JP5866707B2 - 混合燃料の製造方法、及び鉱物油の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉱物油を含む混合燃料の製造方法、及び鉱物油の使用方法に関する。

近年の省エネルギー化の観点から、Ａ重油等の鉱物油に、他の成分を混合した混合燃料が着目されている。他方、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）の製造時に副産される廃グリセリンは、常温で高い粘性を有し、それ自身で液体燃料として使用されることは困難であることから、鉱物油と混合して混合燃料を製造するための成分の有望な候補である。

しかし、廃グリセリン等のグリセリン含有液を鉱物油と混合すると（以下、グリセリン含有液と鉱物油の混合物を「混合燃料」ともいう）、何らかの理由により、混合燃料中にゲルが形成され、混合燃料の送液が阻害されてしまうことが知られている。そこで、混合燃料を高圧で噴射するノズルを複数設置することで、ゲル形成による事態の悪化を回避する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−９１１９８号公報

しかし、特許文献１に示す技術では、特別な装置が必須であり、コストや汎用化について問題がある。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料中のゲル形成を簡便に抑制できる混合燃料の製造方法、及び鉱物油の使用方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料中のゲル生成が、十分量の良溶媒により抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

（１） 鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料を製造する方法であって、
前記鉱物油をグリセリン含有液と撹拌する工程と、
良溶媒を、前記混合燃料のゲル化を抑制する所定量で添加する工程と、を有する方法。

（２） 前記鉱物油及び前記グリセリン含有液を循環させ、前記撹拌を複数回に亘って行う（１）記載の方法。

（３） 前記良溶媒の少なくとも一部は、前記撹拌の前に添加する（１）又は（２）記載の方法。

（４） 前記所定量は、前記グリセリン含有液に対し７質量％超になる量である（１）から（３）いずれか記載の方法。

（５） 前記所定量は、前記グリセリン含有液に対し７質量％超である（４）記載の方法。

（６） 前記グリセリン含有液は、界面活性物質を含む（１）から（５）いずれか記載の方法。

（７） 前記グリセリン含有液は、バイオディーゼル燃料の製造で生成される廃グリセリンである（１）から（６）いずれか記載の方法。

（８） 前記グリセリン含有液に含まれる前記良溶媒の量を検出し、その検出値に基づき、前記所定量を調節する工程を更に有する（１）から（７）いずれか記載の方法。

（９） 鉱物油から、（１）から（８）いずれか記載の方法で混合燃料を製造する工程と、
前記混合燃料を霧化して燃焼する工程と、を有する鉱物油の使用方法。

（１０） 鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料におけるゲル化抑制のための良溶媒の使用。

（１１） 良溶媒からなる、鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料におけるゲル化抑制剤。

本発明によれば、混合燃料のゲル化を抑制する所定量で良溶媒を添加することで、鉱物油及びグリセリン含有液の撹拌による混合燃料中のゲル生成を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る混合燃料の製造方法を行うシステムの概略構成図である。 本発明の一実施例に係る混合燃料の製造方法を行う調製系の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る混合燃料の製造方法を行うシステム１０の概略構成図である。システム１０は、混合燃料を調製する調製系２０、及び調製された混合燃料を霧化して燃焼させる燃焼系９０を備える。各要素の詳細を以下説明する。

調製系２０は、鉱物油供給系３０、グリセリン含有液供給系４０、良溶媒供給系５０、混合系６０を備える。鉱物油供給系３０から供給される鉱物油、グリセリン含有液供給系４０から供給されるグリセリン含有液、良溶媒供給系５０から供給される良溶媒が混合系６０により混合されることで、混合燃料が製造される。

鉱物油供給系３０は、鉱物油収容槽３１を有し、この鉱物油収容槽３１に収容された鉱物油は、鉱物油供給路３３を通じ、混合系６０に供給される。鉱物油は、燃料に使用し得るものであれば特に限定されず、例えば、炭化水素系の重油（Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油）、軽油、灯油であってよい。中でも、Ａ重油は、引火点が６０℃以上、動粘度（５０℃）が２０ｃＳｔ（ｍｍ２／ｓ）以下、流動点が５℃以下、残留炭素分が４質量％以下、水分が０．３体積％以下、灰分が０．０５質量％以下、硫黄分が２．０質量％以下である。

グリセリン含有液供給系４０は、グリセリン含有液槽４１を有し、このグリセリン含有液槽４１に収容されたグリセリン含有液は、グリセリン含有液供給路４３を通じ、混合系６０に供給される。グリセリン含有液供給路４３の途中には弁４５が設けられており、弁４５の開度に応じた量のグリセリン含有液が流通する。グリセリン含有液の流量は、グリセリン含有液供給路４３に設けられた流量計４４により測定され、適性値であることを監視される。また、本実施形態では、グリセリン含有液供給路４３に後述の送液ポンプ５５が設けられている。

グリセリン含有液は、特に限定されず、グリセリンを含む任意の液体であってよい。特に限定されないが、界面活性物質を含むものであってもよい。界面活性物質は、グリセリン含有液が鉱物油とともに撹拌されたときに、混合燃料中にゲルを生成する一因と考えられる。本発明では、そのようなグリセリン含有液を用いても、後述の所定量の良溶媒により、ゲル生成を抑制することができる。なお、グリセリン含有液は、鉱物油とともに撹拌された際にゲルを生じる限りにおいて、界面活性物質を含むものに限定されない。

界面活性物質を含むグリセリン含有液としては、特に限定されないが、例えば、バイオディーゼル燃料の製造で生成される廃グリセリンが挙げられる。廃グリセリンは、グリセリンの他にも界面活性物質等の種々の成分を含有しており、特にゲル生成しやすい性質を有するため、本発明で使用されることが特に有用である。

鉱物油に対するグリセリン含有液の混合比率（グリセリン含有液／鉱物油）は、特に限定されないが、３／７（質量比）以下、２．５／７．５（質量比）以下であることが通常である。

本実施形態では、グリセリン含有液槽４１内のグリセリン含有液における良溶媒の量を検出する検出器（図示せず）が設けられており、この検出器による検出値に基づき、後述の送液ポンプ５４の出力が制御され、良溶媒の供給量が調節される。これにより、良溶媒の浪費を抑えつつ、ゲル生成を抑制することができる。特に、グリセリン含有液が元来良溶媒を含む場合もあり、その含有量が変動する場合もあるが、そのような場合に、上記工程は有用である。

グリセリン含有液槽４１内の良溶媒の量は、直接測定してもよく、あるいはグリセリン含有液の一部を採取し、蒸留等により揮発する良溶媒の量から間接的に求めてもよい。

良溶媒供給系５０は、良溶媒含有槽５１を有し、この良溶媒含有槽５１に収容された良溶媒は、良溶媒供給路５３を通じ、混合系６０に供給される。良溶媒供給路５３の途中には送液ポンプ５４が設けられており、送液ポンプ５４により良溶媒供給路５３内の良溶媒が撹拌される。

本実施形態では、良溶媒供給路５３がグリセリン含有液槽４１に連通されている。このため、良溶媒はグリセリン含有液槽４１にてグリセリン含有液と混合され、送液ポンプ５５で撹拌された後に混合系６０へと供給される。これにより、グリセリン含有液が良溶媒と十分に混合した後、鉱物油と接触し撹拌されるため、ゲル生成をより抑制することができる。

なお、良溶媒供給路５３は、これに限られず、鉱物油供給路３３又はグリセリン含有液供給路４３に連通されてもよく、また複数の個所に連通されてもよい。いずれの場合においても、良溶媒の少なくとも一部は、鉱物油及びグリセリン含有液の撹拌の前（つまり、後述の送液ポンプ６３より上流側）に添加することが好ましい。これにより、撹拌で生じるゲルの生成を予防しやすい。ただし、良溶媒は、鉱物油及びグリセリン含有液の撹拌の後に添加してもよい。

良溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール（ノルマル、イソ）、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等の異性体を含む低級アルコール、ビニルアルコール、アリルアルコール等の異性体を含む不飽和アルコール、エチレン、プロピレン、ブチレン等の多価アルコール、アセトン、アセチルアセトン等のケトン類、アセトアルデヒド等の１種又は２種以上であってよい。なお、混合燃料中のゲルの生成は、次のようなプロセスで起こるものである。混合燃料の撹拌時に巻き込まれる微細な気泡と、グリセリン含有液中に存在する微量の水分とを核とし、界面活性物質等が気泡面に吸着、析出して安定な微細粒子となり、その微細粒子が互いに凝集して巨大化し、鉱物油と混練状態のゲルが生成される。所定量の良溶媒を添加すると、グリセリン含有液と鉱物油とに対する界面活性物質の溶解性が高まるので、撹拌で気泡が混入しても、界面活性物質の気泡界面への吸着、析出が生じにくくなる。これにより、微細粒子が形成されなくなり、ゲルの生成が抑制されるものと推測される。

良溶媒は、混合燃料のゲル化を抑制する所定量で添加される。この所定量は、ゲル生成のされやすさ（特に、混合燃料の撹拌の程度）に応じて適宜設定されるべきであり、通常、グリセリン含有液に対し７質量％超になる量であることが好ましい。より好ましくは、１０質量％以上になる量である。グリセリン含有液に対し７質量％超になる量とは、グリセリン含有液に元来含まれる良溶媒と合算し、グリセリン含有液に対し７質量％超になる量である。より具体的には、グリセリン含有液に対し２０質量％以下になる量が好ましい。なお、この態様において使用されるグリセリン含有液は、良溶媒を７質量％以下、６質量％以下、５質量％以下、４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下、１質量％以下の量で元来含むものである。

また、所定量は、グリセリン含有液に対し７質量％超であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以上である。これにより、グリセリン含有液が元来含む良溶媒の量にかかわらず、ゲル生成を常に抑制することができる。また、この態様は、グリセリン含有液中の良溶媒の量の検出を省略できる点でも有利である。より具体的には、グリセリン含有液に対し２０質量％以下である量が好ましい。

混合系６０は合流路６１を有し、この合流路６１内を鉱物油及びグリセリン含有液が流通する。合流路６１には、電磁式バルブ６１３が設けられており、この電磁式バルブ６１３の出力に応じた量の液体が合流路６１を流通する。合流路６１内の流量は、後述の回収路６５から回収された混合燃料の量によっても変動するため、流量計６１１により監視されている。

電磁式バルブ６１３の下流には、送液ポンプ６３が設けられており、この送液ポンプ６３は、合流路６１を流通する鉱物油及びグリセリン含有液を撹拌する。撹拌して調製される混合燃料は、圧力計６３１を経て後述のノズル９３へと供給される。この供給量は、送液ポンプ６３の下流に設けられた弁６３３の開度に応じて調節される。

後述の通り、ノズル９３に供給された混合燃料のうち使用されなかったものは、回収路６５を通じて混合系６０に戻り、循環させられる。回収路６５の途中には弁６５１が設けられており、この弁６５１の開度により回収量を調節できる。この間、混合燃料の性能を維持するためには、鉱物油及びグリセリン含有液の混合状態を保持する必要がある。そこで、送液ポンプ６３の下流において合流路６１から分岐した分岐路６４が設けられ、この分岐路６４は送液ポンプ６３の上流に連通する。これにより、合流路６１を流通する鉱物油及びグリセリン含有液は、複数回に亘って送液ポンプ６３で撹拌される。複数回に亘る撹拌はゲルを生成しやすくする点で従来問題であったが、本発明では特に問題にならない。なお、分岐路６４には安全弁６４１が設けられており、この安全弁６４１は、圧力が過剰に増加したとき等に、圧力を低下させる。

電磁式バルブ６１３の下流において、合流路６１から分岐路６６が分岐する。この分岐路６６は、回収路６５に合流された後、流量計６１１と電磁式バルブ６１３との間、及び流量計６１１の上流へと連通する。また、分岐路６６には弁６６１，６６３が設けられており、弁６６１，６６３の開度に応じた量の混合燃料が、流量計６１１及び電磁式バルブ６１３へと供給される。

燃焼系９０は、バーナ９１、ノズル９３、及びブロア９５を有する。合流路６１からノズル９３に供給された混合燃料は、ブロア９５からの風により、霧化されてバーナ９１から噴射され、燃焼させられる。混合燃料中にゲルが生成していると、霧化が阻害されてしまう。本発明では、ゲル生成が抑制されているため、混合燃料を霧化して燃焼することが好適に行われる。この燃料燃焼は、加熱や乾燥（例えば骨材の乾燥）等の種々の用途に好適に使用される。バーナ９１から噴霧されなかった混合燃料は、ノズル９３から回収路６５を通じて、混合系６０の分岐路６６へと回収され、再利用させられる。

以上、本発明の一実施形態に係る混合燃料の製造方法を行うシステム１０を説明したが、システムの構成は、本発明の方法が実施可能である限りにおいて、特に限定されない。

本発明の一実施例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施例に係る混合燃料の製造方法を行う調製系２０Ａの概略構成図である。

バイオディーゼル燃料の製造で生成される廃グリセリンに含まれる低沸点アルコールを揮発させて消失させた後、イソプロパノール（良溶媒）を表１に示す量で添加した。次に、鉱物油供給系３０Ａの鉱物油収容槽３１に収容された１５ＬのＡ重油（鉱物油）に各液を添加しながら、流量計６１１での測定流量が３０００Ｌ／ｈとなるように、送液ポンプであるスクリューポンプ６３、及び圧力計６３１を経て送出した。各液を、各液／Ａ重油の比率で３／７（質量比）になるまで添加した後、弁６３３の開度を調節することで、分岐路６４Ａの循環流量が約３０００Ｌ／ｈ、本流の循環流量（つまり、流量計６１１での測定値）が約２００Ｌ／ｈになるようにした。この時点から表１に示す時間経過した時点で、鉱物油収容槽３１内の液体を一部採取し、混合燃料の安定性をゲル生成の有無から評価した。

表１に示されるように、良溶媒の添加量がグリセリン含有液に対し５質量％又は７質量％の量で添加した場合には、混合燃料中のゲル生成を十分に抑制できなかったのに対し、１０質量％の量で添加した場合には、長時間に亘り、ゲル生成を抑制できた。これにより、良溶媒を適切な量で添加することで、混合燃料中でのゲル生成を抑制できることが分かった。なお、良溶媒の必要な添加量は、混合燃料の撹拌の程度、グリセリン含有液中の元来の良溶媒等によって異なるため、グリセリン含有液に対し１０質量％以上の量には限定されない。

１０ システム
２０ 調製系
３０ 鉱物油供給系
３１ 鉱物油収容槽
３３ 鉱物油供給路
４０ グリセリン含有液供給系
４１ グリセリン含有液槽
４３ グリセリン含有液供給路
４４ 流量計
４５ 弁
５０ 良溶媒供給系
５１ 良溶媒含有槽
５３ 良溶媒供給路
５４ 送液ポンプ
５５ 送液ポンプ
６０ 混合系
６１ 合流路
６１１ 流量計
６１３ 電磁式バルブ
６３ 送液ポンプ
６３１ 圧力計
６３３ 弁
６４ 分岐路
６４１ 安全弁
６５ 回収路
６５１ 弁
６６ 分岐路
６６１，６６３ 弁
９０ 燃焼系
９１ バーナ
９３ ノズル
９５ ブロア

Claims (11)

1. 鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料を製造する方法であって、
   前記鉱物油をグリセリン含有液と撹拌する工程と、
   前記鉱物油及び前記グリセリン含有液に対する良溶媒を、前記混合燃料のゲル化を抑制する所定量で添加する工程と、を有する方法。
2. 前記鉱物油及び前記グリセリン含有液を循環させ、前記撹拌を複数回に亘って行う請求項１記載の方法。
3. 前記良溶媒の少なくとも一部は、前記撹拌の前に添加する請求項１又は２記載の方法。
4. 前記所定量は、前記グリセリン含有液に対し７質量％超になる量である請求項１から３いずれか記載の方法。
5. 前記所定量は、前記グリセリン含有液に対し７質量％超である請求項４記載の方法。
6. 前記グリセリン含有液は、界面活性物質を含む請求項１から５いずれか記載の方法。
7. 前記グリセリン含有液は、バイオディーゼル燃料の製造で生成される廃グリセリンである請求項１から６いずれか記載の方法。
8. 前記グリセリン含有液に含まれる前記良溶媒の量を検出し、その検出値に基づき、前記所定量を調節する工程を更に有する請求項１から７いずれか記載の方法。
9. 鉱物油から、請求項１から８いずれか記載の方法で混合燃料を製造する工程と、
   前記混合燃料を霧化して燃焼する工程と、を有する鉱物油の使用方法。
10. 鉱物油とグリセリン含有液とを含む混合燃料におけるゲル化抑制のための、前記鉱物油及び前記グリセリン含有液に対する良溶媒の使用。
11. 鉱物油及びグリセリン含有液に対する良溶媒からなる、前記鉱物油と前記グリセリン含有液とを含む混合燃料におけるゲル化抑制剤。
    

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