい。
 また、原料油としては、動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物、及び含硫黄炭化水素化合物の混合油に、さらに原油等を精製して得られる石油系基材を含有してもよい。
 原油等を精製して得られる石油系基材とは、原油の常圧蒸留または減圧蒸留によって得られる留分や水素化脱硫、水素化分解、流動接触分解、接触改質などの反応で得られる留分などが挙げられる。これらの留分は、原料油に含まれる硫黄分が前述の所定の濃度範囲を満たしている限りにおいて、1種または2種類以上を原料油に含有させることができる。さらに、原油等を精製して得られる石油系基材は、化学品由来の化合物やフィッシャー・トロプシュ反応を経由して得られる合成油であってもよい。
 原料油中の原油等を精製して得られる石油系基材の含有割合は特に限定されないが、20~70容量%が好ましく、より好ましくは30~60容量%である。
 本発明の航空燃料油基材は、前記原料油を水素化処理することにより得ることができる。
 水素化処理は、以下の水素化処理工程を含むことが好ましい。本発明に係る水素化処理工程では、水素化処理条件として、水素圧力が2~13MPa、液空間速度が0.1~3.0h-1、水素/油比が150~1500NL/Lである条件下で行われることが望ましく、水素圧力が2~13MPa、液空間速度が0.1~3.0h-1、水素/油比が150~1500NL/Lである条件がより望ましく、水素圧力が3~10.5MPa、液空間速度が0.25~1.0h-1、水素/油比が300~1000NL/Lである条件がさらにより望ましい。
 これらの条件はいずれも反応活性を左右する因子であり、例えば、水素圧力および水素/油比が前記下限値に満たない場合には反応性の低下や急速な活性低下を招く恐れがあり、水素圧力および水素/油比が前記上限値を超える場合には圧縮機等の過大な設備投資を要する恐れがある。液空間速度は低いほど反応に有利な傾向にあるが、前記下限未満の場合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傾向にあり、他方、前記上限を超えている場合は反応が十分進行しなくなる傾向にある。
 反応温度は、原料油重質留分の目的とする分解率、あるいは目的とする留分収率を得るために任意に設定することができる。反応器全体の平均温度としては、一般的には150~480℃の範囲が好ましく、望ましくは200~400℃、さらに望ましくは260~360℃の範囲である。反応温度が150℃未満の場合には、反応が十分に進行しなくなる恐れがあり、480℃を超える場合には過度に分解が進行し、液生成物収率の低下を招く傾向にある。
 水素化処理の触媒としては、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる元素を2種以上含んで構成される多孔性無機酸化物からなる担体に周期表第6A族及び第8族の元素から選ばれる金属を担持した触媒が用いられる。
 水素化処理触媒の担体としては、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる元素を2種以上含んで構成される多孔性の無機酸化物が用いられる。一般的にはアルミナを含む多孔性無機酸化物であり、その他の担体構成成分としてはシリカ、ジルコニア、ボリア、チタニア、マグネシアなどが挙げられる。望ましくはアルミナとその他構成成分から選ばれる少なくとも1種類以上を含む複合酸化物である。また、このほかの成分として、リンを含んでいてもよい。アルミナ以外の成分の合計含有量は1~20重量%であることが好ましく、2~15重量%がより望ましい。アルミナ以外の成分の合計含有量が1重量%に満たない場合、十分な触媒表面積を得ることが出来ず、活性が低くなる恐れがあり、一方含有量が20重量%を超える場合、担体の酸性質が上昇し、コーク生成による活性低下を招く恐れがある。リンを担体構成成分として含む場合には、その含有量は、酸化物換算で1~5重量%であることが望ましく、2~3.5重量%がさらに望ましい。
 アルミナ以外の担体構成成分である、シリカ、ジルコニア、ボリア、チタニア、マグネシアの前駆体となる原料は特に限定されず、一般的なケイ素、ジルコニウム、ボロン、チタン又はマグネシウムを含む溶液を用いることができる。例えば、ケイ素についてはケイ酸、水ガラス、シリカゾルなど、チタンについては硫酸チタン、四塩化チタンや各種アルコキサイド塩など、ジルコニウムについては硫酸ジルコニウム、各種アルコキサイド塩など、ボロンについてはホウ酸などを用いることができる。マグネシウムについては、硝酸マグネシウムなどを用いることができる。リンとしては、リン酸あるいはリン酸のアルカリ金属塩などを用いることができる。
 これらのアルミナ以外の担体構成成分の原料は、担体の焼成より前のいずれかの工程において添加する方法が望ましい。例えば予めアルミニウム水溶液に添加した後にこれらの構成成分を含む水酸化アルミニウムゲルとしてもよく、調合した水酸化アルミニウムゲルに添加してもよく、あるいは市販のアルミナ中間体やベーマイトパウダーに水あるいは酸性水溶液を添加して混練する工程に添加してもよいが、水酸化アルミニウムゲルを調合する段階で共存させる方法がより望ましい。これらのアルミナ以外の担体構成成分の効果発現機構は解明できていないが、アルミニウムと複合的な酸化物状態を形成していると思われ、このことが担体表面積の増加や、活性金属となんらかの相互作用を生じることにより、活性に影響を及ぼしていることが考えられる。
 水素化処理触媒の活性金属としては、周期表第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を含有し、望ましくは第6A族および第8族から選択される二種類以上の金属を含有している。例えば、Co-Mo、Ni-Mo、Ni-Co-Mo、Ni-Wなどが挙げられ、水素化処理に際しては、これらの金属を硫化物の状態に転換して使用する。
 活性金属の含有量は、例えば、WとMoの合計担持量は、望ましくは酸化物換算で触媒重量に対して12~35重量%、より望ましくは15~30重量%である。WとMoの合計担持量が12重量%未満の場合、活性点数の減少により活性が低下する可能性があり、35重量%を超える場合には、金属が効果的に分散せず、同様に活性の低下を招く可能性がある。また、CoとNiの合計担持量は、望ましくは酸化物換算で触媒重量に対して1.5~10重量%、より望ましくは2~8重量%である。CoとNiの合計担持量が1.5重量%未満の場合には充分な助触媒効果が得られず活性が低下してしまう恐れがあり、10重量%より多い場合には、金属が効果的に分散せず、同様に活性を招く可能性がある。
 上記水素化処理触媒のいずれの触媒において、活性金属を担体に担持させる方法は特に限定されず、通常の脱硫触媒を製造する際に適用される公知の方法を用いることができる。通常は、活性金属の塩を含む溶液を触媒担体に含浸する方法が好ましく採用される。また平衡吸着法、Pore-filling法、Incipient-wetness法なども好ましく採用される。例えば、Pore-filling法は、担体の細孔容積を予め測定しておき、これと同じ容積の金属塩溶液を含浸する方法であるが、含浸方法は特に限定されるものではなく、金属担持量や触媒担体の物性に応じて適当な方法で含浸することができる。
 水素化処理の反応器形式は、固定床方式であってもよい。すなわち、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もでき、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、気液双並流形式を採用することができる。また、反応器は単独または複数を組み合わせてもよく、一つの反応器内部を複数の触媒床に区分した構造を採用しても良い。本発明において、反応器内で水素化処理された水素化処理油は気液分離工程、精留工程等を経て所定の留分に分画される。このとき、反応に伴い生成する水、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素などの副生ガスを除去するため、複数の反応器の間や生成物回収工程に気液分離設備やその他の副生ガス除去装置を設置しても良い。副生物を除去する装置としては、高圧セパレータ等を好ましく挙げることができる。
 一般的に水素ガスは加熱炉を通過前あるいは通過後の原料油に随伴して最初の反応器の入口から導入するが、これとは別に、反応器内の温度を制御するとともに、できるだけ反応器内全体に渡って水素圧力を維持する目的で触媒床の間や複数の反応器の間に導入してもよい。このようにして導入される水素をクエンチ水素と呼称する。このとき、原料油に随伴して導入する水素に対するクエンチ水素との割合は望ましくは10~60容量%、より望ましくは15~50容量%である。クエンチ水素の割合が10%未満の場合には後段反応部位での反応が十分進行しない恐れがあり、60容量%を超える場合には反応器入口付近での反応が十分進行しない恐れがある。
 本発明の航空燃料油基材を製造する方法においては、原料油を水素化処理するに際し、水素化処理反応器における発熱量を抑制するために、原料油にリサイクル油を特定量含有させることができる。リサイクル油の含有量は、動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物に対して0.5~5質量倍が好ましく、水素化処理反応器の最高使用温度に応じて前記の範囲内で適宜比率を定めることができる。これは、両者の比熱が同じであると仮定した場合に、両者を1対1で混合すると温度上昇は動植物油脂に由来する物質を単独で反応させる場合の半分となることから、上記範囲内であれば反応熱を十分に低下させることができるとの理由による。なお、リサイクル油の含有量が含酸素炭化水素化合物の5質量倍より多いと、含酸素炭化水素化合物の濃度が低下して反応性が低下し、また、配管等の流量が増加して負荷が増大する。他方、リサイクル油の含有量が含酸素炭化水素化合物の0.5質量倍より少ない場合は温度上昇を十分に抑制できない。
 原料油とリサイクル油の混合方法は特に限定されないが、例えば予め混合してその混合物を水素化処理装置の反応器に導入してもよく、あるいは原料油を反応器に導入する際に、反応器の前段において供給してもよい。さらに、反応器を複数直列に繋げて反応器間に導入する、あるいは単独の反応器内で触媒層を分割して触媒層間に導入することも可能である。
 また、リサイクル油は、原料油の水素化処理を行った後、副生する水、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素などを除去して得られる水素化処理油の一部を含有することが好ましい。さらに、水素化処理油から分留された軽質留分、中間留分若しくは重質留分のそれぞれについて異性化処理したものの一部、あるいは、水素化処理油をさらに異性化処理したものから分留される中間留分の一部を含有することが好ましい。
 本発明の水素化処理においては、上記水素化処理工程で得られた水素化処理油を、さらに異性化処理する工程を含んでも良い。
 異性化処理の原料油である水素化処理油に含まれる硫黄分含有量は、1質量ppm以下であることが好ましく、0.5質量ppm以下であることがより好ましい。硫黄分含有量が1質量ppmを超えると水素化異性化の進行が妨げられる恐れがある。加えて、同様の理由で、水素化処理油と共に導入される水素を含む反応ガスについても硫黄分濃度が十分に低いことが必要であり、1容量ppm以下であることが好ましく、0.5容量ppm以下であることがより好ましい。
 異性化処理工程は、水素存在下、水素圧力が2~13MPa、液空間速度が0.1~3.0h-1、水素/油比が250~1500NL/Lである条件で行われることが望ましく、水素圧力が2.5~10MPa、液空間速度が0.5~2.0h-1、水素/油比が380~1200NL/Lである条件で行われることがより望ましく、水素圧力が3~8MPa、液空間速度が0.8~1.8h-1、水素/油比が350~1000NL/Lである条件で行われることがさらに望ましい。
 これらの条件はいずれも反応活性を左右する因子であり、例えば水素圧力および水素/油比が前記下限値に満たない場合には反応性の低下や急速な活性低下を招く恐れがあり、水素圧力および水素/油比が前記上限値を超える場合には圧縮機等の過大な設備投資を要する恐れがある。液空間速度は低いほど反応に有利な傾向にあるが、前記下限未満の場合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傾向にあり、他方、前記上限を超えている場合は反応が十分進行しなくなる傾向にある。
 異性化処理工程における反応温度は原料油重質留分の目的とする分解率あるいは目的とする留分収率を得るために任意に設定することができるが、150~380℃の範囲であることが好ましく、240~380℃の範囲であることがより好ましく、250~365℃の範囲であることが特に好ましい。反応温度が150℃より低い場合には、十分な水素化異性化反応が進行しないおそれがあり、380℃より高い場合には、過度の分解あるいは他の副反応が進行し、液生成物留率の低下を招くおそれがある。
 異性化処理の触媒としては、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン、マグネシウム及びゼオライトから選ばれる物質より構成される多孔性の無機酸化物からなる担体に周期表第8族の元素から選ばれる金属を1種以上担持してなる触媒が用いられる。
 異性化処理触媒の担体として用いられる多孔性の無機酸化物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ボリア、シリカ、あるいはゼオライトが挙げられ、本発明ではこのうちチタニア、ジルコニア、ボリア、シリカおよびゼオライトのうち少なくとも1種類とアルミナによって構成されているものが好ましい。その製造法は特に限定されないが、各元素に対応した各種ゾル、塩化合物などの状態の原料を用いて任意の調製法を採用することができる。さらには一旦シリカアルミナ、シリカジルコニア、アルミナチタニア、シリカチタニア、アルミナボリアなどの複合水酸化物あるいは複合酸化物を調製した後に、アルミナゲルやその他水酸化物の状態あるいは適当な溶液の状態で調製工程の任意の工程で添加して調製してもよい。アルミナと他の酸化物との比率は担体に対して任意の割合を取り得るが、好ましくはアルミナが90質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下であり、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。
 ゼオライトは結晶性アルミノシリケートであり、フォージャサイト、ペンタシル、モルデナイトなどが挙げられ、所定の水熱処理および/または酸処理によって超安定化したもの、あるいはゼオライト中のアルミナ含有量を調整したものを用いることができる。好ましくはフォージャサイト、モルデナイト、特に好ましくはY型、ベータ型が用いられる。Y型は超安定化したものが好ましく、水熱処理により超安定化したゼオライトは本来の20Å以下のミクロ細孔と呼ばれる細孔構造に加え、20~100Åの範囲に新たな細孔が形成される。水熱処理条件は公知の条件を用いることができる。
 異性化処理触媒の活性金属としては、周期表第8族の元素から選ばれる1種以上の金属が用いられる。これらの金属の中でも、Pd、Pt、Rh、Ir、Au、Niから選ばれる1種以上の金属を用いることが好ましく、組み合わせて用いることがより好ましい。好適な組み合せとしては、例えば、Pd-Pt、Pd-Ir、Pd-Rh、Pd-Au、Pd-Ni、Pt-Rh、Pt-Ir、Pt-Au、Pt-Ni、Rh-Ir、Rh-Au、Rh-Ni、Ir-Au、Ir-Ni、Au-Ni、Pd-Pt-Rh、Pd-Pt-Ir、Pt-Pd-Niなどが挙げられる。このうち、Pd-Pt、Pd-Ni、Pt-Ni、Pd-Ir、Pt-Rh、Pt-Ir、Rh-Ir、Pd-Pt-Rh、Pd-Pt-Ni、Pd-Pt-Irの組み合わせがより好ましく、Pd-Pt、Pd-Ni、Pt-Ni、Pd-Ir、Pt-Ir、Pd-Pt-Ni、Pd-Pt-Irの組み合わせがさらにより好ましい。
 触媒質量を基準とする活性金属の合計含有量としては、金属として0.1~2質量%が好ましく、0.2~1.5質量%がより好ましく、0.5~1.3質量%がさらにより好ましい。金属の合計担持量が0.1質量%未満であると、活性点が少なくなり、十分な活性が得られなくなる傾向がある。他方、2質量%を越えると、金属が効果的に分散せず、十分な活性が得られなくなる傾向がある。
 上記異性化処理触媒のいずれの触媒において、活性金属を担体に担持させる方法は特に限定されず、通常の脱硫触媒を製造する際に適用される公知の方法を用いることができる。通常は、活性金属の塩を含む溶液を触媒担体に含浸する方法が好ましく採用される。また平衡吸着法、Pore-filling法、Incipient-wetness法なども好ましく採用される。例えば、Pore-filling法は、担体の細孔容積を予め測定しておき、これと同じ容積の金属塩溶液を含浸する方法であるが、含浸方法は特に限定されるものではなく、金属担持量や触媒担体の物性に応じて適当な方法で含浸することができる。
 本発明で用いられる上記異性化処理触媒は、反応に供する前に触媒に含まれる活性金属を還元処理しておくことが好ましい。還元条件は特に限定されないが、水素気流下、200~400℃の温度で処理することによって還元される。好ましくは、240~380℃の範囲で処理することが好ましい。還元温度が200℃に満たない場合、活性金属の還元が十分進行せず、水素化脱酸素および水素化異性化活性が発揮できない恐れがある。また、還元温度が400℃を超える場合、活性金属の凝集が進行し、同様に活性が発揮できなくなる恐れがある。
 異性化処理の反応器形式は、固定床方式であってもよい。すなわち、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もでき、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、気液双並流形式を採用することができる。また、反応器は単独または複数を組み合わせてもよく、一つの反応器内部を複数の触媒床に区分した構造を採用しても良い。
 一般的に水素ガスは加熱炉を通過前あるいは通過後の原料油に随伴して最初の反応器の入口から導入するが、これとは別に、反応器内の温度を制御するとともに、できるだけ反応器内全体に渡って水素圧力を維持する目的で触媒床の間や複数の反応器の間に導入してもよい。このようにして導入される水素をクエンチ水素と呼称する。このとき、原料油に随伴して導入する水素に対するクエンチ水素との割合は望ましくは10~60容量%、より望ましくは15~50容量%である。クエンチ水素の割合が10容量%未満の場合には後段反応部位での反応が十分進行しない恐れがあり、60容量%を超える場合には反応器入口付近での反応が十分進行しない恐れがある。
 異性化処理工程後に得られる異性化処理油は、必要に応じて精留塔で複数留分に分留してもよい。例えば、ガス、ナフサ留分等の軽質留分、灯油、軽油留分等の中間留分、残渣分等の重質留分に分留してもよい。この場合、軽質留分と中間留分とのカット温度は100~200℃が好ましく、120~180℃がより好ましく、120~160℃がさらに好ましく、130~150℃がさらにより好ましい。中間留分と重質留分とのカット温度は250~360℃が好ましく、250~320℃がより好ましく、250~300℃がさらに好ましく、250~280℃がさらにより好ましい。生成するこのような軽質炭化水素留分の一部を水蒸気改質装置において改質することにより水素を製造することができる。このようにして製造された水素は、水蒸気改質に用いた原料がバイオマス由来炭化水素であることから、カーボンニュートラルという特徴を有しており、環境への負荷を低減することができる。なお、異性化処理油を分留して得られる中間留分は、航空燃料油基材として好適に用いることができる。
 本発明に係る航空燃料油基材は、単独で航空燃料油として用いてもよいが、原油等を精製して得られる航空燃料油基材と混合して、航空燃料油組成物にしてもよい。原油等を精製して得られる航空燃料油基材としては、一般的な石油精製工程で得られる航空燃料油留分、水素と一酸化炭素から構成される合成ガスを原料とし、フィッシャー・トロプシュ反応などを経由して得られる合成燃料油基材等が挙げられる。この合成燃料油基材は芳香族分をほとんど含有せず、飽和炭化水素を主成分とし、煙点が高いことが特徴である。なお、合成ガスの製造方法としては公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。
 本発明の航空燃料油組成物には、従来より航空燃料油に添加される各種添加剤を添加することができる。この添加剤としては、酸化防止剤、静電気防止剤、金属不活性化剤および氷結防止剤から選ばれる一つ以上の添加剤が挙げられる。
 酸化防止剤としては、航空燃料油中のガムの発生を抑止するために、24.0mg/lを超えない範囲で、N,N-ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、2,6-ジターシャリーブチルフェノール75%以上とターシャリー及びトリターシャリーブチルフェノール25%以下の混合物、2,4-ジメチル-6-ターシャリーブチルフェノール72%以上とモノメチル及びジメチルターシャリーブチルフェノール28%以下の混合物、2,4-ジメチル-6-ターシャリーブチルフェノール55%以上とターシャリー及びジターシャリーブチルフェノール45%以下の混合物、2,6-ジターシャリーブチル-4-メチルフェノールなどを加えることができる。
 静電気防止剤としては、航空燃料油が高速で燃料配管系内部を流れる時に配管内壁との摩擦によって生じる静電気の蓄積を防止し、電気伝導度を高めるために、3.0mg/lを超えない範囲で、オクテル社製のSTADIS450などを加えることができる。
 金属不活性化剤としては、航空燃料油に含有する遊離金属成分が反応して燃料が不安定とならないようにするために、5.7mg/lを超えない範囲で、N,N-ジサリシリデン-1,2-プロパンジアミンなどを加えることができる。
 氷結防止剤としては、航空燃料油に含まれている微量の水が凍結して配管を塞ぐのを防止するために、0.1~0.15容量%の範囲でエチレングリコールモノメチルエーテルなどを加えることができる。
 本発明の航空燃料油組成物は、本発明を逸脱しない範囲で、さらに帯電防止剤、腐食抑制剤および殺菌剤等の任意の添加剤を適宜配合することができる。
 本発明の航空燃料油組成物は、JIS K2209「航空タービン燃料油」の規格値を満足するものである。
 本発明の航空燃料油組成物の15℃における密度は、燃料消費率の観点から、775kg/m以上であることが好ましく、780kg/m以上であることがより好ましい。一方、燃焼性の観点から、839kg/m以下であることが好ましく、830kg/m以下であることがより好ましく、820kg/m以下であることが更に好ましい。
 なお、ここでいう15℃における密度とは、JIS K2249「原油及び石油製品-密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の蒸留性状は、10容量%留出温度が、蒸発特性の観点から204℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましい。終点は燃焼特性(燃え切り性)の観点から300℃以下であることが好ましく、290℃以下であることがより好ましく、280℃以下であることが更に好ましい。
 なお、ここでいう蒸留性状とは、JIS K2254「石油製品-蒸留試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の実在ガム分は、燃料導入系統等での析出物生成による不具合防止の観点から、7mg/100ml以下であることが好ましく、5mg/100ml以下であることがより好ましく、3mg/100ml以下であることが更に好ましい。
 なお、ここでいう実在ガム分とは、JIS K2261「ガソリン及び航空燃料油実在ガム試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の真発熱量は、燃料消費率の観点から、42.8MJ/kg以上であることが好ましく、45MJ/kg以上であることがより好ましい。なお、ここでいう真発熱量とは、JIS K2279「原油及び燃料油発熱量試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の動粘度は、燃料配管の流動性や均一な燃料噴射実現の観点から-20℃における動粘度が8mm/s以下であることが好ましく、7mm/s以下であることがより好ましく、5mm/s以下であることが更に好ましい。なお、ここでいう動粘度とは、JIS K2283「原油及び石油製品の動粘度試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の銅板腐食は、燃料タンクや配管の腐食性の観点から、1以下であることが好ましい。ここでいう銅板腐食とは、JIS K2513「石油製品-銅板腐食試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の芳香族分は、燃焼性(煤発生防止)の観点から25容量%以下であることが好ましく、20容量%以下であることがより好ましい。ここでいう芳香族分とは、JIS K2536「燃料油炭化水素成分試験方法(けい光指示薬吸着法)」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の煙点は、燃焼性(煤発生防止)の観点から25mm以上であることが好ましく、27mm以上であることがより好ましく、30mm以上であることが更に好ましい。なお、ここでいう煙点とは、JIS K2537「燃料油煙点試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の硫黄分は、腐食性の観点から、0.3質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることが更に好ましい。また、同様の腐食性の観点より、メルカプタン硫黄分は、0.003質量%以下であることが好ましく、0.002質量%以下であることがより好ましく、0.001質量%以下であることが更に好ましい。なお、ここでいう硫黄分とは、JIS K2541「原油及び石油製品硫黄分試験方法」で測定された値、メルカプタン硫黄分は、JIS K2276「メルカプタン硫黄分試験方法(電位差滴定法)」で測定された値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の引火点は、安全性の観点から38℃以上であることが好ましく、40℃以上であることがより好ましく、45℃以上であることが更に好ましい。なお、ここでいう引火点とは、JIS K2265「原油及び石油製品‐引火点試験方法‐タグ密閉式引火点試験方法」で求めた値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の全酸価は、腐食性の観点から0.1mgKOH/g以下であることが好ましく、0.08mgKOH/g以下であることがより好ましく、0.05mgKOH/g以下であることが更に好ましい。なお、ここでいう全酸価とは、JIS K2276「全酸価試験方法」で測定される値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の析出点は、飛行時の低温暴露下での燃料凍結による燃料供給低下を防ぐ観点から、-47℃以下であることが好ましく、-48℃以下であることがより好ましく、-50℃以下であることが更に好ましい。なお、ここでいう析出点とは、JIS K2276「析出点試験方法」により測定された値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の熱安定度は、高温暴露時の析出物生成による燃料フィルタ閉塞防止等の観点から、A法における圧力差10.1kPa以下、予熱管堆積物評価値3未満、B法における圧力差3.3kPa以下、予熱管堆積物評価値3未満であることが好ましい。なお、ここでいう熱安定度とは、JIS K2276「熱安定度試験方法A法、B法」により測定された値を意味する。
 本発明の航空燃料油組成物の水溶解度は、低温暴露時における溶解水の析出によるトラブル防止のため、分離状態2以下、界面状態1b以下であることが好ましい。なお、ここでいう水溶解度とは、JIS K2276「水溶解度試験方法」により測定された値を意味する。
 本発明の動植物油脂を原料として製造された環境低負荷型基材を含有する航空燃料油基材、および航空燃料油組成物は、燃焼性、酸化安定性、ライフサイクルCO排出特性の全てに優れるものである。
 以下、実施例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
(触媒の調製)
<触媒A>  
 濃度5質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液3000gに水ガラス3号18.0gを加え、65℃に保温した容器に入れた。他方、65℃に保温した別の容器において濃度2.5質量%の硫酸アルミニウム水溶液3000gにリン酸(濃度85%)6.0gを加えた溶液を調製し、これに前述のアルミン酸ナトリウムを含む水溶液を滴下した。混合溶液のpHが7.0になる時点を終点とし、得られたスラリー状の生成物をフィルターに通して濾取し、ケーキ状のスラリーを得た。
 このケーキ状のスラリーを還流冷却器を取り付けた容器に移し、蒸留水150mlと27%アンモニア水溶液10gを加え、75℃で20時間加熱攪拌した。該スラリーを混練装置に入れ、80℃以上に加熱し水分を除去しながら混練し、粘土状の混練物を得た。得られた混練物を押出し成形機によって直径1.5mmシリンダーの形状に押し出し、110℃で1時間乾燥した後550℃で焼成し、成形担体を得た。
 得られた成形担体50gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターで脱気しながら三酸化モリブデン17.3g、硝酸ニッケル(II)6水和物13.2g、リン酸(濃度85%)3.9g及びリンゴ酸4.0gを含む含浸溶液をフラスコ内に注入した。含浸した試料は120℃で1時間乾燥した後、550℃で焼成し、触媒Aを得た。触媒Aの物性を表1に示す。
<触媒B>  
 市販のシリカアルミナ担体(日揮化学社製N632HN)50gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターで脱気しながらテトラアンミン白金(II)クロライド水溶液をフラスコ内に注入した。含浸した試料は110℃で乾燥した後、350℃で焼成し、触媒Bを得た。触媒Bにおける白金の担持量は、触媒全量を基準として0.5質量%であった。触媒Bの物性を表1に示す。
 (実施例1)
 触媒A(100ml)を充填した反応管(内径20mm)を固定床流通式反応装置に向流に取り付けた。その後、ジメチルジサルファイドを加えた直留軽油(硫黄分3質量%)を用いて触媒層平均温度300℃、水素分圧6MPa、液空間速度1h-1、水素/油比200NL/Lの条件下で、4時間触媒の予備硫化を行った。
 予備硫化後、表2に示す性状を有する植物油脂1(含酸素炭化水素化合物に占めるトリグリセリド構造を有する化合物の割合:98モル%)に後述の高圧セパレータ導入後の水素化処理油の一部を植物油脂1に対して1質量倍となる量をリサイクルし、原料油に対する硫黄分含有量(硫黄原子換算)が10質量ppmになるようにジメチルサルファイドを添加して原料油の調整を行った。その後、原料油を用いて、水素化処理を行った。原料油の15℃密度は0.900g/ml、酸素分含有量は11.5質量%であった。また、水素化処理の条件は、反応管入り口温度を280℃、水素圧力を6.0MPa、液空間速度を1.0h-1、水素/油比を510NL/Lとした。水素化処理後の処理油を高圧セパレータに導入し、処理油から水素、硫化水素、二酸化炭素および水の除去を行った。高圧セパレータ導入後の水素化処理油の一部は、冷却水で40℃まで冷却して、前述の通り原料油である植物油脂1にリサイクルし、リサイクルした残りの水素化処理油を、触媒B(150ml)を充填した反応管(内径20mm)を固定床流通式反応装置(異性化装置)に導入し、異性化処理を行った。まず、触媒Bに対して、触媒層平均温度320℃、水素圧力5MPa、水素ガス量83ml/minの条件化で6時間、還元処理を行い、次に、触媒層平均温度を330℃、水素圧力を3MPa、液空間速度を1h-1、水素/油比を500NL/Lの条件で異性化処理を行った。異性化処理後の異性化処理油は精留塔に導かれ、沸点範囲140℃未満の軽質留分、140~280℃の中間留分、280℃を超える重質留分に分留した。この中間留分を航空燃料油基材に用いる。水素化処理条件を表3に、得られた航空燃料油基材の性状を表4に示す。
(実施例2)
 原料油が表2の性状を有する石油系基材を50容量%含有すること、水素化処理における水素圧力を3MPaとした以外は、実施例1と同様にして水素化処理および異性化処理を行い、航空燃料油基材を得た。原料油に含有される石油系基材は、原油を常圧蒸留装置で処理して得られる留分のうち、沸点範囲140℃~270℃で分留した直留灯油留分である。水素化処理条件を表3に、得られた航空燃料油基材の性状を表4に示す。
(実施例3)
 原料油に含有される植物油脂1を植物油脂2に変更し、水素化処理において、反応管入り口温度を360℃、水素圧力を10MPa、液空間速度を0.5h-1とした以外は、実施例1と同様にして水素化処理および異性化処理を行った。水素化処理条件を表3に、得られた航空燃料油基材の性状を表4に示す。
(実施例4)
 実施例1で得られた航空燃料油基材100容量%で表5に示す航空燃料油組成物を得た。
(実施例5)
 実施例1で得られた航空燃料油基材50容量%と原油を常圧蒸留装置で処理して得られる留分のうち、沸点範囲140℃~270℃で分留した留分を更に水素化脱硫処理した表2の性状を有する航空燃料油基材50容量%とをブレンドすることにより、表5に示す航空燃料油組成物を得た。
(実施例6)
 実施例2で得られた航空燃料油基材50容量%と原油を常圧蒸留装置で処理して得られる留分のうち、沸点範囲140℃~270℃で分留した留分を更に水素化脱硫処理した表2の性状を有する航空燃料油基材50容量%とをブレンドすることにより、表5に示す航空燃料油組成物を得た。
(実施例7)
 実施例3で得られた航空燃料油基材50容量%と原油を常圧蒸留装置で処理して得られる留分のうち、沸点範囲140℃~270℃で分留した留分を更に水素化脱硫処理した表2の性状を有する航空燃料油基材50容量%とをブレンドすることにより、表5に示す航空燃料油組成物を得た。
 なお、実施例4~7にはいずれにも下記添加剤を添加した。
 ・酸化防止剤(2,6-ditertiary-butyl-phenol)  20質量ppm
 ・静電気防止剤(STADIS 450)   2.0mg/l
(原料油、航空燃料油基材および航空燃料油の一般性状)
 表2、表4および表5に示す原料油、航空燃料油基材および航空燃料油の一般性状は以下の方法により測定された値をいう。
 15℃における密度(密度@15℃)は、JIS K2249「原油及び石油製品-密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」で測定される値を意味する。
 30℃または-20℃における動粘度は、JIS K2283「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」で測定される値を意味する。
 元素分析C(質量%)、H(質量%)は、ASTM D 5291 “Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hydrogen, and Nitrogen in Petroleum Products and Lubricants” で定められる方法で測定される値を意味する。
 酸素分は、UOP649-74 “Total Oxygen in Organic Materials by Pyrolysis-Gas Chromatographic Technique” 等の方法で測定される値を意味する。
 硫黄分は、JIS K2541「原油及び石油製品硫黄分試験方法」で測定される値を意味する。
 メルカプタン硫黄分は、JIS K2276「メルカプタン硫黄分試験方法(電位差滴定法)」で測定された値を意味する。
 酸価は、JIS K2501「石油製品及び潤滑油-中和価試験方法」の方法で測定される値を意味する。
 油脂中の脂肪酸基の構成比率は、前述の基準油脂分析試験法(日本油化学会制定)(1993)「2.4.21.3-77脂肪酸組成(FID昇温ガスロマトグラフ法)」に準じて求められる値を指す。
 引火点は、JIS K2265「原油及び石油製品‐引火点試験方法-タグ密閉式引火点試験方法」で求めた値を意味する
 蒸留性状は、JIS K2254「石油製品-蒸留試験方法」で測定される値を意味する。
 芳香族分は、JIS K2536「燃料油炭化水素成分試験方法(けい光指示薬吸着法)」で測定される値を意味する。
 全酸価は、JIS K2276「石油製品-航空燃料油試験方法-全酸価試験方法」で測定される値を意味する。
 析出点は、JIS K2276「石油製品-航空燃料油試験方法-析出点試験方法」により測定された値を意味する。
 煙点は、JIS K2537「燃料油煙点試験方法」で測定される値を意味する。
 熱安定度は、JIS K2276「石油製品-航空燃料油試験方法-熱安定度試験方法A法、B法」により測定された値を意味する。
 真発熱量は、JIS K2279「原油及び燃料油発熱量試験方法」で測定される値を意味する。
 銅板腐食(50℃、4hr)は、JIS K2513「石油製品-銅板腐食試験方法」で測定される値を意味する。
 導電率は、JIS K 2276「石油製品-航空燃料油試験方法-導電率試験方法」で測定される値を意味する。
 実在ガム分は、JIS K2261「ガソリン及び航空燃料油実在ガム試験方法」で測定される値を意味する。
 水溶解度は、JIS K2276「石油製品-航空燃料油試験方法-水溶解度試験方法」により測定された値を意味する。
(ライフサイクル特性)
 本実施例で記載するライフサイクル特性(ライフサイクルCO算出)は以下の手法によって計算した。
 ライフサイクルCOは、航空燃料油使用による航空機の飛行(燃料の燃焼)に伴い発生したCOと、燃料製造における原料採掘から燃料給油までに発生したCOと分けて算出した。
 燃焼に伴い発生するCO(以下、「Tank to Wheel CO」という)は、環境省の定義値(ジェット燃料:2.5kg-CO/L)を使用し、単位発熱量当たりの排出量に換算して使用した。また、採掘から燃料タンクへの燃料給油までに発生したCO(以下、「Well to Tank CO」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CO排出量の総和として算出した。なお、「Well to Tank CO」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)航空燃料組成物を、横浜で製造又は陸揚げし、横浜から仙台まで配送し、仙台で燃焼機器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 CO」に対してこれを適用させた。
 表5から明らかなとおり、動植物油脂由来の原料を水素化処理して得られた航空燃料油基材を含有する航空燃料油は、代表的な石油系航空燃料油と較べ遜色の無い一般性状を有する一方、ライフサイクル特性に優れ、且つ地球温暖化防止に資する石油代替の新規航空燃料油となっている。
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 本発明により、燃焼性、酸化安定性、且つそのカーボンニュートラル特性から優れたライフサイクル特性を持ち、且つ1次エネルギー多様化に資する環境低負荷型航空燃料油基材および航空燃料油組成物が提供される。

Claims (7)

  1.  動植物油脂に由来する含酸素炭化水素化合物、及び含硫黄炭化水素化合物の混合油からなる原料油、または該混合油にさらに原油等を精製して得られる石油系基材を混合してなる原料油を水素化処理することにより得られる航空燃料油基材。
  2.  前記水素化処理が、水素の存在下、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる2種以上の元素を含んで構成される多孔性無機酸化物からなる担体に周期表第6A族及び第8族の元素から選ばれる1種以上の金属を担持してなる触媒を用い、水素圧力2~13MPa、液空間速度0.1~3.0h-1、水素/油比150~1500NL/L、反応温度150~480℃の条件下で前記原料油を水素化処理する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の航空燃料油基材。
  3.  前記水素化処理が、前記水素化処理工程で得られた水素化処理油を、さらに、水素存在下、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン、マグネシウム及びゼオライトから選ばれる物質より構成される多孔性無機酸化物からなる担体に周期表第8族の元素から選ばれる金属を担持してなる触媒を用いて、水素圧力2~13MPa、液空間速度0.1~3.0h-1、水素/油比250~1500NL/L、反応温度150~380℃の条件下でさらに異性化処理する工程を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の航空燃料油基材。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載の航空燃料油基材を含有することを特徴とする航空燃料油組成物。
  5.  請求項1~3のいずれかに記載の航空燃料油基材と原油等を精製して得られる航空燃料油基材とを含有することを特徴とする航空燃料油組成物。
  6.  酸化防止剤、静電気防止剤、金属不活性化剤および氷結防止剤から選ばれる一つ以上の添加剤を含有することを特徴とする請求項4または5に記載の航空燃料油組成物。
  7.  JIS K2209「航空タービン燃料油」の規格値を満足することを特徴とする請求項4~6のいずれかに記載の航空燃料油組成物。
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