(57)【要約】【課題】燃料油と水に前処理を施し、両者の混合体を乳化させずに融合し安定化させた改質燃料を得ることにより、改質後の燃料に水の成分を含まず、引火点の上昇や発熱量の低下を防ぎ、油水分離も無く長期安定し、基油と同様に取り扱うことができ、経済性及び環境保護の両面で優れた改質燃料の製造方法を提供する。【解決手段】燃料油と水に、遷移金属の複合体を中心に、アルカリ土類金属、希土類属及び特殊貴金属の焼成物から成るセラミック触媒を接触させる工程、上記工程から得られた燃料油に不飽和脂肪酸を５０重量％以上含む炭素数１６〜２２の脂肪酸又は縮合オキシ脂肪酸と炭素数４以上の多価アルコールとのエステルから成る改質促進剤を添加する工程、これらの工程から得た燃料油と水を撹拌混合し、更に複数段階に分けた超音波振動を与えて安定化させる安定化工程、これらの工程によって燃料油と水が乳化することなく一体化した改質燃料となる製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料油と水とを混合して生成する改質燃料の製造方法において、燃料油及び水に遷移金属の複合体を含むセラミック触媒を接触させ、燃料油を低分子化すると同時に水の酸化還元電位数値を降下させる前処理工程と、前処理工程を経た燃料油に改質促進剤を添加し改質を促進させる改質促進工程と、改質促進工程を経た燃料油及び水を撹拌混合する撹拌混合工程と、撹拌混合工程を経た燃料油と水の混合液に複数段階に分けた超音波振動を与えることにより燃料油と水の混合体を安定化させる安定化工程とを備え、乳化することなく燃料油と水とを混合させた燃料を得ることを特徴とする改質燃料の製造方法。
【請求項２】
前記前処理工程において、遷移金属の複合体を中心に、アルカリ土類金属、希土類属並びに特殊貴金属から成る焼成物を用いる、請求項１記載の改質燃料の製造方法。
【請求項３】
前記改質促進工程において、改質促進剤は、不飽和脂肪酸を５０重量％以上含む炭素数１６〜２２の脂肪酸または縮合オキシ脂肪酸と炭素数４以上の多価アルコールとのエステルから成り、燃料油の体積に対して０．１％〜５％を添加する、請求項１記載の改質燃料の製造方法。
【請求項４】
前記安定化工程において、複数段階の超音波振動として、２０〜２５キロヘルツ、３０〜４０キロヘルツおよび６０〜８０キロヘルツの超音波を使用する請求項１記載の改質燃料の製造方法。
【請求項５】
燃料油と水とを混合して改質燃料を生成する改質燃料の製造装置において、燃料油に混合する水を貯蔵する水タンクと、燃料油を貯蔵する油タンクと、燃料油及び水にセラミック触媒を接触させるセラミック触媒槽と、燃料油に添加する改質促進剤を貯蔵する改質促進剤タンクと、燃料油及び水を撹拌混合する撹拌混合装置と、撹拌混合された燃料油及び水の混合体に複数段階の超音波振動を与える超音波発生装置と改質後燃料の油中水分を監視する油中水分モニターを配する安定化槽とを備えることを特徴とする改質燃料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、廃油等の燃料油に水を加えると同時にその改質を施す改質燃料の製造方法及び製造装置に係り、特に、乳化せずに燃料油と水との混合体を安定化させることにより、改質後の燃料中に水の成分を残さず、油水分離、引火点の上昇、発熱量の低下等を起こさない改質燃料の製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産油国の政情不安、原子力発電の安全性問題、そして地球温暖化対策と、化石燃料の需給バランスや世界的環境問題は日々その重要性を増している。特に化石燃料の消費によって生じる二酸化炭素等の排出量についての議論は解決の糸口が見えず、また化石燃料の消費を抑制する法令も施行されているが、産業の停滞にも繋がりかねないことから、決定的な対策を打ち出すことは困難である。
【０００３】
ここ最近になってようやく自然エネルギーへのシフトが試みられているが、化石燃料を本格的に代替するにはまだ多くの期間と費用を要し、問題の解決には程遠い状態である。
【０００４】
このような問題解決の一つとして、燃料油に水を加えて新たな燃料とする所謂エマルジョン燃料の実用化の試みが続けられている。これは、化石燃料のインフラを変えずに、加水によって化石燃料の消費量を削減し、同時に二酸化炭素等の排出量も削減できることが期待されるが、加水によるデメリット即ち引火点の上昇や発熱量の低下が避けられず、結果として十分な成果が得られていないのが現実である。
【０００５】
当初は単純に界面活性剤によって燃料油と水とを撹拌混合するだけの製品がほとんどであったが、中には特許文献１のように、電気分解や超音波振動を用いることによってエマルジョン燃料の品質向上が提案されているが、やはり引火点の上昇や発熱量の低下は回避されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６-０２８２１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料油に水を加えるエマルジョン燃料の引火点の上昇や発熱量の低下の原因は、乳化している燃料中には水の成分がその形を変えずに存在しているため、自ずと引火点は上昇し発熱量は低下する。水性ガスシフト反応等により燃焼効率の上昇は認められるが、基油と比較した場合の燃料性は劣り、また燃料中の水分が分離することによる不着火、寒冷地での凍結、排ガス中の水分がバグフィルターを詰まらせるなど、燃料油として利用できる範囲が非常に狭いものとなる。
【０００８】
即ち、エマルジョン（乳化）燃料は燃料油と水が界面活性剤によって引き寄せられている非常に不安定な状態にあり、容易に油水分離が起こり、また水の成分が燃焼を阻害する。そこで本発明は、燃料油に水を加えつつ、乳化させずに一体化することにより、改質後の燃料に水の成分を残さず、そのため油水分離が起こらず、引火点や発熱量を基油と同等の数値に維持し、基油と同様に使用可能な改質燃料及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の手段は、燃料油と水とを混合して生成する改質燃料の製造方法において、燃料油及び水に、遷移金属の複合体を中心に、アルカリ土類金属、希土類属並びに特殊貴金属の焼成物から成るセラミック触媒を接触させる前処理工程と、前処理工程を経た燃料油に改質促進剤を添加し改質を促進させる改質促進工程と、前処理工程ならびに改質促進工程を経た燃料油及び水を撹拌混合する撹拌混合工程と、撹拌混合工程を経た燃料油と水の混合液に複数段階に分けたの超音波振動を与えることにより燃料油と水の混合液を安定化させる安定化工程とを備え、乳化することなく燃料油と水とを一体化させた燃料を得ることを特徴とする改質燃料の製造方法にある。
【００１０】
第２の手段は、前記前処理工程における前記セラミック触媒として、その中心となる遷移金属の複合体としては、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎの複合体を用いるものである。
【００１１】
第３の手段は、前記改質促進工程における改質促進剤は、不飽和脂肪酸を５０重量％以上含む炭素数１６〜２２の脂肪酸または縮合オキシ脂肪酸と炭素数４以上の多価アルコールとのエステルから成り、燃料油の体積に対して０．１％〜５％を添加するものである。
【００１２】
第４の手段は、前記安定化工程における前記複数段階の超音波振動として、２０〜２５キロヘルツ、３０〜４０キロヘルツおよび６０〜８０キロヘルツの超音波を使用するものである。
【００１３】
第５の手段は、燃料油と水とを混合して改質燃料を生成する改質燃料の製造装置において、燃料油に混合する水を貯蔵する水タンクと、燃料油を貯蔵する油タンクと、燃料油及び水にセラミック触媒を接触させるセラミック触媒槽と、燃料油に添加する改質促進剤を貯蔵する改質促進剤タンクと、燃料油と水を撹拌混合する撹拌混合装置と、撹拌混合された燃料油と水の混合体に複数段階の超音波振動波を与える超音波発生装置並びに改質後燃料中の水分量を監視する油中水分モニターを配した安定化槽を備えた改質燃料の製造装置とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１により、前処理工程と改質促進工程によって低分子化され融合しやすい状態に改質された燃料油と水を撹拌混合し、更に複数段階の超音波振動を加えて安定化させる安定化工程を備えたことにより、燃料油と水とが乳化することなく一体化した改質燃料の生成が実現された。この改質燃料は、油中水分量が改質前の燃料油と変わらず、そのため油水分離が起こらず、基油と同等の引火点と発熱量を維持し、基油と同様に使用することができる。
【００１５】
これは、請求項２のように、燃料油と水にセラミック触媒を接触させる前処理工程によって、燃料油においてはベンゼン環等芳香族化合物が直鎖状の分子構造をもつ脂肪属系化合物に転換改質することによって低分子化を促進すると同時に燃料中の水素分子や酸素分子を活性ラジカルに変化させ、また水においては酸化還元電位を下げ、いずれも燃料油と水が融合し易い状態となる。
【００１６】
更に、請求項３のように、前処理工程を経た燃料油に、不飽和脂肪酸を５０重量％以上含む炭素数１６〜２２の脂肪酸または縮合オキシ脂肪酸と炭素数４以上の多価アルコールとのエステルから成る改質促進剤を添加することによって、燃料油中に水分子を均一に分散させ易くなるように燃料改質が促進され、燃料油と水との融合が更に容易になる。
【００１７】
請求項５に記載の改質燃料製造装置により、燃料油と水とを乳化させることなく、安定した改質燃料を合理的に製造することが可能になる。
【００１８】
本発明によって、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、廃油等の燃料油と水とを、理想的には５０：５０の体積比で混合させることにより、乳化せず、改質後の燃料に水の成分を残さず、従って油水分離もせず、基油と同等の引火点と発熱量を維持した改質燃料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施するための、改質燃料製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の改質燃料の製造方法は、前処理工程、改質促進工程、撹拌混合工程、安定化工程を有するものである。
【００２１】
前処理工程は、燃料油と水の双方をセラミック触媒に接触させ、燃料油においてはベンゼン環等芳香族化合物が直鎖状の分子構造をもつ脂肪属系化合物に転換改質することによって低分子化を促進すると同時に燃料中の水素分子や酸素分子を活性ラジカルに変化させ、水においては酸化還元電位を下げ、いずれも燃料油と水が融合し易い状態に整える工程である。
【００２２】
セラミック触媒は、遷移金属の複合体を中心に、アルカリ土類金属、希土類属並びに特殊貴金属の焼成物から成る。
【００２３】
セラミック触媒の中心となる遷移金属の複合体としては、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎの複合体が好ましい。
【００２４】
改質促進工程は、不飽和脂肪酸を５０重量％以上含む炭素数１６〜２２の脂肪酸または縮合オキシ脂肪酸と炭素数４以上の多価アルコールとのエステルから成る改質促進剤を添加することによって、燃料油中に水分子を均一に分散させ易くなるように燃料改質が促進され、燃料油と水との融合が更に容易になる。
【００２５】
改質促進剤において、不飽和脂肪酸としては、パルミトオレイン酸、オレイン酸、エルカ酸等、多価アルコールとしては、ショ糖、乳糖、ブドウ糖、ポリグリセリン、ソルビトール、ソルビタン等が有効である。
【００２６】
撹拌混合工程は、スタティックミキサー等の静止型混合機を用いるが、この工程段階において燃料油と水の混合体はまだエマルジョン（乳化）状態にある。
【００２７】
安定化工程は、撹拌混合工程で得られた燃料油と水の混合体に複数段階の超音波振動を与えて、燃料油と水によるエマルジョン（乳化）状態から安定した融合状態に変位させる。
【００２８】
複数段階の超音波振動として、２０〜２５キロヘルツ、３０〜４０キロヘルツおよび６０〜８０キロヘルツの各周波数帯の超音波振動を使用する。
【００２９】
超音波振動によって、燃料油と水の混合体中に生じるキャビテーションが強力な圧力波を生じ、これが前処理工程と改質促進工程によって融合環境が整えられた燃料油と水の分子を段階的に変位させる。第一段階は２０〜２５キロヘルツの振動波を与え、次いで３０〜４０キロヘルツ、最終段階で６０〜８０キロヘルツの振動波を与える。
【００３０】
安定化工程の出口にはインライン型油中水分モニターを備え、改質後燃料中に含まれる水分量が、原材料として投入される燃料油（基油）の水分量と同等であることを監視することにより、改質燃料の精度を一定に保つ。
【００３１】
改質燃料製造装置（図１参照）の構成は、水タンク１、燃料油タンク２、改質促進剤タンク４、貯蔵タンク９のタンク群を備えている。水タンク１は、燃料油に混合する水を貯蔵するもので、燃料油タンク２は燃料油を貯蔵し、改質促進剤タンク４は、改質促進剤を貯蔵し、貯蔵タンク９は改質された燃料を貯蔵するものである。
【００３２】
水タンク１から配管された水は、セラミック触媒が配置された接触水管を擁するセラミック触媒槽３を経て撹拌混合装置５へ投入される。接触水管は、セラミック触媒による接触時間を確保するために、セラミック触媒槽中を螺旋状に走るように配管される。
【００３３】
一方、燃料油タンク２から配管された燃料油は、同じくセラミック触媒が配置された、螺旋状に走る接触水管を擁するセラミック触媒槽３を経て撹拌混合装置５へ投入されるが、撹拌混合装置５への投入前に、改質促進剤タンク４から随時適量の改質促進剤の投入を受ける。
【００３４】
撹拌混合装置５は、スタティックミキサーであることが好ましい。
【００３５】
安定化槽６には、周波数の異なる３種類の超音波発生装置７が接続され、更に改質後燃料の水分量を監視するために、インライン型の油中水分モニター８を配置する。
【００３６】
すべての工程を経て完成した改質燃料は貯蔵タンク９に貯蔵される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、灯油、軽油、A重油、B重油、C重油、廃油にも適用可能であり、これら燃料油の種類によらず、改質後の燃料はいずれも水の成分を含まず、引火点や発熱量等も燃料油と同等の数値を維持するため、燃料油と同様に使用することができ、産業上の利用可能性は極めて広い。
【符号の説明】
【００３８】
１  水タンク
２  燃料油タンク
３  セラミック触媒槽
４  改質促進剤タンク
５  撹拌混合装置
６  安定化槽
７  超音波発生装置
８  油中水分モニター
９  貯蔵タンク
【図１】
2013216794.tif 000003