JP2017226811A - 超分子化燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ重油等の化石燃料を水と混合することにより、燃焼状態を改良し、燃焼効率を高める超分子化燃料製造用添加剤と燃料の製造方法の提供
【解決手段】超分子化燃料製造用添加剤は、重量比でオレイン酸６８．６％〜７５．２％、メタノール１２．３％〜１４．１％、シクロヘキシルアミン３．０％〜３．８％、プロピレングリコール６．８％〜８．６％およびアンモニア４．０％〜５．５％を含む。超分子化燃料の製造方法は、化石燃料５０％〜６０％と添加剤を１５％〜２５％と、水２０％〜３０％を攪拌混合することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

この発明は、重油、軽油、灯油等の燃料油に水を加えた加水燃料の製造方法及び製造装置に係り、特に従来の加水燃料製造過程で生じる発熱量（カロリー）の低下、凍結、ボイラー等の付帯設備等の発錆、又、配管等の接続パイプの詰まりによる不完全燃焼を完全に防止する加水燃料の製造方法及び製造装置に関するものである。

近年、地球温暖化の阻止は世界の課題となり、重油、軽油、灯油等の化石燃料を使用する際に排出される二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の環境負荷物質の低減に対する環境対策が講じられている。例えば燃料油に適量の水を混合した燃料、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。

エマルジョン燃料は、一般には燃料油（重油、軽油、灯油、廃油等）に水と界面活性剤を添加し、機械的に撹拌して燃料油中に水を分散させた燃料であり、燃料の使用量、環境汚染物質の低減化に、ある程度有効であると公知された燃料である。

しかしながら、従来のエマルジョン燃料は、時間の経過と共に燃料と水が分離することによる配管等への悪影響（詰まり、発錆等）や、含水の影響による燃焼温度、カロリー、熱効率の低下による燃焼効率の悪化など多くの問題点を有していた。

これらの要因が重なり、数十年前から研究、開発が繰り返されているにもかかわらず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。

この発明は、上記のような問題点に鑑み、その問題点を解決しようと考え出されたもので、その目的とするところは、油と水を均一に混合融合状態として分離することなく、しかも燃焼効率を高めることができ、また、環境負荷物質を低減させることのできる超分子化燃料製造用添加剤の製造方法および該添加剤を用いた超分子化燃料の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の超分子化燃料製造用添加剤は、Ａ重油等の油と水とを混合するため、オレイン酸６８．６％〜７５．２％、メタノール１２．３％〜１４．１％、シクロヘキシルアミン３．０％〜３．８％、プロピレングリコール６．８％〜８．６％、及びアンモニア４．０％〜５．５％を含むものである。

本発明の超分子化燃料製造用添加剤の製造方法は、オレイン酸を６８．６％〜７５．２％を攪拌機に入れ、次にメタノール１２．３％〜１４．１％を攪拌機に入れ、次にシクロヘキシルアミン３．０％〜３．８％を攪拌機に入れ、次にプロピレングリコール６．８％〜８．６％を攪拌機に入れて攪拌混合する工程と、アンモニア４．０％〜５．５％を攪拌機に入れて攪拌混合する工程とからなる。

本発明の超分子化燃料の製造方法は、上記超分子化燃料製造用添加剤を１５％〜２５％と油５０％〜６０％とを攪拌混合する工程と、これに水２０％〜３０％を攪拌混合する工程とを有し製造するものである。

本発明の超分子化燃料製造用添加剤により、水の粒子を微粒化して油中にムラなく均一に混合させることができるため、油と水を混ぜてもエマルジョン化にすることがなく透明性を有しており、長期間放置しても分離することがない。

超分子化燃料は、油に水が完全に溶け込んでおり、燃焼時には完全燃焼に近い状況となるため熱効率が低下することなく、また、ＣＯ２等環境負荷物質の発生も抑制することができる。

油と水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、本発明の超分子化燃料用添加剤を使えば油と水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。

本発明の超分子化燃料製造用添加剤は前記の通りであるが、先ずその製造方法について記載する。

本発明の超分子化燃料用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６８．６％〜７５．２％を攪拌機に入れ、次にメタノールを重量比で１２．３％〜１４．１％を入れ、次にシクロヘキシルアミンを重量比で３．０％〜３．８％攪拌機に入れ、次にプロピレングリコールを重量比で６．８％〜８．６％を攪拌機に入れて５〜１０分攪拌して混合する。

攪拌機は任意・公知のものが使用される。本製造方法では、循環モーターにより循環させるだけの簡単な攪拌を行う。

次いで、アンモニア（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を重量比で４．０％〜５．５％を約３０分かけて混入する。この時、混入後発熱が始まるが、発熱を５２℃以下に保持しながら少量ずつ投入することが重要である。攪拌中に気泡状物質が発生するが、気泡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。

この気泡が消滅した後１０分〜１５分攪拌する。

最終工程終了後、液温が３５℃以下になれば完成となる。

本発明で使用される５種類の成分である原材料の主な性質は次の通りである。

オレイン酸（ｏｌｅｉｃ Ａｃｉｄ．分子式：Ｃ１８Ｈ３４Ｏ２）・・・分子量２８２．４７ｇ／ｍｏｌ。比重（２５℃）０．８９ｇ／ｃｍ３。融点１６．３℃。沸点１９５℃／１００ｐａ。外観は浅黄色から黄褐色をした液体で、ラードのような臭いをしている動植物に含まれる脂肪酸。水には溶けず、有機溶剤に溶ける。本発明の超分子化燃料製造用添加剤の主成分。凝固点８℃以下が好ましい。

メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ分子式：ＣＨ４Ｏ）・・・分子量３２．０４ｇ／ｍｏｌ。比重（２０℃）０．７９１５ｇ／ｃｍ３。融点−９７．８℃。沸点６４．７℃。外観は無色透明液体。水溶性。水とはどのような比率でも溶けあえる。

プロピレングリコール（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ分子式：Ｃ３Ｈ８Ｏ２）・・・分子量７６．０９ｇ／ｍｏｌ。比重１．０３６ｇ／ｃｍ３。融点−５９℃。沸点１８８．２℃。外観は無色、無味、無臭で吸湿性のある液体。保湿剤、潤滑剤、乳化剤、不凍液として用いられる。

シクロヘキシルアミン（Ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌａｍｉｎｅ）は、分子式Ｃ８Ｈ１３Ｎの脂肪族アミンに属する有機化合物の一種。強いアミン臭を持つ無色の液体で、水と混和する。他のアミン類と同様、水酸化ナトリウムなどと比べ塩基性は弱いが、芳香族のアナログであるアニリンに比べると塩基性は強い。

アンモニア（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ分子式：ＮＨ３）・・・モル質量１７．０３０６ｇ／ｍｏｌ。密度０．６９４２。融点−７７．７３℃。沸点−３３．３４℃。外観は常温常圧では無色の気体で、特有の強い刺激臭を持つ。水によく溶けるため、水溶液（アンモニア水）として使用されることも多い。

上記製造方法により、重量比でオレイン酸６８．６％〜７５．２％、メタノール１２．３％〜１４．１％、シクロヘキシルアミン３．０％〜３．８％、プロピレングリコール６．８％〜８．６％およびアンモニア４．０％〜５．５％を含む超分子化燃料製造用添加剤が製造される。

該添加剤の５成分の混合割合について説明する。該添加剤を用いて超分子化燃料を製造する場合（製造方法は後述する）、オレイン酸は重量比で７５．２％を超えると乳化の進行は鈍化し、他の成分の機能を抑制することになる。また、６８．６％未満では十分な乳化を達成できない。

メタノールは１４．１％を超えると水、油の表面張力の変化が鈍化し、１２．３％未満では表面張力の変化が不十分であった。

シクロヘキシルアミンは重量比で３．８％を超えると水分子の結合力の増加が鈍化し、３．０％未満では結合力が不十分であった。

プロピレングリコールは、８．６％を超えると添加剤の改質作用が鈍化し、６．８％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５．５％を超えるとメタノールのエステル作用が鈍化し、４．０％未満ではメタノールのエステル作用が不十分であった。

次に前記のようにして製造された添加剤を用いて油・水混合燃料である超分子化燃料を製造する方法について説明する。

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、灯油、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。

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循環攪拌する。攪拌時間は５分〜１０分間行う。油の中にまんべんなく均一に添加剤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。

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。攪拌時間は１０〜１５分間行うことが好ましい。水を加えた直後のエマルジョン状態（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。

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。

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、それぞれ体積比で、油：水：添加剤＝５０〜６０：２０〜３０：１５〜２５の割合で混合する。

水混入の際には、なるべくゆっくりと定量を混入することが好ましい。

本発明の添加剤によって製造された各種超分子化燃料の実験結果について以下に説明する。

表１はＡ重油を用いた従来燃料と本発明の超分子化燃料との燃焼結果後の比較を示す。本発明による超分子化燃料は従来燃料に比して燃焼効率が高く、環境負荷物質排出量が少量で、また、価格／体積が安価で極めて優れた効果を示す。

次にボイラー燃焼試験の例を表２に示す。

上記試験はボイラー会社での燃焼試験の例であり、使用燃料はＡ重油と超分子化燃料（Ａ重油５５％、添加剤２０％、水２５％）の２種類である。

燃焼温度は、バージンＡ重油の９２６℃に対して、超分子化燃料は９８２℃と約６％上昇している。燃料５５％、水が２５％も含まれているにも関わらず上記の結果を得られたのは燃焼効率ならびに熱効率向上を意味する。

Ａ重油に比べ超分子化燃料は、燃焼温度、カロリーが上昇するにもかかわらず、環境負荷物質排出量が軽減されることがわかる。

燃焼実験の結果は次のようにまとめることができる。
ボイラーでの燃焼は燃料液滴の燃焼であり、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て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、周囲の油滴を飛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。
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、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。

表３はエマルジョン燃料と本発明の超分子化燃料との比較を示す。

本発明による超分子化燃料は、従来エマルジョン燃料と比しても燃焼温度・燃焼効率・カロリーが高く燃費が低下しない。また、燃料と水が乳化及び分離することがなく備蓄・輸送をすることが可能であり、腐食等燃焼機関への影響もほとんどない。

超分子化燃料製造用添加剤は、オレイン酸を主成分とした添加剤のため水粒子を極限まで極小化（ナノサイズ）することが可能である。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っているため長期備蓄が可能となった。

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。

図中の▲１▼は、Ａ重油６０ｃｃに添加剤２０ｃｃを加え、２０秒ほど軽く振って混ぜた直後の状態を撮影した写真です。図中の▲２▼は、▲１▼の作業後に水を２０ｃｃを加え、２０秒ほど振り混ぜた直後の状態を撮影した写真です。図中の▲３▼は、▲２▼の作業後、３０秒経過後に撮影した写真です。濁っていた（エマルジョン現象）ものが、下のほうより透明化してきます。図中の▲４▼は、▲３▼の撮影時より６０秒経過後に撮影した写真です。全体的に透明度が進んできています。わずかに、上の表面に気泡が残るぐらいに変化しています。図中の▲５▼は、▲４▼の撮影後６０秒経過後に撮影した写真です。完全に透明化しました。超分子化燃料の完成です。▲１▼〜▲５▼まで約５分弱での工程です。

Claims (4)

1. 化石燃料と水とを混合するための、重量比でオレイン酸６８．６％〜７５．２％、メタノール１２．３％〜１４．１％、シクロヘキシルアミン３．０％〜３．８％、プロピレングリコール６．８％〜８．６％及びアンモニア４．０％〜５．５％を含み、順次混入攪拌することを特徴とする超分子化燃料製造用添加剤。
2. 攪拌機に入れて循環攪拌混合する工程からなることを特徴とする請求項１の超分子化燃料製造用添加剤の製造方法。
3. 化石燃料５０％〜６０％と請求項１の添加剤を１５％〜２５％と、水２０％〜３０％を攪拌混合することを特徴とする超分子化燃料の製造方法。
4. 化石燃料にはＡ重油（ローサルＡ重油含む）、灯油、軽油等を含み、請求項３記載の超分子化燃料の製造方法。

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