JP3776188B2 - 濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン燃料 - Google Patents
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- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油系液体燃料に水を混入してなる新規なエマルジョン燃料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石油系液体燃料の燃焼廃ガス中の煤塵と窒素酸化物の減少を図る手段として水添加エマルジョン燃料を用いる方法が知られている。
【０００３】
従来、このエマルジョン燃料は、例えば、灯油などの疎水性の液体化石燃料に５〜３０％の水と少量の界面活性剤を混入攪拌して乳化させたものであり、その原理は燃料の燃焼において、エマルジョン燃料の油滴中の水分が急激に水蒸気になるときの体膨張（約１７００倍）の力を利用してバーナーから出た油滴を細微粒化して燃焼空気との混合を良くし、燃焼を促進させることで煤煙を減少させると共に、水分の蒸発潜熱によって火炎温度を低くして燃焼時の窒素酸化物の発生率を低減するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のエマルジョン燃料は、燃料を構成する水と石油系液体燃料との比重が異なることから、これを貯蔵タンクなどで貯蔵した際に２〜３週間で水と油の層に分離してしまい、長期間の保存が不可能であった。
【０００５】
また、従来のエマルジョン燃料では水混入率１％に対して熱損失が０．０８％あるため、例えば、２０％の水を混入しただけでも、約１．６％の熱損失を招いてしまい、高い熱効率が求められるボイラーには使用することができないといった問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は上述した欠点を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は煤塵と窒素酸化物の低減は勿論、長期の保存でも分離せず安定性に優れ、かつ高熱効率のボイラーにも問題なく使用することができる新規な濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン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】
上記課題を解決するために本発明は、アニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩とを混合均一化した合成アニオン系界面活性剤溶液に蒸留水を投入攪拌し気泡性を均一に有するムース状乳化剤に、石油系液体燃料を混入攪拌してなるものである。
【０００８】
すなわち、合成アニオン系界面活性剤に蒸留水を加えて製造されたムース状の乳化剤と石油系液体燃料を混入攪拌して製造された濃縮エマルジョン燃料材は、親水性があり、攪拌による気泡による体積が大きくなって水分との接触面積が大きくなるため、多量の水分を混入できる。そして、この混入した水分の粒子は気泡によって比重が軽くなり、石油系液体燃料の比重と略同じ比重となることにより、長期間（２〜３ヶ月間）油成分とに分離しない化学的安定性の高いエマルジョン状態が保持される。
【０００９】
また、このように高い化学的安定性を有する濃縮エマルジョン燃料材に、容量比で１〜２倍の水を加えたエマルジョン燃料は、燃焼温度が１３５０℃以上になる水の水素と酸素が分離し、これを活用するために、燃焼用の空気の必要量が少なくて済むため、燃焼排ガス中の煤塵と窒素酸化物が低減されると共に、燃焼中の火炎温度を上昇して高熱効率の燃焼を行うことができる。但し、水を同量以上加えるので、着火温度は最低４００℃以上の雰囲気中を必要とするが、着火後は連続燃焼が可能となる。
【００１０】
すなわち、従来では、燃焼排ガス中の窒素酸化物の発生を抑えるためには、水分の含水率を多くして火炎温度を低くする必要があるが、そうすると、水分の蒸発潜熱により、熱効率が低下してしまい、高効率のボイラーなどではエマルジョン燃料を使用することが困難であった。しかしながら、本発明のエマルジョン燃料は、少ない燃焼空気で未燃焼油を完全燃焼させることから、不完全燃焼に起因する煤塵は勿論、燃焼温度を高くしても窒素酸化物の発生を大幅に低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
本発明の濃縮エマルジョン燃料材は、アニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンエーテル流酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩を混合均一化した合成アニオン系界面活性溶液中に蒸留水を投入攪拌し、気泡性を均一に含有してなるムース状乳化剤に、任意量の石油系液体燃焼材を混入攪拌してなるものである。
【００１３】
次に、この濃縮エマルジョン燃料材の製造方法の一例について説明すると、図１に示すように、先ず常温（室温）、常圧（大気圧）下で、ビーカー１にアニオン系界面活性剤１０のポリオキシエチレンアルキルエーテル流酸ナトリウム塩と、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩をそれぞれ容量比３：１（例えば、３０ｃｃ：１０ｃｃ）ずつ混合し、均一に攪拌してアニオン系界面活性剤溶液を生成し、このアニオン系界面活性剤溶液に容量比６（６０ｃｃ）の蒸留水１１を徐々に混入攪拌し泡立たせた後、さらに、プロペラ攪拌器２で泡が細かくムース状になるまでゆっくり攪拌して気泡の入ったムース状の乳化剤３を生成する。次に、このムース状の乳化剤３をさらに大きな容器４に移し替えて、その中に容量比で１５０〜２００倍（１５〜２０リットル）の石油等の液体化石炭化水素分留中のオレフィン系不飽和炭化水素５をホイップ状態を維持しつつ攪拌しながら、最初は徐々に滴下して乳化剤を連続相、オレフィン系不飽和炭化水素５を分散相としたエマルジョンを生成する。そして、投入されるオレフィン系不飽和炭化水素の量が乳化剤３の量を上回ると連続相と分散相が逆転し、さらに投入されるオレフィン系不飽和炭化水素の量が増えるとゲル状態となり、含水率０．３から０．４％程度の濃縮エマルジョン燃料材６が生成される。このようにして得られた濃縮エマルジョン燃料材はゲル状となっているため、その組成は安定しており、長期間の保存が可能となる。
【００１４】
その後、この濃縮エマルジョン燃料材６をさらに大きい容器７に移し替えた後、この容器７中に、濃縮エマルジョン燃料材６に対して容量比１．０〜２．０倍程度の水８を混入攪拌してエマルジョン燃料９を生成することになる。
【００１５】
そして、このエマルジョン燃料９をボイラーなどの燃料として燃焼させると、少ない燃焼空気で未燃焼油を完全燃焼させることができることから、不完全燃焼に起因する煤塵の発生量は勿論、必要とする燃焼空気量も少なくなるため、火炎温度を高くしても窒素酸化物の発生を大幅に低減することができる。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
【００１７】
先ず、常温（室温）、常圧（大気圧）下で、容量が３００ｃｃ程度のビーカーに、アニオン系界面活性剤１０のポリオキシエチレンアルキルエーテル流酸ナトリウム塩と、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩をそれぞれ３０ｃｃと１０ｃｃずつ混合し、均一に攪拌してアニオン系界面活性剤混合液を生成し、このアニオン系界面活性剤混合液に６０ｃｃの蒸留水を徐々に混入攪拌し、泡立たせた後、さらにプロペラ攪拌機で泡が細かくムース状になるまで１０００ｒｐｍ以下で攪拌して気泡の入ったムース状の乳化剤を生成した。
【００１８】
次に、このムース状の乳化剤をさらに大きな容器に移し替えて、その中に１５リットルの石油、灯油、重油、軽油などの液体化石炭化水素分留分中のオレフィン系不飽和炭化水素をホイップ状態を維持しつつ攪拌しながら濃縮エマルジョン燃料材を生成した。
【００１９】
そして、この濃縮エマルジョン燃料材をさらに大きな容器に移し替えた後、この濃縮エマルジョン燃料材に、これに対してそれぞれ１．０〜２．０倍の水を混入して攪拌し、約３０〜４０リットルの白色のエマルジョン燃料（燃料Ａ，燃料Ｂ）を２種類製造した（燃料Ａ＝濃縮エマルジョン燃料材：４７．５％、水：５２．５％、燃料Ｂ＝濃縮エマルジョン燃料材：５０．０％、水：５０．０％）。
【００２０】
次に、図２に示すようなカマド型の炉を用い、この炉内温度を予め４００温度に一定に保つと共に、この炉に３．８リットル（３８００ｃｃ）の水を張った容器を備え、上記燃料Ａ，Ｂ及び灯油をそれぞれ燃料として用い、この容器内の水温が２６℃から９５℃に達するまでの時間と燃料消費率を測定すると共に、燃焼排ガス中の煤塵と窒素酸化物の量を測定した。
【００２１】
この結果、図３に示すように灯油を燃料として用いた場合には、炉に備えられた容器内の水温が所定の温度（９５℃）に達するまでの所要時間及び消費油量は、それぞれ８分４０秒、３６４ｃｃであったのに対し本発明に係るエマルジョン燃料Ａ，Ｂを用いた場合は何れも所要時間、消費油量は灯油の半分以下であり、優れた燃焼効率を発揮することがわかった。また、燃焼廃ガス中の煤塵と窒素酸化物の発生量も灯油を用いた場合より大幅に減少し、高い燃焼効率と、煤塵及び窒素酸化物の排出量を大幅に抑制されることが実証された。さらに、本発明の係る濃縮エマルジョン燃料材と従来のエマルジョン燃料を同じ条件で保管しておいたところ、従来のエマルジョン燃料は２週間で油と水分に分離してしまったのに対し、本発明に係る濃縮エマルジョン燃料材は２ヶ月以上経っても分離や成分変化が殆ど発生せず、高い化学的安定性を発揮した。
【００２２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、水と石油系液体化石燃料が分離しにくくなって化学的安定性が向上するため、長期間の保存が可能となる。また、必要とする燃焼空気の量が少なくても高い熱効率を発揮することができるため、燃焼温度を上昇させても煤塵や窒素酸化物の発生量が大幅に抑制されるなどといった優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン燃料の製造方法の一形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係るエマルジョン燃料の燃焼試験方法を示す説明図である。
【図３】本実施例に係る燃料別の燃焼による昇温試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
３ 乳化剤
５ 液体燃料
６ 濃縮エマルジョン燃料材
８ 水
９ エマルジョン燃料
１０ 界面活性剤
１１ 蒸留水
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油系液体燃料に水を混入してなる新規なエマルジョン燃料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石油系液体燃料の燃焼廃ガス中の煤塵と窒素酸化物の減少を図る手段として水添加エマルジョン燃料を用いる方法が知られている。
【０００３】
従来、このエマルジョン燃料は、例えば、灯油などの疎水性の液体化石燃料に５〜３０％の水と少量の界面活性剤を混入攪拌して乳化させたものであり、その原理は燃料の燃焼において、エマルジョン燃料の油滴中の水分が急激に水蒸気になるときの体膨張（約１７００倍）の力を利用してバーナーから出た油滴を細微粒化して燃焼空気との混合を良くし、燃焼を促進させることで煤煙を減少させると共に、水分の蒸発潜熱によって火炎温度を低くして燃焼時の窒素酸化物の発生率を低減するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のエマルジョン燃料は、燃料を構成する水と石油系液体燃料との比重が異なることから、これを貯蔵タンクなどで貯蔵した際に２〜３週間で水と油の層に分離してしまい、長期間の保存が不可能であった。
【０００５】
また、従来のエマルジョン燃料では水混入率１％に対して熱損失が０．０８％あるため、例えば、２０％の水を混入しただけでも、約１．６％の熱損失を招いてしまい、高い熱効率が求められるボイラーには使用することができないといった問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は上述した欠点を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は煤塵と窒素酸化物の低減は勿論、長期の保存でも分離せず安定性に優れ、かつ高熱効率のボイラーにも問題なく使用することができる新規な濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン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】
上記課題を解決するために本発明は、アニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩とを混合均一化した合成アニオン系界面活性剤溶液に蒸留水を投入攪拌し気泡性を均一に有するムース状乳化剤に、石油系液体燃料を混入攪拌してなるものである。
【０００８】
すなわち、合成アニオン系界面活性剤に蒸留水を加えて製造されたムース状の乳化剤と石油系液体燃料を混入攪拌して製造された濃縮エマルジョン燃料材は、親水性があり、攪拌による気泡による体積が大きくなって水分との接触面積が大きくなるため、多量の水分を混入できる。そして、この混入した水分の粒子は気泡によって比重が軽くなり、石油系液体燃料の比重と略同じ比重となることにより、長期間（２〜３ヶ月間）油成分とに分離しない化学的安定性の高いエマルジョン状態が保持される。
【０００９】
また、このように高い化学的安定性を有する濃縮エマルジョン燃料材に、容量比で１〜２倍の水を加えたエマルジョン燃料は、燃焼温度が１３５０℃以上になる水の水素と酸素が分離し、これを活用するために、燃焼用の空気の必要量が少なくて済むため、燃焼排ガス中の煤塵と窒素酸化物が低減されると共に、燃焼中の火炎温度を上昇して高熱効率の燃焼を行うことができる。但し、水を同量以上加えるので、着火温度は最低４００℃以上の雰囲気中を必要とするが、着火後は連続燃焼が可能となる。
【００１０】
すなわち、従来では、燃焼排ガス中の窒素酸化物の発生を抑えるためには、水分の含水率を多くして火炎温度を低くする必要があるが、そうすると、水分の蒸発潜熱により、熱効率が低下してしまい、高効率のボイラーなどではエマルジョン燃料を使用することが困難であった。しかしながら、本発明のエマルジョン燃料は、少ない燃焼空気で未燃焼油を完全燃焼させることから、不完全燃焼に起因する煤塵は勿論、燃焼温度を高くしても窒素酸化物の発生を大幅に低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
本発明の濃縮エマルジョン燃料材は、アニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンエーテル流酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩を混合均一化した合成アニオン系界面活性溶液中に蒸留水を投入攪拌し、気泡性を均一に含有してなるムース状乳化剤に、任意量の石油系液体燃焼材を混入攪拌してなるものである。
【００１３】
次に、この濃縮エマルジョン燃料材の製造方法の一例について説明すると、図１に示すように、先ず常温（室温）、常圧（大気圧）下で、ビーカー１にアニオン系界面活性剤１０のポリオキシエチレンアルキルエーテル流酸ナトリウム塩と、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩をそれぞれ容量比３：１（例えば、３０ｃｃ：１０ｃｃ）ずつ混合し、均一に攪拌してアニオン系界面活性剤溶液を生成し、このアニオン系界面活性剤溶液に容量比６（６０ｃｃ）の蒸留水１１を徐々に混入攪拌し泡立たせた後、さらに、プロペラ攪拌器２で泡が細かくムース状になるまでゆっくり攪拌して気泡の入ったムース状の乳化剤３を生成する。次に、このムース状の乳化剤３をさらに大きな容器４に移し替えて、その中に容量比で１５０〜２００倍（１５〜２０リットル）の石油等の液体化石炭化水素分留中のオレフィン系不飽和炭化水素５をホイップ状態を維持しつつ攪拌しながら、最初は徐々に滴下して乳化剤を連続相、オレフィン系不飽和炭化水素５を分散相としたエマルジョンを生成する。そして、投入されるオレフィン系不飽和炭化水素の量が乳化剤３の量を上回ると連続相と分散相が逆転し、さらに投入されるオレフィン系不飽和炭化水素の量が増えるとゲル状態となり、含水率０．３から０．４％程度の濃縮エマルジョン燃料材６が生成される。このようにして得られた濃縮エマルジョン燃料材はゲル状となっているため、その組成は安定しており、長期間の保存が可能となる。
【００１４】
その後、この濃縮エマルジョン燃料材６をさらに大きい容器７に移し替えた後、この容器７中に、濃縮エマルジョン燃料材６に対して容量比１．０〜２．０倍程度の水８を混入攪拌してエマルジョン燃料９を生成することになる。
【００１５】
そして、このエマルジョン燃料９をボイラーなどの燃料として燃焼させると、少ない燃焼空気で未燃焼油を完全燃焼させることができることから、不完全燃焼に起因する煤塵の発生量は勿論、必要とする燃焼空気量も少なくなるため、火炎温度を高くしても窒素酸化物の発生を大幅に低減することができる。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
【００１７】
先ず、常温（室温）、常圧（大気圧）下で、容量が３００ｃｃ程度のビーカーに、アニオン系界面活性剤１０のポリオキシエチレンアルキルエーテル流酸ナトリウム塩と、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩をそれぞれ３０ｃｃと１０ｃｃずつ混合し、均一に攪拌してアニオン系界面活性剤混合液を生成し、このアニオン系界面活性剤混合液に６０ｃｃの蒸留水を徐々に混入攪拌し、泡立たせた後、さらにプロペラ攪拌機で泡が細かくムース状になるまで１０００ｒｐｍ以下で攪拌して気泡の入ったムース状の乳化剤を生成した。
【００１８】
次に、このムース状の乳化剤をさらに大きな容器に移し替えて、その中に１５リットルの石油、灯油、重油、軽油などの液体化石炭化水素分留分中のオレフィン系不飽和炭化水素をホイップ状態を維持しつつ攪拌しながら濃縮エマルジョン燃料材を生成した。
【００１９】
そして、この濃縮エマルジョン燃料材をさらに大きな容器に移し替えた後、この濃縮エマルジョン燃料材に、これに対してそれぞれ１．０〜２．０倍の水を混入して攪拌し、約３０〜４０リットルの白色のエマルジョン燃料（燃料Ａ，燃料Ｂ）を２種類製造した（燃料Ａ＝濃縮エマルジョン燃料材：４７．５％、水：５２．５％、燃料Ｂ＝濃縮エマルジョン燃料材：５０．０％、水：５０．０％）。
【００２０】
次に、図２に示すようなカマド型の炉を用い、この炉内温度を予め４００温度に一定に保つと共に、この炉に３．８リットル（３８００ｃｃ）の水を張った容器を備え、上記燃料Ａ，Ｂ及び灯油をそれぞれ燃料として用い、この容器内の水温が２６℃から９５℃に達するまでの時間と燃料消費率を測定すると共に、燃焼排ガス中の煤塵と窒素酸化物の量を測定した。
【００２１】
この結果、図３に示すように灯油を燃料として用いた場合には、炉に備えられた容器内の水温が所定の温度（９５℃）に達するまでの所要時間及び消費油量は、それぞれ８分４０秒、３６４ｃｃであったのに対し本発明に係るエマルジョン燃料Ａ，Ｂを用いた場合は何れも所要時間、消費油量は灯油の半分以下であり、優れた燃焼効率を発揮することがわかった。また、燃焼廃ガス中の煤塵と窒素酸化物の発生量も灯油を用いた場合より大幅に減少し、高い燃焼効率と、煤塵及び窒素酸化物の排出量を大幅に抑制されることが実証された。さらに、本発明の係る濃縮エマルジョン燃料材と従来のエマルジョン燃料を同じ条件で保管しておいたところ、従来のエマルジョン燃料は２週間で油と水分に分離してしまったのに対し、本発明に係る濃縮エマルジョン燃料材は２ヶ月以上経っても分離や成分変化が殆ど発生せず、高い化学的安定性を発揮した。
【００２２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、水と石油系液体化石燃料が分離しにくくなって化学的安定性が向上するため、長期間の保存が可能となる。また、必要とする燃焼空気の量が少なくても高い熱効率を発揮することができるため、燃焼温度を上昇させても煤塵や窒素酸化物の発生量が大幅に抑制されるなどといった優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン燃料の製造方法の一形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係るエマルジョン燃料の燃焼試験方法を示す説明図である。
【図３】本実施例に係る燃料別の燃焼による昇温試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
３ 乳化剤
５ 液体燃料
６ 濃縮エマルジョン燃料材
８ 水
９ エマルジョン燃料
１０ 界面活性剤
１１ 蒸留水
Claims (2)
- アニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩とを混合均一化した合成アニオン系界面活性剤溶液に蒸留水を投入攪拌し気泡性を均一に有するムース状乳化剤に、石油系液体燃料を混入攪拌してなることを特徴とする濃縮エマルジョン燃料材。
- 請求項１記載の濃縮エマルジョン燃料材に、容量比で１〜２倍の水を混入攪拌してなることを特徴とするエマルジョン燃料。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP33228796A JP3776188B2 (ja) | 1996-12-12 | 1996-12-12 | 濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン燃料 |
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| JP33228796A JP3776188B2 (ja) | 1996-12-12 | 1996-12-12 | 濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン燃料 |
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| JPH10168467A JPH10168467A (ja) | 1998-06-23 |
| JP3776188B2 true JP3776188B2 (ja) | 2006-05-17 |
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| JP33228796A Expired - Fee Related JP3776188B2 (ja) | 1996-12-12 | 1996-12-12 | 濃縮エマルジョン燃料材及びエマルジョン燃料 |
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| JP (1) | JP3776188B2 (ja) |
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- 1996-12-12 JP JP33228796A patent/JP3776188B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1997
- 1997-12-11 US US08/989,015 patent/US5885310A/en not_active Expired - Fee Related
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| US5885310A (en) | 1999-03-23 |
| JPH10168467A (ja) | 1998-06-23 |
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