JP2007270003A - 水性ガス化燃料の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な装置を必要としない処理を施して機能性の優れた油水混合燃料を製造する手段を提供し、油水混合化燃料の実質的な実用化を達成する。
【解決手段】燃料油（燃料油供給機構２）及び混合用水（混合用水供給機構１）を、常温で育成光線の放射率の高い育成光線放射物と接触（接触機構３）させて、水分子クラスターを微細化し、混合攪拌（攪拌機構４）によって水分子の微細クラスターが油中に存在する油中水滴型の着火性に優れ、且つミクロ爆発が効果的になされる燃焼を可能とした水性ガス化燃料を製出してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、石油燃料に水を混合した水性ガス化燃料（油水混合の乳化燃料）の製造方法及び製造装置に関するものである。

常温では粘性が高く１５０℃以上に加熱して流動状態として使用されていた超重質油に対しては、水を加えて流動化させることで、完全燃焼を可能にしたり、重質油以下の軽質油については、水分の爆発的蒸発（ミクロ爆発）による油分の霧化が生じて完全燃焼を実現させ、加水率が低いときには燃焼効率を高め、加水率が高いときには、排ガス改善（窒素酸化物の減少、煤塵の減少）がなされることが着目され、従前より種々の油水混合燃料の製造手段が提案されている。

油水混合燃料は、燃料としての機能性を備えるために、良好な着火性や、油水分離を抑制する混合の安定性が要求される。然し混合の安定性を乳化剤の大量混入に求めると、ミクロ爆発の効果が低減するという問題が生ずる。

そこで油水混合燃料の安定性対策として、酸素含有ガスを混入して気水混合燃料油とする攪拌構成に特徴を備える手段（特許文献１）、燃料油に磁気処理を施し更に超音波を加え、その後に水を加えて攪拌するという燃料油の前処理に特徴を有する手段（特許文献２）、混入用水の流れ方向に対して交差する方向に磁場を印加した後に燃料油と混合するとした水の前処理に特徴を有する手段（特許文献３）などが知られている。

特開平６−１９８３号公報。 特開平８−１５１５８３号公報。 特開２０００−２６３０６２号公報。

油水混合燃料の安定のために気水混合燃料油とする特許文献１記載の手段は、気水混合の攪拌複雑になり、且つ当該攪拌装置の制御が煩雑である。

また特許文献２，３の燃料油前処理手段や混合用水前処理手段においても、磁気発生装置や超音波発生装置を必要として装置が複雑となり、また乳化剤（界面活性剤）を多量に使用することによってミクロ爆発の効果が低減する。

また従前の油水混合燃料は、燃料油として使用する場合に、乳化剤の混入によって通常の燃料油に比較して着火性に劣り、燃料油を予め加熱処理を行なったり、燃焼装置にパイロットバーナーなどの着火機構を備える必要があった。このため油水混合燃料は、廃棄物の焼却処理については実用化されていると言えるが、一般の燃料として実験室的な採用は行なわれていたが、実質的な産業用燃料として実用化しているとはいえないのが現状である。

そこで本発明は、煩雑な装置を必要としない処理を施して機能性（着火性・燃焼性）の優れた水性ガス化燃料を製造する手段を提案し、油水混合燃料の実質的な実用化の達成を図ったものである。

本発明に係る水性ガス化燃料の製造方法（請求項１）は、燃料油及び混合用水を、常温で育成光線の放射率の高い育成光線放射物と接触させて混合攪拌してなることを特徴とするもので、更に本発明（請求項２）は、特に前記の接触させる育成光線放射物を、抗火石素焼成形品としてなるものである。

従って混合用水を育成光線放射物と接触させることによって、水分子クラスターが微細化され、油との混合攪拌で、水分子の微細クラスターが油中に存在する油中水滴型の着火性に優れ、且つミクロ爆発が効果的になされる水性ガス化燃料が製出される。

また特に本発明に係る水性ガス化燃料の製造方法（請求項３）は、前記の攪拌混合前処理として、混合用水を抗火石原石と接触させた後に、更に抗火石素焼品に抗火石粉末を含有する釉薬を塗布した抗火石焼成品に接触させて改質水とし、燃料油を前記抗火石焼成品と接触させて改質燃料油としてなるものである。

従って混合用水及び燃料油は、抗火石焼成品との接触によって接触前の状態より還元（活性化）されることになり、次の抗火石素焼成形品による微細クラスター化及び油水混合（水性ガス化燃料化）が効果的になされる。

又本発明に係る水性ガス化燃料の製造装置（請求項４）は、燃料油及び混合用水の供給を受けて、各々独立に又は混合状態で、常温で育成光線の放射率の高い育成光線放射物と接触させる接触機構と、接触機構から改質燃料油及び改質水の供給を受けて混合攪拌する攪拌機構と、所定の吐出ポンプとを備えてなることを特徴とするもので、前記製造方法を実現する装置である。

また本発明（請求項５）は、前記製造装置における接触機構を、油水の混合貯留槽と、育成光線放射物を抗火石素焼成形品として内装した混合接触槽と、両者を接続する循環路で構成してなるものである。

而して混合貯留槽内の油水混合物を混合接触槽に送り込み、順次循環させることで、燃料油及び混合用水が育成光線放射物（抗火石素焼成形品）と効率的に接触するものである。

更に本発明（請求項６）は、油水混合攪拌（水性ガス化燃料化）の前処理機構を備えるもので、混合用水供給機構が、抗火石原石を内装した第一接触槽、及び抗火石素焼品に抗火石粉末を含有する釉薬を塗布した抗火石焼成品を内装した第二接触槽を設けてなり、燃料油供給機構が、抗火石焼成品を内装した接触槽を設けてなるものである。

従って混合用水並びに燃料油は、還元（活性化）されて、次の接触機構に送られるものである。

本発明の構成は上記のとおりであり、混合用水を育成光線放射物と接触させるという簡単な作用で、水分子クラスターを微細化し、水分子の微細クラスターが油中に存在する油中水滴型の水性ガス化燃料を容易に製出できるもので、装置自体も非常に簡単に構成でき、油水混合燃料の実質的な実用化を実現したものである。

次に本発明の水性ガス化燃料の製造装置の実施の形態について説明する。製造装置は、混合用水供給機構１と、燃料油供給機構２と、接触機構３と、攪拌機構４と、吐出ポンプ５で構成される。

また混合用水供給機構１と、燃料油供給機構２と、接触機構３には、育成光線放射物を使用しているものである。

育成光線は、遠赤外線中特に波長４〜１４ミクロンの光線を称するもので、特に本発明は、育成光線（放射線）が水分子クラスターを細分化することに着目し、育成光線の放射物を利用して水性ガス化燃料の製造に採用したもので、育成光線放射物として、抗火石（原石）Ａ、抗火石素焼成形品Ｂ、抗火石焼成品Ｃを使用したものである。

抗火石Ａは、図２に例示したとおりシリカ（７３％）とアルミナ（１５％）を主成分とするものである。

抗火石素焼成形品Ｂは、粘土に１〜５ミクロンに粉砕した抗火石の粉末２０〜３０％を混合して、取り扱い易い適宜な形状（例えばボール形状）に成形し、約１０００〜１５００℃の温度で焼成したものである。

抗火石焼成品Ｃは、抗火石素焼品（例えば前記の抗火石素焼成形品Ｂ）の表面に３０ミクロンに粉砕し鉄分を除いた抗火石の粉末５０％、１〜５ミクロンに粉砕し鉄分を含有した抗火石の粉末４７％、合成糊３％に水を混入した釉薬を塗布して、１０００〜１５００℃で焼成したものである。

本発明装置を構成する混合用水供給機構１は、貯水槽（第一接触槽）１１と、第二接触槽１２とフィルター１３と、混合用水供給管１４で構成される。貯水槽（第一接触槽）１１は、混合用水の原水を貯留しておくもので、内部に抗火石（原石）Ａを内置しておくものである。

第二接触槽１２は、抗火石焼成品Ｃを内装したもので、通過する混合用水を還元（活性化）して混合用水供給管１４を通じて接触機構３に送るものである。

燃料油供給機構２は、貯油タンク２１（燃料使用箇所から離れた場所で、本発明を実施する場合には、既設のものを使用する）と、送油ポンプ２２（既設を利用できる）と、接触槽２３と、フィルター２４と、燃料供給管２５と、切り替え弁２６と、戻し管２７で構成され、特に接触槽２３は、抗火石焼成品Ｃを内装したもので、接触槽２３からの燃料油は、切り替え弁２６で、フィルター２４を介して燃料供給管２５に送られるか、戻し管２７を通って貯油タンク２１に戻されるものである。

接触機構３は、フィルター１３，２４からの混合用水供給管１４及び燃料油供給管２５と接続配管された混合貯留槽３１と、循環ポンプ３２と、混合接触槽３３と、前記の三者を循環接続する循環路３４と、循環ポンプ３２と混合接触槽３３の間の循環路３４に設けた切り替え弁３５と、切り替え弁３５に接続した放出管３６とで構成され、混合接触槽３３内には、抗火石素焼成形品Ｂを充填してなるものである。

攪拌機構４は、放出管３６と接続配管した攪拌槽４１と、攪拌槽内に設けられた攪拌羽根４２と、攪拌羽根４２の駆動部４３と、攪拌槽４１と接続した吐出ポンプ４４と、吐出ポンプ４４に接続した水性ガス化燃料供給管４５で構成される。

次に前記製造装置を使用して水性ガス化燃料の製造について説明する。混合用原水は、貯水槽（第一接触槽）１１に蓄えられ、貯留中に抗火石（原石）Ａと接触し、静置状態で安定にしておく。この混合用原水は、第二接触槽１２及びフィルター１３を通して混合用水供給管１４から混合用貯留槽３１に、燃料油に対する一定の比率で供給されるもので、特に第二接触槽１２を通過することで混合用水を、還元（活性化）させる。

燃料油は、貯油タンク２１から送油ポンプ２２で、接触槽２３及びフィルター２４を介して燃料油供給管２５から混合用貯留槽３１に所定量供給されるもので、特に接触槽２３を通過することで燃料油を還元（活性化）させる。また、送油ポンプ２２で、接触槽２３を通過した燃料油は、切り替え弁２６による流路切り替えで、戻し管２７を通って貯油タンク２１に返送することで循環させ、燃料油の還元（活性化）を促進させる。

接触機構３においては、所定の比率で、混合用水（活性化水：改質水）と燃料油（活性油：改質油）を混合貯留槽３１に供給され、切り替え弁３５を循環に設定すると、循環ポンプ３２と混合接触槽３３と混合接触槽３３を通過して混合貯留槽３１に戻る循環がなされ、混合接触槽３３内の通過に際して抗火石素焼成形品Ｂと接触し、育成光線の微弱照射を受けて、分子クラスターの細分化がなされる。

循環時間及び循環流量等は使用する燃料油の材質や混合水量によって、適宜設定するものである。

適宜な接触循環を終了すると、改質水及び改質燃料油の混合物は、切り替え弁３５を吐出に設定すると、混合接触槽３３に入らず、放出管３６から攪拌槽４１に送られる。

攪拌槽４１においては、攪拌羽根４２の回転で油水の攪拌混合がなされ、水性ガス化燃料が製出され、吐出ポンプによってバーナーやエンジンに供給されるものである。

前記の本発明の実施形態装置を使用して、燃料油として灯油を採用して本発明の製造方法を実施し、製出された水性ガス化燃料を電子顕微鏡で確認したところ、水滴が直径３〜５μｍの範囲で、油中水滴型のエマルジョンであることが確認できた。

また前記水性ガス化燃料の引火点を試験分析した結果、図３の表に示すとおり、混合水の比率を３０％としても、何ら支障なく着火が確認でき、燃料として何らの問題もないことが確認できた。

また灯油１００％の燃料と、本発明を実施して製出した灯油７０％＋水３０％の水性ガス化燃料を使用して、実験炉で、燃料供給量を３０Ｌ／Ｈとし、排ガスのＣＯが０ｐｐｍとなるようにダンパー調整（空気量調整）を行い、完全燃焼を実現し、排ガス分析計を採用して実測する燃焼実験を実施した。その結果は図４，５に示すとおりで、実測結果に基づく算出結果が図６に示す通りである。

この測定結果及び算出結果から、水性ガス化燃料は、完全燃焼時の使用空気量及び排ガス量が少なく、排ガスによる熱損失が著しく減少し、また窒素酸化物も著しく減少したものである。

尚本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、混合用水や燃料油が育成光線放射物との接触するための構造は、前記の通過接触槽とすることなく全て貯留接触槽としても良いし、また接触機構と攪拌機構を分離することなく、同時に行うようにしても良いし、更には乳化剤を添加しても良い。勿論燃料油も灯油に限定されるものではなく、重油にも適用できるものである。

Ｃ重油に本発明を実施した例として、Ｃ重油に、育成光線放射物との接触させた改質水を２０％加えてミキシングした水性ガス化燃料を製出し、この燃料を使用してマカオ発電所の発電用エンジン（Ｃ重油発電用エンジン）を稼動させた。その稼動実験における排ガスの測定データが図７の表である。

この実験結果から、Ｃ重油に２０％の改質水を添加混合した水性ガス化燃料は、燃料として何らの問題も生じないことが確認でき、排ガスにおける揮発性有機物の著しい減少が確認できた。

また同様に、船舶用ディーゼル油に１０％改質水を添加混合した水性ガス化燃料を船舶用ディーゼルエンジンに使用して船舶（スーターフェリー：香港）を航行させて、その排ガスを香港工科大学が測定した結果、図８に示すとおりの測定データが得られた。

前記の測定結果から、本発明方法で製出した水性ガス化燃料は、内燃機関内での完全燃焼を実現し、環境問題となっている老巧船舶の排煙の改善に貢献することが確認できた。

本発明装置の説明図。 本発明に使用した抗火石の成分表。 本発明の灯油を使用した水性ガス化燃料の引火点の分析表。 同燃料の燃焼実験の実測値表。 同排ガス組成割合表。 同データ算出表。 同Ｃ重油を使用した水性ガス化燃料のエンジン駆動実験の結果表。 同船舶に使用した実験の排ガス測定表。

符号の説明

１ 混合用水供給機構
１１ 貯水槽（第一接触槽）
１２ 第二接触槽
１３ フィルター
１４ 混合用水供給管
２ 燃料油供給機構
２１ 貯油タンク
２２ 送油ポンプ
２３ 接触槽
２４ フィルター
２５ 燃料油供給管
２６ 切り替え弁
２７ 戻し管
３ 接触機構
３１ 混合貯留槽
３２ 循環ポンプ
３３ 混合接触槽
３４ 循環路
３５ 切り替え弁
３６ 放出管
４ 攪拌機構
４１ 攪拌槽
４２ 攪拌羽根
４３ 駆動部
４４ 吐出ポンプ
４５ 水性ガス化燃料供給管

Claims (6)

1. 燃料油及び混合用水を、常温で育成光線の放射率の高い育成光線放射物と接触させて混合攪拌してなることを特徴とする水性ガス化燃料の製造方法。
2. 接触させる育成光線放射物を、抗火石素焼成形品としてなる請求項１記載の水性ガス化燃料の製造方法。
3. 混合前処理として、混合用水を抗火石原石と接触させた後に、更に抗火石素焼品に抗火石粉末を含有する釉薬を塗布した抗火石焼成品に接触させて改質水とし、燃料油を前記抗火石焼成品と循環接触させて改質燃料油としてなる請求項２記載の水性ガス化燃料の製造方法。
4. 燃料油及び混合用水の供給を受けて、各々独立に又は混合状態で、常温で育成光線の放射率の高い育成光線放射物と接触させる接触機構と、接触機構から改質燃料油及び改質水の供給を受けて混合攪拌する攪拌機構と、所定の吐出ポンプとを備えてなることを特徴とする水性ガス化燃料の製造装置。
5. 接触機構を、油水の混合貯留槽と、育成光線放射物を抗火石素焼成形品として内装した混合接触槽と、両者を接続する循環路で構成した請求項５記載の水性ガス化燃料の製造装置。
6. 抗火石原石を内装した第一接触槽、及び抗火石素焼品に抗火石粉末を含有する釉薬を塗布した抗火石焼成品を内装した第二接触槽を設けた混合用水供給機構と、前記抗火石焼成品を内装した接触槽を設けた燃料油供給機構を備え、接触機構へ油水を供給してなる請求項５記載の水性ガス化燃料の製造装置。

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