WO2016068137A1 - 廃水混合燃料生成・供給システム - Google Patents

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WO2016068137A1
WO2016068137A1 PCT/JP2015/080262 JP2015080262W WO2016068137A1 WO 2016068137 A1 WO2016068137 A1 WO 2016068137A1 JP 2015080262 W JP2015080262 W JP 2015080262W WO 2016068137 A1 WO2016068137 A1 WO 2016068137A1
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fuel oil
exhaust gas
waste water
fuel
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PCT/JP2015/080262
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▲高▼山敦好
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株式会社Ｍｇグローアップ
丸福水産株式会社
▲高▼山敦好
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    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a wastewater mixed fuel generation / supply system that mixes wastewater with fuel oil to generate a wastewater mixed fuel without using an emulsifier and supplies the generated wastewater mixed fuel to a combustion device.
  • Patent Document 1 while connecting a base end portion of an exhaust gas recirculation passage to an exhaust port provided in a marine internal combustion engine (diesel engine), an intake port provided in the marine internal combustion engine A system in which a front end of an intake flow path is connected to a front end of the exhaust gas recirculation flow path in the middle of the intake flow path, and wet exhaust purification means is provided in the middle of the exhaust recirculation flow path. is there. Then, the wet exhaust gas purification means generates the purified gas having been purified by bringing the exhaust gas flowing in the exhaust gas recirculation passage into contact with the treated water, and mixing the purified gas and the intake air. Then, the mixed gas is sent to the intake port of the marine internal combustion engine through the downstream side of the intake passage, and the treated liquid that captures the dust in the exhaust gas is treated as wastewater, and the wastewater is disposed of by the wastewater treatment device. Like to do.
  • an object of the present invention is to provide a wastewater mixed fuel generation / supply system capable of reducing the construction cost.
  • An exhaust gas recirculation means for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the exhaust port of the combustion device together with the intake air through the intake port of the combustion device; By making gas-liquid contact between the exhaust gas flowing in the exhaust gas recirculation means and the treated water, a purified treated gas is produced, and the treated liquid capturing the dust in the exhaust gas is discharged as waste water.
  • the waste water discharged from the wet exhaust purification unit is added to the fuel oil, and the waste water mixed fuel is generated by mixing them, and the generated waste water mixed fuel is used as the combustion chamber of the combustion apparatus. Therefore, the waste water can be effectively used as part of the waste water mixed fuel. This eliminates the need for a waste disposal device that disposes of waste water, thereby reducing the system construction cost.
  • Waste water mixed fuel production means A main fuel supply section for supplying main fuel oil having a relatively low viscosity; An auxiliary fuel supply unit for supplying an auxiliary fuel oil having a relatively high viscosity; A first fluid mixing unit that mixes a main fuel oil and a sub fuel oil at a certain ratio to form a mixed fuel oil; A second fluid mixing unit that mixes the mixed fuel oil and waste water at a certain ratio to form a waste water mixed fuel; It is characterized by comprising.
  • the mixed fuel oil is obtained.
  • a mixed fuel oil having a viscosity higher than that of the main fuel oil can be obtained.
  • the viscosity difference of this mixed fuel oil and the waste water mixed with it can be increased. Therefore, when the mixed fuel oil and waste water are mixed at a constant ratio by the second fluid mixing unit, the shear stress acting on the waste water by the mixed fuel oil is increased, and the refinement of the waste water is promoted. As a result, oil / water separation can be prevented by mixing the mixed fuel oil and the waste water by the second fluid mixing section.
  • a wastewater mixed fuel containing water particles that have been nano-leveled water particle size is 1 ⁇ m or less
  • water particle size is 1 ⁇ m or less
  • the wastewater that meets the regulation of sulfur content concentration in the mixed fuel oil is 0.1% or less.
  • a mixed fuel can also be generated, and the generated wastewater mixed fuel can be supplied to the combustion device.
  • invention of Claim 3 is invention of Claim 2, Comprising: As the main fuel oil, light oil or A heavy oil is used, while as the auxiliary fuel oil, C heavy oil or coal oil is used.
  • the mixed fuel oil in which the difference in viscosity from the waste water is firmly secured by using light oil A or heavy oil A as the main fuel oil and using heavy fuel oil C or coal oil as the auxiliary fuel oil.
  • light oil A or heavy oil A as the main fuel oil
  • heavy fuel oil C or coal oil as the auxiliary fuel oil.
  • invention of Claim 4 is invention of Claim 2, Comprising:
  • the second fluid mixing unit is characterized in that the water particle size of 80% of the accumulated volume of waste water is refined so as to be 1 ⁇ m or less.
  • the NOx concentration is reduced and the fuel efficiency is improved by making the water particle size of 80% of the accumulated volume of waste water smaller than 1 ⁇ m.
  • invention of Claim 5 is invention of Claim 4, Comprising:
  • the second fluid mixing unit is characterized in that it is refined so that the average water particle size is 500 nm to 1 ⁇ m.
  • the reduction rate of NOx concentration and the improvement of fuel consumption can be satisfactorily realized by miniaturization so that the average water particle size becomes 500 nm to 1 ⁇ m.
  • the average water particle size is 1 ⁇ m or less, the reduction rate of the NOx concentration is deteriorated, while the fuel efficiency is improved. That is, it can be said that the NOx concentration reduction rate and the fuel consumption are in a trade-off relationship, but when the average water particle size is 500 nm or more, an appropriate reduction rate of NOx concentration and an improvement in fuel consumption can be realized.
  • the invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5,
  • the weight ratio of fuel oil to wastewater is 70:30.
  • the fuel oil here includes mixed fuel oil.
  • the fuel consumption can be significantly improved by setting the weight ratio of the fuel oil and the waste water to 70:30.
  • the exhaust gas discharged from the combustion device is purified by the wet exhaust gas purification means, and the waste water discharged from the wet exhaust gas purification means is added to the fuel oil to generate the waste water mixed fuel, and the generated waste water mixing
  • the waste water discharged from the wet exhaust gas purification means is added to the fuel oil to generate the waste water mixed fuel, and the generated waste water mixing
  • Table of engine specifications. A list of properties of fuel oil.
  • FIG. 1 S shown in FIG. 1 is a wastewater mixed fuel production / supply system (hereinafter also abbreviated as “production / supply system”).
  • the generation / supply system S includes an exhaust gas recirculation unit A1, a scrubber device (cleaning dust collector) Sk as a wet exhaust gas purification unit, and a wastewater mixed fuel generation unit A2.
  • the exhaust gas recirculation means A1 uses a part of the exhaust gas (exhaust gas) discharged from the exhaust port of the internal combustion engine (engine E in this embodiment) as a combustion device together with the intake air. It is constituted so that it can be inhaled and recirculated.
  • the combustion apparatus here includes not only the above-described internal combustion engine but also equipment such as a boiler.
  • the scrubber device (cleaning dust collecting device) Sk generates the purified gas after the purification process by bringing the exhaust gas flowing in the exhaust gas recirculation means A1 into contact with the treated water, and the dust in the exhaust gas.
  • the captured treated liquid is discharged as waste water Ww.
  • the waste water mixed fuel generating means A2 adds the waste water Ww discharged from the scrubber device Sk to the fuel oil, and generates a waste water mixed fuel by mixing them, and the generated waste water mixed fuel is converted into the internal combustion engine (engine). E) is configured to be supplied to the combustion chamber.
  • the wastewater mixed fuel generation means A2 is used as a main fuel oil tank T1 as a main fuel supply unit that supplies main fuel oil having a relatively low viscosity and a sub fuel supply unit that supplies sub fuel oil having a relatively high viscosity.
  • a sub-fuel oil tank T2 a first fluid mixer M1 serving as a first fluid mixing unit that mixes the main fuel oil and the sub-fuel oil at a certain ratio into a mixed fuel oil, and the mixed fuel oil and waste water Ww.
  • a second fluid mixer M2 as a second fluid mixing unit that mixes at a constant ratio to produce wastewater mixed fuel.
  • the main fuel oil for example, light oil
  • a heavy oil or biofuel is used
  • the auxiliary fuel oil for example, C heavy oil or coal oil (specifically, creosote oil or the like) can be used. .
  • the weight ratio of the main fuel oil and the auxiliary fuel oil can be set to, for example, 50 to 98:50 to 2, preferably 80:20. That is, the mixing weight ratio of the main fuel oil and the auxiliary fuel oil can be appropriately set in the range of 50:50 to 98: 2 depending on the combination of the types in consideration of the mutual viscosity difference.
  • the auxiliary fuel oil can make up a weight ratio of 30% or less of the weight of the main fuel oil.
  • the weight ratio of the mixed fuel oil to the waste water Ww can be set to 60 to 80:40 to 20, for example, preferably 70:30.
  • these mixed weight ratios are as follows: 55% light oil as the main fuel oil (0% sulfur content), 15% coal oil as the auxiliary fuel oil (0.5% sulfur content), and wastewater Ww30. % Can be set to a combination. Also, it is set to a combination of 65% low sulfur A heavy oil (0.07% sulfur) as the main fuel oil, 5% coal oil as the secondary fuel oil (0.5% sulfur), and 30% wastewater Ww. You can also By setting to such a combination, a wastewater mixed fuel having a sulfur content of 0.1% or less can be generated.
  • the mixing weight ratio of the main and auxiliary fuel oils here is such that the weight of the auxiliary fuel oil is 30% or less of the weight of the main fuel oil.
  • the sulfur concentration can be suppressed by combining the main fuel oil with a fuel having a low sulfur concentration. Therefore, it can be easily set so that the total sulfur content of the main and secondary fuel oils to be mixed is 0.1% or less, and the sulfur concentration in the mixed fuel oil is 0.1% or less. It is possible to produce a wastewater mixed fuel that complies with the regulations to be achieved. Furthermore, the wastewater mixed fuel produced in this way can be used without heating in internal combustion engines and external combustion engines mainly composed of fuel having a relatively low viscosity.
  • the second fluid mixer M2 can be miniaturized so that the water particle size of 80% of the accumulated volume of the waste water Ww is 10 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or less, and more preferably the average water particle size is 500 nm. Refine to 1 ⁇ m.
  • the waste water Ww discharged from the scrubber device Sk is added to the mixed fuel oil, and these are mixed to produce a waste water mixed fuel. Since the internal combustion engine (engine E) is supplied, the waste water Ww can be effectively used as part of the waste water mixed fuel. This eliminates the need for a waste disposal device that disposes of waste water Ww, thereby reducing the system construction cost.
  • the main fuel oil having a relatively low viscosity and the auxiliary fuel oil having a relatively high viscosity are mixed at a certain ratio by the first fluid mixer M1 to obtain a mixed fuel oil, thereby making the fuel oil more than the main fuel oil.
  • a mixed fuel oil having an increased viscosity can be obtained.
  • the viscosity difference of this mixed fuel oil and the waste water Ww mixed with it can be increased. Therefore, when the mixed fuel oil and the waste water Ww are mixed at a constant ratio by the second fluid mixer M2, the shear stress acting on the waste water Ww is increased by the mixed fuel oil, and the refinement of the waste water Ww is promoted.
  • the wastewater mixed fuel supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine (engine E) is set so that the total sulfur content contained in the main and auxiliary fuel oils to be mixed is 0.1% or less. It can be made into the wastewater mixed fuel which adapts to the regulation whose sulfur content concentration in mixed fuel oil is 0.1% or less.
  • the NOx concentration is reduced and the fuel efficiency is improved by making the water particle size 80% of the accumulated volume of the waste water Ww smaller than 1 ⁇ m.
  • the reduction rate of NOx concentration and the improvement of fuel consumption can be realized well.
  • the average water particle size is 1 ⁇ m or less, the reduction rate of the NOx concentration is deteriorated, while the fuel efficiency is improved. That is, it can be said that the NOx concentration reduction rate and the fuel consumption are in a trade-off relationship, but when the average water particle size is 500 nm or more, an appropriate reduction rate of NOx concentration and an improvement in fuel consumption can be realized.
  • fuel efficiency can be improved significantly by the weight ratio of fuel oil and waste water Ww being set to 70:30.
  • the scrubber treatment (cleaning dust collection treatment) is performed by the scrubber device Sk, so that the waste water Ww produced after the scrubber treatment is mixed with the mixed fuel oil without being disposed of. ⁇ Waste water mixed fuel can be generated by stirring. As a result, it is possible to reduce the labor and cost of disposing the waste water Ww, and to effectively use the waste water Ww.
  • the concentration of sulfur in the wastewater mixed fuel can be reduced by generating (desulfurization) sulfuric acid when mixing and stirring the wastewater Ww and the mixed fuel oil.
  • it is possible to raise the pH value of the wastewater Ww by using sodium hydroxide water as a solvent of the scrubber device Sk.
  • lime water as a solvent of the scrubber device Sk, it is possible to collect gypsum mixed with nitrogen oxides or sulfur oxides. From these, in the production / supply system S, by setting the sulfur concentration in the mixed fuel oil to be 0.1% or less, the generation of sulfuric acid from the waste water mixed fuel or the sulfur concentration in the waste water mixed fuel. Can be greatly reduced.
  • the generation / supply system S has a base end portion of the exhaust passage 9 connected to an exhaust port provided in an engine E that is an internal combustion engine.
  • a base end portion of the exhaust gas recirculation flow path Jr is connected to the middle portion of the exhaust flow path 9 via an electric three-way regulating valve Vc1.
  • a part of the exhaust discharged from the engine E through the exhaust passage 9 is introduced into the exhaust recirculation passage Jr by the electric three-way regulating valve Vc1.
  • a front end portion of the intake passage 10 is connected to an intake port provided in the engine E.
  • a front end portion of the exhaust gas recirculation flow path Jr is connected to the midway portion of the intake flow path 10.
  • the exhaust gas recirculation means A1 includes an exhaust gas recirculation channel Jr and an exhaust gas recirculation pump Pa provided in the middle of the exhaust gas recirculation channel Jr.
  • An exhaust gas recirculation (EGR) system is formed in the exhaust gas recirculation means A1 configured as described above, and the oxygen concentration in the combustion chamber of the engine E is restored by returning a part of the exhaust gas to the intake air. Is reduced. Thereby, since the combustion temperature can be lowered, the amount of NO x (nitrogen oxide) produced can be suppressed (reduced).
  • EGR exhaust gas recirculation
  • a scrubber device Sk is provided in the middle of the exhaust gas recirculation flow path Jr so as to be positioned upstream of the exhaust gas recirculation pump Pa.
  • the scrubber device Sk is a device that collects and separates particles (SOx, dust, etc.) in the exhaust gas in a cleaning liquid droplet or liquid film using a liquid such as water as a cleaning liquid (treated water).
  • the exhaust gas flowing in the exhaust gas recirculation flow path Jr is brought into gas-liquid contact with the treated water to generate a purified gas that has been purified, and the purified gas and the intake air are mixed. While this mixed gas is sent to the intake port of the engine E through the downstream side portion of the intake flow path, the treated liquid capturing the dust in the exhaust is used as the waste water Ww.
  • the scrubber device Sk is connected to the wastewater mixed fuel generating means A2.
  • the wastewater mixed fuel generating means A2 is connected to the main fuel oil tank T1 containing the main fuel oil at the base end portion of the main fuel oil outflow pipe 1.
  • a first electric flow rate adjusting valve V1 and a first flow meter R1 are arranged in series in this order.
  • the base end portion of the secondary fuel oil outflow pipe 2 is connected to the secondary fuel oil tank T2 containing the secondary fuel oil.
  • a second electric flow rate adjusting valve V2 and a second flow meter R2 are arranged in series in this order.
  • tip part of the main fuel oil outflow pipe 1 is connected to the front-end
  • a base end portion of a waste water outflow pipe 4 as a waste water supply channel is connected to the scrubber device Sk.
  • a third electric flow rate adjusting valve V3 and a third flow meter R3 are arranged in series in this order.
  • tip part of the wastewater outflow pipe 4 is connected to the front-end
  • a fourth electric flow rate adjusting valve V4 is disposed.
  • An electric pump P is disposed in the middle of the wastewater mixed fuel introduction pipe 6.
  • the mixing ratio of the main / sub fuel oil is adjusted by the opening amounts (openings) of the first and second electric flow rate adjusting valves V1, V2.
  • the mixing ratio of the waste water Ww and the mixed fuel oil is adjusted by the opening amounts (openings) of the third and fourth electric flow rate adjusting valves V3, V4.
  • the electric pump P sucks the combined fluid of the mixed fuel oil and the waste water Ww in the waste water mixed fuel introduction pipe 6 and discharges (pressure feeds) it toward the second fluid mixer M2, and supplies it to the second fluid mixer M2.
  • a merging fluid is introduced.
  • the base end of the wastewater mixed fuel outlet pipe 7 is connected to the outlet of the second fluid mixer M2.
  • the tip of the wastewater mixed fuel outlet pipe 7 is connected to the inlet of the engine E.
  • the base end portion of the wastewater mixed fuel circulation pipe 8 is connected to a portion of the wastewater mixed fuel outlet pipe 7 that is located in the vicinity of the outlet of the second fluid mixer M2.
  • a tip portion of the wastewater mixed fuel circulation pipe 8 is connected to a portion of the wastewater mixed fuel introduction pipe 6 located on the upstream side of the electric pump P via an electric three-way valve Vc.
  • the circulation channel J is formed.
  • the electric three-way valve Vc is switched, the circulation channel J is communicated with the second fluid mixer M2.
  • the wastewater mixed fuel is circulated in the circulation flow path J and mixed and stirred by the second fluid mixer M2 a plurality of times, so that the desired fineness of water droplets as a dispersoid is achieved.
  • a fifth electric flow rate adjusting valve V5 is disposed on the downstream side of the branch portion of the wastewater mixed fuel outlet pipe 7.
  • a pressure regulating valve V6 is disposed in the middle of the wastewater mixed fuel circulation pipe 8.
  • R5 is a fifth flow meter disposed in the portion of the wastewater mixed fuel outlet pipe 7 located on the downstream side of the fifth electric flow control valve V5.
  • the first fluid mixer M1 only needs to be capable of uniformly mixing and stirring the main fuel oil and the auxiliary fuel oil.
  • the “stirrer” disclosed in Japanese Patent No. 3623044 (FIGS. 1 to 6) can be employed.
  • this “stirring device” a mixing rotating body attached to a rotating shaft connected to an electric motor Mo as a rotation driving source is disposed in the liquid in the stirring tank.
  • the mixing rotator overlaps two upper and lower disks as a set, and forms an inflow port in the center of the upper disk, and a large number of cylindrical chambers opening forward are arranged on the front surfaces facing each other. Let it form.
  • the upper disk chamber and the lower disk chamber are arranged at different positions so that each chamber communicates with another facing chamber.
  • a plurality of different fluids can be mixed and stirred.
  • main / sub fuel oils supplied from main / sub fuel oil tanks T1, T2 are employed as a plurality of different fluids.
  • the second fluid mixer M2 only needs to be capable of refining the waste water Ww as the introduced dispersoid and making it uniform to the mixed fuel oil as the introduced dispersion medium.
  • 80% or more of the introduced waste water Ww as the dispersoid is refined to a particle size of 1 ⁇ m or less to form fine water particles, and the introduced dispersion What is necessary is just to be able to make uniform the mixed fuel oil as a medium.
  • a “fluid mixing device” disclosed in Japanese Patent No. 3884095 (FIGS. 15 to 23) can be employed.
  • This “fluid mixing device” is a static fluid mixing device that does not have a drive unit, and is configured by arranging honeycomb structure elements in series inside a unit.
  • a plurality of different fluids in this embodiment, waste water Ww and mixed fuel oil
  • a shearing force to achieve ultra-fine atomization and uniform mixing. It can be realized in a short time.
  • the wastewater mixed fuel generating means A2 configured as described above is provided with a controller C as shown in FIG.
  • the controller C is a computer device that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like that are connected to each other via an internal bus.
  • the CPU has a built-in timer, reads a control program stored in the ROM into the RAM, and executes calculations such as an addition ratio of the waste water Ww according to the control program.
  • output information from the operation unit Op and the first to fifth flow meters R1 to R5 is input to the controller C via an input interface.
  • the controller C generates control information based on these output information, and drives the first to fifth electric flow rate adjusting valves V1 to V5, the pressure adjusting valve V6, and the first fluid mixer M1.
  • Control information is output to the Mo, the electric pump P, the electric three-way valve Vc, and the electric three-way adjustment valve Vc1 via an output interface.
  • the operation unit Op is manually operated to set a desired mixing ratio of the main fuel oil and the auxiliary fuel oil.
  • the desired main and auxiliary fuel oil amounts [kg] are respectively calculated, and the opening amounts of the first and second electric flow rate adjusting valves V1 and V2 adapted thereto are determined and determined.
  • the first and second electric flow rate adjusting valves V1 and V2 are opened for each opening amount.
  • the flow rates of the main and auxiliary fuel oils flowing through the first and second electric flow rate adjusting valves V1 and V2 are detected by the first and second flow meters R1 and R2, respectively. Input to controller C.
  • the respective opening amounts of the first and second electric flow rate adjusting valves V1 and V2 are feedback controlled until a desired mixing ratio of the set main / sub fuel oil is obtained. That is, control is performed until the flow rates of the main and auxiliary fuel oils reach the set amounts. Then, the main and auxiliary fuel oils are mixed and stirred by the first fluid mixer M1 to generate mixed fuel oil.
  • the operation unit Op is manually operated to set a desired mixing ratio between the waste water Ww and the mixed fuel oil generated by the first fluid mixer M1.
  • the desired addition amount [kg] of the waste water Ww and the mixed fuel oil amount [kg] are calculated, and the respective opening amounts of the third and fourth electric flow control valves V3 and V4 are determined.
  • the third and fourth electric flow rate adjusting valves V3 and V4 are opened for each determined opening amount.
  • the respective flow rates of the fluids (waste water Ww and mixed fuel oil) flowing through the third and fourth electric flow rate adjusting valves V3 and V4 are detected by the third and fourth flow meters R3 and R4, respectively. Each detection information is input to the controller C.
  • the opening amounts of the third and fourth electric flow rate adjusting valves V3 and V4 are feedback-controlled until the set ratio of the desired waste water Ww and the mixed fuel oil is obtained. That is, the control is performed until the flow rates of the waste water Ww and the mixed fuel oil become the set amounts.
  • the mixed fluid in which a desired waste water Ww addition ratio is obtained is introduced into the second fluid mixer M2 through the waste water mixed fuel introduction pipe 6 by the electric pump P.
  • the waste water Ww as a dispersoid is refined to an average water particle size of 500 nm to 1 ⁇ m to form fine water particles and uniformized in the mixed fuel oil as a dispersion medium.
  • a wastewater mixed fuel is produced.
  • the generated wastewater mixed fuel is supplied to the engine E when the fifth electric flow control valve V5 is appropriately opened. Further, when the fifth electric flow control valve V5 is closed, the pressure control valve V6 is opened, and the electric three-way valve Vc is switched, the circulation flow path J is connected to the second fluid mixer M2. Communicated. In this case, the wastewater mixed fuel is circulated in the circulation flow path J and mixed and stirred by the second fluid mixer M2 a plurality of times, so that the desired fineness of water droplets as a dispersoid is achieved.
  • Equation (1) the water-mixed fuel is accompanied by an endothermic reaction called a water gas reaction, and the combustion temperature can be lowered from a micro explosion of water. Furthermore, since the contact area between the fuel and air increases dramatically, as shown in equations (2) and (3), the combustibility is improved and the overall heat quantity is increased, and the combustibility by adding water is improved. It is what is done. It is assumed that the combustion mode of diffusion combustion or evaporative combustion affects the effect of water.
  • exhaust gas recirculation uses a part of the exhaust gas again to lower the combustion temperature by reducing the oxygen concentration, and at the same time, carbon monoxide, carbon dioxide, This device reduces exhaust gas by reburning nitrogen oxides.
  • First fluid mixer M1 As the first fluid mixer M1, “Ramond Stirrer” (trade name) manufactured by MG Glow-up Co., Ltd., which is the “stirrer” disclosed in Japanese Patent No. 3623044 (FIGS. 1 to 6), was adopted. .
  • the second fluid mixer M2 is a “fluid mixing device” disclosed in Japanese Patent No. 3884095 (FIGS. 15 to 23) (“Ramond Nanomixer” (trade name) manufactured by MG Growup Co., Ltd.). This “Ramond nanomixer” is capable of exerting more power in high-viscosity liquid / heterophasic dispersion systems where uniform mixing is difficult.
  • Exhaust gas analyzer For the analysis of exhaust gas, testo 350 made by test was used. The measurement is NO, NO 2 , SO 2 , CO (ppmv), CO 2 , O 2 (%). A part of the exhaust gas (approximately 0.9 L / min) was sucked.
  • EA14-NB (trade name) manufactured by Kubota Corporation was used.
  • EA14-NB is a direct-injection one-cylinder four-cycle diesel engine with a bore of 94 mm, a stroke of 90 mm, that is, 624 cc, and a rated output of 11.5 PS at 2600 rpm.
  • the production method by the production / supply system S that does not use a surfactant (emulsifier) is to mix A heavy oil and C heavy oil by the first fluid mixer M1 to obtain a mixed fuel, and then to the mixed fuel after scrubber treatment. Waste water was produced by mixing with the second fluid mixer M2.
  • the engine load was 3 patterns of 25%, 50% and 75%, and the rotation speed was fixed at 2600 rpm.
  • FIG. 6 shows the performance of exhaust gas recirculation.
  • the ratio of air to exhaust air in the intake air is defined as an EGR rate.
  • NOx was reduced and a linear trend was observed. It was found that the EGR rate was reduced by about 62% at 30%. The fuel consumption was almost unchanged up to an EGR rate of 20%, but after that, a phenomenon of worsening was observed. From these, an EGR rate of 20% was taken as an experimental value.

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Abstract

構築コストの削減が可能な廃水混合燃料生成・供給システムを提供すること。　燃焼装置の排気口から排出された排気の一部を、吸気と一緒に燃焼装置の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段と、排気再循環手段内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして排出する湿式排気浄化手段と、燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段と、を備えている。

Description

廃水混合燃料生成・供給システム
　本発明は、燃料油に廃水を混入して、乳化剤を用いることなく廃水混合燃料を生成するとともに、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給する廃水混合燃料生成・供給システムに関する。
　従来、特許文献１に開示されているように、船舶用内燃機関（ディーゼル機関）に設けた排気口に排気再循環流路の基端部を接続する一方、船舶用内燃機関に設けた吸気口に吸気流路の先端部を接続して、吸気流路の中途部に排気再循環流路の先端部を接続し、排気再循環流路の中途部には湿式排気浄化手段を設けたシステムがある。そして、湿式排気浄化手段は、排気再循環流路内を流動する排気を処理水に気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成して、浄化処理済ガスと吸気とを混合し、混合気体を吸気流路の下流側部を通して船舶用内燃機関の吸気口に送気するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして、廃水は廃水処理装置により廃棄処理するようにしている。
特開２０１３－１７０５３９
　しかしながら、廃棄処理装置により廃水を廃棄処理する前記システムでは、廃棄処理装置を設けている分だけシステムの構築がコスト高になっていた。そのため、構築コストの削減が可能なシステムの開発が望まれていた。
　そこで、本発明は、構築コストの削減が可能な廃水混合燃料生成・供給システムを提供することを目的とする。
　請求項１記載の発明は、
　燃焼装置の排気口から排出された排気の一部を、吸気と一緒に燃焼装置の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段と、
　排気再循環手段内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして排出する湿式排気浄化手段と、
　燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段と、
を備えていることを特徴とする。
　請求項１記載の発明では、燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給するようにしているため、廃水を廃水混合燃料の一部として有効利用することができる。そのため、廃水を廃棄処理する廃棄処理装置を不要として、その分、システムの構築コストを低減させることができる。
　請求項２記載の発明は、請求項1記載の発明であって、
　廃水混合燃料生成手段は、
　粘度の比較的小さい主燃料油を供給する主燃料供給部と、
　粘度の比較的大きい副燃料油を供給する副燃料供給部と、
　主燃料油と副燃料油を一定の割合で混合して混合燃料油となす第１流体混合部と、
　混合燃料油と廃水を一定の割合で混合して廃水混合燃料となす第２流体混合部と、
を具備していることを特徴とする。
　請求項２記載の発明では、粘度の比較的小さい主燃料油と、粘度の比較的大きい副燃料油とを、一定の割合で第１流体混合部により混合して混合燃料油となすことで、主燃料油よりも粘度が増大した混合燃料油となすことができる。そして、この混合燃料油と、それに混合する廃水との粘度差を増大させることができる。そのため、混合燃料油と廃水を一定の割合で第２流体混合部により混合した際には、混合燃料油が廃水に作用するせん断応力が増加されて、廃水の微細化が促進される。その結果、第２流体混合部により混合燃料油と廃水を混合することで、油水分離を防ぐことができる。また、ナノレベル化（水粒径が１μｍ以下）された水粒を含む廃水混合燃料を堅実に生成することができて、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給することができる。さらに、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように設定することで、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下規制に適応する廃水混合燃料を生成することもできて、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給することができる。
　請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明であって、
　主燃料油としては、軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としては、Ｃ重油や石炭油を使用することを特徴とする。
　請求項３記載の発明では、主燃料油として軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としてＣ重油や石炭油を使用することで、廃水との粘度差が堅実に確保された混合燃料油となすことができて、このような混合燃料油と廃水を第２流体混合部により混合することで、ナノレベルに微細化された水粒を含む廃水混合燃料を堅実に生成することができて、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給することができる。
　請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明であって、
　第２流体混合部は、廃水の積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することを特徴とする。
　請求項４記載の発明では、廃水の積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することで、ＮＯｘ濃度が低減されるとともに、燃費が改善される。
　請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明であって、
　第２流体混合部は、平均水粒径が５００ｎｍ～１μｍとなるように微細化することを特徴とする。
　請求項５記載の発明では、平均水粒径が５００ｎｍ～１μｍとなるように微細化することで、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費の改善を良好に実現することができる。ここで、平均水粒径が１μｍ以下においては、ＮＯｘ濃度の低減率が悪化する一方、燃費は向上する。つまり、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費は、トレードオフの関係にあると言えるが、平均水粒径が５００ｎｍ以上においては、ＮＯｘ濃度の適度な低減率と燃費の改善を実現することができる。
　請求項６記載の発明は、請求項１～５のいずれか１項記載の発明であって、
　燃料油と廃水の重量比は、７０：３０となしたことを特徴とする。ここでの燃料油には、混合燃料油も含まれる。
　請求項６記載の発明では、燃料油と廃水の重量比を、７０：３０となすことで、燃費を大幅に改善することができる。
　本発明によれば、燃焼装置から排出される排気を湿式排気浄化手段により浄化するとともに、湿式排気浄化手段から排出される廃水を燃料油に添加して廃水混合燃料を生成し、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給するようにして、廃水の有効利用を図るとともに、構築コストの削減が可能な廃水混合燃料生成・供給システムを提供することができる。
本実施形態としての廃水混合燃料生成・供給システムの概念図。 制御ブロック図。 エンジンの諸元一覧表。 燃料油の性状についての一覧表。 Ａ重油の実験結果を示す棒グラフ。 排気再循環の性能を示すグラフ。 廃水混合燃料の実験結果を示す棒グラフ。 廃水混合燃料と排気再循環を組み合せた実験結果を示す棒グラフ。
　以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すＳは、廃水混合燃料生成・供給システム（以下、「生成・供給システム」と略称することもある。）である。
　［生成・供給システムの構成についての説明］
　生成・供給システムＳは、排気再循環手段Ａ１と、湿式排気浄化手段としてのスクラバ装置（洗浄集塵装置）Ｓｋと、廃水混合燃料生成手段Ａ２と、を備えている。
　排気再循環手段Ａ１は、燃焼装置としての内燃機関（本実施形態ではエンジンＥ）の排気口から排出された排気（排ガス）の一部を、吸気と一緒に内燃機関（エンジンＥ）の吸気口から吸入させて再循環させるように構成している。ここでの燃焼装置には、上記した内燃機関はもとより、ボイラ等の機器も含まれるものである。
　スクラバ装置（洗浄集塵装置）Ｓｋは、排気再循環手段Ａ１内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水Ｗｗとなして排出するように構成している。
　廃水混合燃料生成手段Ａ２は、燃料油に、スクラバ装置Ｓｋから排出された廃水Ｗｗを添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を内燃機関（エンジンＥ）の燃焼室に供給するように構成している。
　すなわち、廃水混合燃料生成手段Ａ２は、粘度の比較的小さい主燃料油を供給する主燃料供給部としての主燃料油タンクＴ１と、粘度の比較的大きい副燃料油を供給する副燃料供給部としての副燃料油タンクＴ２と、主燃料油と副燃料油を一定の割合で混合して混合燃料油となす第１流体混合部としての第１流体混合器Ｍ１と、混合燃料油と廃水Ｗｗを一定の割合で混合して廃水混合燃料となす第２流体混合部としての第２流体混合器Ｍ２と、を具備している。主燃料油としては、例えば、軽油やＡ重油やバイオ燃料を使用する一方、副燃料油としては、例えば、Ｃ重油や石炭油（具体的には、クレオソート油等）を使用することができる。
　混合燃料油は、主燃料油と副燃料油の重量比を、例えば、５０～９８：５０～２に設定し、望ましくは、８０：２０に設定することができる。つまり、主燃料油と副燃料油の混合重量比は、相互の粘度差を考慮したそれらの種類の組み合わせにより、適宜、５０：５０～９８：２の範囲で設定することができる。好ましくは、副燃料油は、主燃料油の重量の３０％以下の重量割合をとなすことができる。混合燃料油と廃水Ｗｗの重量比は、例えば、６０～８０：４０～２０に設定し、望ましくは、７０：３０に設定することができる。
　これらの混合重量割合をより具体的に例示すると、主燃料油としての軽油５５％（硫黄分０％）と、副燃料油としての石炭油１５％（硫黄分０.５％）と、廃水Ｗｗ３０％と、の組み合わせに設定することができる。また、主燃料油としてのローサルファＡ重油６５％（硫黄分０.０７％）と、副燃料油としての石炭油５％（硫黄分０.５％）と、廃水Ｗｗ３０％と、の組み合わせに設定することもできる。このような組み合わせに設定することで、硫黄分が０.１％以下の廃水混合燃料を生成することができる。
　ここでの主・副燃料油の混合重量割合としては、副燃料油の重量が、主燃料油の重量の３０％以下となるようにしているため、粘度が高い副燃料油は、硫黄分濃度が高い傾向があるが、主燃料油を硫黄分濃度が低い燃料と組み合わせることで、硫黄分濃度を抑制することができる。そのため、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように容易に設定することができて、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下となるようにする規制に適応する廃水混合燃料を生成することができる。さらに、このように生成された廃水混合燃料は、粘度の比較的低い燃料を主とする内燃機関および外燃機関において、加温なしで使用することができる。
　したがって、例えば、主燃料油としては、軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としては、Ｃ重油や石炭油を使用することで、水との粘度差が堅実に確保された混合燃料油となすことができる。そして、このような混合燃料油と水を第２流体混合器Ｍ２により混合・撹拌することで、油水分離を防ぐことができる。また、ナノレベルに微細化された水粒を含む廃水混合燃料を、堅実に生成することができる。
　第２流体混合器Ｍ２は、廃水Ｗｗの積算体積の８０％の水粒径が１０μｍ以下、望ましくは、１μｍ以下となるように微細化することができ、より望ましくは、平均水粒径が５００ｎｍ～１μｍとなるように微細化する。
　このように構成した生成・供給システムＳでは、混合燃料油にスクラバ装置Ｓｋから排出された廃水Ｗｗを添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を内燃機関（エンジンＥ）に供給するようにしているため、廃水Ｗｗを廃水混合燃料の一部として有効利用することができる。そのため、廃水Ｗｗを廃棄処理する廃棄処理装置を不要として、その分、システムの構築コストを低減させることができる。
　そして、粘度の比較的小さい主燃料油と、粘度の比較的大きい副燃料油とを、一定の割合で第１流体混合器Ｍ１により混合して混合燃料油となすことで、主燃料油よりも粘度が増大した混合燃料油となすことができる。そして、この混合燃料油と、それに混合する廃水Ｗｗと、の粘度差を増大させることができる。そのため、混合燃料油と廃水Ｗｗを一定の割合で第２流体混合器Ｍ２により混合した際には、混合燃料油が廃水Ｗｗに作用するせん断応力が増加されて、廃水Ｗｗの微細化が促進される。その結果、第２流体混合器Ｍ２により混合燃料油と廃水Ｗｗを混合することで、油水分離が防止されるとともに、ナノレベル化（水粒径が１μｍ以下）された水粒を含む廃水混合燃料を、堅実に生成することができる。続いて、このように油水分離が生じないように生成された廃水混合燃料は、内燃機関（エンジンＥ）の燃焼室に供給することができる。
　この際、内燃機関（エンジンＥ）の燃焼室に供給される廃水混合燃料は、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように設定することで、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下の規制に適応する廃水混合燃料となすことができる。
　しかも、廃水Ｗｗの積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することで、ＮＯｘ濃度が低減されるとともに、燃費が改善される。
　さらには、廃水Ｗｗを、その平均水粒径が５００ｎｍ～１μｍとなるように微細化することで、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費の改善を良好に実現することができる。ここで、平均水粒径が１μｍ以下においては、ＮＯｘ濃度の低減率が悪化する一方、燃費は向上する。つまり、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費は、トレードオフの関係にあると言えるが、平均水粒径が５００ｎｍ以上においては、ＮＯｘ濃度の適度な低減率と燃費の改善を実現することができる。そして、燃料油と廃水Ｗｗの重量比は、７０：３０となすことで、燃費を大幅に改善することができる。
　上記のように構成した生成・供給システムＳでは、スクラバ装置Ｓｋによりスクラバ処理（洗浄集塵処理）されることで、スクラバ処理後に生成される廃水Ｗｗを廃棄処理することなく、混合燃料油と混合・撹拌することで、廃水混合燃料を生成することができる。その結果、廃水Ｗｗを廃棄処理する手間や費用を削減することができるとともに、廃水Ｗｗを有効利用することができる。
　この際、スクラバ装置Ｓｋの処理水（溶媒）として水道水を使用した場合、スクラバ処理後に生成される廃水Ｗｗには、排気中に含まれる有機物及び無機物が混入される。そのため、生成された廃水混合燃料を燃焼させると、さらに硫酸が発生することや、廃水混合燃料の硫黄分濃度が高くなることが予測される。
　その場合には、生成・供給システムＳでは、廃水Ｗｗと混合燃料油との混合・撹拌時に硫酸を発生（脱硫）させることで、廃水混合燃料中の硫黄分濃度を低減させることができる。また、スクラバ装置Ｓｋの溶媒として水酸化ナトリウム水を使用することで、廃水ＷｗのｐＨ値を上昇させることが可能である。また、スクラバ装置Ｓｋの溶媒として石灰水を使用することで、窒素酸化物や硫黄酸化物が混入した石膏として捕集することが可能である。これらより、生成・供給システムＳでは、混合燃料油中の硫黄分濃度を０.１％以下となるように設定することで、廃水混合燃料からの硫酸の発生もしくは廃水混合燃料中の硫黄分濃度を大幅に削減することができる。
　［生成・供給システムの構成についての具体的な説明］
　次に、生成・供給システムＳの構成を、より具体的に説明する。すなわち、生成・供給システムＳは、図１に示すように、内燃機関であるエンジンＥに設けた排気口に、排気流路９の基端部を接続している。排気流路９の中途部には、電動三方調整弁Ｖｃ１を介して排気再循環流路Ｊｒの基端部を接続している。エンジンＥから排気流路９を通して排出された排気の一部は、電動三方調整弁Ｖｃ１により排気再循環流路Ｊｒに流入量を調整して流入させている。一方、エンジンＥに設けた吸気口には、吸気流路１０の先端部を接続している。吸気流路１０の中途部には、排気再循環流路Ｊｒの先端部を接続している。
　排気再循環手段Ａ１は、排気再循環流路Ｊｒと、排気再循環流路Ｊｒの中途部に設けた排気再循環ポンプＰａと、を具備している。排気再循環ポンプＰａを駆動させることにより、排気再循環流路Ｊｒを通してエンジンＥの排気口から排出された排気の一部は、エンジンＥの吸気口に吸入させて再循環させるようにしている。
　このように構成した排気再循環手段Ａ１には、排気再循環システム（Exhaust Gas Recirculation：ＥＧＲ）を形成しており、排気の一部を吸気に戻すことで、エンジンＥの燃焼室内部の酸素濃度を低減させている。これにより燃焼温度を下げることができるため、ＮＯＸ（窒素酸化物）の生成量を抑制（低減）することができる。
　しかも、排気再循環流路Ｊｒの中途部には、排気再循環ポンプＰａの上流側に位置させて、スクラバ装置Ｓｋを設けている。スクラバ装置Ｓｋは、水等の液体を洗浄液（処理水）として、排気中の粒子（ＳＯｘや煤塵等）を洗浄液の液滴や液膜中で捕集して分離する装置である。スクラバ装置Ｓｋでは、排気再循環流路Ｊｒ内を流動する排気を処理水に気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成して、浄化処理済ガスと吸気とを混合し、この混合気体を吸気流路の下流側部を通してエンジンＥの吸気口に送気する一方、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水Ｗｗとなしている。また、スクラバ装置Ｓｋは、廃水混合燃料生成手段Ａ２に接続している。
　廃水混合燃料生成手段Ａ２は、図１に示すように、主燃料油を収容した主燃料油タンクＴ１に、主燃料油流出パイプ１の基端部を接続している。主燃料油流出パイプ１の中途部には、第１電動流量調整弁Ｖ１と第１流量計Ｒ１をこの順番で直列的に配設している。また、副燃料油を収容した副燃料油タンクＴ２には、副燃料油流出パイプ２の基端部を接続している。副燃料油流出パイプ２の中途部には、第２電動流量調整弁Ｖ２と第２流量計Ｒ２をこの順番で直列的に配設している。そして、主燃料油流出パイプ１の先端部は、副燃料油流出パイプ２の先端部に接続して、この接続部に混合燃料導入パイプ３の基端部を接続するとともに、混合燃料導入パイプ３の先端部を第１流体混合器Ｍ１の導入口に接続している。
　また、スクラバ装置Ｓｋには、廃水供給流路としての廃水流出パイプ４の基端部を接続している。廃水流出パイプ４の中途部には、第３電動流量調整弁Ｖ３と第３流量計Ｒ３をこの順番で直列的に配設している。そして、廃水流出パイプ４の先端部は、第１流体混合器Ｍ１の導出口に基端部を接続した混合燃料流出パイプ５の先端部に接続して、この接続部に廃水混合燃料導入パイプ６の基端部を接続するとともに、廃水混合燃料導入パイプ６の先端部を第２流体混合器Ｍ２の導入口に接続している。混合燃料流出パイプ５の中途部には、第４電動流量調整弁Ｖ４を配設している。廃水混合燃料導入パイプ６の中途部には、電動ポンプＰを配設している。ここで、第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の開口量（開度）により、主・副燃料油の混合割合が調整される。また、第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４の開口量（開度）により、廃水Ｗｗと混合燃料油との混合割合が調整される。
　電動ポンプＰは、廃水混合燃料導入パイプ６中の混合燃料油と廃水Ｗｗの合流流体を吸入するとともに、第２流体混合器Ｍ２に向けて吐出（圧送）して、第２流体混合器Ｍ２に合流流体を導入するようにしている。第２流体混合器Ｍ２の導出口には、廃水混合燃料導出パイプ７の基端部を接続している。廃水混合燃料導出パイプ７の先端部は、エンジンＥの給入口に接続している。
　廃水混合燃料導出パイプ７における第２流体混合器Ｍ２の導出口近傍に位置する部分には、廃水混合燃料循環パイプ８の基端部を接続している。一方、廃水混合燃料導入パイプ６における電動ポンプＰの上流側に位置する部分には、電動三方弁Ｖｃを介して廃水混合燃料循環パイプ８の先端部を接続している。このようにして、循環流路Ｊを形成している。そして、電動三方弁Ｖｃが流路切替動作されると、循環流路Ｊが第２流体混合器Ｍ２と連通される。この場合、廃水混合燃料は、循環流路Ｊ内で循環されるとともに、複数回にわたって第２流体混合器Ｍ２で混合・撹拌されて、分散質である水滴の所望の微細化が図られる。
　廃水混合燃料導出パイプ７の分岐部分の下流側には、第５電動流量調整弁Ｖ５を配設している。廃水混合燃料循環パイプ８の中途部には、圧力調整弁Ｖ６を配設している。Ｒ５は、第５電動流量調整弁Ｖ５の下流側に位置する廃水混合燃料導出パイプ７の部分に配設した第５流量計である。
　第１流体混合器Ｍ１は、主燃料油と副燃料油を均一に混合・撹拌することができるものであればよい。例えば、特許第３６２３０４４（図１～図６）に開示されている「撹拌装置」を採用することができる。この「撹拌装置」は、撹拌槽内の液中に、回転駆動源としての電動モータＭｏに連結した回転軸に取り付けられた混合回転体を配設するようにしている。混合回転体は、上下２枚の円板を一組みとして重ね合わせ、上方の円板の中央には流入口を形成するとともに、互いに対向する前面には、前方開口する筒状の小室を多数配列させて形成している。上方の円板の小室と、下方の円板の小室とは、互いの小室が対向する他の小室に連通する様に位置を違えて配列している。このように構成した「撹拌装置」では、複数の異なる流体を混合・撹拌することができるようにしている。本実施形態では、複数の異なる流体として、主・副燃料油タンクＴ１,Ｔ２から供給された主・副燃料油を採用している。
　第２流体混合器Ｍ２は、導入した分散質としての廃水Ｗｗを微細化するとともに、導入した分散媒としての混合燃料油に均一化させることができるものであればよい。望ましくは、本実施形態の第２流体混合器Ｍ２のように、導入した分散質としての廃水Ｗｗの８０％以上を１μｍ以下の粒径まで微細化して微小な水粒となすとともに、導入した分散媒としての混合燃料油に均一化させることができるものであればよい。例えば、特許第３８８４０９５号（図１５～図２３）に開示されている「流体混合装置」を採用することができる。この「流体混合装置」は、駆動部を持たない静止型流体混合装置であり、ユニット内部にハニカム構造のエレメントを直列的に配置して構成している。このように構成した「流体混合装置」では、複数の異なる流体（本実施形態では廃水Ｗｗと混合燃料油）を加圧通過させてせん断力を作用させることにより、超微粒化かつ均一化混合を短時間で実現可能としている。
　上記のように構成した廃水混合燃料生成手段Ａ２には、図２に示すようなコントローラＣを設けている。コントローラＣは、内部バスにより相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータ装置である。ＣＰＵは、タイマを内蔵しており、ＲＯＭに格納された制御プログラムをＲＡＭに読み込み、この制御プログラムにしたがって、廃水Ｗｗの添加割合等の演算を実行する。
　コントローラＣには、図２に示すように、操作部Ｏｐと第１～第５流量計Ｒ１～Ｒ５からの各出力情報が入力インターフェースを介して入力される。一方、コントローラＣは、これらの出力情報に基づいて制御情報を生成し、第１～第５電動流量調整弁Ｖ１～Ｖ５と、圧力調整弁Ｖ６と、第１流体混合器Ｍ１を駆動する電動モータＭｏと、電動ポンプＰと、電動三方弁Ｖｃと、電動三方調整弁Ｖｃ１と、に出力インターフェースを介して制御情報を出力する。
　上記のように構成した廃水混合燃料生成手段Ａ２では、操作部Ｏｐを手動操作して、主燃料油と副燃料油との所望の混合割合を設定する。そうすることで、所望の主・副燃料油量［ｋｇ］がそれぞれ算出されて、それに適応した第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の各開口量が決定されるとともに、決定された各開口量に第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２が開口動作する。そして、第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２をそれぞれ通して流動する各主・副燃料油の各流量が第１・第２流量計Ｒ１,Ｒ２によりそれぞれ検出されて、各検出情報がコントローラＣに入力される。この際、設定された主・副燃料油の所望の混合割合が得られるまでは、第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の各開口量が、フィードバック制御される。つまり、主・副燃料油の各流量が設定量となるまで制御される。そして、第１流体混合器Ｍ１により主・副燃料油が混合・撹拌されて混合燃料油が生成される。
　続いて、操作部Ｏｐを手動操作して、廃水Ｗｗと、第１流体混合器Ｍ１により生成された混合燃料油との所望の混合割合を設定する。そうすることで、所望の廃水Ｗｗの添加量［ｋｇ］と混合燃料油量［ｋｇ］が算出されて、それに適応した第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４の各開口量が決定されるとともに、決定された各開口量に第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４が開口動作する。そして、第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４をそれぞれ通して流動する各流体（廃水Ｗｗと混合燃料油）の各流量が第３・第４流量計Ｒ３,Ｒ４によりそれぞれ検出されて、各検出情報がコントローラＣに入力される。この際、設定された所望の廃水Ｗｗと混合燃料油との混合割合が得られるまでは、第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４の各開口量が、フィードバック制御される。つまり、廃水Ｗｗと混合燃料油の各流量が設定量となるまで制御される。
　所望の廃水Ｗｗの添加割合が得られるようになった混合流体は、電動ポンプＰにより廃水混合燃料導入パイプ６を通して第２流体混合器Ｍ２内に導入される。第２流体混合器Ｍ２内では、分散質としての廃水Ｗｗが、５００ｎｍ～１μｍの平均水粒径に微細化されて、微小な水粒となるとともに、分散媒としての混合燃料油中に均一化されて、廃水混合燃料が生成される。生成された廃水混合燃料は、第５電動流量調整弁Ｖ５が適度に開口されることで、エンジンＥに供給される。また、第５電動流量調整弁Ｖ５が閉口され、かつ、圧力調整弁Ｖ６が開口されるとともに、電動三方弁Ｖｃが流路切替動作されると、循環流路Ｊが第２流体混合器Ｍ２と連通される。この場合、廃水混合燃料は、循環流路Ｊ内で循環されるとともに、複数回にわたって第２流体混合器Ｍ２で混合・撹拌されて、分散質である水滴の所望の微細化が図られる。
　水混合燃料は，式（１）に示すように，水性ガス反応と呼ばれる吸熱反応を伴い、水のミクロ爆発から燃焼温度を低下できる。さらに、燃料と空気の接触面積が飛躍的に増加することから、式（２）および式（３）に示すように、燃焼性が改善され全体の熱量が増加し、水添加による燃焼性が改善されるものである。これらは、拡散燃焼もしくは蒸発燃焼の燃焼形態が水の効果を左右させるものと推測される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　次に、本実施形態に係る生成・供給システムＳにより廃水混合燃料を生成する実験を行った結果と、その実験結果の考察を述べる。
　排気再循環システム（以下、「排気再循環」ともいう。）は、排気ガスの一部を再度使用し、酸素濃度を低減させることで燃焼温度を低下させると同時に、一酸化炭素や二酸化炭素や窒素酸化物などを再燃焼させることで、排ガス低減を行う装置である。
　［実験装置］
　（１）第１流体混合器Ｍ１
　第１流体混合器Ｍ１としては、特許第３６２３０４４（図１～図６）に開示されている「撹拌装置」である（株）ＭＧグローアップ製の「ラモンドスターラー」（商品名）を採用した。
　（２）第２流体混合器Ｍ２
　第２流体混合器Ｍ２としては、特許第３８８４０９５号（図１５～図２３）に開示されている「流体混合装置」である（株ＭＧグローアップ製の「ラモンドナノミキサー」（商品名）を採用した。この「ラモンドナノミキサー」は、均一混合が難しいとされる高粘度液・異相分散系でより力を発揮できるものである。
　（３）排ガス分析器
　排ガスの分析は、テスト製testo 350を用いた。計測は、ＮＯ、ＮＯ２、ＳＯ２、ＣＯ(ｐｐｍｖ)、ＣＯ２、Ｏ２（％）である。排ガスの一部（約０.９L/min）を吸引させた。
　（４）ディーゼルエンジン
　ディーゼルエンジンの諸元を図３に一覧表にして示す。（株）クボタ製のEA14-NB（商品名）を用いた。EA14-NBは、直接噴射式1気筒４サイクルディーゼルエンジンであり、ボアが９４ｍｍ、ストローク９０ｍｍ、すなわち、６２４ｃｃ、定格出力が２６００ｒｐｍ時に１１.５ＰＳである。
　（５）排気再循環
　排気再循環には、スクラバ装置Ｓｋを組み合わせ、スクラバの溶媒には石灰水を用いた。
　［実験方法］
　界面活性剤（乳化剤）を用いない生成・供給システムＳによる生成手法は、Ａ重油とＣ重油を第１流体混合器Ｍ１により混合して混合燃料となし、その後に、混合燃料にスクラバ処理後の廃水を第２流体混合器Ｍ２により混合して生成した。エンジン負荷は２５％、５０％、７５％の３パターンで，回転数は２６００回転で固定とした。
　［燃料油の性状］
　燃料油の性状について、図４に一覧表にして示す。動粘度は、Ａ重油が約２.５８７mm2/sに対し、Ｃ重油は約１５４mm2/sと非常に高いことが分かる。Ａ重油７１.２５％に対し、Ｃ重油を３.７５％すなわち燃料部（混合燃料油）が７５％とし、廃水を２５％混合した。
　［エンジンの実験結果］
　実験結果を図５に示す。Ａ重油を用い、回転数２６００ｒｐｍの実験結果である。ＮＯｘ濃度は，出力が増大するにつれて上昇する傾向があった。また，不完全燃焼を把握するうえで重要なＣＯ濃度は高負荷になるにつれて低減されていることから、高負荷時の燃焼性が良好であり、ＮＯｘ濃度が上昇したものと言える。
　［排気再循環の実験結果］
　図６に排気再循環の性能を示す。ここでは、吸入空気における空気と排気との比率をＥＧＲ率とする。ＥＧＲ率が増加することでＮＯｘは低減され、線形の傾向が見られた。ＥＧＲ率３０％で約６２％低減することが分かった。燃費はＥＧＲ率２０％までほぼ変化がなかったが、以降は悪化する現象が見られた。これらから、ＥＧＲ率２０％を実験値とした。
　［廃水混合燃料の実験結果］
　水混合燃料および廃水混合燃料の実験結果を、図７に示す。Ａ重油７１.２５％、Ｃ重油３.７５％、スクラバ処理後の廃水を２５％混合させた。これは、スクラバ装置Ｓｋの廃水であり，スクラバ溶媒に１％の石灰水５Ｌとし、ＥＧＲ率２０％、３０分間処理したものである。負荷７５％、回転数２５００ｒｐｍの実験結果である。水混合燃料は、Ａ重油と比べてＮＯｘ濃度が２６.５％低減できた。ＳＯ２濃度の上昇は、Ｃ重油が混合されたことが要因である。廃水混合燃料は、Ａ重油と比べＮＯｘ濃度が４６.９％低減できた。これらから、廃水混合燃料の方が排ガス低減において効率が高かった。
　［廃水混合燃料と排気再循環を組み合せた実験結果］
　ＥＧＲと廃水混合燃料による実験結果を、図８に示す。図７の実験条件と同様で、ＥＧＲ率は２０％である。ＮＯｘ濃度は、Ａ重油の場合が約４０％、水混合燃料の場合が約５５％、廃水混合燃料の場合が約７０％それぞれ低減できた。これらから、ＥＧＲと廃水混合燃料を組み合わせることで、排ガス処理と同時に廃水処理を成功できた。
　［結言］
　本実験は、以下の実験成果を得た。
１．ＥＧＲと廃水混合燃料を組み合わせることで、排ガス処理と同時に廃水処理を成功できた。
２．ＥＧＲ率２０％、ＥＧＲ処理後の廃水２５％の混合燃料を組み合わせることで、ＮＯｘ濃度が約７０％低減できた。
３．廃水混合燃料は、水混合燃料よりもＮＯｘ低減効率が非常に高く廃水中の成分が影響したと言える。
　Ａ　生成装置
　Ｍ１　第１流体混合器
　Ｍ２　第２流体混合器
　Ｗｗ　廃水
　１　主燃料油流出パイプ
　２　副燃料油流出パイプ
　３　混合燃料導入パイプ
　４　廃水流出パイプ
　５　混合燃料流出パイプ
　６　廃水混合燃料導入パイプ
　７　廃水混合燃料導出パイプ
　８　廃水混合燃料循環パイプ

Claims (6)

  1. 　燃焼装置の排気口から排出された排気の一部を、吸気と一緒に燃焼装置の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段と、
    　排気再循環手段内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして排出する湿式排気浄化手段と、
    　燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段と、
    を備えていることを特徴とする廃水混合燃料生成・供給システム。
  2. 　廃水混合燃料生成手段は、
    　粘度の比較的小さい主燃料油を供給する主燃料供給部と、
    　粘度の比較的大きい副燃料油を供給する副燃料供給部と、
    　主燃料油と副燃料油を一定の割合で混合して混合燃料油となす第１流体混合部と、
    　混合燃料油と廃水を一定の割合で混合して廃水混合燃料となす第２流体混合部と、
    を具備していることを特徴とする請求項1記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  3. 　主燃料油としては、軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としては、Ｃ重油や石炭油を使用することを特徴とする請求項２記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  4. 　第２流体混合部は、廃水の積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することを特徴とする請求項２記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  5. 　第２流体混合部は、平均水粒径が５００ｎｍ～１μｍとなるように微細化することを特徴とする請求項４記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  6. 　燃料油と廃水の重量比は、７０：３０となすことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
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