技術紹介

燃料油・潤滑油のトラブルおよび原因究明方法
知惠賢二郎 *1
Chie Kenjiro

七里智美 *2

Nanasato Tomomi

高野卓 *2

Takano Takashi

長島陽一 *2

Nagashima Yo-ichi

油（オイル）は動物や植物、鉱物から採取され、水と分離する疎水性物質の総称であり、食用分野、工業分野をはじめ化粧分野でも幅広く利用されている。有機物から構成される油は、燃焼させればエネルギー、電気部に用いれば絶縁材、駆動部に用いれば潤滑材など用途は多岐にわたり、さまざまな特性がある。これら特性を把握・管理するために「油分析」が実施され、当社でも各種の油分析を実施している。油分析は特性を把握・管理する目的で開発されたが、時には油トラブル原因究明の手段ともなる。本稿では燃料油、潤滑油を中心として、トラブルが生じた場合の分析・原因究明方法について紹介する。
キーワード：燃料油、再生油、重油、潤滑油、生分解性油、トラブル調査、スラッジ、アスファルテン、
PONA 分析、ガスクロマトグラフ、赤外線吸収スペクトル、SEM-EDS

よび灯油が代表例である。得られたエネルギーは1. はじめに機械駆動や蒸気発生、暖房熱源に用いられる。燃油は燃料油、潤滑油、絶縁油等、さまざまな種料油の中でも、原油を分別蒸留する際、低沸点で類があり、利用方法も多岐にわたる。近年では再得られる油は「揮発油」に区分されている（※ 1）。

生利用や、低環境負荷に着眼した新オイルが開大型ボイラでは、高価な揮発油ではなく安価な重発・使用されるようになり、従来のオイルでは見油や再生油が燃料として用いられることが多い。

られなかったトラブルが発生している。トラブル※ 1 ：揮発油：揮発油税法では「セ氏 15 度で比発生時には、その原因を究明し、対策することが重が 0.8017 を超えない炭化水素油」（1）

重要となるが、そのためにはトラブルの状況を把2.2 燃料油のトラブル握し、さまざまな分析法を組み合わせて対応することが多い。本稿では、燃料油（2 章）と潤滑油（3

燃料油のトラブルは異物（水分、油、固形物）混章）のトラブル事例について、各種分析結果を交入やスラッジ（※ 2）生成などの原因により引き起えて原因究明・対策例について紹介する。

こされる。原因により現れるトラブル形態には特徴があり、例えば、水分が混入した場合は水層－

2. 燃料油油層分離やエマルジョン生成による白濁化、異種

2.1 燃料油とは油が混入した場合は層分離や引火点、発火点およ

燃料油（Fuel Oil）は、燃焼させることで熱エネルび粘性が変化する。その他、さまざまなトラブルギーとなる液体の総称であり、ガソリン、軽油おが発生するが、状況に応じて蒸留性状、ガスクロ*1：計測事業部*2：計測事業部

計測エンジニアリング部 課長
化学・環境部 福浦グループ

博士（理学） 環境計量士（濃度関係、騒音・振動関係） 一般計量士—12—マトグラフ、構成成分分析などの分析手法を組み合わせて原因を究明する。本稿では、利用が進む「再生燃料油」のトラブル調査の一例を紹介する。
※ 2 ：スラッジ：燃料油中の成分が凝集・粒形形成し、炭素状物質として析出したもの。
2.3 再生燃料油とは

図1

再生油は、使用済み油中の劣化生成物や混入異分析試料（左：目詰まり物質（2cm 大）、  右：C 重油および再生油）物を分離除去して再生した油である。再生方法は機械的方法として、遠心分離、ろ過処理、物理的※ 3 ：C 重 油： 重 油 は 粘 度 に よ っ て A 重 油方法として、蒸留処理、吸着剤処理、化学的方法（1 種）、B 重油（2 種）、C 重油（3 種）に分として、酸洗浄、アルカリ処理などがある。再生類される 。

油を燃料として用いられるように成分を調整した

一般的に品質は A 重油 > B 重油 > C 重油

ものが再生燃料油である。

である。

（2）

2.5 再生燃料油の分析

2.4 再生燃料油のトラブル（1）残留炭素分、灰分、灰の成分

C 重油（※ 3）を使用している生産工場のバーナー設備において、試験的に再生燃料油（以下、再目詰まり物質、C 重油、再生油について示差熱生油）を使用した。その後、通常の C 重油の使用に重量分析（TG-DTA）を用い、残留炭素分（窒素雰囲戻したところ、バーナーに目詰まりが発生した

気下 TG-DTA）および灰分（空気雰囲気下 TG-DTA）（図 1）。本稿では目詰まり物質の組成等を特定するを分析した。また、目詰まり物質、再生油の灰にとともに、C 重油と再生油の混合によってスラッついて、SEM-EDS により成分分析を行った。結果

ジ（閉塞物）が生成するか検証した例を紹介する。

を表 1、図 2 に示す。

表1

各試料の灰分および灰の成分

図2

灰の成分分析結果
—13—

IIC REVIEW/2019/10. No.62

表 1 より C 重油は再生油に比べて、残留炭素分が 10％以上多く含まれており、目詰まり物質を形成した要因の一つと考えられる。同表より C 重油
ざんさの灰分（800℃で燃焼させた後の残渣分）は JIS 規格（2）の範囲内（0.1％未満 ）であるが、再生油の灰分はC 重油に比べて多く、目詰まり物質にも極めて多量の灰分が含まれていた。図 2 より灰の成分は目詰まり物質と再生油で類似しており、目詰まり物質中の灰分は再生油由来と考えられる。

図3

再生油中の異物

また、再生油をろ過・溶剤洗浄した残渣を顕微鏡で確認したところ、図 3 に示す微小な金属片が（2）ガスクロマトグラフ分析および蒸留性状
次に C 重油および再生油の性状を把握するた確認された。この金属片は再生前に使われていた用途に起因するものと考えられる。

め、ガスクロマトグラフ（GC）分析および蒸留性シグナル強度（cps）状を分析した。分析結果を図 4、図 5 に示す。

シグナル強度（cps）

時間（min）

シグナル強度（cps）

時間（min）

時間（min）

図4

ガスクロマトグラフ分析結果
—14—

図5

蒸留性状分析結果

図 4 に示すように、目詰まり物質における GCが A 重油、軽油に比べてかなり高温であるにもかプロファイルは C 重油に見られる特徴的な形状でかわらず密度が低いことから、成分には飽和炭化あった。対して、再生油は鎖式飽和炭化水素（パ水素が多く含まれていると考えられる。実際、表 2ラフィン）の少ない炭化水素油であり、GC プロの PONA 分析結果から、再生油には飽和炭化水素ファイルより分岐型あるいは環式炭化水素（ナフが多く含まれていた。また、再生油は有機物溶解能テン）が多く含まれていると推測される。このこの高い芳香族分（トルエン等）が少ないこともわとから、再生油は C 重油等の通常燃料油とは異なかった。C 重油と再生油が混合した場合には、飽和る成分が多く含まれており、例えば潤滑油に相当炭化水素量と芳香族量のバランスが変化するたするものと考えられる。

め、油中の溶解有機成分が析出する可能性がある。
（4）スポットテストによる検証

図 5 の蒸留性状結果から C 重油および再生油の沸点範囲がわかる。C 重油は高沸点成分を含んだ再生油と C 重油の混合によるスラッジ生成の有燃料油であり沸点範囲が広い。対して、再生油は無を明らかにするため、ろ紙とスポイトを用いて沸点範囲が限定されており、潤滑油のように一度混合状態を確認するスポットテストを行った。ス

精製された留出油が主成分と考えられる。

ポットテスト結果を図 6 に示す。

（3）密度、油成分の組成分析

再生油と C 重油を混合してスポットテストを

図 4 および図 5 のガスクロマトグラフ、蒸留性状行った結果、図 6 より再生油に C 重油を 20％の割の結果から、C 重油と再生油は成分が異なることが合で混合させた場合に、スラッジの生成が確認さ示されたため密度および PONA 分析（※ 4）を行い、れた。この生成したスラッジは、パラフィンであ組成の違いを確認した。分析結果を表 2 に示す。

るヘプタンには溶解しないが、芳香族であるトル※ 4 ：PONA 分 析： 油 中 の 成 分 を パ ラ フ ィ ン

エンには溶解したため、アスファルテン（※ 6）と（Paraffin）、オレフィン（Olefin）、ナフテ考えられる。また、再生油に含まれている固形物

ン（Naphthenic）、芳香族（Aromatic）の 4 種

は、ヘプタンおよびトルエンのどちらにも溶解せに分けて定量するもので、各成分の英文ず、その主成分は無機物であると考えられる。

名の頭文字をとって PONA 分析と呼ぶ。

※ 6 ：アスファルテン：トルエンに溶解するが、

表 2 の結果より再生油は、C 重油に比べて密度がヘプタンには溶解しない成分であり残留炭素量と相関をもつ。

低いことがわかる。また再生油は、蒸留性状
（沸点）
—

15—

IIC REVIEW/2019/10. No.62表2図6

密度および組成分析結果

スポットテスト結果（試料を所定の比率で混合し、100℃－ 1 時間加熱後）

2.6 各種分析結果からのスラッジ生成原因推定である。

および対策について④ 今後の対策について

2.5 節（1）～（4）の分析結果から、目詰まり物

再生油と C 重油が特定の比率（再生油：C 重質、再生油の特定、スラッジの生成原因は次のと油 = 4：1）で混合した際にアスファルテンが生おりと考えられる。

成するため、切り替え時の燃料供給条件を調整することでスラッジ生成が抑制できる。また、① 目詰まり物質について切り替え時に市販のアスファルテン生成抑制剤

目詰まり物質は、再生油に含まれているカルを添加することも有用である。

シウム、亜鉛等の「金属化合物（固形物）」
並びに C 重油から派生したアスファルテンと

3. 潤滑油考えられる。
3.1 潤滑油とは② 再生油についてしゅうどう

再生油は、廃潤滑油を精製したもので、芳香潤滑油（Lubricant Oil）とは、歯車など摺 動部を族分が少なく、さらに金属などの無機物を多く効率良く動かすための潤滑剤として使われる油で含んでいる。

あり、エンジンオイルが代表例である。油は分子③ スラッジ生成について量が大きく水に比べ粘性が高いため、強い油膜をスポットテストの結果は、再生油に C 重油が形成し摺動部の摩擦を軽減する。また電気的性質

20％加わるとスラッジが生成することを示しが中性で金属の腐食・酸化を防止する優位性も持た。スラッジの生成は、芳香族の多い C 重油とち合わせている。燃料油と比べて燃えにくく、例芳香族の少ない再生油が混和したことによってえばガソリンの引火点は氷点下 20℃レベルであC 重油中のアスファルテンが析出し、再生油中るが、潤滑油の引火点は 200℃以上のものが多い。の固形物を取り込んでスラッジを形成したもの
—

16—

（4）

3.2 潤滑油のトラブル

えい定基準が設けられている 。近年では、漏洩時の潤滑油のトラブルも燃料油と同様に、異物（水環境負荷の観点から洋上用に多く用いられている。

分、油、固形物）混入やスラッジ生成のほか、酸生分解性潤滑油の種類はさまざまであるが、大化による劣化や添加剤成分の減少により引き起こ

まかには「脂肪酸エステル系」「、ポリエーテル系」のされる。異常発生時に手早くかつ効果的な判断が2 種に区別できる。近年はポリエーテル系の潤滑油できるのは「粘度」であり、水の混入や、劣化に対は減少傾向にあり、「生分解性」と「潤滑性能」の双して敏感に応答する。近年は省エネルギー、低環方が優れた「脂肪酸エステル系」が多く使用されて境負荷の観点も潤滑油種選択の要素となっていいる。脂肪酸エステルの原料となる脂肪酸は主とる。その中で、特に「生分解性潤滑油」の導入が著して植物油を用いており、生物（植物）由来のためしい。これら新しい潤滑油の導入にともない、こ生分解が高い。本稿では、近年導入が進む「生分解れまでにないトラブルが発生し「赤外線吸収スペ性潤滑油」のトラブル調査の一例を紹介する。

クトル分析」「元素分析」「SEM-EDS 分析」など、多3.4 生分解性潤滑油のトラブル

くの分析法を組み合わせて原因究明する機会が増（3）えている 。

船用スベリ軸受（船尾管軸受）に使用されている脂肪酸エステル系生分解性潤滑油（以下、エステ3.3 生分解性潤滑油とはル系潤滑油）がヘドロ状になり、それによって配生分解性潤滑油は、自然界に存在する微生物に管が詰まる程になったトラブルを調査した。潤滑

よって分解される潤滑油であり、最終的に二酸化油の使用箇所は軸受、配管ラインであり、基本的炭素と水に分解されるため、自然界への環境負荷にシール装置によって密閉されているが、シールが低減する。通常、生分解性の定義は各国で定め

外部は海水に直接接しており、海水由来の成分がられており、日本では公益財団法人日本環境協会混入する可能性がある。図 7 に分析した新油、使が運営する『エコマーク』に生分解性潤滑油剤の認用油、スラッジを示す。

図7潤滑油（試料 1 ～試料 3）および発生したスラッジ（試料 4、試料 5）—17—

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3.5 潤滑油の分析（2）エステル系潤滑油の性状分析（1）赤外線吸収スペクトル分析

試料 1 ～試料 3 の性状を把握するため、試料のまず、供試料の赤外線吸収スペクトル分析を実水分、イオン性物質（溶解性成分）の分析を実施し施した。分析結果を図 8 に示す。図 8 より試料 2た。分析結果を表 3 に示す。

および試料 3 の使用油から水の含有は見られるも① 灰色液体（試料 2）について
試料 2 には多量のイオン性物質を含んだ水分明らかなスペクトルの差異は見られなかった。

が含まれていた。試料 2 のイオン組成は海水と透過率（％）のの、水以外の成分については試料 1 と比較して波数（cm-1）

図8

潤滑油（試料 1 ～試料 3）における赤外線吸収スペクトル—

18—

表3

各試料の分析結果は一致しないものの、海水と共通する成分が多量に含まれており、海水が混入した可能性が考えられる。
② 薄茶色灰色液体（試料 3）について
試料 3 には多量の水分が含まれていた。試料3 のイオン組成は海水とは一致しておらず、カルシウム以外のイオン性物質の含有量も少ない。エステル系潤滑油は水分を吸湿しやすいことが知られており、試料 3 は何らかの水分が混入したものと考えられる。
（3）新油と水の混合の様子エステル系潤滑油は水分を吸湿しやすいことが知られているため、新油に水を 10％添加混合し図9て、その様子を観察した。新油および混合後 1 週

水との混合の様子（左：新油、右：水 10％  混合後 1 週間静置）間静置した状況を図 9 に示す。
水と混合した新油は図 9 に示すように全体が乳3.6 残渣物、スラッジの分析（1）顕微鏡観察

濁して 1 週間静置しても水は分離しなかった。試料 2、試料 3 の使用油がヘドロ状になった原因は

試料 4 および試料 5 のスラッジはエステル系潤水の混入により乳濁、周囲の異物を取り込みヘド滑油に覆われていたため、スラッジをトルエンでロ・黒色化したことが一因と考えられる。

洗浄した残渣物について分析を行った。また、灰—19—

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色液体（試料 2）、薄茶色灰色液体（試料 3）をトルれる。

エンで希釈、ろ過した残渣物についても合わせて（3）元素分析（SEM-EDS）

分析を行った。スラッジの残渣物および使用油のそれぞれの残渣物について SEM-EDS を用いて残渣物の顕微鏡写真を図 10 に示す。

元素分析を行った。元素分析結果を図 12 に示す。

顕微鏡観察の結果から、トルエンで洗浄した後全ての残渣物は鉄、炭素、酸素、硫黄、カルシの残渣物は全て数十 mm の雑多な粒子から構成さウム、亜鉛等の多くの金属元素が含まれていた。

れていることがわかった。

これらの残渣物は鉄、亜鉛等の船舶部材由来の金（2）赤外線吸収スペクトル分析

属片、エステル系生分解性潤滑油由来の脂肪酸

スラッジの生成は潤滑油の主成分である「脂肪塩、海水に由来する無機塩等に起因すると考えら酸」が水分やカルシウム、硫酸等の無機成分と反れる。これらの固形物が潤滑油に覆われてヘドロ応したことが一因と考えられる。そのため、脂肪状のスラッジになったと考えられる。

酸塩の代表とされる「ステアリン酸カルシウム」、3.7 各種分析結果からのスラッジ生成原因推定

無機塩類として「硫酸カルシウム」と残渣物およびおよび対策についてスラッジについて赤外線吸収スペクトル分析を行った。スペクトル解析の結果を図 11 に示す。

3.5 節（潤滑油）および 3.6 節（残渣物、スラッジ）

全ての残渣物から脂肪酸塩（ステアリン酸カルの分析結果から、スラッジの生成原因は次のとおシウム）および硫酸塩（硫酸カルシウム）に類似すりと考えられる。

る吸収スペクトルが得られた。よって、残渣物に① 当該潤滑油がヘドロ状になったのは多量のは脂肪酸塩および硫酸塩が含まれていると考えら水が混入し、乳濁したためと考えられる。

図 10

スラッジの残渣物および使用油の残渣物—20—透過率（％）

波数（cm-1）

図 11

赤外線吸収スペクトル結果—

21—

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図 12

元素分析 SEM-EDS 結果② 配管詰まりが発生した原因として、船舶部材され、トラブルもさまざまな事象が発生すると思由来の金属片、潤滑油由来の脂肪酸塩、海水われるが、その原因究明方法の一助となれば幸い由来の無機塩等の固形物と潤滑油でスラッである。

ジが発生したと考えられる。

参考文献③ 今後の対策として、潤滑油の乳濁の有無を定（1） 一般財団法人大蔵財務協会：詳解 揮発油税

期的に確認するとともに、乳濁が確認された法・石油石炭税法

際は潤滑油の交換が推奨される。

（2） 一般財団法人日本規格協会：JIS ハンドブック

4. 最後に原油及び石油製品（3） 石塚悟、木村重利：油分析技術について、IIC

燃料油、潤滑油の分析は品質管理のツールとして開発されたものが多いが、トラブル発生時には

REVIEW、Vol.46、2011/10、pp.38-44（4） 公益財団法人日本環境協会：生分解性潤滑油原因究明のツールとなる。そのためには、まず各Version 2 商品認定基準

種分析の目的、得られるデータの意味を理解することが重要である。今後も多くの新しい油が開発

計測事業部
計測エンジニアリング部 課長
博士（理学） 環境計量士（濃度関係、騒音・振動関係） 一般計量士

計測事業部 化学・環境部
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七里 智美

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計測事業部 化学・環境部
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高野長島 陽一

卓TEL. 045-791-3516
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