(57)【要約】      （修正有）【課題】  Ｃ重油に水を混合融合することにより、Ｃ重油を効果的に燃焼させて、燃焼効率を向上させること。【解決手段】1-オクタノール５６％〜６４％、ポリりん酸２３％〜１８％、メタノール２１％〜１８％からなる添加剤を０．１％〜０．３％と、１０％〜２０％の水と、残部の未処理Ｃ重油とを準備する工程と、未処理Ｃ重油を後記撹拌温度より高い温度で加温する工程と、水を後記撹拌温度より低い温度で加温する工程と、加温された水に添加剤を混入する工程と、加温された未処理Ｃ重油に添加剤を混入した水を加えて所定の撹拌温度で撹拌する工程とにより水可溶化Ｃ重油を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ重油を水可溶化するための添加剤において、容量比で１−オクタノール５６％〜６４％、ポリりん酸２３％〜１８％、メタノール２１％〜１８％からなることを特徴とする水可溶化Ｃ重油用添加剤。
【請求項２】
容量比で１−オクタノール５６％〜６４％、ポリりん酸２３％〜１８％、メタノール２１％〜１８％を常温で混合して混合体を得る工程と、該混合体を５７℃〜６０℃に加温し少なくとも４０分間放置する工程と、その後該混合体を攪拌して混合を完成させる工程とからなることを特徴とする請求項１記載の水可溶化Ｃ重油用添加剤の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の添加剤を０．１％〜０．３％と、１０％〜２０％の水と、残部の未処理Ｃ重油とを準備する工程と、未処理Ｃ重油を後記撹拌温度より高い温度で加温する工程と、水を後記撹拌温度より低い温度で加温する工程と、加温された水に添加剤を混入する工程と、加温された未処理Ｃ重油に添加剤を混入した水を加えて所定の撹拌温度で撹拌する工程とからなることを特徴とする水可溶化Ｃ重油の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃ重油と水を混合して水可溶化Ｃ重油としてその燃焼効率を増加するようにした添加剤、該添加剤の製造方法および該添加剤を用いた水可溶化Ｃ重油製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、重油に適量の水を混合させて、いわゆるエマルジョン燃料を生成し、これを燃焼させ、その燃焼効率を向上、増加する試みがなされている。
しかしながら、従来のエマルジョン燃料は、１．水と油の分離による燃焼室などの腐食、２．水による熱の低下に基づく熱効率の低下、３．熱効率の低下による燃費の低下、４．残留水分による始動時、低負荷時の使用困難、５．水微粒化の困難性による特殊な攪拌装置の必要性、６．水と油の分離による備蓄の困難性などの欠点や問題点を有していた。
【０００３】
これらの要因が重なり、エマルジョン燃料は市場での普及がなされていなかった。特に、熱効率の低下、備蓄困難性、腐食という要因は大きな問題点である。
例えば、灯油、軽油、Ａ重油に対して水を混合してｗ／ｏ型エマルション燃料を作ることは特許文献１に開示されている。しかしながら、この公知技術はＣ重油に対しては適用できない。
【特許文献１】特開２００４−１０７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするもので、種々研究、実験を重ねた結果、第一義的にはエマルジョン燃料における水微粒子の極小化が絶対必要条件であるとの知見を得た。そして、本発明は、その知見に基づき、Ｃ重油の燃焼効率を高めることができる添加剤、該添加剤の製造方法および該添加剤を用いた水可溶化Ｃ重油製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による水可溶化Ｃ重油用添加剤は、Ｃ重油を水可溶化するための添加剤において、容量比で１−オクタノール５６％〜６４％、ポリりん酸２３％〜１８％、メタノール２１％〜１８％からなる。
【０００６】
また、本発明による水可溶化Ｃ重油用添加剤の製造方法は、容量比で１−オクタノール５６％〜６４％、ポリりん酸２３％〜１８％、メタノール２１％〜１８％を常温で混合して混合体を得る工程と、該混合体を５７℃〜６０℃に加温し少なくとも４０分間放置する工程と、その後該混合体を攪拌して混合を完成させる工程とからなる。
【０００７】
また、本発明の水可溶化Ｃ重油の製造方法は、前記添加剤を０．１％〜０．３％と、１０％〜２０％の水と、残部の未処理Ｃ重油とを準備する工程と、未処理Ｃ重油を後記撹拌温度より高い温度で加温する工程と、水を後記撹拌温度より低い温度で加温する工程と、加温された水に添加剤を混入する工程と、加温された未処理Ｃ重油に添加剤を混入した水を加えて所定の撹拌温度で撹拌する工程とからなる。
【０００８】
また、添加剤を０．１％〜０．２％の範囲に選択することにより、理論値に対する発熱量の差を大きくすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料の微爆発により燃焼効率を高めることができる。
燃焼に必要な酸素を燃料自体が持っており、燃焼過程で燃焼空気の取入れを抑制し、燃焼機関の燃焼ガス温度の低下を抑制できる。
【００１０】
水滴がナノオーダーであるため、油との接触面積が増大し、炎症過程で水が微爆発する際に燃料の完全燃焼を促進する。
完全燃焼することで、未燃炭素(カーボン)による燃焼ガス熱の持ち逃げを低減し、燃焼ガスの滞留時間を延長する。
【００１１】
環境面での排ガスにおいて、ＮＯＸ，ＣＯ，ＣＯ２やＰＭが低減し、Ｃ重油の排ガス中には、ＮＯＸ  ，ＳＯＸ  ，ＰＭが低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態について説明する。
本発明による添加剤は、Ｃ重油・水混合、つまり完全融合させた、いわゆる水包囲油形状のＷ／Ｏ状態にすることにある。
【００１３】
添加剤の主な構造の模式図は、下記の通りである。
2007031579.tif 000002
このように、界面活性剤分子は、親水性基と親油性基という二つの部分からなっている。親油基は、油と親合性を持ち、併せて疎水性を持ち、疎水基ともいう。親水基とは水に溶けやすい、あるいは混ざりやすい原子団のことである。油・水の混合液の中に、界面活性剤を入れると、界面活性剤が油・水の両界面に吸着しているため、その親水基と親油基によって、油・水をつなげて、その表面張力を弱め、その分離を防ぎ、油・水の完全融合をさせる。
【００１４】
本発明におけるＣ重油用添加剤は、１−オクタノール、ポリ燐酸、メタノールを主成分として製造され、これらは次のように使用される。
【００１５】
１−オクタノール（Ｏｃｔａｎｏｌ、分子式：Ｃ８Ｈ１８Ｏ、無色透明の液体、比重：0.827、沸点：194.5℃、融点：−1７℃）は、エタノール、ジエチルエーテルなどと溶け合えるが、水には溶けにくい。油製品は主に「−ＣＨ２・・・ＣＨ２−」から成るが、１−オクタノールは石油と似通った「−ＣＨ２・・・ＣＨ２−」(親油基)を持っているから、似通った構造は互いに受け入れられるという原理により、油と接触した際は、分離しないどころか、親油性を持っているため、本発明添加剤の中では親油基として機能する。
【００１６】
親水基部分は、水の表面張力を有効的にさげるもので、下記のように例示される。
2007031579.tif 000003
【００１７】
ポリりん酸（Ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ、分子式：Ｈ６Ｐ４Ｏ１３、分子量３３７．９７、融点：４２℃、比重：１リットル≒１．６９ｋｇ（比重がかなり重たい）、沸点：２１３℃）は水と混ざって図２に示されるようないろんな燐酸ができる。含まれている−ＯＰＯ３２−    が親水基団なので、本添加剤の中で親水基として使われる。
【００１８】
また含まれているＰ２Ｏ５が８０％、８３％などの種類もある。色々なポリ燐をテストした結果、上記種類が親水基として好結果を得た。またＰ２Ｏ５が８０％、８３％のものはどちらを使っても大きな差はなかった。
【００１９】
メタノール（Ｍｅｔａｈａｎｏｌ、分子式：ＣＨ４Ｏ、比重：1リットル≒０．７９ｋｇ、沸点：約６４℃、融点：−９７℃、相対密度：０．７９２）は、水、エタノール、ジエチルエーテル（Ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）に極めて溶けやすく、水とはどんな比率でも溶け合える。メタノールは、本添加剤の中で、消泡剤として使用される。
【００２０】
次に、上記成分を使用しての添加剤の製造方法について説明する。
（ａ）１−オクタノール、（ｂ）ポリ燐酸、（ｃ）エタノールの３成分を所定の容積比で混合して添加剤を製造する。その一例を下記する。
（１）  常温（１５℃〜２８℃）で、３成分を容積比で（ａ）６０％、（ｂ）２０％、（ｃ）２０％の割合で混合する（本明細書では原則的に容積比で記載し、重量比のときは断り書きする）。混合の順番は、比重でいけば（ｃ）、（ａ）、（ｂ）であるが、順番を変えることもできる。
（２）  上記３成分の混合した状態の混合体を５７℃〜６０℃に加温し、攪拌をせず、この温度を保って最低４０分間放置する。
（３）  ５７℃〜６０℃に加温後、３分〜５分後から原材料が混ざり合い始める。
（４）  加温後２０分〜２５分で、ポリりん酸が薄黄色を帯び始める。
（５）  加温後、３５分〜４０分後から底部の薄黄色の層が、徐々に厚みを増してくる。
（６）  加温後４０分〜５０分後、攪拌を行うと薄黄色層が全体に広がり、色も濃さを増し、最終的に上記３成分が完全に融合混合された添加剤が得られる。
完成した添加剤は、−１５℃〜＋４０℃の間では品質の劣化はなく、高温保存（５０℃〜９０℃）では約３ヶ月間劣化がなく、常温保存では約２年間劣化が認められなかった。
【００２１】
添加剤の比率を変えて後述のように水可溶化Ｃ重油の製造実験をしたところ、１−オクタノールは５６％未満では、油の分離が認められ、ポリ燐酸は２３％未満では水の分離が認められ、メタノールは２１％未満では発泡が認められた。一方、１−オクタノールが６４％を、ポリ燐酸が１８％を、メタノールが１８％を、それぞれ超えると、それぞれ他の２成分の機能を抑制することになった。したがって、これらを総合して、１−オクタノール５６％〜６４％、ポリ燐酸２３％〜１８％、メタノール２１％〜１８％が理想的な混合率である。
【００２２】
次に、上記のようにして製造された添加剤を用いて、Ｃ重油・水混合体即ち水可溶化Ｃ重油の製造方法の１例について説明する。
容積比で、水１０％、上記のようにして製造された添加剤を０．１％、残部Ｃ重油の３成分を準備し、これらを以下の工程により混合して水可溶化Ｃ重油を製造する。
【００２３】
（１）  比率に基づいた未処理Ｃ重油を加温し、後記の撹拌温度より高い流動温度、好ましくは７５℃〜８５℃に保って流動性を高める。
（２）  添加剤を混入する水を後記の撹拌温度６５℃より低い温度、好ましくは５０℃〜６０℃に加温してその温度を保つ。加温後、比率に基づいた添加剤を入れて５分〜１０分間攪拌する。
（３）  上記工程が終了した時点で、無処理Ｃ重油の温度が６５℃まで下がったのを確認し、添加剤を入れた水を入れてすぐに攪拌する。攪拌時間は最低３０分〜４０分間とする。攪拌機は、加温可能なものを使、攪拌温度は、５５℃＜Ｃ重油＋添加剤入り水＜６０℃とする。
（４）  攪拌の間は、５０℃〜６０℃の間の保温に細心の注意を払う。５５℃を下回るとＣ重油の粘度が高くなり、水と油がよく混じり合わなくなる。また、６０℃を超えると、原材料の一つの蒸発温度メタノールの沸点が６４℃のため、添加剤の効力が喪失する。
（５）  攪拌の際は、原材料の一つの蒸発を防ぐため、容器に覆いをかける。
以上の工程により、水可溶化Ｃ重油が得られる。
【００２４】
上記のようにして製造された水可溶化Ｃ重油の写真（撮影機材は、日本製オリンパス生物顕微鏡）が図１に示される。
【００２５】
図１に示されるように、水（内部が白い円形）は１００nm〜３００nmの大きさで、油滴の中で均等に散らばっている。すなわち、水の周りを油が覆って包んだような状態となっていて、すなわちＷ／Ｏ型となっている。
【００２６】
上記のようにして製造された水可溶化Ｃ重油のボイラー燃焼実験を行い、その発熱量測定を行った。上記３成分よりなる添加剤を容量比で、０．１％添加し、水２０％〜３０％、残部をＣ重油とした。
【００２７】
2007031579.tif 000004
表１に示されるように、理論熱量に対し、水可溶化Ｃ重油の熱量の優位性は、水１０％〜２０％で顕著である。この結果は図２に示されている。
図２において上側の４本の線、試料１〜４は実質的に同一の性質を示しており、下側の添加剤を添加しない場合と著しく異なっている。
【００２８】
表中の理論値熱量計算の一例（水１０％）を揚げると、
(0.931*9)+1/10=0.938        (密度×燃料割合)＋水割合÷１０＝Ａ
43,061*0.9*0.931=36,080      熱量×燃料割合×密度＝Ｂ
36,080/0.938=38,465          Ｂ÷Ａ＝理論熱量
なお、上記表中の完成品の熱量測定の際、水可溶化Ｃ重油は容積ではなく、重量で測定する。このほうが、より正確な熱量が測定される。
【００２９】
次に、添加剤０．１％〜０．３％、水０％〜２２％、残部Ｃ重油の燃焼熱量測定を行った。その結果を表２に示す。
2007031579.tif 000005
表に示されるように、添加剤０．１％、０．２％、０．３％の添加で、水１０％〜２０％の範囲において、Ｃ重油の燃焼熱量が理論値を上回っており、特に添加剤０．１％、０．２％がより高い燃焼効果を発揮する。
図３は表２をグラフとして示している。そして線Ａは添加料０．２％、線Ｂは添加料０．１％、線Ｃは添加料０．３％、線Ｄは無添加の場合を示している。
【００３０】
さらに、燃焼実験で発熱量を測定した結果を表３〜８に示す。
添加剤添加剤０．１％の場合の発熱量は、表３、４に示すように、理論値を大きく上回り、また、表３と表４の発熱量の差は、表５のようになった。
添加剤添加剤０．２％の場合の発熱量は、表６、７に示すように、理論値を大きく上回り、また、表６と表７の発熱量の差は、表８のようになった。
【００３１】
2007031579.tif 000006
2007031579.tif 000007
この表４はグラフとして図４に示されている。
2007031579.tif 000008
この表５はグラフとして図５に示されている。
【００３２】
2007031579.tif 000009
2007031579.tif 000010
この表７はグラフとして図６に示されている。
2007031579.tif 000011
【００３３】
以上のように、本発明による水可溶化Ｃ重油の発熱量は理論値よりはるかに大きい値を示し、燃焼効率を向上することができる。その燃焼現象について次に説明する。
【００３４】
１．水可溶化Ｃ重油はその水の粒子がナノになり水粒子は平均的に油に分布し、重油が霧状態になるのを高める。これにより、油の表面積が増大する。したがって、空気中の酸素との接触面積が増大し、燃焼効率が高まる。
２．燃焼中、Ｗ／Ｏ型で水を被覆する油の温度が高まると、瞬間的に水は気化し、微爆発が起こる。これにより、油を霧状態にする現象が増大する。さらに、水の分子レベルが酸素と反応し、油の不完全燃焼を避け、油の燃焼効率が高まる。
３．油の微爆発は、油、水の熱伝導率を高める。これにより、熱の消耗率を減少し、結果として、燃焼効率を高め、節油につながる。
４．油の中の水が化学反応を起こしている可能性があり、燃焼効率を高めていると推測される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による水可溶化Ｃ重油の拡大写真。
【図２】表１をグラフにして示す図。
【図３】表２をグラフにして示す図。
【図４】表４をグラフにして示す図。
【図５】表５をグラフにして示す図。
【図６】表７をグラフにして示す図。
【図１】
2007031579.tif 000012
【図２】
2007031579.tif 000013
【図３】
2007031579.tif 000014
【図４】
2007031579.tif 000015
【図５】
2007031579.tif 000016
【図６】
2007031579.tif 000017