JP2009179741A - Heavy-oil emulsion fuel manufacturing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重質油に少なくとも水を混合してエマルジョン燃料化するにあたり、重質燃料分の残渣やスラリーを超微細化することによって、エンジンの損傷や燃料ノズルの目詰まりなどを低減する重質油エマルジョン燃料製造システムに関する。 In the present invention, when mixing at least water with heavy oil to make an emulsion fuel, the heavy fuel residue and slurry are made ultrafine to reduce engine damage and fuel nozzle clogging. The present invention relates to a quality oil emulsion fuel production system.
発電設備や舶用のディーゼル機関などに用いられる燃料が、環境問題の観点からNOxや煤の低減対策と、石油製品の需要や発展途上国の燃料消費の拡大から、より多くの軽油やガソリンを精製するため、安く入手し易いC重油など残渣やスラリー(細かい固体粒子を含む濁った油)が多く含まれた高粘度で着火・燃焼性の悪い低品質の重質油への切替えを余儀なくされている。この重質油をディーゼル機関へ適用するためには、ディーゼルエンジンの異常燃焼やシリンダーの過大磨耗、凝着による磨耗、燃料ノズル目詰まり、焼損、腐食などの機関トラブルの影響対策が求められている。 Fuel used in power generation facilities, marine diesel engines, etc., refines more light oil and gasoline from measures to reduce NOx and soot from the viewpoint of environmental issues, and demand for petroleum products and expansion of fuel consumption in developing countries Therefore, it is unavoidable to switch to a heavy oil with high viscosity and poor ignition / combustibility that contains a lot of residues and slurries (turbid oil containing fine solid particles) such as C heavy oil, which is cheap and easily available. Yes. In order to apply this heavy oil to diesel engines, countermeasures against engine troubles such as abnormal combustion of diesel engines, excessive wear of cylinders, wear due to adhesion, clogging of fuel nozzles, burning, and corrosion are required. .
このような対策の具体的な方策として各種の方法が知られている。例えば、液体燃料と水との混合液に高周波振動を付与し、キャビテーション効果を発生させることによって、液体燃料に水を拡散・混合させる方法がある(特許文献1を参照)。この特許文献1の方法によると、超微粒子化・高混合密度のエマルジョン燃料を生成することができる。
発電のためエマルジョン燃料を燃やすディーゼルエンジンは、燃料噴射装置の目詰まり防止目的のため、一般に約10μm以上の異物を除去するフィルタを燃料供給系統に設けている。このため、燃料に含まれる夾雑物や残渣を10μm以下に粉砕する必要がある。 In order to prevent clogging of a fuel injection device, diesel engines that burn emulsion fuel for power generation are generally provided with a filter in the fuel supply system that removes foreign matters of about 10 μm or more. For this reason, it is necessary to grind impurities and residues contained in the fuel to 10 μm or less.
廃食油は、食品工場や大型レストランにおいて、食品加工過程で混入した加工食品や揚げカス及び油の夾雑物が含まれている。廃食油ろ過の一例としては、加工食品片であるポテトフライ、肉片、野菜片、パン粉くずなどの揚げカスと、保管時に入った昆虫などの異物の内、大きいものについて事前ろ過のフィルタ50〜60メッシュ除去後、中程度の夾雑物や残渣をフィルタ100メッシュでろ過して用いている。しかしながら、このようにろ過しても糸状の長さ800μm×太さ30μmの夾雑物や粒状の最大約80μm程度の細かい夾雑物が残渣として残ったままとなる。 Waste cooking oil contains processed foods, fried dregs and oil contaminants mixed in the food processing process in food factories and large restaurants. As an example of waste cooking oil filtration, processed food pieces such as potato fries, meat pieces, vegetable pieces, deep-fried foods such as bread crumbs, and foreign substances such as insects that have entered during storage are pre-filtered filters 50-60 After removing the mesh, medium impurities and residues are filtered through a filter 100 mesh. However, even if the filtration is performed in this manner, the filamentous impurities having a length of 800 μm × thickness of 30 μm and granular impurities having a maximum size of about 80 μm remain as residues.
また、重油においても、原油からナフサ、灯油、軽質軽油など蒸留精製した残りであり、多くの残渣や軽油溜分(カッター材)を含んでいる。ディーゼルエンジンは、水分の未混合やアスファルテン、スラッジなどの残渣により、ベーパロックや燃料噴射装置の目詰まり、燃料弁のステック、摩耗、腐食、燃焼性障害として着火遅れ圧力上昇率の増加、ピストンリングやシリンダライナの異常摩耗や損傷などが発生する。アスファルテンは、重油中の高分子量の物質でコロイド状に分散して存在しているが、20μm以下になると完全燃焼が容易になる。また、スラッジは、水分との混合安定性の不良や燃料貯蔵時の熱安定性の低下から生じるが、スラッジが存在しても粉砕微細化され10μm以下であればエンジンに与える影響が少なく、1μm程度まで微細であれば影響がない。上述した特許文献1の方法によっても、10μm以下1μm程度までの超微細化を工業的になしうるまでには提案されていない。
Also, heavy oil is a residue obtained by distillation and purification from crude oil such as naphtha, kerosene, and light diesel oil, and contains many residues and light oil fraction (cutter material). Diesel engines are not mixed with water, and residues such as asphaltene and sludge are clogged with vapor locks and fuel injectors, fuel valve sticks, wear, corrosion, and combustibility. Abnormal wear or damage to the cylinder liner will occur. Asphaltenes are high molecular weight substances in heavy oil and are dispersed in a colloidal form, but complete combustion is facilitated when the thickness is 20 μm or less. Sludge is caused by poor mixing stability with water and reduced thermal stability during fuel storage, but even if sludge is present, if it is pulverized and refined to 10 μm or less, it has little effect on the engine, and 1 μm. If it is fine to the extent, there is no effect. Even the method of
本発明に係る重質油エマルジョン燃料製造システム及び製造方法は、重質油に少なくとも水を混合してエマルジョン燃料化するにあたり、重質燃料分の残渣やスラリーを10μm以下1μm程度まで超微細化することによって、エンジンの損傷や燃料ノズルの目詰まりなどを低減する重質油エマルジョン燃料を提供することを目的とする。 In the heavy oil emulsion fuel production system and production method according to the present invention, when at least water is mixed with heavy oil to make an emulsion fuel, the residue and slurry of the heavy fuel are ultrafine to 10 μm or less to about 1 μm. Accordingly, an object of the present invention is to provide a heavy oil emulsion fuel that reduces engine damage, clogging of fuel nozzles, and the like.
本発明の請求項1に係る重質油エマルジョン燃料製造システムは、重質油供給部と、この重質油供給部から供給される重質油中の残渣等を粉砕処理する第1振動子を備えた第1混合部と、この第1混合部にて粉砕処理された残渣等が再混合された重質油をろ過するろ過部と、水供給部と、前記ろ過部にてろ過された重質油と前記水供給部からの水が予混合される予混合部と、この予混合部にて予混合された混合液を粉砕処理する第2振動子を備えた第2混合部とを具備し、前記第1混合部にて重質油を微細化粉砕処理し、前記第2混合部にてエマルジョン燃料を製造することを特徴とする。
A heavy oil emulsion fuel production system according to
本発明の請求項2に係る重質油エマルジョン燃料製造システムは、前記第1混合部ならびに前記第2混合部に備えられた前記第1振動体ならびに前記第2振動体が、それぞれ混合すべき液に接するように配置された振動体、この振動体を高周波振動させる振動発生部、前記振動体に狭隘な空間をあけて対向するように配置された反射体を有することを特徴とする。
In the heavy oil emulsion fuel production system according to
本発明の請求項3に係る重質油エマルジョン燃料製造システムは、第1混合部に接続され、廃食油を供給する廃食油供給部を具備することを特徴とする。
The heavy oil emulsion fuel production system according to
重質油と水を混合してエマルジョン燃料を製造するにあたり、水と混合する前の段階で重質油に対し、第1混合槽を用い、搭載されている第1振動子にて狭間隙で超音波キャビテーション作用を利用して残渣などを粉砕し、更に、この後重質油と水を混合した後に第2混合槽を用いて、搭載されている第2振動子にて狭間隙で超音波キャビテーション作用を利用して乳化処理を行うようにしたことによって、微細な残渣の燃料混入を防止し、残渣・スラリーによる燃料噴射ノズルの目詰まりや、シリンダライナ過大摩耗、凝着による摩耗を防止することで、ディーゼル機関の信頼性確保と低コストで安定した運用を確保できるようになった。 In the production of emulsion fuel by mixing heavy oil and water, the first mixing tank is used for the heavy oil at the stage before mixing with water, and the first vibrator mounted is used to make a narrow gap. Residues are pulverized using ultrasonic cavitation, and after this, heavy oil and water are mixed, and then the second mixing tank is used to ultrasonically use the second vibrator mounted in a narrow gap. By emulsifying using cavitation, it prevents fine residues from entering the fuel and prevents clogging of the fuel injection nozzle due to residues and slurries, excessive wear on the cylinder liner, and wear due to adhesion. As a result, the reliability of diesel engines and the stable operation at low cost can be secured.
以下に本発明の一実施形態を図1を参照して説明する。本発明に係る重質油エマルジョン燃料製造システム10は、主たる構成要素として、重質油タンク11、油性状調整部12、水供給部13、エマルジョン燃料製造部14から構成されている。このような構成によって製造されたエマルジョン燃料は、ディーゼル機関15へ供給され、ディーゼル機関15へは更にA重油タンク16からA重油が供給される。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. A heavy oil emulsion
重質油タンク11の注入口には注入口フィルタ17が設けられており、更に重質油温度計18が設けられている。重質油タンク11の、下部にはセパレータ19が設けられ、底部には重質油タンクドレン弁20ならびに重質油供給ポンプ21が設けられている。
An
油性状調整部12は、重質油供給ポンプ21に接続された重質油供給配管22にヒータ23ならびに温度計24が設けられており、更に、流量調整弁25を介して第1混合槽26が設けられている。第1混合槽26には第1振動子27が設けられている。第1混合槽26には、ドレン弁36、ろ過器28、残渣などのドレン受けとしてのドレンタンク29、流量計30が接続されている。
In the oil
エマルジョン燃料製造部14は、油性状調整部12のろ過器28に接続されている予混合装置31、この予混合槽31に圧力計32ならびに流量調整弁33を介して接続されている第2混合槽34、この第2混合槽34に設けられている第2振動子35を有し、更に、第2混合槽34にはドレン弁37、エマルジョン燃料供給ポンプ38、流量計39、温度計40が接続されている。また、エマルジョン燃料製造部14には、温度・流量などの計測センサからの情報を受け、各ポンプ、弁および機器を制御する制御装置が設けられている。
The emulsion fuel production unit 14 includes a premixing device 31 connected to the
水供給部13は、水供給口42、弁43、水供給ポンプ44から構成されており、エマルジョン製造部14の予混合槽31の手前で重質油供給配管22と接合している。弁43は、レギュレータとして水の流量と系統圧を調整する機能を有する構成でもよい。
The
ディーゼル機関15は、ディーゼルサービスタンク45、弁46、ディーゼルエンジン47、ディーゼル機関制御装置48から構成されており、エマルジョン燃料製造部14からのエマルジョン燃料はディーゼルサービスタンク45を介してディーゼルエンジン47へ供給され、リターン燃料はディーゼルサービスタンク45へ戻り、エマルジョン燃料とA重油との切替えは弁46を操作することで行う。
The diesel engine 15 includes a
なお、油性状調整部12の、第1振動子27が設けられている第1混合槽26ならびにエマルジョン燃料製造部14の、第2振動子35が設けられている第2混合槽34は、混合すべき液に接するように配置された振動体、この振動体を高周波振動させる振動発生装置、振動体に狭隘な空間をあけて対向する反射体とを備えた構成が一般的であって、例えば、特許文献1に紹介されている装置が典型的な構成である。そして、対象が油の場合、振動体の高周波振動により油に不溶性液体を拡散・混合させて超微粒化・高混合密度のエマルジョン燃料が生成される。
Note that the
さて、上述した本発明に係る重質油エマルジョン燃料製造システム10の作用を次に説明する。
The operation of the heavy oil emulsion
重質油は、重質油タンク11に注入時に、注入口フィルタ17によって粒子径の粗い残渣や異物が除去される。そして、重力による質量差などの方法で重質油タンク11下部のセパレータ19で重質油と細かな残渣、FCC触媒粒子や固形分が分離され、残渣などは弁20を介して外部へ排出される。重質油は重質油供給ポンプ21によって次段の油性状調整部12へ送られる。
When heavy oil is injected into the heavy oil tank 11, residues and foreign matters having a coarse particle diameter are removed by the
油性状調整部12では、先ず重質油タンク11から送られてきた重質油をヒータ23で加熱することで動粘度を下げ、流動性をよくする。ヒータ23は、重質油タンク11と一体化した構成で、タンク内で加熱してもよい。また、ヒータ23は重質油温度計18の温度から、重質油データを基に現状の動粘度を把握し必要な加熱温度を算定して加熱を行うとともに、加熱後の重質油温度を温度計24で把握し加熱量およびオン/オフを制御する。
In the oil
加熱された重質油は重質油供給配管22、流量調整弁25を介して第1混合槽26へ供給される。この第1混合槽26では、重質油タンク11のセパレータ19ですでに残渣除去がなされてはいるが、なお、残存する残渣・スラリーなどを微細化粉砕する。この微細化粉砕処理では、第1混合槽26に設けられている第1振動子27を用い、狭間隙で超音波キャビテーションによって超微細に残存する残渣・スラリーなどを粉砕する。
The heated heavy oil is supplied to the
このように、後段の燃料混合の前段階にて、残存する残渣・スラリーなどの微細化粉砕を行なうことで、有効燃料分の効率抽出、性状改質処理、微細な残渣の燃料混入を防止する。この結果、残渣・スラリーによる燃料噴射ノズルの目詰まりや、シリンダライナ過大摩耗、凝着による摩耗を防止ことで、ディーゼル機関の信頼性確保と低コストで安定した運用を確保できる。なお、第1混合槽26からの粉砕カスは混合槽ドレン弁36を介してドレンタンク29へ排出し、燃料から分離回収される。
In this way, the remaining residue / slurry and the like are refined and pulverized in the previous stage of the fuel mixing in the subsequent stage, thereby preventing the effective extraction of the effective fuel, the property reforming process, and the fuel mixing of the fine residue. . As a result, it is possible to ensure the reliability of the diesel engine and stable operation at low cost by preventing clogging of the fuel injection nozzle due to residues and slurry, excessive wear of the cylinder liner, and wear due to adhesion. Note that the crushed residue from the
第1混合槽26で処理された重質油は、ろ過器28へ送られてさらに微細な残渣をろ過する。ろ過器28は、遠心分離、吸着ろ過、フィルタなどによる各種方法を用いることができる。ろ過器28からのカスはドレンタンク29へ排出される。
The heavy oil processed in the
ろ過された重質油はエマルジョン燃料製造部14の予混合装置31へ供給され、予混合装置14へは更に水供給部13から水が供給される。予混合装置31にて、水と重質油をある程度微細な粒子状態(10μから数百μ程度)で予混合し、第2混合槽34へ供給される。重質油と水は、第2混合槽34で第2振動子35を用いて狭間隙で発生させたキャビテーションで燃料粒子の超微細化(ナノから数ミクロンオーダ)状態に乳化処理がなされ、残渣やスラリーなどの粉砕による燃料性状の改質を行い、ディーゼル機関15へエマルジョン燃料を供給する。
The filtered heavy oil is supplied to the premixing device 31 of the emulsion fuel production unit 14, and water is further supplied to the premixing device 14 from the
ディーゼル機関15は、起動暖気時や運転停止前には機関の保護と低出力での安定燃焼を図るためA重油に切替え、暖気後の定常運転時には重質油エマルジョン燃料へと切替える必要がる。制御装置41とディーゼル機関制御装置49を接続し、ディーゼル機関15の運転状態を把握して必要に応じ弁46を制御し、A重油タンク16からA重油供給ポンプ49を介して燃料を切替える。
The diesel engine 15 needs to be switched to heavy fuel oil A during start-up warming or before operation stop to protect the engine and achieve stable combustion at low output, and to heavy oil emulsion fuel during steady operation after warming up. The control device 41 and the diesel
燃料は、求められる環境適用基準や重質油の性状により最適な混合割合で燃料と水を混合する必要があるため、制御装置41が各温度と流量から動粘度を把握し動粘度からどのレベルの重質油かを判断し、重質油供給ポンプ21、水供給ポンプ44、A重油供給ポンプ49、エマルジョン燃料供給ポンプ38、ヒータ23、第1振動子27、第2振動子35、流量調整弁33を制御し、流量を調整して配合比を一定に保っている。
The fuel needs to be mixed with fuel and water at an optimal mixing ratio according to the required environmental application standards and heavy oil properties. Therefore, the control device 41 knows the kinematic viscosity from each temperature and flow rate, and determines the level from the kinematic viscosity. Heavy oil supply pump 21,
このようにして、重質油エマルジョン燃料製造システム1においては、高価な三種流体層状噴射ノズルと燃料噴射電子制御を搭載していないディーゼルエンジンにおいても水エマルジョン燃料によるNOxや煤の低減が図られる。また、油性状調整部12おける第1振動子27を備えた第1混合槽26と、エマルジョン燃料製造部14における第2振動子35を備えた第2混合槽34によって、重質油の残渣・スラリーなどを除去や粉砕する改質機能により、残渣・スラリーによる燃料噴射ノズルの目詰まりやシリンダライナ過大摩耗、凝着による摩耗を防止することができ、より入手が容易で低価格の燃料への切替えが可能となった。低コストでの運用と安定供給確保、信頼性の向上などその効果は大なるものがある。
In this way, in the heavy oil emulsion
なお、上記実施の形態においては、第1混合槽26へ重質油のみを供給する例を説明したが、他に第1混合槽26へ重質油に加えて廃食油、B・C重油と廃食油の混合をも供給することも可能である。第1振動子27を備えた第1混合槽26を設けたことにより、重質油に加えて廃食油を混合した場合であっても、残渣などを微細に粉砕することができ、良質なエマルジョン燃料を提供することが可能となった。
In the above-described embodiment, an example in which only heavy oil is supplied to the
10…重質油エマルジョン燃料製造システム、11…重質油タンク、12…油性状調整部、13…水供給部、14…エマルジョン燃料製造部、15…ディーゼル機関、16…A重油タンク、17…注入口フィルタ、18…重質油温度計、19…セパレータ、20…重質油タンクドレン弁、21…重質油供給ポンプ、22…重質油配管、23…ヒータ、24、40…温度計、25…流量調整弁、26…第1混合槽、27…第1振動子、28…ろ過器、29…ドレンタンク、30、39…流量計、31…予混合装置、32…圧力計、33…流量調整弁、34…第2混合槽、35…第2振動子、36、37…ドレン弁、38…エマルジョン燃料供給ポンプ、41…制御装置、42…水供給口、43、46…弁、44…水供給ポンプ、45…ディーゼルサービスタンク、47…ディーゼル機関、48…ディーゼル機関制御装置、49…A重油供給ポンプ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2224257A2 (en) | 2009-02-27 | 2010-09-01 | Hitachi Ltd. | Battery monitoring system |
US11511214B2 (en) | 2016-09-06 | 2022-11-29 | Alfa Laval Corporate Ab | Method for cleaning fuel oil for a diesel engine |
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2008
- 2008-01-31 JP JP2008021007A patent/JP2009179741A/en active Pending
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