(57)【要約】【課題】  操業的に安定運転ができるエマルジョン燃料を製造する方法および製造装置を提供すること。【解決手段】  油と、水処理装置でマイクロクラスター化又は波動水化された水を混合し、流体式乳化器で乳化してエマルジョン燃料を連続的に製造する方法であって、流体式乳化器に自己循環ラインを設けたエマルジョン燃料の製造方法および製造装置により上記課題を解決する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
油と、水処理装置でマイクロクラスター化又は波動水化された水を混合し、流体式乳化器で乳化してエマルジョン燃料を連続的に製造する方法であって、流体式乳化器に自己循環ラインを設けることを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項２】
該乳化器が２基以上である請求項１記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項３】
該乳化器の入口側の圧力を検出し、エマルジョン燃料の処理量に応じて容量に適した乳化器に切り替えるようにした請求項２記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項４】
該自己循環ラインにより循環されるエマルジョン燃料の割合が、乳化器に新規に供給されるエマルジョン燃料の２０〜２００容量％である請求項１〜３いずれかに記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項５】
油と、水処理装置でマイクロクラスター化又は波動水化された水を混合し、流体式乳化器で乳化してエマルジョン燃料を連続的に製造する装置であって、水処理装置、油と乳化剤を混合するための混合器、混合された油と処理水とを乳化混合するための自己循環ラインを有する流体式乳化器およびエマルジョン燃料循環タンクから本質的に構成されたエマルジョン燃料の製造装置。
【請求項６】
該乳化器が２基以上である請求項５記載のエマルジョン燃料の製造装置。
【請求項７】
該エマルジョン燃料循環タンクが循環ラインを有する請求項５又は６記載のエマルジョン燃料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエマルジョン燃料の製造方法及び製造装置に関する。さらに詳しくは、油と、水処理装置でマイクロクラスター化又は波動水化された水を混合し、流体式乳化器で乳化してエマルジョン燃料を連続的に製造する方法であって、流体式乳化器に自己循環ラインを設けたエマルジョン燃料の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
古くからエマルジョン燃料の製造方法や製造装置は多数紹介されているが、いずれも試験的に使用する場合には問題なくとも、操業的に長時間使用する場合には、安定的にエマルジョン燃料を製造するという点で問題が多いと云う状況になっていた。そのため、この技術は長い歴史を有するにもかかわらず、今日までは、ほとんど実用面での普及がなかった。その主たる理由は、操業的にボイラーの連続運転を安定にさせることができるエマルジョン燃料開発のため、これまで乳化器や乳化剤の開発、マイクロクラスター水の製造装置の開発などによって解決することを目指してきたことにあり、そのような基本プロセスや機器を開発する手段では安定運転が実現できなかった。すなわち、ボイラーの負荷変動に追従して安定運転ができるエマルジョン燃料を供給することができなかったのである。
【０００３】
これまで紹介されているエマルジョン燃料の製造方法や製造装置は、いずれも基本プロセスや設備として問題は無いが、使用者サイドにおけるボイラーの負荷変動への追従が不十分であり、すなわち負荷変動の影響を受けエマルジョンが不安定化するため、安定運転ができず、実用化には不十分な状況にあった。
【０００４】
これまで、エマルジョン燃料を安定化させる方法として、例えば、水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合してエマルジョン燃料を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプの下流側から上流側にエマルジョン燃料の一部を還流させるフィードバック部を設けることが提案されている（特許文献１）。この自己循環ラインは、機械的乳化を繰り返すことでエマルジョンの均一化を図っているのであり、またその時の流量は少ない方が良い。
【特許文献１】特開２００６−３２９４３８公報
【０００５】
本発明者らは、さらにエマルジョン燃料を安定化させる方法と装置について検討し、製造したエマルジョン燃料を一旦エマルジョン燃料循環タンクに入れ、そのエマルジョン燃料循環タンクを用いて形成した循環ラインでエマルジョン燃料を循環しながら、その一部を取り出して燃料として連続的に使用するようにし、かつそのエマルジョン燃料循環タンクの液面位置によって、第１乳化器への油供給ポンプ及び第２乳化器への水供給ポンプの流量を制御することで運転管理を行うエマルジョン燃料の製造方法と製造装置について先に特願２００７−５６０４０として特許出願した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このエマルジョン燃料の製造方法によれば、従来よりもボイラーの安定運転が可能となったが、さらに安定運転可能なエマルジョン燃料の製造方法と製造装置が望まれている。したがって、本発明の目的は、これまで以上に安定運転可能なエマルジョン燃料の製造方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成するため、今までやって来た基本プロセスの開発や機器の開発とは違った視点から、すなわち、基本プロセスや機器はそのままに、安定運転するための方法や装置の開発に視点を据えて検討を進めた結果、流体式乳化器に自己循環ラインを設けることで上記目的を達成することができることを見出し本発明に至った。すなわち、本発明は、油と、水処理装置でマイクロクラスター化又は波動水化された水を混合し、流体式乳化器で乳化してエマルジョン燃料を連続的に製造する方法であって、流体式乳化器に自己循環ラインを設けることを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法である。
【０００８】
また、本発明のもう一つの発明は、油と、水処理装置でマイクロクラスター化又は波動水化された水を混合し、流体式乳化器で乳化してエマルジョン燃料を連続的に製造する装置であって、水処理装置、油と処理水とを乳化混合するための自己循環ラインを有する流体式乳化器およびエマルジョン燃料循環タンクから本質的に構成されたエマルジョン燃料の製造装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、これまで以上に安定運転可能なエマルジョン燃料の製造方法と製造装置を提供することができる。すなわち、本発明により、操業的にエマルジョン燃料の使用が可能になり、ボイラー効率の向上およびＮＯｘや塵埃などの削減が実現できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明のエマルジョン燃料の製造方法を実施するための製造装置の概略図である。図１には、本質的な構成部分のみを示しており、本発明と直接関係のないバルブ類や計器類は省略している。図１において、１は油、２は油タンク、３は乳化剤、４は乳化剤タンクである。油としては、灯油、軽油、重油、食用油などの他、これら鉱物油や植物油の廃油を使用することができる。乳化剤としては、とくに限定されず、通常の界面活性剤を使用することができる。油供給ポンプ５から供給された油は、乳化剤供給ポンプ６から供給された乳化剤と混合器７で混合される。
【００１１】
８は水であり、水は水処理装置９を通り、一旦水タンク１０に貯留され、水供給ポンプ１１から供給される。水処理装置は、水をマイクロクラスター化又は波動水化するためのものであり、各種の天然又は人工の無機質粒状体、例えば、遠赤外線の放射性多孔質セラミック体や光触媒となるアナターゼ型酸化チタンあるいは磁鉄鉱粒子などを充填して使用される。水は前記した油と混合され、流体式乳化器１４に導入される。
【００１２】
本発明の特徴は、流体式乳化器１４に自己循環ラインを設けたことにあり、流体式乳化器に自己循環ラインを設けることにより、これまで以上にエマルジョン燃料を安定に製造することができる。
【００１３】
乳化器には機械式と流体式があり、機械式の場合は乳化器を流れる流量が小さい場合に乳化がより確実に進み、流体式の場合にはその逆に乳化器を流れる流量が大きい場合に、つまり大きい損失圧力を維持する場合に乳化が確実に進む。従って流体式乳化器においては、使用ボイラーの負荷が小さくなることに伴って乳化器での流量が小さくなった場合には乳化が不安定になる。                    
【００１４】
その解決策として、乳化器として流体式乳化器を使用し、乳化器に自己循環ラインを設け、常に最低の流量を保証し、ボイラーで消費される流量を自己循環流量に上乗せして流体式乳化器に送液すれば、乳化器での流量変動を小さく抑え、かつ所定流量を維持することができる。本発明で流体式乳化器を採用し、乳化器に自己循環を設ける目的は、乳化を繰り返すことではなく、所定流量を維持しようとすることにあるので、特許文献１の記載とは逆に流量が多い方が良く、自己循環ラインを設ける意味あいは全く異なるものである。
【００１５】
本発明において、流体式乳化器の入口側の圧力を検出し、エマルジョン燃料の処理量に応じて容量に適した乳化器に切り替えるようにすると、さらに安定にエマルジョン燃料を製造することができ、好ましい。
【００１６】
具体的には、容量の異なる流体式乳化器を２基以上設置し、流体式乳化器の入口側の圧力を検出して、例えば小容量運転、小容量運転から大容量運転へ、大容量及び小容量の２台運転など、エマルジョン燃料の処理量に応じて容量に適した流体式乳化器へ運転を切り替えるようにすると、大きな負荷変動に追随して乳化器に最適な流量を維持することができ、流量変動を小さくすることができるので、非常に広い流量範囲の運転が可能になり、好ましい。
【００１７】
図１では、乳化器を２基取り付けた場合を示している。各ポンプから供給される流量が大きくなって圧力検出器１２が設定値を超過すれば、切り替えバルブ１３が作動して、前述したような乳化器の運転切り替えを行う。乳化器は３基以上取り付けても良いし、各々の乳化器は同じ大きさであっても、異なる大きさであっても良く、それに合わせた制御システムを構築すれば良い。１５は自己循環ポンプであり、乳化器からのエマルジョン燃料の一部を循環させる。
【００１８】
図１において、乳化器１４で乳化が確実にできる場合の最低必要流量をＡ、その時の乳化器入口における必要最低圧力をＡ’とした場合、安定運転のためには自己循環流量をＡと設定すれば良い。ボイラーで消費される流量がＢ±Ｃの場合、乳化器を通過する流量は、Ａ＋Ｂ±Ｃとなり、乳化器入口の圧力は（Ａ＋Ｂ±Ｃ）’となり、乳化が確実に進むようになる。
【００１９】
各ポンプの吐出圧力に限界がある場合には、乳化器を複数個取り付ければ良い。前述したように、乳化器入口の圧力を検出しながら、圧力がポンプ吐出圧力を超えないように、乳化器の運転台数を変更するか、または小型乳化器からから大型乳化器へ切り替えるなどの操作をすれば良い。なお、乳化器の切り替え方式だけでも運転は可能なように見えるが、自己循環方式と組み合わせた方が、流量変動が小さいのでエマルジョンがより安定する。
【００２０】
自己循環ラインにより循環されるエマルジョン燃料の割合は、あまり多いと圧力が高くなり過ぎ、またあまり少ないと安定化しないので、乳化器に新規に供給されるエマルジョン燃料の２０〜２００容量％とするのが好ましい。５０〜８０容量％とするのがより好ましい。
【００２１】
乳化器で製造されたエマルジョン燃料は、エマルジョン燃料循環タンク１６に入る。エマルジョン燃料循環タンクは、エマルジョン燃料循環ポンプ１７、循環タンク流体式乳化器１８を具備するのが好ましく、循環タンク流体式乳化器の出側からエマルジョン燃料の一部を取り出してボイラー１９に供給される。循環タンク流体式乳化器の出側からは、エマルジョン燃料の一部を取り出してエマルジョン燃料循環タンクへ循環させるのが好ましく、２０はこのようなエマルジョン燃料循環タンク循環ラインである。以下、参考例および実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２２】
参考例      
油としてＣ重油を用い、油の流量を１０００Ｌ／ｈｒ、水の流量を３００Ｌ／ｈｒ、乳化剤２Ｌ／ｈｒ（燃料油１００容量部に対して水３０容量部および乳化剤０．２容量部）の割合で、Ｃ重油の温度を７０℃、水の温度を４０℃、乳化剤の温度をそれぞれ３０℃に設定し、図１に示すエマルジョン燃料の製造装置に従ってエマルジョン燃料を製造した。なお、水処理装置には長さ４００ｍｍ、直径２５０ｍｍの円筒状容器に奈良県吉野郡天川村の五代松鉱山産の磁鉄鉱で粒子径３〜１２ｍｍのもの６ｋｇを充填して使用し、乳化器として流体式乳化器、エマルジョン燃料循環タンクは容量２００Ｌのものを使用し、エマルジョン燃料循環ポンプの流量は２０００Ｌ／ｈｒで行った。
【００２３】
乳化器に自己循環ラインを設けずに実施したところ、ボイラー効率９６％、窒素酸化物濃度１３０ｐｐｍ、排ガス中の二酸化炭素濃度１２．５％であったが、ボイラーの負荷を少なくして負荷変動を起こしたところ、運転が不安定になりがちであった。
【００２４】
実施例
乳化器を２基として自己循環ラインを設け、乳化器の必要最低流量８００Ｌ／ｈｒの５０％を自己循環流量とし、Ｃ重油の使用量を６００Ｌ〜１２００Ｌ／ｈｒまで変動させた。Ｃ重油の使用量が６００Ｌ／ｈｒのとき、乳化器の入口圧力は０．５ＭＰａであった。Ｃ重油の使用量を８００Ｌ／ｈｒにしたとき、乳化器の入口圧力は０．７ＭＰａを超え、ポンプの吐出能力を超えたため、乳化器を切り替えて使用した。この場合の乳化器の必要最低流量は１６００Ｌ／ｈｒであり、乳化器の入口圧力は再び０．５ＭＰａに低下した。Ｃ重油の使用量を１２００Ｌ／ｈｒに変動させても、乳化器の入口圧力は０．７ＭＰａ以下でポンプの吐出能力を超えず運転が可能であり、ボイラー効率９６％、窒素酸化物濃度１２５ｐｐｍ、排ガス中の二酸化炭素濃度１２．０％で安定運転が可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、ボイラーの負荷変動に追従して連続的に安定運転可能なエマルジョン燃料の製造方法および製造装置を提供することができる。本発明によれば、エマルジョン燃料を安定して供給することができるので、あらゆる種類の油焚きボイラーの燃料効率を向上させることができ、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のエマルジョン燃料の製造方法を実施するための製造装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  油
２  油タンク
３  乳化剤
４  乳化剤タンク
５  油供給ポンプ
６  乳化剤供給ポンプ
７  混合器
８  水
９  水処理装置
１０  水タンク
１１  水供給ポンプ
１２  圧力検出器
１３−１  切替バルブ
１３−２  切替バルブ
１４−１  流体式乳化器
１４−２  流体式乳化器
１５  自己循環ポンプ
１６  エマルジョン燃料循環タンク
１７  エマルジョン燃料循環ポンプ
１８  循環タンク流体式乳化器
１９  ボイラー
２０  エマルジョン燃料循環タンク循環ライン
【図１】
2009127945.tif 000002