JP3677236B2 - 可燃性の水／炭化水素燃料混合物に用いられる添加剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性燃料としての炭化水素／水混合物の水素化に関する。特に、それは、環境に望ましくない気体廃棄物のレベルを削減しながら著しく高い燃料効率を達成するために可燃性の炭化水素／水燃料混合物の水素化に用いられる一連の添加物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料消費を減らすだけでなく、燃焼の後ＳＯ₂、ＮＯ及びＣＯなどの気体廃棄物の放出を減らす、より効率的でクリーンな燃料源を開発するために炭化水素と水の混合物を利用することに、大いに興味がもたれている。多くの化学的、物理的方法がそのような目的のために開発されている。米国特許第４，７４３，３５７（Patelら）は、高温高圧下、酸化鉄又は硫化鉄などの選択された触媒材料の有効量の存在下で、重炭化水素を水によって処理することにより、重炭化水素から軽炭化水素を生産するための触媒方法を開示している。米国特許第３，６４９，５２７号は、原位置で水素を生成し、それにより原油の比重と硫黄含有量を減少させるための水素化−脱硫黄化触媒とその他を含む触媒の組み合わせによる硫黄含有重原油のスチーム処理を開示している。前記方法の有用性は、それらが、高温高圧下、ある触媒の存在下での重油／水混合物の長い前処理を必要とするために、いくらか限定されており、便利なものではなかった。
【０００３】
代替燃料として油／水混合物の開発を目的とした、他の方法又は調製物も用いられている。特に、これらの方法と調製物は、第１に、化学的乳化剤の使用、例えば、乳化水／油混合物を生成するために機械的手段と組み合わせたものの使用に焦点をあてたものである。そのような従来技術の、水／油混合物の調製物は、第１に乳化剤の物理化学特性によるので、そのような乳化された水／油混合物で利用可能な水の比率は、一般的に、乳化剤の油との化学的相溶性により制限される。その結果、そのような乳化された混合物で利用可能な最大水比率は、１０乃至２０重量％の範囲に制限されると報告されており、原油だけを含む従来の燃料源と比較して、約１０％の燃料しか削減しないであろう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、容易に採用可能で、いかなる形態の既存の燃料生成（generating）設備でも利用可能で、水／油混合物が、高温高圧下で触媒の存在下での長い前処理を受けないような、燃料源として適した乳化された水／油混合物の必要性が、明らかに存在する。
【０００５】
また、原油だけを含む従来の燃料源に比べて、添加剤により、その乳化混合物での最大許容水比率が１５乃至５０重量％の範囲に増え、約１５−３０％の燃料削減率を達成する、燃料源として適した、乳化された水／油混合物の必要性も存在する。
【０００６】
また、それが燃焼した後の気体廃棄物、例えばＳＯ₂、ＮＯ及びＣＯなどが著しく削減されて、クリーンで環境的に望ましい燃料源を提供する、燃料源に適した乳化された水／油混合物のさらなる必要性も存在する。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、水／油混合物に用いられて、燃料源として適した、乳化された水／油混合物を形成するような、新規添加剤を提供することである。
本発明の別の主題は、燃費効率に妥協せず、それにより燃料消費を減らさずに、乳化された水／油混合物での最大水許容比を増加させるために十分な、非イオン性及び／又はイオン性界面活性剤を含む新規添加剤を提供することである。
さらに、本発明の目的は、可燃性燃料としての油単独に比べて、環境に排出される気体廃棄物の量を削減しながら、高い燃費効率を達成するための、添加剤を含む水／油混合物を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可燃性燃料としての油単独に比べて、気体廃棄物を削減しながら高い燃費効率を示す、燃料源として適した、乳化された水／油混合物を形成するための、水／油混合物に用いられる新規な添加剤に関する。
【０００９】
本発明の一態様は、燃料源として適当な、乳化された水／油混合物を形成するために水／油混合物で用いられる新規な添加剤を提供することである。添加剤は、該添加剤の重量に対して、５５乃至６５％のフェニルエチルフェニルポリエチレンオキシドからなる群より選ばれる非イオン性界面活性剤と、１８乃至３０％のメタアルデヒド、３乃至５％のペルオキシ安息香酸、４乃至１２％の１，４−ジヒドロキシベンゼンからなる化合物の群から選ばれる、少なくとも一のイオン性界面活性剤を含む。
本発明の別の態様は、可燃性燃料としての油に比べて、環境に排出される気体廃棄物を削減しながら高い燃費効率を示す可燃性燃料としての水／油混合物を提供することである。好ましい水／油混合物は、水／炭化水素の０．１−０．３重量％の量の添加剤、１５−５０重量％の水；及び、前記水／油の残りの重量％として添加され混合されて乳化された水／油混合物を形成する油を含む。
本発明によれば、添加剤によって得られる乳化された水／油混合物中の最大許容水比率は、１５乃至５０重量％の範囲であり、原油単独を含む従来の燃料源と比較して、約１５乃至３０％の燃費削減率を達成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施例Ｉ−本発明の水／油混合物のための界面活性剤としての好ましい添加剤の組成物と調製
本発明の水／油混合物への添加剤の好ましい実施態様は、５５乃至６５重量％のポリエチレンタイプ非イオン性界面活性剤、１８乃至３０重量％のポリアルデヒド、３乃至５％の有機過酸化物、４乃至１２％の１，４−ジヒドロベンゼン及びヒドロキノンからなる化合物の群の混合物を含む。これらの化合物の中で、ポリアルデヒドは好ましくはメタアルデヒド又はテトラマーアセトアルデヒドである。さらに、前記化合物の各々は調製されて、他のものと種々のパーセントで組み合わせて混合されて、高効率燃料の生産用の水／油混合物の油部分を完全に利用するために、水／油混合物への添加に適した添加剤を形成することができる。本発明の水／油混合物で用いられる水は、いかなる形態と源でもよく、例えば生水、井戸水、河川水、蒸留水又は雨水でもよいが、これに限定されない。油への水の添加の前に、水は好ましくは磁化されて、高磁性水を生産し、これは続いて一連の反応を受けて、燃焼工程の間にＨ、ＨＯ、及びＣＯを生産して、高い燃焼効率を達成する。
【００１１】
本発明により提供される水／油混合物燃料を調製するとき、磁化水は最初に原油と、一以上の界面活性剤の存在下で混合されて、均質な、乳化された混合物を形成する。本発明によれば、これは、乳化工程を容易にするための非イオン性界面活性剤として提供される添加剤の添加により容易に達成することができる。非イオン性界面活性剤は一般的により広い範囲の活性を提供し、種々の乳化剤と容易に混合される。好ましい非イオン性界面活性剤は、ポリエチレンの群から選ばれる化合物の群からなる。好ましいポリエチレンは、フェニルエチルフェニルポリエチレンオキシドである。
【００１２】
非イオン性界面活性剤に加えて、一以上の他のタイプの界面活性剤を用いて、界面活性剤複合体として非イオン性界面活性剤と協同して、乳化の効率を上げることができる。例えば、前記非イオン生界面活性剤を、アニオン性又はカチオン性界面活性剤などのイオン性界面活性剤と適当に混合して、界面活性剤複合体を形成することができる。そのようなアニオン性又はカチオン性界面活性剤の特記すべき例は、トリス（−２−ヒドロキシエチル）アミン又はトリエタノールアミン、カルシウムドデシルスルホネートである。乳化されたシステムの大部分が熱に不安定であり、高温又は高圧下で乳化された水／油溶液を壊す傾向があると思われるために、より熱に耐えられる乳化されたシステムを形成することが特に好ましい。この必要性に対する１つの解決は、熱により安定な、１乃至２μ径の、より小さい乳化された水／油滴又は粒子からなるミクロ乳化された水／油システムを形成することである。この目的を達成するために、トリス（−２−ヒドロキシエチル）アミン又はカルシウムドデシルスルホネートは、そのようなミクロ乳化システムを形成するために特に有用である。
【００１３】
界面活性剤としてトリス（−２−ヒドロキシエチル）アミン又はカルシウムドデシルスルホネートのいずれかを用いた、ミクロ乳化された水／油システムの形成は、さらなる利点を提供する。本発明によれば、水／油混合物へのトリス（−２−ヒドロキシエチル）アミン又はカルシウムドデシルスルホネートの添加剤としての包含は、その燃費効率を増加させるだけでなく、環境へのＳＯ₂などの有害なガス汚染物の放出を減少するであろう。より具体的には、ＳＯ₂はカルシウムと反応して、カルシウム塩の細かい粒子を形成し、それにより空中に放出可能な気体ＳＯ₂量を減少させるであろう。添加剤として界面活性剤複合体を用いてミクロ乳化された水／油燃料を調製するとき、複合体に用いられた界面活性剤は、必要に応じて異なる量又は異なるタイプであることができる。添加剤の合計重量を基礎として用いると、非イオン性界面活性剤の量は、好ましくは２８乃至３５重量％の範囲であり、イオン性界面活性剤は好ましくは２７乃至３０重量％の範囲である。
【００１４】
乳化された水／油燃料がひとたび形成され、均質な混合物とされると、容易に燃料システムとして使用可能である。乳化は、水滴の球の表面が、油滴により実質的に囲まれて、油滴により封じられている物理的関係において、小さな水／油滴が存在するのを可能にする。この物理的関係は、水／油滴の各々が、水／油滴をいわゆる「第２の気化蒸気」に転換するための、高温での「ミクロエクスプローション（micro-explortion）」の工程を容易に受けることを可能にする。この工程は、水／油混合物の油部分が燃料燃焼システムによく均等に配分されて、従来のガスシステムに類似した高い燃費効率を達成することを可能にする。本発明の好ましい実施態様において、水は、添加される前に磁化されて、次の水分解工程を容易にする。水／油混合物が前記しきい温度を超えた温度条件をのちに受けるとき、水／油混合物の水部分が、蒸発し、又は蒸気となって、十分な蒸気及びスチームを生成して、前記ガスシステムの特性及び効果に付加的な効率を添加するであろう。さらに、十分なＯ₂の存在下で、水蒸気及びスチームが、前記しきい温度を超えた温度での原油のＣＯとＨ₂への触媒転換を助けて、以下の式に従ってスチーム／ガスシステムを形成するであろう。
【００１５】
ｍＣ＋ｍＨ₂Ｏ→ｍＣＯ＋ｍＨ₂ （１）
ｍＣＯ＋ｍ１／２Ｏ₂→ｍＣＯ₂ （２）
ｍＨ₂＋ｎ／２Ｏ₂→ｎＨ₂Ｏ （３）
【００１６】
式に従って生成されたスチーム／ガスシステムは、燃焼装置又は設備が、水／油混合物が水／油混合物を十分に利用して、燃料の高効率での使用を達成するのを可能にする。さらにスチーム／ガスシステムの効果を強めるために、本発明により提供される添加剤は、さらに有機過酸化物を含むことができる。有機過酸化物は好ましくは、燃焼工程の間未熟に分解されないような、合理的により高い分解温度と合理的により長い半減期を有する。したがって、本発明による好ましい有機過酸化物は、本発明によるペルオキシ安息香酸、tert-ブチルペルオキシド又はジ-tert-ブチルペルオキシドからなる群より選ばれる少なくとも一のメンバーを含む。
【００１７】
本発明により提供される添加剤は、さらに、原油又は他の重油の燃焼の結果、タール又は固体粒子の形成に関連することが一般的に知られている問題を除去する又は最小化する、ヒドロキノン又はジヒドロキシベンゼンからなる群から選ばれる一連の化合物を含むこともできる。この問題は、油が高温とされたときに油中に存在するある種の不飽和化合物又は不飽和炭化水素のより早い重合から生じる。ひとたび重合工程が開始すると、油のその部分は、固体化し、したがって燃焼に加わることを妨げられ、したがって燃焼の全体的な効率を減少させるであろう。添加物としてヒドロキノン又はジヒドロキシベンゼンのからなる群より選ばれたいかなる化学品の添加も、したがって、不飽和成分又は不飽和炭化水素のより早い重合を防止することにより、水／油混合物に付加的な有利な効果を提供する。好ましいハイドロキノンは、１，４−ジヒドロキシベンゼン及び２，５−ジ−tert-ブチル−ヒドロキノンである。水／油混合物に用いられるそのようなヒドロキノン化合物の量は、油中に存在する不飽和成分の量に依存する。
【００１８】
本発明により提供される添加物は、さらに、非常に高い熱量又はエネルギーを生成することが知られているポリアルデヒドの群より選択される一連の化合物を含むことができる。本発明により用いられる好ましいポリアルデヒドはテトラマーアセトアルデヒド（tetrameracetaldehyde）であり、これは一般的に、燃焼時に非常に高い熱量を生み出すことができる「固形アルコール」として知られている。特に、テトラマーアセトアルデヒドは、十分に、燃焼工程に関わって、燃焼後に汚染物を残さず、燃焼装置に全く又はほとんど害を及ぼさないであろう。
【００１９】
実施例II−添加物を用いて水と油を調製と混合して、乳化された水／油混合物を形成すること
図１は、一般的に、本発明により提供される水／油混合物の生産、混合及び使用のためのフローチャートを示す。水／油混合物をつくることができ、所望の燃料のタイプと同様に、燃焼装置のタイプに応じて調整することができたことが記されるべきである。水の所望の量及びその水：油比は、適当な添加剤の使用により適当に調整される。ひとたび水と油の適当な比が決まれば、油はオイルタンク１又は同様の保存装置内に充填される。水は水タンク２又は同様の容器内に充填される。磁化装置１０は、水を磁化して磁化水を生産するために、水タンク２上に設置されており、油と混合される前に水流量計３を通して流れるようになっている。油は、オイルタンク１から、フィルター５と流量制御計６を通って流れた後、水流量計３から流れた水と混合されるようになっている。水と油は、歯車ポンプ７の作用により、混合器８へ運ばれ、そこで水と油が十分に混合されて所望の水／油混合物を形成するようになっている。乳化された水／油混合物は、燃料保存タンクへ又は同様の容器４へ運ばれ、そこから水／油混合物が燃料ポンプ９の作用を通して、燃料点火器又は燃料装置へ運ばれるようになっている。本発明により提供される添加剤及び界面活性剤は、直接水タンク２中の水へ、又はオイルタンク１中の油へ、添加されることができる。添加剤は続いて、混合器８へ運ばれて、乳化された水／油混合物を容易に形成するようになっている。磁化装置１０は、水を磁化するために適切に適合したいかなる装置でも良く、約４０００乃至約５０００ガウスの磁力を生成することができる。燃料点火器又は燃焼装置は、内部燃焼エンジン、ボイラー／発電機、燃焼チャンバー又は炉のバーナーを含むことができるが、これらに限定されない。
【００２０】
実施例III−添加剤の存在下での乳化された水／油混合物の燃焼効率、気体廃棄物放出及び燃料利用の評価
表１は、３５％の磁化水、０．２％の添加剤及び中国の陶器製造プラントで燃料源として用いられている原油（混合物の重量％）を含む水／油混合物の試験結果である。乳化された水／油混合物は、燃焼装置で原油単独を含む対照処理のプラントと並んで、乾燥、ベーク、及び陶器の製造のための熱の生成を試験した。水／油混合物と原油は、それらの各燃焼効率と気体汚染物放出について評価される。試験は、標準工業ボイラー／発電機熱試験法にしたがって行なった。スチーム圧力は０．４ＭＰａに保持される。油圧は１．０ＭＰａに保持される。燃料ノズルは、水の重量パーセントの変化に関わらず一定に保持し、その圧力は１．２ＭＰａに保持する。乳化された水／油混合物は８０乃至８５℃に保持する。結果は、原油が、本発明により提供される０．２％の添加物の存在下で３５％の磁化水と混合されるとき、水／油混合物が、対照の油単独と比較して２６％の油転換率を達成したことを示した。さらに、水／油混合物から放出される、ＣＯ、ＣＨ及びＳＯ₂などの気体廃棄物の量が、原油単独から放出されるものと比較して著しく減少した。本発明の水／油混合物が油の実質的転換だけでなく、燃焼から放出される環境汚染物の量を著しく減少することも結論づけられる。
【００２１】
【表１】

【００２２】
ここで用いられる添加剤は、好ましくは、表２に示すような、フェニルエチルフェニルポリエチレンオキシド、トリス-（２−ヒドロキシエチル）アミン、カルシウムドデシルスルホネート、ペルオキシ安息香酸、tert-ブチルペルオキシド、２，５−ジ−tert-ブチルヒドロキノン、１，４−ジヒドロキシベンゼン又はメタアルデヒドからなる化合物群より選ばれる界面活性剤の少なくとも一のメンバーを含むが、これらは例示のためであり、これらにより制限されるものではない。これらの化合物は添加剤の重量パーセントで示され、水／油混合物の全重量に対して約０．１乃至０．３％に基づくものとなる。本発明の添加剤の好ましい重量％は０．２％である。表２に示すように、添加剤の成分化合物は、燃料の要件の目的及び必要性に応じて、重量及び組み合わせで変化することができる。表２に挙げた実施例は、したがって単に、例示の目的を意図するものであり、本発明の範囲の制限として考えられてはならない。
【００２３】
【表２】

【００２４】
本発明の乳化された水／油混合物は、さらに、燃料噴射型乾燥塔バーナー中で、８時間その燃費効率と環境的な利点について、原油単独と並べて、評価される。表３に示すように、３０％の磁化水と０．２％の添加剤を含む水／油混合物が、２１．７３％の油転換率を達成する。水／油混合物から放出される気体廃棄物は、原油単独通気孔から放出されるものに比べて、ＳＯ₂について約７３．７３％、ＮＯ_xについて７．７％、ＣＯについて３３．３％各々減少する。本発明により提供される乳化された水／油混合物は、したがって代替燃料源として環境的に望ましいものである。
【００２５】
【表３】

【００２６】
表４は、乳化された水／油混合物と原油単独の間で、生成する平均熱量の比較を示す。２８％の磁化水と２％の添加剤を含む水／油混合物は、平均熱量３８．８１ＫＪ／ｇを示し、原油単独は平均熱量４３．８５ＫＪ／ｇを示す。結果は、各試験に基づく本発明により提供される水／油混合物による油消費において、平均２２．９％の減少を示す。
【００２７】
【表４】

【００２８】
以上のことから、本発明により提供される添加剤は、水／油混合物と組み合わせて乳化水／油混合物を形成して適切に用いられるとき、高い燃費効率と高い油転換率を達成するだけでなく、環境汚染物質の望まれない放出を著しく減少することができる。乳化された水／油混合物は、従来の燃焼装置で、またはそれにより用いることができ、それによって従来の燃料の有利な代替物を提供する。
【００２９】
本発明の好ましい実施態様を例示目的で開示したが、当業者は、特許請求の範囲に示された本発明の範囲と思想からはなれることなく種々の改変、付加及び置換が可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、一般的に、本発明により提供される水／油混合物の生産、混合及び使用のためのフローチャートを示す。

Claims (10)

1. 可燃性燃料としての水／炭化水素混合物において用いられる添加剤であって、該添加剤は、該添加剤の重量に対して、５５乃至６５重量％のフェニルエチルフェニルポリエチレンオキシドを含み、さらに１８乃至３０重量％のメタアルデヒド、３乃至５重量％のペルオキシ安息香酸、４乃至１２重量％の１，４−ジヒドロキシベンゼン又は２，５−ジ−tert-ブチルヒドロキノンからなる化合物の群から選ばれる少なくとも一のイオン性界面活性剤を含むものである、添加剤。
2. 前記イオン性界面活性剤が、前記添加剤の重量に対してさらに２０乃至３５重量％のトリス-（２−ヒドロキシエチル）アミンを含む、請求項１記載の水／炭化水素混合物において用いられる添加剤。
3. 前記イオン性界面活性剤がさらに１５乃至１６重量％のカルシウムドデシルスルホネートを含む、請求項１記載の水／炭化水素混合物において用いられる添加剤。
4. さらにｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドを含む、請求項１記載の水／炭化水素混合物において用いられる添加剤。
5. 前記水／炭化水素混合物が４０００−５０００ガウスで磁化された水から作製されるものである、請求項１記載の水／炭化水素混合物において用いられる添加剤。
6. 可燃性燃料としての炭化水素単独と比較して、気体廃棄物を削減しつつ高燃料効率を示す、可燃性燃料としての水／炭化水素混合物であって、該混合物は、
   （ａ）前記水／炭化水素の０．１乃至０．３重量％の量の添加剤、ここで添加剤は、該添加剤の重量に対して、５５乃至６５重量％のフェニルエチルフェニルポリエチレンオキシドを含み、さらに１８乃至３０重量％のメタアルデヒド、３乃至５重量％のペルオキシ安息香酸、４乃至１２重量％の１，４−ジヒドロキシベンゼン又は２，５−ジ−tert-ブチルヒドロキノンからなる化合物の群から選ばれる少なくとも一のイオン性界面活性剤を含むものである；
   （ｂ）前記水／炭化水素化合物の１５−５０重量％の量の水；及び
   （ｃ）前記水／炭化水素の残りの重量％の量の炭化水素、ここで該炭化水素は、前記水と前記添加剤と共に混合されて、乳化された水／炭化水素混合物を形成するものである、
   を含むものである、水／炭化水素混合物。
7. 前記イオン性界面活性剤がさらに、前記添加剤の重量に対して２０乃至３５重量％のトリス-（２−ヒドロキシエチル）アミンをさらに含む、請求項６記載の可燃性燃料としての水／炭化水素混合物。
8. 前記イオン性界面活性剤が、１５乃至１６％のカルシウムドデシルスルホネートをさらに含む、請求項６記載の可燃性燃料としての水／炭化水素混合物。
9. さらにｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドを含む、請求項６記載の可燃性燃料としての水／炭化水素混合物。
10. 水／炭化水素混合物が４０００−５０００ガウスで磁化された水から作製されるものである、請求項６記載の可燃性燃料としての水／炭化水素混合物。

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