【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン、ボイラおよびデーゼルエンジン等の燃料に関わり、特に、安価に製造でき、環境保全に有効なＷ／Ｏ型エマルジョン燃料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水と燃料（重油、軽油、灯油、植物油等）を混合して製造するエマルジョン燃料は、燃焼時にＮＯｘやすすの発生が非常に少ないため、大気汚染防止に有効な燃料であることが知られている。
【０００３】
エマルジョン燃料には２つのタイプが存在する。すなわち、Ｏ／Ｗ（Ｏｉｌ ｉｎ Ｗａｔｅｒ）型とＷ／Ｏ（Ｗａｔｅｒ ｉｎ Ｏｉｌ）型である。Ｏ／Ｗ型は図５（ａ）に示すように水１中に油滴２が分散しているタイプであり、Ｗ／Ｏ型は図５（ｂ）に示すように油３中に水滴４が分散しているタイプである。
【０００４】
エマルジョン燃料の製造には、水と油の分離を防ぐために界面活性剤を使用する必要がある。Ｏ／Ｗ型のエマルジョン燃料の製造には、一般的に洗剤として利用される活性剤が使用され、非イオン系活性剤の場合、そのＨＬＢ値（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ Ｂａｌａｎｃｅ Ｖａｌｕｅ）は１０〜１７程度の値である。
【０００５】
また、Ｗ／Ｏ型エマルジョン燃料の製造には、一般的に消泡剤として利用される薬剤が使用され、そのＨＬＢ値は３〜７程度の値である。このＨＬＢは親水性・親油性の程度を示す数値であり、０〜２０の範囲の値であるが、界面活性剤の親水性が強い程大きな数値となり、親油性が強い程小さな数値となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エマルジョン燃料をエンジンやバーナ等の燃焼装置で燃やすとき、Ｏ／Ｗ型エマルジョン燃料は油滴の外側に水が存在するため着火しにくいという問題点がある。また、燃焼装置の金属部分が直接水と接触するため錆等が発生しやすいという問題もある。
【０００７】
一方、Ｗ／Ｏ型エマルジョン燃料は水滴の外部に油が存在するため着火性能は良好で、錆等の発生が起こりにくい。しかしながら、一般にＷ／Ｏ型エマルジョン燃料は、分離の起こらない安定した品質を確保しようとすると、大量の活性剤が必要となり製造コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、安価で安定性のよいＷ／Ｏ型エマルジョン燃料を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
安価で安定性のよいＷ／Ｏ型エマルジョン燃料を製造するためには、使用する燃料の種類に最も適した界面活性剤を選択する必要があり、そのためには最適なＨＬＢ値を持つ活性剤を使用することが重要である。
【００１０】
本願の第１の発明に係わるエマルジョン燃料は、１０％（体積比）から３５％（体積比）の水と、９０％（体積比）から６５％（体積比）の灯油、軽油、Ａ重油のいずれか、またはこれらの混合物に、ＨＬＢ値が８．９〜８．３の範囲であり１％水溶液のＰＨ値が２．８〜２．２となる脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤を０．１％（体積比）から１％（体積比）混合して得られるＷ／Ｏ型エマルジョン燃料である。
【００１１】
本願の第２の発明に係わるエマルジョン燃料は、１０％（体積比）から３５％（体積比）の水と、９０％（体積比）から６５％（体積比）のＢ重油、Ｃ重油のいずれか、またはこれらの混合物に、ＨＬＢ値が４．７〜５．３の範囲であり１％水溶液のＰＨ値が６．１〜６．７となる脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤を０．１％（体積比）から１％（体積比）混合して得られるＷ／Ｏ型エマルジョン燃料である。
【００１２】
本願の第３の発明に係わるエマルジョン燃料は、水溶性切削剤、非イオン界面活性剤（エーテル型、エステル型、アミノエーテル型、エーテルエステル型またはアルカノールアミド型）のいずれかまたはこれらの混合物を前記第１の発明または第２の発明のエマルジョン燃料の界面活性剤に対して０．０５から１％（体積比）の量だけ混合して得られる界面活性剤を前記第１の発明または第２の発明のエマルジョン燃料の水と油の混合物に０．１％（体積比）から１％（体積比）混合して得られるＷ／Ｏ型エマルジョン燃料である。
【００１３】
このように、水溶性切削剤または非イオン界面活性剤（エーテル型、エステル型、アミノエーテル型、エーテルエステル型またはアルカノールアミド型）を加えることによりさらに安定したＷ／Ｏ型エマルジョン燃料が得られる。
【００１４】
本願の第４の発明に係わるエマルジョン燃料は、１０％（体積比）から３５％（体積比）の水と、９０％（体積比）から６５％（体積比）の灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油のいずれか、またはこれらの混合物に、比重が０．９０であり１％水溶液のＰＨ値が８．６〜９．２となるポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤を０．１％（体積比）から１％（体積比）混合して得られるＷ／Ｏ型エマルジョン燃料である。
【００１５】
本願の第５の発明に係わるエマルジョン燃料は、１０％（体積比）から３５％（体積比）の水と、９０％（体積比）から６５％（体積比）の灯油、軽油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、またはこれらの混合物に、（ＣＨＣＨ２Ｏ）ＯＨ（ハイドロオキシエトキシラジカルΙ）、（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ＯＨ（ハイドロオキシエトキシラジカルΠ）、（ＨＣＨ３）ＯＨ（ハイドロオキシメタンラジカルまたはメタノールラジカル）の混合物の重合体である多価アルコールブロック重合体活性剤を０．１％（体積比）から１％（体積比）混合して得られるＷ／Ｏ型エマルジョン燃料である。このような多価アルコールブロック重合体活性剤により安定したＷ／Ｏ型エマルジョン燃料を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。第１の実施例の燃料は軽油８０％（体積比）、水２０％（体積比）を成分とする混合体に、ＨＬＢ値が８．６であり、１％水溶液のＰＨ値が２．５となる脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤を混合体総量の０．５％（体積比）だけ加えて撹拌機で十分に混合して製造した。その結果、極めて安定性の良好なＷ／Ｏ型エマルジョン燃料が得られた。
【００１７】
この燃料をディーゼルエンジンで燃焼して、定格出力８０ｋＷでの排気ガス中のＮＯｘとパティキュレート（粒子）濃度を測定した。その結果軽油のみを燃焼した場合に比べてＮＯｘ濃度で４５％、パティキュレート濃度で７０％低減した。なお、ディーゼルエンジンに使用した場合のエネルギー利用効率は３２％であり、軽油のみを燃焼した場合の３５％に比べて僅かしか低下しない。水の気化に使用されたエネルギーは水蒸気の発生により機械的エネルギーとして利用されるため、全体のエネルギー損失は小さくなるものである。
【００１８】
第２の実施例の燃料はＢ重油８０％（体積比）、水２０％（体積比）を成分とする混合体に、ＨＬＢ値が５．０であり、１％水溶液のＰＨ値が６．４となる脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤を混合体総量の０．５％（体積比）だけ加えて撹拌機で十分に混合して製造した。その結果、極めて安定性の良好なＷ／Ｏ型エマルジョン燃料が得られた。
【００１９】
この燃料をディーゼルエンジンで燃焼し、定格出力８０ｋＷでの排気ガス中のＮＯｘとパティキュレート（粒子）濃度を測定した。その結果Ｂ重油のみを燃焼した場合に比べてＮＯｘ濃度で３８％、パティキュレート濃度で５２％低減した。
【００２０】
第３の実施例の燃料は軽油８０％（体積比）、水２０％（体積比）を成分とする混合体に、（ＣＨＣＨ２Ｏ）ＯＨ、（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ＯＨ、（ＨＣＨ３）ＯＨの重合物（６０°、１０気圧で重合したもの）である多価アルコールブロック重合体活性剤を混合体総量の０．５％（体積比）だけ加えて撹拌機で十分に混合して製造した。その結果、極めて安定性の良好なＷ／Ｏ型エマルジョン燃料が得られた。
【００２１】
第４の実施例の燃料は軽油またはＡ重油８０〜７５％（体積比）と水２０〜２５％の混合物に、比重が０．９０であり１％水溶液のＰＨ値が８．９となるポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤を０．５％（体積比）混合して撹拌機で十分に混合して製造した。その結果、極めて安定性の良好なＷ／Ｏ型エマルジョン燃料が得られた。
【００２２】
第４の実施例のエマルジョン燃料と軽油またはＡ重油とをジーゼルエンジンまたはガスタービンの燃料として用いた結果を以下の表により説明する。図１に示す表１は第４の実施例としての軽油８０％エマルジョン燃料を１６０ｋｗのジーゼルエンジンの燃料に用いたときの運転データであり、図２に示す表２は軽油燃料を同ジーゼルエンジンの燃料に用いたときの運転データである。
【００２３】
表１および２において、軸トルクは実測値の３倍の値が示されている。また、ＨＣは炭化水素、ＡＦＲは空燃比、ＰＭは粒子状物質（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍａｔｔｅｒ）である。表１と表２を比較して見ると、本発明の実施例のエマルジョン燃料によると、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＰＭの量が著しく低減されることが分かる。
【００２４】
図３に示す表３は第４の実施例としてのＡ重油７５％エマルジョン燃料とＡ重油とを１６０ｋｗのジーゼルエンジンの燃料に用いたときの運転データを比較して示している。表３にエマルジョン燃料ではＡ重油と比較してＡ重油燃費率が４２．３ｇ／ｋＷｈだけ改善され、改善率は１６．７％に達することが示されている。このように燃費率が改善されるのは、水が水蒸気となることで体積が増えることによるエネルギーが有効に利用されるためと考えられる。
【００２５】
図４に示す表４は第４の実施例としてのＡ重油８０％エマルジョン燃料とＡ重油とを３０ｋｗのマイクロガスタービンの燃料に用いたときの運転データを比較して示している。表４にエマルジョン燃料ではＡ重油と比較してＡ重油燃費率が３１．０ｇ／ｋＷｈだけ改善され、改善率は９．９％に達することが示されている。このようにガスタービンに使用しても燃費率が改善された。また、ガスタービの場合にも排気ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘの量が低減されることが分かる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明はＷ／Ｏ型エマルジョン燃料を製造するための界面活性剤の種類、組成に関するもので、本発明によれば、少ない（０．１〜１％）活性剤の使用量で安定した品質のＷ／Ｏ型エマルジョン燃料の製造を可能にし、製造コストを従来のＷ／Ｏ型エマルジョン燃料に比べ大幅に削減することができる。これにより、低公害燃焼が可能なエマルジョン燃料が低コストで得られ、各種燃焼装置用燃料として広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエマルジョン燃料のエンジン運転データを示す表１である。
【図２】軽油でのエンジン運転データを示す表２である。
【図３】本発明のエマルジョン燃料とＡ重油のエンジン運転データを比較して示す表３である。
【図４】本発明のエマルジョン燃料とＡ重油のガスタービン運転データを比較して示す表４である。
【図５】Ｏ／Ｗ型エマルジョンとＷ／Ｏ型エマルジョンの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 水
２ 油滴
３ 油
４ 水滴[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to fuels such as gas turbines, boilers, and diesel engines, and more particularly to a W / O emulsion fuel that can be manufactured at low cost and is effective for environmental protection.
[0002]
[Prior art]
Water and fuel (heavy oil, light oil, kerosene, vegetable oil, etc.) emulsion fuel prepared by mixing, because very little generation of the NO x Yasusu is during combustion, is known to be an effective fuel to air pollution ing.
[0003]
There are two types of emulsion fuel. That is, an O / W (Oil in Water) type and a W / O (Water in Oil) type. The O / W type is a type in which oil droplets 2 are dispersed in water 1 as shown in FIG. 5A, and the W / O type is a type in which water droplets 4 are dispersed in oil 3 as shown in FIG. Is a dispersed type.
[0004]
The production of emulsion fuels requires the use of surfactants to prevent separation of water and oil. In the production of an O / W emulsion fuel, an activator generally used as a detergent is used. In the case of a nonionic activator, its HLB value (Hydrophil Lipophile Balance Value) is a value of about 10 to 17. It is.
[0005]
Further, in the production of the W / O emulsion fuel, an agent generally used as an antifoaming agent is used, and its HLB value is about 3 to 7. The HLB is a numerical value indicating the degree of hydrophilicity and lipophilicity, and is a value in the range of 0 to 20, and the numerical value increases as the hydrophilicity of the surfactant increases, and decreases as the lipophilicity increases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the emulsion fuel is burned by a combustion device such as an engine or a burner, the O / W emulsion fuel has a problem that it is difficult to ignite because water exists outside the oil droplets. Further, there is also a problem that rust or the like is easily generated because the metal part of the combustion device comes into direct contact with water.
[0007]
On the other hand, the W / O emulsion fuel has good ignition performance due to the presence of oil outside the water droplets, and hardly generates rust or the like. However, in general, the W / O emulsion fuel has a problem that a large amount of an activator is required and production cost is increased in order to secure stable quality without separation.
[0008]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an inexpensive and stable W / O emulsion fuel.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to produce an inexpensive and stable W / O emulsion fuel, it is necessary to select a surfactant that is most suitable for the type of fuel to be used. For this purpose, an activator having an optimum HLB value must be selected. It is important to use.
[0010]
The emulsion fuel according to the first invention of the present application is composed of 10% (volume ratio) to 35% (volume ratio) of water and 90% (volume ratio) to 65% (volume ratio) of kerosene, light oil, and heavy oil A. A nonionic surfactant of a fatty acid ester type having an HLB value in the range of 8.9 to 8.3 and a pH value of a 1% aqueous solution of 2.8 to 2.2 is added to one or a mixture thereof. It is a W / O emulsion fuel obtained by mixing from 0.1% (volume ratio) to 1% (volume ratio).
[0011]
The emulsion fuel according to the second invention of the present application is any of 10% (volume ratio) to 35% (volume ratio) water and 90% (volume ratio) to 65% (volume ratio) heavy fuel oil B or heavy fuel oil C. Alternatively, a mixture of these fatty acid ester nonionic surfactants having an HLB value in the range of 4.7 to 5.3 and a PH value of a 1% aqueous solution of 6.1 to 6.7 is added to the mixture. It is a W / O emulsion fuel obtained by mixing from 1% (volume ratio) to 1% (volume ratio).
[0012]
The emulsion fuel according to the third invention of the present application may be a water-soluble cutting agent, a nonionic surfactant (ether type, ester type, amino ether type, ether ester type or alkanolamide type) or a mixture thereof. The surfactant obtained by mixing the surfactant of the emulsion fuel of the first invention or the second invention in an amount of 0.05 to 1% (volume ratio) with the surfactant of the first invention or the second invention is used. It is a W / O emulsion fuel obtained by mixing 0.1% (volume ratio) to 1% (volume ratio) with a mixture of water and oil of the emulsion fuel of the invention.
[0013]
Thus, a more stable W / O emulsion fuel can be obtained by adding a water-soluble cutting agent or a nonionic surfactant (ether type, ester type, amino ether type, ether ester type or alkanolamide type).
[0014]
The emulsion fuel according to the fourth invention of the present application is 10% (volume ratio) to 35% (volume ratio) water, and 90% (volume ratio) to 65% (volume ratio) kerosene, light oil, heavy oil A, Nonionic interface containing polyoxyethylene alkyl ether as a main component, having a specific gravity of 0.90 and a PH value of a 1% aqueous solution of 8.6 to 9.2, to any of C heavy oil or a mixture thereof. It is a W / O emulsion fuel obtained by mixing an activator with 0.1% (volume ratio) to 1% (volume ratio).
[0015]
The emulsion fuel according to the fifth invention of the present application includes 10% (volume ratio) to 35% (volume ratio) water, and 90% (volume ratio) to 65% (volume ratio) kerosene, light oil, heavy oil A, (CHCH 2 O) OH (hydroxyethoxy radicalΙ), (CH 2 CH 2 O) OH (hydroxyethoxy radicalΠ), (HCH 3 ) OH (hydroxy A W / O emulsion fuel obtained by mixing 0.1% (volume ratio) to 1% (volume ratio) of a polyhydric alcohol block polymer activator which is a polymer of a mixture of methane radicals or methanol radicals. . With such a polyhydric alcohol block polymer activator, a stable W / O emulsion fuel can be obtained.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, examples of the present invention will be described. The fuel of the first embodiment is a mixture containing 80% (volume ratio) of light oil and 20% (volume ratio) of water, and has an HLB value of 8.6 and a 1% aqueous solution having a PH value of 2.5. A nonionic surfactant of a fatty acid ester type to be used was added in an amount of 0.5% (by volume) of the total amount of the mixture, and the mixture was thoroughly mixed with a stirrer to produce the mixture. As a result, an extremely stable W / O emulsion fuel was obtained.
[0017]
The fuel is burned in a diesel engine was measured NO x and particulates (particles) concentration in the exhaust gas at the rated output 80 kW. 45% concentration of NO x as compared with the case of burning only the result light oil, was reduced 70% in particulates concentration. Note that the energy use efficiency when used in a diesel engine is 32%, which is slightly lower than 35% when only light oil is burned. Since the energy used for vaporizing water is used as mechanical energy due to the generation of water vapor, the overall energy loss is reduced.
[0018]
The fuel according to the second embodiment is a mixture containing 80% (volume ratio) of heavy oil B and 20% (volume ratio) of water, and has an HLB value of 5.0 and a PH value of a 1% aqueous solution of 6. The fatty acid ester-based nonionic surfactant to be 4 was added in an amount of 0.5% (by volume) of the total amount of the mixture, and the mixture was sufficiently mixed with a stirrer to produce the mixture. As a result, an extremely stable W / O emulsion fuel was obtained.
[0019]
The fuel burned in the diesel engine was measured NO x and particulates (particles) concentration in the exhaust gas at the rated output 80 kW. 38% concentration of NO x as compared to the case of combustion resulting B heavy oil alone, was reduced 52% in particulates concentration.
[0020]
The fuel of the third embodiment was prepared by adding (CHCH 2 O) OH, (CH 2 CH 2 O) OH, (HCH 3 ) to a mixture containing 80% (volume ratio) of light oil and 20% (volume ratio) of water as components. ) A polyhydric alcohol block polymer activator which is a polymer of OH (polymerized at 60 ° and 10 atm) is added in an amount of 0.5% (volume ratio) of the total amount of the mixture and mixed well with a stirrer. Manufactured. As a result, an extremely stable W / O emulsion fuel was obtained.
[0021]
The fuel of the fourth embodiment is a mixture of light oil or heavy oil A (80-75% (by volume)) and water (20-25%) mixed with poly (25% specific gravity 0.90, PH value of 1% aqueous solution 8.9). A nonionic surfactant mainly composed of an oxyethylene alkyl ether was mixed at 0.5% (volume ratio) and mixed well with a stirrer to produce a surfactant. As a result, an extremely stable W / O emulsion fuel was obtained.
[0022]
The results of using the emulsion fuel of the fourth embodiment and light oil or heavy oil A as fuel for diesel engines or gas turbines will be described with reference to the following table. Table 1 shown in FIG. 1 shows operation data when a diesel fuel 80% emulsion fuel as a fourth embodiment was used as fuel for a diesel engine of 160 kW, and Table 2 shown in FIG. It is operation data when used for fuel.
[0023]
In Tables 1 and 2, the value of the shaft torque is three times the actually measured value. HC is a hydrocarbon, AFR is an air-fuel ratio, and PM is a particulate matter. Viewed by comparing Table 1 and Table 2, according to the emulsion fuel of the embodiment of the present invention, it can be seen that NO x in the exhaust gas, HC, the amount of PM is significantly reduced.
[0024]
Table 3 shown in FIG. 3 shows a comparison of operation data obtained when a 75% emulsion fuel A and a fuel oil A according to the fourth embodiment are used as fuel for a 160 kW diesel engine. Table 3 shows that the fuel efficiency of Fuel Oil A is improved by 42.3 g / kWh in the emulsion fuel compared to Fuel Oil A, and the improvement rate reaches 16.7%. The reason why the fuel efficiency is improved in this way is considered to be that the water is converted into water vapor to increase the volume, thereby effectively utilizing the energy.
[0025]
Table 4 shown in FIG. 4 shows a comparison of operation data when using 80% emulsion fuel A and heavy oil A as fuels of a 30 kW micro gas turbine as the fourth embodiment. Table 4 shows that the fuel efficiency of Fuel Oil A is improved by 31.0 g / kWh in the emulsion fuel compared to Fuel Oil A, and the improvement rate reaches 9.9%. As described above, even when used in a gas turbine, the fuel efficiency is improved. In addition, it can be seen that the amount of NO x and SO x in the exhaust gas is reduced in the case of gas turbine.
[0026]
【The invention's effect】
The present invention relates to the type and composition of a surfactant for producing a W / O type emulsion fuel. W / O emulsion fuel can be produced, and the production cost can be significantly reduced as compared with the conventional W / O emulsion fuel. As a result, an emulsion fuel capable of low-pollution combustion can be obtained at low cost, and can be widely used as fuel for various combustion devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is Table 1 showing engine operation data of the emulsion fuel of the present invention.
FIG. 2 is Table 2 showing engine operation data with light oil.
FIG. 3 is a table 3 showing a comparison of engine operation data between the emulsion fuel of the present invention and heavy fuel oil A.
FIG. 4 is a table 4 showing a comparison between gas turbine operation data of the emulsion fuel of the present invention and heavy fuel oil A.
FIG. 5 is a diagram showing the structures of an O / W emulsion and a W / O emulsion.
[Explanation of symbols]
1 water 2 oil drop 3 oil 4 water drop
