JP5158546B2

JP5158546B2 - 加水燃料及び添加剤調整燃料油及び添加剤とそれらの製造方法

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Publication number: JP5158546B2
Application number: JP2008270038A
Authority: JP
Inventors: 一之梅村; 秀樹望月; 匡嗣柴
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Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: US20110203166A1; JP2010095683A; CN102216436A; WO2010047022A1

Description

本発明は、加水燃料と、加水により加水燃料になり得る加水前の調整燃料油と、それに加える添加剤、並びに、それらの製造方法に関する。

石油資源の枯渇や、石油使用に伴う環境問題などにより、燃料油に水を混合させた加水燃料が注目を浴びている。加水燃料は、燃料油のみを燃焼させた場合と同等の燃焼効率を得ることは既に公知であり、各種のものが提案されている。
従来の加水燃料に関する技術には、例えば特許文献１〜４がある。

特開２００８−８１７４０「水と可燃性油を微粒子状態で混合してエマルジョン燃料を製造する方法及び同エマルジョン燃料の製造装置並びにエマルジョン燃料」特開２００７−２８４５２７「重油添加剤」特開２００６−１１１６６６「エマルジョン燃料製造方法、エマルジョン燃料製造装置及び該エマルジョン燃料製造装置を備えたエマルジョン燃料利用機器」特開２００４−６７９１３「水エマルジョン燃料製造方法」

しかし、従来の加水燃料は、燃焼の安定性に欠ける点や、油水が分離するなど長期の安定性にかける点、油水の均一性に欠ける点などの問題があり、十分実用化に耐えるものではなかった。

そこで、本発明は、油水の均一な分散を実現して燃焼効率を向上させると共に、その油水の均一な分散を長期に安定させられる添加剤と、その添加によって得られる添加剤調整燃料油及び加水燃料、並びに、それらの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の添加剤の製造方法は、次の構成を備える。すなわち、燃料油に添加して、加水燃料、または、その加水前の調整燃料油を生成するために用いる添加剤の製造方法であって、脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類に、比較的分子量の小さなアルコール類を溶解させて、中間生成物１を生成するステップと、中間生成物１に界面活性剤を加えて、中間生成物２を生成するステップと、中間生成物２にアミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコールを加えて、中間生成物３を生成するステップと、中間生成物３にアンモニア水またはアンモニアガスを加えて、所望の添加剤を生成するステップと、を有することを特徴とする。

ここで、燃料油としては、ガソリン、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、原油植物油、動物油、廃油製紙排水黒液が利用できる。

脂肪酸類としては、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、α-リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リノール酸、γ-リノレン酸、ジホモ-γ-リノレン酸、アラキドン酸、オレイン酸、エルカ酸マレイン酸、フマール酸、ドデカン酸のいずれか、または、そのエステルが好適である。

比較的分子量の大きなアルコール類としては、ペンタノール、ヘキサノール、ペンタノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノールが好適である。

比較的分子量の小さなアルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールが好適である。

界面活性剤としては、ポリオキシアルキレン分岐デシルエーテル、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレート、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミドが好適である。

アミン化合物としては、モノエタノールアミンやイソプロパノールアミンやｎ−プロパノールアミンやシクロヘキシルアミンが好適である。

脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類、比較的分子量の小さなアルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール、アンモニア水またはアンモニアガスの混合比としては、１：１．０〜１．５：０．３〜０．７：０．３〜０．９：０．０１〜０．７（ｍｏｌ濃度）、より好ましくは、１：１．１〜１．４：０．４〜０．６：０．４〜０．８：０．００３〜０．２（ｍｏｌ濃度）が好適である。

本発明の添加剤は、上述の製造方法によって製造された添加剤であって、原料として少なくとも、脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類、比較的分子量の小さなアルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール、アンモニア水またはアンモニアガスを有することを特徴とする。

本発明の添加剤調整燃料油の製造方法は、加水により加水燃料になり得る加水前の調整燃料油の製造方法であって、前記の添加剤を燃料油に加えて、所望の添加剤調整燃料油を生成するステップを有することを特徴とする。

添加剤、燃料油の混合比としては、０．０３〜０．３：１（容積）、より好ましくは、０．０５〜０．２：１が好適である。

本発明の添加剤調整燃料油は、上述の製造方法によって製造された添加剤調整燃料油であって、添加剤の原料として少なくとも、脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類、比較的分子量の小さなアルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコールまたはエチレングリコールのみ、アンモニア水またはアンモニアガスを有することを特徴とする。

本発明の加水燃料の製造方法は、前記の添加剤調整燃料油に水を加えて、所望の加水燃料を生成するステップを有することを特徴とする。

水、添加剤調整燃料油の混合比としては、０．１〜０．８：１（容積）、より好ましくは、０．２〜０．６：１（容積）が好適である。

本発明の加水燃料は、上述の製造方法によって製造された加水燃料であって、添加剤の原料として少なくとも、脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類、比較的分子量の小さなアルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコールまたはエチレングリコールのみ、アンモニア水またはアンモニアガスを有することを特徴とする。

本発明によって得られる加水燃料は、適切な添加剤の添加によって、油水の均一な分散が実現して燃焼効率が向上すると共に、その油水の均一な分散が長期に安定するので、加水前の調整燃料油としても運搬や保管もでき利便性が高い。

以下に、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記の例示に限らず、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、前記特許文献など従来公知の技術を用いて適宜設計変更可能である。
図１は、加水燃料を生成する流れを示す説明図である。

本発明者は、特定の添加剤を燃料油に加えることで、加水燃料における油水の均一な分散とその長期安定化が達成される知見を得た。
ここで、燃料油とは、ガソリン、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、原油、植物油、動物油、廃油、製紙工場廃油（黒液）等の可燃油一般を指す。そして、本発明の加水燃料は、その燃料油に所定量の水と本発明による添加剤を混合されたものである。

添加剤の製造方法は次の通りである。
まず、脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類に、比較的分子量の小さなアルコール類を溶解させて、中間生成物１を生成する。
なお、脂肪酸類は、脂肪酸のみでなく脂肪酸エステルとの混合物としてもよい。

ここで、比較的分子量の大きなアルコール類とは、大きなアルキル基を有する液体で、例えばペンタノール、ヘキサノール、ペンタノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール等を指す。イソ化合物など、側鎖を有するアルコールでもよい。

また、比較的分子量の小さなアルコール類とは、小さなアルキル基を有する液体で、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等を指す。

また、脂肪酸類とは、例えば酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、α-リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リノール酸、γ-リノレン酸、ジホモ-γ-リノレン酸、アラキドン酸、オレイン酸、エルカ酸マレイン酸、フマール酸、ドデカン酸など、１〜多価の脂肪酸でメタノールまたはエタノール、プロパノールを溶融しうるものを指す。

次に、上記の中間生成物１に界面活性剤を加え、よく攪拌し一定の条件に整えて、中間生成物２を生成する。
中間生成物２の生成時における反応温度は０〜５０℃が好ましく、攪拌の条件は、空気の混入が少ない範囲での攪拌が好ましい。

ここで、界面活性剤とは、例えばノニオン系のポリエーテル系界面活性剤（ポリオキシアルキレン分岐デシルエーテル、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレート、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル等）、または、ノニオン系のアミド系活性剤（ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド等）を指す。

次に、上記の中間生成物２に、アミン化合物のみ、または、アミン化合物及びエチレングリコールを加え、よく攪拌し一定の条件に整えて、中間生成物３を生成する。
中間生成物３の生成時には、発熱を起こすので反応が均一となるように十分に攪拌することが好ましい。

ここで、アミン化合物とは、モノエタノールアミンやジエタノールアミン、プロパノールアミン等を指す。

次に、上記の中間生成物３に、アンモニア水またはアンモニアガスを加え、よく攪拌し一定の条件に整えて、本発明の添加剤を生成する。
アンモニアガスを過剰に加えると、添加剤がゲル化するので、量を調整することが好ましい。

原料の混合にはさまざまな組み合わせがあるため最適な比率は原料によって異なるが、大まかな比率としては下記の値が目安として利用できる。
脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類：比較的分子量の小さなアルコール類：界面活性剤：アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール：アンモニア水またはアンモニアガス＝１：１．０〜１．５：０．３〜０．７：０．３〜０．９：０．００１〜０．７（ｍｏｌ濃度）
より好ましくは、脂肪酸類または比較的分子量の大きなアルコール類：比較的分子量の小さなアルコール類：界面活性剤：アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール：アンモニア水またはアンモニアガス＝１：１．１〜１．４：０．４〜０．６：０．４〜０．８：０．００３〜０．２（ｍｏｌ濃度）である。

（実施例）
添加剤を製造した実施例は次の通りである。
図２のように、オレイン酸２．５０ｍｏｌにメタノール３．９４ｍｏｌを混合攪拌し、次いで、ポリオキシアルキレン分岐デシルエーテル０．１９ｍｏｌ、イソプロピルアミン０．７０ｍｏｌ、エチレングリコール０．５５ｍｏｌ、アンモニアガス０．０１ｍｏｌを順次混合攪拌することで、添加剤が製造できた。

添加剤による燃料油の調整方法は次の通りである。
本発明による前述の添加剤を、ガソリン、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、原油、植物油、動物油、廃油、製紙工場廃油（黒液）等の燃料油に混合させ攪拌することで、添加剤調整燃料油を生成する。
この添加剤調整燃料油の状態で保存しておき、使用時に加水して加水燃料を生成してもよい。

添加剤の原料となる脂肪酸などの種類は、添加対象の燃料油の種類によって適宜対応させて調整することで、後述の加水量も最適化することが可能となる。

添加剤の必要量は、燃料油の種類や、添加剤に用いる界面活性剤の種類によって異なるが、大まかな比率としては下記の値が目安として利用できる。
添加剤：燃料油＝０．０３〜０．３：１（容積）
より好ましくは、添加剤：燃料油＝０．０５〜０．２：１（容積）である。

（実施例）
添加剤調整燃料油を製造した実施例は次の通りである。
図３のように、灯油１０リットル（容積７７％）に添加剤３リットル（容積２３％）を混合攪拌することで、添加剤調整燃料油が製造できた。

添加剤調整燃料油による加水燃料の調整方法は次の通りである。
本発明による前述の添加剤調整燃料油に、水を混合させ攪拌することで、加水燃料を生成する。
攪拌時に空気が混入すると、爆発混合気を発する危惧があるので、空気の混入の皆無な攪拌が好ましい。

水の比率によって、生成燃料が液化したりゲル化したりする。また、水の比率が高すぎると、燃焼温度や燃焼カロリーの低下を生じる。例えば、ガスタービン用の燃料とする場合には、加水はボイラー用給水とすることが好ましい。
なお、添加剤の原料の混合比が十分適切でなかった場合や、添加剤の反応が十分に促進しなかった場合には、加水後に白い沈殿物が生じることがあるが、燃焼には支障ない。

加水量は、燃焼効率や経済効率の点では、大まかな比率としては下記の値が目安として利用できる。
水：添加剤調整燃料油＝０．１〜０．８：１（容積）
より好ましくは、水：添加剤調整燃料油＝０．２〜０．６：１（容積）である。

（実施例）
加水燃料を製造した実施例は次の通りである。
図４のように、灯油１３リットル（容積７２％）に水５リットル（容積２８％）を混合攪拌することで、加水燃料が製造できた。

図５は、加水燃料の均一度を示す実験結果の写真である。
左のビーカーから右へ向かうほど、添加剤の割合が高く、灯油と水と添加剤の比率は、それぞれ、灯油：水：添加剤＝６３％：３１％：６％、５９％：２９％：１２％、５６％：２７％：１７％、５３％：２６％：２１％である。
一般に、油水の混合率や添加剤の添加率に応じて、加水燃料の様相が変化する。しかし、本発明による加水燃料では、加水の割合によって白濁が進行して透過度が減少するが、２層に分離したり、粒状の分離もなく、油水が均一な混合状態が保たれた。また、この均一状態は、長期間安定して維持された。

本発明によると、さまざまな燃料、例えば、温風ボイラー、温水ボイラー、蒸気ボイラーなどの各種ボイラーや、発電機、農業機械、自動車、船舶などのディーゼルエンジンの燃料として実用的であり、産業上利用価値が高い。

加水燃料を生成する流れを示す説明図添加剤を製造する実施例を示す説明図添加剤調整燃料油を製造する実施例を示す説明図加水燃料を製造する実施例を示す説明図ビーカー内の加水燃料の差異を示す実験結果写真

Claims

燃料油に添加して、油水が分離することなく均一な混合状態である加水燃料、または、その加水前の調整燃料油を生成するために用いる添加剤の製造方法であって、
リノール酸、γ-リノレン酸、ジホモ-γ-リノレン酸、オレイン酸、またはそのエステルの群から選択される脂肪酸類に、メタノール、エタノール、エチレングリコールの群から選択されるアルコール類を溶解させて、中間生成物１を生成するステップと、
中間生成物１に界面活性剤を加えて、中間生成物２を生成するステップと、
中間生成物２にモノエタノールアミン、イソプロパノールアミン、ｎ−プロパノールアミン、またはその誘導体の群から選択されるアミン化合物のみまたはそのアミン化合物及びエチレングリコールを加えて、中間生成物３を生成するステップと、
最後に、中間生成物３にアンモニア水またはアンモニアガスを加えて、所望の添加剤を生成するステップと、を有し、
脂肪酸類、アルコール類、界面活性剤、アミン化合物、アンモニア水またはアンモニアガスの混合比を、１：１．０〜１．５：０．３〜０．７：０．３〜０．９：０．００１〜０．７（ｍｏｌ濃度）、より好ましくは、１：１．１〜１．４：０．４〜０．６：０．４〜０．８：０．００３〜０．２（ｍｏｌ濃度）とする
ことを特徴とする添加剤の製造方法。
燃料油が、ガソリン、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、原油植物油、動物油、廃油製紙排水黒液のいずれかである
請求項１に記載の添加剤の製造方法。
界面活性剤が、ポリオキシアルキレン分岐デシルエーテル、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレート、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミドのいずれかである
請求項１または２に記載の添加剤の製造方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法によって製造された添加剤であって、
原料として少なくとも、脂肪酸類、アルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール、アンモニア水またはアンモニアガスを有する
ことを特徴とする添加剤。
加水により加水燃料になり得る加水前の調整燃料油の製造方法であって、
請求項４に記載の添加剤を燃料油に加えて、所望の添加剤調整燃料油を生成するステップを有する
ことを特徴とする添加剤調整燃料油の製造方法。
添加剤、燃料油の混合比が、０．０３〜０．３：１（容積）、より好ましくは、０．０５〜０．２：１（容積）である
請求項５に記載の添加剤調整燃料油の製造方法。
請求項５または６に記載の製造方法によって製造された添加剤調整燃料油であって、
その原料として少なくとも、脂肪酸類、アルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール、アンモニア水またはアンモニアガス、燃料油を有する
ことを特徴とする添加剤調整燃料油。
加水燃料の製造方法であって、
請求項７に記載の添加剤調整燃料油に対して最後に水を加えて、所望の加水燃料を生成するステップを有する
ことを特徴とする加水燃料の製造方法。
水、添加剤調整燃料油の混合比が、０．１〜０．８：１（容積）、より好ましくは、０．２〜０．６：１（容積）である
請求項８に記載の加水燃料の製造方法。
請求項８または９に記載の製造方法によって製造された加水燃料であって、
その原料として少なくとも、脂肪酸類、アルコール類、界面活性剤、アミン化合物のみまたはアミン化合物及びエチレングリコール、アンモニア水またはアンモニアガス、燃料油、水を有する
ことを特徴とする加水燃料。