(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷移金属、アルカリ土類金属および貴金属から選ばれる少なくとも１種の金属を含有する重質油燃焼灰を重質油に重質油組成物全量基準で０．０１〜１．５質量％含有させたことを特徴とする重質油組成物。
【請求項２】
前記重質油燃焼灰中の金属の含有量が燃焼灰重量を基準として金属基準で０．０２質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の重質油組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用等の大型ボイラ用燃料として用いられる重質油に重質油燃焼灰を所定量添加した重質油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重質油は、通常、発電用等の大型ボイラ用燃料として用いられるが、地球温暖化に伴い、燃料使用量を低減するための低排ガス酸素濃度燃焼の要望が年々高まっている。重質油を低排ガス酸素濃度で燃焼させようとした場合、燃焼排ガス性状が悪化、特にばいじん量が増加し、電気集塵器の清掃頻度が増加する、炉内にすすが付着し、長期間の連続運転ができないといった、運転上の問題が生じることがある。また、ばいじん量を低減する目的で排ガス酸素濃度を増加させる際には、それに伴いＮＯｘが増加する。大型ボイラにおいては、ＮＯｘは排出規制値の範囲内で運転する必要があり、また、大型ボイラが燃焼排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置を有する場合においても、ＮＯｘの増加は脱硝装置の運転負荷の増加を引き起こすためＮＯｘの排出量を最小限に抑える必要がある。
ばいじん量を低減する方法としては、遷移金属、アルカリ土類金属、貴金属またはそれらを組合せた金属を主成分とする助燃剤を燃料に添加する方法が知られているが、それらを燃料に添加した場合には、ばいじん量は低下する一方で、燃焼が促進されることにより火炎温度が上昇し、ＮＯｘが増加するという問題点があることに加え、助燃剤は高価であるため、特に燃料を多量に使用する発電用大型ボイラにおいては、ばいじん量低減に十分有効な量の助燃剤を添加することができないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来からの問題点を改善するため、発電用等の大型ボイラ等における重質油の燃焼において、重質油燃焼の際に生成する燃焼灰を重質油に利用することにより、ＮＯｘ、ばいじん量を同時に低減することができる重質油組成物を低コストで提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、重質油の燃焼排ガス中の燃焼灰を燃料に添加した場合にＮＯｘ、ばいじん量を同時に低減する燃焼改善効果が得られ、低排ガス酸素濃度運転が可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、遷移金属、アルカリ土類金属および貴金属から選ばれる少なくとも１種の金属を含有する重質油燃焼灰を重質油に重質油組成物全量基準で０．０１〜１．５質量％含有させたことを特徴とする重質油組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明は、重質油に遷移金属、アルカリ土類金属および貴金属から選ばれる少なくとも１種の金属を含有する重質油燃焼灰を重質油に重質油組成物全量基準で０．０１〜１．５質量％含有させたことを特徴とする重質油組成物に関する。
【０００６】
本発明における重質油とは、飽和炭化水素および単環または多環芳香族炭化水素からなる混合物であり、タール、ビチューメン等自然に産出するものやそれらに由来する乳化燃料のほか、石油精製における蒸留、脱硫、分解工程における残さ物もしくは、それら残さ物に必要量の軽質油を調合し、硫黄分0.3 〜3.5 質量％、50℃における動粘度20〜5000mm2/s の範囲の所定の硫黄分および動粘度に適合させた燃料油を意味する。
【０００７】
また、本発明における重質油燃焼灰とは、該重質油燃焼の際に発生する排気ガス中に含まれる未燃焼の燃料に起因する炭素および金属分を主成分とする粒子状物質のうち、JIS  K2270により測定される残留炭素分が8.0 質量％以上の重質油を、排ガス酸素濃度4.0 ％以下で燃焼させて得られる、炭素/ 水素質量比が12以上の粒子状物質を意味するものである。
【０００８】
本発明の重質油組成物は重質油に前記重質油燃焼灰を添加したものであり、組成物全量基準で０．０１〜１．５質量％含むものである。重質油燃焼灰の含有量が0.01質量％に満たない場合には、十分な燃焼改善効果を得ることができず、１．５質量％を越えて含有する場合には、含有量が増加しても燃焼改善効果はそれ以上増加せず、発電用ボイラ缶体に腐食等の悪影響が生ずる。
【０００９】
本発明の重質油組成物中に含有される重質油燃焼灰は、遷移金属、アルカリ土類金属および貴金属から選ばれる少なくとも１種の金属を含有するものであり、燃焼においてＮＯｘ、ばいじん量を低減するという本発明の効果をさらに助長するという点から、燃焼灰重量を基準として、金属基準で0.0２質量％以上含有していることが好ましく、0.３質量％以上含有していることがさらに好ましい。ここで遷移金属、アルカリ土類金属、貴金属またはそれらを組合せた金属としては、具体的には、Pt、Fe、Ce、Ca/Fe 、Ce/Fe 、Ba/Ca 、Ba/Ca/Mgといった金属を例示することができる。
【００１０】
ここでいう遷移金属、アルカリ土類金属および貴金属から選ばれる少なくとも１種の金属を燃焼灰重量を基準として、金属基準で0.３質量％以上含有している重質油燃焼灰は、一般的に市販されている重質油のうち金属含有量がある程度高いものを燃焼することによって得られる他、例えばそれらの金属を10質量％以上含有する市販の助燃剤を、重質油に対し100 質量ppm 以上添加したものを排ガス酸素濃度4.0 ％以下で燃焼させ、燃焼排ガス中に生成した重質油燃焼灰を、電気集じん器で回収するといった方法で得ることができる。
【００１１】
本発明の重質油組成物の50℃における動粘度については特に制限はないが、燃焼においてＮＯｘ、ばいじん量を低減するという本発明の効果をさらに助長するという点から150mm2/s以上であることが好ましい。
【００１２】
以下に、本発明の重質油組成物を用いた実際の使用例について図を参照して説明する。
図１は、発電用ボイラにおける重質油燃焼の従来例を示しており、純燃料油供給装置としての燃料タンク（図示せず）から供給される重質油が、助燃剤を添加された後、加熱器を経てボイラ１中のバーナ２に導入され燃焼させられる。重質油燃焼により生じる燃焼灰は、大気中に放出されるか、もしくは電気集塵器３等の排ガス処理設備により回収され産業廃棄物として処分される。
【００１３】
図２は、本発明の重質油燃焼灰を含有する重質油組成物の燃焼を行う場合の一実施形態のシステム構成を示している。この図２において、ボイラ１中のバーナ２に供給された重質油の燃焼により発生した燃焼灰は、電気集塵器３において回収され、助燃剤注入口４から燃焼される重質油に注入される。
【００１４】
こうして得られた本発明の重質油組成物の燃焼灰はさらに他の重質油に添加してリサイクルすることが可能である。この際、本発明に記載の好ましい範囲の金属を含有する燃焼灰を所望する場合には、リサイクルにより燃焼灰中の金属濃度は徐々に減少するため、図２に示されるような助燃剤注入器４により、燃焼される重質油に少量の助燃剤を注入することにより、この好ましい範囲の金属量を含有した燃焼灰を半永久的に得ることが可能である。このように燃焼灰をリサイクルして使用する場合に助燃剤を添加することがあっても、必要とされる助燃剤の量を最小限に抑えることができるため、本発明におけるばいじん量およびＮＯｘの同時低減という効果が期待できることは明らかである。
【００１５】
【実施例】
本発明の重質油組成物の有効性を従来の技術と比較すべく、以下の実施例及び比較例を行った。
【００１６】
比較例１−３
先ず、表１に示す性状を有する重質油１（比較例１）に対し、助燃剤１（Ｃａ６．０質量％、Ｆｅ４．６質量％含有）及び助燃剤２（Ｆｅ３．０質量％、Ｃｅ７．０質量％含有）をそれぞれ500 質量ppm 添加し、表１に示す性状を有する重質油２（比較例２）および重質油３（比較例３）を得た。これらの重質油１〜３の金属成分含有量をＩＣＰ発光分光分析により測定した結果を表２に示す。
【００１７】
【表１】
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【表２】
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【００１８】
次に、上記重質油１、重質油２および重質油３を、表３に示す燃焼条件においてバーナ燃焼させ、それらの排ガス性状を測定し、表４の結果を得るとともに、上記重質油２および重質油３の燃焼により発生した燃焼灰を集塵フィルターにより回収し、表５及び表６に示す性状の燃焼灰１および燃焼灰２を得た。
【００１９】
【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【００２０】
実施例１−２
このようにして得られた上記燃焼灰１および燃焼灰２を、前記表１に示す性状を有し、表２に示す金属を含有する上記重質油１に対して0.1 質量％添加し、表７に示す金属を含有する重質油４（実施例１）および重質油５（実施例２）を得た。
【００２１】
【表７】
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【００２２】
次に、上記重質油４および重質油５を上記表３に示す条件においてバーナ燃焼させ、それらの燃焼排ガス性状を測定し、表８に示す結果を得た。
【００２３】
【表８】
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【００２４】
表４及び表８の結果から明らかなように、本発明にかかる重質油４および重質油５は、本発明によらない重質油１と比較していずれもＮＯｘ、ばいじん量が低く、発電用大型ボイラでの燃焼において、優れた燃焼性を有することがわかる。これに対して、本発明によらない重質油２および重質油３は、重質油１と比較し、ばいじん量は低いが、ＮＯｘが高い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、重質油燃焼灰を重質油に対し所定量添加した重質油組成物とすることにより、重質油に対しＮＯｘを増加させることなくばいじん低減効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発電用ボイラにおける重質油燃焼の従来例を示す図である。
【図２】  本発明の重質油燃焼灰を含有する重質油組成物の燃焼を行う場合の一実施形態のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
１：ボイラ、２：バーナ、３：電気集塵器、４：助燃剤注入器。
【図１】
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【図２】
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