JP4877532B2 - ゲル状燃料およびｏ／ｗ／ｏ三重層構造コロイダル燃料並びにその製造方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に水を添加する新規なエマルジョン燃料に関し、長期間、油水分離を起こすことなく、かつＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造の１μｍ以下の粒径を保持するコロイダル燃料を大量に生産する製造方法に関する。

従来、石油系液体燃料の窒素酸化物と炭素を含む不完全燃焼物の一酸化炭素ガスや炭素系微粒子の減少手段として、石油系液体燃料に水を混入したエマルジョン燃料が用いられてきている。例えば、合成アニオン系界面活性溶液剤に蒸留水を投入攪拌して、多気泡の水中油滴型（Ｏ／Ｗ）ムース状乳化剤に石油系液体燃料を混入攪拌するエマルジョン燃料［特許第３５３０２８６公報］の燃料油と所定量の界面活性剤とを攪拌して乳化剤とした後、これに通常の水を添加して攪拌するＯ／Ｗ型エマルジョン燃料の製造方法［特開２００３−１５５４８７号公報］などの提案がある。
また、石化液体燃料にトルマリン処理した水を添加攪拌する水・油混合燃料および製造法（特開２０００−１４４１５８号公報）が開示されている。

これらのうち、［特許第３５３０２８６号公報］は、合成アニオン系界面活性剤に蒸留水を投入攪拌して得た多気泡の水中油滴型（Ｏ／Ｗ）ムース状乳化剤に、石油系液体燃料を混合攪拌してエマルジョン燃料とする提案であるが、一般にＷ／Ｏ型エマルジョン燃料は、エマルジョン分散径が大きく油水分離が起こりにくいといわれている一方、Ｏ／Ｗ型は水中に油が分散、存在するため、着火しにくいという問題点がある。
さらに、［特開２００３−１５５４８７号公報］は、水中油型（Ｏ／Ｗ）エマルジョン燃料として、油−水分離を抑制するため、界面活性剤の添加量を多量にするという課題がある。また、［特開２０００−１４４１５８号公報］は、化石燃料中にトルマリン処理水を添加攪拌し、油−水混合燃料とする提案である。しかし、トルマリンの界面活性特性として、文献「個体物理１２，Ｖｏｌ．２４（１９８９）」にはトルマリン処理水の界面活性の寿命は三日間で急速に減少し消滅することが記述されており、トルマリン処理水と化石燃料との攪拌混合によるエマルジョン燃料には油−水分離が起こりやすく長期安定性には問題がある。
特許第３５３０２８６号公報 特開２００３−１５５４８７号公報 特開２０００−１４４１５８号公報

上述した従来の石油系エマルジョン燃料の他、従来、石油系エマルジョン燃料は、乳化剤や界面活性剤と水と石油系液体燃料を攪拌羽根形式により混合してエマルジョン化するため、気泡を多量に含むことは避けられず、このエマルジョンの微粒化は極めて困難であり、かつエマルジョンの長期安定に多くの課題が残され、さらに高温燃焼の継続に問題があった。

発明が解決しようとする課題

従来法の最大の問題は、攪拌羽根式混合法により回避することのできない、攪拌方法の多気泡エマルジョン燃料の大粗粒分散を如何にするかが課題であった。
本発明は、鋭意研究を重ね、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油と水を混合しコロイダル燃料化するに当たって、攪拌羽根式の気泡巻き込みを回避する手法として、自重の上下落下式衝撃力による混合運動を繰り返し与えることに着目し、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油と界面活性剤、添加する高活性の水の組み合わせにより、気泡を全く含有しない極めて微細な球状の三重層構造をしたコロイド分散状燃料になることを見出し、全く新規な本発明を完成するに至った。

課題を解決するための手段

そこで、本発明は、まず第一段階として、種ゲルであるゲル状燃料を造るに当たり、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に１０００〜５０００ｐｐｍの非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルと、界面活性を有する水として医王石または柘榴石に接触させて得た水を夫々微少量添加して混合の際、気泡巻き込みを回避する手段として自重による上下落下式衝撃力による混合運動を繰り返し与えて、気泡を全く含有しないゲル状燃料を得た。
第二段階として、得られたゲル状燃料１に対し、医王石または柘榴石に接触させて得た水を容量比で１ないしそれ以上、添加、混合の繰返しを再び上下落下式衝撃力による混合運動を繰り返し与えて、空気、気泡を全く含有しない極めて微細な球状で、最外層油／中間層水／中心油型の全く新規なＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造を形成したコロイダル状燃料を発見し、本発明を完成するに至った。
本発明は、油−水分離がなく、６ケ月以上経過しても、極微粒球状分散は破壊することなく長期安定性に優れ、燃焼時の高温保持と、連続安定燃焼により、排ガス中の一酸化炭素濃度と微粒子状炭素や窒素酸化物などは極めて低濃度の値となることがわかった。

本発明のゲル状燃料は灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に、非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルと界面活性を有する水として医王石または柘榴石に接触させて得た水を各々１０００〜５０００ｐｐｍ好ましくは２５００ｐｐｍを添加した後、自重による上下落下式衝撃力による混合運動を繰り返し与えることにより得られる。

王石）の微粒状（３０〜１００μｍ）と市水とを流動層により接触させると、可溶性珪酸が水に溶解する際、活性水素が発生する。図１に示す通り、溶存水素含有量測定装置（（株）共栄電子研究所製、ＫＫＭ、２１００ＤＨ、隔膜型ポーラロ式電極採用）により、活性水素発生量は最大２０μｇ／Ｌを確認している。また、柘榴石に接触させて得た水は、柘榴石（ザクロ石）粒径１００〜１５０μｍ粒流動層に市水を通水することにより得る。柘榴石は、図３、４に示す遠赤外線波長４〜１４μｍ、８０％以上を照射する天然鉱石である。このような中間遠赤外線を有する柘榴石により処理した水は、マイナスイオン発生と同時に、極微量の活性水素を発生、含有するため長期間界面活性を保持することを確認している。

本発明のゲル状燃料は、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に対する非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルの好適添加量は、２０００〜３０００ｐｐｍで、最適添加量は２５００ｐｐｍである。また、医王石または柘榴石に接触させて得た水の各々の好適添加量は２０００〜３０００ｐｐｍであり、最適添加量は、２５００ｐｐｍである。つまり、界面活性剤、医王石または柘榴石に接触させて得た水それぞれの添加量が１０００ｐｐｍ以下、あるいは５０００ｐｐｍ以上の場合、ゲル状燃料のエマルジョン化のＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造コロイダル形成の再現性が困難となる。

さらに、本発明のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造エマルジョン燃料は、ゲル状燃料容量比１に対し医王石または柘榴石に接触させて得た水を１ないしそれ以上を添加し自重による上下落下式衝撃混合を繰り返し与えることにより、気泡を含まないコロイダル粒径１μｍ以下８０以上のＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造（図８−写真、図９）が形成される。
本発明のＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造エマルジョン燃料は、従来エマルジョンのＯ／Ｗ、水中に油滴が分散したり、Ｗ／Ｏ油滴中に水滴が分散し、油滴や水滴が水中や油中に個別に存在する形ではなく、油−水−油の三重層構造の極微細粒径１μｍ以下８０％以上が共存する全く新規なコロイダル燃料である。
燃焼に当たって、着火性に優れ、高温下の水蒸気爆発に誘発され、水性爆発の火炎による高温保持と安定燃焼が起きる。高温下の含水油−コロイダル燃料の発火現象の一つの例として次のように考えている。式（３）（４）（５）に示す。

３１％を含有し、水と接触するとき、活性水素として２０μｇ／Ｌを含有した活性水素含有水が得られた。以下、活性水素含有水中の溶存水素発生濃度を確認した結果を図１に示す。なお、市水（水道水）は、塩素による殺菌処理により、溶存水素は除去されており、含まれていない。

１０−２６３３９７号公報に公知されている。式（１）、（２）に示す。図２に石英閃緑

Ｏ_３）となり、水中に溶存する。

活性水素は、化学大辞典（共出版社、昭和３５年）によれば、発生期状態の水素は原子状またはそれに近い状態にあり、化学反応を起こしやすくなった状態にあるとい

有水中の活性水素についても、原子状または原子状に近い状態にあることが考えられ

が、Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料中の活性水素含有水が燃焼作用に働く反応過程は複雑で、単純なメカニズムではないが、以下に述べるように推移するものと推測している。

▲２▼発生期水素を含有する活性水素含有水の燃焼を式（４）に示す。

Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料が高い温度で安定して燃焼を持続する一つの効果には、活性水素含有水の強力な界面活性作用とあわせ活性水素の相乗作用による燃焼の働きがあると考えている。

本発明の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、前述した第一段階のゲル状燃料の製造方法と、第二段階のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の製造方法の二つの工程がある。
第一工程では、灯油、軽油、重油に加え、食用廃油、廃潤滑油の所定量に対し、非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル１０００〜５０００ｐｐｍと高活性力を有する医王石または柘榴石に接触させて得た水１０００〜５０００ｐｐｍを単独に添加した後、これを筒状形または管状形ないし角状形混合装置に仕込み、シーソー型式による左右、上下落下式衝撃力による激突混合運動を繰り返し数十回以上与えて、ゲル状燃料を造る製造工程である。
第二工程は、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油１に対し第一工程で得たゲ ル状燃料を１ないしそれ以上を分割して第一工程で用いた混合装置に仕込み、上下落下式衝撃力による激突混合を繰り返し与え、Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料になる液滴の微粒径１μｍ以下８０％以上を得るまで、再度繰り返すコロイダル燃料を造る製造工程である。

本発明のゲル状燃料およびＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の製造装置は、筒状または管状ないし角状筒であって、材質は鉄製、ステンレス製、銅製、アクリル製、ポリ塩化ビニール製の図５−（ａ）、（ｂ）、図６−（ａ）、（ｂ）を用いるが、形状および材質はその限りでない。なお、ゲル状化およびコロイダル化における気泡巻き込みを回避する手法としては、回転ボールミル、高速軸ボールミル、オムニ（ＯＭ）ミキサー等、その効果は本発明と同様であった。
本発明の製造装置は、全く新規な本発明のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料である液滴の微粒径１μｍ以下８０％以上を製造するための大型化製造の低コスト化と大量生産量を目的としているものである。

これまで、ゲル状化のため、高圧化の攪拌形式製造装置は大量生産化には圧力装置の大型化の莫大な製造コスト高のため、高コスト燃料としての課題があった。本発明はこれらの問題解決のため長期にわたり研究と開発に取り組んだ結果、ゲル状化の気泡の巻き込みを回避することに初めて着眼し、大型化、大量生産化に成功し、本発明を完成するに至った。

発明の効果

本発明は複雑でない安価な装置を用いて、大量生産が可能な上下落下式衝撃力を応用したＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の製造を実現したことにより、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油と市水や工業排水、畜産排水、水産排水と混合した、製造コストの安価なエマルジョン燃料の製造を可能にした、燃料資源枯渇の解決策の提案として、その効果は多大である。

発明の実施するための最良の形態

実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明のゲル状燃料は、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に１０００〜５０００ｐｐｍの非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルと１０００〜５０００ｐｐｍの高活性力を有する水を添加して上下落下式衝撃力による混合運動を繰り返し与える操作の実施を経て得られる。

プラスチック容器（以下装置という、アクリル筒状、直径８．０ｃｍ×長さ２０ｃｍ）に、灯油４００ｍｌに、非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル（商品名：ニューコール５６６−ＦＨ、含有濃度９９％以上、油状）１．００ｇ（２５００ｐｐｍ）と医王石に接触させて得た水（溶存水素Ｈ_２含有濃度２０μｇ／Ｌ）１．００ｇ（２５００ｐｐｍ）を添加した後、手動にて３００回以上、上下落下衝撃エネルギーとして、振盪を繰り返すことにより、ゲル状燃料を得る。
かくして得たゲル状燃料１００ｍｌに前記医王石に接触させて得た水３５ｍｌ添加した後、手動にて３００回、上下落下式衝撃力として振盪を繰り返し、これに医王石に接触させて得た水３５ｍｌを添加し手動にて３００回振盪を繰り返す操作を実施し、つづけて残りの １／３の医王石に接触させて得た水３５ｍｌを添加し、手動で３００回振盪を繰り返し実施してＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料を得る。該コロイダル燃料の高倍率顕微鏡写真の観察結果、球状液滴１μｍ以下８０％以上のＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造コロイダル燃料を確認した。

実施例１に用いた装置の中に、軽油４００ｍｌ非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル０．５ｇ（１２５０ｐｐｍ）、柘榴石に接触させて得た水０．５ｇ（１２５０ｐｐｍ）を混入した後、これを手動にて２００回振盪してゲル状燃料を得た。このゲル状燃料１００ｍｌを容器に移し入れ、これに前記柘榴石に接触させて得た水５０ｍｌを添加した後、手動にて２００回振盪を繰り返し与え、続けて柘榴石に接触させて得た水５０ｍｌを添加し、手動にて２００回振盪を繰り返し、更にこれに柘榴石に接触させて得た水５０ｍｌを添加して手動にて２００回振盪を繰り返す操作を実施した。
得られたＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の顕微鏡観察を行った結果、球状液滴１．０μｍ以下８０％以上のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料を得た。

実施例１に用いた装置の中に、軽油４００ｍｌに非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル１．６０ｇ（４０００ｐｐｍ）、柘榴石に接触させて得た水１．６０ｇ（４０００ｐｐｍ）を添加した後、手動にて３００回振盪を繰り返してゲル状燃料を得る。かくして得たゲル状燃料１００ｍｌに、医王石に接触させて得た水３５ｍｌと非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル（濃度 ９９％以上）１．６０ｇ（４０００ｐｐｍ）を添加し手動にて３００回振盪を繰り返し、続けてこれに市水３５ｍｌを添加して手動にて ３００回振盪を繰り返し、更に市水３５ｍｌを添加して手動にて３００回振盪を繰り返し実施した。Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の顕微鏡観察の結果、図７ Ｎｏ．５−９に示す球状液滴１．０μｍ以下８０％以上のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料を得た。

なお、石油系液体燃料の重油についても実施例１ないし３と同様の操作によりＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダルエマルジョン燃料が得られた。

実施例に用いた装置の中に、廃油の潤滑油４００ｍｌ、非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル２．００ｇ（５０００ｐｐｍ）と医王石に接触させて得た水２．００ｇ（５０００ｐｐｍ）を混入した後、手動にて３００回以上、上下式落下衝撃エネルギーとして振盪を繰り返し与えてゲル状燃料を得た。
該ゲル状燃料１００ｍｌに医王石に接触させて得た水２０ｍｌと畜産排水１５ｍｌとを前記装置に混入した後、手動にて３００回振盪を繰り返す操作を実施した後、さらに医王石に接触させて得た水２０ｍｌ、畜産排水１５ｍｌを装置に仕込み、これを手動にて３００回振盪を繰り返し実施し、さらに、医王石に接触させて得た水２０ｍｌ、畜産排水１５ｍｌを装置に仕込み手動にて３００回振盪を繰り返す操作を実施して球状性Ｏ／Ｗ／Ｏ型三重層構造コロイダル燃料を得た。

実施例１に用いた装置を用い、灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に、高活性力を有する水として医王石に接触させて得た水、市水、各種排水と非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルを表に示す添加量を添加し、手動振盪を繰り返して得たコロイダル燃料について、製造条件と顕微鏡観察によるコロイダル性を示す結果と比較例を図７に示す。

以下大型装置図５−（ａ）（ｂ）、図６−（ａ）（ｂ）を用いた場合のＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造コロイダル燃料の製造方法について以下に説明する。

上下落下式衝撃力による混合振盪を実施する際の球状液滴Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料大量処理製造法は、実施例１〜３を基本に、非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルと高活性力を有する医王石または柘榴石に接触させて得た水を混合しておき、これに灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油を数回に分割して加えたゲル状燃料を得る。該ゲル状燃料に２５００ｐｐｍ相当の非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルと高活性力を有する医王石または柘榴石に接触させて得た水を図５−（ａ）（ｂ）、図６−（ａ）（ｂ）に仕込み、上下落下式衝撃力の振盪を３〜５回／分、２０〜４０分繰り返し与え、ゲル状燃料を作成。これを一旦、装置より取り出し、ゲル状燃料の１容量部と高活性力を有する医王石または柘榴石に接触させて得た水のいづれか１容量部ないしそれ以上容量部とを数回に分割して仕込み、上下落下式衝撃力の振盪を繰り返し実施し、球状液滴１μｍ以下８０％以上のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料を得る大量生産製造方法とその装置である。

実施例４で得た、Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の燃焼時の昇温時間の比較。
燃焼炉として、図１０に示す電気炉を用い、底部に耐火レンガを置き、この上に燃料を滴下し燃焼の発熱による状使用温度と燃料消費量を比較した。図１１にＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の燃焼値を示す。
８５０℃に加熱した燃焼炉の底部耐火レンガ上に燃料を３５ｃｃ／分相当を滴下して燃焼時発熱温度上昇時間の比較を実施した結果を図１１に示す。
本発明のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料と廃油潤滑油との昇温時間を比較すると、本発明の燃料が１１００℃に達する時間が８分５０秒で３０９ｃｃを消費し、廃油潤滑油は、１１００℃に達する時間が１３分３０秒で４７２．５ｃｃを消費した。これより本発明のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料は、未処理の廃油潤滑油より早く高い温度を発揮し、温度１１００℃昇温までの燃料消費量は約５２％以上改善することがわかる。
さらにバーナーによる燃焼試験でも上記試験とほぼ同様の傾向となる結果を得た。
このことは、廃油や水を各種燃焼用の燃料として活用することで、温室効果ガスの削減に寄与することはもちろん、各方面のエネルギー産業への可能性がきわめて多大であると言える。

産業上の利用の可能性

本発明のＯ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料は、安価な装置で低コスト、大量生産が可能であり、油水分離がない長期安定性に優れ、燃焼時、高温保持と連続安定燃焼により排ガス中の不完全燃焼炭素成分である一酸化炭素、微粒状炭素、窒素酸化物などが低濃度となり、各種燃焼炉の燃料として温室効果ガス削減に寄与し、エネルギー産業、廃棄物処理エネルギーの外、動力用エネルギー等の環境事業への応用の可能性は極めて多大である。

柘榴石の遠赤外線放射率曲線図 柘榴石の遠赤外線放射輝度曲線図 −（ａ）（ｂ）上下落下式衝撃力応用装置 −（ａ）（ｂ）上下落下式衝撃力応用装置 Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の顕微鏡観察結果 Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の顕微鏡写真 Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の模型図 燃焼炉の略図 Ｏ／Ｗ／Ｏ三重層構造コロイダル燃料の燃焼温度と昇温時間の比較

Claims (3)

1. 灯油、軽油、重油、食用廃油または廃潤滑油に１０００〜５０００ｐｐｍの非イオン界面活性剤ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテルと１０００〜５０００ｐｐｍの医王石または柘榴石に接触させて得た水を添加した後、自重による上下落下式衝撃力による混合を繰り返し与えて成ることを特徴とするゲル状燃料。
2. 請求項１に記載するゲル状燃料１に対し医王石または柘榴石に接触させて得た水との混合比が１ないしそれ以上を添加して自重による上下落下式衝撃混合を繰り返して成るＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造コロイダル燃料。
3. 請求項１ないし２に記載するゲル状燃料およびＯ／Ｗ／Ｏ型三重層構造コロイダル燃料の上下落下式衝撃力を応用する製造方法

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