JP3013980B2 - 燃料添加剤および燃料 - Google Patents

燃料添加剤および燃料

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JP3013980B2 JP7060477A JP6047795A JP3013980B2 JP 3013980 B2 JP3013980 B2 JP 3013980B2 JP 7060477 A JP7060477 A JP 7060477A JP 6047795 A JP6047795 A JP 6047795A JP 3013980 B2 JP3013980 B2 JP 3013980B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に炭素質固体の燃料
を促進して、燃料の燃焼効率を向上させるとともに、燃
焼排ガス中の炭素物質(煤)を減少させるために燃料に
添加混合される燃料添加剤およびこの添加剤が添加され
た燃料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ボイラーや加熱炉、さらには
ディーゼルエンジン等の燃焼装置において、燃焼状態を
良好に保持して排ガス中の煤を低減するために、燃料に
燃焼促進剤を添加する方法が行われている。この燃焼促
進剤として、例えば、2〜4価金属の水酸化物や酸化物
の微細粒子にナフテン酸等を吸着処理したもの(特開昭
61−152794号公報)、セリウム原子数に対する
酸当量の比を3以下とし塩基性の油溶性セリウム石けん
を用いるもの(特開昭53−12907号公報および特
開昭61−225282号公報)、セリウム、ネオジム
又はランタンの石けんから少なくとも2種以上からなる
もの(特公平4−70358号公報)、希土類元素のア
セチルアセトナートを用いるもの(特開平3−1718
7号公報)等が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、気体や液体
の燃料であっても、通常、燃焼過程において、チャーと
呼ばれる炭素質固体が生成し、これが燃焼の律速になっ
ており、未燃のまま残ると煤として排ガスとともに排出
されることになる。したがって、この炭素質固体をいか
に速く燃焼させるかが、煤を低減させ、延いては燃焼効
率を向上させることになる。
【0004】また、最近、エネルギー源として、石炭、
あるいは石炭コークス等の固体燃料あるいはこれらを水
とスラリー化したCWM(coal water mixture)、PC
WM(petroleum coke water mixture)燃料等が見直さ
れているが、この種の燃料においても、固体分、特には
これらの固体分から揮発分が除かれた、いわゆるチャー
の燃料促進が、煤の低減と燃焼効率の向上のためには、
きわめて重要である。
【0005】このチャーの燃焼促進という観点から評価
すると、上記公知の燃焼促進剤では未だ十分なものとは
いえず、さらなるチャーの燃焼促進効果の高い燃焼促進
剤が求められていた。
【0006】本発明は、上記現状に鑑みなされたもの
で、本発明の目的はチャーの燃焼促進効果を高めること
により、燃料の燃焼効率を向上させ、燃焼排ガス中の煤
を大幅に減少させることができる燃料添加剤およびこの
添加剤が添加された燃料を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は銅化合物と希土
類元素化合物とを、金属分重量比で、銅/希土類元素が
0.2〜5の割合で混合してなる燃料添加剤である。ま
た本発明の第2の発明は、炭化水素系燃料または炭素質
系燃料に上記銅化合物と希土類元素化合物とを燃料添加
剤として添加、混合した燃料に関する。
【0008】本発明の燃料添加剤の構成成分の1つであ
る銅化合物としては、有機化合物、無機化合物のいずれ
をも用いることができるが、燃料あるいは有機溶媒に溶
解する脂肪酸との石けん、キレート化物を用いることが
好ましく、特には、オクチル酸銅、銅アセチルアセトナ
ート、ネオデカン酸銅、ナフテン酸銅あるいはトール油
酸銅等を用いることが好ましい。
【0009】一方、希土類元素化合物としては、各種の
希土類元素、例えば、セリウム、ネオジム、ランタン、
プラセオジム、サマリウム、プロメチウム、ユーロピウ
ム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよび
ルテチウムの有機化合物、無機化合物のいずれをも用い
ることができるが、燃料あるいは有機溶媒に溶解する脂
肪酸との石けん、キレート化物を用いることが好まし
い。希土類元素としては特にセリウム、ネオジム、ラン
タンが好ましく、これらのオクチル酸石けん、アセチル
アセトナート錯体、ネオデカン酸塩、ナフテン酸塩ある
いはトール油酸塩等を用いることが好ましい。これらの
希土類元素は、単独でも用いることができるが、2種以
上を混合して用いることができ、特には、主成分がセリ
ウム、ネオジム、ランタン等の混合物からなる混合希土
や濃縮希土といわれているものを用いて得られた化合物
を用いると安価で、特に好ましい。
【0010】本発明の燃料添加剤の各構成成分の作用
は、銅化合物が比較的低温領域でチャーの燃焼速度を高
める効果を有しているが、高温領域ではその効果が低
い。逆に、希土類元素化合物は低温領域ではチャーの燃
焼速度を高める効果は低いが、高温領域ではその効果が
著しく優れている。ところがこの両化合物を特定の混合
割合で併用して用いると、両者の相乗効果が発揮され、
その効果は特に高温において顕著であり、そのため銅化
合物の添加により、高温領域においても、低温領域で
も、チャーの燃焼速度を高める効果を有し、しかも高温
領域では合計添加量を同量とした場合でも、銅化合物と
希土類元素化合物との混合系が最良の結果を示してい
る。本発明はこのような銅化合物と希土類元素化合物と
を特定割合で混合した混合物が特異な挙動を示すという
知見に基づいてなされたものである。したがって、本発
明は、上記銅化合物と希土類元素化合物との両化合物を
特定の混合比(金属分重量比)で混合して用いることが
必須である。
【0011】上記混合比は、金属分重量比で、銅/希土
類元素が0.2〜5であり、好ましくは、金属分重量比
が0.5〜2である。上記混合比が0.2未満の混合物
では低温領域におけるチャーの燃焼速度向上の効果が低
く、また混合比が5を超えると高温領域における効果が
充分でない。両者の等量混合物(金属重量分で)を中心
にして、0.2〜5、特に0.5〜2の混合比での混合
物は相乗効果により、単独化合物の有する物性からは予
測できない燃焼速度の向上が見られる。そしてこの傾向
は特に高温側において著しい。
【0012】本発明の燃料添加剤は、上記両化合物を単
に混ぜ合わせただけのものでも良いが、両化合物を脂肪
族、脂環式、芳香族炭化水素或いはこれらの混合物等の
有機溶剤、例えば、ナフサ、石油エーテル、ホワイトス
ピリッツ、ミネラルターペン、灯油、軽油、ヘキサン、
ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、テト
ラデカン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシ
レン、エチルベンゼン等、一般に広く用いられている有
機溶剤に溶解、あるいは分散して用いることが好まし
い。この場合、これらの化合物の濃度としては、できる
だけ高濃度であることが取り扱い上好ましいが、銅化合
物や希土類化合物の種類により、溶解度や溶液或いは分
散液にしたときの物性が異なることから、それぞれに合
わせて適宜選定すると良い。一般には、金属濃度とし
て、1〜40重量%の範囲となるように調整することが
好ましい。
【0013】本発明の第2の発明は、上記の両金属化合
物を、例えば、ガソリン、灯油、軽油、重油等の石油系
の炭化水素、シェールオイル、石炭液化油等の炭化水素
系燃料、石炭コークス、石炭、或いはこれらを水とスラ
リー状にしたもの等の炭素質燃料に、添加混合した燃料
である。
【0014】これらの燃料への添加剤の添加、混合にあ
たっては、上記銅化合物と希土類元素化合物とをそれぞ
れ別々に、添加、混合してもよいが、両者を混合してな
る燃料添加剤を添加することが簡便で好ましい。
【0015】この場合、これらの化合物の添加量として
は、燃料の種類によっても異なるが、一般的には、銅化
合物をCuとして、0.001〜0.1重量%、および
希土類元素化合物を希土類元素として0.001〜0.
1重量%の範囲になるようにそれぞれ添加し、かつこれ
らの銅化合物と希土類元素化合物とを、金属分量量比
で、銅/希土類元素が0.2〜5、特に0.5〜2の割
合で添加、混合することが好ましい。
【0016】本発明の燃料は必須成分として銅化合物と
希土類元素化合物とが添加されたものであるが、本発明
の燃料添加剤の効果を損なわない限りにおいて、燃焼補
助のための他の補助剤、例えば鉄化合物、マンガン化合
物、等を添加することができ、また分散剤、pH調整
剤、安定化剤等の燃料用添加剤を添加しても良い。また
本発明の燃料添加剤中にも、あらかじめこれら上記添加
剤を加えておいても良い。
【0017】
【実施例】
<燃料添加剤の調製>オクチル酸銅の軽油溶液(銅濃度
8重量%)10gとオクチル酸レアアースの軽油溶液
(金属分重量組成比;セリウム/ネオジム/ランタン=
2/1/1の混合物、希土類元素合計濃度8重量%、)
10gとを原料とし、両者を混合したものと、比較のた
め各原料単独成分からなるものとの下記3種の燃料添加
剤を、いずれもオクチル酸塩の軽油溶液としてそれぞれ
用意した。
【0018】
【表1】 RE:セリウム/ネオジム/ランタン混合化合物
【0019】<燃焼試験試料の調製>表2に示した性状
を有する石油コークスを、900℃で7分間加熱するこ
とにより揮発分を0.1重量%以下とした炭素質固体、
いわゆるチャーを調製した。
【0020】
【表2】
【0021】得られたチャー1gにそれぞれ表1記載の
燃料添加剤a〜c1gを添加して燃焼性試験用試料A〜
Cを調製した。各試料中の金属含有量は下記のとおりで
ある。 燃焼試験用試料A Cu:2.0wt%,RE:2.0wt% B Cu:4.0wt% C RE:4.0wt%
【0022】[実施例1](チャーの燃焼性試験) 窒素を100ml/minで流通させた石英管(内径1
0mm)を、所定の温度(700、800、900℃)
に保持し、上記添加剤aを配合した燃焼試験用試料A
0.1gを前記試験管中に投入し、5分間保持した。次
いで、窒素を空気100ml/minに切り換え、試料
を燃焼させた。燃焼によって発生した二酸化炭素濃度を
赤外線ガス分析計で測定し、二酸化炭素濃度の経時変化
から燃焼速度を求めた。結果を表3に示した。なお燃焼
速度の測定は次の方法によった。
【0023】チャーの燃焼モデルとして、一般に用いら
れている未反応芯収縮モデルを適用すると、燃焼によっ
て発生するCO2 濃度nR は、次式(1)で表わされ
る。 nR =3m0 k(1−kt)2 /Q1N (1) ここで、k=k002/αρ00 である。上記式中の
各記号は次の通りである。 m0 :全CO2 発生量 [Nml ] t :時間 [秒] k0 :見掛け反応速度定数[g/cm2 秒atm ] α :試料中の炭素割合 [−] r0 :試料の初期半径 [cm] k:燃料速度 [1/秒] Q1N:流通ガス量[Nml/秒] P02:酸素分圧[atm ] ρ0 :試料の密度[g/cm3 ] 測定したCO2 濃度の経時変化から、測定装置の応答遅
れを考慮して上記式(1)により、燃焼速度を求めた。
なお、求めた燃焼速度は、燃焼完結時間の逆数に相当す
るものである。
【0024】[比較例1〜2]実施例1において燃焼試
験用試料Aの代わりに表3記載の試料B及びC(希土類
元素単独)を使用した(燃焼性試験用試料中の金属分含
有量はいずれも4.0wt%)以外は、実施例1と同様
にして石英管中で試料を燃焼させ、燃焼速度を測定し
た。結果を表3にあわせて示す。
【0025】[比較例3]燃料添加剤を添加しなかった
チャー単独について実施例1と同様にして石英管中で試
料を燃焼させ、燃焼速度を測定した。結果を表3にあわ
せて示す。
【0026】
【表3】
【0027】表3の結果から明らかなように、銅化合物
単独の添加剤では900℃という高温側で、また希土類
元素のみの添加剤では700℃という低温側で、燃焼速
度が遅いが、銅化合物と希土類元素化合物とを混合添加
した本発明では、低温および高温の何れでも燃焼速度が
向上し、特に高温側では銅化合物、希土類化合物のそれ
ぞれの単独添加よりも燃焼速度が向上し、燃焼排ガス中
の煤を大量に減少できることが分かる。
【0028】[実施例2](PCWMの燃焼試験) 実施例1で用いたのと同じ表2の石油コークスに、水、
ポリオレフィン系分散剤、水酸化ナトリウムからなるp
H調製剤、粘度鉱物の1種からなる安定化剤を加え、湿
式ミルを用いて、2段粉砕し、ストレーナで異物、粗大
粒子を除去して、表4に示した性状を有する石油コーク
ス−水スラリー(PCWM)製品を得た。
【0029】
【表4】
【0030】このPCWM製品に、表1記載の燃料添加
剤a(RE−Cu混合系)を銅濃度及び、希土類元素濃
度をそれぞれ100ppmとなるように添加し、蒸発量
2t/hの小型貫流ボイラで燃焼させ、蒸気発生量より
燃焼効率を計算した。結果を表5に示した。
【0031】[比較例4〜5]実施例2において燃料添
加剤aの代わりに燃料添加剤b(Cu化合物)又はc
(希土類元素化合物)を、いずれもそれぞれの金属濃度
が200ppmとなるように添加した以外は実施例2と
同様にボイラで燃焼させ、蒸気発生量より燃焼効率を計
算した。結果を表5にあわせて示した。
【0032】[比較例6]添加剤を添加しなかったPC
WM製品について実施例2と同様にボイラで燃焼させ、
蒸気発生量より燃焼効率を計算した。結果を表5にあわ
せて示した。
【0033】
【表5】
【0034】表5の結果から、PCWMの燃焼において
も、本発明の燃料添加剤は、無添加のものに比べてた場
合は勿論のこと、銅化合物系や希土類元素化合物系の添
加剤のいずれよりも燃焼効率を向上させる効果が大であ
り、燃料添加剤として優れていることが分かる。
【0035】
【発明の効果】銅化合物と希土類元素化合物とを特定の
比率で混合配合した本発明の燃料添加剤は、燃料の燃焼
効率を向上させ、特に高温での燃焼において、両成分の
相乗効果により、燃焼排ガス中の煤を大幅に減少させる
ことができるので、エネルギー利用効率及び環境問題を
著しく改善するという特別の効果を奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 克守 岡山県倉敷市潮通二丁目1番地 株式会 社ジャパンエナジー内 (56)参考文献 特開 平4−13798(JP,A) 特開 昭63−86797(JP,A) 特開 平3−95292(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10L 9/10 C10L 1/12 C10L 1/30 C10L 10/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅化合物と希土類元素化合物とを金属分
    重量比で銅/希土類元素が0.2〜5の割合で混合して
    なる燃料添加剤。
  2. 【請求項2】 銅化合物及び/又は希土類元素化合物
    が、脂肪酸の石けん又はキレート化物であることを特徴
    とする請求項1に記載の燃料添加剤。
  3. 【請求項3】 炭化水素系燃料または炭素質系燃料に銅
    化合物と希土類元素化合物とを金属分重量比で銅/希土
    類元素が0.2〜5の割合で添加、混合してなる燃料。
  4. 【請求項4】 銅化合物及び/又は希土類元素化合物
    が、脂肪酸の石けん又はキレート化物であることを特徴
    とする請求項3に記載の燃料。
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