JP2005533234A

JP2005533234A - 青炎式バーナーの使用

Info

Publication number: JP2005533234A
Application number: JP2004522510A
Authority: JP
Inventors: フランク・ハーゼ
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-11-04
Also published as: CA2493884A1; US20050255416A1; WO2004009742A1; EP1523537A1; AU2003250108A1; NO20050874L

Abstract

青炎式バーナーにおけるフィッシャー・トロプシュ由来燃料の使用。フィッシャー・ト
ロプシュ燃料は９０重量％を上回る割合が１６０〜３７０℃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、１
ｐｐｍ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

本発明は青炎式バーナーの改良使用に関する。

従来設計の家庭暖房用燃料油用オイルバーナーアセンブリは燃料油の蒸発と燃焼が同時
に行われる伝統的燃料／空気混合法を利用している。１形態の家庭暖房用燃料油用オイル
バーナーアセンブリでは、燃料油を中空円錐状に噴霧し、燃料油液滴の軌跡が空気流線と
交差するように、中空円錐に至るバーナー噴射管の軸に平行な経路に沿って空気を弱く旋
回させている。これにより迅速な蒸発を生じて燃料油の豊富な領域を形成するが、その結
果、局所的に理論比に達しない条件下で煤発生を招き、空気汚染と化石燃料の浪費の原因
となる。

このようなオイルバーナーアセンブリの火炎の一般的なパターンは燃料濃度の不均一性
のパターンであり、燃料が希薄な混合気のポケットは燃料窒素と大気窒素の両者から一酸
化窒素濃度が高くなるが、燃料が濃厚な混合気のポケットは煤を生じる。このようなシス
テムからの可視火炎は黄色である。黄色は高温煤粒子からの可視光であり、これはヒトの
目に関する限り、他の可視光を完全に遮蔽する。これらの煤粒子は未燃炭素に起因する。

炭素を完全燃焼即ち煤を発生せずに燃焼させるために、中間一酸化炭素段階を介して炭
素を二酸化炭素へと段階的に燃焼させると、光スペクトルの青領域に可視光を生じる。こ
の場合、青色光は煤のない視感度の低い火炎で目に見えるようになり、このような煤のな
い火炎に使用されるオイルバーナーは青炎式バーナーとして知られている。ＵＳ−Ａ−３
５４５９０２は青炎式バーナーを開示している。

青炎式バーナーはＮＯ_ｘ発生量が少ないことが知られている。しかし、ＮＯ_ｘ発生量を
更に低下させる必要がある。特に、軽油や灯油等の石油系燃料を使用する場合にはＮＯ_ｘ
発生量が非常に高いことがある。
ＵＳ−Ａ−３５４５９０２

本発明の目的は従来技術の状況に比較してＮＯ_ｘ発生量の少ない青炎式バーナーの使用
である。

この目的は以下の使用、即ち、青炎式バーナーでフィッシャー・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と、青炎式バーナーの低い
ＮＯ_ｘ発生量を更に低下できることを発見した。また、一酸化炭素発生量が低下するとい
う利点もある。他の利点として、この燃料を使用すると、青炎式バーナーの現水準及び消
化時の臭気が少ないことも分かった。これは特にこのようなバーナーを家庭環境で使用す
る場合に非常に有利である。

以下の理論に拘束する意図はないが、ＮＯ_ｘ発生量の低下はフィッシャー・トロプシュ
由来燃料の良好な蒸発性により説明できると本発明者らは考えている。この結果、液体燃
料液滴の蒸発速度が増すので火炎に局所的低温を生じ、従って、熱ＮＯ_ｘ形成量が減る。

青炎式バーナーは燃焼排ガスの一部が火炎、より適切にはバーナーのノズルにリサイク
ルされるように炭化水素燃料から二酸化炭素への燃焼が行われることを特徴とする。燃焼
排ガスの一部をバーナーの外部にリサイクルすると、燃焼排ガスのこのような再循環を行
うことができる。あるいは、燃料と酸素含有ガスの可燃混合物を旋回させ、旋回する火炎
の軸で燃焼排ガスをある程度再循環させることによりリサイクルを行うこともできる。図
１は燃焼排ガスの外部再循環を伴う青炎式バーナーの概略図を示す。

図１は液体燃料の供給手段２と酸素含有ガスの供給手段３をもつ青炎式バーナー１を示
す。酸素含有ガスは一般に空気である。燃料と空気を混合して管状部分６の内部により形
成される予燃スペース５に供給される可燃混合物を形成する手段４も備える。管状部分６
は最終燃焼スペース８を形成する大径管状部分７の内側に同軸状に配置されている。燃焼
排ガスは出口開口９を通って出口スペース１０に排出される。管状部分７の開口１１は燃
焼排ガスの一部を最終燃焼スペース８にリサイクルするための手段として機能する。管状
部分６の開口１２は最終燃焼スペース８に存在するガスの一部を予燃スペース５にリサイ
クルするための手段として機能する。

青炎式バーナーの運転条件は現水準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・トロプシュ燃料を使用する青炎式バーナーは燃焼熱を使用して所謂ボイ
ラーで間接熱交換により水を加熱する家庭用暖房に適用することが好ましい。温水は家屋
を暖房するために使用してもよいし、例えばシャワー等で消費してもよい。青炎式バーナ
ーはバーナーの始動が１時間に４回以上行われる（家庭用）用途に使用することがより好
ましい。フィッシャー・トロプシュ由来燃料で稼働するバーナーは始動時の炭化水素と一
酸化炭素の発生量が低いことが判明したので、本発明の使用はこのような用途に特に適し
ている。

フィッシャー・トロプシュ燃料を使用する青炎式バーナーは大空間の直接暖房にも有利
に使用することができる。このような用途は燃焼排ガスを前記空間に直接供給して前記空
間を暖房することを特徴とする。テントやホール等の空間はこのような装置で暖房するこ
とが多い。一般に、付随する燃焼排ガスを前記空間に安全に供給できることから、この用
途には気体燃料（例えば天然ガス、ＬＰＧ等）が使用されている。しかし、気体燃料の使
用には、このような装置を安全に運転するために加圧ガス容器や燃焼装置の操作に専門技
術を要するという欠点がある。フィッシャー・トロプシュ由来液体燃料を使用することに
より、気体燃料を使用する場合と同等の燃焼排ガスが青炎式バーナーで得られる。従って
、空間の直接暖房に液体燃料を適用することが可能な方法が提供される。液体フィッシャ
ー・トロプシュ由来燃料を適用すると、直接暖房用装置を著しく簡単で安全に使用できる
ようになる。

青炎式バーナーは火炎検出器を備えていることが多い。適切な検出器の例は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。

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％、好ましくは９０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・トロプシュ由来生成物以外の燃料
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・トロプシュ由来生成物の含量は＞４０重量％が好ましく、＞６
０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
ｅｌＯＹ製品ＯＭＡ３５０）；安定剤（例えばＢＡＳＦＡｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌ
ｃｈａｆｔ製品ＫｅｒｏｐｏｎＥＳ３５００、ＯＣＴＥＬＯＹ製品ＦＯＡ５２８
Ａ）；金属不活性化剤（例えばＳｐｅｃｉａｌｉｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓＩｎｃ製品
ＩＲＧＡＭＥＴ３０）；（無灰系）分散剤（例えばＯｃｔｅｌＯＹ製品ＦＯＡ５２
８Ａパッケージに含まれるもの）；酸化防止剤（例えばＳｐｅｃｉａｌｉｔｙＣｈｅ
ｍｉｃａｌｓＩｎｃ製品ＩＲＧＡＮＯＸＬ５７）；コールドフロー改善剤（例えばＢ
ＡＳＦＡｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ製品Ｋｅｒｏｆｌｕｘ３２８３、Ｉｎ
ｆｉｎｅｕｍＵＫＬｔｄ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ＲｈｅｉｎＣｈｅｍｉｅＧｍｂＨ製品ＡｄｄｉｔｉｎＲＣ４８０１、ＢＡＳＦ
製品Ｋｅｒｏｃｏｒｒ３２３２、Ｃｉｂａ製品ＳＡＲＫＯＳＹＬ０）；再付臭剤（例
えばＨａａｒｍａｎ＆Ｒｅｉｍｅｒ製品Ｃｏｍｐｅｎｓｏｌ）；殺菌剤（例えばＳｃ
ｈｕｅｌｋｅ＆Ｍａｙｒ製品ＧＲＯＴＡＭＡＲ７１）；潤滑性向上剤（例えばＯ
ｃｔｅｌ製品ＯＬＩ９０００）；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Ｓｔａｄｉｓ４５０）；及び消泡剤（例え
ばＧｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ製品ＴＥＧＯ２０７９）。

フィッシャー・トロプシュ由来燃料は無色無臭である。安全上の理由から、例えば家庭
消費用天然ガスに添加されているような臭気マーカーをフィッシャー・トロプシュ由来燃
料に添加してもよい。更に、燃料を他の非フィッシャー・トロプシュ由来燃料から区別す
るために色マーカーを添加してもよい。

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。

Ｖｉｔｏｌａ２００ボイラー（ＶｉｅｓｓｍａｎｎＷｅｒｋｅＧｍｂｈ＆Ｃ
ｏ）に配備されているようなＧｕｌｌｉｖｅｒＢＬＵＢＧＩ（Ｒｉｅｌｌｏ）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・トロプシュ由来灯油（油Ａ）、
フィッシャー・トロプシュ軽油（油Ｂ）、超低硫黄軽油（油Ｄ）及び標準工業用軽油（油
Ｃ）を各種λ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。

実験中にＮＯ_ｘ含量を化学発光により測定した。図２は燃料Ａ〜Ｄについて各種λ値で
エネルギーに対するＮＯ_ｘ発生量を示す。エネルギー（ｋＷｈ）はバーナーに供給される
燃料量とそのカロリー値から計算する。フィッシャー・トロプシュ由来燃料のＮＯ_ｘ発生
量が通常軽油又は超低硫黄軽油を使用する場合に比較して少ないことは明白である。

一酸化炭素発生量も測定した。図３は油Ａ〜Ｄについて各種λ値でエネルギーに対する
ＣＯ発生量を示す。

燃焼排ガスの外部再循環を伴う青炎式バーナーの概略図を示す。燃料Ａ〜Ｄについて各種λ値でエネルギーに対するＮＯ_ｘ発生量を示す。油Ａ〜Ｄについて各種λ値でエネルギーに対するＣＯ発生量を示す。

Claims

青炎式バーナーにおけるフィッシャー・トロプシュ由来燃料の使用。
λが１〜１．６である請求項１に記載の使用。
λが１．０５〜１．２である請求項２に記載の使用。
前記使用により得られた燃焼排ガスを使用してボイラーで間接熱交換により水を加熱す
る請求項１から３のいずれか一項に記載の使用。
前記使用により得られた燃焼排ガスを使用して空間を直接暖房する請求項１から３のい
ずれか一項に記載の使用。
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。
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。
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。
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。
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。
フィッシャー・トロプシュ由来燃料が１種以上の添加剤を含有している請求項１から１
０のいずれか一項に記載の使用。
フィッシャー・トロプシュ由来燃料が臭気マーカーを含有している請求項１１に記載の
使用。
フィッシャー・トロプシュ由来燃料が色マーカーを含有している請求項１１から１２の
いずれか一項に記載の使用。