(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｅを含む無機物の微細粒子とＦｅを含む油溶性有機酸塩又はＦｅを含む無機物の微細粒子とＣｅを含む油溶性有機酸塩を含むことを特徴とする燃料添加剤。
【請求項２】
ＦｅとＣｅ両元素合計量に対するＣｅ含有量が１０〜９０重量％であることを特徴とする請求項１記載の燃料添加剤。
【請求項３】
燃料に、Ｃｅを含む無機物の微細粒子とＦｅを含む油溶性有機酸塩又はＦｅを含む無機物の微細粒子とＣｅを含む油溶性有機酸塩を含む燃料添加剤が配合されていることを特徴とする燃料組成物。
【請求項４】
燃料に対する燃料添加剤の含有量は金属量で１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍであることを特徴とする請求項３記載の燃料組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は燃料、特に重油、アスファルト、アスファルト／水エマルション燃料等に対し、安価で、分散性が良く、腐食性が少なく、かつ媒塵の低減効果を有する燃料添加剤（助燃剤）及びそれを含む燃料組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】
重油、アスファルト等の重質燃料は残炭分が多く、バーナー、ボイラー等の外燃機関や、舶用ディーゼル機関等の内燃機関等で燃焼させた場合、未燃焼炭化水素（媒塵）が多く発生しやすいという傾向がある。燃焼機器を改善することなく簡便に媒塵を抑制するため方法として、過剰空気量を増やして燃焼させるなどの方法が取られるがこの方法では燃焼効率が低下し、有害な窒素酸化物も増加してしまう。そこで、空気量を増やすことなく媒塵を低減する方法として燃料に添加剤を添加するという方法が採られている。
【０００３】
この種の試みとして従来より、Ｂａ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｅ等の様々な元素を含む添加剤について研究がなされている。
無機微粒子の形態を有する添加剤としてはＦｅ、カーボンブラック、Ｃａなど微粉状粒子に鉄系材料を加えた添加剤（特開平５−９４７９）等があるが、無機微粒子の固形物のみでは粒径を小さくしても表面積に限度があるため添加元素の効力を発揮させるには限度があり、また、使用中に無機微粒子が沈降する恐れもある。
また、油溶性化合物を含む添加剤としては、例えばＣｅを含む油溶性石鹸（特開昭５３−１２９０７）からなる添加剤等があるが、添加量を多くしないと十分な効果が得られず、高価である。
さらに還元雰囲気での使用も可能なものとして様々な金属を含む化合物（特開平０３−２４４６９２）からなる添加剤もあるが、このような構造式が限られている化合物はいずれも合成するのにコストがかかる。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、少量で媒塵低減効果を上げる添加剤としてＣｅ、Ｎｄ、Ｌａ等を含む添加剤（特開平１−２５６５９３）も挙げられる。しかし希土類元素は助燃効果は大きいが、Ｆｅなどの遷移金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に比べると高価であるという欠点がある。
また、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属系の添加剤は助燃効果が高いが、重油中に含まれるバナジウムと低融点化合物を生成し、排気系等で高温腐食を起こすことが知られている。またアルカリ土類金属のうち比較的効果が大きく、安価なＣａは堆積物の付着力が強く、剥がれ難いという欠点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決し、安価で、分散性が良く、装置の腐食が少なく、さらに媒塵の低減効果を有する燃料添加剤及びそれを含む燃料組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を解決するために鋭意研究した結果、ＣｅとＦｅを特定の形態で組合せた燃料添加剤を燃料に配合することにより、上記目的を達成できることを見い出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明はＣｅを含む無機物の微細粒子とＦｅ含む油溶性有機酸塩又はＦｅを含む無機物の微細粒子とＣｅを含む油溶性有機酸塩を含むことを特徴とする燃料添加剤に関する。
【０００８】
また、本発明は、燃料に、Ｃｅを含む無機物の微細粒子とＦｅを含む油溶性有機酸塩又はＦｅを含む無機物の微細粒子とＣｅを含む油溶性有機酸塩を含む燃料添加剤が配合されていることを特徴とする燃料組成物に関する。
以下本発明を具体的に説明する。
【０００９】
本発明で対象とする燃料は、主として重油、アスファルト、アスファルト／水エマルション燃料等の重質燃料であるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００１０】
本発明で使用するＣｅを含む無機物とは、非油溶性のＣｅを含む無機物であり、具体的には、例えばＣｅ金属、ＣｅＯ２、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｅ（ＯＨ）３、ＣｅＣｌ３、Ｃｅ２（ＳＯ４）３、Ｃｅ２（ＣＯ３）３、及びこれらを含む鉱物等が挙げられる。
【００１１】
本発明で使用するＦｅを含む無機物とは、非油溶性のＦｅを含む無機物であり、具体的には、例えばＦｅ金属、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ（ＯＨ）２、ＦｅＣＯ３、ＦｅＳＯ４、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３、Ｆｅ（ＮＯ３）２等が挙げられる。
【００１２】
Ｃｅ及びＦｅを含む無機物の微細粒子の粒径はできるだけ微細な方が良い。例えば、１μｍ以下が好ましく、さらに０．１μｍ以下が好ましい。しかしながら、このように微粉砕するのにコストがかかるようであれば燃料油の粘度にあわせて燃料中で安定に分散できる範囲の大きさでもよい。
【００１３】
本発明で使用するＣｅを含む油溶性有機酸塩とは、Ｃｅとナフテン酸、オクチル酸、スルホン酸、ステアリン酸、パルミチン酸等の有機酸とを反応させたものである。具体的には、例えばＣｅナフテン酸、Ｃｅオクチル酸、Ｃｅスルホン酸、Ｃｅステアリン酸、Ｃｅパルミチン酸等が挙げられる。
【００１４】
本発明で使用するＦｅを含む油溶性有機酸塩とはＦｅとナフテン酸、オクチル酸、スルホン酸、ステアリン酸、パルミチン酸等の有機酸とを反応させたものである。具体的には、例えばＦｅナフテン酸、Ｆｅオクチル酸、Ｆｅスルホン酸、Ｆｅステアリン酸、Ｆｅステアリン酸、Ｆｅパルミチン酸等が挙げられる。
【００１５】
本発明の燃料添加剤において、ＦｅとＣｅ両元素合計量に対するＣｅ含有量は１０〜９０重量％であり、好ましくは３０〜８０重量％であり、更に好ましくは４０〜７０重量％である。
Ｃｅ含有量が１０重量％未満であるとＣｅとＦｅの両元素が接する効率が悪くなり、助燃効果がＦｅのみの場合とほとんど変わらない。
Ｃｅ含有量が９０重量％を超えるとＣｅとＦｅの両元素が接する効率が悪くなり、助燃効果がＣｅのみの場合とほとんど変わらない。
【００１６】
本発明の燃料添加剤はＣｅを含む無機物の微細粒子等Ｆｅを含む油溶性有機酸塩、又はＦｅを含む無機物の微細粒子とＣｅを含む油溶性有機酸塩を溶剤に溶解したものである。本発明で使用される溶剤は特に限定されないが、例えば灯油、軽油、重油等の石油系溶剤、あるいはベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤等が挙げられる。
【００１７】
本発明の燃料組成物は上記本発明の燃料添加剤を燃料に配合したものであるが、燃料に対する燃料添加剤の含有量は金属量で１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍであり、さらに好ましくは５重量ｐｐｍ〜１００重量ｐｐｍである。
１重量ｐｐｍ未満であると量が少なすぎて媒塵低減効果も小さい。１０００重量ｐｐｍを超えると逆に添加量の割には媒塵低減効果が上がらない。
【００１８】
【作用】
本発明の燃料添加剤で媒塵低減効果が大きい理由としては、Ｃｅ酸化物には酸素を出し入れする酸素ポンプ機能があり、その機能により残炭分の完全燃焼が促進されていると考えられるが、Ｆｅ酸化物が介在することでその反応速度がさらに促進されている可能性がある。さらにＦｅの添加で生成カーボンの結晶化が低くおさえられるので燃焼しやすい残留炭素が形成される。これらの効果によりＣｅ、Ｆｅを合わせることで燃焼促進効果が増大するものと思われる。
また、Ｃｅは重油中のバナジウムと化合し高融点化合物を生成するので、燃焼生成物による高温腐食を抑制するという利点も合わせて有している。
【００１９】
また、ＣｅとＦｅとを組合わせれば大きな相乗効果が期待できるが両方とも微細粒子では分散性が悪く、沈降の恐れがある。またＣｅとＦｅが近傍に存在する確立も低く、大きな相乗効果が期待できない。一方本発明では微粒子と油溶性化合物では油溶性化合物が界面活性剤のようなはたらきで微粒子表面に吸着していると思われるので、ＣｅとＦｅが近傍に存在しつつしかも分散性が良く、微粒子添加剤の欠点である沈降がほとんどない。
【００２０】
【実施例】
本発明を実施例及び比較例により、さらに具体的に以下に説明する。
燃焼速度の測定、算出方法、媒塵量の測定方法及び燃焼炉の条件は以下の通りである。
〔燃焼速度の測定及び算出方法〕
燃料添加剤を添加した燃料油１０ｍｇを示差熱天秤（理学電機製ＴＧ８１１０）を用い昇温速度１００℃／分で５００℃まで加熱し燃焼させ５００℃で保持した時の生成残炭の質量減少曲線から燃焼速度を算出した。空気流量は１００ｍｌ／分とした。（本測定装置では１００ｍｌ／分以下にすると空気の拡散律速となり測定値が変動しやすいため）算出方法は次式を利用した（注（１）、（２））。
燃焼速度定数ｋｓは次式で求められる。
【００２１】
【数１】
0003609119.tif 000002
Ａ１：定数、Ｔ：温度、ｍ１、ｍ２：各測定点での質量
σ：表面積、τ：測定点間の時間間隔
【００２２】
実際の測定では、Ｔ＝５００℃（一定）、ｍ１／ｍ２＝２．６（一定）にし、またσ＝一定とみなせば、上式は
【００２３】
【数２】
0003609119.tif 000003
となるので、１／τで燃焼速度定数の比較ができる。
注（１）柴山ら、日本機械学会論文集、３４（２６０）、７６９（１９６８）
（２）候ら、日本機械学会論文集、５４（５０７）３３０１（１９８８）
【００２４】
〔媒塵量の測定方法〕
媒塵量は、排ガス中のダスト濃度の測定方法（ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８）により測定した。
【００２５】
〔燃焼炉の条件〕
燃焼炉      ：ボイラー
油量        ：１００Ｌ／ｈ
排ガスＯ２    ：１％
蒸気量      ：３０ｋｇ／ｃｍ３
【００２６】
実施例１〜４
ＣｅＯ２微細粒子をトルエン溶剤にコロイド状に分散させたものにＦｅナフテン酸塩を混合し、表１の金属組成比で燃料添加剤を調製した。得られた燃料添加剤をＣ重油（比重０．９４２２、残炭分５．１７ｗｔ％、硫黄分１．９４ｗｔ％）に金属濃度が０．０３ｗｔ％となるように添加して得られた燃料組成物について、燃焼速度を測定した。その結果を表１に示した。
【００２７】
実施例５〜６
ＦｅＯ２微細粒子をトルエン溶剤にコロイド状に分散させたものに、Ｃｅナフテン酸塩を混合し、表１の金属組成比で燃料添加剤を調製した以外は実施例１と同様に燃料組成物を調製して燃焼速度を測定した。その結果を表１に示した
【００２８】
比較例１
ＣｅＯ２微細粒子をトルエン溶剤にコロイド状に分散させた燃料添加剤を調製した以外は実施例１と同様に燃料組成物を調製して燃焼速度を測定した。その結果を表１に示した。
【００２９】
比較例２
ＦｅＯ２微細粒子とトルエン溶剤にコロイド状に分散させた燃料添加剤を調製した以外は実施例１と同様に燃料組成物を調製して燃焼速度を測定した。その結果を表１に示した。
【００３０】
比較例３
燃料添加剤を用いないで、実施例１の上記Ｃ重油について燃焼速度を測定し、その結果を表１に示した。
【００３１】
実施例７
実施例３で得られた燃料添加剤を実施例１の上記Ｃ重油について金属量が３０ｐｐｍとなるように添加し燃料組成物を調製した。燃焼炉で燃焼実験を行い燃焼炉での媒塵量を測定した。その結果を表２に示した。
【００３２】
実施例８
実施例６で得られた燃料添加剤を用いて、実施例７と同様に燃料組成物を調製し、同様に媒塵量を測定した。その結果を表２に示した。
【００３３】
比較例４
比較例１で得られた燃料添加剤を用いて、実施例７と同様に燃料組成物を調製し、同様に媒塵量を測定した。その結果を表２に示した。
【００３４】
比較例５
燃料添加剤を用いないで、実施例１の上記Ｃ重油について実施例７と同様に媒塵量を測定した。その結果を表２に示した。
【００３５】
【表１】
0003609119.tif 000004
【００３６】
【表２】
0003609119.tif 000005
【００３７】
実施例１〜８及び比較例１〜５から次のことが言える。
▲１▼本発明の燃料添加剤を用いる実施例１〜６では燃焼速度が大きい。
▲２▼比較例１のＣｅＯ２微細粒子のみを用いた燃料添加剤ケース、比較例２のＦｅＯ２微細粒子のみを用いた燃料添加剤ケース及び比較例３の燃料添加剤を用いないケースは、いずれも燃焼速度が大きい。
▲３▼本発明の燃料添加剤を用いる実施例５〜６では媒塵の抑制効果が顕著で、また、使用に際して燃料添加剤の沈降は見られなかった。
▲４▼比較例４のＣｅＯ２微細粒子のみを用いた燃料添加剤ケース及び比較例５の燃料添加剤を用いないケースは媒塵量が多い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の燃料添加剤は、比較的安価で、燃料への分散性が良く、装置の腐食が少なく、さらに、燃焼促進効果が大きいため煤煙抑制効果が高いという利点を有する。