JPS5824478B2 - 燃料の燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微細な粒子状の鉄化合物を含有する組成物を燃
料油とともに燃焼させることを特徴とする燃焼方法に関
するもので、燃焼効率の向上と燃焼により発生する有害
物質の生成を抑制するようにしたものである。

燃料油の燃焼により発生する有害物質、特に硫黄酸化物
、窒素酸化物、煤煙、煤塵等は大気汚染の最大の原因で
、人類の日常生活や産業活動による燃焼行為を中止しな
い限り存在し、その結果として公害の原因となっている
。

又、主として原油系燃料油は資源が有限であるから消費
量を節約しなげればならない。

従来の燃料油の燃焼方法の改良として、燃料添加剤を燃
料油とともに燃焼させている。

この燃料添加剤は使用目的に応じてスラッジ分散剤、エ
マルジョン破壊剤、腐蝕防止剤、燃焼灰類の堆積防止剤
、燃焼促進剤、煤煙防止剤、発火促進剤、セタン価向上
剤、凝固点降下剤等が知られており、金属成分が酸化物
、塩化物若しくは金属石けん等として添加されるもので
ある。

例えばナフテン酸、石油スルフォン酸等の銅、鉄、亜鉛
、コバルトなどの金属塩、アルキルフェノールやアルカ
す土類金属塩等の油溶性有機金属塩を主成分とするもの
、或いは酸化物や炭酸塩や金属粉末等の無機物をそのま
ま或いはスラリー状としたり、界面活性剤を主成分とす
る分散剤とともに燃料油に分散させたもの等が知られて
いる。

しかし有機金属塩は燃料油との相溶性はよいが有機塩の
分子量が大きく、しかも有効成分である金属成分の含有
率が著しく少い。

また無機物は燃料油との相溶性が悪く、燃料油に添加し
たとき均一状態になったとしても長時間経過すると、或
いは燃料油の流動状態が低下すると沈澱し、配管部分や
バーナーノズル等が閉塞したり摩耗させることがある。

本発明は上記に鑑み提案されたもので、一般式がＦｅ０
−ｎＦｅ２０３（但しｎは０以上の数値）で示される鉄
化合物の微細粒子を燃料油とともに燃焼させることを特
徴とする燃焼方法に関するもので、上記微細粒子を燃料
油に直接混入するか、又は溶媒中にコロイド状に分散さ
せて燃料油に混合するか、或いは燃焼火炎に供給して燃
料油とともに燃焼させるのである。

そして本発明によれば燃焼抜は有害物質の発生を抑制す
ることができるばかりでなく、燃焼効率を著しく向上さ
せるのでああ。

更に本発明はＦｅ０−ｎＦｅ２０３（但しｎは０以上の
数値）で示される鉄化合物の１種若しくは２種以上の微
粒子を有効成分とする燃料添加剤を含むもので、該微細
粒子を粒径２００Å以下としてオレイン酸で表面処理す
ると実用的である。

即ち２００Å以下の粒径の鉄化合物の微細粒子をオレイ
ン酸で表面処理すると、微細粒子の表面にオレイン酸の
単分子膜が形成され、粒子表面が疎水性となって非水性
溶媒や燃料油に混入したとしても均一に分散する。

またオレイン酸の単分子膜が形成されて疎水性表面とな
った鉄化合物の微細粒子を親水性の界面活性剤に作用さ
せると水相に分散させることができ、水性のコロイド状
溶液として燃料油に混入したり、或いは燃焼している火
炎に投入することができる。

本発明の有効成分であるＦｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３で示され
る鉄化合物は結晶構造がスピネル構造を有してフェライ
トとして知られている。

本発明における有効成分は上記フェライト類を原料とす
る乾式法によるか、或いは２価の鉄イオンＦｅ廿と３価
の鉄イオンＦｅ＋１十の共存する水溶液にアルカリを添
加することにより生成する沈澱物を原料とする湿式法に
よって製造することができる。

この製造法は後記する。

上記したＦｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３で示される鉄化合物の微
細粒子にオレイン酸を加えて表面にオレイン酸を吸着被
覆すると、該粒子は石油類に著しく分散しやす（、燃料
油に混合したとしても極めて均一に分散することができ
る。

そして該鉄化合物の微細粒子の粒径が２００Å以下であ
って表面にオレイン酸が吸着被覆して単分子膜を形成す
ると疎水性に表面処理されるので、該粒子はケロシン、
スピンドル油、流動パラフィン等の石油系溶剤ばかりで
な（ノルマルへブタン、シクロヘキサン、ｎ−オクタン
等の非極性溶剤に混合したとしても均一に溶解したのと
同じ状態で分散してコロイド状溶液となる。

したがって長時間経過したとしても微細粒子は沈澱した
り析出することがなく、遠心分離等によっても分離する
ことがない。

また該粒子は溶剤に対して高濃度に混合することができ
、例えばケロシンには８０重量％混合したとしても流動
性の有る液体となる。

なおオレイン酸で吸着被覆して単分子膜を形成し、表面
を疎水性に処理した粒子を親水性のアニオン又はノニオ
ン界面活性剤とともに水相に分散すれば均一な水性コロ
イド状の溶液とすることもできる。

本発明のＦｅＯ・ｎＦｅ２Ｏ３で示される鉄化合物にお
いては燃焼時に熱分解したＦｅＯと火炎中の活性酸素と
の結合が促進され、更に酸化されて安定な酸化物（Ｆｅ
Ｏｘ）となる。

したがって火炎中の活性酸素と活性窒素又は活性硫黄と
の結合が抑制され、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物
（ＳＯｘ）の生成を抑制する。

また分解したＦｅ２Ｏ３やＦｅＯの安定な酸化物（Ｆｅ
Ｏｘ）は触媒作用によって燃焼を促進し、煤煙の発生を
抑制する効果をもたらせるものである。

しかも安定な酸化物（ＦｅＯｘ）は微細な固体となって
火炎中に存在するので、火炎の輻射能を向上して燃焼効
率を高めるのである。

又、一般構造式Ｆｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３においてｎが２以
下の数値であればスピネル構造が安定で、その結晶格子
間に鉄成分を配位した鉄化合物が存在する。

そしてｎの数値が少ない程、換言すればＦｅ２Ｏ３がＦ
ｅＯに比べて著しく少なげれば火炎中での活性酸素との
結合、或いはＳＯ３との反応が促進されるのでＮＯｘや
ＳＯｘ等の有害物質の発生抑制に効果がある。

一方、ｎの数値が大きくなってＦｅＯに対するＦｅ２Ｏ
３が多（なると、前記した触媒作用の効果を促進するも
のである。

本発明の有効成分のＦｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３で示される鉄
化合物を燃料とともに燃焼させる方法は、鉄化合物の微
細粒子をそのま＼で或いはオレイン酸で処理した微細粒
子を燃料に混入したり、燃焼火炎中に投入するか、又は
オレイン酸で処理して溶媒に分散したコロイド状溶液と
して燃料油に混入したり火炎中に投入すればよい。

そして燃料油に添加したとしても有効成分は均一に分散
、溶解して析出したり分離しないので燃料油の配管やバ
ーナを閉塞したり摩耗させることがない。

またＦｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３で示される鉄化合物の化学的
活性及び粒径が著しく微細であって表面積が著しく増大
するので、物理的活性により燃焼火炎中での活性硫黄や
窒素との接触効果が良くて大気汚染源である硫黄酸化物
、窒素酸化物、煤煙の発生を抑制するばかりでなく、Ｓ
０２、ＳＯ３の発生によるボイラの腐蝕を抑制できる効
果が有り、金属酸化物を高濃度に含有しているので少量
の添加で十分な効果を期待することができる。

さらに燃料添加剤の配合に有効成分の濃度を目的に応じ
て任意に配合調整することができ、かつ高濃度で保存が
可能なため容器、貯槽が極めて小容量で良く経済的な効
果も犬である。

次に本発明の有効成分の微細粒子の製造法及び微細粒子
をオレイン酸で処理する方法を記載するが、オレイン酸
の処理方法は大別すると乾式法と湿式法とがある。

（１）乾式法 Ｆｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３で示されるフェライト又はこれら
を含む物質を粉砕し、その粉末をオレイン酸又はその塩
とともに長時間ボールミル等で粉砕しながら混合する方
法。

（２）湿式法 Ｆｅ”、Ｆ−の共存する水溶液にアルカリを加えて沈澱
する成分にオレイン酸又はその塩を加えて十分に混合攪
拌した後、水を分離する方法。

乾式法における原料としては前記したフェライト類やマ
グネタイトを含む物質を原料とすることができる。

これらをボールミル等で機械的に粉砕した後、オレイン
酸若しくはオレイン酸塩の非水溶液を添加しなゆ１ら長
時間粉砕と攪拌するのである。

一方、湿式法においては２価の鉄イオンＦｅと３価の鉄
イオンＦｅ”とが共存する水溶液中のＦｅ”とＦｅ”の
量を調整し、モル比において（Ｆｅ”）／（Ｆｅ廿）−
ｎとすることによってほぼＦｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３の鉄化
合物とすることができる。

発明者らは製造実験において、（Ｆｅ町／（Ｆｅ廿〕−
２以下、及び（Ｆｅ■）−〇、（Ｆｅ廿〕−〇で配合し
、オレイン酸ナトリウムを加えて表面処理した鉄化合物
を得ることができた。

この鉄化合物をケロシンに混合したところ、均一に分散
して分散粒子の粒径は２００人の範囲のコロイド状溶液
となり、５０〜１５０人の範囲の粒径のものは約８０％
であった。

一方、水溶液にＦｅ＋Ｈとして供給するためにはＦｅ”
の塩を水に溶解すればよ（、Ｆ ｅ２（ＳＯ，ｌ）３、
Ｆｅ（ＮＨ４）（ＳＯ４）２等や、これらの水化物を利
用することができる。

上記したＦｅ”の塩やＦｅ＋１＋の塩はそれぞれ溶解し
た水溶液をその所要のモル比（Ｆ ｅ”）／（Ｆ ｅ
”）−ｎとなるように混合すればよい。

なおＦｅ廿、Ｆｅ”の共存する水溶液としては鋳造工場
や圧延工場からの酸洗廃水を利用できる。

該廃水にはＦｅｌ＋とＦｅ＋１＋が多く存在するので、
廃水中のＦｅ廿とＦｅ＋＋を分析して（Ｆｅ＋１＋）／
（Ｆｅ廿〕を測定した後、所要のモル比となるようにＦ
ｅ’＋□又はＦｅ＋１＋の塩を添加して調整すればよい
。

湿式法によって得られた鉄化合物は Ｆｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３・ＸＨ２Ｏで示されろ水加物の状
態で存在するが、水を分離するとき１００℃以上に強熱
しない限り水加物のま＼でオレイン酸処理される。

更に湿式法において、第一鉄（Ｆｅ”）の水溶液と第二
鉄（Ｆｅ＋１＋）とを混合する代りに、第一鉄（Ｆｅ”
）の水溶液に酸化剤を添加するか、又は空気を混入させ
ながらアルカリを加えることによつ；て第二鉄（Ｆｅ＋
Ｆｌ）を生成させ、水溶液中にＦｅ升とＦｅ＋Ｈを共存
することができる。

また酸化剤或いは酸化抑制剤を添加してＦｅ廿からＦｅ
”＋の変化を調整し、Ｆ−とＦｅ”の混合比を所定の値
にすることもできる。

・ このような酸化剤としてはアルカリを添加したとき
塩をつくらないものであって、例えばＨ２０□を添加し
たり空気若しくは酸素を混入するのが最も実用的である
。

また酸化抑制剤も同様に塩をつ（らないもので；あって
、例えばヒドラジン、キノリン、アスコルビン酸等を添
加すればよい。

以上のいずれかの方法で処理された粒子は疎水性で燃料
油中に直接分散させることができ、またこの粒子をケロ
シン、ｎ−ヘキサン等の油性溶媒；に混合すれば油性の
燃料添加剤となる。

又、（１）又は（２）で処理された粒子を水洗した後に
親水性のノニオン活性剤或いはアニオン活性剤水溶液に
混合すると水性の燃料添加剤が得られる。

上記、親水性のノニオン活性剤としてはポリオツキジエ
チレンアルキルフェノールエーテル、ホリオキシエチレ
ンアルキルエーテル等のＨＬＢ１２以上のもの、アニオ
ン活性剤としては、アルキルベンゼンスルフオン酸ソー
ダ、アルキル硫酸ソーダ、オレイン酸ソーダ等が使用可
能であるがこれらのみに限定されるものでない。

なお、上記界面活性剤としてはアルキル基の炭素数が１
０以上のものが有効である。

以下に本発明の製造例及び実施例を記載する。

製造例 １ （乾式法） ３００グのマグネタイトと５０１のオレイン酸の混合物
をボールミルで５日間連続して粉砕混合し、４００ＣＣ
のケロシンを加えてからさらに１０日間粉砕した。

この溶液を１日間静止した後、吸引ｆ過して残渣を除去
した。

残渣を除去した沢過液にケロシンを加えて全量を５００
ＣＣとした。

この溶液は遠心分離（２００ｒｐｍ ２０分）しても含
有成分が沈澱分離することがなく均一な溶液であった。

溶液の鉄化合物の濃度を定量したところ４２０？１ｌ（
Ｆｅ２０３として定量）であった。

この溶液を顕微鏡で観察したところ粒子径は５０〜１５
０人であった。

製造例 ２ （湿式法） モール塩（ＮＨ４）２ ”Ｆ ｅ （５Ｏ４）２ ・６
Ｈ２０２００グと、鉄アラームＦｅ（ＮＨ４）（Ｓ０４
）２・１２Ｈ２０２５０グを２１の水に溶解した水溶液
に６規定のカセイソーダ（ＮａＯＨ）水溶液１１を添加
して充分に攪拌し、沈澱物を生じさせた。

該沈澱物を戸別し、水洗したのちにオレイン酸ソーダの
１００グ／ｌ水溶液１１に混合し、２４時間連続攪拌し
た。

ミ 攪拌後、上澄液を除いて真空蒸発させ、はとんどの
水分が蒸発した後、常圧で２４時間乾燥し、２４０グの
粉末状固型物を得た。

この粉末状固型物をシクロヘキサンに加えて全量を５０
０ｍ１とし均一な溶液を得た。

製造例 ３ 上記製造例２においてシクロヘキサンに加える前の粉末
状固型物２００グをドデシルベンゼンスルフオン酸ソー
ダの５％水溶液４００ＴＬｌ中に加え、３０分間常温で
攪拌して水溶液を得た。

この組成物は遠心分離（２００Ｏｒｐｍ ２０分間）し
ても沈澱を生じることがなく均一な溶液状であった。

組成物中のＦｅ分はＦｅ２Ｏ３として４５０ ？／ｌで
あった。

製造例２．３によって得られた溶液を電子顕微鏡で観察
したところ分散粒子の粒径は８０〜２００人の範囲であ
った。

実施例 １ 次に製造例１及び３によって得られた液状の組成物をＣ
重油に添加し、燃焼した時に発生する煤塵量（ＪＩＳ
−Ｚ−８８０８により測定）、窒素酸化物（ＪＩＳ−に
−０１０４のフェノールジスルフオン酸法により測定）
を測定したら下記の様であった。

測定は下記のボイラのエヤーヒーク出口で排ガスを採取
して行った。

ボイラは三胴水管自然循環型、最大蒸発量４０ｔ／ｈ、
を用い使用燃料はミナマ系Ｃ重量（８分１．０％）過剰
空気率５３％で運転。

製造例 ４ 次に製造例２における粉末状固型物となるまでの方法と
同一の方法を利用し、Ｆｅ０−ｎＦｅ２Ｏ３においてｎ
＝１．２．０．３．０、父となるように鉄化合物を製造
した実施例を示す。

Ｆｅ としては硫酸第一鉄の水溶液、Ｆｅ＋Ｈとし升 ては硫酸第二鉄の水溶液を各々各種の配合割合で混合し
、ＮａＯＨ水溶液を微アルカリになるまで添加して沈澱
物を生成した。

更にオレイン酸ナトリウム水溶液を添加し、加温しなが
ら攪拌してオレイン酸を吸着処理し、傾斜法により上澄
液を除去して水洗し、乾燥して鉄化合物を得た。

硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄の各水溶液、オレイン酸す）
ＩＪウム水溶液の添加量、得られた鉄化合物の収量は
次の通りであった。

上記表において、第（４）欄で得られた鉄化合物（Ｆｅ
ｄ）はすべてがＦｅＯの状態で溶液中に存在することは
考えられないが、得られた鉄化合物を非水溶液中に保存
すればｎ値が極めて小である鉄化合物と推定され、鉄化
合物中のＦｅＯは９０％以上であった。

実施例 ２ 製造例４で得られた鉄化合物を溶媒に混合してコロイド
状溶液とし、Ｃ重油に添加して燃焼時に発生するＳＯ２
、Ｓ０３、ＮＯｘ、煤塵量を測定した。

その結果は下記の様である（ＳＯ□、ＳＯ３、はＪＩＳ
−に−０１０３により、ＮＯｘと煤塵は実施例１と同
一の方法による）。

測定は下記のボイラのエヤヒータ出口で排ガスを採取し
て行った。

ボイラは三菱ＣＥ単胴放射型で、最大連続蒸発量が２６
０ Ｔ／Ｈ１最大使用圧力が１２０ｋｇ／ｃｒＡ、最高
使用温度が５４１℃、通風方式が加圧型、エコノマイザ
−型式がヒレ付鋼管ループ型、エヤヒータ型式がユング
ストローム型である。

上記表において、（２）、（５）欄は製造例４における
（２）、（５）で製造された鉄化合物をドデシルベンゼ
ンスルフオン酸ナトリウム３％水溶液に分散させたもの
を使用したもので、燃料油への添加は強制的に攪拌注入
して乳化させた。

本発明の利用態様としては次の様である。

即ち、燃焼による産業活動分野としてボイラ、加熱炉、
ストーブ等燃焼を熱エネルギーとして利用する場合、自
動車エンジン、舶用エンジンその他の内燃機関のように
急激な燃焼を動力エネルギーとする場合、セメント、ガ
ラス、耐火物等窯業製品の製造工程におげろ製品を焼成
する場合などである。

これらの場合はすべて燃料を空気とともに燃焼させるの
でＮＯｘ、ＳＯＸ、煤煙の発生は不可欠であるが、その
発生をできるだけ抑制しなげればならない。

又、窯業製品の製造の焼成工程においては火炎が直接製
品に接触するので燃料の成分、燃焼後の排ガス中の成分
が製品に与える影響を無視することができず、燃料の燃
焼状態をコントロールする必要がある。

本発明は上記いずれの場合であっても効果的に１利用で
きるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｆｅ０−ｎＦｅ２０３（但しｎは０以上の数値）
   で示される鉄化合物の微細粒子を燃料油とともに燃焼さ
   せるようにしたことを特徴とする燃焼方法。 ２ 微細粒子は燃料油に添加混合して燃焼させる特許請
   求の範囲第１項記載の燃焼方法。 ３ 微細粒子は燃焼火炎に供給して燃焼させる特許請求
   の範囲第１項記載の燃焼方法。