(57)【要約】      （修正有）【課題】高含水率におけるエマルジョン状態の安定性と、良好な燃焼性が得られる多相エマルジョン構造からなる燃料とその製造方法を提供する。【解決手段】多相エマルジョン構造からなる燃料は、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が、水に分散した多相エマルジョン構造からなる燃料であり、その製造方法は、水と乳化剤６と油を混合して乳化させ、高速で攪拌しつつ油を添加して流動状態から非流動状態に転相させゲル状物とするゲル転相工程と、前記ゲル状物に低速で攪拌しつつ油を添加してオイルゲルとするオイルゲル生成工程と、前記オイルゲルと水を混合して、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が水に分散して成る多相エマルジョン構造とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が、水に分散した多相エマルジョン構造からなる燃料。
【請求項２】
前記多重粒子は、油の第一相、水の第二相及び油の第三相の順に取り囲まれた三重粒子であることを特徴とする請求項１に記載の多相エマルジョン構造からなる燃料。
【請求項３】
３０〜８０％の水を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の多相エマルジョン構造からなる燃料。
【請求項４】
水と乳化剤と油を混合して乳化させ、高速で攪拌しつつ油を添加して流動状態から非流動状態に転相させゲル状物とするゲル転相工程と、
前記ゲル状物に対して低速で攪拌しつつ油を添加してオイルゲルとするオイルゲル生成工程と、
前記オイルゲルと水を混合して、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が水に分散して成る多相エマルジョン構造とする多相エマルジョン工程とを備えていることを特徴とする多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法。
【請求項５】
水と乳化剤と油を混合して乳化させ、高速で攪拌しつつ油を添加して流動状態から非流動状態に転相させゲル状物とするゲル転相工程と、
前記ゲル状物に対して低速で攪拌しつつ油を添加してオイルゲルとするオイルゲル生成工程と、
前記オイルゲルに対し、水、乳化剤及び油を混合して前記オイルゲルを増量するオイルゲル増量工程と、
前記オイルゲルと水を混合して、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が水に分散して成る多相エマルジョン構造とする多相エマルジョン工程とを備えていることを特徴とする多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法。
【請求項６】
前記オイルゲル増量工程では、油の添加量は水と乳化剤の合計量の１５０〜２５０倍容量で、油の添加速度は分あたり水と乳化剤の合計量の５〜３０倍容量であることを特徴とする請求項５に記載の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法。
【請求項７】
前記オイルゲル生成工程では、油の添加量は水と乳化剤の合計量の１５０〜２５０倍容量で、油の添加速度は分あたり水と乳化剤の合計量の１０〜２００倍容量であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油、軽油等の不飽和オレフィン系を主とする炭化水素を有した油を水と混合したエマルジョン燃料が開発されている。エマルジョン燃料は、燃焼時に含有水分が蒸発することによる爆発で燃料が細かく均一化するため燃焼しやすいメリットがある。又、蒸発の潜熱により火炎温度が低下し、燃焼温度の異常上昇を抑制するため、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの大気汚染物質が低減できるメリットがある。このため、産業廃棄物の焼却においては、エマルジョン燃料を炉内に噴霧してＮＯｘや煤塵等の発生量を抑制することがなされている。
【０００３】
油と水からなるエマルジョンを調整する方法の一つとして、油と水とを機械的に攪拌混合することがなされているが、攪拌を停止した後、速やかに油と水とが分離（エマルジョンブレーク）を起こす問題がある。
【０００４】
一方、油に対して、水と乳化剤（界面活性剤）とを添加し攪拌混合してエマルジョンとする方法がある（例えば、特許文献１）。この方法によれば、油の中に、乳化剤を介して水の粒が形成され、油の中に水が分散した状態が持続するので、時間を経てもエマルジョンブレークを起こしにくい。しかしながら、発明者らの試験によると、この型のエマルジョンでは、含水率を３０％よりも上げたものは燃料として好適に用いることができない。すなわち、含水率を上げようとすると、やはりエマルジョンブレークを起こす恐れが大きくなり、また、自燃性が消失することから、燃料として用いる場合は高温によって燃焼しなくてはならず、大気汚染物質の抑制が充分なものとはなっていない。これらは、この方法によるエマルジョンは水の粒が油の相の中に分散したＷ／Ｏ状態であり、水の粒子径が１００数十μｍ〜数１００μｍであって大きすぎるのに加えて大きさも不均一であることによると考えられる。
【０００５】
これに対し、近年、含水率の高い油と水のエマルジョンを製造する方法が検討されている。例えば、水と乳化剤を混合し、攪拌しながら油を少量ずつ滴下してゆくと、転相が起こり、油が大半で水を微量に含む寒天状のゲルを形成し、そのゲルは水と混合して含水率の高いエマルジョンを形成できることが見出されている（例えば、特許文献２〜４参照）。
【０００６】
特許文献２の方法は、１０００ｒｐｍ以下の低速で攪拌を続けながら界面活性剤と水を攪拌してムース状の乳化状態とした後、低速で攪拌しながら油を７５倍前後まで加えることによりゲルとし、さらに続けて１〜１．３倍量の水を加えて水溶性燃料とするものである。
【０００７】
特許文献３の方法は、水と界面活性剤の攪拌及びゲルとなるまでの燃料油との攪拌を低速で行うものである。
【０００８】
特許文献４の方法は、界面活性剤と水を、回転する刃によってある程度の大きさの固形物を破砕する機器であるブレンダーを用いて、外圧を加えつつ攪拌混合することにより、水の粒子を超微細化し、ついで油を滴下し続けてゲルを形成するものである。
【０００９】
【特許文献１】特許第３４５８２６２号公報
【特許文献２】特開平１０−２９２１８３号公報
【特許文献３】特開２００１−１８１６５７号公報
【特許文献４】特開平７−３１３８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２および３の方法で得られたエマルジョンは、発明者らの試験によると不均一で安定性を欠き、実際に燃料として使用した場合も、良好に燃焼しない。これは、水および乳化剤、油の滴下の際に低速で攪拌を行うため、油と水からなるゲルを構成する粒子が充分に微細にならず、粒径も均一にならないためと考えられる。
【００１１】
特許文献４の方法では、ブレンダーによっては乳化剤と水の溶液、油の粒子を十分に微細化させることができないものとなっている。また、高速攪拌を続けるとブレンダーの周囲で転相は開始するが、その後はブレンダーの周囲のわずかな範囲の粘度が増加するのみで、混合された水と油が均一にゲルとなることがなく、それ以降に添加する油は分離するのみとなり、均一なゲルおよび高含水率のエマルジョンからなる燃料を安定して多量に製造することは困難となっている。
【００１２】
さらに、特許文献２、３、４のいずれも、ゲルを製造する際には、その都度攪拌によるゲルの生成から開始する必要がある。この点は、特許文献２、３、４のいずれも、生成したゲルが不均一、不安定であることと相まって、製造ごとに条件調整を行う必要を要することになり、結果としてその都度、多大の労力と時間を要している。またそうして製造されたゲルおよびエマルジョンであっても、不安定、不均一とならざるを得ない問題を有している。
【００１３】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、高含水率におけるエマルジョン状態の安定性と、良好な燃焼性が得られる多相エマルジョン構造からなる燃料、およびその燃料を製造することが可能な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】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、非流動状態のゲル状物への転相が起こる際にその油を水が包含した粒子が形成されること、その粒子が油の中に分散しつつ流動性を失ってゲルを形成していることを見出した。
【００１５】
さらに、これらに基づいて、多相エマルジョン構造からなる燃料が、分散する粒子の微細さと均一性を実現できること、さらに、エマルジョンの製造方法において、粒子の形成過程で微細に形成させ、充分に油の中に分散させることにより、きわめて均一な粒子が均等に分布したオイルゲルが得られることを見出した。また、このオイルゲルを水と混合することで良質な高含水率のエマルジョンからなる燃料が得られることを見出した。加えて、オイルゲルは水と乳化剤と油の添加によって容易に増量させることであることも見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成したものである。
【００１６】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料は、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が、水に分散した多相エマルジョン構造からなることを特徴とする。
【００１７】
ここで多相エマルジョン構造とは、マルチプルエマルジョン（エマルション）ともいい、１相だけからなる内相が水や油などの液体に分散したＷ／Ｏ型やＯ／Ｗ型などの構造ではなく、内相がさらに１以上の相を取り囲んで、３相以上からなるものが、液体に分散したエマルジョンの構造を指す。
【００１８】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料は、前記多重粒子は、油の第一相、水の第二相及び油の第三相の順に取り囲まれた三重粒子であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料は、３０〜８０％の水を含有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法は、水と乳化剤と油を混合して乳化させ、高速で攪拌しつつ油を添加して流動状態から非流動状態に転相させゲル状物とするゲル転相工程と、前記ゲル状物に低速で攪拌しつつ油を添加してオイルゲルとするオイルゲル生成工程と、前記オイルゲルと水を混合して、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が水に分散して成る多相エマルジョン構造とする多相エマルジョン工程とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法は、水と乳化剤と油を混合して乳化させ、高速で攪拌しつつ油を添加して流動状態から非流動状態に転相させゲル状物とするゲル転相工程と、前記ゲル状物に低速で攪拌しつつ油を添加してオイルゲルとするオイルゲル生成工程と、前記オイルゲルに対し、水、乳化剤及び油を混合して前記オイルゲルを増量するオイルゲル増量工程と、前記オイルゲルと水を混合して、外側を油相として水相とから交互に３相以上となる多重粒子が水に分散して成る多相エマルジョン構造とする多相エマルジョン工程とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法は、前記オイルゲル生成工程では、油の添加量は水と乳化剤の合計量の１５０〜２５０倍容量で、油の添加速度は分あたり油の添加量の５〜３０倍容量であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法は、前記オイルゲル生成工程では、油の添加量は水と乳化剤の合計量の１５０〜２５０倍容量で、油の添加速度は分あたり水と乳化剤の合計量の１０〜２００倍容量であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料は、水の添加や時間経過によってエマルジョンブレイクを起こすことのない、安定したエマルジョン状態を持ち、高い含水率であっても良好な燃焼性を持つ。
【００２５】
また、本発明の多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法によれば、高速回転を用いたゲル転送工程において、油の粒子が形成される際に微細とされ、低速回転を用いたオイルゲル生成工程においてその油粒子を包含した水の粒子が形成される際に微細かつ相互に接触しないようにゲルの油の中に分散されていることで、きわめて粒径が微細で、均一性及び安定性を有し、含水率の高い多相エマルジョン構造からなる燃料を得ることが可能となる。
【００２６】
さらに、安定なゲルの、簡易で多量な増量が可能であり、非常に単純な設備、安価な材料によって、大量に多相エマルジョン構造からなる燃料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［第１実施形態］
多相エマルジョン構造からなる燃料として、図１に示す三重粒子が水に分散した多相エマルジョンの構造の一例を説明する。多相エマルジョン構造は、三重粒子１が、水２に分散してなる。三重粒子１は、中心に油の第一相３があり、その周囲を水の第二相４、さらにその周囲を油の第三相５が、それぞれほぼ球状に隙間なく取り囲んでなる粒子である。三重粒子１内の第一相３、第二相４、第三相５の相互、また三重粒子１と水２の界面には、水と油の両親媒性である乳化剤６が配置されるため、界面が維持され安定化している。
【００２８】
三重粒子１内の油の第一相３、第三相５を形成する油としては、灯油、軽油、Ａ重油、またはＣ重油が可能であり、これらのいずれを用いても、製造工程や添加可能な水の含有量にほとんど差のない燃料となる。
【００２９】
三重粒子１内の第二相４を形成する水としては、純水、蒸留水、精製水、水道水など上水が可能であるが、相の形成や乳化剤との相互作用を少なくするため、できるだけイオンを含まない水、特に塩素を含まない純水、蒸留水、精製水などが望ましい。また、過酸化水素水を用いてもよい。
【００３０】
一方で、三重粒子が分散する水２は、粒子内の水ほどには不純物を除く必要はなく、純水、蒸留水、精製水のほか、水道水、工業用水なども可能である。
【００３１】
乳化剤６としては、両親媒性の界面活性剤が可能であるが、特に工業用に用いられる乳化剤を広く用いることができる。好適なものとして、例えばアニオン系界面活性剤、例としてはアルキルフェニルエーテル硫酸エステル、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、その他を選択することができる。また、非イオン系界面活性剤、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル、また両性イオン界面活性剤、例えばアルキルアミンオキシドも好適に使用できる。これらの乳化剤は、単独でも良く、混合されていても良い。
【００３２】
第１実施形態の多相エマルジョン構造からなる燃料は、三重粒子１の粒径７が、望ましくは１０μｍ以下、さらに望ましくは０．５〜２．０μｍであり、微細かつ均一なものである。なお図に示した例では、第一相３と第三相５の油には灯油、第二相４の水には純水、乳化剤６にはアルキルアミンオキシドとアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、水２には水道水を用いている。
【００３３】
この燃料は、３０％を上回る含水率で安定した多相エマルジョン構造をとることができ、また、最大で含水率が８０％を超えない範囲まで自燃性を示す。しかし、大気汚染物質の抑制のための排気温度を低くすることを考慮すると、３５〜６５％が望ましい。さらに、安定した燃焼性との両立を考慮したときは、４０〜６０％がさらに望ましい。
【００３４】
なお、含水率が８０％より高くなると燃料としての自燃性は消失するが、他の燃料オイルに添加することで、燃焼温度低下をもたらすための助燃剤としては使用可能である。
【００３５】
第１実施形態に係る多相エマルジョン構造からなる燃料の製法は、以下の工程を有している。まず、ゲル転相工程は、水と乳化剤と油を乳化させ、流動状態から非流動状態に転相させてゲル状物とする工程である。ここで流動状態とは、水と乳化剤に対し油が分散しつつ流動性を有している状態であり、非流動状態とは、一定量油を加えて生じる、流動性を有していない相を含む状態である。
【００３６】
ゲル転相工程において、まず水と乳化剤と油を混合して乳化させる工程は、第一相である油の微細な粒子を形成させ、それを水の相に分散させるために行う。
【００３７】
乳化させる際は、まず水と乳化剤を、油の添加を開始するよりも前に充分に攪拌しておくのが望ましい。あらかじめ、水と乳化剤をホイップ状になるまで撹拌し細かい気泡を生じさせておいてから油を添加すると、油が気泡の中に拡散し、微細な粒子を形成しやすいものとなる。なお乳化のための撹拌は、以下に述べる高速で撹拌しつつ油を添加する際と同じ条件で行うのが望ましい。
【００３８】
この場合の水：乳化剤の組成割合は、８０：２０〜５０：５０程度の範囲であり、微細ミセル形成に適した範囲としては５５：４５〜６５：３５が好ましい。この製造方法では、油の中に水が分散する形態のエマルジョンと比べて、エマルジョン構造の安定性が高いため、乳化剤の割合が２０分の１程度でも高含水率のエマルジョンからなる燃料を形成できるが、乳化剤が少なすぎるとエマルジョンが形成できなくなる。
【００３９】
ついで、高速で攪拌しつつ油の添加を行う。この際には、外圧を加えて磨り潰す操作を加えても良い。磨り潰しの力も加えることで、油の粒子を効果的に微細化できるためである。攪拌装置としては、例えば刃体の回転によって攪拌するホモジナイザーを用いることができる。この場合回転速度は、４０００〜１５０００ｒｐｍで行うのが望ましく、５０００〜１００００ｒｐｍがさらに望ましい。なお、材料が高速で撹拌されるものであれば、超音波ホモジナイザーなどを用いることもできる。
【００４０】
ゲル転相工程における油の添加は、緩やかな流速での流入や、滴下などで、低速で行うことが望ましい。油の添加速度の目安としては、望ましくは水と乳化剤の容積の合計の５〜３０％／分であり、これより遅いと時間がかかりすぎて微細化した粒子が維持されない可能性があり、速すぎると、水と乳化剤と油が不均一になり、多重粒子が形成されない可能性がある。
【００４１】
さらに具体的には、油の添加の操作時に、添加した油が層を形成せずに、高速回転によって攪拌することにより生じている気泡の中に拡散していることを確認しながら、添加速度を調整するのが望ましい。この場合、特に望ましくは添加速度は１０〜２０％／分である。特に、高速で攪拌する装置の近くの液面に徐々に滴下するなどの緩やかな添加が望ましい。高速回転の攪拌によって完全に泡立てることにより、油の細かい粒子が水相中に均一に最大限飽和するまで増加していく。このとき完全に油を気泡の中に拡散させないと、のちにエマルジョンを燃料として用いた場合、燃焼が不完全となる。水相中に、油の粒子が均一に飽和するまで形成されていないと、油を包含していない水のみの、粒径が大きく不均一な粒子が形成されるためである。
【００４２】
以上のゲル転相工程によって、流動状態から非流動状態への転相が起こり、ゲル状物となる。非流動状態への転相とは、攪拌されている流動状態の溶液の粘性が急激に高くなり、直後に非流動化することをいう。水中に油の粒子が分散した流動状態から、油の割合が一定以上に増えると、油の中に水の粒子が分散した状態となるが、このとき高速回転で攪拌されている部分では、油の粒子を包んだ水が寸断され、油を包含した水の粒子として、周囲の油の中に分散する。この粒子が流動性を有していないために、非流動状態となる。非流動状態への転相開始は、油の添加量が水と乳化剤の合計容量に対して３〜５倍程度になった時点で起こる。このことは、乳化剤による気泡が消失し、粘性が急激に高まることから確認できる。
【００４３】
また、非流動状態への転相の際、高速での攪拌によって、流動性を有さない粒子がさらに微細化され、径が５〜１０μｍ以下となる。さらに転相後も高速で攪拌を継続することで、油を包含した水の粒子を極限まで微細にすることができ、また相互に接触せず分子レベルでゲル状物の油の中に分散したものとすることができる。この場合、攪拌が低速で行われていると、こうした効果的な微細化および分散を起こすことはできない。
【００４４】
ついで、オイルゲル生成工程は、ゲル状物に対して、油を添加しつつ撹拌し、油を含めて均一なオイルゲルとするために行う。この工程によって生成したオイルゲルは、油の第一相が水の第二相に取り込まれた、転相工程よりもさらに微細化された二重粒子が、油相の中に分散しつつも、流動性を失った状態になっている。
【００４５】
オイルゲル生成工程においては、低速で攪拌を行うことにより、高速での撹拌によって生じた、油を水が取り囲んだ粒子を、さらに細かく寸断する。また、添加された油を、細かく寸断された粒子同士の間に入り込ませ、粒子の間に多量の油を含むオイルゲルへ穏やかに転相を起こさせる。
【００４６】
この工程をさらに詳述すると、例えば転相したゲル状物を大容量の容器に移し替え、大型の回転羽装置などで低速で攪拌しながら、さらに油を添加する手段をとることができる。回転速度は２００〜２０００ｒｐｍ前後であれば、ゲル生成を行わせるのに充分な速度による力を加え、かつ穏やかに生成を行わせることができる。粒子を細かく寸断する際の均一性からは、３００〜８００ｒｐｍがさらに望ましい。油は次第に添加してゆくのが望ましく、１分あたり、最初のゲル転相工程における水と乳化剤の１０〜２００倍量の流速が望ましい。分あたり１０倍量より遅いと、製造速度が遅すぎ、また寸断された粒子が油が取りこまれるまで維持されない可能性があり、２００倍量より早いと油が一度に入りすぎ不均一となる。特に望ましくは製造速度と均一性のため２０〜６０倍量である。油を加えながら均一に低速回転で攪拌すると、ゲル状物の量が次第に増加してゆく。油の添加量が一定の量をこえた時点で、それ以上はゲル状物が増加しない飽和状態となり、全体がオイルゲルとなる。
【００４７】
低速の撹拌は、物理的な力を加えて粒子を寸断するため、回転や振動のみを加えるのではなく、スクリューやフィンなどによって直接液体をかき混ぜる手段を用いることが望ましい。その手段としては、最終的に添加する油の量に対して充分な許容量のある大容量の容器と、その容器の容量全体を均一に攪拌できるような大型の攪拌装置などを用いる。油とゲル状物とを均一に攪拌を続けると、油がゲル状物に取り込まれる形でゲルが増量していく。これはゲル状物を構成する、油に水が取り込まれた粒子が、磨り潰し、圧壊、摩擦、せん断及びずりなどの外圧力が加わることで微細化しつつ、粒子間に油が取り込まれているためと推測される。そして、攪拌を続けてもそれ以上油が取り込まれなくなった時点でゲル状物が増えなくなり、大半が油からなるオイルゲルとなるので、その時点で油の添加を止めるのが望ましい。
【００４８】
飽和状態までの油の合計量は、転相工程における水と乳化剤の合計容量に比するとおよそ１５０〜２５０倍量が望ましい。この範囲を下回るとオイルゲルが充分に油を含まず、３重粒子の最も外の油の相が形成されないか、あるいは油が多すぎて最も外の油の相が厚すぎ、３重粒子が不安定になる可能性がある。３重粒子の安定性からは、望ましくは１９０〜２１０倍量である。この状態で、成分のおよそ９９％が油で、その他が微量の水、乳化剤からなる微粒子が集合したオイルゲルが生成する。
【００４９】
ついで多相エマルジョン工程は、生成されたオイルゲルを水と混合し、多相エマルジョン構造からなる燃料を生成するために行う。オイルゲルと水を混合することで、油の第一相が水の第二相に取り込まれさらに油の第三相に取り囲まれた三重粒子が、水の外相の中に分散した多相エマルジョン構造となる。
【００５０】
この工程における水の混合方法は任意であり、順序はオイルゲルに対して水を混合する、水に対してオイルゲルを混合するいずれでもよく、容量および混合方法（撹拌など）も適宜選択できる。また含水率も任意に選択可能であり、水が０．５％（油が９９．５％を占めるオイルゲルに水を混ぜない時点）から、８０％となるまで添加しても、エマルジョンブレイクが起こることがない。
【００５１】
以上の工程を経て製造された多相エマルジョン構造からなる燃料は、水と乳化剤と油からなる非常に微細な三重粒子が水の外相に分散した多相エマルジョン構造をとる高含水率のエマルジョンからなる燃料であり、三重粒子の粒径が微細で、均一性及び安定性を有していると共に、含水率を増大させることができる。
【００５２】
本発明者は、この燃料が含水率を高くできる機構や理由について完全には解明していないが、この第１実施形態における水と乳化剤と油からなる三重粒子は、１０μｍ以下、さらには０．５〜２．０μｍという非常に微細な粒子からなり、油の微粒子が乳化剤に覆われて比較的強固に固まり、自壊しにくく、また相互に結合を起こしにくいため、水の中に限りなく分散していくためであると推測される。この非常に微細な粒子による、強力な親水性を有するいわゆるマイクロエマルジョンからなる燃料は、本発明の製造方法を行うことによって均一に安定して製造できるものである。
【００５３】
なお、第１実施形態において生成したオイルゲルは、ゲル状態のままで、きわめて安定で、長期にわたる保存に耐える。このオイルゲルの形態で保管することにより容積が少なくて済み、必要に応じて水を添加して攪拌することで、燃料を得ることができる。
【００５４】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る多相エマルジョン構造からなる燃料の製造方法は、ゲル転相工程、オイルゲル生成工程、オイルゲル増量工程及び多相エマルジョン工程を有している。第１実施形態と同一の工程は省略する。
【００５５】
第２実施形態におけるオイルゲル増量工程は、オイルゲルに対して水、乳化剤及び油を添加して混合する工程である。このときの油の添加量は、水および乳化剤の容量の合計に対して、１５０〜２５０倍容量が好適であり、この範囲を下回るとオイルゲルが充分に油を含まず、３重粒子の最も外の油の相が形成されないか、あるいは油が多すぎて最も外の油の相が厚すぎ３重粒子が不安定になる可能性がある。３重粒子の安定性からは、望ましくは１９０〜２１０倍量である。また、水と乳化剤と油をオイルゲルに添加する速度は、緩やかであることが望ましく、１分あたり、水および乳化剤の容量の合計に対して５〜３０倍量が望ましい。５倍量よりも遅いと増量速度が遅すぎ、３０倍量よりも早いとゲルの中に水と油と乳化剤が均一に取り込まれず、増量されるゲルが不安定になる可能性がある。特に望ましくは増量の速度と安定性のため１０〜２５倍量である。
【００５６】
このオイルゲル増量工程において、水、乳化剤、および油をオイルゲルに添加する順番は同時であることが望ましいが、別々の順序であってもよい。例えば、水と乳化剤の混合溶液と油とを、オイルゲルに添加するといった順序をとることができる。また、均一に攪拌されれば攪拌方法なども問わない。例えば、オイルゲル生成工程での低速回転と同様、大型の回転羽などの装置で撹拌することができ、この場合も回転速度は２００〜２０００ｒｐｍ前後であれば、ゲル生成を行わせるのに充分な速度による力を加え、かつ穏やかに生成を行わせることができる。粒子を細かく寸断する際の均一性からは、３００〜８００ｒｐｍがさらに望ましい。
【００５７】
オイルゲルとの混合を行うと、添加した水、乳化剤、油が非流動状態に転相していくため、オイルゲルが増量する形態となる。こうして生成されたオイルゲルは、第２実施形態によるものと変わらない特性を示す。加えて、このオイルゲルにさらにオイルゲル増量工程を繰り返すことによって増量させることもできる。
【００５８】
第２実施形態によって製造された多相エマルジョン構造からなる燃料は、第１実施形態によって製造されたものとほぼ同じ性質を有する。すなわち三重粒子が水に分散した多相エマルジョン構造を持ち、均一性、安定性を有し、含水率を増大させることができる。
【００５９】
第２実施形態による製造方法では、第１実施形態の方法によって最初から製造するよりも、遥かに簡易に大スケールでオイルゲルを製造することができ、最初に第１実施形態の方法でオイルゲルを製造しておけば、以後はできあがったゲルに対して水、乳化剤、および油を添加するのみで、増量する形で製造を継続できる。設備等も非常に単純で大スケール化することができ、多量にゲルを製造できる。また、特許文献１〜３の方法が、バッチごとに逐一ゲルを製造し、しかもさらに逐一エマルジョンを製造していたのに対して、連続的にオイルゲルと燃料とを製造し続けることが可能である。
【００６０】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る多相エマルジョン構造からなる燃料の製法は、以下の工程を有している。ゲル転相工程において、最初から水と乳化剤と油を混合する方法をとる。具体的には、水：乳化剤：油の比率を６０：６０：４０前後として撹拌を開始するのが望ましい。その後、７０００〜１００００ｒｐｍで高速回転しつつ、第１実施形態と同様に油を添加してゆく。オイルゲル生成工程及び多相エマルジョン工程は、第１実施形態と同一なので省略する。第３実施形態では、ゲル転相工程での攪拌が充分に高速回転であるため、最初から水と乳化剤と油を共に添加してから攪拌を開始しても、エマルジョンの粒径を充分に微細とすることができ、工程を省略することができる。なお、第２実施形態に対して同様にゲル転相工程をこの工程にかえて行うこともできる。
【００６１】
なお、多重粒子がさらに多くの相からなる多相エマルジョン構造からなる燃料についても考えられる。例えば、多重粒子が、中心に水の第一相、その周囲を油の第二相、その周囲を水の第三相、さらにその周囲を油の第四相が、それぞれほぼ球状に隙間なく取り囲んでなる四重粒子である場合も考えられる。このエマルジョンは、第１実施形態の多相エマルジョン構造からなる燃料に準ずる性質を示すと考えられ、さらに多くの水の相を持っているため、燃焼時に水分の蒸発がさらに起こると考えられる。また、それ以上に多くの相からなり、外側を油相とする多重粒子に関しても実施を妨げない。
【実施例】
【００６２】
以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６３】
［実施例１］
ゲル転相工程として、純水５５ｍＬに、乳化剤としてアルキルアミンオキシド１５ｍＬ、アルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩３０ｍＬを混合攪拌することにより、乳化剤水溶液を容量１Ｌの容器で調整した。この乳化剤水溶液をホモジナイザーにセットし、７０００〜９０００ｒｐｍの高速回転で攪拌しながら、市販の灯油を１５〜２０ｍｌ／分の速度で滴下したところ、ホイップ状に発泡していった。灯油の添加量が５００ｍＬに達した時点で、泡が急激に消失し、同時に粘度が急激に増加し、ゲル状物となった。
【００６４】
オイルゲル生成工程として、前記ゲル状物を容量５０Ｌの大型の容器に移し、市販の攪拌器を用い、回転数６００〜１０００ｒｐｍで攪拌しながら、灯油を５〜６Ｌ／分の添加速度でさらに添加した。これにより、ゲル状物の物質が増加し、灯油が均一にゲル状物となっていった。攪拌と添加を開始し４〜８分後に、灯油の総合添加量が当初の乳化剤水溶液の２００倍量にあたる２０Ｌに達した。この時点でゲル化が進行しなくなり、オイル添加が飽和状態となって、灯油の相が増加するだけになった。この時点で灯油の添加を止めてオイルゲルとした。
【００６５】
多相エマルジョン工程として、上記オイルゲル４０容量部に対し、水６０容量部の水道水を添加し、手動で撹拌棒で攪拌・混合することにより、多相エマルジョン構造からなる燃料を調整した。この燃料は乳白色を呈し、エマルジョン状態はきわめて安定であった。この多相エマルジョン構造からなる燃料は、油の第一相、水の第二相及び油の第三相の順に取り囲まれた三重粒子が、水に分散した多相エマルジョン構造からなっている。
【００６６】
上記オイルゲルは極めて安定であって、長期にわたる保存に耐える。したがって、保存はオイルゲルの形で行い、必要に応じて水を添加して攪拌し高含水率のエマルジョン燃料を生成するようにすれば、保存時は容量が少なく、必要時には直ちに所望の多相エマルジョン構造からなる燃料を調整することができる。
【００６７】
［実施例２］
灯油にかえてＡ重油を用いた他は、実施例１のオイルゲルと同様にして製造した。
【００６８】
［実施例３］
灯油にかえてＣ重油を用いた他は、実施例１のオイルゲルと同様にして製造した。
【００６９】
［試験例１］
［灯油を用いた燃料の閉鎖炉での燃焼試験］
実施例１で得られたオイルゲルは親水性がきわめて高く、これに水を添加して攪拌することで、水の添加割合に拘らず安定な高含水率のエマルジョンからなる燃料が形成される。このため、オイルゲル：水の配合割合を複数に設定して、各種の多相エマルジョン構造からなる燃料を調整し、燃焼試験を実施した。
【００７０】
燃焼試験用の閉鎖炉の形状、試験条件等は下記の通りであり、自燃性は炉の側壁に設けられた点検窓から目視により確認し、排気温度の測定は、着火後１時間経過して燃焼状態が安定になった時点において行った。
【００７１】
炉の形状（内寸）：幅１０００ｍｍ×高さ１２００ｍｍ×奥行き１５００ｍｍ
煙道：燃料噴射口の反対側における壁面上部に突設、内径２５０ｍｍ
温度測定点：煙道部に設置、炉天より３００ｍｍ上方、熱電対温度計
燃料の吐出量：４ガロン／時間
燃料の吐出圧：６ｋｇ／ｃｍ２
【００７２】
結果を表１に示す。含水率が６０容量％であっても、自燃性を有していることが判明した。
【００７３】
【表１】
2009173854.tif 000003
【００７４】
［試験例２］
［灯油およびＡ重油を用いた燃料の開放炉燃焼試験］
灯油ゲル（実施例１で製造したオイルゲル）およびＡ重油ゲル（実施例２で製造したオイルゲル）を用いた燃料について、開放炉を用いて燃焼試験を実施した。
これらの、ゲル：水の配合割合を複数に設定して、各種の多相エマルジョン構造からなる燃料を調整し、燃焼試験を実施した。燃焼試験の条件は以下の通り行った。
【００７５】
燃焼機器：開放炉、ロータリーバーナー
炉内温度：３５０℃から開始
燃料の吐出量：２０Ｌ／時間
【００７６】
結果を表２に示す。
【表２】
2009173854.tif 000004
【００７７】
［試験例３］
［排出される燃焼ガス中のＮＯｘ濃度に及ぼす影響］
実施例１において得られた多相エマルジョン構造からなる燃料（オイルゲル：水＝４０：６０容量部）および灯油を、それぞれ予め３５０℃に予熱しておいた燃焼炉中に噴霧して燃焼させ、燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。測定の結果、灯油の場合は１８００ｐｐｍであり、実施例１の燃料の場合には４０ｐｐｍであった。
【００７８】
［試験例４］
［大気汚染防止法に基づく燃焼ガスの排出基準との比較］
実施例１において得られた多相エマルジョン構造からなる燃料（オイルゲル：水＝４０：６０容量部）の単純燃焼試験を行い、また、同じ試験条件に産業廃棄物であるメラミンアルキド樹脂系塗料残滓を加え、焼却試験を行った。
【００７９】
両試験はともに、予め３５０℃に予熱しておいた燃焼炉中に燃料を噴霧して実施した。その結果、燃料は自燃し、炉内温度は１０００℃まで上昇した。噴霧割合は単純燃焼試験で１５Ｌ／時間、塗料残滓焼却試験で２２Ｌ／時間であり、焼却された塗料残滓の量は３６ｋｇであった。
【００８０】
表３に、それぞれの燃焼試験における排出燃焼ガス内の公害成分濃度を、大気汚染防止法に基づく排出基準値と比較して示す。いずれの燃焼試験でも、公害成分濃度は排出基準値を大きく下回っていた。
【００８１】
【表３】
2009173854.tif 000005
【００８２】
［試験例５］
［Ａ重油エマルジョンの燃費、排ガステスト］
油相としてＡ重油を用いたエマルジョンについて、加温機（ヒーター）を用いて、燃費および排気ガスの比較を行った。実施例２において得られた多相エマルジョン構造からなる、水２５、４０％エマルジョン（Ａ重油オイルゲル：水＝７５：２５、６０：４０容量部）を調整し、Ａ重油１００％との比較を行った。燃焼機器の条件は以下の通りで行った。
【００８３】
加温機：フルタハウスヒーターＥＸＩＩ  Ｕ３００
バーナー：オリンピア工業製  ＬＢ−３５
【００８４】
［試験結果］
Ａ重油とエマルジョンの燃費測定は、３０Ｌの容器に燃料を入れ、ゲージラインに定規をつけ、１５分ごとに目盛りをチェックすることで消費された燃料を測定した。Ａ重油の燃費は１６．５７Ｌ／時間、水４０％エマルジョンは１６．０Ｌ／時間、水２５％エマルジョンは２１．４Ｌ／時間であった。水３０％エマルジョンにおいて、Ｃ重油に対して重量にして１２％の燃費の向上が見られた。エマルジョンは水を含有した状態の消費量なので、Ａ重油の量に換算すると、水４０％は９．６Ｌ／時間、水２５％は１６．０５Ｌ／時間となり、燃費の向上が見られた。なお、この試験において、燃料圧力がＡ重油の１．６Ｍｐａに対して水２５％エマルジョンは１．９Ｍｐａと高くなっていることが燃費を悪化させていると考えられるため、圧力を調整することでさらに燃費の向上をはかることも可能と考えられる。
【００８５】
同試験における排気ガス分析と、加温機の温度その他の条件について表４に示す。
【表４】
2009173854.tif 000006
ＮＯｘの値はＡ重油に比べて水４０％エマルジョンで６０％、水２５％エマルジョンで３６％削減している。ＣＯ２の値は、Ａ重油に対してそれぞれ３．３％、７．７％増加しているが、同じ燃料あたりの排出量は燃費の削減率だけ減少していることになるため、含水量の分である４０％、２５％がさらに減少しており、総合するとそれぞれ３６．７％、１７．３％の減少となる。
【００８６】
［試験例６］
［Ｃ重油エマルジョンの燃費、排ガステスト］
油相としてＣ重油を用いたエマルジョンについて、加温機（ヒーター）を用いて、燃費および排気ガスの比較を行った。実施例３において得られた多相エマルジョン構造からなる、水３０％エマルジョン（Ｃ重油オイルゲル：水＝７０：３０容量部）を調整し、Ｃ重油と比較を行った。なお、このＣ重油の密度（ＪＩＳ  Ｋ２２４９により分析）は０．９７５８ｇ／ｃｍ３であり、オイルゲル用にＣ重油に乳化剤を混入した状態の密度は０．９７０９ｇ／ｃｍ３、総水分は蒸留法（ＪＩＳ  Ｋ２２７５により分析）で１０．６％ｖ／ｖであった。
【００８７】
燃焼機器の条件は以下の通りで行った。
加温機：フルタハウスヒーターＥＸＩＩ  Ｕ３００
バーナー：オリンピア工業製  ＬＢ−３５
バーナー供給時の燃料の保温：４０−５０℃
【００８８】
［試験結果］
Ｃ重油とエマルジョンの燃費測定は、６０Ｌの容器に燃料を入れて秤に載せ、スタート時と３０分後の重量差を測定した数値を２倍し、重量から容積に換算した。Ｃ重油（比重は１Ｌあたり９６２ｇ）の燃費は２３．４Ｌ／時間、水３０％エマルジョン（比重は１Ｌあたり９６８ｇ）は２０．６４Ｌ／時間であった。水３０％エマルジョンにおいて、Ｃ重油に対して重量にして１２％の燃費の向上が見られた。
【００８９】
同試験における排気ガス分析と、加温機の温度その他の条件について表５に示す。
【表５】
2009173854.tif 000007
ＮＯｘの値は、水３０％エマルジョンで、Ｃ重油に対して８％削減している。ＣＯ２の値はＣ重油に対して８％減少しており、また同じ燃料あたりの排出量は燃費の削減率の分だけ減少しているため、燃費の１２％減少とあわせて総合すると２０％のＣＯ２減少となる。これらの結果から、油相にＣ重油を用い３０％の水を含むエマルジョン燃料は、Ｃ重油をそのまま用いた時に比べ良好な燃費と、排気ガスの削減が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明によれば、乳化剤の相対的な使用量が極めて少ないにもかかわらず、含水率が３０〜８０％の高含水率の多相エマルジョン構造からなる燃料が得られ、この燃料は自燃性を有しかつ燃焼温度が１０００℃程度であるので、高温燃焼の際に発生しやすいＮＯｘの低減が可能である。本発明による燃料は暖房等のための燃料のほか、古タイヤ、塩化ビニール、塗料残滓等の焼却に際して焼却炉の一時又は二次燃料用燃料として好適であり、大気汚染物質の発生量を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】三重粒子が水に分散した多相エマルジョン構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  三重粒子
２  外相
３  第一相
４  第二相
５  第三相
６  乳化剤
７  三重粒子の粒径
【図１】
2009173854.tif 000008