JPS607935B2 - 油中水エマルジョンの製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水を１個または複数個のノズルを通して油中
へ噴霧することによる油中水ェマルジョンの製造方法に
関する。

水を燃料油に混入すると、油の燃焼が改良され、かつオ
イルコークス（セノスフエア（ｃｅｎｏｓｐｈｅｒｅ）
とも呼ばれる炭素（コークス）粒子等）の放出の大幅な
減少がもたらされることが、次第に、一般的に知られか
つ認められるようになってきた。

水の作用に関する有力な説は、油中の小さな水滴は燃焼
室において水の沸騰温度より高い温度まで熱せられた場
合に湯涌を破裂（第二の霧化）させることに相関的な関
係があるので、その作用が物理的なものであるとする。
燃料油の燃焼で清浄な燃焼を達成しようとする場合の問
題点は、油の霧化で生成する最も大きな油滴が完全燃焼
するための十分な時間がないこと、即ち、油滴が燃焼室
に留まる時間が短かすぎるために、それが消火し、普通
オイルコークスと呼ばれるコークス粒子を生成すること
である。より小さな油満を得ようとする試みがあらゆる
種類の霧化原理を用いて長年にわたってなされてきたが
、あまり成功していないし、２００〜５００仏ｍ（０．
２〜０．５肌）の油滴の生成を回避することは、特に設
備が数年来使用されたものであったり、あるいは油の粘
度が高い場合には、困難である。最近のボイラーに利用
可能な滞留時間に関して上記寸法の油滴は通常大きすぎ
るので、この油滴の多くはボイラー装置にオイルコーク
ス（放出）として残るだろう。今日、低品質のオイルバ
ーナーまたは（および）高い粘度の低品質油で、充分に
小さな油滴を入手し得る最も簡易な方法は、明らかに、
水の混入による燃焼室における油滴の第二の霧化である
。

これは今日一般的に認識されている。しかし、水による
極めて大きな効果に対する驚きが衰えた後、その効果に
関連して、水の混入の経済性についての関○が起こりつ
つある。当初は普通２０〜３０％の水が使用されたが、
油中の１２％の水当り油１％を過剰に費すので、オイル
コークス発生量の大幅な減少を保ちつつ水の量を減少さ
せることに関′０が増大している。

これは、油中（そして後で油滴中）の水滴の適当な寸法
と寸法分布を得ることが可能な場合にのみ、達成するこ
とが可能である。水滴は、大きすぎる（これは一般的に
認められている問題点で、あらゆる実験で解決せんと試
みられている問題である）場合も、また小さすぎる（こ
れは新しいが非常に重要な認識である）場合もあり得る
。水蒸気の容積が水の容積の１７０び音であることを考
慮すると、２〜５仏ｍの寸法の数個の水滴は２００〜５
００仏ｍの油滴を破裂させることが可能であるというこ
とから、この寸法の水滴が適当な寸法であると今日考え
られている。

寸法２〜５山ｍの瓶が油滴を破裂させるのに充分である
とすれば、それよりも大きい水滴は全部無駄な水を生じ
ていることを意味する。ここに１個の５０仏ｍの満は１
００の固の寸法５山ｍの滴を与えることを考慮する価値
がある。他方、水滴が小さすぎの場合もあり得るという
ことは、今日いくらか新しいことである。

かつて、水／油ェマルジョンの燃焼が開始されて以来、
上述の無駄な水を除去するために可能な限り小さな滴を
つくるべくあらゆることがなされた。超音波、高圧均質
化処理等が用いられ、水滴を小くしすぎることに関する
鱈蹄は全くなかった。しかし、水滴が小さすぎの場合も
あり得るのであって、水滴が小さすぎると（≦１〜２〆
ｍ）、蒸発して生ずる水蒸気の容積が２００〜５００ｖ
ｍの油滴を破裂させるのに充分な大きさを有さない。こ
のような水滴の水分は結果的に無駄になる。上述のこと
から、最少量の水で真に大きなオイルコークス量の減少
を欲する場合には、水滴の適切な分布を持つことが、さ
らには適切な寸法および寸法分布であることが必要であ
る。

前記のタイプの方法が知られており、この方法では、第
一段階で水と油を対向方向に向っているノズルを用いて
お互いに対して霧化し、その後第二段階でこうして得ら
れるェマルジョンをキャビアィポンプを介して導くこと
によって機械的に処理する。

本発明の目的は、上記のことを参照して最適な効果を与
える簡単な方法を提示することである。

この目的は、本発明に依り少なくとも２段階、即ち、１
水を１個または１組のノズルを通して油中に霧化する
段階、および２ 第一段階によるェマルジョンを単数ま
たは複数のノズルを用いて均質化する段階、を用いるこ
とを特徴とする方法によって達成される。

本発明に依れば、上記各段階における単数又は複数のノ
ズルにおける差圧は少なくとも３バールであればよく、
これは非常に都合がよい。

というのは、一般的にノズルは５バールより小さくない
圧力で作動するように設計されているからである。この
方法の１態様は、油中への水の分散を例えば遠心機など
分散作用のあるポンプを用いてさらに改良および維持す
る第三段階がある点で特別である。

こうした方法によって緩衝（抑制）（ｂｕｆｆｅｒｅｆ
ｆｅｃｔ）が得られる。

即ち、生成せるェマルジョンのために受器をつくること
が可能であり、ェマルジョンの品質をこの受器で維持す
ることが可能である。本発明は、同様に、この方法を使
用する装置に係る。

この装置は、ハウス内に閉口しているノズルをもつ第一
および第二の密閉ノズルハウスを有しており、かつ、第
一ノズルハウスを通して油を運ぶ手段、第一ノズルハウ
ス内の単数または複数のノズルを通して水を加圧する手
段、および、圧力下で第一ノズルハウスから流出する油
と水の混合物を第二ノズルハウス内の単数または複数の
／ズルの加圧側へ運ぶ手段を有する点において特別であ
る。ここに非常に簡単な構成が提供される。

この装置は第二ノズルハウスからの出口がハウスの頂部
へ開□していることにおいてさらに特徴付けることがで
きる。

これによって、前記ハウスが常にェマルジョンで満ちて
、均質なヱマルジョンを確保することが確実化される。
というのは、第二ノズルハウスのノズルからの流出が常
に液体で満ちた室へ至るからである。この装置の１つの
好ましい態様では、第一ノズルハウスは円筒形をなし、
その中央に、内部に入れられた水が主として半径方向に
流出する複数のノズルを装備したパイプを配置し、かつ
、ノズルの出口と円筒形ノズルハウスの壁の間の室への
油の入口は接線（正接方向）成分を有していることを特
徴としている。

この態様は構成が極めて簡単である。以下に、添付図面
を参照して本発明をさらに説明する。

第１図にパイプ１が示されているが、これを通して燃焼
油が第一ェマルジョン化室２へ運ばれる。水はパイプ３
を通り、霧化ノズル４を通って第一ェマルジョン化室２
へ入る。実際には多数のノズルを使用する。第一段階に
おいて、ェマルジョン化室２で、水の油中への第一ェマ
ルジョン化が起こり、こうして得られるェマルジョンは
、比較的多量の水が使われているので、オイルコークス
放出の大幅な減少をもたらすのに充分良好である。少量
の水によって大幅な減少を欲する場合には、次に第三段
階を連続させることが必要である。第二段階では、ェマ
ルジョンは、第一ェマルジョン化室からパイプ５を通し
てポンプ６へ、そしてそこからパイプ７および霧化ノズ
ル８を通してもう１つのヱマルジョン化室へ運ばれる。
実際には、ここでも多数のノズルを使用する。第二霧化
室では油中における水のより良好な分布が存在するよう
になり、かつ水滴の寸法が最適になる。第二段階後のェ
マルジョンは、４〜６％のように少量の水でオイルコー
クス量の大幅な減少を達成するほど効果的なものである
。この段階のェマルジョンは適当なものであり、直接パ
イプ９を通して使用することが可能であるが、さらに改
良を欲する場合、またェマルジョンを維持することを欲
する場合には、第１図に示したように第三段階を連続さ
せることが可能である。その場合、ェマルジョンをパイ
プ１０で第二段階から受器へ運び、そこから遠心ポンプ
でェマルジョンを取り出し、環系統の油バーナーへ順番
に送り出し、再び受器へ戻す。

この第三段階では、ェマルジョンがいくらか改良される
けれども、最も重要なことはェマルジョンがずっと維持
されることである。しかも、これを油が油バーナーへ循
環するのと同じポンプで行なうことは非常に合理的であ
る。油中へ水をェマルジョン化する作用が常時存在する
ので、少量の水と適当なェマルジョン化によって、また
は適当よりいくらか劣るェマルジョン化と少し多量の水
によって、油中の灰分量に相当するよりもほんの僅かに
高い、定量化された粒子の放出を得ることが可能である
。

通常１００％の炭素を除去することは必要ないので、そ
の限りでそれは、通常、実施されない。

しかし、最少量の水で炭素の最適な減少を達成すること
が問題であって、その場合にはこのェマルジョン化方法
は非常に重要なものである。これは以下に記載した実験
から明らかであろう。例 水分百分率と上記に依るェマルジョン化段階数とを変数
とする水／油ェマルジョンの燃焼実験実験は次の明細を
もつ油燃焼ボイラーで行なった。

油ボイラーの型式； Ｄａｎｓｋｏｋｅｒ（燃焼管ボイラー）２にｃａｌ／ｈ
‐油バーナー： Ｓａａｃｋｅ回転式油バーナ
ー油：１０００Ｆで１５００レッドウッド砂の粘度をも
つ燃焼油装入：全試験中充分な装入ェマルジョン中の水
分のパーセント量は第一段階（第１図参硝）でノズルの
容量を変えて、３％，５％および１０％に固定した。

水分パーセントは実験ごとに測定した。ガス流の炭素含
有量は石英綿（ｑ肌ｒＧｗ血１）炉過法を用いて測定し
た。

これによると、特定量のガス流が石英線炉紙を通して吸
引される。ガス流の通過吸引の前後に炉紙を重量測定し
、重量増加があればそれをガス流の通過吸引量と比較し
「双９／めにおける粒子放出濃度を得る。その場合、石
英線における炭素含有量を側定することによって、また
は、既知の油の灰分含有量に基づいて油中の灰分量に相
当する石英綿炉紙上の粒子量を差し引くことによって、
粒子の放出から炭素の放出を見し、出すが可能である。

実施した実験ではどちらの方法も同じ結果を与えた。

個々の段階の効果を調べるために、第一段階（第１図参
照）直後から採取したェマルジョン、および第二段階直
後から採取したェマルジョン、および循環系であるため
第三段階から採取したヱマルジョンで実験を行なった。

次の表の値はすべて３つの試験による平均値である。種
特：車質燃料油 粘度：１０００Ｆ：１４８０レッドウッド秒５００Ｆ：
１７公Ｓ密度：１５００において０．９５５ｇノの‘炭
素（Ｃ）：８７．０％水素（Ｈ）：１０．７％ 窒素（Ｎ）：０．４％ 硫黄（Ｓ）：１．８％ 灰分：０．０２３％ 実験中、装入量は時間当りの燃焼せるｋ９油を基準（従
って時間当りのｋｇェマルジョン基準ではない）に計算
して一定であった（十分な装入量）。

過剰の空気は自動的に調節され、１．６％０２±０．２
％０２に相当した。各段階後の水／油ェマルジョンによ
る炭素放出。

表および特に図から、十分に多量の水（＞１０％）によ
れば油中への水の単純なヱマルジョン化は適当であるけ
れども、より少量の水（３〜５％の水）による粒子放出
の同様な減少を欲するならば、数段階、少なくとも２段
階を用いなければならないことがわかる。

循環系から油バーナーへ供給するために、そしてェマル
ジョンを維持するために、結局第三段階を用いなければ
ならない場合に、第三段階を用いることは確実に改良で
ある。

第３および４図は、円筒形状の第一ノズルハウス１５へ
の油用入口パイプ１４を示している。

この入口は第４図から明らかなように接線（正鞍）方向
に向いている。入口パイプ１４には炉過器１６および磁
気弁１７が挿入されている。ノズルハウス１５には中央
のパイプ１８が配置され、これに多数のノズル１９が挿
入され、水用入口パイプ２０と接続されている。このパ
イプ２川こは一方向弁２１、電磁弁２２、容量指示器２
３、ポンプ２４および炉過器２５が挿入されている。ポ
ンプ２４はモーター２６で駆動する。ノズルハウス１５
は出口パイプ２７が設けられており、それはモーター２
９で駆動されるポンプ２８を通り、圧力調節弁３１を通
って、もう１つのノズルハウス３０へ導かれている。

ノズルハウス３０は、第一ノズルハウス１５と同様に複
数のノズル３３をもつ中央に配置せるパイプ３２が取り
付けられており、パイプ２７がパイプ３２の内側に接続
されている。ノズルハウス３川ま出口パイプ３４を有し
ている。ノズルハウス１５および３０１こは圧力計３５
および３６がさらに取り付けられている。このようにし
てこの装置は次のように作動する。

前言己のように第一ノズルハウスで水および油がプレス
されると、水は霧化状態でノズルから流出し、同時に、
中央のパイプの周りに回転してもたらされた油の流れの
内によく分散する。

こうしてつくられたエマルジョンが次に別のノズルハウ
スで霧化されると、ェマルジョンは非常に微細な品質を
持つようになる。例 本発明の好ましい態様は、第一および第二ノズルハウス
の両方の一連のノズルそれぞれにおいて７バールの差圧
で操作する。

こうすることによって、最終ヱマルジョンにおける０〜
１２％の水分含有量で操作することが可能であり、好ま
しくは５％の水である。こうして、燃焼せる油のｋ９当
り２〜３の９の流れガス中の固形物含有量の減少を達成
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、オイルバーナーと一緒に機能する、本発明に
依る装置の原理的構成を参照して本発明に依る方法を説
明しる漠式図、第２図は、パ−セントで計算して炭素の
減少量と添加せる水との関連性を説明し、かつ下記の表
に匹敵する、３つの異なる水の混入物を示した、表を参
照せる３本の曲線を示すグラフ図、第３図は、本発明に
依る装置の１態様を概略的に示す模式図、第４図は、拡
大された線０−０‘こおける第一ノズルハウスの断面図
である。 ２…第１ェマルジョン化室、４…霧化ノズル、６・・・
ポンプ、８・・・霧化ノズル、１４・・・油用入口パイ
プ、１５・・・第一ノズルハウス、１８・・・中央パイ
プ、１９・・・ノズル、２０・・・水用入口パイプ、２
１・・・一方向弁、２４・・・ポンプ、２７・・・出口
パイプ、３０…ノズルハウス、３４…出口パイプ。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水を１個または数個のノズルを通して油中へ噴霧す
   る油中水エマルジヨンの製造方法であって、少なくとも
   ２つの段階、即ち、（１）水を１個のノズルまたは１組
   のノズルを通して油中へ霧化する段階、および（２）前
   記第一段階からのエマルジヨンを１個または複数個のノ
   ズルを用いて均質化する段階、を用いることを特徴とす
   る方法。 ２ 前記第一段階における１個のノズルまたは複数個の
   ノズル上の差圧、即ち水と油との間におけるそれが、少
   なくとも３バールであることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 前記第二段階における１個または複数個のノズル上
   の差圧が少なくとも３バールであることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４ 分散作用のあるポンプ、例えば、遠心ポンプを用い
   て油中の水の分散をさらに改良しかつ維持する第三段階
   が存在することを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜
   第３項のいずれかに記載の方法。 ５ ノズルハウス内の開口した複数のノズルを具備する
   第一およびダ二の密閉ノズルハウスを有し、かつ第一ノ
   ズルハウスを通して油を選ぶ手段、第一ノズルハウスで
   １個または複数個のノズルを通して水を加圧する手段、
   および、圧力下で第一ノズルハウスから流出する水と油
   の混合物を第二ノズルハウスの１個または複数個のノズ
   ルの加圧側へ運ぶ手段を有することを特徴とする、油中
   水エマルジヨンの製造装置。 ６ 前記第二ノズルハウスからの出口がそのハウスの頂
   部へ開口していることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。 ７ 前記第一ノズルハウスは円筒形状であり、パイプが
   水の入口として働くとき主として半径方向の流出を持つ
   ように多数のノズルが取り付けられているパイプを中央
   に配置され、かつ、前記複数のノズルと前記円筒形状ノ
   ズルハウスの壁との間の室における油用入口が接線（正
   接方向）成分を有していることを特徴とする、特許請求
   の範囲第３項または第４項記載の装置。