(57)【要約】  高アスファルテン炭素質燃料、例えば、残留燃料油又は石炭のための燃料添加剤を開示する。そのような添加剤により、燃焼性が改良される。そのような改良された燃焼性としては、改良された効率及び低減された汚染物質放出の１つ又は双方が挙げられる。特に、燃料添加剤は、植物、例えば、フェスク、アルフェク又はアルファルファの抽出物、及び場合により、有機金属化合物を含む。植物抽出物及び有機金属化合物の双方を含む燃料添加剤の使用は、アスファルテン含量が特に高い燃料の燃焼性を改良する際に特に有用である。
2009521580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高アスファルテン炭素質燃料の燃焼性を改良するための燃料添加剤であって、植物抽出物及び有機金属化合物を含む燃料添加剤。
【請求項２】
植物抽出物が、マメ科植物の抽出物である請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項３】
植物抽出物が、フェスク抽出物、アルフェク抽出物、アルファルファ抽出物及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項２に記載の燃料添加剤。
【請求項４】
有機金属化合物が、第１及び第２遷移金属より選ばれる少なくとも１つの金属を含む炭化水素溶解性有機金属化合物である請求項３に記載の燃料添加剤。
【請求項５】
有機金属化合物の金属が鉄である請求項４に記載の燃料添加剤。
【請求項６】
有機金属化合物が、鉄ペンタカルボニル、ナフテン酸鉄、フェロセン及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項５に記載の燃料添加剤。
【請求項７】
有機金属化合物が、第１及び第２遷移金属より選ばれる少なくとも１つの金属を含む炭化水素溶解性有機金属化合物である請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項８】
有機金属化合物の金属が鉄である請求項７に記載の燃料添加剤。
【請求項９】
有機金属化合物が、鉄ペンタカルボニル、ナフテン酸鉄、フェロセン及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項８に記載の燃料添加剤。
【請求項１０】
更に、油溶性キャリヤーを含む請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項１１】
油溶性キャリヤーが芳香族系溶剤である請求項１０に記載の燃料添加剤。
【請求項１２】
植物抽出物の量が、燃料添加剤の約０．０１〜約１０質量％である請求項１０に記載の燃料添加剤。
【請求項１３】
植物抽出物の量が、燃料添加剤の約０．０５〜約５質量％である請求項１２に記載の燃料添加剤。
【請求項１４】
植物抽出物の量が、燃料添加剤の約０．５質量％である請求項１３に記載の燃料添加剤。
【請求項１５】
更に、メドウフォーム油、カロテノイド、酸化防止剤及びそれらの組み合わせより選ばれる材料を含む請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項１６】
更に、メドウフォーム油、カロテノイド及び酸化防止剤を含む請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項１７】
カロテノイドがβカロテンを含む請求項１６に記載の燃料添加剤。
【請求項１８】
酸化防止剤がジヒドロキノリンを含む請求項１６に記載の燃料添加剤。
【請求項１９】
ジヒドロキノリンが、2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリンを含む請求項１８に記載の燃料添加剤。
【請求項２０】
植物抽出物が、炭化水素溶解性の極性又は無極性溶剤により抽出されたものである請求項１に記載の燃料添加剤。
【請求項２１】
高アスファルテン炭素質燃料の燃焼性を改良する方法であって、燃料添加剤を高アスファルテン炭素質燃料に添加することを含み、燃料添加剤が植物抽出物及び有機金属化合物を含む方法。
【請求項２２】
植物抽出物が、マメ科植物の抽出物である請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
植物抽出物が、フェスク抽出物、アルフェク抽出物、アルファルファ抽出物及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
有機金属化合物が、第１及び第２遷移金属より選ばれる金属を有する炭化水素溶解性有機金属化合物である請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
有機金属化合物の金属が鉄である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
有機金属化合物が、鉄ペンタカルボニル、ナフテン酸鉄、フェロセン及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
有機金属化合物が、第１及び第２遷移金属より選ばれる金属を有する炭化水素溶解性有機金属化合物である請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
有機金属化合物の金属が鉄である請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
有機金属化合物が、鉄ペンタカルボニル、ナフテン酸鉄、フェロセン及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
燃料添加剤が、更に、油溶性キャリヤーを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
油溶性キャリヤーが芳香族系溶剤である請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
高アスファルテン炭素質燃料が、残留燃料油及び石炭より選ばれる請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
植物抽出物の量が、高アスファルテン炭素質燃料の約０．５〜約１０，０００ｐｐｍである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
植物抽出物の量が、高アスファルテン炭素質燃料の約２００〜約２０００ｐｐｍである請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
植物抽出物の量が、高アスファルテン炭素質燃料の約８００ｐｐｍである請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
燃料添加剤が、更に、メドウフォーム油、カロテノイド、酸化防止剤及びそれらの組み合わせより選ばれる材料を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３７】
燃料添加剤が、更に、メドウフォーム油、カロテノイド及び酸化防止剤を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
カロテノイドがβカロテンを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
酸化防止剤がジヒドロキノリンを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
ジヒドロキノリンが、2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリンを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
植物抽出物が、炭化水素溶解性の極性又は無極性溶剤により抽出されたものである請求項２１に記載の方法。
【請求項４２】
高アスファルテン炭素質燃料及び燃料添加剤を含む燃料であって、燃料添加剤が、植物抽出物及び有機金属化合物を含む燃料。
【請求項４３】
植物抽出物が、マメ科植物の抽出物である請求項４２に記載の燃料。
【請求項４４】
植物抽出物が、フェスク抽出物、アルフェク抽出物、アルファルファ抽出物及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項４３に記載の燃料。
【請求項４５】
有機金属化合物が、第１及び第２遷移金属より選ばれる金属を有する炭化水素溶解性有機金属化合物である請求項４２に記載の燃料。
【請求項４６】
有機金属化合物が、鉄ペンタカルボニル、ナフテン酸鉄、フェロセン及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる請求項４５に記載の燃料。
【請求項４７】
高アスファルテン炭素質燃料が、残留燃料油及び石炭より選ばれる請求項４２に記載の燃料。
【請求項４８】
植物抽出物の量が、高アスファルテン炭素質燃料の約０．５〜約１０，０００ｐｐｍである請求項４７に記載の燃料。
【請求項４９】
植物抽出物の量が、高アスファルテン炭素質燃料の約２００〜約２０００ｐｐｍである請求項４８に記載の燃料。
【請求項５０】
植物抽出物の量が、高アスファルテン炭素質燃料の約８００ｐｐｍである請求項４９に記載の燃料。
【請求項５１】
更に、メドウフォーム油、カロテノイド、酸化防止剤及びそれらの組み合わせより選ばれる材料を含む請求項４２に記載の燃料。
【請求項５２】
更に、メドウフォーム油、カロテノイド及び酸化防止剤を含む請求項４２に記載の燃料。
【請求項５３】
カロテノイドがβカロテンを含む請求項５２に記載の燃料。
【請求項５４】
酸化防止剤がジヒドロキノリンを含む請求項５２に記載の燃料。
【請求項５５】
ジヒドロキノリンが、2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリンを含む請求項５４に記載の燃料。
【請求項５６】
植物抽出物が、炭化水素溶解性の極性又は無極性溶剤により抽出されたものである請求項４２に記載の燃料。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願に対するクロスレファレンス
本出願は、2005年12月21日出願に係る仮出願番号60/753,318号の利益を要求するものであり、同仮出願の全開示内容をここに参照として取り入れる。
【０００２】
技術分野
本発明は、アスファルテン含量が高い炭素質燃料、例えば、残留燃料油及び石炭用の燃料添加剤に関するものである。そのような燃料添加剤の使用による利点としては、低減された粒子状物質排出、低減された酸化窒素排出及び改良された燃焼効率の１以上を挙げることができる。
発明の背景
アスファルテン含量が高い炭素質燃料、例えば、残留燃料油及び石炭は、燃焼の際に大量のエネルギーを放散する傾向にあり、及び従って、低コストで高エネルギーの燃料が望まれる用途における有用性が見い出されている。しかしながら、そのような高アスファルテン炭素質燃料は、一般に、他の炭化水素燃料より低い効率で燃焼し、及び燃焼を制限し及び高レベルの汚染物質を生じる望ましくない化合物を多量に含むことが多い。
残留燃料油（また、“レジッド”又は“レジッド燃料”と称される）は、一般に、ガソリン、ジェット燃料、ディーゼル燃料、Ｎｏ．４燃料油及びＮｏ．５軽質又は重質燃料油を含み得る軽質(lighter)石油製品の蒸留後に残る低級製品である。残留燃料油の例としては、Ｎｏ．６燃料油及びＣ重油が挙げられる。
“アスファルテン”と称される化合物としては、一般に、多核芳香族化合物及び／又は多環式化合物が挙げられる。世界のある地域、例えば、北米は、燃料、例えば、残留燃料油におけるアスファルテンの量を制限する規格を有する傾向にあるが、そのような燃料は、依然として、他の軽質炭化水素燃料と比較して比較的高いレベルのアスファルテンを有する。例えば、アメリカ合衆国においては、規格により、残留燃料油のアスファルテン含量が約８質量％未満に制限されている。しかしながら、世界の他の地域においては、アスファルテンについての規格は、存在しないか又は北米におけるものより有意に高いかのいずれかの傾向にある。従って、世界の他の地域における残留燃料油では、アスファルテン含量が１０質量％以上であるかもしれない。かなり重質の炭素質燃料として、石炭は、また、この規格の目的のために、“アスファルテン”として含まれるべきアントラセン及びフェナントレンを含み得る環状構造体の濃度が高い傾向にある。石炭は“老化”するため、より多くのそのような環が形成され及び石炭が、また、高アスファルテン炭素質燃料とされ得るように相互接続する点に留意すべきである。本件明細書の目的のために、用語“高アスファルテン炭素質燃料”は、広範に、アスファルテン含量が少なくとも４質量％である炭素質燃料を包含することを意図する。
【０００３】
高アスファルテン炭素質燃料の燃焼により生じ得る汚染物質の例としては、オゾン、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素、酸化窒素（ＮＯx）、二酸化硫黄、多環芳香族化合物及び可溶性有機成分が挙げられる。アメリカ合衆国においては、多くの州及び国家機関は、環境大気質基準を有するか又は採用しており、それは、高アスファルテン炭素質燃料の燃焼による放出物を低減する必要があり得る。レジッドオイルのユーザーの例は、発電所及び外航船である。南カリフォルニアにおいては、例えば、ロサンゼルスの港に入る船舶からの放出物が、局地的大気汚染の主な原因であるとされる。
石油精製業者により相当な努力がなされており、放出物を低減する燃料が配合されている。基準に適合した燃料を配合する最も一般的な取り組みは、適切な政府機関により定められた規格に適合する燃料を製造するように精製プロセスを調整することを包含する。しかしながら、そのような取り組みは、残留燃料については困難であり、及びそのような取り組みの欠点としては、精製プロセスを再構成する際のコストが高いこと及び他の精製品の量又は質におけるマイナスの効果が起こり得ることが挙げられる。
【０００４】
発明の概要
本発明の実施態様としては、高アスファルテン炭素質燃料の燃焼性を改良し得るシステム、方法及び組成物が挙げられる。本発明の実施態様により改良され得る燃焼性の例としては、上昇された燃焼効率及び低減された汚染物質排出の一方又は双方が挙げられる。低減され得る汚染物質の例としては、オゾン、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素、酸化窒素（ＮＯx）、二酸化硫黄、多環芳香族化合物及び可溶性有機成分の１以上が挙げられる。
いくつかの実施態様においては、植物抽出物を含む燃料添加剤が提供される。本件明細書において、用語“植物抽出物”は、広範に、根及び皮を除く全てのタイプの植物の抽出物を包含することが意図され及び更に、植物、例えば、藻を含む。適切な植物抽出物は、緑色及び多色植物からの抽出物であり、なぜなら、そのような植物では、所望の抽出物の濃度が高い傾向にあるからである。しかしながら、白色及び淡色植物でさえ、低濃度ではあるが、そのような抽出物を含む。特に適切な抽出物は、緑色及び他の暗い葉の多い植物、例えば、フェスク、アルフェク(alfeque)及びアルファルファを含むマメ科(Legminosae)植物からのものである。
好ましい実施態様においては、植物抽出物は、有機金属材料と組み合わせられる。有機金属化合物を含むことは、８質量％以上の範囲の特に高いアスファルテン含量を有する燃料を処理するために特に有用である。有機金属材料の例は、第１及び第２遷移金属より選ばれる金属を含む炭化水素溶解性有機金属化合物である。特に興味深い金属の１つは鉄であり及び特に適切な有機金属材料としては、鉄ペンタカルボニル(iron pentacarbonyl)、ナフテン酸鉄(iron naphthenate)、フェロセン及びそれらの組み合わせが挙げられる。燃料添加剤は、場合により、油溶性キャリヤーを含んでいてもよい。適切な油溶性キャリヤーの例としては、炭化水素、例えば、トルエン、芳香族ブレンド、ナフサ、ガソリン、ディーゼル燃料、ジェット燃料及びそれらの混合物が挙げられる。ある実施態様においては、油溶性キャリヤーは、非酸化性のものである。
【０００５】
ある実施態様においては、燃料添加剤は、他の任意成分を含んでいてもよい。そのような任意成分としては、酸素キャリヤー、安定性助剤、潤滑性助剤、酸化防止剤及び燃焼改良剤の１以上を挙げることができる。メドウフォーム油は、安定性助剤、酸化防止剤及び潤滑性助剤として使用することができる。適切な酸素キャリヤーとしては、カロテノイドが挙げられる。酸化防止剤の例としては、1,2-ジヒドロキノリン及び特には、2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリンが挙げられる。燃焼改良剤の例としては、セタン価向上剤又は着火促進剤として知られる化合物が挙げられる。燃焼改良剤の例としては、硝酸アルキル、例えば、硝酸2-エチルヘキシルが挙げられる。
本発明の他の実施態様においては、高アスファルテン炭素質燃料の燃焼性を改良する方法は、先に記載した燃料添加剤を、高アスファルテン炭素質燃料に対して、燃焼の前又は燃焼中に添加することを含む。
本発明の他の実施態様においては、高アスファルテン炭素質燃料及び先に記載した燃料添加剤を含む、添加剤が添加された(additized)高アスファルテン炭素質燃料が提供される。
本発明の更に別の実施態様においては、燃料添加剤を製造する方法は、植物抽出物を、油溶性キャリヤー及び１以上の有機金属材料、酸素キャリヤー、安定性助剤、潤滑性助剤、酸化防止剤及び燃焼改良剤と混合することを含む。本発明の他の実施態様においては、燃料添加剤は、酸素のない又は酸素が低減された雰囲気において製造され及びその製造法は、場合により、製造の間、紫外線放射源を除外する工程を含んでいてもよい。更に別の実施態様においては、非酸化の油溶性キャリヤー及び非酸化の酸素キャリヤーが使用される。
【０００６】
本発明の種々の実施態様において使用される植物抽出物は、溶剤抽出により、全植物体から、炭化水素溶解性溶剤を用いて得ることができる。極性又は無極性の炭化水素溶解性溶剤を、抽出のために使用することができる。抽出工程により得られる抽出物は、３００を越える個々の化合物を含む粗材料である。ある実施態様においては、抽出物は、液体というよりむしろ固体又は半固体として記載され得る糊状又は泥状の稠度にある。そのような抽出物は、典型的には、クロロフィルＡ及びクロロフィルＢを含み、クロロフィルＡの濃度は、クロロフィルＢの濃度より高い。そのような抽出物の色彩は、一般には、ある程度の蛍光性を伴う濃い黒−緑である。そのような抽出物は、大抵の植物から回収することができるが、緑色及び暗い葉の多い植物で濃度が高い傾向にある。マメ科植物からの抽出物が適切である。そのような固体又は半固体形態が、一般に、大抵の実施態様で好ましいとされるが、他の実施態様においては、液体又は他の形態が適切であるかもしれず、及び好ましいものであるとさえされ得る。更に、合成材料、例えば、合成カロテノイド、クロロフィル又はキサントフィルを、天然植物抽出物の代わりに又はそれに加えて使用することができる。
先の記載は、以下の発明の詳細な説明がより一層理解され得るように、本発明の特徴及び技術的利点についてむしろ広範に概要したものである。本発明の更なる特徴及び利点を後述するが、それは、本発明の請求の範囲の対象を形成する。当該技術分野における当業者により、開示された概念及び具体的実施態様が、本発明と同じ目的を遂行するために他の構造を変更し又は設計する基準として容易に利用され得ると理解すべきである。また、そのような同等の構造が、請求の範囲に記載される本発明の精神及び範囲を逸脱しないことが、当該技術分野における当業者により理解されるべきである。更なる対象及び利点と一緒に、その組織及び操作方法の双方について、本発明の特徴であるとされる新規特徴は、添付される図面と関連して考慮される場合、以下の記載により一層理解されるであろう。しかしながら、各々の図面は、図解及び説明のみを目的として提供するのであって、本発明を制限する定義として意図されないことが明示的に理解されるべきである。
【０００７】
図面の簡単な説明
本発明のより徹底した理解のために、ここで、添付図面と関連して以下の記載に言及する。
図１は、ＥＥＲＣ試験において使用された種々の燃料添加剤について炉の出口で測定されたＮＯx放出のプロットである。
図２は、ＥＥＲＣ試験において使用された種々の燃料添加剤についてバグハウスで測定されたＮＯx放出のプロットである。
図３は、ＥＥＲＣ試験でのダスト負荷のプロットである。
図４は、ＥＥＲＣ試験での過剰空気に対する燃料燃焼速度により割られた熱流束のプロットである。
図５は、ＥＥＲＣ試験での温度に対する供給量のプロットである。
【０００８】
詳細な説明
本件明細書において使用される用語“βカロテン混合物”は、約８９〜約９８％のトランスβカロテンの混合物として定義され、残部は、約２〜１１％の種々のシスβカロテン異性体又は他のポリ不飽和共役炭化水素である。そのようなβカロテン混合物の例は、ISOMIXTENE（登録商標）、ニュージャージー州パーシッパニーのＤＳＭニュートリショナル・プロダクツ社により販売されている製品である。
本発明の実施態様は、高アスファルテン炭素質燃料の燃焼性を改良するシステム、方法及び組成物に関する。改良され得る燃焼性の例としては、上昇した燃焼効率、及び１以上の汚染物質、例えば、オゾン、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素、酸化窒素（ＮＯx）、二酸化硫黄、多環芳香族化合物及び可溶性有機成分の低減された放出が挙げられる。
ある実施態様においては、燃料添加剤は、植物抽出物を含む。適切な植物抽出物としては、緑色の葉の多い植物材料からの抽出物が挙げられる。特に有用な植物抽出物は、マメ科植物からの抽出物であり、その例としては、フェスク抽出物、アルフェク抽出物、アルファルファ抽出物及びそれらの組み合わせを挙げることができる。植物抽出物は、処理される高アスファルテン炭素質燃料の質量での植物抽出物濃度が、約０．５〜約１０，０００ｐｐｍ、好ましくは、約２００〜約２０００ｐｐｍ、及びより好ましくは、約８００ｐｐｍとなるような量で提供され得る。理論に拘束されることなしに、そのような植物抽出物の酸素収集特性により、高アスファルテン炭素質燃料、例えば、残留燃料油及び石炭の燃焼に対する有益な改良が得られると考えられる。
植物抽出物は、当該技術分野における当業者によく知られる抽出法を用いて得ることができる。極性又は無極性炭化水素溶解性溶剤を用いる溶剤抽出法が、一般的には、好ましい。適切な成分を植物材料から分離することが可能な適切な抽出溶剤を使用することができる。適切な無極性溶剤としては、炭素数が５以下〜１２以上の環状、直鎖及び分枝鎖アルカンが挙げられる。非環式アルカン溶剤の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、混合ヘキサン、混合ヘプタン、混合オクタン及びイソオクタンなどが挙げられる。シクロアルカン溶剤の例としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン及びメチルシクロヘキサンなどが挙げられる。芳香族炭化水素、例えば、ベンゼン、トルエン及びキシレンのように、アルケン、例えば、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン及びデセンが、また、使用するのに適する。ハロゲン化炭化水素、例えば、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ペルクロロエチレン、トリクロロエチレン、トリクロロエタン及びトリクロロトリフルオロエタンをまた使用することができる。一般に好ましい無極性溶剤は、Ｃ6-12アルカン、特には、ｎ−ヘキサンである。
【０００９】
適切な極性溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、他のケトン、メタノール、エタノール、他のアルコール、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、クロロホルム又は他の適切な極性溶剤を挙げることができるが、これらに制限される訳ではない。
ヘキサン抽出が、オイルを植物材料から抽出するための、一般的に使用される技術である。それは、実質的に全ての油溶性成分を植物材料から抽出する、高効率の抽出法である。典型的なヘキサン抽出においては、植物材料が粉末化される。草本及び葉の多い植物は小片に切ることができるが、種子は、典型的には、粉砕又は剥離(flake)される。植物材料は、１．２７〜１．９０５ｃｍ（１／２〜３／４インチ）のペレットにペレット化され得る。植物材料は、典型的には、ヘキサンに対して、高温で暴露される。ヘキサン、オイルを溶出する高引火性で無色の揮発性溶剤は、典型的には、数質量％のオイルのみを残留植物材料に残す。オイル及び溶剤混合物を約１００℃以上に加熱して、ヘキサンの大部分を除去することができ、及び次いで、蒸留して、全ての痕跡ヘキサンを除去することができる。あるいはまた、ヘキサンは、減圧下での蒸発により除去することができる。得られる植物抽出物は、本発明の燃料添加剤を製造する際の使用に適切なものである。
他の抽出法としては、典型的には、二酸化炭素を用いる超臨界流体抽出法が挙げられるが、他のガス、例えば、ヘリウム、アルゴン、キセノン及び窒素が、また、超臨界流体抽出法における溶剤として使用可能である。
【００１０】
更に別の有用な抽出法は、連続圧搾機での搾取(expeller pressing)としても知られる機械プレスであり、それは、種子又は他の含油材料を粉砕してパルプとし、それからオイルを搾り出す連続運転スクリューの使用によりオイルを除去する。その方法で生じる摩擦は、約５０〜９０℃の温度を生じるかもしれず、又は外部熱が施され得る。コールドプレスは、一般に、４０℃以下の温度で、外部熱を施すことなしに行われる機械プレスを言及する。植物材料から得ることができる抽出油の収率は、多くの要因に依存し得るが、主には、植物材料の油含量に依存する。例えば、ベッチの典型的な油含量（ヘキサン抽出、無水ベース）は約４〜５質量％であるが、オオムギでは約６〜７．５質量％であり及びアルファルファでは約２〜４．２質量％である。
食用品又は化粧品において使用するための植物油抽出物は、典型的には、更なる処理工程を受けて、外観、保管寿命及び味などに影響し得る不純物を除去して、更に洗練された製品を得る。不純物としては、リン脂質、粘着性ゴム、遊離脂肪酸、着色顔料及び細かな植物粒子を挙げることができる。水沈殿又は有機酸の水溶液での沈殿を含む異なる方法を使用して、これらの副産物を除去する。着色化合物は、典型的には、漂白により除去され、その中において、オイルは、典型的には、吸収剤、例えば、珪藻類クレーに通過させる。典型的には、蒸気蒸留の使用を含む防臭を、また、行うことができる。本発明における燃料添加剤として使用される抽出物は、そのような更なる処理工程を含み得るが、そのような更なる工程は、一般的には、不要である。
【００１１】
燃料添加剤は、場合により、有機金属化合物を含んでいてもよい。適切な有機金属化合物は、第１及び第２遷移金属より選ばれる金属を含む炭化水素溶解性有機金属化合物であり、特に適切な有機金属化合物としては、鉄ペンタカルボニル、ナフテン酸鉄、フェロセン及びそれらの組み合わせが挙げられる。有機金属化合物を含ませることは、アスファルテン含量が特に高い燃料、例えば、北米以外の世界の地域で使用される残留燃料油の燃焼性を改良する際に特に有用であると考えられる。供給される有機金属化合物の量は、処理される燃料における有機金属化合物の質量での濃度が、金属として、約０．５〜約１０，０００ｐｐｍ、好ましくは、約２００〜約２０００ｐｐｍ、及びより好ましくは、約８００ｐｐｍであるようなものであってもよい。理論に拘束されることなしに、有機金属化合物を含むことにより、触媒効果が、植物抽出物材料により促進される反応に付与されると考えられる。
燃料添加剤は、更に、メドウフォーム油を含んでいてもよい。メドウフォーム油は、多くの有用な特性を有し及び酸素キャリヤー、安定性助剤及び酸化防止剤として機能し得る。本発明の燃料添加剤において使用される植物抽出物は、酸素収集特性を有し及び従って、不安定であるかもしれないため、材料、例えば、メドウフォーム油を含ませることは、植物抽出物の安定性を維持し及びそれらの酸化を防止する助けとなり得る。
【００１２】
組成物は、更に、場合により、βカロテン混合物、例えば、ISOMIXTENE（登録商標）の形態で提供され得る少なくとも１つのカロテンを含んでいてもよい。カロテノイド、例えば、βカロテン混合物が開示されるが、拡張π(extended pi)又は二重結合構造（約２〜１１以上の共役二重結合のもの）を有する他の分子が、また、同様に、残留又は他の炭化水素燃料のための添加剤として使用される場合、そのような燃料についての燃焼性を改良すると考えられる。二重結合構造を含むそのような分子の基は、更に、芳香族、環状又は分枝した５〜８個の炭素基（飽和又は不飽和のもの）を含む少なくとも１つの末端基を末端とし得る。例としては、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘプタン、シクロヘプテン、イソペンタン又はイソペンテンが挙げられる。芳香族構造は、また、拡張π構造として考えられる。不飽和／芳香族部分及び末端基は、付加的に、種々の他の置換基、例えば、ヒドロキシル基、ケト基、アルキル基、アルケニル基及びそれらの組み合わせを含んでいてもよい。付加的に、添加剤分子は、１２〜約４０又は５０個の炭素原子を含んでいてもよい。そのような分子は、合成カロテン前駆体の混合物に含まれる。そのような添加剤は、天然又は合成源から得ることができる。
更に、リコペンは、適切なカロテンの他の例である。他の適切なカロテノイド及びカロテン前駆体は、１９５６年に登録され及び参考文献として本件明細書に組み込まれるものとされる独国特許第954,247号明細書に開示されている。
【００１３】
燃料添加剤がカロテンを含む場合、それは、更に、酸化防止剤を含んでいてもよい。適切な酸化防止剤としては、アルキルフェノール、例えば、2-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチルフェノール、2-t-ブチル-4-n-ブチルフェノール、2,4,6-トリ-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-n-ブチルフェノール及びそれらの混合物が挙げられる。そのような酸化防止剤は、中間留分燃料のための安定化剤として使用するのに適している。他の酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、例えば、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール；2,6-ジ-t-ブチルフェノール；2,2'-メチレン-ビス(6-t-ブチル-4-メチルフェノール)；n-オクタデシル3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート；1,1,3-トリス(3-t-ブチル-6-メチル-4-ヒドロキシフェニル)ブタン；ペンタエリスリチルテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]；ジ-n-オクタデシル(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ホスホネート；2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)メシチレン；トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールから誘導されるペンタエリスリトール混合エステル、(3-アルキル-4-ヒドロキシフェニル)-アルカン酸及びアルキルチオアルカン酸又はそのような酸の低級アルキルエステル及びそれらの組み合わせが挙げられる。そのような安定化剤は、通常、酸化及び／又は熱劣化の影響を受けやすい有機材料について有用である。また、有用なものは、マロン酸、ドデシルアルデヒド及び獣脂アミンの反応生成物、ヒンダードフェニルホスフェート、ヒンダードピペリジンカルボン酸及びそれらの金属塩；2,6-ジヒドロキシ-9-アザビシクロ[3.3.1]ノナンのアシル化誘導体；二環式ヒンダードアミン；以下のものの硫黄含有誘導体：ジアルキル-4-ヒドロキシフェニルトリアジン、二環式ヒンダードアミノ酸及びそれらの金属塩、トリアルキル置換ヒドロキシベンジルマロネート、ヒンダードピペリジンカルボン酸及びそれらの金属塩、ピロリジンジカルボン酸及びエステル、N,N-二置換β-アラニンの金属塩、ヒドロカルビルチオアルキレンホスフェート及びヒドロキシベンジルチオアルキレンホスフェートなどである。
【００１４】
本発明において有用な具体的酸化防止剤は、キノリン又はヒドロキノリン化合物、例えば、1,2-ジヒドロキノリン化合物である。より具体的には、通常、エトキシキンと称される6-エトキシ-1,2-ジヒドロ-2,2,4-トリメチルキノリンが酸化防止剤として使用され得る。エトキシキンは、ミズーリ州セントルイスのNovus International Inc.により商標SANTOQUIN（登録商標）の下に販売され及び動物飼料のための酸化防止剤として幅広く使用されている。
本発明の燃料添加剤は、また、燃焼改良剤、例えば、セタン価向上剤又は着火促進剤を含んでいてもよい。適切な燃焼改良剤は、有機ニトレート材料である。好ましい有機ニトレートは、炭素数が約１０以下、好ましくは、２〜１０の置換又は未置換アルキル又はシクロアルキルニトレートである。アルキル基は、線状又は分枝のいずれであってもよい。適切なニトレート化合物の具体例としては、メチルニトレート、エチルニトレート、n-プロピルニトレート、イソプロピルニトレート、アリルニトレート、n-ブチルニトレート、イソブチルニトレート、sec-ブチルニトレート、t-ブチルニトレート、n-アミルニトレート、イソアミルニトレート、2-アミルニトレート、3-アミルニトレート、t-アミルニトレート、n-ヘキシルニトレート、2-エチルヘキシルニトレート、n-ヘプチルニトレート、sec-ヘプチルニトレート、n-オクチルニトレート、sec-オクチルニトレート、n-ノニルニトレート、n-デシルニトレート、n-ドデシルニトレート、シクロペンチルニトレート、シクロヘキシルニトレート、メチルシクロヘキシルニトレート、イソプロピルシクロヘキシルニトレート及びアルコキシ置換脂肪族アルコールのエステル、例えば、1-メトキシプロピル-2-ニトレート、1-エトキシプロピル-2-ニトレート、1-イソプロポキシブチルニトレート及び1-エトキシブチルニトレートなどが挙げられる。好ましいアルキルニトレートは、エチルニトレート、プロピルニトレート、アミルニトレート及びヘキシルニトレートである。他の好ましいアルキルニトレートは、第一アミルニトレート又は第一ヘキシルニトレートの混合物である。“第一”は、ニトレート官能基がアミル又はヘキシル基のＣＨ2基に結合していることを意味する。第一ヘキシルニトレートの例としては、n-ヘキシルニトレート、2-エチルヘキシルニトレート及び4-メチル-n-ペンチルニトレートなどが挙げられる。ニトレートエステルの製造は、一般的に使用される方法のいずれか、例えば、適切なアルコールのエステル化又は適切なハロゲン化アルキルと硝酸銀の反応により達成することができる。これらの添加剤は、燃料添加剤の他の成分と同一又は異なる量で存在していてもよい。
【００１５】
燃料添加剤は、更に、希釈剤又は溶剤キャリヤーを含んでいてもよい。そのようなキャリヤーは有用であり、なぜなら、一般に、燃料添加剤の低濃度の特定の成分が所望の結果を達成するのに効果的であり、及び従って、キャリヤーの使用は、燃料添加剤の添加を単純化するからである。キャリヤーの使用は、更に、溶液中に成分を保持する助けとなり得、及び成分の酸化を防止する助けとなり得る。
キャリヤーとして使用するのに適切な溶剤としては、１以上の芳香族炭化水素、例えば、トルエン又はキシレン、又は他の炭化水素、例えば、ガソリン、ジェット燃料又はディーゼル燃料が挙げられる。ある実施態様においては、種々のキシレン異性体を含む混合芳香族溶剤が使用される。そのような溶剤の例としては、北米においてエクソンモービルケミカル社から商業的に入手可能であり及びAROMATIC 100 FLUID及びAROMATIC 150 FLUIDとの名称の下に販売されているものが挙げられる。ある実施態様においては、AROMATIC 100 FLUID及びAROMATIC 150 FLUIDの混合物が使用される。
燃料添加剤の特定の成分をブレンドする場合、燃料添加剤を酸素のない又は低酸素雰囲気下において製造して、燃料添加剤成分の酸化を防止することが有用であるかもしれない。場合により、成分は、紫外線源が排除されて、更に、成分の分解を防止する条件下でブレンドしてもよい。
燃料添加剤が植物抽出物、例えば、フェスク抽出物、アルフェク抽出物又はアルファルファ抽出物、メドウフォーム油、及びカロテンを含む実施態様においては、植物抽出物のカロテンに対する質量比は、約５０：１〜約２０：１、及び好ましくは、約２４：１〜約１０：１であってもよい。植物抽出物（グラム）のメドウフォーム油（ミリリットル）に対する比は、約１２：１〜約２０：１、及び好ましくは、約６：１〜約１０：１であってもよい。メドウフォーム油（ミリリットル）のカロテン（グラム）に対する比は、約１２：１〜約２０：１、及び好ましくは、約６：１〜約１：１であってもよい。
【００１６】
燃料添加剤がカロテン及び酸化防止剤を含む実施態様においては、カロテンの酸化防止剤に対する比は、約２０：１〜約１：１、好ましくは、約１５：１〜約５：１、及びより好ましくは、約１０：１であってもよい。
燃料添加剤が植物抽出物及びメドウフォーム油を含む本発明の別の実施態様においては、その２種は、約１：１００〜約１００：１の質量比で提供され得る。本発明の実施態様においては、全燃料添加剤組成物中の植物抽出物の濃度は、約０．０６〜約６質量％、及び好ましくは、約０．１２〜約３質量％であってもよい。メドウフォーム油の濃度は、全燃料添加剤組成物の約０．０５〜約５質量％、及び好ましくは、全燃料添加剤組成物の約０．５質量％であってもよい。
そのような燃料添加剤は、植物抽出物及び有機金属材料が燃料中において上記濃度で存在するように高アスファルテン炭素質燃料にブレンドすることができる。
燃料添加剤が植物抽出物、非酸化カロテン、酸化防止剤及びメドウフォーム油を含む実施態様においては、いくつかの要因が、成分についての適切な比を決定する際に有用であり得る。そのような要因としては、燃料が燃焼されるエレベーション(elevation)、燃料を用いるエンジン又はデバイスのタイプ、及び特定の燃料特性を挙げることができる。異なるタイプのエンジン又はデバイスの例としては、２サイクルディーゼルエンジン及び固定ボイラーが挙げられる。関連燃料特性の例としては、硫黄含量、メルカプタン含量、オレフィン含量、芳香族含量及びアスファルテン含量が挙げられる。例えば、燃料中、硫黄含量が１質量％以上と高い場合又は芳香族含量が２５質量％以上と高い場合、その比は、例えば、追加の植物抽出物又は追加の非酸化カロテンを提供するように調節され得る。
本発明の別の実施態様に従えば、添加剤が添加された燃料が提供され、その中においては、上記燃料添加剤が高アスファルテン炭素質燃料とブレンドされる。本発明の実施態様による配合された燃料組成物は、更に、他の既知の添加剤、例えば、清浄剤、酸化防止剤、乳化破壊剤、腐食抑制剤、金属不活性化剤、希釈剤、低温流れ改良剤及び熱安定化剤を含んでいてもよい。
【００１７】
本発明の別の実施態様によれば、高アスファルテン炭素質燃料の燃焼性を改良する方法は、燃焼前又はその間に、そのような燃料添加剤を高アスファルテン炭素質燃料に添加する工程を含む。
本発明の燃料添加剤は、残留燃料油中に多くの異なる方法において導入することができる。例えば、燃焼される残留燃料油は、燃料添加剤を含むように予備混合することができる。他の例においては、燃料添加剤は、バーナー又は他の燃焼デバイスに供給されている残留燃料油ストリームに入れる。そのような実施態様においては、燃料添加剤は、測定噴射装置(metered injection system)を用いて噴射され得る。そのような測定噴射装置は、場合により、燃焼デバイスへの成分のいずれか又は全ての流れを最適化して、その操作を最適化することができるコンピュータシステムにより制御され得る。
石炭について、そのような燃料添加剤は、同様に、多くの異なる方法において添加することができる。例えば、燃料添加剤は、燃焼前に石炭にスプレーしてもよい。あるいはまた、燃料添加剤は、上記測定噴射装置を用いて石炭に沿って石炭バーナーにポンプ又はスプレーしてもよい。
【００１８】
EERC実験室試験
試験運転を、ノースダコタ州グランドフォークスのEERC実験室で行った。ドラム缶６つの残留燃料油を試験において使用した。残留燃料油は、テキサス州ヒューストンのサンコーストリソースより得た。使用した残留燃料油の特性を表１に記載した。その硫黄含量は、約２．６３％で中程度であり、発熱量が２．４０％の水分含量で４４．５MJ/kgと非常に高いものである。カール・フィッシャー水分含量を測定すると、０．２１％であった。サンプルの揮発物含量を測定すると８９．３０％であり、存在する固定炭素レベルは８．２９％であった。二酸化硫黄の理論的放出制限を測定すると、２．０％の排ガス酸素濃度で１７１４ｐｐｍであった。これは、二酸化硫黄（ＳＯ2）についての１．１８ｋｇ／ＭＪの排出率と一致する。残留燃料油の比重は０．９９５２であり及び堆積物量を測定すると０．０５％であった。表１には、また、硫黄の理論的放出制限とともに試験した残留燃料油についての近似分析、元素分析及び発熱量分析を記載する。
【００１９】
表１  燃焼直後の(as-fired)残留燃料油分析(標準ASTM*分析)
2009521580.tif 000003
*米国材料試験協会
【００２０】
残留燃料油を試験前に冷蔵した。ポンプ上に位置する供給ホッパーに移送する前に、バレルヒーターを使用して、残留燃料油を１２１℃に加熱した。バレルヒーターを供給ホッパーのタンクに取り付けて、残留燃料油を、試験の間、本件明細書に示す試験期間で使用するために平均１１３〜１１８℃の熱さで維持した。オイルは、この温度でかなり粘性のものであると思われるが、均一相は、コンバスターに対する容易に制御可能な供給量が全ての試験期間で達成されるように維持された。
ＥＥＲＣ設備の試験装置は、容量が残留燃料油約１９ｋｇ／時間（８４５ＭＪ／時間）である加熱炉を含む。燃焼室は、直径が０．７６ｍであり、高さが２．４４ｍであり、及び種々のタイプの燃料の燃焼試験のために耐火ラインされている(refractory-lined)。加熱炉の直径を０．６６ｍまで低減して、対流パス(convective pass)に入る温度を高めてもよい。１４００℃と同じ高さの加熱炉出口ガス温度（ＦＥＧＴ）が、このモードでの燃焼試験の間達成された。しかしながら、大抵の試験は、ＦＥＧＴが１１００〜１２００℃に維持された標準構成（内径０．７６ｍ）を用いて行われるが、ＦＥＧＴは、典型的には、残留燃料油の燃焼のために１２５０〜１３００℃に上昇する。燃焼室のトップに位置する２つのタイプのＳサーモカップルを使用して、ＦＥＧＴをモニターする。それらは、垂直から水平の流れの移行中間点で１８０°離れて位置する。過剰空気レベルは、第一及び第二気流におけるバルブを調節することにより手作業で制御される。典型的な分配は、第一が１５％及び第二が８５％であり、２０％の典型的な過剰空気レベルが達成される。
【００２１】
液体燃料、例えば、残留燃料油を燃焼させる際、ポンプを使用して、燃料を、二流体噴霧器(dual-fluid atomizer)を通して、燃焼室へ運搬する。空気又はストリームは、一般に、噴霧流体として使用する。燃焼用空気は、電気空気加熱器(electric air heater)により予熱する。加熱された二次空気は、調節可能な旋回バーナーを通して導入する。燃焼排ガスは、加熱炉から、また、耐火ライン(refractoy-line)される、64.516平方センチメートル（１０平方インチ）のダクトに入る。ダクトに位置する垂直プローブバンクを、過熱表面を商業的ボイラーにおいてシミュレートするように設計する。プローブダクトを離れた後、燃焼排ガスは、微粒子除去のための電気集塵装置（ＥＳＰ）又はバグハウス（ＢＨ）のいずれかを介して放出される前に、一連の水冷式の耐火ライン熱交換器及び一連の空冷式の熱交換器を通過する。
ＥＥＲＣ設備で、火炎安定の評価は、全負荷で及びターンダウン条件下での運転条件及び第二空気旋回の関数としての火炎及びそのバーナークオール(burner quarl)への関連の観察により行う。インターナショナル・フレーム・リサーチ・ファウンデーション（ＩＦＲＦ）タイプの調節可能な第二空気旋回ジェネレータでは、第一及び第二空気を、それぞれ、全空気の約１５％及び８５％で使用して、０から最大１．９までの旋回を調節する。旋回は、バーナー内部のリムーバブルブロックにより第二空気へ付与される軸方向運動量に対する放射線状（接線）運動量の比として定義され及び使用して、燃焼空気及び燃料の高度な混合を可能にするフレーム内での内部再循環領域（ＩＲＺ）をセットアップする。旋回の付与は、ブロックを移動して、放射状流及び接線流の代替パスをセットアップして、ニア−バーナー領域において乱流を上昇させる第二空気ストリームにおいてスピンをもたらすことにより行われる。
【００２２】
旋回ブロックの全開位置で、第二空気は、影響を受けない(unaffected)旋回バーナーを通過し、及びこのストリームの運動量は、単に、空気が燃焼室にジェットとして入るように軸方向成分を有する。ブロックの角度が変化するので、空気がスピン又は“旋回”し始め及びニアバーナー領域においてＩＲＺをもたらす運動量の動径成分が確立される。それは、旋回として定義される量を確立する軸方向成分に対する運動量のこの動径成分の比である。
フレーム安定性試験の間にＥＥＲＣにより使用される調節可能な旋回バーナーは、２つの円形薄板及び２連続の連動Ｖ字型ブロック（各々は、板の１つに結合している）からなる。２セットのブロックは、空気流が、更に、下流を１つの旋回流に組み合せる同数の放射状及び接線ストリームに分かれるように、代替放射状及び接線流チャンネルを形成し得る。単に、移動可能なプレートを回転させることにより、角運動量の得られるフラックスが、０から最大値までの間、連続的に増加するように、放射線状チャンネルは進行的に閉じられ及び接線チャンネルは開放される。この最大旋回セッティングは、全空気流量及び旋回ジェネレータの形状(geometry)に依存する。旋回は、移動可能なブロックの寸法（ブロックの接線及び放射線状開口部の比）から及び空気ストリームの速度の測定（放射線状及び軸方向成分の双方が得られる）から計算することができる。
【００２３】
第二空気旋回を使用して、フレームを安定化させる。旋回がないと、フレームの損失が生じるかもしれず、粉塵爆発の危険性が高まる。旋回は、燃焼空気に適用されるので、燃料の液滴がＩＲＺに取り込まれ、粒子の加熱速度が上昇し及びチャー燃焼及び揮発物の放出が上昇する。旋回が最適レベルまで上昇すると、フレームがよりコンパクトになり及び強度なものとなり、それは、ＥＥＲＣ試験設備において、フレームがバーナークオールに接触するポイントとして特徴付けられる。このレベルを超えて旋回が上昇すると、フレームがバーナー領域に引き込まれるかもしれず、不必要に、金属バーナー成分がフレームの高熱及び石炭パイプにおいて起こりうる燃焼に暴露される。旋回セッティングの調整は、移動可能なブロックアセンブリーに結合したレバーアームを移動することにより、手で、なされた。ブロックの位置は、均等目盛りに記載された。
旋回を上昇させて、フレーム安定性及び上昇した炭素転換率を提供することは、また、ＮＯxの形成に影響し得る。上昇した旋回に関連する高いフレーム温度及び上昇した燃料−空気混合は、ＮＯxが形成され得る理想的状態をもたらす。可動羽根を有する大規模なバーナーにおいては、旋回は、多くの場合、上昇されて、炭素転換率に最適な状態となり、及びその後わずかに低減されて、ＮＯxの生成が減少する。
ＥＥＲＣ設備での一般的な試験法では、その最大レベルの旋回にバーナーをセットし及びシステムパラメータ、例えば、燃料供給速度、過剰空気、ガス、例えば、Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＳＯ2及びＮＯxの放出、コンバスター静電気及び空気流量速度をモニターする。フレーム及びバーナー領域の写真の撮影は、標準３５ｍｍフィルムを使用してバーナーコーンの真上の加熱炉におけるサイトポート(sight port)を介して行った。フレーム温度は、また、加熱炉におけるセット位置で高速サーモカップル（ＨＶＴ）を用いて測定し、及び熱流束は、同じ位置でベースライン熱流束プローブを用いてモニターした。灰サンプルを各旋回セッティングで集めて、炭素燃焼終了点を確立した。旋回セッティングは、その後、フレームが、視覚的に、バーナークオールをリフトオフ(lift off)するのが観察されるまで低減された。この点で、フレームは、６３３〜６８６ＭＪ／時間燃焼速度の満載状態下で不安定であるとして特徴付けられた。写真の撮影を再び行って、このセッティングでのフレームを記録し、温度及び熱流束測定を行い、及び灰サンプルを再度とった。一旦、フレームのリフトオフが確立されると、最適旋回セッティングが、フレームの視覚的観察により位置づけられ、及び測定値を再度記録した。
【００２４】
ターンダウン条件下でのフレーム安定性は、低減された荷重、典型的には、全負荷速度の２分の１〜４分の３で試験燃料を燃焼させること、同一の一次空気流量を維持すること、及び二次空気流量を調節して、過剰空気要求に適合させることにより特徴付けられる。上記手順を使用して、低減された荷重でのフレーム安定性を確立した。
ＣＴＦでは、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2及びＮＯxをモニターするためのローズマウントＮＧＡガス分析装置の２つのバンクを利用する。二酸化硫黄（ＳＯ2）は、アメテック製分析装置によりモニターする。分析装置は、典型的には、加熱炉の出口及び粒状物制御装置の出口に位置させる。ガス分析装置では、無水ベースで記録が行われる。ボールドウィン・インビロメンタルは、各ガスサンプルから水蒸気を除去するために使用される燃焼排ガス調整装置を製造している。燃焼排ガス成分は、絶えず、ＣＴＦデータ収集システムによりモニター及び記録される。
フレームの形状及び強度を特徴付けるために使用されるプローブの１つは、ベースライン熱流束プローブである。そのプローブでは、水を用いて、その表面が燃焼室の内壁と同一表面であるように放射領域の側壁におけるポートに挿入される２．５ｃｍの厚さのステンレス鋼チップから熱を得る。出水率はタービン流量計により測定し及び水温は入口及び出口の水ストリームにおいてタイプＫのサーモカップルにより測定する。プローブの外面及び内面に埋め込まれた２つのサーモカップルにより、金属温度をモニターする。これらの値から、熱流束を計算する。
【００２５】
ベースライン熱流束プローブに加えて、ＨＶＴを使用して、同じ位置で正確なガス温度を測定した。プローブを水冷して、燃焼フレームの高熱から、そのステンレス鋼外殻を保護する。タイプＳのサーモカップルは、その中心へ伝わり(run down)及び断熱版からできているチップによりフレーム及び耐火壁の放射線から保護される。真空ポンプを使用して、１２０ｍ／秒のサーモカップル接合を超える速度を達成するのに十分な速度で、サーモカップル接合を超えてガスを引き出す。この速度では、熱伝達するための放射成分が最小化され及び対流熱伝達が主要である。この方法で、正確なガス温度を、サーモカップル接合への又はそれからの放射線の妨害なしに得ることができる。
飛散灰サンプルを、パイロットプラントＥＳＰ又はＢＨの入口及び出口での種々の手段により得た。米国環境保護庁（ＥＰＡ）の方法５を使用して、燃焼排ガスにおける粒子状物質（ＰＭ）濃度を確立した。高容量のサンプル抽出物及びパイロットプラント制御装置収集ホッパーにより、多くの研究サンプルを提供することができる。残留燃料油サンプルを加熱して、バーナーにおける噴霧前に燃料の粘度を低減した。燃料添加剤を、特別に設計されたメーター噴射装置を用いて噴霧ノズル付近の加熱燃料ストリームに添加した。その噴射装置において、燃料流量計を使用して、燃料流量を確認し、生成物(output)をＰＩＤコントローラーに供給し、それにより、その後、化学定量ポンプの流量が制御された。燃料添加剤の濃度は、動的に、燃料の流量における任意の変化で調節した。定量ポンプの生成物を、燃料において燃料添加剤の液滴の分散体を生じる、流れる加熱燃料に注入した。この混合物は、次いで、静的混合セクションを通り、それにより、処理燃料が、バーナーの噴霧セクションに入る前に燃料と均質に混合されることが確実なものとされた。
【００２６】
試験は、３日間、ＥＥＲＣ設備で、１２５０〜１３１５℃の加熱炉出口ガス温度（ＦＥＧＴ）で及び１０％又は１０％付近の過剰空気レベルで行った。これは、加熱炉出口での燃焼排ガスにおいて約２．０％酸素に相当する。残留燃料油燃焼速度及び燃焼空気流量を、これらの試験の各々において調節して、これらのレベルを維持した。４日目に、各試験を、１２５０〜１３１５℃のＦＥＧＴで及び５％又は５％付近の過剰空気レベルで行った。表２〜７には、試験の各日における各試験期間での運転条件の運転平均概要(run-average summary)及びベースラインを記載する。残留燃料油供給速度の調節は、ポンプの速度制御器において整定点を調節することにより達成した。制御器により、その後、ポンプ速度を調節して、所望レベルで供給速度を維持した。過剰空気レベルは、第一及び第二空気ストリームの各々においてバルブの位置を手で調節することにより達成した。ＢＨは、全ての試験期間で微粒子抑制のために使用した。
加熱炉は、各日の試験の開始前に最大８時間天然ガスを用いて１２９０℃に予熱した。炉内圧力は、吸出し送風機の入口でダクトに周囲空気をブレンドするコントロールバルブの調節により−１ｍｍＨｇ（トル）付近で維持した。
分析器の２つのバンクは、以下の表２〜６の各々において加熱炉出口及びＢＨ出口として表され及びそれらによりガス状排出物をモニターした。加熱炉出口分析は、汚染プローブバンクの約１ｍダウンストリームでサンプリングされた。この酸素レベルを使用して、各試験の間の過剰空気レベルを調節した。ＢＨ出口分析は、通常、ＢＨに続く配管から得られる。多くのフランジ継ぎ手及び試験系の後端の高真空のため、配管への空気漏れは、燃焼排ガス酸素濃度の１〜２％上昇をもたらした。分析の各バンクからの酸素分析を使用して、２０％の一定の過剰空気レベル（３．５％Ｏ2）にとって興味深いガス状排出物を補正した。本件明細書において記載する排出物レベルを補正するために使用した計算は以下のとおりである：
補正ＳＯ2（ｐｐｍ）＝［実際のＳＯ2（ｐｐｍ）］×［２１−３．５（ターゲットＯ2（％））］／［２１−実際のＯ2（％）］
【００２７】
ガス分析は、定期的に、ゼロにし及び測定(span)した（各試験の開始前）。分析の追加的キャリブレイションは、結果が疑わしいか又は予期せぬものであった場合に行った。
試験ＡＦ−ＣＴＳ−７５１、７５３、７５５、７５６−１及び７５８（２回）において、第一の目的は、ベースライン作動特性、種々のガス種の排出率及び種々の作動条件下でもたらされる作業結果(work)を確立することであった。また、飛散灰サンプルを収集して、ＢＨに入るガスストリームのダスト負荷（又はＰＭ）を測定した。これらの試験結果は表２〜６に記載する。一旦、安定燃焼条件が、天然ガスから残留燃料油へ切り替わった後に達成されたら、一連の測定を、ＨＶＴ、ベースライン加熱フラックスプローブ及び小サイクロンを用いて行って、飛散灰サンプルを得た。第二空気ストリームにおける旋回セッティングは、この試験シリーズの間に行われた全ての試験期間で３．５の一定に保たれた。
全ての他の試験においては、第一の目的は、調整されたガス状排出物を低減し及びもたらされた作業結果を高める種々の燃料添加剤の効果を確立することであった。ここで、同一の試験プロトコールを使用して、燃料添加剤の効果を測定した。これらの試験結果は、表２〜７に記載する。試験プロトコールの一部として、ベースライン作業の期間は、典型的に、燃料添加剤が評価される全ての試験期間に先行した。
【００２８】
以下は、この研究において使用した燃料添加剤の配合である。
添加剤２：５ｍＬのメドウフォーム油（ｄ＝０．９１ｇ／ｍＬ）；５．１ｇのフェスク抽出物（ヘキサン抽出されたもの）；及び９９５ｍＬのAROMATICS 150 FLUID（ｄ＝０．９０ｇ／ｍＬ）；グローブボックスにおいて製造されなかった。
添加剤５：５ｍＬのメドウフォーム油（ｄ＝０．９１ｇ／ｍＬ）；５．２ｇのアルフェク抽出物（ヘキサン抽出されたもの）；２ｍＬの2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリン（ｄ＝１．０３）；１．６ｇのISOMIXTENE（登録商標）；及び９９３ｍＬのAROMATIC 100 FLUID（ｄ＝０．８７ｇ／ｍＬ）；非酸化条件下でのグローブボックスにおいて製造された。
添加剤６：８０％（ｖ／ｖ）の成分１及び２０％（ｖ／ｖ）の成分２、ここで、成分１：５ｍＬのメドウフォーム油（ｄ＝０．９１ｇ／ｍＬ）；５．１ｇのアルフェク抽出物（ヘキサン抽出されたもの）；及び９９５ｍＬのAROMATICS 150 FLUID（ｄ＝０．９０ｇ／ｍＬ）；グローブボックスにおいて製造されなかった；成分２：２−エチルヘキシルニトレート。
添加剤７：８０％（ｖ／ｖ）の添加剤５及び２０％（ｖ／ｖ）の２−エチルヘキシルニトレート。
添加剤８：０．５ｍＬの2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリン（ｄ＝１．０３）；０．８ｇのISOMIXTENE（登録商標）；２．５ｍＬのメドウフォーム油（ｄ＝０．９１）；０．３９ｇのフェスク抽出物（ヘキサン抽出されたもの）；及び５００ｍＬのAROMATIC 100 FLUID（ｄ＝０．８７）；非酸化条件下でのグローブボックスにおいて製造された。
添加剤９：０．５ｍＬの2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリン（ｄ＝１．０３）；０．８ｇのISOMIXTENE（登録商標）；２．５ｍＬのメドウフォーム油（ｄ＝０．９１）；０．３９ｇのアルフェク抽出物（エタノール抽出されたもの）；及び５００ｍＬのAROMATIC 100 FLUID（ｄ＝０．８７）；非酸化条件下でのグローブボックスにおいて製造された。
添加剤１０：０．５ｍＬの2,2,4-トリメチル-6-エトキシ-1,2-ジヒドロキノリン（ｄ＝１．０３）；０．８ｇのISOMIXTENE（登録商標）；２．５ｍＬのメドウフォーム油（ｄ＝０．９１）；０．３９ｇのアルフェク抽出物（ヘキサン抽出されたもの）；及び５００ｍＬのAROMATIC 100 FLUID（ｄ＝０．８７）；非酸化条件下でのグローブボックスにおいて製造された。
【００２９】
以下の表に、残留燃料油及び記載の燃料添加剤についての試験結果を記載する。
表２．ベースライン及び試験運転−平均作業パラメータ−ＡＦ−ＣＴＳ−７４５
2009521580.tif 000004
【００３０】
表３．ベースライン及び試験運転−平均作業パラメータ−ＡＦ−ＣＴＳ−７５３
2009521580.tif 000005
【００３１】
表４．ベースライン及び試験運転−平均作業パラメータ−ＡＦ−ＣＴＳ−７５３（続き）及び７５４
2009521580.tif 000006
【００３２】
表５．ベースライン及び試験運転−平均作業パラメータ−ＡＦ−ＣＴＳ−７５５
2009521580.tif 000007
【００３３】
表６．ベースライン及び試験運転−平均作業パラメータ−ＡＦ−ＣＴＳ−７５６及び７５７
2009521580.tif 000008
【００３４】
表７．ベースライン及び試験運転−平均作業パラメータ−ＡＦ−ＣＴＳ−７５８
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【００３５】
初期試運転試験は、実際の試験の前日に始め及びベースライン残留燃料油を燃焼して、先に行った第一シリーズの燃料添加剤試験に続くシステムになされた変化の効果を確率することを含んでいた。この試運転期間により、もたらされた変化が、システムの全体的な操作性を改良したことが確認された。もたらされた多くの変化に含まれるものは、種々のシステムフィードラインへの絶縁体の添加、油のための噴霧流体として使用するためのバーナーガンへのストリームのパイピング、燃料フィードラインにおける混合部の添加、及び残留燃料油温度を約１１６℃（２４０°Ｆ）又はその付近の温度に維持するように供給タンクを満たすために使用された貯蔵バレルにおけるストリームヒーターの添加である。変化の結果、燃料が、バーナークオール内をパイピングする空気又はガンにおいて形成する炭素堆積物なしにバーナーガンを連続的に通して供給されることが可能となった。
ＦＥＧＴは、全ての試験期間で約１２８８℃（２３５０°Ｆ）付近で維持した。いくつかのケースにおいては、もたらされる作業結果における燃料添加剤の効果を確認するために上昇することが可能になり、及び他のケースにおいては、同一レベルの、もたらされる作業結果を維持しながら達成される燃料節約のレベルを測定することが、燃料添加剤の注入の間保たれた。燃料及び作業パラメータにおける変化により、安定性の高い燃焼環境が得られたので、燃焼効率は、全ての試験期間で非常に高いものであった。これにより、燃料添加剤の添加により生じる燃焼環境における変化をモニターすることが困難となった。しかし、この期間、燃焼環境における変化に注目し及び以下に詳述する。変化をモニターするのが困難であるため、過剰空気レベルを、４日目(Day 4)における試験の最終日の間、約５％に下げた。
【００３６】
分析器の２つのバンク（１つは加熱炉出口にあり及びもう１つはＢＨ出口にある）を使用して、ガスストリームにおける燃焼生成物の濃度を測定した。燃焼排ガス、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2、ＳＯ2及びＮＯxの測定を、連続してモニタ−し及びＣＴＦデータ収集システムにより記録した。試験期間平均を表２〜７に記載した。
過剰空気レベルは、燃料供給速度によって変化し及び６月２１日から６月２３日までに行った試験の間、約９〜１１％で変動した。補正されたＳＯ2排出物は、約１０％の過剰空気で、全ての試験期間について、約１７２０±２０ｐｐｍの平均でかなり堅調なものであった。
データの分析により、分析的観測量の各々が過剰空気の関数として重要であることが示される。スプラインフィットがデータ点を通して引き込まれる場合、データが全体的フィットである場合よりかなり良好な比較的見通しが得られる。加熱炉及びバグハウスデータは、別々に取り扱われる。加熱炉及びバグハウス（それぞれ図７及び８）の双方についてのＮＯx及びＣＯデータから判断すると、取り扱われた運転の１つについての結果は、一貫して、等しい過剰空気でのベースライン測定のものより低いことが分かる。添加剤２は、ガス状排出物における着実な改良を示す。驚くべきことに、この燃料添加剤は、それが、単に、約１０％の過剰空気での実験において使用されたのみであるにもかかわらず、その効果を示す。
【００３７】
ダスト負荷物(dust loading)として表され及び測定される粒子状物質（ＰＭ）放出値が、米国環境保護庁の方法５ＰＭサンプリングを用いる多くの試験期間にＢＨ入口で得られた。そのような試験により、残留燃料油の燃焼特性の改良において種々の燃料添加剤の効果の有効な証拠が得られた（図９参照）。４日目におけるベースライン試験の間（試験期間１２）、ＢＨに入るダスト負荷物は、０．１２２ｇ／ｍ3であると測定された。試験期間５では、添加剤５が３０ｍＬ／時間の速度で注入され、ここで、ＥＰＡ方法５のダスト負荷物は、０．０６７７ｇ／ｍ3まで有意に低減され、４４．６％低減となった。試験期間１３においては、試験期間１６における添加剤１０のように、添加剤８が、４０ｍＬ／時間の添加速度で利用された。ＥＰＡ方法５のダスト負荷物は、添加剤８の使用の間に０．０８８６ｇ／ｍ3まで及び添加剤１０の使用の間に０．０９５９ｇ／ｍ3まで低減された。これは、それぞれ、２７．５％低減及び２１．５％低減に換算される。試験期間５（添加剤５）での過剰空気レベルは、試験期間１２、ベースライン試験期間でのものより高いことに留意すべきであり、そして、本件明細書に記載される低減の一部は、入手可能な酸素における上昇により説明され得る。しかしながら、これは、試験期間１３（添加剤８）及び１６（添加剤１０）のケースでは当てはまらない。それらは２つの記載された試験期間についてのものであったので、過剰空気レベルは、ベースライン試験期間でのものとほぼ同一であった。
【００３８】
熱流束のふるまいは、複雑な関数であるが、少なくとも燃料燃焼速度及び過剰空気の関数であると考えられる。図１０では、燃料燃焼速度対記載された過剰空気により分割されるＥＥＲＣで測定された熱流束をプロットした。そのデータにより、添加剤２で処理された燃料で生じる熱流束／燃料比が、未処理燃料で観察されるものより高かったことが証明される。熱流束比における７．６％から１０．１％への改良が、添加剤２で観察された。
赤外線（ＩＲ）カメラ／レコーダーを使用して、ベースライン操作及び燃料添加剤注入の期間の間に生じ得る火炎温度の変化を評価した。これらの測定結果を表８に概要する。火炎温度における大抵の有効なトレンドは油供給速度であることが、以下のデータから明らかであろう。この関係は、図６においてみることができる。直線回帰ラインの方程式(equation)が得られ及びＲ2値が計算された。火炎温度は、良好には、供給速度との直線関係に当てはまらないが、その方向に向いている。試験加熱炉は、各操作日の間に同様の加熱炉出口ガス温度で操作したが、対応する火炎温度は、供給速度がその温度を達成することを必要とするため、日ごとに有意に変動する。これは、炉壁を介する熱流束が、日ごとに変化する傾向にあることを示す。しかしながら、１日の操作では、ほんの少しの傾向に気づくかもしれない。
試験の第１日に、燃料添加剤注入の直前の及び添加剤２の注入の直後の、記録された火炎温度は、１３３３℃で一定に保たれた。供給速度もまた一定であった。しかしながら、試験の第２日には、ベースライン供給速度（試験期間４）が、燃料添加剤注入の間より相当高かった。ＩＲカメラによる火炎温度測定値は、それぞれ、３０ｍＬ／時間及び１５ｍＬ／時間の速度での添加剤５の注入を伴う試験期間５及び７で１４０２℃で一定であった。これは、加熱炉での放熱における燃料添加剤のいくらかの効果を示すであろう。試験期間８では、添加剤６を４０ｍＬ／時間の速度で注入した。火炎温度は１３９２℃に下がったが、供給速度は、この期間で、ベースラインレベルから１６．２３ｋｇ／時間まで、有意に下がった。
【００３９】
表８  ＩＲカメラ・リコーダー・データの概要
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【００４０】
１３６６℃のベースライン火炎温度は、残留燃料油の１７．１９ｋｇ／時間の供給速度で試験期間９において達成された。４０ｍＬ／時間の速度での添加剤７の注入後、火炎温度は、１６．５０ｋｇ／時間のより低い供給速度で一定に保たれた。これは、約４％の供給減少を表す。試験の最終日、初期ベースライン火炎温度は、１３７１℃であった（試験期間１２）。その温度は、添加剤８及び９の注入の間に１３５９℃まで低下したが、それは、一日中、比較的一定に保たれ、その後のベースライン試験期間１５で１３６２℃に上昇した。添加剤１０を４０ｍＬ／時間の速度で注入した場合、試験期間１６では、本質的に変化は起こらなかった。火炎温度は、１３６０℃で一定に保たれた。
ＣＡＮＭＥＴ研究加熱炉試験
試験を、また、カナダのオタワにおいてＣＡＮＭＥＴ研究加熱炉で行った。試験において使用した残留燃料油は、オンタリオ州ハミルトンのPROVMAR Fuels Inc.から得た。残留燃料油の特性を表９に記載する。そのような残留燃料油は、硫黄含量が約１．７％と中程度であり、０．０５％の水分含量で発熱量が４２．１２ＭＪ／ｋｇと非常に高い。試験した残留燃料油の近似分析、元素分析及び発熱量分析を、また、理論的な硫黄放出限度と共に表１に記載する。
【００４１】
表９
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【００４２】
残留燃料油は、試験前に冷蔵保存した。デイタンク(day tank)を使用して、残留燃料油を１２１℃に加熱し及び燃料を試験の間熱く維持した。
この試験プロトコールにおいては、加熱炉の制御は、主に、加熱炉への燃料流量をベースとした。空気流量とともに、燃料流量を一定に維持した。加熱炉の燃料測定セクションにより、バーナーからの距離の関数として加熱炉からの熱伝達を決定することが可能であった。このシステムには“バグハウス”はなく及び加熱炉出口温度を提案(float)することが可能であった。
液体燃料、例えば、残留燃料油を燃焼させる際、ポンプを使用して、燃料を、二流体噴霧器を通して燃焼室へ運搬する。この加熱炉においては、圧縮空気を、噴霧流体として使用する。燃焼用空気は、電気空気加熱器により予熱する。
火炎安定性は、バーナーの反対端の加熱炉で、加熱炉の縦軸に沿って位置するクオーツ観察窓を介する火炎観察により評価する。通常作業下では、ビデオカメラを使用して、火炎質を質的に評価し及び実験の間に生じる火炎特性をビデオで記録する。
一般的な試験方法では、バーナーをその最大旋回レベルにセットし及びシステムパラメータ、例えば、燃料供給速度、過剰空気、ガス状排出物（Ｏ2、ＣＯ2、ＣＯ、ＳＯ2及びＮＯx）、燃焼器静電(combustor static)及び空気流量速度(air flow rate)をモニターする。火炎及びバーナーゾーンの写真を、その後、ビデオカメラを用いてバーナーコーンの真上の加熱炉の観測部分を通して撮影する。
【００４３】
ＣＡＮＭＥＴ加熱炉では、ガス分析器の２つのバンクを使用して、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2及びＮＯxをモニターする。二酸化硫黄（ＳＯ2）もまたモニターする。分析器は、典型的には、加熱炉出口及び微粒子抑制デバイス出口に位置する。ガス分析は、無水ベースで記録する。燃焼排ガス成分をモニターし及び実験の間、１０秒のインターバルで、データ収集システムにより記録する。測定量の統計的特性を使用して、測定データについての信頼限界を確立した。
加熱炉の熱量測定セクションにおいては、入口及び出口温度を１０秒のインターバルでモニターし及びデータ収集システムにより記録する。サーミノール作動流体の流量がまた測定され及びデータ収集システムによりアクセス可能である。これらの測定値から、加熱炉における熱伝達が、加熱炉の長軸に沿った２８個の熱量測定バンドの各々について時間の関数として測定することができる。
灰サンプルを、パイロット・プラントＥＳＰ又はＢＨの入口及び出口で種々の手段により得た。等速ガスサンプリングを使用して、燃焼排ガスにおける粒子状物質（ＰＭ）濃度を確立する。高容量サンプル抽出及びパイロット・プラント制御デバイス収集ホッパーにより、多数の研究用サンプルを得ることができる。化学的組成をまた収集した灰サンプルについて測定した。等速ダストサンプルの収集には、サンプルあたり約３時間を要した。運転あたりで収集された灰サンプルはほんの１つであった。
残留燃料油を加熱して、バーナーにおける噴霧前にその粘度を低減した。燃料添加剤を、特別に設計された計量噴射装置により噴霧ノズル付近の加熱燃料ストリームに添加した。噴射装置においては、燃料流量計を使用して、燃料流量を確認し、生成物を、化学的定量ポンプの流量を制御するＰＩＤコントローラーに供給した。燃料添加剤の濃度を、動的に、燃料の流量における変化に適応させた。定量ポンプの生成物は、温かい燃料における燃料添加剤の液滴の分散をもたらす、流れている熱い燃料に入れた。この混合物が、その後、静的混合セクションを横断(traverse)して、バーナーの噴霧セクションに入る前に、燃料と燃料添加剤を均質に混合した。
【００４４】
ＣＡＮＭＥＴ研究加熱炉で行った試験を、燃料流量及び過剰空気レベルにより特定された加熱炉操作で行い、その両者は、加熱炉運転者が制御した。加熱炉は、天然ガスを用いて、最大５時間、残留燃料油における試験を開始する前に予熱した。標準開始プロトコールは、実験的処理を開始する前、少なくとも１時間、そのシステムにおいて燃焼する未処理燃料油についてのデータを収集することを包含していた。このプロトコールにより、各操作日におけるベースライン行動を確かめることが可能となった。実験設計は、異なる２つの過剰空気濃度（１０％及び７．５％）での加熱炉操作における化学的添加剤の効果を調べるように行った。燃料のベースライン操作は、試験キャンペーンの開始及び終了時に及び各試験日の開始時に決定した。
試験においては、全ての燃料添加剤を、１０％の過剰空気レベルで評価し、及び最良のパフォーマー(performer)のみを、低減された過剰空気レベルで評価した。ＣＡＮＭＥＴ試験のための燃料添加剤組成物を、次の通り、グローブ・ボックスにおいて不活性雰囲気下で製造された、ISOMIXTENE（登録商標）を含む添加剤（添加剤１３及び１４）、及び標準大気条件下で製造された、ISOMIXTENE（登録商標）を含まない添加剤（添加剤１１、１２、１５及び１６）を用いて製造した。
添加剤１１は、１３．９ｇのフェスク抽出物及び１０ｍＬのメドウフォーム油を混合し、及び次いで、混合物を２０００ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDとブレンドすることにより製造した。
【００４５】
添加剤１２は、１３ｇのフェスク抽出物、１０ｍＬのメドウフォーム油及び１ｍＬのSANTOQUIN（登録商標）を混合し、及び混合物を２０００ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDとブレンドすることにより製造した。
添加剤１３は、５．１２ｇのフェスク抽出物、５ｍＬのメドウフォーム油、１０滴のSANTOQUIN（登録商標）及び０８８９ｇのISOMIXTENE（登録商標）を混合し、及び混合物を１０００ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDとブレンドすることにより製造した。
添加剤１４は、５．１３ｇのアルファルファ抽出物、５ｍＬのメドウフォーム油、１０滴のSANTOQUIN（登録商標）及び０８８ｇのISOMIXTENE（登録商標）を混合し、及び混合物を１０００ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDとブレンドすることにより製造した。
添加剤１５は、１３ｇのアルファルファ抽出物、１０ｍＬのメドウフォーム油及び２ｍＬのSANTOQUIN（登録商標）を混合し、及び混合物を２０００ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDとブレンドすることにより製造した。
添加剤１６は、１３ｇのアルファルファ抽出物及び１０ｍＬのメドウフォーム油を混合し、及び混合物を２０００ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDとブレンドすることにより製造した。
表１０に、１０％の過剰空気で行ったＣＡＮＭＥＴ試験における粒子状物質濃度の観察記録を概要する。処理された燃料の実験で収集された灰の炭素含量は、参照システムにおいてみられたものより一様に低かったが、全体的等速ダスト負荷は、添加剤１１及び１２について小さな上昇を示した。低い過剰空気率では、収集された灰の炭素含量が、表１１に示すように、等速ダスト負荷と一致した。添加剤１５は、粒子負荷(particulate loading)において一貫した低減を示した。
【００４６】
表１０．ＣＡＮＭＥＴ試験：１０％の過剰空気レベルでの粒子状物質濃度
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【００４７】
表１１．７．５％の過剰空気でのダスト負荷結果
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【００４８】
質的に、処理された燃料のいくつかについての火炎は、参照（未処理）燃料で観察された火炎より短く及び明るかった。この観察は、火炎ビデオ(flame video)により支持されているが、数値で表すのは困難である。より短く、より密度の濃い(more dense)火炎により、加熱炉の熱量測定セクションにおいて熱伝達が最大となるべきである。これを支持するデータは、１０％及び７．５％の過剰空気の双方で行われた実験についての表１２及び１３に記載されている。データは、１０秒ごとに収集して、大きな統計サンプルを得た。このデータセットの標準偏差により、不確定要素(uncertainty)の見積もりが得られる。測定されたサーミノール熱不確定要素は約１％であった。測定された燃焼排ガス熱不確定要素は約０．１％であった。２％より高い廃棄(disposition)変化は、９５％の信頼レベルで統計的に有意である。
【００４９】
表１２．１０％の過剰空気での有効熱量からの熱廃棄
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【００５０】
表１３．７．５％の過剰空気での有効エネルギーからの熱廃棄
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【００５１】
ＩＰＴ実験室試験
試験をまた、ブラジルのサンパウロにおいてＩＰＴ実験室試験施設で行った。ＩＰＴ試験の加熱炉は、ＣＡＮＭＥＴでのものと同様に操作した。ＩＰＴ試験施設では、外部水冷却ジャケットを備える、ブラジルのATA Combustao Tecnica製の水平型バーナー、モデルＭＰＲを使用する。燃焼排ガスの過剰空気及び燃料供給量は独立変数とみなし及び他の観測値は従属変数として取り扱った。加熱炉は、熱量測定セクションを含む。ブラジルで行った実験での１つの有意な相違は燃料に関するものである。ブラジルの燃料規格は、米国で承認されているものと有意に異なる。例えば、ブラジルで通常使用される残留燃料の密度及びアスファルテン含量は、米国で通常使用されるものより有意に高い。これらの非常に高いアスファルテン及び粘度レベルでは、未燃炭素（粒子状物質）により引き起こされる汚染が最重要視される。この問題を最小限にするための方法の一部は、非常に高い過剰酸素条件下で燃料を燃焼することを包含する。ブラジルにおける標準操作手順には、過剰空気約３７．５％及び約７％の加熱炉出口酸素含量で加熱炉を操作することが必要である。
燃料添加剤は、植物抽出物及び有機金属鉄錯体の組み合わせを含むＩＰＴで評価した。具体的には、４９．２ｇのアルファルファ抽出物を７．５７ｍＬのSANTOQUIN（登録商標）酸化防止剤及び３７．９ｍＬのメドウフォーム油と混合した。混合物を、３７８５ｍＬまでのAROMATIC 150 FLUIDと組み合わせ、及び６００ｍＬの得られた混合物を、更に、１１７ｇのナフテン酸鉄及び１９０ｍＬの鉄ペンタカルボニルと混合した。この配合物は、シリンジを用いて嫌気的に移送されたナフテン酸鉄を用いて標準大気条件下で製造した。得られた溶液の鉄含量は６質量％であった。ＩＰＴで試験した残留燃料油には、この添加剤を８１３ｐｐｍで添加した。
【００５２】
表１４は、処理及び未処理条件下で観察された粒子状物質濃度を示す。粒子状物質の低減は、４．５％及び７％の酸素レベルで非常に重要であるが、おそらく、より重要な観察は、双方の酸素濃度についての処理された条件下で観察された粒子状物質濃度が非常に接近していることである。高い過剰酸素燃焼条件下では、熱のかなりの割合が燃焼排ガスに流されることがよく知られている。試験が示すには、７．０％の過剰酸素を約４．５％の過剰酸素に変更することにより、有用な熱における１７％の改良が実現される。試験された燃料添加剤を用いて、この効率上昇は、粒子状物質排出における４３％の低減により達成された。
【００５３】
表１４．ブラジルのＩＰＴでの粒子排出
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【００５４】
本発明及びその利点を詳細に記載してきたが、種々の変化、置換及び変更が、本件明細書において、請求の範囲に記載されている本発明の精神及び範囲を逸脱することなく可能であると理解すべきである。更に、本発明の範囲は、本件明細書に記載された方法、機械、製造、物質の組成、手段、方式及び工程の特定の実施態様に制限されることは意図されない。当該技術分野における当業者が本発明の開示内容から容易に理解するように、本件明細書に記載された対応する実施態様と同一の結果を実質的に達成し又は同一の機能を実質的にもたらすように開発される後の又は現存の方法、機械、製造、物質の組成、手段、方式及び工程が、本発明に従って利用可能である。従って、請求の範囲に記載の発明は、それらの範囲内に、そのような方法、機械、製造、物質の組成、手段、方式又は工程を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＥＥＲＣ試験において使用された種々の燃料添加剤について炉の出口で測定されたＮＯx放出のプロットである。
【図２】ＥＥＲＣ試験において使用された種々の燃料添加剤についてバグハウスで測定されたＮＯx放出のプロットである。
【図３】ＥＥＲＣ試験でのダスト負荷のプロットである。
【図４】ＥＥＲＣ試験での過剰空気に対する燃料燃焼速度により割られた熱流束のプロットである。
【図５】ＥＥＲＣ試験での温度に対する供給量のプロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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