(57)【要約】【課題】環境に優しく、かつ安定な可溶化燃料を製造し得る可溶化燃料の製造方法を提供する。【解決手段】天然植物性酵素と界面活性剤の存在下で水と燃料油とを混合し、燃料油を加水分解しつつ油中水型の混合液を得る攪拌工程と、前記混合液に、さらに水素ガスを混合して該混合液中に分散させる水素混合工程とによって、可溶化燃料を製造する。かかる製造方法によって製造された可溶化燃料は、燃料油が加水分解するとともに、残りの水が燃料油中に分散することで、燃焼効率が高く、発生する有害物質が少ないものとなる。また、かかる可溶化燃料は、油水分離し難く、安定であるという利点を併せ持つものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然植物性酵素と界面活性剤の存在下で水と燃料油とを混合し、水と燃料油を反応させつつ油中水型の混合液を得る攪拌工程と、
前記混合液に、さらに水素ガスを混合して該混合液中に分散させる水素混合工程とを含むことを特徴とする可溶化燃料の製造方法。
【請求項２】
前記水素混合工程では、前記混合液に水素ガスを付加して流体混合機で混合することにより、水素ガスを微小気泡化して前記混合液中に分散させることを特徴とする請求項１に記載の可溶化燃料の製造方法。
【請求項３】
前記流体混合機は、管体の中にエレメントを配設し、該管体の内部に分岐と合流を繰り返す蛇行状の流路を形成してなる静止型流体混合機であることを特徴とする請求項２に記載の可溶化燃料の製造方法。
【請求項４】
前記水素混合工程では、水素ガスを粒径１μｍ以下の気泡にして前記混合液中に分散させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可溶化燃料の製造方法。
【請求項５】
前記燃料油は、軽油又は重油であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の可溶化燃料の製造方法。
【請求項６】
天然植物性酵素の存在下で水と燃料油とを混合反応させてなり、
さらに、界面活性剤と、水素ガスの微小気泡とを含有する油中水型の可溶化燃料。
【請求項７】
前記燃料油は、軽油又は重油であることを特徴とする請求項６に記載の可溶化燃料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境に優しく、なおかつ安定な可溶化燃料、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料油中に水を分散させたエマルジョン燃料が注目されている。かかるエマルジョン燃料は、水を分散させない燃料油と比べて燃焼効率が高く、また、発生する有害物質も少ないため、環境保護に貢献できるとされている。
【０００３】
こうしたエマルジョン燃料にあって、天然植物性酵素の存在下で水と燃料油とを攪拌し、燃料油を加水分解させつつ製造する油中水型のエマルジョン燃料が提案されている（例えば、特許文献１）。かかるエマルジョン燃料は、燃料油が加水分解することで、軽油や重油等に比して発生する有害物質を大幅に削減できる。
【０００４】
また、微量の空気を付加して混合したエマルジョン燃料もしられている（例えば、特許文献２）。かかるエマルジョン燃料は、エマルジョン燃料中に分散する空気の微小気泡が水滴の凝集を防止することで、エマルジョン燃料が二層に分離するのを抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４３９７４３２号公報
【特許文献２】特許４５３３９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１のエマルジョン燃料は、燃焼効率に優れ、有害物質を低減できるものの、当該特許文献１に記載された製造方法で製造しても、製造後短時間で油水分離してしまい、安定な燃料を得ることができないという問題があった。このため、かかるエマルジョン燃料の実用化には、燃料をより安定化させる必要があった。
【０００７】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、上記エマルジョン燃料を改良し、より安定な燃料及び該燃料の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】
【０００８】
発明者らは、上記課題を解決するために試行錯誤を重ねた末、微量の水素ガスを混合することによって、上記エマルジョン燃料を可溶化燃料にすることに成功し、本発明を完成するに到った。ここで、可溶化燃料とは、エマルジョン燃料の中でも、液滴が特に微小であり、該液滴が燃料油中に可溶化しているものを指す。
【０００９】
本発明は、天然植物性酵素と界面活性剤の存在下で水と燃料油とを混合し、水と燃料油を反応させつつ油中水型の混合液を得る攪拌工程と、前記混合液に、さらに水素ガスを混合して該混合液中に分散させる水素混合工程とを含むことを特徴とする可溶化燃料の製造方法である。
【００１０】
発明者の研究によれば、かかる製造方法によって得られた燃料は、透明で均一な可溶化燃料となる。この可溶化燃料は、水素ガスを混合しない燃料に比べて、製造後、長期に亘って均一な状態を保つことができる。また、かかる可溶化燃料は、空気の微小気泡を混合した燃料よりもはるかに安定であった。燃料中に分散した水素分子が、何らかの作用によって、燃料油中の水滴の可溶化を促進し、燃料の安定化に寄与しているものと考えられる。また、発明者は、かかる可溶化燃料は、上記特許文献１のエマルジョン燃料同様に、燃焼時に発生する有害物質を大幅に低減できることを確認している。
【００１１】
本発明にあって、前記水素混合工程では、前記混合液に水素ガスを付加して流体混合機で混合することにより、水素ガスを微小気泡化して前記混合液中に分散させることが提案される。かかる構成にあっては、燃料中に、水素ガスを安定して分散させることが可能となる。
【００１２】
本発明にあって、前記流体混合機は、管体の中にエレメントを配設し、該管体の内部に分岐と合流を繰り返す蛇行状の流路を形成してなる静止型流体混合機であることが提案される。かかる流体混合機によれば、水素ガスを極めて微小な気泡にして混合液中に分散させることができる。
【００１３】
また、本発明にあって、前記水素混合工程では、水素ガスを粒径１μｍ以下、より望ましくは粒径９０〜１２０ｎｍの気泡にして前記混合液中に分散させることが提案される。発明者の研究によれば、水素ガスをかかるサイズまで微細化すれば、可溶化燃料中に水素ガスを好適に分散させることができる。
【００１４】
また、本発明の別の態様は、天然植物性酵素の存在下で水と燃料油とを混合反応させてなり、さらに、界面活性剤と、水素ガスの微小気泡とを含有する油中水型の可溶化燃料である。かかる可溶化燃料は、水素ガス含有による効果によって、長期に亘って分離しない安定なものとなる。
【００１５】
また、本発明にあって、水と混合させる燃料油は、石油系炭化水素全般を用いることができる。特に、本発明に係る燃料油は、軽油又は重油であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、油水分離し難く、また環境に優しい可溶化燃料を実現できる。特に、本発明に係る可溶化燃料は、燃料中に分散する水滴が、通常のエマルジョン燃料に比べて小さいため、特許文献１のエマルジョンよりも燃焼効率がよく、有害物質の排出を一層抑制できるという利点がある。また、本発明の可溶化燃料は、燃料中に分散した水素ガスが燃焼時に反応するため、発熱量を向上できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】可溶化燃料の製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を、以下の実施例に従って説明する。
本実施例の可溶化燃料の製造方法は、図１に示すように、混合前の純水及び燃料油に磁気処理を施す磁気処理工程と、磁気処理工程後の純水及び燃料油に、酵素と界面活性剤を添加して混合攪拌する攪拌工程と、攪拌工程で得られた混合液に、水素ガスを混合して分散させる水素混合工程と、該水素混合工程で得られた可溶化燃料から残渣を取り除く分離回収工程とを備えてなる。
【００１９】
上記磁気処理工程は、図１に示すように、混合前の純水に磁場をかける水磁気処理工程と、混合前の燃料油に磁場をかける燃料油磁気処理工程とからなる。水磁気処理工程において純水に磁場をかけることによって、水分子のクラスター構造を細分化することができる。同様に、燃料油磁気処理工程において燃料油に磁場をかけることにより、燃料油の炭化水素分子のクラスター構造を細分化することができる。このように、純水や燃料油中のクラスター構造を混合前に細分化すれば、その後の工程において、純水と燃料油を混ざり易くすることができる。また、燃料油の炭化水素分子のクラスター構造を細分化することで、燃料燃焼時に未反応のまま排出される炭化水素分子を減少させることができるから、燃費の向上や有害物質削減の効果も得られる。
【００２０】
上記攪拌工程では、水と燃料油をタンクに入れ、攪拌翼回転式の混合機を用いて混合攪拌する。この種の混合機としては、例えば、特許第３９３０１２３号に記載のもの（ラモンドスターラー：株式会社ナノクス製）を好適に使用できる。この撹拌工程では、第一攪拌工程、第二攪拌工程、及び第三攪拌工程を順番に実行する。最初の第一攪拌工程では、水と燃料油のみを混合攪拌する。かかる第一攪拌工程によって、純水の液滴が燃料油中に分散した混合液が得られる。純水と燃料油の体積比率は特に限定されないが、純水：燃料油を１：９〜４：６の範囲にすることが望ましい。なお、燃料油としては、軽油や重油、ガソリン、灯油などの石油系燃料油を広く用いることができ、とりわけ、軽油と重油が好適に用いられる。
【００２１】
第一攪拌工程の後は、第二攪拌工程を行う。第二攪拌工程では、第一攪拌工程で得られた混合液に酵素粉末を投入し、引き続き攪拌翼回転式の混合機で攪拌して酵素粉末を溶解させる。かかる酵素粉末の添加によって、混合液中の水と燃料油が反応し、燃料油が加水分解される。酵素粉末には、リパーゼを主材とする天然植物性酵素が用いられる。具体的には、マンゴー、アボガド、パイナップル、ノニ、サジー等の果物から抽出し、熱乾燥させたものを用いることができる。酵素粉末が含有する天然植物性酵素は、一種類に限らず、複数種類であることが望ましい。特に、天然植物性酵素は、セルラーゼを含むことが望ましい。
【００２２】
第二攪拌工程の後は、第三攪拌工程を行う。第三攪拌工程では、第二攪拌工程で得られた混合液に界面活性剤を投入し、引き続き攪拌翼回転式の混合機で攪拌する。かかる第三攪拌工程で燃料油中の水滴が微細化されることにより、燃料油の加水分解反応がさらに進行するとともに、混合液が油中水型のエマルジョンの状態で安定化することとなる。界面活性剤としては、オレイン酸を主材とする天然植物性の界面活性剤が好適に用いられる。界面活性剤は、一種類に限らず、複数種類であることが望ましい。例えば、オレイン酸とともに用いる界面活性剤としては、アミン系の界面活性剤などが挙げられる。
【００２３】
水素混合工程の前工程として、混合液に混入させる水素ガスを生成する水素生成工程を行う。この水素生成工程は、常法によって行うことができる。具体的には、天然ガスの水蒸気改質が挙げられる。この水素ガスの濃度は１００％に近いものに限らず、数十％程度のものでも構わない。
【００２４】
水素混合工程では、上記攪拌工程で得られた混合液に、さらに水素ガスを混入する。具体的には、攪拌工程で製造した混合液を、圧送ポンプによって、タンクから静止型流体混合機に圧送する。そして、静止型流体混合機へ移送する途中で混合液に水素ガスを混入させる。水素ガスの混入量は、混合液の体積の２％程度が望ましい。水素ガスの混入は、上記特許文献２の微量空気供給方法など、既知の方法によって行うことができる。
【００２５】
そして、水素混合工程では、水素ガスを混入した混合液を、静止型流体混合機（ラモンドナノミキサー：株式会社ナノクス製）でさらに混合する。この静止型流体混合機は、管体の中にエレメントを配設して、分岐と合流を繰り返す蛇行状の流路を管体内部に形成してなるものであり、分離と集合を繰り返しながら混合液が管体内部を蛇行状に通過することで、混合液に強い剪断力を作用させることができる。この静止型流体混合機によって、混合液に混入された水素ガスを、粒径１μｍ以下の気泡に微細化して混合液中に安定に分散させることができる。また、燃料油中に分散する水滴も、この静止型流体混合機によって、さらに微細化することができ、これにより、燃料油の加水分解反応をさらに促進することができる。そして、この水素混合工程を経ることによって、混合液中の水を燃料油中に可溶化させて、均一で透明な可溶化燃料を得ることができる。混合液は、静止型流体混合機に一回通過させるだけでよいが、水素ガスの微細化度合いによっては、静止型流体混合機に複数回通過させるようにしてもよい。
【００２６】
分離回収工程では、まず、混合工程で製造された可溶化燃料に振動を与え、反応し切れなかった水や、燃料油中の不純物（残渣）を取り除きやすくする。次に、タンク底部の傾斜を利用して残渣を下方へ落とし込み可溶化燃料を抽出する。最後に、抽出した可溶化燃料をマイクロフィルタで濾過し、製品タンクに保存する。この分離回収工程は、特許文献１に記載の方法・装置に準じて行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【００２７】
以下に、本発明の可溶化燃料の安定性を示す実証試験について説明する。
【００２８】
＜試験品１＞
上記実施例の製造方法によって、試験品１の燃料を作製した。燃料油には軽油を使用し、純水と軽油の混合比は、体積比で３：７とした。また、当該燃料に混合する水素ガスは濃度６６．７％（残りは酸素ガス）のものを使用し、純水と燃料油の混合液の体積に対して約２％混合するようにした。
【００２９】
＜比較品１，２＞
また、水素ガスに替えて空気を純水と燃料油等の混合液に混合し、その他は上記試験品１と同様にして、比較品１の燃料を作製した。また、水素ガスの混合を行わず、その他については上記試験品１と同様にして比較品２の燃料を作製した。
【００３０】
＜試験品２＞
燃料油に重油を用い、その他は上記試験品１と同様にして試験品２の燃料を作製した。
【００３１】
＜比較品３，４＞
また、水素ガスに替えて空気を純水と燃料油等の混合液に混合し、その他は上記試験品２と同様にして、比較品３の燃料を作製した。また、水素ガスの混合を行わず、その他については上記試験品２と同様にして比較品４の燃料を作製した。
【００３２】
＜評価試験１＞
製造直後の試験品１及び比較品１，２を透明容器に入れ、３０分後、１時間後、２時間後、２４時間後について、均一な混合状態が保たれているか否かを目視で評価した。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１に示されるように、水素ガスや空気を混合しなかった比較品２は、製造直後から油分と水分の分離が認められた。これに対して、水素ガスの気泡を混合した試験品１は、２４時間経過後も均一な混合状態を保っていた。この結果は、水と燃料油の混合液に、水素ガスを分散させることで、得られる燃料を安定化させることができることを示している。また、空気の気泡を混合した比較品１は、比較品２と比べると均一な混合状態が長く続いたが、試験品１と比べると、その期間はわずかなものであった。この結果は、水と燃料油の混合液に空気の気泡を分散させるだけでは、燃料を十分安定化できないことを示唆している。また、試験品１の燃料は、半透明でなく、透明であった。このことは、試験品１では、水は燃料油中に乳化しているのではなく、可溶化していることを示しており、試験品１は、通常のエマルジョン燃料よりも均一で安定な可溶化燃料であることを示している。
【００３５】
＜評価試験２＞
燃料油に重油を用いた試験品２及び比較品３，４についても、評価試験１と同様にして、混合状態が保たれているかを時間を追って観察した。結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２に示されるように、評価試験２においても評価試験１と同様の結果が得られた。すなわち、水素ガスや空気を混合しなかった比較品４では、短時間で油水分離が観察されたのに対し、水素ガスの気泡を混合した試験品２は、２４時間経過後も均一な混合状態を保っていた。また、空気の気泡を混合した比較品３は、比較品４よりも均一な混合状態が長続きしたものの、その期間は、試験品２に比べるとわずかなものであった。この結果は、水素ガスの分散により燃料を安定化することは、燃料油の種類に限定されず、石油系の燃料油全般に有効であることを示唆している。なお、比較品３，４において、油水分離するまでの時間が比較品１，２よりも長くなるのは、重油の比重が軽油よりも水に近いためと考えられる。また、試験品２は試験品１と同様に透明であり、試験品２においても、水が燃料油中に可溶化していることがわかった。
【００３８】
＜評価試験３＞
製造直後の試験品１、及び製造から２４時間経過した後の試験品１について、液中に含まれる気泡の粒度分布を測定した。具体的には、ナノサイト社製のナノバブル測定器を使用し、トラッキング法（追尾法）による測定を行った。試験の結果、製造直後の試験品１には、粒径９０〜１２０ｎｍの気泡が、１ｍｌ中に９億６千８百万個計測された。この気泡の粒度分布は、２４時間経過後の試料でも略同じであった。この結果は、試験品１の燃料中に、微小気泡化した水素ガスが安定して分散していることを示しており、また、微小気泡化した水素ガスの多くは、粒径１μｍ以下の、いわゆるナノバブルとなって燃料中に分散していることが示された。
【００３９】
＜評価試験４＞
試験品２をボイラーで燃焼し、排気ガス中の有害物質の量を測定した。その結果、排気ガス中の有害物質は、市販の重油に比して、ＳＯｘが５９％、ＮＯｘが８．６２％、ＣＯ２が５．４５％削減されていた。
【００４０】
以上のように、本実施例の製造方法によって製造された可溶化燃料は、長時間分離せずに均一な状態を保つものとなる。また、この可溶化燃料は、水を混合しない燃料油よりも燃焼効率が高く、また、燃料油の加水分解反応によって、燃焼時に発生する有害物質も少ないものとなっている。したがって、本実施例の製造方法によれば、環境に優しく、かつ安定な可溶化燃料を製造することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施例の形態に限らず本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、上記実施例では、製造した可溶化燃料を製品タンクに保存するようにしているが、かかる構成に限らず、可溶化燃料の製造装置をボイラー等の燃焼装置に直結し、製造した可溶化燃料を燃焼装置に直接的に供給するようにしてもよい。
【図１】
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