JPS581720B2 - ガスタ−ビンに有用な燃料組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 未発明は燃料組成物並びに燃料とくに石油燃料のような
化石燃料、および別個にまたは化石燃料と一緒に利用さ
れる燃焼性廃棄物質の燃暁法に関する。

特に、本発明は発電、推進システム、パイプ・ライン・
サービスなどに使用されるガスタービンの運転用の燃料
およびこのような燃料の燃焼に適用できる。

マグネシウム含有化合物は、ガスタービンの運転に対し
て、灰分または無機汚染物とくに金属汚染物を含有する
非蒸留物燃料の燃暁との関連で腐食抑制添加剤として使
用されてきた。

このような灰分含有燃料をガスタービン用燃料として使
用する場合、このような燃料の燃焼から生じる燃焼流出
ガス中に約１．０重量ｐｐｍ以下、好ましくは０．５重
量ｐｐｍ以下のアルカリ金属（ナトリウムおよび（また
は）カリウム）が生じるように、これらの燃料を予備処
理してそのアルカリ含量を最小レベルに減少させること
が従来必要であった。

この燃料を用いてガスタービンを運転する場合、マグネ
シウムを添加剤として使用して、燃料からアルカリ金属
を除去することおよび（または）燃焼生成物中にアルカ
リ金属が存在しないようにすることは、約７６０℃（約
１４００″Ｆ）以上の温度で運転するタービンのノズル
およびブレードに使用される金属合金を高温腐食から保
護するために必要であると従来考えられてきた。

ガスタービン・ブレードの高温のバナジウムによる腐食
（これは７６０℃（１４００”Ｆ）以上の温度において
最も重大な問題となる）を減少させるかあるいは避ける
のに、マグネシウムはガスタービン燃料中の有効な添加
成分として一般に認め，られてきているが、燃料または
燃暁流出ガス中にアルカリ金属、たとえばナトリウムが
少量でも存在することにより添加剤としてのマグネシウ
ムの有効性はそこなわれる。

なぜならば燃料中にナトリウムとバナジウムとの両方が
存在すると、バナジウムはマグネシウムとよりはむしろ
ナトリウムと選択的に反応するので、その生成灰分にお
いてはバナジン酸マグネシウムの量が少なくなり、腐食
性で低融点のバナジン酸ナトリウムの量が多くなる傾向
があるからである。

従来、バナジウムの存在下でナトリウムが望ましくない
腐食性化合物を生成する傾向を抑制することはできなか
った。

さらに、最も重大なことは、タービンのブレードおよび
ノズルに対する硫化ナトリウムの攻撃（ふつうには硫化
として知られている）に対して、マグネシウムは有効な
保護を与えることができないということである。

ガスタービンの出力と効率を高めるための絶えざる工業
上の努力によりもたらされた現在の、また計画されてい
る一層高い運転温度において、この硫化は最も重大で破
壊的でさえある問題となっている。

また、燃焼生成物中にアルカリ金属が存在すると、ター
ビン上の灰分沈着物の性質に悪影響を及ぼし、これによ
りタービンを通る燃焼ガスの流れの詰まりゃ収斂が増加
することになり、このため出力の急速な低下が起こり、
それでタービンの出力を本来の設計定格出力にもどすよ
うにタービンを水洗してそのような沈着物を除去する必
要性やその頻度が増加する。

従来、灰分含有燃料またはアルカリ金属含有燃料を燃焼
させてガスタービンの運転用燃焼流出ガスを発生させる
場合、この燃料をたとえば水洗によって前処埋して該燃
料からアルカリ金属と水溶性の灰分生成性化合物を除去
することが行なわれてきた。

燃刺を水洗するための設備はかなりの空間を必要とし、
それでプラント設備の総原価に対してかなりの要因とな
る。

たとえば、このような燃料の水洗において、分解が困難
である油中水エマルジョンがしばしば生成する。

これらのエマルジョンは、油相から抽出された水溶性塩
を含有する水相を完全に除去するためには、解乳化剤と
、通常さらに遠心または静電的な手段または装置の使用
を必要とする。

アルカリ金属たとえばナトリウムは、燃料中の汚染物と
してばかりではなく、かつまた特に船の如き海の設備、
港あるいは海域における燃料の燃焼に関連して燃焼空気
中の汚染物としても燃焼ゾーンおよび燃焼生成物中に入
ることがある。

アルカリ金属たとえばナトリウムは、空気で運ばれる塩
（ＮａＣ１）粒子または空気で運ばれる塩含有ミストの
吸い込みに起因して燃焼生成物中に現われる。

従来、このようなアルカリ金属の汚染を避けるため、空
気で運ばれる汚染物を凝集装置や沢過装置によって除去
しなげればならなかった。

ガスタービンの運転に関連して起り得る他のアルカリ金
属汚染源は、特に使用する水がその中に溶解したアルカ
リ金属を含むとき、ガスタービン運転用の燃焼流出ガス
中への窒素酸化物の放出を減少させるためにタービンの
一次燃焼ゾーンへ水を注入する場合に生じる。

ナトリウムの如きアルカリ金属や他の金属を除去して実
質的に金属を含まない水または所望純度の水を得るには
、特別な予備処理、たとえば脱塩または脱イオン処理が
必要である。

１９７４年３月３１日〜４月４日にスイス国チューリツ
ヒで開かれたガスタービン会議において提出されたペー
パ＆７４−ＧＴ−４４の″ＧａｓＴｕｒｂｉｎｅ Ｌｉ
ｑｕｉｄ Ｆｕｅｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄＡｎ
ａｌｙｓｉｓ ”と題するＥ ， Ｅ． Ｋｒｕｌ Ｉ
ｓによるＡ． Ｓ． Ｋ Ｅ．刊行物には、ガスタービ
ン運転用の燃料の選択および処理に関する燃料洗浄ファ
クターおよび他のファクターを含む燃料処理装置が記載
されている。

この文献の開示は本明細書にその２部として含まれるも
のとする。

前述のように、ガスタービン運転用の灰分含有燃料、と
くにナトリウム含有燃料の燃焼において直面する問題、
ならびにこのような燃料に添加成分としてマグネシウム
を使用してガスタービン・ブレードの寿命を改善するこ
とはよく知られている。

マグネシウムを添加剤として使用するふつうに実施され
ている方法は、燃料中のナトリウムを予め必要とされる
最小レベルに強制的に下げて、７６０℃（１４００）１
以上の温度で運転されるタービンの熱い部位、たとえば
ノズルとブレードを高温における腐食から有効に保護し
ている。

燃利を洗浄してナトリウムを除去することは、蒸留した
燃料を除いたすべての燃料においてこれをガスタービン
での使用に適当とさせるためには絶対必要であると考え
られ、それでこの洗浄は低いコストの灰分含有油の利用
、および公益事業、製造業、加工業などのような分野に
おける動力発生用ガスタービンの一般的な使用に対して
重大な妨げである。

燃刺洗浄設備は高価であり、重油燃焼タービン設備の建
設費／ＫＷ時をかなり高くし、投資コスト、空間条件（
海上における応用において特に重要である）、運転の複
雑化、および人員一動力条件を含む運転コストを増加さ
せる。

このような洗浄設備の簡素化または排除は、明らかに主
な重要問題の改良を構成し、かつ上記のような制限され
たアルカリ金属の仕様に従う燃料を必要としないジーゼ
ルや水蒸気発生システムに対し競争的立場にあるガスタ
ービンを実質的に改良する手段を構成する。

バナジウムとナトリウムとの両方を含有する「受け取っ
たままの」燃料を用いて満足な運転を実施できる、かな
りの量のアルカリ金属を含有する燃料を燃焼する方法に
おける改良は、ガスタービンに対する市場の潜在力に強
い影響を及ぼすであろう。

また、アルカリ金属含有燃焼流出ガスの取扱いにおける
困難性を避けるのに有効な高温腐食抑制剤および灰分変
性剤の必要性は重要となりつつある。

その理由はとくに実質的に灰分を含有しない燃料、とく
に石油蒸留燃料は欠乏し、および（または）高価となり
つＮあるからであり、また残渣の灰分含有燃料やそれと
蒸留燃刺との配合物は人手が容易でありかつ比較的低価
格であるからである。

その上、腐食データはより高いガスタービンの運転温度
、たとえば９２７゜ｃ（＋７００下）の金属温度におい
て、マグネシウムをマグネシウム対バナジウムの重量比
３：１で使用した場合実質的にアルカリを含有しない燃
料を用いても適切な保護を得ることができないことを示
している。

われわれのアメリカ特許第３８１７７２２号には化石燃
刺添加組成物およびその使用が記載されており、この添
加組成物はケイ素成分とマグネシウム成分とから構成さ
れており、燃焼ガスにさらされるタービンの金属合金の
高温における腐食の抑制と、灰分含有燃料、たとえば元
素状バナジウム、アルカリ金属たとえばナトリウム、お
よびイオウの１種または２種以上を含有する燃料の燃焼
から生じる燃焼生成物中に生成した灰の変性剤としての
両方の作用をする。

さらに詳しくは、前記のアメリカ特許には、ケイ素源と
マグネシウム源？からなり、これらの比はＳｉ０２：
ＭｇＯ の比が２：１より大きい併用当量のＳｉＯおよ
びＭｇＯを供給するようなものである添加成分を化石燃
料燃焼装置の運転において利用することにより、このよ
うな装置において腐食と灰分沈着とが著しく抑制される
ことが開示されている。

炉、ボイラ、ディーゼルエンジン内の化石燃料の燃料ま
たはガスタービンの運転に関連した使用において、添加
成分は燃料中の灰分１重量部当り少なくとも０．５０重
量部の併用当量のＳｉＯ２およびＭｇＯを供給するよう
な量で存在することが望ましい。

さらに、バナジウムとアルカリ金属の一方または両方が
燃焼生成物中に存在するガスタービンの運転に関連して
使用する灰分含有燃料の燃焼において、前記のアメリカ
特許には、添加成分は前述のように燃刺中のバナジウム
１重量部当り少なくとも２重量部のマグネシウムを供給
するような量で存在し、この成分中のＳｉ０２：ＭｇＯ
の比は燃料中および（または）燃焼におけるそれと関連
する空気中のアルカリ金属１重量部当り少なくとも２重
量部のケイ素を供給するようなものであることが開示さ
れている。

前記アメリカ特許において、ガスタービンの運転に関連
して、高いナトリウム含量の燃料については６：１以上
のＳｉＯ２ ： ＭｇＯ比を用いることが望ましくかつ
経済的であることが述べてある。

従って本発明の目的は、改良された燃料組成物を供給す
ることである。

本発明の他の目的は、燃料の改良された燃焼法を提供す
ることである。

本発明の他の目的は、燃料組成物のアルカリ金属含量、
たとえばナトリウム含量が５重量ｐｐｍより大きい改良
された燃料組成物を提供することである。

さらに本発明の他の目的は、約７６０℃ （１４００下）以上の温度、たとえば９２７゜Ｃ（１７
００下）またはこれより高い温度において運転されるガ
スタービンの運転に関連して使用する高いナトリウム含
量の燃料の改良された燃焼法を提供することである。

さらに本発明の他の目的は、、燃料組成物が約５０〜１
００重量ｐｐｍのアルカリ金属、たとえばナトリウムお
よび（または）カリウムを含有するガスタービンの運転
に関連して使用するのに適した有用な燃料組成物を提供
することである。

さらに本発明の他の目的は、ガスタービンの運転に使用
する熱い燃焼流出ガスが高いアルカリ含量、たとえば約
５重量ｐｐｍ以上を含有するガスタービンの運転法を提
供することにある。

本発明のこれらの目的および他の目的は、本発明の詳細
な説明から明らかとなるであろう。

本発明の少なくとも一つの態様を実施することにより、
少なくとも一つの前述の目的が達成される。

本発明によれば、燃暁温度においてＳｉＯ２およびＭｇ
Ｏ を生成するケイ素化合物とマグネシウム化合物とか
ら本質的に成り、これらの化合物の比？Ｓｉ０２：Ｍｇ
Ｏの比が２：１より大である併用当量のＳｉＯおよびＭ
ｇＯ を供給するようなものである添加成分の存在下に
、アルカリ金属（ナトリウムおよびカリウム）含量が高
い、たとえばナトリウム含量が５重量ｐｐｍ以上である
燃料、またはアルカリ金属を実質的に含有しないが燃焼
生成物または流出ガス中にアルカリ金属が現われる条件
で燃暁される蒸留燃料が、有利に燃焼することが見出さ
れへ燃料燃焼中のこの添加成分Ｑ量は、この添加成分の
存在下の前記燃料の燃焼から生じる燃焼生成物または流
出ガス中においてケイ素対ナトリウムの重量比が６：１
より犬でありかつ燃料中に存在するバナジウム１重量部
当り少なくとも２重量部のマグネシウムを供給するよう
な量である。

添加成分は、燃焼前の燃料に添加するか、燃焼中の燃料
と接触する燃焼ゾーンへ別々に導入するか、あるいは炎
または最初の熱い燃焼ガス中に直接加えることができる
。

本発明は、一般に、灰分含有燃料に対して、また燃焼生
成物中にまたは燃焼流出ガス中にアルカリ金属が現われ
るような条件下の燃料の燃焼に対して応用できる。

本発明の実施において適切に使用される燃料には、炭化
水素質の化石燃料、たとえば石油化石燃料、ことに常態
で液体である石油燃料、蒸留石油燃料および残渣石油燃
料が含まれる。

常態でガス状または液状の蒸留燃料は、実質的に灰分を
含まない傾向がありかつほとんどの部分がガスタービン
の運転において取り扱い易い燃料である。

しかしながら、前述のように、実質的に灰分を含有しな
い燃料たとえば蒸留燃料であっても、次のような場合に
はガスタービンの運転において問題を提起する。

すなわち、燃焼生成物がアルカリ金属を含有するような
条件下でこのような燃料を燃焼する場合、たとえばこの
ような燃料を塩水に暴露し、塩水が適度に除去されない
場合、あるいは燃料の燃焼に使用する空気が微細な、ほ
とんど顕微鏡的な塩の粒子または塩含有ミストを含有す
る海上または船舶の設備、たとえば船上または港もしく
は同様な場所でこのような燃料を燃焼する場合、あるい
は火炎温度を低下させてＮＯｘの放出を減少する手段と
して水を燃焼室に注入しかつ使用する水が少量の灰分生
成成分または金属たとえばナトリウムを含有する場合、
上記の問題が生じる。

また、本発明は、前述のように、ガスタービンの運転に
有用なガス状燃料、たとえば天然ガス、液化石油ガス（
ＬＰＧ）、常態でガス状であり容易に液化し得る炭化水
素ならびに合成した液状および（または）ガス状燃料、
たとえばＣＯ、■２、ＣＨ４，Ｃ２Ｈ６およびそれらの
混合物に応用できる。

前記燃料は固体、たとえば石炭、石油コークス、可燃性
廃棄物、石油残渣、液状石油留分などの液化またはガス
化によって製造される。

本発明の実施に際して使用され［併用当量のＳ ｉ ０
２−ＭｇＯＪを供給する添加成分のケイ素およびマグネ
シウムとしては、種々の多数のものが使用できる。

本質的にケイ素とマグネシウムとから成る化合物または
それらの混合物は、燃料の燃焼における温度においてＳ
ｉＯ２およびＭｇＯ を供給する限り、いかなるものも
使用できる。

添加のケイ素成分とマグネシウム成分は有機化合物、無
機化合物またはそれらの混合物であることができ、この
ような化合物またはそれらの混合物は水溶性、水分散性
、油溶性または油分散性であることができる。

これらの成分は燃焼前に別々にまたは一緒に燃料に配合
するか、または燃料の燃焼ゾーンへ別別に導入すること
ができ、あるいは添加成分の存在で燃料を燃焼するよう
な添加成分の前記技術および方法の一つまたは二つ以上
を採用できる。

マグネシウムまたはマグネシウム成分として、硫酸マグ
ネシウムたとえばエプノム塩、酢酸マグネシウムおよび
塩化マグネシウムのような水溶性である入手容易な化合
物を使用できる。

入手容易な水不溶性マグネシウム化合物、たとえば水酸
化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび炭酸マグネヅ
ウムは、好ましくは分散性もしくは微細な形で、有効に
使用される。

他のマグネシウム含有物質または化合物、たとえばタル
ク、マグネシウム粘土、マグネシウムとケイ素との両方
を供給する天然もしくは合成のケイ酸マグネシウムは有
用である。

マグネシウムを含有する有機化合物も有用であり、これ
には脂肪族、ナフテン族および石油族のスルホン酸のよ
うな有機酸のマグネシウム塩、たとえば石油スルホン酸
マグネシウム、ナフテン酸マグネシウム、さらに高分子
量カルボン酸のマグネシウム塩、たとえばオレイン酸マ
グネシウム、マグネシウムオクトエートなどが含まれ、
これらのすべては本発明によるケイ素成分とマグネシウ
ム成分との特別な添加混合物のマグネシウム成分を構成
するのに有用である。

ケイ素源として、微粉砕シリカまたはコロイド状シリカ
および微粉砕無機シリケートは有用である。

有機ケイ素含有化合物はことに有用であり、とくにシリ
コーン、ポリシリコーン、低級アルキルＣ１〜Ｃ６シリ
ケート、たとえばテトラ低級アルキルオルトシリケート
、混合アルキルポリシリケート、たとえばエチルポリシ
リケートは有用である。

これらのケイ素含有化合物は、燃焼温度でＳｉＯ２とＭ
ｇＯ を生成し得るケイ素化合物とマグネシウム化合
物から本質的になる添加混合物のケイ素成分の一部分ま
たは全部を供給するのに有用である。

本発明の添加留分を含有する水溶液および水性分散液の
調製は、適当な且つ（または）ふつうの調製法によって
行なうことができる。

同様に、有機溶媒の溶液またはげん濁液の調製にも同様
な操作を用いることができる。

添加成分を蒸留物または他の高級石油燃料に使用する場
合、この有機溶媒のけん濁液または溶液は種々な軽質石
油留分、たとえばケロシン、泥２蒸留油などを用いて調
製できる。

添加成分を低級燃刺、たとえば残渣油とともに使用する
場合、この燃刺との均一な配合または混合を促進させる
ため、芳香族の溶媒または芳香族の石油留分を使用する
ことが好ましい。

適当な芳香族溶媒は比較的高沸点の置換ナフタレン化合
物または二置換ベンゼン化合物である。

商業的に人手できる典型的な有用な化合物は（１）石炭
タール源または石油源のメチルナフタレン留分またはナ
フタレン留分を含有する芳香族溶媒、（２）α−メチル
ナフタレンおよびβ−メチルナフタレンの混合物、およ
びそれらの誘導体のようなメチル化ナフタレン、ならび
に（３）塩素化溶媒たとえばオルトジクロ口ベンゼンで
ある。

他の溶媒も適当である。

本発明の実施の利益は、多くの異なるアプローチによっ
て達成できる。

第一のアプローチは添加成分を燃料と組み合わせて、ま
たは配合して使用することであり、この場合、ケイ素源
およびマグネシウム源、または水性または有機の液体ベ
ース中の添加成分からなる流体調合物であってマグネシ
ウム源およびケイ素源が均一に溶解および（または）分
散しているものを燃料と機械的に配合する。

このような添加組成物は燃焼すべき燃料および燃料燃暁
装置の特別の要件を満足するように容易に処方できる。

しかしながら、前述のように、ケイ素源とマグネシウム
源は同時に加えることは決して必要でないことを理解す
べきである。

これらは燃料または燃焼ゾーンへ別々に導入でき、それ
で燃料がマグネシウム成分またはケイ素成分のいずれか
一方を適当量含有する場合、本発明は燃焼ガス中に２：
１より大きいＳｉ０２：ＭｇＯ比が供給されるような量
でその含有されていない他方のケイ素源またはマグネシ
ウム源を導入することによって実施できる。

また、大規模の設備または複数の小規模の設備に処理燃
料が必要である場合、添加成分を供給装置により燃料に
混和することも望ましい。

燃料燃焼装置のタイプ、すなわちタービンを液体または
気体の燃料で直接に動作させるタイプか、加圧ボイラを
用いて運転し、このボイラ内で燃焼を加圧下に行ない、
そしてタービンの前で補助的燃焼を行なうかまたは行な
わないで流出燃焼ガスヲカスタービンへ導入するタイプ
か、あるいは前述のように水を注入するタイプかによっ
て、本発明を利用する方法は多小変更することができる
。

本発明の実施において、添加成分は燃料またはタービン
への燃焼流出ガス中にバナジウムおよびナトリウム１重
量部当り、それぞれ少なくとも２重量部のマグネシウム
およびケイ素が存在することが望ましい。

この比率は３重量部まで、また必要に応じてこれより高
い値に増加させることができ、添加成分のこのような増
加は灰の変性と腐食の抑制とをさらに改善する。

実際的観点から、添加成分の上限は経済的なものであり
、この決定はいくつかの可変因子、たとえば添加成分の
コストのほかに、燃料のコスト、燃料の品質、すなわち
灰の量および組成、ならびにタービンの熱い構成部分の
腐食および汚れの抑制の度合に基づく。

添加組成物または添加剤を燃刺に対して独立に燃焼ゾー
ンへ導入する場合、その導入量は燃料と直接混合する場
合使用するであろう導入量に一般に相当する。

ガスタービンの運転は、他の動力発生燃焼装置に比べて
金属温度が実質的に高いため、特別の様相を呈する。

ガスタービン運転中の燃料の燃焼において、バナジウム
およびアルカリ金属の一方または両方が燃焼生成物中に
存在する場合、添加成分は燃料または燃焼流出ガス中の
バナジウム１重量部当り少なくとも２重量部、好ましく
は約３重量部を供給する量で存在すべきであり、添加成
分のＳ ｔ ０２ ： ＭｇＯの比は燃料中ならびに燃
焼に関係する空気中および（または）水により燃焼ゾー
ンへ導入されるアルカリ金属１重量部当り６重量部より
多いケイ素を供給するようなものである。

内陸の設備に対して、アルカリ金属は燃焼空気中に導入
されろとは思われない。

これに対して、船舶の推進に使用されるガスタービンま
たは海に密接する陸上の設備では、塩の噴霧によって燃
焼空気中に導入されるアルカリ金属の量は、燃焼生成物
中に存在するアルカリ金属のかなりの部分を構成するこ
とがある。

前述のように、痕跡量で石油燃料中に常に存在するイオ
ウとアルカリ金属とが併存すると、このような燃料を用
いて７６０〜９２７℃（１４００〜１７００’Ｆ）ある
いはそれ以上の温度でガスタービンを運転するとき、破
壊的硫化腐食に至る。

熱腐食ともいう硫化は、ガスタービンのノズルとブレー
ドに使用する熱ガス通過合金を急激に劣化させる。

これは火炎により生成した、または燃焼ガス中に存在す
るＮａ２ ｓｏ４ カ袷金の金属成分たとえばクロムお
よびニッケルを化学的に攻撃し、その結果小球状の金属
硫化物、主に硫化クロムが析出し、これにより金属のク
ロム含量が減少し、合金の酸化抵抗性を破壊することに
原因する。

さらに、この硫化物の腐食は、燃料中のバナジウム化合
物の存在および低沸点バナデートにより引き起こされる
腐食とは独立かつ無関係であることを認識することが重
要である。

硫化により生じた加速された酸化および激しい剥脱は、
比較的短かい数千時間の運転期間でこのようなガスター
ビンの合金を破壊することがある。

１９７０年５月２４〜２８日のベルギー国ブラッセルに
おけるガスタービン会議において提出されたペーパＡ．
７０ ＧＴ ２４のＣ， Ｔ， Ｓ ｉｍｓによる
Ａ．Ｓ ．Ｍ． Ｅ．刊行物には、ガスタービンのニッ
ケル合金の硫化腐食の形態学的機構が記載されている。

この論文の開示は本明細書にその一部として含まれるも
のとする。

このタービン合金成分の破壊的硫化を防ぐためには、Ｓ
ｉｏ２：ＭｇＯの比を大きくして、Ｓｉ：Ｎａの重量比
が６：１より大きくなるように、本発明による添加成分
を供給することが必要である。

燃焼生成物中のバナジウムおよびアルカリ金属の量に従
うまたはこれに比例する装入量およびＳｉＯ２：ＭｇＯ
比で本発明の添加剤を使用すると、燃焼生成物中のアル
カリ金属の量は特別な悪影響なしで実質的に増加でき、
たとえば２０重量ｐｐｍまで、およびこれより多く５０
重量ｐｐｍまたはこれより多くなることができる。

これは実質的に経済的に有益である。なせならば、すべ
ての重要なコストの因子である。

燃料および（または）燃焼空気ならびに窒素酸化物を減
少するために注入される水からのアルカリ金属の実質的
除去の必要性が減少または排除されるからである。

本発明によるマグネシウムおよびケイ素添加剤の組み合
わせを使用すると、高級燃料の使用が推奨される高温の
ガスタービンの運転における硫化腐食の重大な問題を克
服できるばかりではなく、この添加剤の使用により高温
ガスタービンの運転に実質的に低級の燃料が使用できる
。

本発明による添加組成物および燃桐組成物は、特定の燃
料において有益な作用を有することが知られている他の
添加剤も含有できる。

たとえば、燃焼の改良および（または）煙の抑制用にマ
ンガン、バリウムまたは鉄、ならびに殺微生物剤として
ホウ素および他の物質、たとえば乳化剤または脱乳化剤
の少量を、燃焼すべき燃料の性質によって存在させても
よい。

添加組成物および（または）処理した燃料がマグネシウ
ム源およびケイ素源を含有し、および（または）燃焼流
出ガスまたは熱い燃焼ゾーンにＳｉＯ２およびＭｇＯが
前述の比および量で供給される限り、このような添加組
成物および処理した燃料は本発明の実施態様に含まれる
。

前述のように、本発明を実施することにより、即ち添加
成分をアルカリ金属含有燃料に加えることにより、また
は燃焼生成物中に６：１、好ましくは１０：１より大き
いケイ素対アルカリ金属の重量比を生じる量の、ケイ素
とマグネシウムとから本質的に成る添加成分の存在下に
燃利を燃焼させることにより、燃料からアルカリ金属を
水洗除去する操作が排除または軽減される。

さらに、前述のように、本発明に従って燃焼生成物を使
用してガスタービンを駆動するとき、タービン・ブレー
ドを不都合に腐食または汚さないで、高いアルカリ含量
たとえば約２０〜１００ｐｐｍまでのＮａが燃焼生成物
中に現われる条件で、燃料を燃焼できる。

現在のＡ．Ｓ．Ｔ．Ｍ．において、ガスタービン燃刺仕
様書は、腐食または灰分沈着の抑制用添加剤を必要とし
ないで燃焼されるＧＴＩ、ＧＴ２およびＧＴ３燃料に対
して５ｐｐｍのナトリウムおよび２ｐｐｍのバナジウム
の限界を設定している。

この燃刺仕様書はタービン製作者によって定められたが
、工業上の経験から、これらを比較的低く含有し、許容
しうる汚染物レベルにあると従来考えられていた燃料で
あっても完全に許容しうるものではなく、７６０℃（１
４００下）以上の金属温度で運転されるタービンのブレ
ードを急速に破壊することが示された。

本発明に従って燃料組成物を使用しかつ燃料を燃焼させ
ることにより、これらの困難性は避けられる。

さらに、前述のように、本発明によれば、アルカリ分を
実質的に除去するためにナトリウム含有燃刺を水洗する
ことが避けられる。

本発明によれば、短かくかつ合理的な時間の燃料滞留貯
蔵期間で、燃料に含まれる水を沈降させて実質的に燃料
と分離することから成る比較的簡単な操作が使用できる
。

このような操作により、通常燃料に含まれる海水または
塩水溶液の実質的な部分が除去でき、必要に応じて燃料
をＰ過または遠心処理すると、ナトリウムの高く且つば
らついた濃度を避けることができ、このような燃料中の
ナトリウムは約１０〜２０ｐｐｍの本発明で取り扱いや
すいナトリウム濃度に減少する。

前述のように、本発明によれば、燃焼空気中に同伴され
た海水の塩を経てタービンへ入る燃焼生成物中の高含量
のナトリウムが許容でき、また、水の注入を採用する場
合、脱イオン化のような経費のかかる予備処理に頼らな
いで純度の低い水源を利用しても、熱い燃焼生成物中の
ナトリウムレベルが約２０〜５０ｐｐｍの最大値を越え
ないかぎり、タービンに水を使用する前に金属汚染物を
本質的に除去することができる。

本発明によれば、燃料またはタービンに入る燃焼生成物
中のナトリウム含量は、本発明の添加成分が燃料の燃焼
の間存在するかぎり、無視しうるレベルに減少させる必
要はない。

この発見は商業的に非常に重要でありかつ価値がある。

実施例 １ 本発明の実施、とくに本発明の特定の成分の組み合せ物
をナトリウム含量の高い−燃料に添加することの有用性
を明らかにする試験を行なった。

実際のガスタービン・ブレードがさらされる条件を模擬
ずるいくつかの試験を、特別の装置を使用して金属試料
について行なった。

この特別の装置は、１９７０年１１月３０日〜１２月３
日にアメリカ合衆国ニューヨーク州ニューヨーク市で開
催されたジ・アメリカン・ソサイアテイ・オブ・メカニ
カル・エンジニアーズ（ Ｔｈｅ ＡｍｅｒｉｃａｎＳ
ｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒｓ ）の年次会合で提出された「ガスタービン
合金の高温腐食抵抗の実験室的評価法（ Ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｙ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒ Ｅｖａｌｕａ
ｔｉｎｇ Ｈｉｇｈ −ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｒ
ｒｏｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｇａｓ
Ｔｕｒｂｉｎａｌｌｏｙｓ）Ｊと題するＡ． Ｓ．Ｍ．
Ｅ．の報文であるペーバＡ７０ −ＷＡ／ＣＤ ２に
記載されている。

試験した金属試料は、前記刊行物に記載された、Ｃｏ，
Ｃｒ，ＡＩおよびＴｉを含有するニッケル合金Ｕｄｉｍ
ｅｔ５００と、Ｃｕ１ ＮｉおよびＷを含有するコバル
ト合金Ｘ−４５から製作した。

試験で使用した燃料は、１．５〜２０ｐｐｍの範囲の変
化量のナトリウムと２〜２０ｐｐｍの範囲の変化量のバ
ナジウムとを含有する燃料油であった。

本発明の特別な成分を、マグネシウム対バナジウムなら
びにケイ素対ナトリウムの比をいろいろ変化させて加え
た。

燃焼温度においてＳｉＯ２とＭｇＯを形成するケイ素化
合物とマグネシウム化合物とから本質的に成る添加成分
を、１２重量％のＭｇＯ を含有するスルホン酸マグネ
シウムと約６０重量％のＳｉＯ２を含有するシリコーン
重合体を沸点が約２３２℃（ ４５０’Ｆ）より高い芳
香族石油留分に溶かした形で使用した。

添加剤と燃料とを表Ｉに記載するＭｇ／ＶおよびＳｉＱ
２／ＭｇＯの比が得られるように一緒にした。

試験結果を表■に記載する。

試験は８７１℃（１６００’Ｆ）の燃焼ガス温度を用い
、ほぼ３気圧において約１５０時間実施した。

これらの試験の結果を表Ｉに記載する。

試験データから明らかなように、８７１℃（１６００’
Ｆ）において、燃料に比較的少量の灰分、たとえば２ｐ
ｐｍのバナジウムおよびナトリウムが存在しても、合金
試料の重量損失で茂わした腐食がかなり増加するが、こ
れに対して蒸留した灰分を含有しな゜い燃料を同じ試験
条件下で燃焼したときふつうの高い温度の酸化だけが起
こる。

マグネシウム添加剤を３／１のＭｇ／Ｖの重量比で比較
的高いバナジウム含量の燃料に加えると、８１６℃（１
５００’Ｆ）におけるバナジウムの腐食は燃料中の低い
ナトリウム含量で抑制される。

しかしながら、燃料中の高いナトリウム濃度において、
従来ふつうに推奨されている３／１のＭｇ／Ｖの重量比
においてマグネシウムが存在シても含金の金属の急速な
破壊が起る。

マグネシウム添加成分で示された非有効性と対照的に、
本発明の添加成分の組み合せを、２０ｐｐｍのバナジウ
ムと２０ｐｐｍのナトリウムとを含有するＮａ／Ｖが１
である燃料とで緒に使用すると、同一条件下で硫化の攻
撃が安全に防止さわ、そして金属合金試料の重量損失は
、灰分を含有しない場合について示された値に近づくレ
ベルまで減少し、ニッケル基合金Ｕ５００の場合におい
て、２ｐｐｍのバナジウムと２ｐｐｍのナトリウムを含
有する燃料に比ヘて腐食は減少する。

前の試験が示すように、２ｐｐｍのＶおよびＮａは添加
剤を使用しないで高温のタービンの運転に使用する燃料
に許容される金属の最大濃度である。

しかしながら、本発明の添加組成物の使用により得られ
る最も重要な利益は、約７６０℃（１４００下）以上の
温度で運転するタービンのノズルとブレードに使用され
る金属合金の硫化を避ける手段として、ほとんどのター
ビン製作者によって特定されるｌｐｐｍの最大ナトリウ
ム含量の２０倍である２０ｐｐｍのナトリウムを含有す
る燃料を用いたときに示されるように、硫化が抑圧され
ることである。

表Ｉに記載した試験結果から明らかなように、本発明に
より添加成分の特定の組み合わせを使用することにより
、この添加成分の組み合わせの存在で燃料を燃暁させる
かぎり、従来可能な限度であると考えられていたより非
常に高いアルカリ金属たとえばナトリウム含量が燃料中
に存在してもよく、これによってブレードの破壊的な硫
化や過度の腐食が避けられる。

実施例 ２ 実施例１で用いた装置及び合金Ｕｄｉｍｅｔ５ ０ ０
を用いて試験を実施した。

試験において用いた燃料は、５０ｐｐｍのバナジウムを
含有しナトリウムを含有しない＆２燃料油であり、試験
は３気圧において試料の温度を８１５°（１５００下）
にして１０時間行なった。

それぞれ別の試験において、マグネシウム単独、ケイ素
単独、および３種の異なるケイ素／マグネシウム混合物
の源を供給する添加成分を油に加えた。

マグネシウム源単独を供給する試験用燃料は、パラフィ
ン油中のＭｇ（ＯＨ）２の分散物を油に加えることによ
ってつくり、この分散物は３１重量％のＭｇＯ を含有
していた。

ケイ素源単独を供給する試験用燃料は、高沸点≧？香族
溶媒〔２３２°〜３７１℃（４５０°〜７００’Ｆ）の
沸点をもつメチルナフタレン留分〕中のシリコーン重合
体の溶液を油に加えることによってつくり、この溶液は
２３重量％のＳｉＯ２を含有していた。

マグネシウム源とケイ素源の両方を供給する試験用燃料
は、有機マグネシウムおよびケイ素源の高沸点芳香族溶
媒溶液を用いてつくった。

より詳細には、１２重量％のＭｇＯを含有するスルホン
酸マグネシウムと６０重量％のＳｉＯを含有するシリコ
ーン重合体を、下表に示す。

Ｓ ｉ ０２／ ＭｇＯの比を与える併用当量のＳｉＯ
２およびＭｇＯを１４〜２０重量％の量で２３２°〜３
７１゜Ｃ（４５０°〜７００’Ｆ）の沸点をもつメチル
ナフタレン留分に溶かした。

１０時間の試験後、試料を腐食および灰分沈着物の性質
について検査した。

結果を表■に掲載する。

これらのデータは、Ｓ ｉ ／Ｍｇの組み合せの添加成
分の腐食および灰分の沈着の両方を制御する場合の相乗
効果を明らかに示している。

Ｓｉ／Ｍｇ添加成分を使用したとき形成するやわらかく
で弱い沈着物は、マグネシウムだけを供給する添加成分
を使用したときのかたくてもろい沈着物より明確に改良
されている。

ガスタービンの出力を低下させ、かつガスタービンのベ
ースロード型運転への使用を制限するのは、マグネシウ
ムを含有しケイ素を含有しない添加成分の使用に特徴づ
けられる沈着物の大量の蓄積である。

しかしながら、添加成分のＳｉＯ２／ＭｇＯの比を２：
１より太きくすると、やわらかくて弱い沈着物の量は減
少してベースロード型運転ができるという特別の利益が
得られる。

合金の試料として、実施例１で記載した刊行物に開示さ
れた他のニッケルをベースとする「超合金」、ｌｎｃｏ
７ １ ３ Ｃ， １ｎｃｏ７ ３ ８ 、および
Ｕｄｉｍｅｔ ７ １ ０ならびにコバルトをベースと
する「超合金ＪＸ−４５を使用する他の比較試験におい
て、同様な結果が得られた。

実施例 ３ 燃料燃焼生成物によるタービン・プレード合金の腐食の
減少につれて、マグネシウムーケイ素燃料油添加成分中
のケイ素の比率を増加させた場合の効果を評価するため
、Ｎｏ． ２燃料油を燃焼する実施例２に記載したよう
な試験を行い、これをバナジウムおよびナトリウムを加
えてバナジウム５ｐｐｍ、ナトリウム２ｐｐｍとして、
いくつかの比較試験を行った。

試験は３気圧で５０時間行い、試料の温度は８１５℃（
１５００下）であった。

タービン・プレドの合金として、「Ｕｄｉｍｅｔ５ ０
０ｊすなわち実質的な量のコバルト、クロムおよびそ
の他の成分を含何するニッケルをベースとする合金、な
らびに「Ｕｄｉｍｅｔ７ １ ０ Ｊ、すなわち上記よ
り少量のコバルトおよびクロム、かなりの量の鉄、およ
びその他の成分を含有するニッケルをベースとするいま
一つの合金を使用して、試験を行った。

対照試験は添加成分を使用しないで行い、一方、試験は
添加成分を用いてＭｇ：Ｖを３：１とし、シリカの量の
異なる添加成分物を使用してＳｉ０２：ＭｇＯの比を１
．５：１、３：１および６：１として行った。

これらの試験において、有機マグネシウム源すなわち１
２重量％のＭｇＯを含有するスルホン酸マグネシウム、
および有機ケイ素、すなわち６０重量％のＳｉＯ２を含
有するシリコーン重合体を、高沸点芳香族溶媒、すなわ
ち沸点範囲が２３０°〜３１７℃（４５０°〜７００下
）であるメチルナフタレン留分中に、下表に示すＳｉ０
２／ＭｇＯの比を与える併用当量のＳｉＯ２およびＭｇ
Ｏを１４〜２０重量％の量で溶解した。

使用重量比およびｍｇ／ｃｍで表わした。

観察された腐食（重量損失）に関する適切なデータを表
■に示す。

これらの結果から、腐食は合金の組成が変わるとかなり
変化すること、そして平均するとケイ素対ナトリウムの
２：１の比は腐食を約５０％減少すること（Ｕｄｉｍｅ
ｔ７ １０に対して減少は５０％よりやや小さく、Ｕｄ
ｉｍｅｔ５ ００に対して減少は実質的に５０％より大
きいこと）がわかる。

非常に低い腐食と５＝１〜６：１のＳｉ二Ｎａ範囲にお
ける曲線のこう配は、Ｓｉ：Ｎａ比をさらに多少増加さ
せることがある合金には有益でありうることを示唆して
いる。

次に本発明による添加組成物または配合物を示す。

一つの配合物は約５４重量％の石油炭化水素留分たとえ
ば芳香族石油留分、約２５重量％の有機のケイ素含有化
合物たとえばシリコーン、および約２１重量％の有機の
マグネシウム含有化合物たとえば石油スルホン酸のマグ
ネシウム塩から調製され、６：１のＳｉＯ２／ＭｇＯ重
量比を供給し、かつ約１７．５重量％の全金属酸化物含
量を有するものである。

この配合物は、ガスタービン用の、常態で液状の蒸留燃
料、たとえば常態で液状の蒸留石油燃祠を燃焼する場合
の添加剤として有用である。

ガスタービン用のバナジウム含有燃料、たとえばバナジ
ウム含有液状石油燃料の燃焼において有用な他の配合物
は、本発明に従い、３４重量％の液状炭化水素または石
油留分、２５重量％の有機ケイ素含有化合物および４１
重量％のマグネシウム含有有機化合物から成り、この添
加剤組成物は３：１のＳｉ０２／ＭｇＯ重量比と約２０
重量％の全金属酸化物濃度とを供給する。

本発明による添加組成物、これを含有する燃料およびこ
の添加組成物の存在下の燃料の燃焼法の種々の変形およ
び変更は、当業者には前述の説明から自明であろう。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 約７６０℃（１４００下）以上の温度で運転するガ
   スタービンに使用する燃料組成物であって、アルカリ金
   属及びバナジウムの一方または両方の含量が２重量ｐｐ
   ｍより大きい主要量の可燃燃料、及び該燃料に配合され
   た、硫化とタービンへの沈着を抑制するに十分な量の添
   加成分を含有すること、この添加成分は燃料燃焼温度に
   おいてＳｉｎ２とＭｇＯを生成するケイ素化合物とマグ
   ネシウム化合物とから本質的に成り、これらの化合物の
   比はＳｉ０２：ＭｇＯの比が２＝１より大である併用当
   量のＳｉＯ２およびＭｇＯを与えるようなものであるこ
   と、該燃料に配合された添加成分の量は燃料組成物中の
   または生成した流出燃焼ガス中のケイ素対アルカリ金属
   の重量比が６：１より大で且つ（または）燃料組成物中
   のマグネシウム対バナジウムの重量比が２：１より大と
   なる量であることを特徴とする燃料組成物。