JPS5996195A - 燃料油組成物と用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料油組成物及びその様な組成物を使用して熱
を発生させる方法の改良に関するものである。より詳し
くは、本発明は水を少量含み油中水のエマルジョン形態
をとる燃料油組成物に関する。

慣用の燃料油がボイラー又は炉で燃焼されるときは、最
大の装填の場合さえも燃焼は酸素供給不充分な状態で行
われ、利用効率は普通２８〜６５係である。家庭のそし
てセントラルヒーティングのボイラーさえも８２φ捷で
の利用効率しか与えない。

失の増大につながってしまう。短いエネルギー放出又は
燃焼期の終りに残っている未燃焼液体燃料は燃料の正味
損失を構成するのみならず系からの全炭化水素放出に寄
与するものである。

普通燃料油は高い割合の硫黄を含み幾らかの灰（ナトリ
ウム及びバナジウムの酸化物又は塩）を含んでいるので
、燃焼後は大気に排出される硫黄及び灰は複雑々煙道ガ
スをつくる。煙道ガスは更に装置の腐食を生じ又大気を
汚染し得る。

高温では硫敵ナトリウム及びナトリウム又はノ４ナジウ
ムの酸化物は燃焼室又は煙パイプの内壁上に沈着物を形
成し、それによって装置の腐食や損傷につながり、まだ
装置の連続運転を中断させ得る清浄化問題につながり得
る。

それ以外にも腐食沈着物は煙道ガスの露点以下の温度で
の煙道からの、例えば亜硫酸塩、硫酸塩、塩化水素、及
び窒素酸化物を含有している液体の凝縮によって形成さ
れる。

燃焼方法の効率、即ちボイラー又は炉内の煙道ガスから
抽出出来る感知可能な熱及び完全燃焼の程度（煙道ガス
中の炭化水素、カーボンブラック、及びアルデヒド含量
を減らすため）は燃料油中の水を乳化させることによっ
て改良出来る。

重油は本質的に高い分子量の炭化水素からなる。

そのような炭化水素の燃焼は連鎖反応を伴い、反応を完
結に導く「連鎖キャリヤー」の形成を伴う中間生成物を
経る。「アルデヒド減成機構」ヌｌよ連鎖反応は適量の
水添加で改良出来る。更に大量の熱が水蒸発で吸収され
、この熱は次に熱対流及び熱伝導によって周囲に移動さ
れる。従って、水の存在は分解過程での遅れを生じ、燃
焼工程に対する希釈効果を有し、従って熱損失が減少す
る。燃料油を水で乳化すると液が燃やされる燃焼工場の
熱効率の改良を生じる。

水含有高沸点液体燃料の燃焼の間、水の微滴はその沸点
を越えて容易に加熱され得、過熱の限界に近ずくことさ
えあり得る。その様な高温では、与えられた圧力で水は
均一に核形成しそして次に突然沸騰する。親の滴の崩壊
は本質的に第２次的な霧化過程を形成し、非常に細かい
滴をつくり出す。

しかも水の存在のために液相コーキング工程の厳格さは
減少される。多くの調査は、汚染物放出、熱交換率及び
乳化された燃料油及び慣用の燃料油の両方について燃焼
がなされた特定の燃焼機器の全体の熱効率などのパラメ
ーターに対する全体的影響の測定に集中した。水蒸気ポ
゛イラー中で燃やされた５〜１５係の水を含む燃料が、
煙が７５チ減少し、−酸化炭素が４〜１７％減少し、窒
素酸化物が１５〜４０％減少したガス混合物をつくるこ
とが示された。

水の添加は燃料油の霧化を助け、燃焼及び熱吸収を促進
するだけでなく、油滴で起こる液相クラッキングによる
熱吸収の量も実質的に減少させる。

水は微滴爆発によって水素と酸素に分解され得る。その
様な爆発は滴の分断化さえも起こし、そうして乳化油の
より効率良い燃焼に導き得る。この粉砕は炭素質の残渣
減少を生じ、乳化燃料油を利用した燃焼系からの固体放
出物の観測される大きな減少をもつともらしく説明して
いる。高い炎温度では拡散燃焼が窒素酸化物生成の主要
な源である。水性のエマルジョン燃料はナトリウム塩及
びバナジウム塩の融点の上昇にもつながり従ってボイラ
ー又は炉の内壁上に沈殿物が形成するのを減少する。

固体放出物はへりオン　Ｒ及びボウシカント。

Ｍ　　Ｃｈａｕｆｆ−Ｖｅｎｔ、Ｃｏｎｄｉｔ、４７．
１３−２６　（１９７１）　；ハリエツト、　Ｊ、Ｍ　
；へりオン、Ｒ；及びロビン。

Ｇ　；　Ｒｅｖ、　Ｇｅｎｅｒａｌ　ａｅ　Ｔｈｅｒｍ
ｉｑｕｅ　１３０．９７９−９９１（１９７２）；パレ
ット等ＰＢ　１８９０７５パレツト　メモリアル　イン
ステイテユート（１９６８）に詳しく議論されているよ
うに実質的に減少する。

水滴は瞬間的に気化されると考えられる。捷ず表面の油
フィルムとエマルジョンの中心筒の間に蒸気層が形成さ
れる。泡は次に内部水蒸気圧が及ぼす力がフィルムの表
面張力を越えるまで膨張する。水滴の飽和温度は内部圧
に依存すると思われ、内部圧はこれも水−油界面張力及
び水滴半径に依存する。エマルジョンが水滴の飽和温度
に達するとフィルムを破って微滴爆発が起こる。

本発明に従って燃料として使用するのに適した油中水エ
マルジョンはノニオン又はアニオン性表面活性剤及び保
岐コロイドの助けによって燃料油中で水を乳化すること
によって製造出来ることが発見された。

従って本発明の一態様に従って、油と水の合計重量の５
〜３５重量係好世襲くは５〜３０係の水を含む燃料油（
重油、燃料油、又はディーゼル油）中の水である油中水
エマルジョンからなり、水が乳化助剤として水重量に基
づき０．０５〜５　ｐｐｍのノニオン又はアニオン性の
表面活性剤と保護コロイドとの混合物を含んでいる燃料
使用に適した油中水エマルジョンが提供される。

本発明に従う使用の適当なノニオン性表面活性剤には（
１）分子当り３〜６個の炭素原子を含有するポリヒドロ
キシ化合物の部分長鎖脂肪酸エステル、（２）分子当り
３〜６個の炭素原子を含有するポリヒドロキシ化合物の
部分長鎖脂肪酸エステルのポリアルキレンオキシエーテ
ルであって、アルキレンオキシ基が各々２又は３個の炭
素原子を有するもの、（３）アルキレンオキシ基が各に
２又は３個の炭素原子を有する長鎖脂肪酸のポリアルキ
レンオキシエステル、及び（４）分子当たり３〜６個の
炭素原子を官有するポリヒドロキシ化合物のポリアルキ
レンオキシエステルの長鎖脂肪酸エステルであって゛ア
ルキレンオキシ基が各々２〜３個の炭素原子を有するも
のが含まれる（本明細書で「長鎖脂肪酸」と言う用語は
分子当り１２〜１８個の炭素原子を含有する脂肪酸をさ
すことを意図する）。

上に示した第（１）類のノニオン性表面活性剤の例は多
価アルコール及び多価アルコールの環状内部エーテルを
含む３〜６個の炭素原子を含有する化合物から導かれる
ものであって、例えばグリセロールモノオレエート、イ
ンタエリスリトールモノオｔ７エート、ソルビタ二ノモ
ノバルミデート、及びグルコースモノステアレートであ
る。上に示しだ第（２）類のノニオン性表面活性剤には
ポリエチレンオキシ００）グリセロールモノパルミテー
ト、ポリエチレンオキシ１１５１ペンタエリスリトール
モノミリステート、ポリエチレンオキシ（１０）　−］
リプロピレンオキシ（ｌＯ）ソルビタンモノステアレー
ト、ポリエチレンオキシ箭ソルビタンモノステアレート
、ポリエチレンオキシ（４（ｊマンニトールジステアレ
ート、ポリプロピレンオキシ（２０）ソルビタンモノス
テアレート、ポリエチレンオキシα０）ソルビタンモノ
ラウレート、及びポリエチレンオキシ幀グルコースモノ
ステアレートが含まれる。（カッコ内の数字は分子当た
りのアルキレンオキシ単位の平均数を示す。

上記（３）型のノニオン性表面活性剤にはポリエチレン
オキシ（８）モノステアレート、ポリエチレンオキシ（
１５１ジステアレートポリエチレンオキシ（２■モノオ
レエート、ポリエチレンオキシ（２０１ステアレートオ
レエート、ポリエチレンオキシ（６）モノラウレートモ
ノラウレート、ポリエチレンオキシ（１０）モノオレエ
ート及びポリエチレンオキシ（５）−ポリエチレンオキ
シ（５）モノラウレートか含まれる。

上に示した（４）型のノニオン性表面活性剤にはヒドロ
キシエチルグリセロールモノラウレート、ポリエチレン
オキシ（１０）ペンタエリスリトールのモノパルミテー
ト、ポリエチレンオキシ（６）マンニトールのジオレエ
ート、ポリプロピレンオキシ（６）マンニトールのジオ
レエート、ポリエチレンオキシ（２■ソルビトールのヘ
キサオレエート、ポリエチレンオキシｔ４１ソルビトー
ルのペンタステアレート、及びポリエチレンオキシ（６
）グルコースのモノステアレートが含捷れる。

本発明に従って使用する好ましいノニオン性表面活性剤
は各脂肪酸基に対し少なくとも６個のエチレンオキシ基
を含有する（２）、（３）及び（４）型のポリエチレン
オキシ化合物である。

本発明で使用するに適した水溶性アニオン性表面活性剤
には（１）長鎖脂肪脂肪族又はパラフィン系スルホネー
ト、（２）畏鎖脂肪族第１級アルキルサルフェート、（
３）長鎖スルホ脂肪族エステル、及ヒ（４）ポリ（メタ
クリル酸）又はポリ（アクリル酸）などの４個を越えな
い炭素原子を含有するアルキレ■ ｖ′ Ｒ−Ｃ−Ｃｏ　−ＯＸ （式中Ｒは水素原子又はメチル基であり、Ｘは水素原子
又はナトリウム、カリウム又はアンモニウムアニオンな
どのアニオンである）の繰返し単位を含有するものとし
て表わすことの出来る加水分解されたポリ（メタ）アク
リルアミドからなる。

最終エマルジョン中の表面活性剤の濃度は水の重量に基
づいて０．０１〜５　ｐｐｍが適当である。上に議論の
加水分解されたポリアクリレートの場合には０．０５〜
０．５　ｐｐｍの濃度が有効であることが証明された。

最終エマルジョン中の保護コロイドの濃度は水の重量に
基づいて帆０１〜４　ｎｐｍが適当である。

本発明中の最も嫡邑な保護コロイドはアルギン酸ナトリ
ウムである。他の保、Ｓコロイドにはナトリウムカラゲ
ネート、及びナトリウムカルボキシメチルセルロース（
ＣＭＣ）などのセルロースエーテルが含まれる。

乳化剤は燃料：水界面特性を変化させることによって過
熱限界を変え得、水微滴の油相との接触はナトリウム）
グルコネート、エチレンジアミン四酢酸、又はポリホス
フェート（ナトリウムへキサメタホスフェートなど）な
どの水軟化剤も含むのが適当である。

本発明に従って使用するための好寸しいエマルジョンの
特定の類は水相が（アニオン性表面活性剤として）加水
分解された？リアクリルアミド、（保瞳コロイドとして
）アルギン情ナトリウム又はナトリウムカルボキシメチ
ルセルロース、ソシて（水軟化剤として）グルコン酸ナ
トリウム又はエチレンシアミン四酢酸の混合物を含んで
いるものである。その様な混合物は混合物の全重量に基
づき５〜９０重号係の加水分解されたポリアクリルアミ
ド、５〜８０重量係の世襲コロイド、及び５〜５重ｉ％
の水軟化剤、を含有するのが好甘しく、追加的にｌＯ〜
７２重世係のアルカリ金属ポリサルフェート水軟化剤を
含有してよい。

本発明のエマルジョンは適当な乳化助剤（任意的に任意
の２寸、軟化剤をも含んでよい）の水浴液を比較的高濃
度で調製しく原液）、そして次にこれを水道水で希釈し
て所望の乳化助剤最終ｍ度を与えることにより都合よく
調製出来る。生じる溶媒を次に適当な期間（例えば１．
５〜４０分）、燃料油と（例えば５０〜１５００ｒｐｍ
で回転している機械橿拌器を使用して）混合することに
よって燃料油と共に乳化し、水滴が適当には０．５〜５
ミクロンの粒径を有する望むエマルジョンを与える。

本発明の乳化助剤は種々の量の水を使って適当な油中水
エマルジョン燃料を製造することを可能にする。

発明が良く理解されるように次の実施例を例示のみのも
のとして与える。

実施例 次の成分を示された量で混合した。

加水分解したポリアクリルアミド　　　　　　　１０エ
チレンジアミン四酢酸　　　　　　　　　５アルギン酸
ナトリウム　　　　　　　１０グルコン酸ナトリウム　
　　　　　　　５ナトリウムへキサメタホスフェート　
　　　　　７０混合物を水道水に水１ｔに対して混合物
１ｆの割合で加えることによって混合物から原液を調製
した。

混合物をかきまぜながらゆっくりと水に加え、攪拌を更
に加分間混合物が完全に溶解するまで続けた。

原液を更に水道水で０．０５〜５　ｐｐｍの’ＩＪ度に
希釈した。

希釈溶液を混合しながら燃料油にゆっくりと加え、ここ
で機械混合器の回転速度は３００〜１５００ｒｐｍで１
．５〜４０分実施した。

このようにして調製した種々の量の乳化水を含む燃料油
エマルジョンを小さな実験ボイラー中で試験した。試験
では燃料ガスは油及び空気バルブをできるだけ開くこと
によって無色に採ち次にこれらを連続的に調節した。水
２ｏｔを９，３°Ｃにあたためるに要する時間を記録し
た。幾つかの実験で記録した時間の平均値を次表に示す
。

与えられたデータから本発明に従う燃料は経済的利点を
与え、燃焼効率の改良を与える。水性のエマルジョン燃
料は使用の一般燃料と比べてずつと長持ちし、しかも必
要な水蒸気圧に達するのにずっと短い時間しかかからな
い。しかも燃焼温度はよシ高い（油の中に含まれている
最初の水は計算に入れていない）。

燃料エマルジョンを小さな工場で次の／　Ｈ／クーレポ
イラー中ででも試験した。

モデル：　ＫＭＨＯ４０婦大圧＝　１０ｋｇ／？ｍ２蒸
気出カニ　　４０００ゆ／ｃｎｒ’ 容　ｔ：２トンダブル　リバーベレーター（Ｄｏｕｂｌ
ｅ　Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｏｒ　）製作：ヘビー　イン
タストリーズ　カンパニーリミテッド 本発明のエマルジョン燃料の燃焼効率をタイランドＣ燃
料油のものと比較し、実験をやや高い窒温６５℃で行っ
た。

４７４ｔの水性油エマルジヨン燃料の一バッチを上記の
混合方法で剛製した。従って１トンの容量の鋼製タンク
中に３７９ｔの燃料油をまず入れ、ミキサーが６８Ｏｒ
ｐｍの速度に達したときに９５　ｔの乳化剤（０，３Ｄ
ｐｍの濃度）の水溶液をゆっくりと加り中にポンプで送
入シタ。

コｒＤ　ｘ　マ／ｌ／　）ヨン燃料の燃焼効率は次の条
件で試験した。

水蒸気圧６　、５　ｋｇ／ｚ２水蒸気は６　、５　ｋｇ
／ｃｍ２−秒の定速で排出した。

油及び空気弁の両方を連続的に調節した。

結果を次表に示す。

エマルジョン燃料の水含量（２０％）を考慮の後、効率
は次の様に計算出来る。

２１．７３％＝３８６１０−３５５２２．４Ｘａｌ係上
の計算に示された様に、本発明の燃料の効率はタイラン
ドＣ燃料油のものよシ良好である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料油中の油中水エマルジョンからなり、５〜３５
   重量％の水を油及び水の全重量に基づいて含有しており
   、水は乳化助剤として水重量に基づいて０．０５ないし
   ｓ　ｐｐｍのノニオン又はアニオン性表面活性剤と保膜
   コロイドとの混合物を含有していることを特徴とする燃
   料使用に適した油中水エマルジョン。 ２、アニオン性表面活性剤が加水分解されたポリアクリ
   ルアミドである特許請求の範囲第１項のエマルジョン。 ３、保護コロイドがアルギン酸ナトリウム又はセルロー
   スエーテルである特許請求の範囲第１項のエマルジョン
   。 ４、水相が水軟化剤も含んでいる特許請求の範囲第１項
   のエマルジョン。 ５、水相が加水分解された４　リアクリルアミド（アニ
   オン性表面活性剤として）、アルギン酸ナトリウム又は
   カルボキシメチルセルロース（保護コロイドとして）、
   及びグルコン酸ナトリウム又はエチレンジアミン四酢酸
   （水軟化剤として）、の混合物を含んでいる特許請求の
   範囲第４項のエマルジョン。 ６、上記混合物が混合物の全重量に基づいて５〜９０重
   量％の加水分解されたポリアクリルアミド、５〜８０重
   量％の保護コロイド、そして５〜２５重量％の水軟化剤
   を含んでいる特許請求の範囲第５項のエマルジョン。 ７、上記混合物が４０〜７２０〜７２重量％ん酸アルカ
   リ金属水軟化剤も含有している特許請求の範囲第６項の
   エマルジョン。 ８、エマルジョンの水滴が０．５〜５ミクロンの粒径を
   有する特許請求の範囲第１項のエマルジョン。