JPS62106992A - 燃料添加剤 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、重油、アスファルト、石油コークスなどの石
油系低質燃料の燃焼性を改善する燃料添加剤に関する。

〔従来の技術〕

二度にわたる石油ショック以来、石油系燃料の高騰に伴
って、ボイラ、ガスタービンなどの燃料を多用する原動
機では、運転経費に占める燃料費の割合いが大きくなり
、アスファルトや石油コークスなどの石油系低質燃料の
実用化が進められている。これらの燃料は重油に比べ、
安価であるばかりか発熱量も高く、既設設備の簡単な改
造で転用できるため、今後需要が大きく伸びることが予
想されている。しかしこれらの石油系低質燃料は重油に
比べ、（ｌ）固定炭素が多く揮発分が少ない、（２１着
火速度が遅いため、安定した燃焼状態が得られず、未燃
炭素が多く発生する。などの欠点がある。

これらの欠点を補う方法として、（１）燃焼用空気を多
くする。（２）石油コークスを微粉化して、燃焼用空気
との接触面積を大きくする。（３）アスファルトに河し
ては、予熱温度を上げると共に噴霧燃焼時の粒子を微細
化して（２）の効果を狙う。

（４）この目的に合致したバーナを開発する、などの方
法が実施されている。

しかし、これらの改善策は次のような問題点があり、十
分な対策とは言へない。すなわち、（１）燃焼用空気の
増加はボイラ効率の低下のみならず、燃焼ガス中のＮｏ
、や８０３の生ｆｙ、ｔ−促し、環境汚染や硫酸露点腐
食を発生させる。（２）の微細化は粉砕機の能力に限界
があり、微粉砕するには多大の設備費用を要する。又、
（３）の予熱温度の上昇はエネルギの消耗に繋がり、（
４）のバーナの改良、改発についても容易でなく、現在
のところ完全なものは開発されていない。

以上のような状況に鑑み、従来から助燃剤の研究が行な
われ、バリウム、マンガン、セリウム、銅、コバルト化
合物を燃料中に添加する方法が採用されている場合があ
るが、これらは高価であるうえ、重金属化合物として公
害上の問題がある。発明者らの一人は、さきに特公昭５
７〜６１’１２４号において、低級鉄酸化物及び微粉宋
鉄の一株又は二種以上を燃料中に加え、燃焼ガス中のＮ
Ｏｘの生ｇｔ−抑制する方法を提案した。その後の研究
の結果、鉄化合物の多くは燃焼を改善しＮＯｘの低下を
促し、さらに排ガス中のダストの物理化学的性質（例え
ば化学組成の変化、電気抵抗の変化など）を改善して、
電気集じん装置の効率を上昇させるなど多くの利点が認
められたので、既に提案した。

この種の鉄化合物としては 無機鉄化合物・・・Ｆｅ０１Ｆｅ３０４．Ｆｅ！０３．
ＩＩ′ｅ００Ｈ１Ｆｅ（ＯＪ３．Ｆｅ０Ｏ３，ＦｅＳＯ
４、ＦｅＣ４。

Ｆｅ（Ｎｏ、）ｚ 有機鉄化合物・・・オクチル酸鉄、ナフテン酸鉄、ステ
アリン酸鉄、醋酸鉄、蟻 酸鉄、メタクリル酸鉄 がめり、高温の燃焼領域では酸化し７’ＣＤ、分解する
などの工程を経て、最終的にはＩＦｅ！０３粒子として
燃焼ガス中に浮遊するものであるものが選出されている
。又、これらの鉄化合物の燃料中への添加形態としては
、無機の鉄化合物中、酸化物（Ｆｅｄ、　１？’ｅｌＯ
４，Ｆｅ１０３　）やＦｅ（ＯＭ）１　、　ＦｅＣ０１
などは水はもとより油にも溶解しないため、微粉床ｏ状
態で使用し、Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ０４　、　Ｆｅ（ＮＯｓ
Ｊｚ　。

蟻酸鉄、錯酸鉄などは水にとけるため水溶液として用い
られている。（但し油にとけない。Ｊ又、オクチル酸鉄
、ナフテン酸鉄、ステアリン酸鉄、メタクリル酸鉄など
は油にとけるが水に溶解しないなどの性質があるため、
添加する鉄化合物の性質によって燃料中ヤボイラ炉内へ
注入する方法が異なっているのが普通である。一般に油
溶性の有機化合物は燃料中へ直接添加する方法が採られ
ており、効果も最も高いと云われているが高価であるた
め、安価な石油系低質燃料を採用しているメリットが少
なくなっているのが現状でめる。他の鉄化合物！に鉄酸
化物は安価ではあるが油溶性の鉄化合物に比べ、その効
果が小さい欠点があり、経済的に有利な鉄化合物の出現
が望まれている。

〔発明が解決し↓うとする問題点〕

本発明は、従来の燃料添加剤の有する欠点のない安価な
燃料添加剤を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は鉄酸化物ニジなり、その粒度が少なくとも１μ
ｍ以下のものが８０％を占めることを特徴とする燃料添
加剤である。

すなわち、本発明は燃料添加剤として、長期間連続使用
しても運転経費の安い酸化鉄（ＦｅｓＯｓＪを使用し、
従来の鉄酸化物の欠点である■油中における均一分散性
の悪さ、■燃焼促進効果の低下、■低Ｎｏ、化性能の低
下、■排ガスダスト改質性能の低下、■注入配管内部に
おける沈降現象の発生、■注入ポンプ部品の摩耗（以上
側れも油溶性有機鉄化合物と比較し次ときの問題点］対
策として酸化鉄の超微粉を使用することとしたこと’ｔ
＊徴とするものである。

なお、本発明の燃料添加剤″Ｖある超微粉酸化鉄を水中
に添加してスラリ状態で使用する場合、酸化鉄粒子が水
分子に覆われ、化学活性力が幾分低下する傾向があるが
（特に長時間水中に放置している条件では活性力の低下
が認められる八このような場合は水中に空気を吹込むと
共にオゾンを共存させることによって、化学活性力の維
持、回復にもとより、その性能を一層向上させる方法を
採ることができる。

又、本発明燃料添加剤である超微粉酸化鉄が、油中（燃
料ｃＰ）はもとより、水中でも安定に均一分散するよう
に、又水中では配管を腐食（サビの発生）させないよう
に、分散剤、防錆剤などを適宜選定して添加しておくこ
とが好ましい。

〔作　用〕

一般にこの筏の燃料添加剤の使用量は、使用目的及び燃
料消費量によって決定されているが、この方法に拠れば
、添加剤中に含まれている酸化鉄の含有量（重量］が一
定でおっても、粒子径が異なると、その表面積や粒子数
に大きな差が認められる。たとえば粒径４４μｍｏ酸化
鉄粒子の表面積を１とすれば、同じ重量の酸化鉄粒子を
２０μｍに粉砕すると、その表面積は２．２倍となり、
１０μｍとすると４．４倍、２μｍで２２倍、［１５μ
ｍでは８８倍に増大する。

又、４４μｍの酸化鉄粒子ｉ′ｆｔ１とすると、２０μ
ｍ　に粉砕したときの粒子数は１１．１０μｍでは８５
．２μｍでは１０，６００、（Ｌ　５／Ａｍにすれば６
８１．０ＯＯＫ達する。（以上はいずれも粒子を球状と
しての計算ン この１５に酸化鉄を超微粒子にすると同重量でも表面積
は勿論、粒子数が飛躍的に増大する。

表面積の増大は、酸化鉄表面における化学反応の促進に
効果があり、粒子数の増加は、燃焼環境中に浮遊してい
る未燃炭素との接触機会を著しく増加させることとなり
、粗粒子の酸化鉄に比べ物理的に反応機会の増大を招く
こととなる。

一方、化学的視野から見れば超微粉子の表面は、活性に
富み、酸化作用が強く未燃炭素の燃焼促進に大きな効果
があることとなる。又、１μｍ以下の粒子を水や燃料中
に注入してよく攪拌して放置しても、ブラウン運動を起
し、底部に沈降することがないため、長期間にわたって
、それぞれの液体中において均等に分布し、本発明の目
的を達することができる。

又、水中に長時間スラリ状態で駿化鉄粒子を存在させて
おくと、水の分子が粒子の表面を覆い、活性力を低下さ
せるのみならず、ときには粒子が相互に凝集して大きな
二次粒子を主放するおそれがあるので、適切な分散剤を
加へると共に水中に空気おオゾン（例えば１００１〜（
Ｌｌｐｐｍのオゾンを含む空気）を吹込むことにより、
活性力が持続され、本発明の効果が一層助長される。又
、これらの気体の吹込みはスラリ状酸化鉄の水中におけ
る均一分散性の向上にも有効である。

Ｆ　５）、０．の粒径とその効果ｔ−調査を行りため、
１μｍ以下の粒径と１〜１．５μｍの粒径の割合を次の
ように変化させ、燃料として市販Ｃ重油（８；２．５％
、Ｖ　：　Ｓ　Ｏｐｐｍ　％ＩＬａ　：　２０　ｐｐｍ
　）ｔ−使用し、蒸発３１６　ｏｏｔ７”ｈのボイラで
ばいじん量比、ばいじん中の炭素量比、Ｎｏ、　、　８
０．　　発生量比及び集じん効率比を調査した。

すなわち、７８１０１粒子径１μｍ以下の割合：２０％
、４０％、６０％。

７５１８０％、１００％ ｙｓ、ｏ３粒子径１〜１．５μｍの割合：８０％、６０
％、４０％。

２５％、２０％、０％ この結果のばいじん量比とばいじん中の炭素量比を第１
図に、８０３．　ＮＯｘ量比を第２図に集じん効率比を
第３図にそれぞれ示した。この結果から明らかなように
Ｆｅ２Ｏ３微粒径の割合が大なるほど、すべての項目に
ついて効果が認められるが、特に１μｍ以下の粒子の割
合いが全体の８０チ以上となったところで大きな効果が
認められ九。

〔実施例１〕（水スラリとして使用する例Ｊ第４図に本
発明の超微粒酸化鉄を水スラリとして、ボイラ燃料中へ
添加し、燃料の燃焼と共にボイラ炉内へ分散させた例を
示す。燃料は燃料タンク１から２の配管を通り、５の燃
料用ポンプによって、４のボイラ炉内へ噴霧され燃焼す
る。燃焼後の高温ガスは、ボイラ伝熱管と熱変換を行い
、空気予熱器５を経て、６の電気集じん装置によってガ
ス中の固形物（はいじんンを除去し、７の煙突から外部
へ放出される。−万態焼用の空気８は空気予熱器５によ
って熱又換金行って昇温し、燃焼用空気として燃料用バ
ーナを通って炉内へ注入される。

本発明を水スラリ状態（水：３５チ、エチレングリコー
ル：５％、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキ
ルフェニルエーテル：２％。

防錆剤としてオレイン酸アミン化合物：２％、本発明Ｏ
粒径（Ｄ　’ｅ＊ｏｓｌＩＨ＊ｏ：　５６％、比重；１
．６０）で使用する場合は、工業用水貯蔵タンク９から
水を１０の配管を通して、ポンプ１１を経て燃料配管中
へ圧入するが、その位置は燃料ポンプ３の前後のいずれ
も注入可能なように水スラリ配管１２を２系列設けてい
る。１３は？６．Ｏ，超微粉末の５０％水スラリ貯蔵タ
ンクで、１４の配管を通シ、１５のポンプに工って水配
管中へ注入するようになっているので、この注入位置か
ら燃料中へ注入される迄の配管中には超微粉Ｆｅ２Ｏ３
の水スラリが存在していることとなる。この水スラリ濃
度は燃料消費量によって、自動的に１５のポンプ及び１
１のポンプによって制御できるようになっている。又、
１５のポンプから貯水槽９へ超微粒Ｆｅ２０ｇを配管１
６を用いて送り、貯水槽中にて所定濃度の水スラリ全つ
りり、燃料中へ注入することも可能である。

１３の超微粒Ｆｅ３Ｏ４貯蔵タンク内には空気吹込配管
１７及びオゾン注入配管１８が付属されておｐ１必要に
応じ稼動できる状態となっている。（オゾン発生装置は
図外） （本発明の効果ン 試験条件 （１１供試ボイラ：蒸発１６００ｔ／ｈ（２）　　燃　
科：市販Ｃ重油（Ｓ：２．５％、Ｖ；ｓｏｐｐｍ。

Ｈａ　：　２０　ｐｐｍ　） （３）　　注入した酸化鉄：本発明の超微粒ｐｅｌｏ、
　　粒径１踊以下８０％以上 （残の２０％は１ 〜１．５μｍ） 比較品（１）　　　　粒径１μｍ〜３μｍ８０％以上（
残り の２０％は３〜４ μｍ） 比較品（２）　　　　粒径３〜１０μｍ８０％以上（残
り の２０％は１０〜 １５μｍ） （４）　　性能比較項目：空気予熱器出口排ガス中のば
いじん量とその中に含まれる未燃炭素量、 電気集じん装置の効率、排ガス中の ８０、量、Ｂｏｘ量 第１表は、上記の試験結果を示したものでめる。（尚、
Ｆｅ１０３の燃料中への注入量は１１００ｐｐ　Ｋなる
ように設定し九が、実際には８０〜２５０　ｐｐｍの範
囲にあった。） この表には、Ｆ’　８！ＯＢ無注入時における測足値を
基準として、その比で示しているが、酸化鉄の注入によ
って、ばいじん量及びばい中の未燃炭素分が減少し、こ
れに伴って集じん効率が向上していることがわかる。一
般に電気集じん装置はばいじんの抵抗値が１０５〜１０
８程度のものに対する効率がよいとされているが、Ｆｅ
１Ｏ１の注入に工ｐ１ばいじん中の電気抵抗の大きい未
燃炭素量が低下した効果があられれているものと考えら
れる。

”Ｏ９＊　ＮＯＸ　　の低下は、注入したＦｅ鵞Ｏｓが
燃焼炉壁管に付着して、その輻射吸収率全増大させ４燃
焼領域の最高温度を低くしたことによって、活性化され
た酸素の存在量が低下しＳＯ，→Ｓｏ。

への酸化及びサーｗ　＃　（Ｔｈｅｒｍａｌ　）　ＮＯ
ｘの発生を抑制したものと思われる。

このように燃焼領域のガス温度が低下しているにも拘ら
ず、燃料の燃焼が向上して未燃炭素量が減少したのはＦ
ｅ２Ｏ３の存在に↓シ、燃料中の炭素成分の分解や着火
温度が無注入時に比べ低くなシ、燃焼領域温度が高くな
くても、燃焼が促進された結果と考えられる。

本発明の粒径１μｍ以下８０％のｒｅ、ｏ３の注入した
ものは１μ線上のものに比べ、非常に有効であることが
確認された。

第２表は、オゾン注入装置から１００１〜αｌｐｐｍの
オゾンを含む空気ｔ−Ｉ　Ｌ／ｍ’・ｍｉｎで貯蔵タン
クに１カ月間連続吹込みを行なったものと、吹込まずに
１力月間放置したものの比較試験を行なったもので、オ
ゾンの吹込みによ’）　ＦｅｍＯｓの性能が維持されて
いることが確認された。本１　　発明のＦｅ１Ｏ１は、
粗粒の？、、０３と比べると性能的には優れているが、
それでも、第１表に比べると幾分その性能が低下してお
り、オゾンの注入により、長期間放置による性能低下を
防止していることが明らかとなった。＄２表のデータは
Ｆｅ、Ｏ，スラリｓ度２０％のものを用いて行つ〔実施
例２〕（オイルスラリとしての使用例ン第５図に本発明
の超微粒Ｆθｇｏｓ　ｋスピンドル油に重ｔ％で約５０
％に混合したオイルスラリ状（スピンドル油；４０％、
界面活性剤としてンルビタンモノオレード：４チ、本発
明の粒径のＦｅｍＯｓ　　＊　５６％、比重：１．５３
．１とし、アスファルトを燃焼するボイラに適用した例
を示す。

第５図において２１はアスファルト貯蔵タンクで流動性
を維持するため、蒸気加熱袋Ｒ２２′１ｉｌ−設置して
めシ、これをボイラへ導くための配管にも同種の加熱機
構含有している。アスファルトは１５０℃へ２００℃に
加熱され、ポンプ２３に↓つてボイラ４中へ注入して、
燃焼させる。

２４は前記オイルスラリの貯蔵タンクで配管２５を通り
、注入ポンプ２６にエフ、燃料ポンプ３の出口側へ配管
２７によって注入される。ボイラから排出されるガス通
路に設けられている突気予熱器５、電気集じん装置６、
煙突７は第４図と同様でめジ、又８Ｖｉ燃焼用窒気の取
シ入れ部を示したもので、その作用機構は第１図にて説
明した通りである。

（本発明の効果ン 試験条件 （１）　　供試ボイラ：蒸発量　１７０い（２）　　燃
　Ｍ：市販７スフフル）　（Ｓ　：　３２％、ｖ　；　
ｓｏ。

ｐｐｍ、　Ｎａ：１２０　ｐｐｍＪ　７０％にＣ重油（
８：ｔ８％ｅ　Ｖ：６５ｐｐｍ、　　Ｎａ　：１７ｐｐ
ｍ７５０％混合したもの。

（３）　　注入し次酸化鉄：本発明及び比較品とも実施
例１と同じＦｅ、ｏ３粒度のものを使用した が、有機鉄化合物としてオクチル 酸鉄を追加した。

（４）　性能比較項目：実施例１と同じ添加剤の注入量
はｐ６．ｏ、として重油中へ１１００ｐｐとなるように
計画したがボイラの運転条件の変動にニジ、実際には７
０〜２４０　ｐｐｍの範囲であつ念。第５表は本発明の
試験結果を示したもので、Ｆｅ、０．全注入しない場合
の結果を基準としてその比で示した。この結果から明ら
かな工９に、超微粒Ｆｅ２０ｇを注入するとその効果は
有機鉄に比較しても遜色がなく良好な結果が得られてお
９、Ｆθ！ｏｓの超微粒子を採用することに工って、経
済的な運転が可能であることが確認された。

〔実施例３〕（オイルスラリとして使用する例２次に本
発明を石油コークスを燃焼しているボイラに適用した例
を第６図に示す。３１の石油コークス貯蔵タンクから出
たコークスはミル３２によって所定の粒度に粉砕され、
空気予熱器５を通って加温された空気配管３５によって
、ボイラ炉４内へ導入される。一方、Ｃ重油貯蔵タンク
５７からポンプ５８によって、配管５９′ｆＩ：通して
同じくボイラ４へ導入される。本発明の超微粒Ｆ’ｅｌ
Ｏ１は実施例２と同様なものを貯蔵タンク３４から定量
ポンプ５５によって所定量を０重油配管５９へ注入し、
ボイラ炉４内で、吸引された燃焼用空気８によって、石
油コークスとＣ重油がボイラ炉４内で燃焼するようにな
っている。ボイラ４から出た燃焼ガスが煙突から排出さ
れる迄の装置類の設備は第４図及び第５図と同様である
。試験条件は実施例２と同じとした。

（本発明の効果） 第４表に試験結果ｔ−要約して示した。この結果からも
明らかなように、難燃性の石油コークスを燃焼ボイラに
おいて、助燃的な役割を果している０重油中に本発明の
超微粒Ｆｅ、Ｏ，を注入すると実施例１，２の場合と同
様、排ガス中の未燃炭素量が減少し、燃焼性が改善され
ているのが認められると共に、ダスト類の電気抵抗値が
上昇し、集じん装置の効率も向上することが判明し、本
実施例においても超微粒Ｆｅ１Ｏ１の効果の優秀性が立
証された。尚、第６図の石油コークス貯蔵タンク中に本
発明の超微粒ｗｅ１ｏ、　を注入して、石油コークス粉
の表面に？１３ｚＯｓ　ｆ付着させてものについても試
験したが、重油中に添加した場合と同様な効果が得られ
た。し九がって、本発明の超微粒Ｆｅ２０１の添加は、
水スラリ、オイルスラリはもとより固形粉末状のものに
対しても有効に作用することが確認できた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明燃料添加剤の酸化鉄の粒径限定
理由の根拠を示す囚表、第４〜６囚は、本発明の実施例
で採用したフローを示す図である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　亮　− 復代理人　　安　西　篤　夫 ｌノア７７以下の拉径（ｘ） 第２図 ／、ｕｍ以下の粒径（％） 第３区 １）ｔｙｎ以下の粒径（％） ｔ＞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　”
ベ　　　　　　　　　　Ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄酸化物よりなり、その粒度が少なくとも１μｍ
   以下のものが８０％を占めることを特徴とする燃料添加
   剤。