(57)【要約】【課題】  水と燃料油を混合して分散安定化した加水油における、凍結に対する対処方法と、安定性を向上する方法を提供すること。【解決手段】  水にエチルアルコールを添加して凝固点を降下させるとともに、エマルジョンの安定性向上のため、水として還元水を用い、水分子クラスターを微細化し、クラスター同士の結合を防止して分散の安定化を図る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
油、水、アルコール、界面活性剤を含むことを特徴とする加水油。
【請求項２】
前記アルコールは、エチルアルコールであることを特徴とする、請求項１に記載の加水油。
【請求項３】
前記界面活性剤は、ポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル系界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の加水油。
【請求項４】
前記水は、高還元電位溶液であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加水油。
【請求項５】
前記油を５０〜９０容量％、前記界面活性剤を０．５〜０．９容量％、前記水を１０〜５０容量％、前記アルコールを２．０〜９．０容量％含むことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の加水油。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油中に水を分散させたエマルジョン状態の加水油に関わり、特に寒冷地での使用に適した加水油に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
重油は、常圧蒸留により原油からガソリン、灯油、軽油などを分離した後に残る重質の石油製品であり、比較的低価格であることから、ボイラー用の燃料などとして多用されている。重油には、軽質油の含有比率により、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油の３種があり、Ｂ重油やＣ重油を燃料として用いる場合は、粘度が高いために予熱により流動性を向上した状態でボイラーに供給する。
【０００３】
重油の流動性を向上するには、前記のように軽質油を混合する他に、水を混合するという方法も実用化されている。水と油は、通常まったく混じり合わないので、界面活性剤と乳化装置を用いて、水または油のいずれかの一方からなる連続相の中に、他方を小さな粒子として分散させたエマルジョン状態の油、即ち、加水油とする必要がある。
【０００４】
加水油に要求される特性として、最も重要なものは、エマルジョンの状態が容易に破壊されないこと、つまり安定性である。水と油が分離した状態でボイラーや内燃機関に供給された場合は、直ちに装置の故障に繋がりかねないからである。
【０００５】
加水油製造方法の代表的な例として、特許文献１には、可燃性油１００容量に対して水を１０〜１５容量の比率で加えた加水油の製造方法が開示されている。そして、この加水油においては、水と油が超微粒子状態となっているので、極めて高い安定性を発現するとされている。
【０００６】
一方で、特に寒冷地では、冬季に最低気温が氷点下になるのが常態であり、燃料油の方が凝固していない状態であっても、加えた水が凍結し、水を含まない燃料よりも流動性が低下してしまうことがある。従って、加水油に要求される特性としては、安定性の他に凍結し難いことが加えられることになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０８１７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上に述べた現状に鑑み、本発明の課題は、水と油を混合して分散安定化した加水油における、凍結に対する対処方法と、安定性を向上する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するために、分散安定化については水分子のクラスターを小さくすること、凍結への対処方法については、用いる水の凝固点を低下することを検討した結果なされたものである。
【００１０】
即ち、本発明は、油、水、アルコール、界面活性剤を含むことを特徴とする加水油である。
【００１１】
また、本発明は、前記アルコールが、エチルアルコールであることを特徴とする、前記の加水油である。
【００１２】
また、本発明は、前記界面活性剤が、ポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル系界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、前記の加水油である。
【００１３】
また、本発明は、前記水が、高還元電位溶液であることを特徴とする、前記の加水油である。
【００１４】
また、本発明は、前記油を５０〜９０容量％、前記界面活性剤を０．５〜０．９容量％、前記水を１０〜５０容量％、前記アルコールを２．０〜９．０容量％含むことを特徴とする、前記の加水油である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、本発明の課題の一つである低温での流動性確保には、油に加える水が凍結しないことが最低限の必須要件である。ここでは水の凝固点降下を図るために、アルコールを添加した。エチルアルコールの凝固点は−１１４．５℃であり、水とは自由な比率で溶解し、９２．５重量％の濃度で−１２５℃となるので、水に添加することにより、その凝固点を氷点〜−１２５℃の間で、任意に設定することができる。
【００１６】
また、エマルジョンの安定性向上の要因の一つに、水分子のクラスターをできるだけ小さくし、クラスターの結合によるサイズの増加を抑制することが挙げられ、これには高還元電位溶液を用いることで対処可能である。高還元電位溶液においては、水分子クラスターの表面にはマイナスイオンや電子が吸着していて、電気的な作用により、クラスターが微少化され、クラスター同士の結合が起こり難くなる。しかも、クラスター表面の電荷により、界面活性剤との相互作用が大きくなり、エマルジョンの形成能や安定化の向上に寄与する。
【００１７】
本発明においては、特開２００３−０９４０７２号公報に開示されている、蛎殻など貝殻を還元雰囲気で焼成して得られる水質改良剤により得られる高還元電位溶液を用いる。この高還元電位溶液は、電気分解などの他の方法によって得られる還元水よりも、高い還元性を長時間に亘って維持できるという特徴を有する。
【００１８】
前記の水質改良剤は、その製造方法から無定型の炭素に、鉄とストロンチウム、亜鉛、マンガン、マグネシウム、カリウムを含むフェライト系の磁性体と、貝殻に由来する主成分の炭酸カルシウムとが分散した構造となっている。フェライト系の磁性材の作用の一つに、周囲の電磁波を吸収し他の形態のエネルギーに変換して放出することが挙げられる。
【００１９】
また、前記水質改良剤は前記のような構造で複合界面を有し、その電位差により、水の電気分解を誘発させる作用を有する。これらの作用により前記の水質改良剤によって得られる高還元電位溶液は、高い還元性を長時間維持できるものと解される。
【００２０】
また、本発明で用いられる界面活性剤は、ポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル系界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤から選ばれる少なくとも１種であるが、これらは油の種類毎に、最適な界面活性剤を見出すべく検討を行った結果選択したものである。つまり、油として灯油を用いる場合は、ポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤が、軽油及び重油を用いる場合は、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル系界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤が、安定なエマルジョン状態を得るのに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、発明の実施の形態について、最適条件を見出すに至った過程を交えながら説明する。
【００２２】
本発明の加水油は基本的に、前記油を５０〜９０、前記界面活性剤を０．５〜０．９、前記水を１０〜５０、前記アルコールを２．０〜９．０含むことを特徴とするものである。この範囲を決定するにあたっては、エマルジョンの安定性と、ＪＩＳのＫ２２６９に規定されている試験方法により、加水油とした場合の流動点を評価した。流動性の評価は、試験管に採取した４５ｍｌの試料を４５℃に加温した後、規定の方法で冷却し、試料の温度が２．５℃下がるごとに試験管を冷却浴から取り出し、試料が５秒間、まったく動かなくなったときの温度を求め、この値に２．５℃を加えた温度を流動点とするというものである。
【００２３】
ここでは、油として、流動点が−１０℃のＪＩＳ２号軽油を、水として前記の水質改良剤を用いて調製した酸化還元電位が＋１５０〜＋２００ｍＶの高還元電位溶液を、界面活性剤として、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤とポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤を、アルコールとしてエチルアルコールを９５％含む事業法アルコールを用いた。また、アルコールを用いた場合との比較のためにエチレングリコールも検討したが、ここではエチレングリコールとして市販の不凍液を用いた。
【００２４】
ここで用いる高還元電位溶液の酸化還元電位を＋１５０〜＋２００ｍＶとしたのは、エマルジョンの安定性が界面活性剤の分極に起因するからである。つまり、例えばポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤においては、エーテル結合を形成する炭素と酸素の結合における軌道電子の偏倚により酸素原子は−に分極し、極性分子である水分子を配位させ、エマルジョン形成に寄与するので、水中に存在するイオンはこのような作用を阻害することがあるのは周知の事実である。本発明においては、後述する方法により選択された界面活性剤を用いて、高還元電位溶液の酸化還元電位の適正範囲を実験により求めた。
【００２５】
これらの成分の所要量を秤取し、まず軽油にソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤を混合し、次にポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤を混合し、予めアルコールまたはエチレングリコールを混合した高還元電位溶液を混合するという操作で、試料を調製した。これらの試料について、流動点を測定し、エマルジョンに形成状態を観察した。これらの結果を表１に示す。表１に成分毎に記載した数値は容量比であり、括弧内に示した数値は、前記容量比を百分率に換算した数値である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１の中で、試料Ｎｏ．３と試料Ｎｏ．５は、アルコールの代替として、エチレングリコールを用いたもので、混合した後、軽油と高還元電位溶液の分離が見られ、流動点が実質的に測定不能であった。また、試料Ｎｏ．７のエチレングリコールの添加量が２．４容量％のものでは、エマルジョンの状態が得られたが、同量のアルコールを添加した試料よりも、流動点が１０℃高くなった。これは、エチレングリコールの融点が−１３℃であり、エチルアルコールに比較すると高いためであると解される。これに対し、アルコールを用いた試料においては、その添加量が１０の場合で、安定したエマルジョンが得られ、流動点が−２５℃であり、アルコールの添加量を２．１まで減じても流動点が−２２．５℃であった。
【００２８】
次に、軽油を重油に置き換えて同様に流動点を求めた。ここでは重油と還元水とアルコールの混合比を容量比で６０／４０／２．８と７０／３０／２．１とした２種類の試料を調製した。界面活性剤には、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤とポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤を用い、混合比は容量で０．７とした。結果は２種類とも−２０℃であった。
【００２９】
例えば日本の東北地方であれば、厳冬期であっても統計的に最低気温が−２０℃を下回ることはなく、添加するアルコールの容量比が２．０〜９．０の範囲であれば、寒冷地にあっても十分に流動性が確保できると考えられる。なお、油、還元水、界面活性剤の比率は実験により決定した。つまり、燃料油；５０〜９０、高還元電位溶液；１０〜５０、界面活性剤０．５〜０．９の範囲外では、安定なエマルジョンが得られなかったためである。なお、−２０℃以下の温度領域で流動性を確保するには、より多くのアルコールを加える必要が生じるために、エマルジョンの安定性が低下する。
【００３０】
なお、前記のように界面活性剤の添加量を０．７容量％としたが、界面活性剤の添加量の適正値を検証した実験について説明する。ここでは、Ａ重油と高還元電位溶液を、所定の容量％で計量し、界面活性剤として、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤とポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤を用い、２種の界面活性剤の合計量がＡ重油と高還元電位溶液の合計量を１００容量としたとき、０．５容量となるように、所定の比率で混合して添加した。これを乳化装置で十分に攪拌した後、静置した場合の、油相、Ｗ／Ｏ相、Ｏ／Ｗ相、水相の存在比率を求めるという方法で、エマルジョンの形成状態を観察した。
【００３１】
図１は、Ａ重油７０容量と高還元電位溶液３０容量で、エマルジョンの形成状態を検討した結果を示す図である。図における縦軸の数値は、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤とポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤の容量比である。この図に示したように、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤の混合比が１００〜５０容量％の領域では、油相とＷ／Ｏ相のみが見られ、安定したエマルジョンが得られるが、ポリオキシポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤の混合比が７０〜１００容量％では、水相が現れ、燃料としての適用には重大な支障がある。
【００３２】
図２は、Ａ重油と高還元電位溶液を、それぞれ５０容量で、エマルジョンの形成状態を検討した結果を示す図である。この場合も図１に示した結果と同様の傾向が見られたが、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤が１００〜５０容量％の領域では、図１の結果に比較して、Ｗ／Ｏ相の量が多い。またポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤が７０〜１００容量％の領域では、水相他にＯ／Ｗ相が現れる。これは加えた高還元電位溶液の量が多いためであると容易に推定できる。
【００３３】
そして、これらの結果から、次のことが明らかである。
（１）Ａ重油を乳化させるための界面活性剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤が適している。
（２）適当な界面活性剤を用いることにより、高還元電位溶液の添加量が５０容量％で、界面活性剤の添加量が０．５容量％であっても安定なエマルジョンが得られる。つまり、高還元電位溶液の量を５０容量％以下、界面活性剤の添加量を０．５容量％以上とすることで、安定なエマルジョンが得られる。
【００３４】
さらに、同様の検討により、界面活性剤のスクリーニングを行ったところ、前述したように、油として灯油を用いる場合は、ポリオキシエチレントリデシルエーテル系界面活性剤が、軽油及び重油を用いる場合は、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル系界面活性剤が適しているという結果が得られた。
【００３５】
ところで、主にハロゲンを含む合成高分子材料を燃焼させた際に発生する、ダイオキシンを代表とする環境汚染物質が問題視されている。本発明の加水油には、前記のように界面活性剤が含まれているために、燃焼ガスに含まれるダイオキシンの有無をＪＩＳのＫ０３１１に規定されている方法により調べた。その結果検出された濃度は、０．０３０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ３Ｎあった。これは国で定めている０．１〜１０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ３Ｎ基準値を下回り、まったく問題のないレベルである。なお前記基準値に幅があるのは、焼却炉などの形式により基準値が異なるためである。
【００３６】
以上に説明したように、本発明によれば、寒冷地でも凍結し難い加水油が得られ、ボイラーや内燃機関などの運転コストの低減が可能となる。なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本技術分野における通常の知識を有する者が想到し得る変形、修正なども本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】Ａ重油７０容量と高還元電位溶液３０容量で、エマルジョンの形成状態を検討した結果を示す図
【図２】Ａ重油と高還元電位溶液を、それぞれ５０容量で、エマルジョンの形成状態を検討した結果を示す図
【図１】
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【図２】
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