JP2008255208A - Additive for water-solubilized oil, method for producing the same additive, and method for producing water-solubilized oil by using the same additive - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水可溶化油用添加剤、より詳しくはA重油、軽油等の油を水と混合し水溶化油として、その燃焼効率を増加するようにした水可溶化油用添加剤に関する。また該添加剤の製造方法および該添加剤を用いた水可溶化油製造方法に関する。 The present invention relates to an additive for water-solubilized oil, and more particularly to an additive for water-solubilized oil in which oil such as A heavy oil or light oil is mixed with water to make it water-soluble oil to increase its combustion efficiency. The present invention also relates to a method for producing the additive and a method for producing a water-solubilized oil using the additive.
近年、軽油や重油等の化石燃料を燃焼させる際に出る排気ガスの環境負荷の低減化の観点から、これらの燃料に適量の水を混合させたいわゆるエマルジョン燃料の研究が盛んに行われている。 In recent years, from the viewpoint of reducing the environmental load of exhaust gas emitted when burning fossil fuels such as light oil and heavy oil, so-called emulsion fuels in which an appropriate amount of water is mixed with these fuels have been actively studied. .
しかしながら、従来のエマルジョン燃料は、1.水と油の短期間での分離による備蓄、輸送の困難性、2.水による熱低下に基づく燃焼温度の低下、3.熱効率の低下による燃費の低下、4.残留水分による始動時や低負荷時の使用困難、5.水微粒化の困難性による特殊な攪拌装置(例:加温、加圧等)の必要性、6.水と油の分離による燃焼室の腐食、などの欠点や問題点を有していた。 However, conventional emulsion fuels are: 1. Stockpiling and transportation difficulties due to short-term separation of water and oil; 2. Reduction of combustion temperature due to heat reduction by water; 3. Fuel consumption is reduced due to lower thermal efficiency. 4. Difficult to use at start-up or low load due to residual moisture. 5. Necessity of a special stirring device (eg, heating, pressurization, etc.) due to difficulty in water atomization; It had drawbacks and problems such as corrosion of the combustion chamber due to separation of water and oil.
これらの要因が重なり、エマルジョン燃料は市場での普及がなされていなかった。例えば、C重油に水を混合したエマルジョン燃料を作ることを本出願人は先に提案した(特許文献1)。しかし、この公知技術は燃焼効率や備蓄に優れている等の多くの利点を有するが、C重油以外の油に対しては適用するのに困難性がある。
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするもので、種々研究、実験を重ねた結果、第一義的には水と油の混合燃料即ちエマルジョン燃料における水粒子の極小化による水と油の融合とが絶対必要条件であるとの知見を得た。そして、本発明はその知見に基づき、油と水を均一に混合融合状態としてその燃焼効率を高めることができる添加剤、該添加剤の製造方法および該添加剤を用いた水溶化油製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems. As a result of various researches and experiments, the water is mainly caused by minimization of water particles in a water-oil mixed fuel, that is, an emulsion fuel. And the fusion of oil is an absolute requirement. And based on that knowledge, the present invention provides an additive capable of uniformly mixing and fusing oil and water to increase its combustion efficiency, a method for producing the additive, and a water-soluble oil producing method using the additive. The purpose is to provide.
本発明の水可溶化油用添加剤は、A重油等の油を水と混合するための水可溶化油用添加剤において、重量比でオレイン酸71.3%〜66.5%、脂肪酸ジエタノールアミド3.2%〜3.8%、メタノール11.0%〜13.1%、2−アミノエタノール2.5%〜3.2%、シクロヘキシルアミン6.5%〜7.2%、及びアンモニア5.5%〜6.2%を含む。 The additive for water-solubilized oil of the present invention is an additive for water-solubilized oil for mixing oil such as heavy oil A with water, 71.3% to 66.5% oleic acid by weight ratio, diethanolamine fatty acid 3.2% to 3.8%, 11.0% to 13.1% methanol, 2.5% to 3.2% 2-aminoethanol, 6.5% to 7.2% cyclohexylamine, and ammonia Including 5.5% to 6.2%.
本発明の水可溶化油用添加剤の製造方法は、オレイン酸を重量比で71.3%〜66.5%を攪拌機に入れ、脂肪酸ジエタノールアミドを重量比で3.2%〜3.8%を攪拌機に入れて攪拌混合する工程と、次にメタノールを重量比で11.0%〜13.1%を攪拌機に入れて攪拌混合する工程と、次に2−アミノエタノールを重量比で2.5%〜3.2%を攪拌機に入れて攪拌混合する工程と、シクロヘキシルアミン6.5%〜7.2%を攪拌機に入れて攪拌混合する工程と、アンモニア5.5%〜6.2%を攪拌機に入れて攪拌混合する工程とからなる。 In the method for producing an additive for water-solubilized oil of the present invention, 71.3% to 66.5% by weight of oleic acid is placed in a stirrer, and 3.2% to 3.8% of fatty acid diethanolamide by weight. % In a stirrer and stirring and mixing, methanol in a weight ratio of 11.0% to 13.1% in a stirrer and stirring and mixing, and then 2-aminoethanol in a weight ratio of 2 A step of stirring and mixing 5% to 3.2% in a stirrer, a step of stirring and mixing cyclohexylamine 6.5% to 7.2% in a stirrer, and 5.5% to 6.2% of ammonia % In a stirrer and stirring and mixing.
本発明の水可溶化油の製造方法は、体積比において、上記水可溶化油用添加剤を10%〜3%と、10%〜32%の水と、残部の未処理A重油とを準備する工程と、これらを攪拌混合する工程とを有する。 The method for producing water-solubilized oil of the present invention is prepared by preparing 10% to 3%, 10% to 32% water, and the remaining untreated A heavy oil in the volume ratio. And a step of stirring and mixing them.
本発明の水可溶化油の製造方法は、上記水可溶化油用添加剤を10%〜7%と、10%〜28%の水と、残部の未処理軽油とを準備する工程と、これらを攪拌混合する工程とを有する。 The method for producing a water-solubilized oil of the present invention comprises a step of preparing 10% to 7%, 10% to 28% water, and the remaining untreated gas oil as the water-solubilized oil additive, And stirring and mixing.
(1) 本発明の水可溶化油用添加剤により、水の粒子を瞬時に80〜120nmに極小化することができ、攪拌を行うことによってこの極小化した水を油中にムラなく均一に分散せしめることができる。 (1) With the additive for water-solubilized oil of the present invention, water particles can be instantly minimized to 80 to 120 nm, and the minimized water can be uniformly distributed in the oil by stirring. Can be dispersed.
(2) その結果、水分子を油分子で完全に包み込ませることが可能となり、従来のエマルジョン燃料とは異なり、水が完全に油に溶けた状態とすることができる。 (2) As a result, water molecules can be completely encapsulated with oil molecules, and unlike conventional emulsion fuel, water can be completely dissolved in oil.
(3) そして、本発明の添加剤を用いて製造した水可溶化油すなわち油・水混合燃料は、透明性を有しており、長時間(数年間)放置しても水と油が分離することがなく、非常に安定している。 (3) The water-solubilized oil produced by using the additive of the present invention, that is, the oil / water mixed fuel, has transparency, so that water and oil are separated even if left for a long time (several years). Very stable without.
(4) 水と油が分離する最大の要因は、その両者の表面張力が極端に違うためであるが、本発明の添加剤を使えば、水と油の表面張力をほぼ同じものとすることができ、その結果、水と油の分離を防ぐことができる。 (4) The biggest cause of separation of water and oil is that the surface tensions of the two are extremely different. If the additive of the present invention is used, the surface tension of water and oil should be almost the same. As a result, separation of water and oil can be prevented.
本発明の水可溶化添加剤は前記の通りであり、先ずその製造方法について記載する。 The water-solubilizing additive of the present invention is as described above. First, the production method will be described.
本発明の水可溶化添加剤の主成分であるオレイン酸(Oleic Acid)を添加剤の重量比で71.3%〜66.5%を攪拌機に入れ、次にヤシ脂肪酸ジエタノールアミド(Coconuts Diethanol Amide)を重量比で3.2%〜3.8%を入れて、8〜12分攪拌して混合する。 The oleic acid (Oleic Acid) which is the main component of the water-solubilizing additive of the present invention is placed in a stirrer with 71.3% to 66.5% by weight of the additive, and then coconut fatty acid diethanolamide (Coconuts Diethanol Amide). ) In a weight ratio of 3.2% to 3.8%, and the mixture is stirred for 8 to 12 minutes.
攪拌機は任意・公知のものが使用される。本製造方法では例えば、直径1m、高さ1.5mの縦長円筒容器で底部が漏斗状に形成され、約1000リットルの液体を収容可能な容器に、直径方向に配置された3個のプロペラを上下3段に設けてなる攪拌機を使用した。また、攪拌速度はオレイン酸の凝固点の高さに応じて毎分120〜200回転とした。 Arbitrary and publicly known stirrers are used. In this production method, for example, three propellers arranged in a diameter direction are placed in a container having a bottom portion formed in a funnel shape with a vertical cylindrical container having a diameter of 1 m and a height of 1.5 m, and capable of accommodating about 1000 liters of liquid. A stirrer provided in upper and lower three stages was used. The stirring speed was 120 to 200 revolutions per minute depending on the height of the freezing point of oleic acid.
次いでメタノール(Methanol)を重量比で11.0%〜13.1%を入れた後、18〜20分間攪拌して混合する。 Next, methanol (Methanol) is added at a weight ratio of 11.0% to 13.1%, and then stirred and mixed for 18 to 20 minutes.
この攪拌が終わった後、2−アミノエタノール(Monoethanolamine)を重量比で2.5%〜3.2%を入れて攪拌して混合する。このとき混入開始後から発熱が始まるが、発熱を45℃以下に抑制しながら少量ずつ投入することが重要。全量投入後、約13〜17分間の攪拌を行う。 After the stirring is completed, the mixture is stirred and mixed with 2-aminoethanol (Monoethanolamine) in a weight ratio of 2.5% to 3.2%. At this time, heat generation starts after the start of mixing, but it is important to add small amounts while suppressing the heat generation to 45 ° C or lower. After the entire amount is added, the mixture is stirred for about 13 to 17 minutes.
次いで、シクロヘキシルアミン(Cyclohexylamine)を重量比で6.5%〜7.2%を入れ攪拌する。このときも混入直後から発熱が始まるが、発熱を40℃以下に抑制しながら少量ずつ混入する。攪拌時間は13〜17分。 Next, cyclohexylamine (Cyclohexylamine) is added in a weight ratio of 6.5% to 7.2% and stirred. At this time, heat generation starts immediately after mixing, but the heat generation is mixed little by little while suppressing the heat generation to 40 ° C. or less. The stirring time is 13 to 17 minutes.
次いで、アンモニア(Ammonium hydroxide)を重量比で5.5%〜6.2%を混入する。このときも混入後、急速に発熱が始まるが、発熱を45℃以下に保持しながら少量ずつ投入することが重要。攪拌中に気泡状物質に類似した気泡様が発生するが、気泡様の発生は化学反応の進行を意味し、この消滅が反応終了を意味する。 Subsequently, ammonia (Ammonium hydroxide) is mixed in 5.5 to 6.2% by weight. At this time, heat generation starts rapidly after mixing, but it is important to add small amounts while keeping the heat generation at 45 ° C or lower. While stirring, a bubble-like substance similar to a bubble-like substance is generated, but the bubble-like generation means the progress of a chemical reaction, and this disappearance means the end of the reaction.
この「気泡様」が消滅した後35分〜50分攪拌し、仕上げはゆっくりと攪拌する。 After this “bubble-like” disappears, stir for 35 to 50 minutes, and finish slowly.
「気泡」の消滅前の攪拌速度・・・毎分150回転/分〜200回転/分とし、「気泡」の消滅後の攪拌速度・・・毎分50回転/分〜60回転/分とし、最終工程終了後、液温が35℃以下になれば完成となる。 Stirring speed before disappearance of “bubbles”: 150 rpm / min to 200 rpm / min, stirring speed after disappearance of “bubbles”: 50 rpm / min to 60 rpm / min, When the liquid temperature is 35 ° C. or lower after the final process is completed, the process is completed.
攪拌機は、前記1000リットルに限らず、50リットル容器で1個のプロペラとしたり、50リットル〜1000リットル容器で2個のプロペラとしたり改変することができる。 The stirrer is not limited to 1000 liters, and can be modified by using one propeller in a 50 liter container or two propellers in a 50 liter to 1000 liter container.
本発明で使用される6種類の成分である原材料の主な性質は次のとおりである。
(1) オレイン酸(Oleic Acid.分子式:C18H34O2)…分子量:282.45〜282.52。比重(25℃):0.8905〜0.898。引火点(℃):189。沸点(℃):215〜360。発火温度(℃):36 3。融点(℃):6〜16。外観:純粋な状態では無色液体。ただし、純粋でない場合は淡黄色または赤褐色油状液体。動植物に含まれる脂肪酸。)は、本発明の油・水可溶化添加剤の主成分。水に不溶。凝固点8℃以下が好ましい。
The main properties of the raw materials which are the six kinds of components used in the present invention are as follows.
(1) Oleic acid (Oleic Acid. Molecular formula: C18H34O2) ... Molecular weight: 282.45-282.52. Specific gravity (25 ° C.): 0.8905 to 0.898. Flash point (° C): 189. Boiling point (° C): 215-360. Ignition temperature (° C): 36 3. Melting point (° C): 6-16. Appearance: colorless liquid in the pure state. However, if it is not pure, it is a pale yellow or reddish brown oily liquid. Fatty acids contained in animals and plants. ) Is the main component of the oil / water solubilizing additive of the present invention. Insoluble in water. A freezing point of 8 ° C. or lower is preferred.
(2) ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド(Coconuts Diethanol Amide)… 分子式 C16H35NO3。ノニオン性界面活性剤。増粘な増泡剤、低温安定剤などとして使用。物理的性状:粘性黄色液体。融点:<10℃。沸点:169−275。比重: 0.99。PH: 9(1% SOL)。溶解性:水溶性。引火点:>100℃。界面活性剤よりも洗浄剤として広く利用されている。洗浄力に加え、泡が少ないという特性および化学安定性がある。 (2) Coconuts Diethanol Amide ... Molecular formula C16H35NO3. Nonionic surfactant. Used as thickening foaming agent, low temperature stabilizer. Physical properties: viscous yellow liquid. Melting point: <10 ° C. Boiling point: 169-275. Specific gravity: 0.99. PH: 9 (1% SOL). Solubility: Water soluble. Flash point:> 100 ° C. It is more widely used as a cleaning agent than a surfactant. In addition to detergency, it has the properties of low foam and chemical stability.
(3) メタノール(Methanol)…分子式: CH4O。密度(20℃):0.791-0.792。沸点(℃):64.0-65.5。蒸留量(ミリリットル):98以上。・温度範囲:0.8。水分含量:0.1。外観:無色透明液体。水溶性。水とはどのような比率でも溶けあえる。 (3) Methanol ... Molecular formula: CH4O. Density (20 ° C.): 0.791-0.792. Boiling point (° C): 64.0-65.5. Distillation volume (milliliter): 98 or more. -Temperature range: 0.8. Water content: 0.1. Appearance: colorless and transparent liquid. Water soluble. It can be dissolved in any ratio with water.
(4) 2−アミノエタノール(Monoethanolamine)…分子式:C2H7NO。分子量:61.08。性状: 粘調液体。比重:1.0179(2C/4℃)。沸点:70.5(760mmHg)。融点:10.3℃。外観:粘調液体。用途:合成洗剤、乳化剤、中和剤。 (4) 2-aminoethanol (Monoethanolamine) Molecular formula: C2H7NO. Molecular weight: 61.08. Properties: Viscous liquid. Specific gravity: 1.0179 (2C / 4 ° C). Boiling point: 70.5 (760 mmHg). Melting point: 10.3 ° C. Appearance: viscous liquid. Applications: Synthetic detergents, emulsifiers, neutralizers.
(5)シクロヘキシルアミン(Cyclohexylamine)…分子式:C6H13N。分子量: 99.17。密度: 0.867。沸点(℃):134。融点:−17.7℃。引火点=31℃。発火点=293℃。性状:無色。強いアミン臭の液体。水、エタノールなどほとんどの有機溶剤に完全に溶解。用途:タイヤなどのゴム製品を製造する際の「架橋剤」、染色助剤、不凍液、染料原料、界面活性剤原料などとして使用される。このほか、腐食防止剤としても使用される。 (5) Cyclohexylamine ... Molecular formula: C6H13N. Molecular weight: 99.17. Density: 0.867. Boiling point (° C): 134. Melting point: -17.7 ° C. Flash point = 31 ° C. Ignition point = 293 ° C. Properties: Colorless. Liquid with strong amine odor. Completely soluble in most organic solvents such as water and ethanol. Application: Used as a "crosslinking agent", dyeing aid, antifreeze, dye material, surfactant material, etc. when manufacturing rubber products such as tires. In addition, it is used as a corrosion inhibitor.
(6)アンモニア (Ammonium hydroxide)…分子式:NH4OH。性状:無色透明。比重:(d25℃/25℃):0.90。含量:25%。水にきわめてよく溶ける。有機反応において求核剤(nucleophile)としてふるまい、結合を促進、強化する。 (6) Ammonium hydroxide ... Molecular formula: NH4OH. Properties: Colorless and transparent. Specific gravity: (d25 ° C./25° C.): 0.90. Content: 25%. It dissolves very well in water. Acts as a nucleophile in organic reactions, promotes and strengthens binding.
上記製造方法により、重量比でオレイン酸71.3%〜66.5%、脂肪酸ジエタノールアミド3.2%〜3.8%、メタノール11.0%〜13.1%、2−アミノエタノール2.5%〜3.2%、シクロヘキシルアミン6.5%〜7.2%、及びアンモニア5.5%〜6.2%を含む添加剤が製造される。 According to the above production method, 71.3% to 66.5% oleic acid, 3.2% to 3.8% fatty acid diethanolamide, 11.0% to 13.1% methanol, 2-aminoethanol. Additives are made containing 5% to 3.2%, cyclohexylamine 6.5% to 7.2%, and ammonia 5.5% to 6.2%.
該添加剤の6成分の混合割合について説明する。該添加剤を用いて油・水可溶化燃料を製造する場合(製造方法は後述する)、オレイン酸を重量比で71.3%を超えると乳化の進行は鈍化し、他の5成分の機能を抑制することになり、また66.5%未満では、十分な乳化を達成できない。 The mixing ratio of the six components of the additive will be described. When oil / water-solubilized fuel is produced using the additive (the production method will be described later), if the oleic acid exceeds 71.3% by weight, the progress of emulsification slows down, and the functions of the other five components In addition, if it is less than 66.5%, sufficient emulsification cannot be achieved.
また、脂肪酸ジエタノールアミドは3.8%を超えると水、油の表面張力の変化が鈍化し、3.2%未満では表面張力の変化が不十分であった。また、メタノールは、13.1%を超えると水、油の表面張力の変化が鈍化し、11.0%未満では表面張力の変化が不十分であった。
2−アミノエタノールは3.2%を超えると、水分子の結合力の増加が鈍化し、2.5%未満では結合力が不十分であった。
Further, when the fatty acid diethanolamide exceeds 3.8%, the change in the surface tension of water and oil is slowed down, and when it is less than 3.2%, the change in the surface tension is insufficient. Moreover, when methanol exceeded 13.1%, the change of the surface tension of water and oil slowed down, and when less than 11.0%, the change of surface tension was insufficient.
When the amount of 2-aminoethanol exceeds 3.2%, the increase in the binding force of water molecules slows down, and when the amount is less than 2.5%, the binding force is insufficient.
シクロヘキシルアミンは7.2%を超えると、添加剤の改質作用が鈍化し、6.5%未満では、添加剤の改質作用が不十分であった。
アンモニアは6.2%を超えると、メタノールのエステル作用が鈍化し、5.5%未満では、メタノールのエステル作用が不十分であった。
When the amount of cyclohexylamine exceeds 7.2%, the modifying action of the additive is slowed down, and when it is less than 6.5%, the modifying action of the additive is insufficient.
If ammonia exceeds 6.2%, the ester action of methanol slows down, and if less than 5.5%, the ester action of methanol is insufficient.
次に前記のようにして製造された添加剤を用いて油・水混合燃料である水可溶化油の製造する方法について説明する。 Next, a method for producing a water-solubilized oil, which is an oil / water mixed fuel, using the additive produced as described above will be described.
まず、添加剤と水とを混合するための油を用意する。本発明の添加剤が対象とする油は、A重油、軽油などで、これらの油に水を混合せしめることが可能である。 First, an oil for mixing the additive and water is prepared. The oil targeted by the additive of the present invention is A heavy oil, light oil, etc., and water can be mixed with these oils.
最初に、前記添加剤製造の攪拌機と同様の攪拌機により、油に前記のようにして製造された添加剤を混入して攪拌する。80〜120回転/分で攪拌時間は15分〜25分間行う。油の中にまんべんなく均一に添加剤をなじませることが重要であり、こうすることで、この後加えられる水を油中に溶解せしめることが可能となるが、攪拌は重要な工程である。 First, the additive produced as described above is mixed into the oil and agitated by the same agitator as that for the additive production. The stirring time is 15 to 25 minutes at 80 to 120 rpm. It is important that the additive is evenly and evenly applied in the oil, so that water added thereafter can be dissolved in the oil, but stirring is an important step.
次に、本発明の添加剤が加えられた油に水を加えてよく攪拌する。120〜160回転/分で攪拌時間は40分〜60分間行うことが好ましい。水を加えた直後は、水層が下層、油層が上層に分離しているが、その後攪拌することにより、エマルジョン状態(乳化状態)を経て、完全に水が油に可溶化し、透明性を有する油・水混合燃料が製造される。 Next, water is added to the oil to which the additive of the present invention has been added and stirred well. The stirring time is preferably 40 to 60 minutes at 120 to 160 revolutions / minute. Immediately after the water is added, the water layer is separated into the lower layer and the oil layer is separated into the upper layer. However, by stirring, the water is completely solubilized in the oil through the emulsion state (emulsified state), and transparency is improved. An oil / water mixed fuel is produced.
本発明の添加剤は、硬水、軟水など水の種類についても特に限定することなく、通常の水道水や井戸水を用いることができる。 The additive of the present invention is not particularly limited with respect to the type of water such as hard water and soft water, and normal tap water and well water can be used.
油、水および本発明の添加剤それぞれの配合割合については、油の種類によって若干異なる。油としてA重油を用いた場合には、それぞれ体積比で、A重油:水:添加剤=80:10:10〜65:32:3の割合で混合する。 The blending ratios of oil, water and the additive of the present invention are slightly different depending on the type of oil. When A heavy oil is used as the oil, they are mixed in a volume ratio of A heavy oil: water: additive = 80: 10: 10 to 65: 32: 3.
A重油の場合の混合割合は、上記の通りであり、添加剤の最大混合割合は、10%でありそれを超えても油と水の混合乳化の進行は少なくむしろ油と水の混合割合を抑制して水可溶化燃料としての燃焼熱量を抑制することになり、また最少割合は、3%未満では、油と水の混合乳化が不完全となる。以下の各種油についても、油:水:添加剤の混合割合も同様にして決定される。 The mixing ratio in the case of A heavy oil is as described above, and the maximum mixing ratio of the additive is 10%. The amount of combustion heat as a water-solubilized fuel is suppressed, and if the minimum ratio is less than 3%, the mixed emulsification of oil and water becomes incomplete. For the following various oils, the mixing ratio of oil: water: additive is determined in the same manner.
また、油として軽油を用いる場合には、それぞれの体積比で軽油:水:添加剤=80:10:10〜65:28:7の割合で混合する。 Moreover, when using light oil as oil, it mixes in the ratio of light oil: water: additive = 80: 10: 10-65: 28: 7 by each volume ratio.
攪拌タンクの容量が50リットル以下の場合は攪拌するプロペラは1個でもよいが、50リットルを超える容量の場合は、最低2個のプロペラを有したほうが好ましい。タンク容量が1000リットルを超える場合は、プロペラは3個あった方がよい。 When the capacity of the stirring tank is 50 liters or less, the number of propellers to be stirred may be one, but when the capacity exceeds 50 liters, it is preferable to have at least two propellers. If the tank capacity exceeds 1000 liters, it is better to have three propellers.
水混入の際は、なるべく噴霧状態にした方が、水が混じりやすい。油・添加剤の混合物に例えばシャワーを利用して水を噴霧することが好ましい。 When mixing with water, it is easier to mix water when sprayed as much as possible. It is preferable to spray water on the oil / additive mixture using, for example, a shower.
本発明の添加剤によって製造された各種水可溶化油の実験結果について以下に説明する。 The experimental results of various water-solubilized oils produced with the additive of the present invention will be described below.
表1はA重油を用いた従来燃料と本発明の水可溶化燃料の燃焼実験の比較を示す。本発明による水可溶化燃料は従来燃料に比して、燃焼効率及び燃焼値/重油量 が高く、環境負荷物質排出量が少量で、また価格/体積が定価で、極めて優れた効果を示す。 Table 1 shows a comparison of combustion experiments between the conventional fuel using A heavy oil and the water-solubilized fuel of the present invention. Compared with conventional fuels, the water-solubilized fuel according to the present invention has a high combustion efficiency and combustion value / heavy oil amount, a small amount of environmentally hazardous substances discharged, and a price / volume which is a fixed price.
表1はエマルジョン燃料(前記特許文献1参照)と本発明の水可溶化燃料の燃焼比較を示すものである。 Table 1 shows the combustion comparison between the emulsion fuel (see Patent Document 1) and the water-solubilized fuel of the present invention.
この表から解るように、本発明による水可溶化燃料はエマルジョン燃料に比して、価格/体積は高めであるが、燃焼効率、燃焼値/体積、燃焼値/重油量、備蓄可能性、燃焼機関の腐食可能性において極めて優れている。 As can be seen from this table, the water-solubilized fuel according to the present invention is higher in price / volume than the emulsion fuel, but the combustion efficiency, combustion value / volume, combustion value / heavy oil amount, reserve possibility, combustion Excellent in corrosion potential of the engine.
次にボイラー燃焼試験の例を表3、4に示す。
Next, Tables 3 and 4 show examples of boiler combustion tests.
上記試験はがまだす椎茸栽培組合ボイラー燃焼試験の例であり、その日時、場所等は次の通り、06年12月21日〜22日(19:00〜23:00)、場所:長崎県島原市、使用ボイラー:小片鉄工所温水ボイラー 最高:6,500カロリー/H、使用燃料:A重油、エマルジョン燃料(A重油75%、水20%、添加剤5%、)の2種類である。 The above test is an example of the fire burning test of the firewood shiitake cultivation association. The date, place, etc. are as follows: December 21-22, 2006 (19: 00-23: 00), Place: Nagasaki Prefecture Shimabara-shi, boiler used: Kokata Iron Works hot water boiler Maximum: 6,500 calories / H, fuel used: A heavy oil, emulsion fuel (75% A heavy oil, 20% water, 5% additive).
表3の縦列の29列は、着火、待機の回数に対応し、また、表4の縦列の9列は、着火、待機の回数に対応するものである。表3におけるvirginは通常のvirginA重油即ち未処理のA重油を示し、表4における含水燃料は本発明の水可溶化油を示す。これらの表は図1、2にグラフとして示されている。
The
表3、4並びに図1、2から分かるように、通常のvirginA重油即ち未処理のA重油は、従来のエマルジョン燃料と同じ4時間の燃焼時間内に合計29回の着火、消火を繰返している。なお、この椎茸栽培室に設置してあるボイラーは、室内温度が高い方の設定温度になると消火し、室内温度が低いほうの設定温度になると再点火するように制御されている。 As can be seen from Tables 3 and 4 and FIGS. 1 and 2, ordinary virgin A heavy oil, that is, untreated A heavy oil, repeatedly ignites and extinguishes a total of 29 times within the same 4-hour combustion time as conventional emulsion fuel. . In addition, the boiler installed in this shiitake cultivation room is controlled to extinguish when the room temperature reaches a higher set temperature and to reignite when the room temperature reaches a lower set temperature.
これに対し、表4に含水燃料として示す本発明の水可溶化油は、同じ4時間の間に、合計9回の着火、消火の回数となっている。つまり、本発明の水可溶化油は、室内温度の温まる時間も長いが、冷める時間(次に着火するまでの待機時間)も長く、少ない回数の着火、消火で室内温度を高温に保持することができる。 On the other hand, the water-solubilized oil of the present invention shown as a hydrous fuel in Table 4 has a total of nine ignition and extinguishing times during the same four hours. That is, the water-solubilized oil of the present invention has a long indoor temperature warming time, but also a long cooling time (waiting time until the next ignition), and keeps the indoor temperature high by a small number of times of ignition and extinguishing. Can do.
また、virginA重油の場合は、一部を除き、待機時間の次の燃焼時間の方がその前の待機時間より長くなる傾向がある。これに反し、含水燃料つまり本発明の水可溶化油の場合は、待機時間に比べ、次の燃焼時間の方が短いという逆の現象が起こっており、本発明の方が燃焼効率が優れているということができる。 Further, in the case of virgin A heavy oil, the combustion time next to the standby time tends to be longer than the previous standby time except for a part. On the other hand, in the case of hydrous fuel, that is, the water-solubilized oil of the present invention, the reverse phenomenon occurs that the next combustion time is shorter than the standby time, and the combustion efficiency of the present invention is superior. It can be said that
次に軽油と本発明の水可溶化軽油燃料を用いたディーゼルエンジンでの実験結果について説明する。 Next, experimental results in a diesel engine using light oil and the water-solubilized light oil fuel of the present invention will be described.
実験に用いた供試エンジン、発電機はヤンマー発電機YDG2000で、仕様は次のとおりである。
ディーゼルエンジンの仕様は、型式:4サイクル立型空冷ディーゼルエンジン、燃焼方式:直接噴射式、排気量:199cc、圧縮比:20.5:1である。また、発電機の仕様は、型式:単相、自励式、回転界型、極数・力率:2・1.0、定格出力・最大出力:1.7kW/2.0kW(100V)、定格回転数:3600rpmである。
The test engine and generator used in the experiment are Yanmar generator YDG2000, and the specifications are as follows.
The specifications of the diesel engine are: model: 4-cycle vertical air-cooled diesel engine, combustion system: direct injection system, displacement: 199cc, compression ratio: 20.5: 1. The specifications of the generator are: Model: Single phase, Self-excited, Rotating field type, Number of poles / Power factor: 2.1.0, Rated output / Maximum output: 1.7 kW / 2.0 kW (100 V), Rated Rotational speed: 3600 rpm.
軽油の正規噴射時期のエンジン性能、排気ガス性能と5.7%含水軽油燃料の主要データを比較すると下記の表5のようになる。負荷としては、基準になる定格出力1.7kWに対するデータである。 Table 5 below compares the engine performance, exhaust gas performance, and 5.7% water-containing light oil fuel data at the regular injection timing of light oil. The load is data for a standard rated output of 1.7 kW.
表5は、軽油/水可溶化軽油燃料を用いた場合の燃料噴射時期とエンジン、排気ガス性能の比較を示し、表5において「軽油−」は添加剤なしの通常の軽油を、「含水−」は本発明による水可溶化軽油燃料を示す。 Table 5 shows a comparison of fuel injection timing and engine and exhaust gas performance when using light oil / water-solubilized light oil fuel. In Table 5, “light oil-” represents normal light oil without additives, and “moisture content— "Indicates a water-solubilized gas oil fuel according to the present invention.
表5に示されるように、次の顕著な効果が認められる。
(1) 燃料消費率は定格出力1.7kWで1時間エンジンを運転したときの燃料消費重gである。この消費燃料重量は軽油より、395/370=1.0676から約6.8%多い。各燃料の発熱量は、軽油45,000J/g、含水軽油は41,663J/gで、軽油と同じ熱量を含水軽油でエンジンに与えるとすれば、45,000/41,663=1.080から約8.0%増しの燃料重量となる。したがって、燃料の発熱量的には8%の増加に対して、実験結果は6.8%の増加ですむことになり、含水軽油はエンジンの燃焼効率すなわち熱効率が向上していることになる。
As shown in Table 5, the following remarkable effects are observed.
(1) The fuel consumption rate is the fuel consumption weight g when the engine is operated for 1 hour at a rated output of 1.7 kW. This fuel consumption weight is about 6.8% higher than diesel oil from 395/370 = 1.0676. The calorific value of each fuel is 45,000 J / g of light oil, 41,663 J / g of water-containing light oil, and if the same amount of heat as that of light oil is given to the engine with water-containing light oil, 45,000 / 41,663 = 1.080. The fuel weight increases by about 8.0%. Therefore, the increase in fuel heat generation is 8%, while the experimental result is only 6.8% increase, and the hydrous diesel oil has improved engine combustion efficiency, that is, thermal efficiency.
(2) 熱効率は、軽油―正規噴射時期の21.6%にたいして、含水軽油―5.5°進角は21.9%である。約1.4%の熱効率向上になる。
ちなみに、熱効率は工学的には、定格出力運転の場合、定格出力のエンジン仕事とその仕事のために消費した燃料の熱量の比である。したがって、消費した燃料熱量のたかだか約22%をエンジンの有効仕事として利用し、大部分の78%の熱量は、排気ガス、冷却損失、摩擦損失などの損失熱量になる。燃料噴射時期を変更する実験は、含水燃料の水の効果とあいまって、燃料の燃焼による発生熱量を少しでも多くエンジンの有効仕事に変換させようとするものである。
(2) The thermal efficiency is 21.9% for diesel oil-21.6% of regular injection timing, and 21.9% for water-containing diesel oil-5.5 ° advance angle. The thermal efficiency is improved by about 1.4%.
Incidentally, in terms of engineering, thermal efficiency is the ratio between the engine work of the rated output and the heat amount of the fuel consumed for the work in the case of rated output operation. Therefore, about 22% of the consumed fuel heat amount is used as an effective work of the engine, and most of the heat amount 78% is lost heat amount such as exhaust gas, cooling loss and friction loss. The experiment for changing the fuel injection timing, combined with the effect of the water of the hydrated fuel, tries to convert the amount of heat generated by the combustion of the fuel as much as possible into the effective work of the engine.
(3) 燃料消費率、熱効率は燃料重量に関わる特性であるが、燃料噴射量は、定格運転時の燃料消費容積mm3/stをあらわしている。単位のstはエンジンの燃焼ストロークである。すなわち、定格運転において、4サイクルエンジンの場合、エンジンの2回転に1回転を噴射する。その燃料容積mm3である。 軽油の7.00mm3/stにたいして、含水軽油は7.39mm3/stと、7.39/7.00=1.0557から、約5.6%大きい値を示している。容積当りの発熱量の関係から前述のように、約5.8%燃料噴射量増加であり、熱効率向上の効果があらわれている。
(3) The fuel consumption rate and the thermal efficiency are characteristics related to the fuel weight, but the fuel injection amount represents the fuel consumption volume mm3 / st during rated operation. The unit st is the combustion stroke of the engine. That is, in rated operation, in the case of a four-cycle engine, one revolution is injected into two revolutions of the engine. The fuel volume is mm3. Compared to 7.00
(4) 排気ガス温度は、 軽油の336℃にたいして、含水軽油は305℃と低下している。排気ガス温度の低下は排気ガス損失熱量が低下することを示し、熱効率向上を意味する。たとえば、ガソリンエンジンで圧縮比を上げてエンジンの出力を向上する場合を考えると、燃焼圧力の向上は燃焼ガス温度を高くし、排気ガス温度は逆に低下する。したがって、含水軽油を用いた場合に燃料噴射時期を5.5°進角させると、燃焼圧力の向上は燃焼ガス温度を高くし、排気ガス温度は逆に低下させるものと考えられる。 (4) The exhaust gas temperature is 305 ° C for water-containing gas oil, compared to 336 ° C for light oil. A decrease in exhaust gas temperature indicates that the amount of heat lost in exhaust gas decreases, which means an improvement in thermal efficiency. For example, in the case of increasing the engine output by increasing the compression ratio in a gasoline engine, improving the combustion pressure raises the combustion gas temperature and conversely lowers the exhaust gas temperature. Therefore, if the fuel injection timing is advanced by 5.5 ° when using hydrous light oil, it is considered that the improvement of the combustion pressure raises the combustion gas temperature and the exhaust gas temperature decreases conversely.
ディーゼルエンジンの実験結果は次のようにまとめることができる。
ディーゼルエンジンの燃焼は軽油液滴の燃焼であり、燃料液滴の表面に物理的現象により気化した燃料と空気中の酸素が混合気を形成し、いろいろな空気過剰率で燃焼する。このとき液滴中に含まれている水粒子もこの燃焼により輻射熱を受けて加熱されて、沸点に達し、次々とミクロ爆発し、周囲の油敵を四散させることにより二次微粒化が起きる。この様に油が瞬時に超微粒化することにより空気との接触面積が増大し、急速に完全燃焼を行い、燃焼排ガス中の煙や未燃炭素の発生を抑える。
The experimental results of the diesel engine can be summarized as follows.
Diesel engine combustion is combustion of light oil droplets, and fuel vaporized by physical phenomena and oxygen in the air form a mixture on the surface of the fuel droplets and burn with various excess air ratios. At this time, the water particles contained in the droplets are also heated by receiving the radiant heat due to this combustion, reach the boiling point, undergo micro explosions one after another, and secondary atomization occurs by scattering the surrounding oil enemies. In this way, when the oil is instantly atomized, the contact area with the air is increased, complete combustion is rapidly performed, and generation of smoke and unburned carbon in the combustion exhaust gas is suppressed.
また、この接触面積の増大は、燃焼に必要な過剰空気を低く抑えることができるため、省エネルギー効果が大きくなる。
この条件を満たすためには、水粒子のミクロ化が最も大事なことであるが、通常の水粒子は表面張力が大きいため水粒子をミクロ化することが困難である。
Further, this increase in the contact area can keep the excess air necessary for combustion low, so the energy saving effect is increased.
In order to satisfy this condition, micronization of water particles is the most important, but since normal water particles have a large surface tension, it is difficult to micronize water particles.
本発明ではオレイン酸を主成分とした添加剤のため、水粒子を際限までミクロ化することが可能となり、また、同時に単なる油・水の混合ではなく、水が油に溶ける状態となるため長期備蓄が可能となった。 In the present invention, because of the additive mainly composed of oleic acid, it becomes possible to micronize water particles to the limit, and at the same time, it is not simply a mixture of oil and water, but water is in a state of being soluble in oil, so that it can be used for a long time. Stockpile is now possible.
以上本発明について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術範囲に包含される。 Although the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. It is included in the technical scope.
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