JP2005533233A - 凝縮ボイラーにおけるフィッシャー・トロプシュ由来燃料の使用 - Google Patents

Abstract

凝縮ボイラーにおけるフィッシャー・トロプシュ由来燃料の使用。前記燃料は９０重量
％を上回る割合が１６０〜４００℃で沸騰し、８０重量％を上回るイソ及びノルマルパラ
フィンと、１重量％未満の芳香族と、５ｐｐｍ未満の硫黄と、１ｐｐｍ未満の窒素を含有
するフィッシャー・トロプシュ生成物を含み、フィッシャー・トロプシュ生成物の密度は
１５℃で０．６５〜０．８ｇ／ｃｍ^３である。

Description

本発明は凝縮ボイラーの改良使用に関する。本発明はボイラー、特に空間暖房及び家庭
用給湯等の商業又は家庭用温水に一般に使用される凝縮ボイラーに関する。

凝縮ボイラーはＥＰ−Ａ−０７８９２０３に記載されている。同公報はガス燃焼型凝縮
ボイラーを記載している。これらのボイラーは燃焼により発生したガスに含まれる水蒸気
が凝縮するまでこのガスを装置の内側で冷却し、凝縮潜熱を回収して前記ボイラー内を流
れる被加熱水に伝達することから凝縮ボイラーと呼ばれる。この潜熱を使用して燃焼空気
を予熱する場合もある。これらの凝縮ボイラーには燃焼の副生凝縮液を収容及び排出しな
ければならないという問題がある。更に、熱交換器材料が腐食性副生凝縮液に耐性でなけ
ればならない。バーナー及び点火システムとセンサー等の他のシステムエレメントが水分
又は凝縮液により汚染されないようにするための手段を講じることも必要である。

一般に、凝縮ボイラーは天然ガスを燃料として使用している。例えばオランダでは天然
ガス網が広範囲に整備されており、多くの家庭は家庭用暖房と給湯に凝縮ボイラーを兼用
している。これらの凝縮ボイラーが広く普及しているのは、これらの装置のエネルギー効
率が高いことと、天然ガス供給網が整備しているためである。

これらの装置の欠点は天然ガス網が整備していない地域で利用しにくい点である。この
問題の１つの解決方法は液体燃料の使用である。液体燃料は末端使用者に輸送し易く、保
存し易い。しかし、液体燃料を使用するには、耐食性の高い別の材料から凝縮ボイラー及
び／又は付属煙突を製造しなければならないという欠点がある。例えば、ＥＰ−Ａ−６９
９８７２は腐食を防止するために炭素材料を使用した凝縮ボイラーを記載している。ＤＥ
−Ａ−３４３４４１５は耐食材料から製造した熱交換器で燃焼排ガスを燃焼空気で冷却す
る別の加熱装置を記載している。ＤＥ−Ａ−３２３８７６２はこの目的に耐食材料を使用
した加熱装置の別の例を記載している。これらの方法は夫々ガスと液体燃料で稼働する２
種のボイラー装置が必要になるため、凝縮ボイラー製造業者に不利である。更に、液体燃
料を使用する装置は耐食性の高い別の材料が必要になるため、高価になる。
ＥＰ−Ａ−０７８９２０３ ＥＰ−Ａ−６９９８７２ ＤＥ−Ａ−３４３４４１５ ＤＥ−Ａ−３２３８７６２

本発明の目的は天然ガス供給網が整備していない地域の凝縮ボイラーの問題の解決方法
を提供することである。

この目的は以下の使用、即ち、凝縮ボイラーでフィッシャー・トロプシュ由来燃料を使
用することにより達成される。

本発明者らはフィッシャー・トロプシュ由来燃料を使用する場合に生じる副生凝縮液の
腐食性が低いことを発見した。この副生凝縮液の腐食性は（低硫黄）工業用軽油（ＩＧＯ
）を燃料として使用する場合に生じる副生凝縮液よりも低い。このような腐食性により、
ガス燃焼用凝縮ボイラーを液体燃料燃焼にも使用することができる。バーナーに若干の調
整が必要になる場合もある。しかし、これは例えば凝縮ボイラー及び／又は煙突の熱交換
表面に別の材料を適用することに比べれば著しく簡単である。

更に、フィッシャー・トロプシュ由来燃料は工業用軽油に比較してＮＯ_ｘ発生量も少な
いことが判明した。他の利点として、この燃料を使用すると、バーナーの始動及び消化時
の臭気が少なく、炭化水素発生量と一酸化炭素発生量も少ないことが分かった。凝縮ボイ
ラーのバーナーは始動・停止の頻度が非常に高いのでこの点は非常に有利である。

更に、フィッシャー・トロプシュ由来燃料は非常に安定しており、長期間保存できると
いう利点もある。これはこのような燃料を家庭用に保存する場合に有利である。フィッシ
ャー・トロプシュ由来燃料はその安定性にも拘わらず生分解性であるため、非常に環境に
やさしい燃料である。

図１はこのような凝縮ボイラーの概略図を示す。

図１は中心に配置されたバーナー２を備える壁掛け式凝縮ボイラーハウジング１を示す
。バーナー火炎は端壁４と伝熱管壁５により画成される燃焼スペース３に存在する。燃焼
排ガスは燃焼スペース３から壁５の開口を通って別の伝熱管壁セグメント７により画成さ
れる環状スペース６に流入することができる。ハウジング１は更に伝熱管壁４，５に冷水
を供給するための手段１４と、熱水を前記管壁４，５から排出するための手段１５を備え
る。ハウジング１は更に、スペース６に流体連通した燃焼排ガス排出用煙突８を備える。
ダクト１６を通ってバーナー２に供給された空気は環状スペース９内の煙突８を向流通過
することによりハウジングからの燃焼排ガスで予熱される。煙突９内で水は凝縮し、凝縮
水は導管１１を通ってドレン１０に排出される。フィッシャー・トロプシュ燃料を供給す
るためのオイルポンプ１２と膨張容器１３も図１に示す。

凝縮ボイラーで使用されるバーナーは黄炎式バーナーでもよいが、青炎式バーナーが好
ましい。黄炎式及び青炎式バーナーは周知型のバーナーであり、例えば一般教科書である
Ｒｅｃｋｎａｇｅｌ，Ｓｐｒｅｎｇｅｒ，Ｓｃｈｒａｍｅｋ著「Ｈｅｉｚｕｎｇ ＋ Ｋ
ｌｉｍａｔｅｃｈｎｉｋ ０１／０２」ドイツ語版，ＩＳＢＮ：３−４６８−２６４５０
−８，７１８−７１９頁に記載されている。

黄炎式バーナーは火炎検出器を備えていることが多い。今日使用されている大半の検出
器は火炎の黄色に関連する特定波長を検出する。本発明者らはフィッシャー・トロプシュ
由来燃料を使用する場合には、一般公知検出器では青炎を検出できないことを今回発見し
た。このため、黄炎式バーナーはこの青炎を検出することができる検出器を備えているこ
とが好ましい。適切な検出器の例は青炎式バーナーで使用されている検出器、特にＵＶセ
ンサーとＩＲセンサーである。より好適な検出器は所謂イオン化センサーである。イオン
化センサーは間欠運転時と連続運転時のいずれでもバーナーをモニターするのに適してい
る。イオン化火炎モニターの運転原理は火炎の整流効果に基づく。火炎が存在する場合に
は、バーナーとイオン化電極の間に電流が流れる。このイオン化電流を火炎モニターによ
り試験し、火炎が存在するか否かを決定する。所定の従来技術適用例では、センサー付着
物によりセンサーに偽電流が生じたため、イオン化センサーを液体燃料と併用することが
できなかった。フィッシャー・トロプシュ由来燃料を使用すると付着物が少なくなるので
、イオン化センサーを適用することができる。これらのセンサーはＩＲ又はＵＶセンサー
よりも入手し易いのでこの点は有利である。あるいは、上記標準黄炎式バーナー検出器に
より検出可能な火炎を生じる添加剤をフィッシャー・トロプシュ由来燃料に添加してもよ
い。

黄炎式又は青炎式バーナーの運転条件は現水準液体燃料に使用されている運転条件と同
一とすることができる。化学量論上の燃焼に必要な空気量に対して過剰な空気量の割合は
空気過剰率又は「λ」として知られており、燃焼に利用可能な総空気量と全燃料を燃焼さ
せるために必要な空気量の比として定義される。λは１〜２が好ましく、１〜１．６がよ
り好ましい。本発明者らはフィッシャー・トロプシュ由来燃料を使用することにより、工
業用軽油を使用する場合のように大量の一酸化炭素を発生することなしに１．０５〜１．
２という非常に低いλ値を適用できることを発見した。

フィッシャー・トロプシュ由来燃料は（水素化分解）フィッシャー・トロプシュ合成物
から単離可能な中間留分燃料範囲の任意フラクションとすることができるフィッシャー・
トロプシュ生成物を含む。典型的フラクションはナフサ、灯油又は軽油範囲で沸騰する。
灯油又は軽油範囲で沸騰するフラクションは例えば家庭環境で取り扱い易いのでこれらの
フィッシャー・トロプシュ生成物を使用することが好ましい。このような生成物は９０重
量％を上回るフラクションが１６０〜４００℃で沸騰すると適切であり、約３７０℃まで
が好ましい。フィッシャー・トロプシュ由来灯油及び軽油の例はＥＰ−Ａ−５８３８３６
、ＷＯ−Ａ−９７１４７６８、ＷＯ−Ａ−９７１４７６９、ＷＯ−Ａ−０１１１１６、Ｗ
Ｏ−Ａ−０１１１１７、ＷＯ−Ａ−０１８３４０６、ＷＯ−Ａ−０１８３６４８、ＷＯ−
Ａ−０１８３６４７，ＷＯ−Ａ−０１８３６４１、ＷＯ−Ａ−００２０５３５、ＷＯ−Ａ
−００２０５３４、ＥＰ−Ａ−１１０１８１３、ＵＳ−Ａ−５７６６２７４、ＵＳ−Ａ−
５３７８３４８、ＵＳ−Ａ−５８８８３７６及びＵＳ−Ａ−６２０４４２６に記載されて
いる。

フィッシャー・トロプシュ生成物は適切には８０重量％、より適切には９５重量％を上
回るイソ及びノルマルパラフィンと１重量％未満の芳香族を含有しており、残余はナフテ
ン系化合物である。硫黄と窒素の含量は非常に低く、一般にこのような化合物の検出限界
未満である。これらの元素の含量がこのような低いのは、フィッシャー・トロプシュ反応
が特殊な方法で実施されるためである。従って、硫黄含量は５ｐｐｍ未満であり、窒素含
量は１ｐｐｍ未満である。芳香族とナフテン系化合物の含量が低い結果として、フィッシ
ャー・トロプシュ生成物の密度は従来の鉱物由来燃料よりも低くなる。密度は１５℃で０
．６５〜０．８ｇ／ｃｍ^３である。

本発明の方法で使用される燃料は更にフィッシャー・トロプシュ生成物以外の燃料フラ
クションを含むことができる。このようなフラクションの例としては原油フィードストッ
クを有用生成物にグレードアップする伝統的精製プロセスで得られるような灯油又は軽油
フラクションが挙げられる。好ましい非フィッシャー・トロプシュ燃料フラクションは現
在市販されている超低硫黄（例えば硫黄５０ｐｐｍ未満）灯油又はディーゼル油フラクシ
ョンである。場合により、生物燃料等の非鉱油系燃料も燃料組成に含むことができる。燃
料中のフィッシャー・トロプシュ生成物成分の含量は＞４０重量％が好ましく、＞６０重
量％がより好ましく、＞８０重量％が最も好ましい。当然のことながら、総燃料費と本発
明の利点のバランスを取るようにこのような現在入手しにくいフィッシャー・トロプシュ
生成物の含量を最適化する。用途によっては、１００％フィッシャー・トロプシュ生成物
の燃料に場合により所定の添加剤を添加して使用すると有利な場合がある。

燃料には更に以下の添加剤の１種以上を添加することができる。洗浄剤（例えばＯｃｔ
ｅｌ ＯＹ製品ＯＭＡ ３５０）；安定剤（例えばＢＡＳＦ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌ
ｃｈａｆｔ製品Ｋｅｒｏｐｏｎ ＥＳ ３５００、ＯＣＴＥＬ ＯＹ製品ＦＯＡ ５２８
Ａ）；金属不活性化剤（例えばＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ製品
ＩＲＧＡＭＥＴ ３０）；（無灰系）分散剤（例えばＯｃｔｅｌ ＯＹ製品ＦＯＡ ５２
８ Ａパッケージに含まれるもの）；酸化防止剤（例えばＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ製品ＩＲＧＡＮＯＸ Ｌ５７）；コールドフロー改善剤（例えばＢ
ＡＳＦ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ製品Ｋｅｒｏｆｌｕｘ ３２８３、Ｉｎ
ｆｉｎｅｕｍ ＵＫ Ｌｔｄ製品Ｒ４３３又はＲ４７４）；助燃剤（例えばフェロセン、
メチルシクロペンタジエニルマンガン−トリカルボニル（ＭＭＴ））；腐食防止剤（例え
ばＲｈｅｉｎ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ製品Ａｄｄｉｔｉｎ ＲＣ ４８０１、ＢＡＳＦ
製品Ｋｅｒｏｃｏｒｒ ３２３２、Ｃｉｂａ製品ＳＡＲＫＯＳＹＬ ０）；再付臭剤（例
えばＨａａｒｍａｎ ＆ Ｒｅｉｍｅｒ製品Ｃｏｍｐｅｎｓｏｌ）；殺菌剤（例えばＳｃ
ｈｕｅｌｋｅ ＆ Ｍａｙｒ製品ＧＲＯＴＡ ＭＡＲ ７１）；潤滑性向上剤（例えばＯ
ｃｔｅｌ製品ＯＬＩ ９０００）；白濁防止剤（例えばＰｅｔｒｏｌｉｔｅ製品Ｔ−９３
１８）；帯電防止剤（例えばＯｃｔｅｌ製品Ｓｔａｄｉｓ ４５０）；及び消泡剤（例え
ばＧｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ製品ＴＥＧＯ ２０７９）。

添加剤の総含量は０〜１重量％が適切であり、０．５重量％未満が好ましい。

以下、非限定的な実施例により本発明を例証する。

Ｔｈｅｒｍａ Ｎｏｖａ ２０２５凝縮ボイラー（Ｔｈｅｒｍａ Ｔｅｃ ＧｍｂＨ）
に配備されているようなＢＮＲ １０（Ｉｎｔｅｒｃａｌ Ｗｅａｒｍｅｔｅｃｈｎｉｋ
ＧｍｂＨ）型青炎式バーナーに表１に示すような性状をもつフィッシャー・トロプシュ
軽油（油Ａ）、超低硫黄軽油（油Ｂ）及び標準工業用軽油（油Ｃ）を一定パワーレベルで
供給した。各油には同一の標準添加剤パッケージを添加した。凝縮ボイラーは燃焼排ガス
に含まれる水の凝縮がボイラーの熱交換表面と煙突内の両者で生じるように運転した。

凝縮液をドレンで集め、鉄含量とニッケル含量を測定した。結果を表２に示す。鉄及び
ニッケル含量が多いほど、凝縮ボイラー内の腐食速度は高くなる。表２の結果はフィッシ
ャー・トロプシュ燃料を使用すると腐食が非常におこりにくいことを明白に示している。

本発明の１態様による凝縮ボイラーの概略図を示す。

Claims (10)

1. 凝縮ボイラーにおけるフィッシャー・トロプシュ由来燃料の使用。
2. フィッシャー・トロプシュ由来燃料の９０重量％を上回る割合が１６０〜４００℃で沸
   騰する請求項１から５のいずれか一項に記載の使用。
3. フィッシャー・トロプシュ由来燃料の９０重量％を上回る割合が１６０〜３７０℃で沸
   騰する請求項６に記載の使用。
4. フィッシャー・トロプシュ由来燃料が８０重量％を上回るイソ及びノルマルパラフィン
   と、１重量％未満の芳香族と、５ｐｐｍ未満の硫黄と、１ｐｐｍ未満の窒素を含有するフ
   ィッシャー・トロプシュ生成物を含み、フィッシャー・トロプシュ生成物の密度が１５℃
   で０．６５〜０．８ｇ／ｃｍ^３である請求項１から７のいずれか一項に記載の使用。
5. フィッシャー・トロプシュ由来燃料が８０重量％を上回るフィッシャー・トロプシュ生
   成物を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の使用。
6. フィッシャー・トロプシュ由来燃料が鉱油フラクション及び／又は非鉱油フラクション
   を含む請求項９に記載の使用。
7. 凝縮ボイラーのバーナーが黄炎式又は青炎式バーナーである請求項１から６のいずれか
   一項に記載の使用。
8. λが１〜１．６である請求項７に記載の使用。
9. λが１．０５〜１．２である請求項８に記載の使用。
10. 黄炎式又は青炎式バーナーで１時間に４回以上始動する請求項７から９のいずれか一項
    に記載の使用。