JP2005533235A

JP2005533235A - 黄炎式バーナーの使用

Info

Publication number: JP2005533235A
Application number: JP2004522563A
Authority: JP
Inventors: イングリド・マヤ・グエンザー; 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: 2003-07-16
Publication date: 2005-11-04
Also published as: AU2003250146A1; WO2004009743A1; CA2493891A1; US20050271991A1; EP1523538A1; NO20050880L

Abstract

黄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であって、フィッシ
ャー・トロプシュ由来燃料は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

本発明は黄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。工業用軽油燃料
を使用する場合の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。

青炎式バーナーは黄炎式バーナーに比較してＮＯ_ｘ発生量が望ましい低レベルであるこ
とが知られている。しかし、黄炎式バーナーはまだ広く利用されているので、このような
黄炎式バーナーのＮＯ_ｘを低下させる必要がある。

この目的は以下の使用、即ち、黄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、黄炎式バーナーの低い
ＮＯ_ｘ発生量を低下できることを発見した。本発明者らは従来の工業用軽油を燃料として
使用してＮＯ_ｘ発生量を青炎式バーナーのレベル未満まで低下できることも発見した。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、黄炎式バーナーの始動及び消化時の臭気が少ないことも分かった。これは特にバー
ナーの頻繁な始動・停止が一般的である家庭環境でこのようなバーナーを使用する場合に
非常に有利である。更に、現水準油を使用する場合に比較して黄炎式バーナーの低温又は
高温始動時の一酸化炭素と炭化水素の発生量が少ないという利点もある。この点も例えば
バーナーを頻繁に始動・停止しなければならない家庭暖房用にバーナーを使用する場合に
非常に有利である。

図１はこのような黄炎式バーナーの概略図を示す。

図１は液体燃料を供給するためのポンプ手段２と酸素含有ガスを供給するためのダクト
３をもつ黄炎式バーナー１を示す。酸素含有ガスは一般に空気である。燃料はノズル４で
分散され、空気と混合され、円錐形ノズル６を通って燃焼スペース５に供給される可燃混
合物を形成する。図１は混合物の点火手段７も示す。

黄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黄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。黄炎式バーナ
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黄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黄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。

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・トロプシュ由来生成物は適切には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・トロプシュ由来燃料成分以外の燃
料フラクションを含むことができる。このような成分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、＞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。

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である。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、特に金属系助
燃剤を含有しない燃料組成物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。可能な添加剤の例はアゾ色素とアルカ
リ金属系添加剤、例えばＮａ又はＫ系添加剤である。

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）；腐食防止剤（例えばＲｈｅｉ
ｎＣｈｅｍｉｅＧｍｂＨ製品ＡｄｄｉｔｉｎＲＣ４８０１、ＢＡＳＦ製品Ｋｅｒ
ｏｃｏｒｒ３２３２、Ｃｉｂａ製品ＳＡＲＫＯＳＹＬ０）；再付臭剤（例えばＨａａ
ｒｍａｎ＆Ｒｅｉｍｅｒ製品Ｃｏｍｐｅｎｓｏｌ）；殺菌剤（例えばＳｃｈｕｅｌｋ
ｅ＆Ｍａｙｒ製品ＧＲＯＴＡＭＡＲ７１）；潤滑性向上剤（例えばＯｃｔｅｌ製
品ＯＬＩ９０００）；白濁防止剤（例えばＰｅｔｒｏｌｉｔｅ製品Ｔ−９３１８）；帯
電防止剤（例えばＯｃｔｅｌ製品Ｓｔａｄｉｓ４５０）；及び消泡剤（例えばＧｏｌｄ
ｓｃｈｍｉｄｔ製品ＴＥＧＯ２０７９）。

本発明者らは従来技術の方法で使用されている燃料組成物に一般に添加されている金属
系助燃剤を燃料から省略できることを発見した。こうすると、上記に説明したようにイオ
ン化センサーを有利に利用できるので有利である。金属系助燃剤は例えばフェロセン、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）である。

フィッシャー・トロプシュ由来生成物は無色無臭である。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。

ＰＫＲ−１４０ボイラー（ＯｅｒｔｌｉＲｏｈｌｅｄｅｒＷａｅｒｍｅｔｅｃｈｎ
ｉｋＧｍｂＨ）に配備されているような８００ＵＬＶ−Ｓ（ＳｈｅｌｌＤｉｒｅ
ｃｔＧｍｂＨ）型黄炎式バーナーに表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
エネルギー入力に対する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。

Ｖｉｔｏｌａ２００ボイラー（ＶｉｅｓｓｍａｎｎＷｅｒｋｅＧｍｂｈ＆Ｃ
ｏ）に配備されているようなＧｕｌｌｉｖｅｒＢＬＵＢＧＩ（Ｒｉｅｌｌｏ）型青炎
式バーナーに従来型軽油Ｄを供給した。ＮＯ_ｘ発生量と出力を各種λで測定した。ＮＯ_ｘ
値は１４０ｍｇ／ｋＷｈを上回ることが判明した。これらの値は黄炎式バーナーと図２に
示すようなフィッシャー・トロプシュ由来燃料を使用する場合よりも高い。

油Ａ、Ｂ及びＤについて実施例１を繰返した。暖房始動時に炭化水素と一酸化炭素の発
生量を測定した。ここで暖房始動とはボイラー温度をその運転温度に一定に維持すること
を意味する。図４及び５は一酸化炭素と炭化水素の発生量を時間の関数として示す。フィ
ッシャー・トロプシュ由来燃料を使用するとＣＯと炭化水素の発生量はいずれも従来の軽
油を使用する場合に比較して少ないことが認められる。

火炎検出器を使用してフィッシャー灯油で実施例１を繰返した。火炎検出器は電流（ｍ
Ａ）を出力信号として発生する所謂フォトエレメントとした。火炎の正確な検出を可能に
するためには高出力信号が望ましい。ニートフィッシャー・トロプシュ灯油の出力信号は
５２．７ｍＡであった。

出力信号をより高レベルに増加するために、シクロヘキサンブタン酸ナトリウム塩０．
１重量％を添加した。添加後の燃料を使用した場合の出力信号は５７．４ｍＡであった。
このような高い信号出力は火炎センサーシステムをシステム変動に低感受性にするのに有
利である。

本発明の１態様による黄炎式バーナーの概略図を示す。燃料Ａ〜Ｄについて各種λ値でエネルギー入力に対する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。一酸化炭素の発生量を時間の関数として示す。炭化水素の発生量を時間の関数として示す。

Claims

黄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。
黄炎式バーナーで１時間に４回以上始動する請求項１から１０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１種以上の添加剤を含有している請求項１から１
１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１２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１２から１３の
いずれか一項に記載の使用。
黄炎検出器により検出できるように火炎の色を変化させる添加剤が存在する請求項１２
から１４のいずれか一項に記載の使用。
青炎検出器を使用して黄炎式バーナーの火炎を検出する請求項１から１４のいずれか一
項に記載の使用。
イオン化型火炎検出器を使用して黄炎式バーナーの火炎を検出し、燃料が金属系助燃剤
を含有していない請求項１６に記載の使用。