JP2007138737A - 液体燃料処理装置及び方法並びにメカセラ触媒液混合液体燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】液体燃料に混合処理を施し燃焼効率の高い有害物質の排出が低減できる混合液体燃料を提供する
【解決手段】燃料供給手段２から供給される液体燃料にメカセラ触媒液供給手段１から供給される第１の割合のメカセラ触媒液及び尿素供給手段３から供給される第２の割合の尿素を攪拌混合処理手段４で混合して攪拌し、攪拌混合処理手段４によりメカセラ触媒液及び尿素が混合、攪拌された液体燃料をマイクロバブル処理手段５で加圧供給して旋回流を生じさせ給気することにより微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料にメカセラ触媒液及び尿素を混合する液体燃料処理装置及び方法並びにメカセラ触媒液混合液体燃料に関する。

原油から精製されるガソリン、軽油、重油等や大豆油を含む各種液体燃料の燃焼により排出される炭素酸化物（ＣＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）は、地球規模で膨大な量となり、環境汚染、温暖化を防止するためにそれらの低減が非常に大きな課題となっている。

液体燃料の燃焼に伴って排出される排気ガスから上記の各種物質の量を低減するためには、燃焼効率を高めることであり、燃焼機関の改良、液体燃料の質的な改善等が求められている。

各種の燃焼機器を駆動する際の、環境への有害物質の排出或いは発生を大幅に低減させ燃焼効率を高くするため、原油を採掘する工程或いは原油の精製工程から液状燃料を燃焼機器に於て燃焼させるエンドユース工程迄の間の段階に於いて、液状燃料を移送する管状体の外壁部から磁力線を印加すると共に、管状体内を流れる液状燃料の流速を制御する液状燃料の処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この液状燃料の処理方法においては、燃焼機器の燃料燃焼領域に供給される以前に当該液状燃料に磁力線を印加させ、当該液状燃料の構成分子を細分化することによって、燃焼効率を向上させ、空気汚染物質の発生を抑制する効果が得られることが判明した。
特開２００２−２３５９１９号公報

しかし、従来の液状燃料は、その処理が煩雑であり、また、所定の処理をして生成しても液状燃料として質的に安定した状態を維持することが難しく、燃焼効率を向上させるにも限界があり、環境への有害物質の排出の抑制も十分ではなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、液体燃料に混合処理を施し燃焼効率の高い有害物質の排出が低減できる混合液体燃料を提供するものである。

そのために本発明に係る液体燃料処理装置は、液体燃料を供給する燃料供給手段と、遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用してメカセラ触媒液を生成し、前記生成したメカセラ触媒液を前記液体燃料に対して第１の割合で供給するメカセラ触媒液供給手段と、前記尿素を前記液体燃料に対して第２の割合で供給する尿素供給手段と、前記燃料供給手段から供給される液体燃料にメカセラ触媒液供給手段から供給される前記第１の割合のメカセラ触媒液及び尿素供給手段から供給される前記第２の割合の尿素を混合し攪拌する攪拌混合処理手段と、前記攪拌混合処理手段によりメカセラ触媒液及び尿素が混合、攪拌された液体燃料を加圧供給して旋回流を生じさせ給気することにより微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させるマイクロバブル処理手段とを備え、微細気泡を含み液体燃料に前記各割合のメカセラ触媒液及び尿素を混合する処理を行うことを特徴とする。

また、液体燃料処理方法として、遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用して生成されたメカセラ触媒液及び尿素をそれぞれの割合で液体燃料に混合して攪拌し加圧供給して旋回流を生じさせ給気し微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させることを特徴とし、メカセラ触媒液混合液体燃料として、遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用して生成されたメカセラ触媒液及び尿素をそれぞれの割合で液体燃料に混合して攪拌し加圧供給して旋回流を生じさせ給気することにより微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させ生成したことを特徴とする。

本発明によれば、遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用して生成したメカセラ触媒液及び尿素をそれぞれの割合で液体燃料に混合して攪拌し加圧供給して旋回流を生じさせ給気し微細気泡を含む気液混合液体燃料とするので、メカセラ触媒液及び尿素の反応により液体燃料の油中に水の逆ミセルができて安定したメカセラ触媒液混合液体燃料とすることができ、溶存酸素量を増やし、燃焼効率を高め、炭素酸化物（ＣＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質の排出量を減らすことができる。しかも、これらの混合により微細気泡を含む混合状態を長期間にわたり安定して保持することができ、燃料コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る液体燃料処理装置の実施の形態を示す図であり、１はメカセラ触媒液供給部、２は液体燃料供給部、３は尿素供給部、４は攪拌混合処理部、５はマイクロバブル処理部、６はメカセラ触媒液混合液体燃料収納部、１１〜１４はポンプを示す。

図１において、液体燃料供給部２は、軽油や重油、植物油等のガソリンを除く液体燃料を貯留し供給する貯留槽である。メカセラ触媒液供給部１は、機能セラミックの粒体を収容し、これに例えば５ｐｐｍの濃度で遊離塩素を含んだ水溶液を通過接触させて得られる触媒反応を利用したメカセラ触媒水を生成し供給するメカセラ装置であり、遊離塩素を含んだ水溶液として塩素注入装置から次亜塩素酸ソーダ又は塩素を注入した水溶液がポンプにより送られる。さらに次亜塩素酸ソーダ又は塩素に加えて明礬を加えるとより高い処理効果が得られる。尿素供給部３は、尿素を貯留し供給する貯留槽である。攪拌混合処理部４は、液体燃料供給部２から供給される液体燃料とメカセラ触媒液供給部１から供給されるメカセラ触媒水と尿素供給部３から供給される尿素とを攪拌混合するものであり、マイクロバブル処理部５は、攪拌混合処理部４によりメカセラ触媒水及び尿素が混合された液体燃料を加圧供給して高速旋回流を生じさせ給気することにより微細気泡を含む気液混合状態の燃料を排出するものである。メカセラ触媒液混合液体燃料収納部６は、マイクロバブル処理部５より排出されるメカセラ触媒液混合液体燃料を収容する貯留槽である。ポンプ１１〜１３は、攪拌混合処理部４に、液体燃料供給部２から液体燃料を、メカセラ触媒液供給部１からメカセラ触媒水を尿素供給部３から尿素をそれぞれ所定の割合となる量を供給する送液ポンプであり、ポンプ１４は、攪拌混合処理部４から混合液体燃料を高圧にして供給する圧送ポンプである。

メカセラ触媒液供給部２のメカセラ装置としては、例えば概略次のような構成のものが使用される。天井付近に排気部、排気ファン、その下部に給水部、散水ノズルを、底付近に給気部、排水部をそれぞれ有し、内部に複数の機能セラミックの粒体を混合して収容したカゴを多段に配置した処理タンクで構成される。そして、給水部から、塩素注入装置１６で次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）を注入した５ｐｐｍ程度の濃度の次亜塩素酸ソーダ水溶液を散水ノズルに供給し上方からメカセラ装置の中に導入し、排水部から、散水ノズルでシャワリングされ、機能セラミックの粒体と通過接触するときに触媒作用により生成されたメカセラ水が取り出される。また、給気部から、バルブを通して例えば悪臭成分含有ガスその他のガス、空気などの気体が供給されて底付近からメカセラ装置の中、貯留されたメカセラ水の中に導入され、排気部から、複数の機能セラミックの粒体及びメカセラ水と通過接触するときに脱臭、浄化された気体が排気ファンにより送り込まれバルブを通して排気される（例えば、特許第３０７４２６６号公報参照）。

攪拌混合処理部４としては、例えば概略次のような構成のものが使用される。液体燃料を高圧にしてノズルから噴射させることにより、その下流側に設けた枝管からメカセラ触媒水を吸引移送するベンチュリの構造を有する吸引移送手段を用い、これを従属接続して混合を行うようにしてもよい（例えば、特許第３６８６０６０号公報参照）。勿論、攪拌羽根を駆動することにより、循環させながら攪拌し混合するものでもよい。

マイクロバブル処理部５としては、例えば概略次のような構成のものが使用される。円筒容器の一方端側に吸気部を設け、円筒容器内にその周壁面の接線方向から混合液体燃料を高圧にして供給することにより高速旋回流を生じさせる。このことにより直径数１０μｍの微細気泡を発生させて気液混合状態となった燃料を円筒容器の他方端側から排出させる（例えば、実開昭５１−２８８６５号公報、再公表特許ＷＯ００／６９５５０号公報、特開２００４−２４３１７３号公報、特開２００５−１５２７６３号公報、特開２００５−８８２号公報参照）。

従来より、鉄の原料や研磨材、セラミックなど工業的に使用されている酸化鉄は、４酸化３鉄（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ）であり、この４酸化３鉄は、特に遠赤外線の発生効率がよいことから遠赤外セラミックとして使われていることで良く知られている。他方、酸化第２鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）は、陶磁器の釉薬、うわぐすりとして使われている。本実施形態の機能セラミックの粒体は、後者の酸化第２鉄を含むものであり、バインダーとして樹脂やガラスを使用し、少なくとも、酸化第２鉄を含む複数の金属酸化物を組み合わせて焼結してなる複数種の粒体を混合したものである。

メカセラ装置には、例えば第１の粒体、第２の粒体、第３の粒体からなる成分濃度の異なる複数種の粒体を機能セラミックの粒体としてカゴに混合収容し、これを数段に重ねて着脱交換可能に配置される。これらの各粒体の実施例は次のようなものである。各粒体は、各原料を所定の割合でミキシング混合し混練して造粒したものを、例えば８０℃で１２時間かけて乾燥させた後、１１５０℃〜１６００℃で２４時間かけて焼成した。そして、第１の粒体は、２５φの球で、酸化第２鉄、モリブデン、コバルト、チタン、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、ジルコニウム、珪素を含む金属酸化物を組み合わせて焼結し、第２の粒体は、１５φの球で、酸化第２鉄、マンガン、コバルト、チタン、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、ジルコニウム、珪素を含む金属酸化物を組み合わせて焼結し、第３の粒体は、１５φの球で、酸化アルミニウム、ジルコニア、珪藻土、チタン酸バリウムを含む金属酸化物を組み合わせて焼結した。また、全重量を２５ｋｇとすると、その内訳は、例えば第１及び第２の粒体と第３の粒体との比率を９５対５、第１の粒体と第２の粒体との比率を７対３とした。つまり、第１の粒体を約１６．５２５ｋｇ、第２の粒体を７．１２５ｋｇ、第３の粒体を１．２５０ｋｇとした。

各原料の混合割合は、第１の粒体を、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１３．３、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ：１９．０、ＴｉＯ₂ ：２０．０、ＭｇＯ：４．０、Ｋ₂ Ｏ：０．７、ＺｒＯ₂ ：５．０、ＣｏＯ：１５．０、ＳｉＯ₂ ：１１．０、ＭｏＯ₂ ：１２．０とし、第２の粒体を、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２６．５、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ：２１．２、ＴｉＯ₂ ：５．０、ＭｇＯ：４．２、Ｋ₂ Ｏ：０．７、ＺｒＯ₂ ：５．０、ＭｎＯ：５．０、ＣｏＯ：７．３、ＳｉＯ₂ ：２５．１とし、第３の粒体を、セルメン、珪石、カオリン、粘土を基礎原料として、ＺｒＯ₂ ：５．０、ＣｕＯ：１０．０、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１０．０、ＢａＴｉＯ₃ ：２０．０、ＳｉＯ₂ ：３８．０とした。

さらにこれら機能セラミックの粒体は、成分濃度を制御し、原子パーセントを変えることにより、イオンの反応の効率を良くすることができ、第１の粒体では、特に殺菌、脱臭作用に顕著な効果を有し、第２の粒体では、油分解、殺菌作用に顕著な効果を有し、第３の粒体では、油分解作用に顕著な効果を有することが確認された。また、第１の粒体と第２の粒体とを混合させると、第１の粒体と第２の粒体とは、成分濃度が違うためお互いに反応しあい、イオンの発生の効率がよくなり、さらに、第３の粒体を少量付加することにより、油分解がより進むことも実証されている。しかも、第３の粒体は、凝結作用が強く、分子をフロック状に形成し、油分を親水、親油性にする作用がある。したがって、成分濃度を制御し、さらに第１〜第３の粒体の混合比率を変えることにより、処理目的に応じた効果を高めることができる。このことは、長年の機能セラミックの研究にわたる経験と繰り返し試験によるものであり、この経験値により各粒体の比率基準が決定される。

上記機能セラミックによる触媒作用は、遊離塩素を含んだ水溶液と機能セラミックを接触させて得られる触媒反応を利用した技術である。ＮａＣｌＯは、通常アルカリ性の溶液となっているため、ＣｌＯ^- （次亜塩素酸イオン）が安定している。
［化１］
ＮａＣｌＯ→Ｎａ+ ＋ＣｌＯ^-
これを処理水に添加すると、希釈されて中性溶液となるので、次のように反応が進む。
［化２］
Ｈ⁺ ＋ＣｌＯ^- →ＨＣｌＯ
Ｎａ⁺ ＋ＯＨ^- →ＮａＯＨ
さらに、次のようにＨＣｌＯ（次亜塩素酸）が分解され、発生期の酸素を生成する。
［化３］
ＨＣｌＯ→ＨＣｌ＋［Ｏ］
次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）は、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ^- ）より、３００倍以上の酸化力があり、さらに［化３］にある［Ｏ］は強力な酸化作用のある発生期の酸素である。
この反応は比較的緩慢であり、機能セラミックに接触させると、速やかに発生期の酸素が生成されることから、その強力な酸化作用が有効に活用され、脱臭などに優れた効果を発揮する。
上記のように次亜塩素酸ナトリウム溶液を水に溶かした時は、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生じ、強力な酸化機能を発揮することは良く知られているが、それ以外に、塩素は光（紫外線）によって活性化されラジカルという極めて反応性の高い状態になり酸化力が高まることも知られている。さらに、Ｆｅ₂ Ｏ₃ などが含まれ、これらのエネルギー作用によりヒドロキシラジカル（ＨＯ・ラジカル）が生成されていると推測される。

本実施形態によれば、遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用して生成したメカセラ触媒液及び尿素をそれぞれの割合で液体燃料に混合して攪拌し加圧供給して旋回流を生じさせ給気し微細気泡を含む気液混合液体燃料とすることにより、尿素とメカセラ触媒液から、油とメカセラ触媒液からそれぞれラジカルができて両親媒性となり、水の周りに油が付く所謂水の逆ミセル（乳化）が油中にできて安定した液体燃料が実現できる。このようなメカセラ触媒液混合液体燃料が噴射、点火されることにより逆ミセル中の水が蒸発（爆発）して空気と均一に混じり合うようになって、効率よく燃焼する。このようにメカセラ触媒液混合液体燃料の燃焼においては、溶存酸素量を増やし、燃焼効率を高め、炭素酸化物（ＣＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質の排出量を減らすことができる。しかも、微細気泡を含むメカセラ触媒液混合液体燃料とすることにより、特に重油をメカセラ触媒液混合液体燃料とした場合、重油が固まるという問題を解消することができる。したがって固まりを防ぐための加温の必要もなくなる。すなわち、メカセラ触媒液及び尿素を混合し、微細気泡を含むメカセラ触媒液混合液体燃料とすることにより、これら混合状態を長期間にわたり安定して保持することができ、燃料コストの低減を図ることができる。

さらに、攪拌混合処理について具体的に説明する。まず、攪拌混合処理部４に対して液体燃料供給部１から供給する液体燃料を１００リットルに対して、メカセラ触媒液供給部２からその５分の１に相当する２０リットルのメカセラ触媒水を供給すると共に、尿素供給部３から６０ｇの尿素を供給する。すなわち、本実施形態において、液体燃料とメカセラ触媒水と尿素との混合割合は、液体燃料に対してメカセラ触媒水が１０対２の割合、尿素が１ｇ／２リットルの割合としている。これらは、例えばポンプ１１〜１３の単位時間当たりの送液量をそれぞれ決めることにより設定される。

攪拌混合処理部４では、液体燃料、メカセラ触媒水、尿素が上記の各割合で供給されると、それらを攪拌、混合し、しかる後のメカセラ触媒水、尿素を混合した液体燃料をポンプ１４により圧送して高速旋回流を発生させ、空気を吸い込み液体燃料の中に微細気泡を発生させる。そして、微細気泡を含む気液混合液体として所定の割合のメカセラ触媒液及び尿素を混合した液体燃料を排出する。

図２はディーゼルエンジンによる液体燃料の熱効率の比較例を示す図であり、（Ａ）は５ｃｍ³ の燃料消費時間を負荷率で比較したデータを示し、（Ｂ）は熱効率を同じく負荷率で比較したデータを示す。定格回転数２４００ｒｐｍのディーゼルエンジンを軽油（軽油平均）で運転した場合と本発明のメカセラ触媒液混合液体燃料（乳化平均）で運転した場合とを比較すると、５ｃｍ³ の燃料消費時間は、負荷率を変えても図２（Ａ）に示すようにほぼ同程度であるが、熱量は、軽油が４５．６ＭＪ／ｋｇ、乳化エマルジョンが４５．６×８０％＝３６．４８ＭＪ／ｋｇと異なり、熱効率は、負荷率を変えても図２（Ｂ）に示すようにほぼ２０％高い結果が得られた。

本発明に係る液体燃料処理装置の実施の形態を示す図である。 ディーゼルエンジンによる液体燃料の熱効率の比較例を示す図である。

符号の説明

１…メカセラ触媒液供給部、２…液体燃料供給部、３…尿素供給部、４…攪拌混合処理部、５…マイクロバブル処理部、６…メカセラ触媒液混合液体燃料収納部、１１〜１４…ポンプ

Claims (3)

1. 液体燃料を供給する燃料供給手段と、
   遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用してメカセラ触媒液を生成し、前記生成したメカセラ触媒液を前記液体燃料に対して第１の割合で供給するメカセラ触媒液供給手段と、
   前記尿素を前記液体燃料に対して第２の割合で供給する尿素供給手段と、
   前記燃料供給手段から供給される液体燃料にメカセラ触媒液供給手段から供給される前記第１の割合のメカセラ触媒液及び尿素供給手段から供給される前記第２の割合の尿素を混合し攪拌する攪拌混合処理手段と、
   前記攪拌混合処理手段によりメカセラ触媒液及び尿素が混合、攪拌された液体燃料を加圧供給して旋回流を生じさせ給気することにより微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させるマイクロバブル処理手段と
   を備え、微細気泡を含み液体燃料に前記各割合のメカセラ触媒液及び尿素を混合する処理を行うことを特徴とする液体燃料処理装置。
2. 遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用して生成されたメカセラ触媒液及び尿素をそれぞれの割合で液体燃料に混合して攪拌した後加圧供給して旋回流を生じさせ給気し微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させることを特徴とする液体燃料処理方法。
3. 遊離塩素を含んだ水溶液とセラミックを接触させて得られる触媒反応を利用して生成されたメカセラ触媒液及び尿素をそれぞれの割合で液体燃料に混合して攪拌し加圧供給して旋回流を生じさせ給気することにより微細気泡を含む気液混合液体燃料として排出させ生成したことを特徴とするメカセラ触媒液混合液体燃料。

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