JPH08277396A

JPH08277396A - 重質油の燃焼方法

Info

Publication number: JPH08277396A
Application number: JP8036995A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Asamori; 勝彦朝守; Masanori Iizuka; 正則飯塚; Takao Taniguchi; 高雄谷口; Sayuri Tamaoki; さゆり玉置
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【構成】 25℃における粘度が 300cP以上の重質油を、
下記の（１）及び（２）の条件で乳化し、且つエマルジ
ョンの粒子径と見かけ粘度を特定の範囲に制御すること
によって、 100℃／秒以上の条件で急速加熱することに
より水蒸気爆裂現象を発生しうる水中油滴型重質油エマ
ルジョンを生成させ、該エマルジョンを60℃以上に予備
加熱した後、燃焼させることを特徴とする重質油の燃焼
方法。（１）ＨＬＢ＝13〜18の非イオン性界面活性剤を使用す
ること（２）イオン性界面活性剤をエマルジョン全体に対して
0.1重量％以上含有させないこと【効果】排ガス中に多量の大気汚染物質を放出してき
た燃焼性の悪い重質油をクリーンに燃焼させることが可
能であり、従来有効に利用されていなかった重質油を、
他の石油系流体燃料と同様に利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重質油の改善された燃焼
方法に関する。さらに詳しくは、重質油を水および特定
の非イオン性界面活性剤により水中油滴型重質油エマル
ジョンとして、エマルジョン粒子径、および粘度を特定
の範囲に制御して、さらに予備加熱後に燃焼させること
で、重質油の燃焼排ガス中の大気汚染物質を低減させる
燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
一次エネルギー源として最も多量に使用されてきた石油
が、その埋蔵量の限界やそれに伴う価格の高騰が起こっ
ており、石油代替エネルギーの開発が要請されている。
また、一方では地球環境に対する関心が高まり、燃焼排
気ガスのクリーン化も社会の要請として高まっている。
このような背景から、新たな化石燃料として、オイルサ
ンド、ビチューメン、さらに石油の蒸留残査やアスファ
ルト等の重質油の燃料化が検討されている。しかしなが
ら、これらの重質油は通常減圧蒸留残分である 420℃以
上の重質留分を約60重量％以上含有する油状物質で、そ
のままでは流動しないか、または数万センチポイズ以上
の高粘性を有している。そのため、燃料として使用する
には、 180〜200 ℃という高温にしないとハンドリング
や霧化などが困難であり、また燃焼ボイラーの配管など
の閉塞トラブルを起こし易く極めて使用しにくい燃料で
ある。このような高粘性の重質油を常温においても流動
性をもたせる方法としては、水中油滴型エマルジョンと
することが有効である。

【０００３】又、Ｃ重油にはアスファルテンなど燃焼性
の悪い成分が含まれており、燃焼時には大気汚染物質で
ある、煤塵や窒素酸化物を多量に放出する。環境面への
影響は重大でありこのままでは燃料としての使用を抑制
せざるを得なくなることも考えられる。

【０００４】この様な状況を鑑みると、重質油をクリー
ンに燃焼させる技術を開発することが重要であると考え
られる。

【０００５】水中油滴型エマルジョンを燃焼させる場
合、油滴が水膜に包まれているため、着火性が悪く、ま
た未燃焼分が増加するという問題があった。しかし、水
は種々の効果により燃焼面でプラスに働くという報告も
ある。

【０００６】第１番目の効果は、含まれる水が燃焼時に
急速に加熱され、沸騰、気化する際に周囲の油分を飛散
させ、噴霧液滴を二次的に微粒化することで、燃焼性が
向上するという効果である。この現象を水蒸気爆裂によ
る液滴の二次微粒化という。二次微粒化により、空気と
の接触面積が増大し、燃焼速度が大きくなり排ガス中の
煤塵が減少する。またボイラーなどで炉の中央部に形成
される高温の燃焼場を分散させて燃焼温度を低下させる
ことで、排ガス中の窒素酸化物、NO_xの低減が期待でき
る。何故ならNO_xは燃焼時の高温条件下で空気中の窒素
および燃料中の窒素化合物が酸化されて各々、サーマル
NO_xおよびヒューエルNO_xとして生成するからである。

【０００７】水による燃焼改善効果の２番目として、水
の蒸発潜熱による燃焼温度低下で、NO_xが低減されると
いう効果である。３番目は未燃焼分として残る炭素質物
質と水との間で起きる水性ガス反応による効果である。
これにより未燃焼分が低減できる可能性がある。

【０００８】これらのうち２番目と３番目は燃焼場にあ
る程度の水が存在すれば、ほとんど大差なく改善効果が
得られるものと考えられる。しかし、水蒸気爆裂効果は
どんなエマルジョンでも発生するものではなく、エマル
ジョンによってはかえって燃焼性を悪化させることもあ
るし、充分な改善が達成されないままになることが予測
される。

【０００９】例えば、特開昭53−104434号公報には、エ
マルジョン粒子径とエマルジョン粘度をコントロールす
ることで、水の急膨脹力で噴霧液滴を細分化し、排ガス
中の煤塵とNO_xを低減する燃焼方法が開示されている。

【００１０】また、特表昭63−501578号公報では、水中
油滴型重質油エマルジョンを燃焼させる時に少なくとも
60℃に予備加熱することで、微粒子物質を減らせるとし
ている。

【００１１】しかし、これらの方法は水の燃焼改善効果
を充分に引き出しているとは言えない。すなわち水蒸気
爆裂による燃焼改善効果を充分に享受するには、使用す
る界面活性剤を厳選し、エマルジョン粒子径やエマルジ
ョン粘度を特定の範囲に制御することではじめて達成で
きる。特に界面活性剤の選択は、水蒸気爆裂を活発に発
生させるための重要な因子であり、さらにその中で粒子
径と粘度を最適化することでより活発に発生させること
が可能であることが、本発明者等の研究により明らかと
なった。

【００１２】従って、本発明の目的は水蒸気爆裂を活発
に起こすエマルジョン燃料を設計し、重質油をクリーン
に燃焼させる方法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は水蒸気爆裂
の発生メカニズムを解明することで、より効果的に水蒸
気爆裂を起こすエマルジョン燃料を設計し、排ガス中の
煤塵とNO_xを同時に、しかも大幅に低減することに成功
した。

【００１４】すなわち、本発明は、25℃における粘度が
300cP以上の重質油を、下記の（１）及び（２）の条件
で乳化し、且つエマルジョン粒子の平均粒径を３〜15
μ、エマルジョンの見かけ粘度を 350〜600cP （せん断
速度100s^-1）に調整することによって、 100℃／秒以上
の条件で急速加熱することにより水蒸気爆裂現象を発生
しうる水中油滴型重質油エマルジョンを生成させ、該エ
マルジョンを60℃以上に予備加熱した後、燃焼させるこ
とを特徴とする重質油の燃焼方法を提供する。（１）親水性親油性バランスＨＬＢ＝13〜18の非イオン
性界面活性剤を使用すること（２）イオン性界面活性剤をエマルジョン全体に対して
0.1重量％以上含有させないこと。

【００１５】従って、これにより重質油の燃焼に伴って
排出される排ガス中の大気汚染物質を大幅に低減でき
る。

【００１６】本発明におけるエマルジョンは水中油滴型
であり、（ａ）重質油、（ｂ）水および（ｃ）ＨＬＢが
13〜18の非イオン性界面活性剤からなるものである。エ
マルジョン中の（ａ）と（ｂ）の配合比（重量基準）
は、（ａ）：（ｂ）＝60〜85：15〜40が好ましく、エマ
ルジョン中の（ｃ）の配合量は、（ａ）と（ｂ）との合
計 100重量部に対して0.1 〜１重量部が好ましい。さら
にエマルジョンの貯蔵安定性を改良するために安定化剤
として、水溶性高分子をさらに配合してもよい。

【００１７】ここで添加剤の選択が、如何に水蒸気爆裂
の発生に影響を及ぼすかについて、水蒸気爆裂発生のメ
カニズムから説明する。

【００１８】油中水滴型エマルジョンの場合は、液滴の
加熱に伴って内部に分散している水滴が過熱され、ある
時点で水の水蒸気化が起きて、その時の体積膨張により
周囲の油を吹き飛ばすことが考えられる。水中油滴型で
水蒸気爆裂が起きるためには、加熱される過程で、液滴
内部に水が油によって閉じ込められる必要がある。

【００１９】本発明者等の解析によれば、本発明の水中
油滴型重質油エマルジョンは、水が液滴表面から蒸発す
るとすみやかに表面に油の皮膜（以降、シェルと呼ぶ）
が形成され、それにより水の蒸発が一旦停止することが
判った。このシェルは高温時に界面活性能が低下する非
イオン性界面活性剤で製造したエマルジョンで形成され
やすい。非イオン性界面活性剤は、アルコール、フェノ
ールまたはアミン等活性水素を有する化合物にアルキレ
ンオキシドを付加したものが一般的に使われるが、これ
らは高温になると、アルキレンオキシド鎖と水分子との
相互作用が弱まり親水性が低下し、水中に溶けて存在で
きなくなる。つまり高温時には、水中油滴型エマルジョ
ンを維持できなくなり、この結果、油と水の分離が促進
されて、容易にシェルが形成されるものと考えられる。

【００２０】逆に、イオン性界面活性剤を使用したエマ
ルジョンではその界面活性能が高温においても維持され
るため、シェルを形成できないことも確認できている。

【００２１】さらに、イオン性界面活性剤を非イオン性
界面活性剤によって乳化した水中油滴型エマルジョンに
添加していくと、シェル形成に悪影響を及ぼすことも判
った。悪影響が認められるようになるイオン性界面活性
剤の含有量はエマルジョン全体の 0.1重量％である。

【００２２】よって、イオン性界面活性剤の含有量はエ
マルジョン全体に対して 0.1重量％を超えないようにす
べきである。ただし、水溶性高分子は界面張力を下げる
能力が小さく、シェル形成に対する阻害がないものであ
り、本発明のエマルジョン燃料中に、安定性の向上を目
的に、必要ならば 0.1重量％を超えて使用することがで
きる。しかし、水溶性高分子を２重量％を超えて使用し
てもそれ以上の改良効果は得られない。

【００２３】また、更なる安定性向上を目的として、多
価アルコールの配合もできる。例えば、グリセリン、ポ
リグリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコ
ール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ソルビトール、グルコース等である。エマルジョン
中の多価アルコールの配合量は 0.1〜10重量％が好まし
い。少ないと安定性向上効果が得られないし、10重量％
以上にしてもそれに見合った効果が得られない。

【００２４】本発明で使用される重質油には、下記のも
のが含まれる。（１）Ｃ重油（２）石油系アスファルト類およびその混合物（３）石油系アスファルト各種処理物、その中間品、残
渣およびそれらの混合物（４）石油系タールピッチおよびその混合物（５）ビチューメン類、天然アスファルト、オリノコタ
ール（６）各種潤滑油の廃油これらのうち、25℃における粘度が 300cP以上の重質油
が使用できる。

【００２５】本発明で使用できる非イオン性界面活性剤
としては、水中油滴型エマルジョンを調整するためにＨ
ＬＢ＝13〜18のものが使用される。ＨＬＢがこの範囲以
外のものは、適当なエマルジョンが製造できない。本発
明で使用されるＨＬＢ＝13〜18の非イオン性界面活性剤
には、下記のものが含まれる。＜ＨＬＢ＝13〜18の非イオン性界面活性剤の例示＞ i) フェノール、クレゾール、ブチルフェノール、オク
チルフェノール、ノニルフェノール、ジノニルフェノー
ル、ｐ−クミルフェノール、ビスフェノールＡなどのフ
ェノール化合物のアルキレンオキシド付加物。 ii) フェノール、クレゾール、ブチルフェノール、オク
チルフェノール、ノニルフェノール、ジノニルフェノー
ル、スチレン化フェノール、ベンジル化フェノールなど
のフェノール化合物のホルムアルデヒド縮合物のアルキ
レンオキシド付加物。縮合度は 1.2〜100 、好ましくは
２〜20である。 iii) 炭素数８〜50の一価脂肪族アルコールのアルキレ
ンオキシド付加物。アルコールとしてはオクタノール、２−エチルヘキサノ
ール、ノナノール、デカノール、イソデカノール、ウン
デカノール、ラウリルアルコール、トリデカノール、テ
トラデカノール、ヘキサデカノール、オクタデカノー
ル、オキソ法による合成アルコールなどが挙げられる。

【００２６】iv) 炭素数８〜50の脂肪族アミンのアルキ
レンオキシド付加物。 v) 炭素数８〜50の脂肪酸のアルキレンオキシド付加
物。脂肪酸としては、カプリル酸、カプリン酸、ウンデカン
酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステア
リン酸、アラキン酸、ベヘン酸、セロチン酸、モンタン
酸、メリシン酸などの直鎖飽和脂肪酸、リンデル酸（ci
s-4-ドデセン酸）、テトラデセン酸、パルミトレイン
酸、オクタデセン酸、オレイン酸、エライジン酸、エイ
コセン酸、エルカ酸などの不飽和脂肪酸、炭素数16〜20
の不飽和脂肪酸のダイマー酸およびオリゴマー酸、トー
ル油脂肪酸、トール油脂肪酸のダイマー酸およびオリゴ
マー酸などが挙げられる。

【００２７】vi) 炭素数８〜50のポリカルボン酸と炭素
数１〜18のアルコールの部分エステルのアルキレンレオ
キシド付加物。ポリカルボン酸としては、２−メチルノナン二酸、セバ
シン酸、１，10−デカン二酸、ブラシル酸（トリデカン
二酸）、ペンタデカン二酸、エイコサン二酸、２，４，
４−トリメチルアジピン酸、炭素数16〜20の不飽和脂肪
酸のダイマー酸およびオリゴマー酸、アルコールとして
は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−
ブタノール、イソブタノール、アミルアルコール、イソ
アミルアルコール、ヘキシルアルコール、２−メチルペ
ンタノール、ヘプタノール、オクタノール、２−エチル
ヘキサノール、ラウリルアルコール、ステアリルアルコ
ール、イソステアリルアルコール、オキソ法による合成
アルコールなどの二級アルコール、 sec−ブタノール、
メチルイソブチルカルビトール、ペンタン−２−オール
などの二級アルコール、tert−ブタノールなどの三級ア
ルコールなどが挙げられる。

【００２８】vii) アルキレンオキシドのブロック又は
ランダム付加重合物。 viii) 多価アルコールのアルキレンオキシド付加物。 ix) 多価アルコールと炭素数８〜18の脂肪酸とのエステ
ルのアルキレンオキシド付加物。多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピ
レングリコール、1,2 −ブタンジオール、1,3 −ブタン
ジオール、1,4 −ブタンジオール、ネオペンチルグリコ
ール、ヘキシレングリコールおよびこれらの縮合体など
の２価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパ
ンなどの３価アルコール、ペンタエリスリトール、ソル
ビトール、ショ糖、ポリグリセリンなどが挙げられる。 x) エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、ポリ
エチレンイミン（分子量500〜１万）などの活性水素を
有する多価アミンのアルキレンオキシド付加物。 xi) トリグリセライド型油脂１モルと多価アルコール及
び／又は水0.1 〜５モルとの混合物に、アルキレンオキ
シドを付加反応させた生成物。

【００２９】本発明で使用できる水溶性高分子には、下
記のものが含まれる。＜使用できる水溶性高分子の例示＞ i) ナフタリン、メチルナフタリン、アルキルナフタリ
ン、オクチルフェノール、ノニルフェノール、ジノニル
フェノール、長鎖アルキルフェノール、長鎖アルキルベ
ンゼンなどの芳香族化合物のスルホン酸又はスルホン酸
塩のホルムアルデヒド縮合物。好ましくは、ホルムアル
デヒドの平均縮合度は 1.2〜100 である。 ii) リグニンスルホン酸又はその塩、又はその誘導体、
リグニンスルホン酸とナフタリン、アルキルナフタリン
などの芳香族化合物のスルホン酸とのホルムアルデヒド
縮合物又はその塩。好ましくは、ホルムアルデヒドの平
均縮合度は1.2 〜100 である。 iii)ポリスチレンスルホン酸又はその塩、スチレンスル
ホン酸と他の共重合性モノマーとの共重合体又はその
塩。好ましくは分子量は1000〜50万である。 iv) ジシクロペンタジエンスルホン酸重合体又はその
塩。好ましくは分子量は1000〜50万である。

【００３０】尚、上記i)〜iv) の化合物について、塩と
してはアンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタノ
ールアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン
などの低級アミン、リチウム、ナトリウム、カリウムな
どのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、バリウ
ムなどのアルカリ土類金属の塩が挙げられる。

【００３１】v) 以下の表１に示す分子量１万以上の水
溶性高分子。

【００３２】

【表１】

【００３３】本発明で 0.1重量％以上配合できないイオ
ン性界面活性剤は以下のものが挙げられる。＜使用できるアニオン性界面活性剤の例示＞ i) 液状ポリブタジエンのマレイン化物及びその塩。好
ましくは液状ポリブタジエンの分子量は1000〜50万であ
る。 ii) 炭素数４〜18のアルコール又はそのアルキレンオキ
シド付加物の硫酸エステル塩。少なくとも１つの炭素数
４〜12のアルキル基を持つアルキルフェノール又はその
アルキレンオキシド付加物の硫酸エステル塩。 iii)炭素数４〜18のアルカンスルホン酸、アルケンスル
ホン酸、アルキルアリールスルホン酸又はヒドロキシア
ルカンスルホン酸及び／又はその塩。 iv) 活性水素を少なくとも１個有する化合物のアルキレ
ンオキシド付加物の硫酸化物又はリン酸エステル化物及
びそれらの塩。 v) スルホコハク酸塩の炭素数４〜22の飽和又は不飽和
脂肪酸エステル誘導体。 vi) アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸又はその
塩。好ましいアルキル基は炭素数８〜18のアルキル基で
ある。 vii)ロジン酸又はその塩、トール油脂肪酸又はその塩。 viii) 炭素数８〜18のアルカン又はアルケン脂肪酸塩。 ix) 下記の一般式(1) で表されるα−スルホ脂肪酸エス
テル塩。

【００３４】

【化１】

【００３５】（但し、R₁は炭素数６〜22のアルキル基又
はアルケニル基、R₂は炭素数１〜22のアルキル基、M は
１価又は２価の金属原子、NH₄あるいは有機アミン、a
は１又は２を示す。）尚、上記i)〜ix) の化合物につい
て、塩としてはアンモニウム、モノエタノールアミン、
ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチ
ルアミンなどの低級アミン、リチウム、ナトリウム、カ
リウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウ
ム、バリウムなどのアルカリ土類金属の塩が挙げられ
る。

【００３６】＜使用できるカチオン性界面活性剤及び両
性界面活性剤の例示＞ i) 炭素数４〜18のアルキル及び／又はアルケニルアミ
ンを無機酸又は有機酸で中和したアルキル及び／又はア
ルケニルアミン塩。 ii) 下記式 (2)〜(4) で表される第４級アンモニウム
塩。

【００３７】

【化２】

【００３８】

【化３】

【００３９】

【化４】

【００４０】iii) 次式(5) で表されるアルキルベタイ
ン。

【００４１】

【化５】

【００４２】iv) 次式(6) で表されるアルキルアミンオ
キサイド。

【００４３】

【化６】

【００４４】v) 次式(7) で表されるアルキルアラニ
ン。

【００４５】

【化７】

【００４６】vi) 次式(8) 又は(9) で表されるポリアミ
ート。

【００４７】

【化８】

【００４８】vii) 次式(10)又は(11)で表されるポリア
ミン塩。 R₉NHC₃H₆NHX' (10) R₉NH(C₃H₆NH)₂X' (11) （但し、R₉は前記と同じ意味を有し、X'は無機酸又は有
機酸である。） viii) 次式(12)で表されるイミダゾリン型両性界面活性
剤。

【００４９】

【化９】

【００５０】ix) 次式(13)で表されるスルホベタイン型
両性界面活性剤。

【００５１】

【化１０】

【００５２】本発明で水中油滴型重質油エマルジョンを
製造するのに使用できる分散機は、剪断速度（翼周速度
／クリアランス）が 2,000〜100,000s^-1、好ましくは2
0,000〜100,000s^-1程度に相当する攪拌速度を与えられ
るもので、ホモミキサー、ホモジナイザー、ラインミキ
サー、マイルダー、スタティックミキサー、モーション
レスミキサー等の一般に使用されている乳化機や分散機
が使用できる。好ましくはホモミキサー、ラインミキサ
ーである。分散機の剪断速度が2,000s^-1未満であると、
得られるエマルジョンの平均粒径が数十ミクロンと大き
くなり、安定性が悪化する。またエマルジョンの平均粒
径としては数ミクロンであれば、安定性は充分満足でき
るものであり、剪断速度は100,000s^-1を超えると消費電
力が増加するだけで、経済的ではない。

【００５３】本発明において、水中油滴型重質油エマル
ジョンの平均粒径は３〜15μ、見かけ粘度は 350〜600c
P(せん断速度100s^-1）に調整することが好ましい。水中
油滴型重質油エマルジョンの平均粒径と見かけ粘度が上
記の範囲以外では、水蒸気爆裂の効果が充分ではない。

【００５４】また、本発明において、水中油滴型重質油
エマルジョンを燃焼させる際には、予め60℃以上の予備
加熱するのが好ましい。

【００５５】

【実施例】以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
らない。

【００５６】実施例１〜８及び比較例１〜６重質油として表２の性状を持ったＣ重油とアスファルト
を使い、表３の条件で水中油滴型重質油エマルジョンを
製造した。

【００５７】

【表２】

【００５８】

【表３】

【００５９】表３中に商品名で示した添加剤の内容は以
下の通りである。＜非イオン性界面活性剤＞・エマルゲン 910：ノニルフェノールエチレンオキシド
付加物、ＨＬＢ＝１２．２（花王（株）製）・エマルゲン９１３：ノニルフェノールエチレンオキ
シド付加物、ＨＬＢ＝14.5（花王（株）製）・エマルゲン 921：ノニルフェノールエチレンオキシド
付加物、ＨＬＢ＝16.4（花王（株）製）・エマルゲン 950：ノニルフェノールエチレンオキシド
付加物、ＨＬＢ＝18.2（花王（株）製）＜イオン性界面活性剤＞・ネオペレックス No6：ドデシルベンゼンスルホン酸ナ
トリウム（花王（株）製））・エマールＮＣ：ポリオキシエチレンアルキルフェニル
エーテル硫酸ナトリウム（花王（株）製）・ラテムルＰＳ：アルカンスルフォン酸ナトリウム（花
王（株）製）・アセタミン86：ステアリルアミンアセテート（花王
（株）製）＜安定化剤＞・ＣＭＣ1190：カルボキシメチルセルロース（ダイセル
化学工業（株）製）・マイティ 150：ナフタリンスルホン酸ナトリウムホル
ムアルデヒド縮合物（花王（株）製）。

【００６０】これらの重質油エマルジョンを用いて下記
に示す評価を行った。評価結果を表５に示す。

【００６１】（エマルジョン粒子径）堀場製作所製レー
ザー回折式粒度分布測定装置 LA-700 により測定した。

【００６２】（エマルジョン粘度）HAAKE 社製 Rotovi
sco RV12のローターにMV−Ｉを用いてせん断速度100s^-1
の粘度を取った。

【００６３】（水蒸気爆裂の評価）図１に示すように、
各種の条件で調整されたエマルジョン燃料の液滴、直径
約0.9mmのものを熱電対上に懸垂し、 800℃に加熱した
電気炉を上部から落下させて、液滴を急速加熱した。こ
の時の液滴の加熱速度は、図２に一例を示すように全て
100℃／秒以上であることを確認した。着火性および燃
焼状態を高速度ビデオカメラで撮影した。水蒸気爆裂の
発生の有無は、激しい火炎の広がりによって、容易に判
断できる。水蒸気爆裂を起こさないものは、傾向として
着火が遅く、火炎は小さく穏やかに燃焼し、燃えきるま
での時間も長くかかる。水蒸気爆裂を起こすものは、爆
裂と同時に着火し、着火遅れが短い。その後の燃焼状態
は火炎が激しく飛散し、大きく広がり、燃焼時間もかな
り短い。水蒸気爆裂の激しさは、火炎の投影面積の時間
当たりの増加割合を、画像解析により定量化した。

【００６４】水蒸気爆裂の強さの程度は下記の表４に示
す基準で評価した。

【００６５】

【表４】

【００６６】この中で、弱と中は従来レベルであり、強
と超強のレベルが従来技術に比べてより激しい水蒸気爆
裂の発生である。排ガス改善に対してもより効果的であ
り、これが本発明による技術向上である。

【００６７】

【表５】

【００６８】非イオン性界面活性剤で乳化したものは、
強い水蒸気爆裂が発生したが、比較例１と２に見るよう
に、ＨＬＢ＝13〜18の範囲外のものは中程度の強さであ
り、好ましくない。イオン性界面活性剤が 0.1重量％以
上配合された比較例３〜６は水蒸気爆裂を発生しなかっ
た。非イオン性のものに、水溶性高分子を加えた実施例
２、３および５〜７は強い水蒸気爆裂を起こし、これら
界面活性能の小さい高分子量のイオン性活性剤は水蒸気
爆裂に対して悪影響を与えないことが示された。また、
イオン性のものの配合量が0.08重量％と少ない実施例８
は強の水蒸気爆裂が起き、 0.1重量％以下の低添加であ
ればイオン性界面活性剤が使用できることが判る。

【００６９】実施例９〜16及び比較例７〜11 次にエマルジョン粒子径と粘度の水蒸気爆裂への影響に
ついて試験した。原料の重質油に表２のアスファルト
と、非イオン性界面活性剤のエマルゲン921 を用いて、
乳化条件を表６のように変化させて乳化した。これらの
重質油エマルジョンを用いて実施例１と同様の評価を行
った。評価結果を表７に示す。

【００７０】

【表６】

【００７１】

【表７】

【００７２】表７に示す結果から次のことが判る。エマ
ルジョン粒子の平均粒径は、小さすぎても大きすぎても
水蒸気爆裂を発生しにくくなる。つまり３〜15μの範囲
に最適領域が存在することが判る。粘度に関しては、 3
50〜600cP の範囲で激しい水蒸気爆裂を発生することが
判る。このようにエマルジョン物性を最適な範囲にコン
トロールすることで、水蒸気爆裂による排ガス改善効果
を充分に引き出すことが可能となる。

【００７３】実施例17、18及び比較例12、13 本発明の水中油滴型重質油エマルジョン燃料の燃焼排ガ
ス性状を、原料油であるＣ重油とアスファルトを対照に
して、以下に示す調整法によってエマルジョンを調製
し、以下に示すボイラー燃焼試験の比較を行った。結果
を表10に示す。

【００７４】（エマルジョンの調整法）表２の重質油を
用いて各々下記の表８に示す２種類の水中油滴型エマル
ジョンを調整した。

【００７５】

【表８】

【００７６】表８中に商品名で示した添加剤の内容は表
３と同様で、それ以外の商品名で示した添加剤の内容は
以下の通りである。＜非イオン性界面活性剤＞・エマルゲン 906：ノニルフェノールエチレンオキシド
付加物、ＨＬＢ＝10.8（花王（株）製）。

【００７７】Ｃ重油エマルジョン（実施例17と比較例1
2）の調整法は、次の通りである。５m³の攪はん槽に、
Ｃ重油、活性剤および水を所定量仕込み、40℃にて30分
間混合した。この攪はん槽と乳化機をラインで連結し、
循環乳化させた。乳化機には特殊機化工業（株）製のラ
インミキサーPL−2S型を用いた。ミキサー回転数は 300
0rpmにして、循環流量は1800リットル／ｈで、２時間循
環させた。得られたエマルジョンの分析結果は表９に示
す。

【００７８】アスファルトエマルジョンは図３に示す装
置を用いて、次の方法で調整した。すなわち原料油のア
スファルト(11)と活性剤水溶液(12)を各々90、80℃に調
整し、各々の供給ポンプ(13)(14)により予備混合機(15)
を経由して、PL−2S型のラインミキサー(16)に供給し
た。ミキサー回転数は2800rpm で行い、ミキサーを出た
後、水を供給ポンプ(18)により注入して、スタティック
ミキサー(19)で混合し濃度調整を行った。冷却器(20)を
経てエマルジョン(21)を得た。得られたエマルジョンの
分析結果は表９に示す。

【００７９】

【表９】

【００８０】（ボイラー燃焼試験方法）これらのエマル
ジョン燃料と原料油を、予備加熱温度を変えて燃焼試験
を実施した。使用したボイラーは横置円筒型二重壁水冷
式ボイラーで、内径 1.2ｍ×長さ3.3 ｍの、日本ファー
ネス工業（株）製のものである。バーナーは、蒸気噴霧
内部混合型（日本ファーネス工業（株）製）を使用し
た。燃料流量はＣ重油で 150リットル／ｈを標準とし、
他のものはこれと同じ燃焼熱量になるように調整した。
排ガス中の煤塵（JIS Z-8808) および窒素酸化物（JIS
K-0104) を測定し、水蒸気爆裂による燃焼改善効果を評
価した。

【００８１】

【表１０】

【００８２】表10に示すように、本発明の重質油エマル
ジョン燃料は、原料油と比較して排ガス中の煤塵とNO_x
を、同時に低減できている。実施例17では、煤塵とNO_x
が共に１／４低減されている。実施例18では、煤塵が１
／３に、NO_xが１／２に減少している。この改善効果は
本発明以外のエマルジョンでは達成できていない。

【００８３】

【発明の効果】本発明の燃焼方法によれば、排ガス中に
多量の大気汚染物質を放出してきた燃焼性の悪い重質油
をクリーンに燃焼させることが可能であり、従来一次エ
ネルギーとして有効に利用されていなかったビチューメ
ンやアスファルト等の重質油を、他の石油系流体燃料と
同様に利用できるというメリットは非常に大きいものと
考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において使用した水蒸気爆裂の発生の有
無を評価するための装置の概略図である。

【図２】実施例の水蒸気爆裂の評価において、液滴の加
熱速度を示すための液滴の温度変化の一例を示すグラフ
である。

【図３】実施例において使用したアスファルトエマルジ
ョンの製造工程を示すフロー図である。

【符号の説明】

１電気炉２高速度ビデオカメラ３石英ガラス窓４熱電対５液滴（直径0.9mm ) 11 アスファルト 12 水溶液 13 アスファルト供給ポンプ 14 水溶液供給ポンプ 15 予備混合機 16 ラインミキサー 17 水または安定化剤水溶液 18 水または安定化剤水溶液供給ポンプ 19 スタティックミキサー 20 冷却器 21 重質油エマルジョン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玉置さゆり和歌山県和歌山市湊1334 花王株式会社研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 25℃における粘度が 300cP以上の重質油
を、下記の（１）及び（２）の条件で乳化し、且つエマ
ルジョン粒子の平均粒径を３〜15μ、エマルジョンの見
かけ粘度を 350〜600cP （せん断速度100s^-1）に調整す
ることによって、 100℃／秒以上の条件で急速加熱する
ことにより水蒸気爆裂現象を発生しうる水中油滴型重質
油エマルジョンを生成させ、該エマルジョンを60℃以上
に予備加熱した後、燃焼させることを特徴とする重質油
の燃焼方法。（１）親水性親油性バランスＨＬＢ＝13〜18の非イオン
性界面活性剤を使用すること（２）イオン性界面活性剤をエマルジョン全体に対して
0.1重量％以上含有させないこと
【請求項２】水中油滴型重質油エマルジョンが水溶性
高分子をさらに含有することを特徴とする請求項１記載
の重質油の燃焼方法。