(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超重質油、水、非イオン界面活性剤からなる、又はこれらに加えてさらに安定剤を添加した混合液を調製し、次いで１０００〜６００００／秒の高剪断速度で攪拌して油分を７４〜８２重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する第１工程、及び第１工程で得られるエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合した後、更に１０〜１００００／秒の剪断速度で攪拌して油分を６８〜７９重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する第２工程よりなる超重質油エマルジョン燃料の製造方法において、第１工程を７５〜２００℃の温度範囲で行い、第１工程と第２工程との間にエマルジョン燃料冷却器を配設して第１工程で得られたエマルジョン燃料を冷却し、第２工程を１５〜４０℃（２５℃を除く）の温度範囲で行うことを特徴とする超重質油エマルジョン燃料の製造方法。
【請求項２】
非イオン界面活性剤及び安定剤の添加量が、前記第１工程で得られるエマルジョン燃料中の非イオン界面活性剤及び安定剤の割合がそれぞれ０．１〜０．８重量％及び０．００１〜０．５重量％となる量であり、イオン性の分散剤の添加量が、前記第２工程で得られるエマルジョン燃料中のイオン性の分散剤の割合が０．０１〜０．５重量％となる量であることを特徴とする請求項１に記載の超重質油エマルジョン燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火力発電用などの燃料として使用し得る水中油滴型の超重質油エマルジョン燃料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超重質油は混合添加剤（乳化剤、安定剤など）を用いて水と混合すると安定なエマルジョン燃料が得られることはよく知られており、優れた乳化剤などが開発されている（特開平１−１８５３９４号公報）。しかし、従来の方法では、長期貯蔵安定性が不足することや乳化剤の量が多く必要なことが課題とされてきた。また、油の濃度が高いほど水による熱量の損失が少なく、燃料としての価値が高いため、油濃度を可能な限り高くすることが要望されている。油濃度が高いエマルジョンで、粗粒子量が少なく、流動性があり（粘度が適当に低い）、取扱が容易なものがエマルジョン燃料の仕様として要求される。
【０００３】
このようなエマルジョン燃料の製造方法として、工程１において超重質油、水、非イオン界面活性剤からなる、又はこれらに加えてさらに安定剤を添加した混合液を調製し、次いで１０００〜６００００／秒の高剪断速度で攪拌して油分を７４〜８２重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製し、工程２において工程１で得られるエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合した後、更に１０〜１００００／秒の剪断速度で攪拌して油分を６８〜７９重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する２段製造方法が開発されている（特願平９−１４５８３２号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術に鑑み、超重質油濃度が高く流動性があり、取扱が容易でしかも長期貯蔵安定性が良好な超重質油エマルジョン燃料を、更に確実かつ容易に製造することができる超重質油エマルジョン燃料の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記２段製造方法の場合、工程１で調製する際の超重質油の温度は調製後の高剪断攪拌による分散効果を高めるために１００〜２００℃に予熱し、超重質油の粘度を１００〜１０００ｃｐに調整する。例えば、超重質油の温度を１５０℃とし、工程１で油分濃度７８重量％、工程２で油分濃度７５重量％となるように操作する場合の工程１及び工程２でのエマルジョン燃料温度を、ヒートバランスから算出するとそれぞれ９６℃及び９１℃となる（系からの熱損失は無視）。このように燃料油の重質油化の程度が大きいほど、また、油濃度が高くなるほど、各工程でのエマルジョン燃料温度は高くなる。本発明者らの検討結果によれば、後述するように工程２におけるエマルジョン温度が高くなるに伴い粘度上昇、粗粒増大などの不具合が発生する。さらに、工程２出口での最終エマルジョン燃料をタンクなどに貯蔵する場合、タンク内液面においてエマルジョン中の水分が蒸発し、次々と水中油滴型（Ｏ／Ｗ）エマルジョン性状が崩れる等の問題がある。本発明者らはこのようなエマルジョン燃料の製造方法において、工程２における温度を下げることにより、容易に安定した性状の超重質油エマルジョン燃料が得られることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は超重質油、水、非イオン界面活性剤からなる、又はこれらに加えてさらに安定剤を添加した混合液を調製し、次いで１０００〜６００００／秒の高剪断速度で攪拌して油分を７４〜８２重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する第１工程、及び第１工程で得られるエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合した後、更に１０〜１００００／秒の剪断速度で攪拌して油分を６８〜７９重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する第２工程よりなる超重質油エマルジョン燃料の製造方法において、第１工程を７５〜２００℃の温度範囲で行い、第１工程と第２工程との間にエマルジョン燃料冷却器を配設して第１工程で得られたエマルジョン燃料を冷却し、第２工程を１５〜４０℃（２５℃を除く）の温度範囲で行うことを特徴とする超重質油エマルジョン燃料の製造方法である。
【０００８】
本発明の方法において、非イオン界面活性剤及び安定剤の添加量を、前記第１工程で得られるエマルジョン燃料中の非イオン界面活性剤及び安定剤の割合がそれぞれ０．１〜０．８重量％及び０．００１〜０．５重量％となる量とし、イオン性の分散剤の添加量を、前記第２工程で得られるエマルジョン燃料中のイオン性の分散剤の割合が０．０１〜０．５重量％となる量とするのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の超重質油エマルジョン燃料の製造方法は超重質油、水、非イオン界面活性剤からなる、又はこれらに加えてさらに安定剤を添加した混合液を調製し、次いで１０００〜６００００／秒の高剪断速度で攪拌して油分を７４〜８２重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する第１工程と、第１工程で得られるエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合した後、更に１０〜１００００／秒の剪断速度で攪拌して油分を６８〜７９重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する第２工程よりなり、前記第１工程を７５〜２００℃の温度範囲で行い、第１工程と第２工程との間にエマルジョン燃料冷却器を配設して第１工程で得られたエマルジョン燃料を冷却し、第２工程を１５〜４０℃（２５℃を除く）の温度範囲で行うものである。
【００１０】
本発明で用いられる重質油とは、常温で固体又は半流動状態のものであり、高温に加温しないと流動しない油である。具体的な例としては石油系アスファルト類及びそれらの混合物、石油系アスファルト各種処理物、その中間製品、残留物及びそれらの混合物、高温で流動しない高流動点油あるいは原油、石油系タールピッチ及びそれらの混合物、ビチューメン類（オリノコタール、アサバスカビチューメン）等が挙げられる。
【００１１】
本発明で使用される非イオン性の界面活性剤としては以下のものが挙げられる。すなわち、フェノール、クレゾール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノールなどのフェノール性水酸基を有する化合物のアルキレンオキシド付加物；アルキルフェノール、フェノール、スチレン化フェノールなどのフェノール性水酸基を有する化合物のホルマリン縮合物のアルキレンオキシド付加物；炭素数２〜５０の脂肪族アルコール及び／又は脂肪族アミンのアルキレンオキシド付加物；エチレンオキシドとプロピレンオキシド及び／又はブチレンオキシド、スチレンオキシドのブロック又はランダム付加物；グリセリン、エチレングリコール、ポリエチレングリコールなどの多価アルコール、又はそれら多価アルコールのエステルのアルキレンオキシド付加物；エチレンジアミン、テトラエチレンジアミンなどの複数個の活性水素を有する多価アミンのアルキレンオキシド付加物；トリグリセライド型油脂１モルとグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの多価アルコール及び／又は水０．１〜５モルとの混合物にアルキレンオキシドを付加させた生成物などである。なお、ここでいうアルキレンオキシドはエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシドである。
【００１２】
本発明においては、これらの非イオン界面活性剤の１種又は２種以上を混合して用いる。中でもオクチルフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノールなどのフェノール性水酸基を有する化合物のアルキレンオキシド付加物が好適に使用される。
本発明における非イオン界面活性剤の使用量は、第１工程で得られるエマルジョン燃料中の非イオン界面活性剤の割合がそれぞれ０．１〜０．８重量％、好ましくは０．２〜０．４重量％となる量とするのが好ましい。使用量が０．８重量％を超えると得られるエマルジョン燃料中の油粒子の粒子径が小さくなりすぎる傾向があり、また、０．１重量％未満では逆に粒子径が大きくなりすぎるとともに、界面活性剤の不足でエマルジョンの安定性が低下する。
【００１３】
第１工程における混合液の調整に際し、非イオン界面活性剤に加えて、さらに市販の一般のアニオン界面活性剤やカチオン界面活性剤を、非イオン界面活性剤に対して１／１００〜１／４重量倍、好ましくは１／２０〜１／５重量倍の添加量で併用することもできる。
【００１４】
第１工程で非イオン界面活性剤と併用することができる安定剤としてはキサンタンガム、寒天、ゼラチン、セルロース誘導体などの天然高分子物質；アクリル酸、アクリルアミド系ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアルキレンオキシドなどの合成高分子物質；スメクタイト、バーミキュライト、緑泥石などの水膨潤性粘土鉱物などが挙げられる。
これらの安定剤の添加量は、第１工程で得られるエマルジョン燃料中の安定剤の割合が０．００１〜０．５重量％、好ましくは０．００１〜０．１重量％となる量とする。安定剤の添加により、油滴の界面における運動が抑制され、得られるエマルジョン燃料が安定化する。
【００１５】
第１工程において超重質油、水、非イオン界面活性剤、又はこれらに加えてさらに安定剤からなる混合液を調製した後の攪拌は高剪断速度の攪拌装置が必要である。例えば、ラインミキサー、矢羽根タービン翼、フルマージン型翼、高剪断型タービンミキサー、ホモジナイザー等が使用できる。ここで、高剪断速度とは１０００〜６００００／秒、好ましくは５０００〜２００００／秒の剪断速度である。このような高剪断速度で攪拌することによって、油分を７４〜８２重量％、好ましくは７７〜８１重量％含む水中油滴型（Ｏ／Ｗ）のエマルジョン燃料が製造される。なお、水は全量が１００重量％となるように、すなわち第１工程で得られるエマルジョン燃料に対して約１７〜２５重量％となるように添加する。
【００１６】
第１工程は７５〜２００℃の温度範囲で行うようにする。すなわち、超重質油が流動化を始めて粘度が１００〜１０００ｃｐ程度となるような温度範囲である。
【００１７】
第２工程は第１工程で得られるエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合した後、更に１０〜１００００／秒の剪断速度で攪拌して油分を６８〜７９重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する工程である。
【００１８】
第２工程で使用するイオン性の分散剤としては以下のようなアニオン界面活性剤が挙げられる。すなわち、ナフタリン、アルキルナフタリン、アルキルフェノール、アルキルベゼンなどの芳香族環化合物のスルホン酸塩又はスルホン酸塩のホルマリン縮合物；リグニンスルホン酸又はそれらの塩若しくはそれらの誘導体、リグニンスルホン酸とナフタリン、アルキルナフタリンなどの芳香族化合物とのホルマリン縮合物又はそれらの塩；ポリスチレンスルホン酸又はその塩及びスチレンスルホン酸と他のアクリル酸、メタクリル酸、酢酸ビニルなどの共重合性モノマーとの共重合又はそれらの塩；ジシクロペンタジエンスルホン酸重合物又はそれらの塩；無水マレイン酸及び／又は無水イタコン酸と他のオレフィン類、スチレン、アクリル酸などの共重合性モノマーとの共重合又はそれらの塩；液状ポリブタジエンのマレイン化物又はそれらの塩；アルコールの硫酸エステル塩、アルカン、アルケン及び／又はアルキルアリールスルホン酸又はそれらの塩、活性水素を分子中に１個以上持つ化合物のアルキレンオキシド付加物の硫酸化物又はリン酸エステル化物又はそれらの塩、飽和又は不飽和脂肪酸のエステルであるスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸又はそれらの塩、ロジン又はその塩、アルカン又はアルケン脂肪酸とそれらの塩、α−スルホ脂肪酸エステル塩又はその誘導体などである。
【００１９】
これらのアニオン界面活性剤のうち、特にリグニンスルホン酸塩やリグニンスルホン酸とナフタリンスルホン酸のホルマリン縮合物やそれらの塩、ナフタリンスルホン酸塩ホルマリン縮合物が総合的に優れた性能を示す。
本発明におけるイオン性の分散剤の使用量は、第２工程で得られるエマルジョン燃料中のイオン性の分散剤の割合が０．０１〜０．５重量％、好ましくは０．０２〜０．２重量％となる量とするのが好ましい。
【００２０】
本発明において前記イオン性の分散剤はそのまま使用することができるが、予め水に溶解し、濃度を１〜５０重量％に調整して添加することもできる。また、第２工程で得られる超重質油エマルジョンにおける非イオン界面活性剤とイオン性の分散剤との重量比（非イオン界面活性剤／イオン性の分散剤）が９０／１０〜６０／４０となるように調整することが好ましい。また、アニオン性の分散剤の１／１００〜１／５重量倍の範囲内ならば、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、増粘剤、第１工程で用いられることのある安定剤などを添加することもできる。
【００２１】
第２工程において、第１工程で得られたエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合液を調製した後、さらに剪断速度１０〜１００００／秒、好ましくは１００〜６０００／秒で攪拌する。剪断速度が１００００／秒を超えると、第２工程で得られるエマルジョン燃料の油滴粒子への影響が大きく、かえってエマルジョンの長期保存安定性が低下する。
本発明においては前記第１工程と第２工程との間にエマルジョン燃料冷却器を配設して第１工程で得られたエマルジョン燃料を冷却し、第２工程を２０〜４０℃（２５℃を除く）の温度範囲で行うようにする。
【００２２】
このように第２工程での攪拌を１５〜４０℃（２５℃を除く）の温度範囲で行うことによって、高温での攪拌時に生じる粘度上昇、粗粒増大などの不具合を防ぐことができる。さらに、第２工程で得られる最終エマルジョン燃料をタンクなどに貯蔵する場合、タンク内液面においてエマルジョン中の水分が蒸発し、水中油滴型（Ｏ／Ｗ）エマルジョン性状が崩れる等の問題も解消することができる。なお、第２工程の温度が１５℃未満になると添加剤の活性、すなわち、超重質油粒子と水粒子間に介在する活性剤の界面強度が低下し、これにより水中油滴型エマルジョンの形態が崩れてエマルジョン性状が低下する。
【００２３】
【実施例】
以下実施例により本発明の方法をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
超重質油としてアスファルトを使用し、本発明の方法によりエマルジョン燃料の製造試験を行った。
（第１工程）
８００ミリリットルのステンレス容器に所定量のアスファルトを入れて１００℃に加熱し、所定量の水、フェノール性水酸基を有する化合物のアルキレンオキシド付加物に相当する非イオン界面活性剤であるエマルゲン９２０（商品名）、安定剤であるキサンタンガムを添加して８０℃に調整した。全量は３００ｇでアスファルト濃度７８重量％、エマルゲン９２０の濃度が０．４重量％、キサンタンガムの濃度は０．０２５重量％となるようにした。この混合物を約８０℃に保持しながらホモミキサで８０００ｒｐｍで剪断速度１００００／秒で２分間攪拌しエマルジョン燃料を調製した。
【００２４】
（第２工程）
次に第１工程で得られたエマルジョン燃料にリグニンスルホン酸又それらの塩に相当するアニオン界面活性剤であるＣＷＳ４０１（商品名）、安定剤であるキサンタンガム及び水を、それぞれ第１工程で得られたエマルジョン燃料に対し０．０７５重量％、０．０２５重量％及び２重量％添加し、冷却して２０〜８０℃の間の所定の温度に調整後、ホモミキサで４０００ｒｐｍで剪断速度５０００／秒で２分間攪拌しエマルジョン燃料を調製した。得られたエマルジョン燃料中の油分濃度は７６重量％であった。
【００２５】
第２工程で得られたエマルジョン燃料について粗粒量、平均粒径及び粘度（２５℃）を測定した。第２工程の温度と得られたエマルジョン燃料の粗粒量及び平均粒径との関係を図１に、第２工程の温度と得られたエマルジョン燃料の粘度（２５℃）との関係を図２に示す。
【００２６】
図１から、温度が高くなるに伴い平均粒径も高くなり、特に８０℃以上では平均粒径が急激に高くなることがわかる。粗粒量（１５０μｍＪＩＳ標準ふるいを通過しない粒子）は２０〜８０℃の間ではほとんど変化はないが、他の試験により８９℃を超えると大幅に増加することがわかっている。
また、図２に示すように温度の上昇と共に粘度（２５℃）も高くなる傾向を示す。このとから、第２工程でのエマルジョン燃料の温度が低いほど平均粒径及び粘度が低下し、高品質のエマルジョン燃料が得られることがわかった。
通常、粒径が小さくなれば粘度が高くなると考えられるが、本発明の場合には温度が高いとエマルジョン燃料中の重質油粘度が低下し、剪断攪拌によって乳化剤と分散剤が不足した状態になるためと推測される。つまり、温度が低い場合、分散剤が有効に作用し、凝集が抑制されることにより、粘度及び粒径が小さくなるものと考えられる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、工程１において超重質油、水、非イオン界面活性剤からなる、又はこれらに加えてさらに安定剤を添加した混合液を調製し、次いで１０００〜６００００／秒の高剪断速度で攪拌して油分を７４〜８２重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製し、工程２において工程１で得られるエマルジョン燃料にイオン性の分散剤、又はイオン性の分散剤と水を添加して混合した後、更に１０〜１００００／秒の剪断速度で攪拌して油分を６８〜７９重量％含む水中油滴型のエマルジョン燃料を調製する２段製造方法において、第２工程におけるエマルジョン燃料の平均粒径の増大、粗粒の増加及び粘度の上昇を抑制することができ、製品タンク内でのエマルジョン燃料の水分蒸発による性状の劣化を防止することができる。そのため、超重質油濃度が高く流動性があり、取扱が容易でしかも長期貯蔵安定性が良好な超重質油エマルジョン燃料を、更に確実かつ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における第２工程温度と得られるエマルジョン燃料中の粗粒量及び平均粒径との関係を示すグラフ。
【図２】実施例における第２工程温度と得られるエマルジョン燃料の粘度との関係を示すグラフ。
【図１】
0003702088.tif 000002
【図２】
0003702088.tif 000003