(57)【要約】【課題】重質油に少なくとも水を混合してエマルジョン燃料化するにあたり、重質燃料分の残渣やスラリーを超微細化することを目的とする。【解決手段】重質油供給部と、この重質油供給部から供給される重質油中の残渣等を粉砕処理する第1振動子を備えた第1混合部と、この第１混合部にて粉砕処理された残渣等が再混合された重質油をろ過するろ過部と、水供給部と、前記ろ過部にてろ過された重質油と前記水供給部からの水が予混合される予混合部と、この予混合部にて予混合された混合液を粉砕処理する第２振動子を備えた第２混合部とを具備し、前記第１混合部にて重質油を微細化粉砕処理し、前記第２混合部にてエマルジョン燃料を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油供給部と、この重質油供給部から供給される重質油中の残渣等を粉砕処理する第1振動子を備えた第1混合部と、この第１混合部にて粉砕処理された残渣等が再混合された重質油をろ過するろ過部と、水供給部と、前記ろ過部にてろ過された重質油と前記水供給部からの水が予混合される予混合部と、この予混合部にて予混合された混合液を粉砕処理する第２振動子を備えた第２混合部とを具備し、前記第１混合部にて重質油を微細化粉砕処理し、前記第２混合部にてエマルジョン燃料を製造することを特徴とする重質油エマルジョン燃料製造システム。
【請求項２】
前記第１混合部ならびに前記第２混合部に備えられた前記第１振動体ならびに前記第２振動体は、それぞれ混合すべき液に接するように配置された振動体、この振動体を高周波振動させる振動発生部、前記振動体に狭隘な空間をあけて対向するように配置された反射体を有することを特徴とする重質油エマルジョン燃料製造システム。
【請求項３】
前記第１混合部に接続され、廃食油を供給する廃食油供給部を具備することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の重質油エマルジョン燃料製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重質油に少なくとも水を混合してエマルジョン燃料化するにあたり、重質燃料分の残渣やスラリーを超微細化することによって、エンジンの損傷や燃料ノズルの目詰まりなどを低減する重質油エマルジョン燃料製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電設備や舶用のディーゼル機関などに用いられる燃料が、環境問題の観点からＮＯｘや煤の低減対策と、石油製品の需要や発展途上国の燃料消費の拡大から、より多くの軽油やガソリンを精製するため、安く入手し易いＣ重油など残渣やスラリー（細かい固体粒子を含む濁った油）が多く含まれた高粘度で着火・燃焼性の悪い低品質の重質油への切替えを余儀なくされている。この重質油をディーゼル機関へ適用するためには、ディーゼルエンジンの異常燃焼やシリンダーの過大磨耗、凝着による磨耗、燃料ノズル目詰まり、焼損、腐食などの機関トラブルの影響対策が求められている。
【０００３】
このような対策の具体的な方策として各種の方法が知られている。例えば、液体燃料と水との混合液に高周波振動を付与し、キャビテーション効果を発生させることによって、液体燃料に水を拡散・混合させる方法がある（特許文献１を参照）。この特許文献１の方法によると、超微粒子化・高混合密度のエマルジョン燃料を生成することができる。
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００４／００４８８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電のためエマルジョン燃料を燃やすディーゼルエンジンは、燃料噴射装置の目詰まり防止目的のため、一般に約１０μｍ以上の異物を除去するフィルタを燃料供給系統に設けている。このため、燃料に含まれる夾雑物や残渣を１０μｍ以下に粉砕する必要がある。
【０００５】
廃食油は、食品工場や大型レストランにおいて、食品加工過程で混入した加工食品や揚げカス及び油の夾雑物が含まれている。廃食油ろ過の一例としては、加工食品片であるポテトフライ、肉片、野菜片、パン粉くずなどの揚げカスと、保管時に入った昆虫などの異物の内、大きいものについて事前ろ過のフィルタ５０〜６０メッシュ除去後、中程度の夾雑物や残渣をフィルタ１００メッシュでろ過して用いている。しかしながら、このようにろ過しても糸状の長さ８００μｍ×太さ３０μｍの夾雑物や粒状の最大約８０μｍ程度の細かい夾雑物が残渣として残ったままとなる。
【０００６】
また、重油においても、原油からナフサ、灯油、軽質軽油など蒸留精製した残りであり、多くの残渣や軽油溜分（カッター材）を含んでいる。ディーゼルエンジンは、水分の未混合やアスファルテン、スラッジなどの残渣により、ベーパロックや燃料噴射装置の目詰まり、燃料弁のステック、摩耗、腐食、燃焼性障害として着火遅れ圧力上昇率の増加、ピストンリングやシリンダライナの異常摩耗や損傷などが発生する。アスファルテンは、重油中の高分子量の物質でコロイド状に分散して存在しているが、２０μｍ以下になると完全燃焼が容易になる。また、スラッジは、水分との混合安定性の不良や燃料貯蔵時の熱安定性の低下から生じるが、スラッジが存在しても粉砕微細化され１０μｍ以下であればエンジンに与える影響が少なく、１μｍ程度まで微細であれば影響がない。上述した特許文献１の方法によっても、１０μｍ以下１μｍ程度までの超微細化を工業的になしうるまでには提案されていない。
【０００７】
本発明に係る重質油エマルジョン燃料製造システム及び製造方法は、重質油に少なくとも水を混合してエマルジョン燃料化するにあたり、重質燃料分の残渣やスラリーを１０μｍ以下１μｍ程度まで超微細化することによって、エンジンの損傷や燃料ノズルの目詰まりなどを低減する重質油エマルジョン燃料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】
本発明の請求項１に係る重質油エマルジョン燃料製造システムは、重質油供給部と、この重質油供給部から供給される重質油中の残渣等を粉砕処理する第1振動子を備えた第1混合部と、この第１混合部にて粉砕処理された残渣等が再混合された重質油をろ過するろ過部と、水供給部と、前記ろ過部にてろ過された重質油と前記水供給部からの水が予混合される予混合部と、この予混合部にて予混合された混合液を粉砕処理する第２振動子を備えた第２混合部とを具備し、前記第１混合部にて重質油を微細化粉砕処理し、前記第２混合部にてエマルジョン燃料を製造することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係る重質油エマルジョン燃料製造システムは、前記第１混合部ならびに前記第２混合部に備えられた前記第１振動体ならびに前記第２振動体が、それぞれ混合すべき液に接するように配置された振動体、この振動体を高周波振動させる振動発生部、前記振動体に狭隘な空間をあけて対向するように配置された反射体を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係る重質油エマルジョン燃料製造システムは、第１混合部に接続され、廃食油を供給する廃食油供給部を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
重質油と水を混合してエマルジョン燃料を製造するにあたり、水と混合する前の段階で重質油に対し、第１混合槽を用い、搭載されている第１振動子にて狭間隙で超音波キャビテーション作用を利用して残渣などを粉砕し、更に、この後重質油と水を混合した後に第２混合槽を用いて、搭載されている第２振動子にて狭間隙で超音波キャビテーション作用を利用して乳化処理を行うようにしたことによって、微細な残渣の燃料混入を防止し、残渣・スラリーによる燃料噴射ノズルの目詰まりや、シリンダライナ過大摩耗、凝着による摩耗を防止することで、ディーゼル機関の信頼性確保と低コストで安定した運用を確保できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の一実施形態を図１を参照して説明する。本発明に係る重質油エマルジョン燃料製造システム１０は、主たる構成要素として、重質油タンク１１、油性状調整部１２、水供給部１３、エマルジョン燃料製造部１４から構成されている。このような構成によって製造されたエマルジョン燃料は、ディーゼル機関１５へ供給され、ディーゼル機関１５へは更にＡ重油タンク１６からＡ重油が供給される。
【００１３】
重質油タンク１１の注入口には注入口フィルタ１７が設けられており、更に重質油温度計１８が設けられている。重質油タンク１１の、下部にはセパレータ１９が設けられ、底部には重質油タンクドレン弁２０ならびに重質油供給ポンプ２１が設けられている。
【００１４】
油性状調整部１２は、重質油供給ポンプ２１に接続された重質油供給配管２２にヒータ２３ならびに温度計２４が設けられており、更に、流量調整弁２５を介して第１混合槽２６が設けられている。第１混合槽２６には第１振動子２７が設けられている。第１混合槽２６には、ドレン弁３６、ろ過器２８、残渣などのドレン受けとしてのドレンタンク２９、流量計３０が接続されている。
【００１５】
エマルジョン燃料製造部１４は、油性状調整部１２のろ過器２８に接続されている予混合装置３１、この予混合槽３１に圧力計３２ならびに流量調整弁３３を介して接続されている第２混合槽３４、この第２混合槽３４に設けられている第２振動子３５を有し、更に、第２混合槽３４にはドレン弁３７、エマルジョン燃料供給ポンプ３８、流量計３９、温度計４０が接続されている。また、エマルジョン燃料製造部１４には、温度・流量などの計測センサからの情報を受け、各ポンプ、弁および機器を制御する制御装置が設けられている。
【００１６】
水供給部１３は、水供給口４２、弁４３、水供給ポンプ４４から構成されており、エマルジョン製造部１４の予混合槽３１の手前で重質油供給配管２２と接合している。弁４３は、レギュレータとして水の流量と系統圧を調整する機能を有する構成でもよい。
【００１７】
ディーゼル機関１５は、ディーゼルサービスタンク４５、弁４６、ディーゼルエンジン４７、ディーゼル機関制御装置４８から構成されており、エマルジョン燃料製造部１４からのエマルジョン燃料はディーゼルサービスタンク４５を介してディーゼルエンジン４７へ供給され、リターン燃料はディーゼルサービスタンク４５へ戻り、エマルジョン燃料とＡ重油との切替えは弁４６を操作することで行う。
【００１８】
なお、油性状調整部１２の、第１振動子２７が設けられている第１混合槽２６ならびにエマルジョン燃料製造部１４の、第２振動子３５が設けられている第２混合槽３４は、混合すべき液に接するように配置された振動体、この振動体を高周波振動させる振動発生装置、振動体に狭隘な空間をあけて対向する反射体とを備えた構成が一般的であって、例えば、特許文献１に紹介されている装置が典型的な構成である。そして、対象が油の場合、振動体の高周波振動により油に不溶性液体を拡散・混合させて超微粒化・高混合密度のエマルジョン燃料が生成される。
【００１９】
さて、上述した本発明に係る重質油エマルジョン燃料製造システム１０の作用を次に説明する。
【００２０】
重質油は、重質油タンク１１に注入時に、注入口フィルタ１７によって粒子径の粗い残渣や異物が除去される。そして、重力による質量差などの方法で重質油タンク１１下部のセパレータ１９で重質油と細かな残渣、ＦＣＣ触媒粒子や固形分が分離され、残渣などは弁２０を介して外部へ排出される。重質油は重質油供給ポンプ２１によって次段の油性状調整部１２へ送られる。
【００２１】
油性状調整部１２では、先ず重質油タンク１１から送られてきた重質油をヒータ２３で加熱することで動粘度を下げ、流動性をよくする。ヒータ２３は、重質油タンク１１と一体化した構成で、タンク内で加熱してもよい。また、ヒータ２３は重質油温度計１８の温度から、重質油データを基に現状の動粘度を把握し必要な加熱温度を算定して加熱を行うとともに、加熱後の重質油温度を温度計２４で把握し加熱量およびオン／オフを制御する。
【００２２】
加熱された重質油は重質油供給配管２２、流量調整弁２５を介して第１混合槽２６へ供給される。この第１混合槽２６では、重質油タンク１１のセパレータ１９ですでに残渣除去がなされてはいるが、なお、残存する残渣・スラリーなどを微細化粉砕する。この微細化粉砕処理では、第１混合槽２６に設けられている第１振動子２７を用い、狭間隙で超音波キャビテーションによって超微細に残存する残渣・スラリーなどを粉砕する。
【００２３】
このように、後段の燃料混合の前段階にて、残存する残渣・スラリーなどの微細化粉砕を行なうことで、有効燃料分の効率抽出、性状改質処理、微細な残渣の燃料混入を防止する。この結果、残渣・スラリーによる燃料噴射ノズルの目詰まりや、シリンダライナ過大摩耗、凝着による摩耗を防止ことで、ディーゼル機関の信頼性確保と低コストで安定した運用を確保できる。なお、第１混合槽２６からの粉砕カスは混合槽ドレン弁３６を介してドレンタンク２９へ排出し、燃料から分離回収される。
【００２４】
第１混合槽２６で処理された重質油は、ろ過器２８へ送られてさらに微細な残渣をろ過する。ろ過器２８は、遠心分離、吸着ろ過、フィルタなどによる各種方法を用いることができる。ろ過器２８からのカスはドレンタンク２９へ排出される。
【００２５】
ろ過された重質油はエマルジョン燃料製造部１４の予混合装置３１へ供給され、予混合装置１４へは更に水供給部１３から水が供給される。予混合装置３１にて、水と重質油をある程度微細な粒子状態（１０μから数百μ程度）で予混合し、第２混合槽３４へ供給される。重質油と水は、第２混合槽３４で第２振動子３５を用いて狭間隙で発生させたキャビテーションで燃料粒子の超微細化（ナノから数ミクロンオーダ）状態に乳化処理がなされ、残渣やスラリーなどの粉砕による燃料性状の改質を行い、ディーゼル機関１５へエマルジョン燃料を供給する。
【００２６】
ディーゼル機関１５は、起動暖気時や運転停止前には機関の保護と低出力での安定燃焼を図るためＡ重油に切替え、暖気後の定常運転時には重質油エマルジョン燃料へと切替える必要がる。制御装置４１とディーゼル機関制御装置４９を接続し、ディーゼル機関１５の運転状態を把握して必要に応じ弁４６を制御し、Ａ重油タンク１６からＡ重油供給ポンプ４９を介して燃料を切替える。
【００２７】
燃料は、求められる環境適用基準や重質油の性状により最適な混合割合で燃料と水を混合する必要があるため、制御装置４１が各温度と流量から動粘度を把握し動粘度からどのレベルの重質油かを判断し、重質油供給ポンプ２１、水供給ポンプ４４、Ａ重油供給ポンプ４９、エマルジョン燃料供給ポンプ３８、ヒータ２３、第１振動子２７、第２振動子３５、流量調整弁３３を制御し、流量を調整して配合比を一定に保っている。
【００２８】
このようにして、重質油エマルジョン燃料製造システム１においては、高価な三種流体層状噴射ノズルと燃料噴射電子制御を搭載していないディーゼルエンジンにおいても水エマルジョン燃料によるＮＯｘや煤の低減が図られる。また、油性状調整部１２おける第１振動子２７を備えた第１混合槽２６と、エマルジョン燃料製造部１４における第２振動子３５を備えた第２混合槽３４によって、重質油の残渣・スラリーなどを除去や粉砕する改質機能により、残渣・スラリーによる燃料噴射ノズルの目詰まりやシリンダライナ過大摩耗、凝着による摩耗を防止することができ、より入手が容易で低価格の燃料への切替えが可能となった。低コストでの運用と安定供給確保、信頼性の向上などその効果は大なるものがある。
【００２９】
なお、上記実施の形態においては、第１混合槽２６へ重質油のみを供給する例を説明したが、他に第１混合槽２６へ重質油に加えて廃食油、Ｂ・Ｃ重油と廃食油の混合をも供給することも可能である。第１振動子２７を備えた第１混合槽２６を設けたことにより、重質油に加えて廃食油を混合した場合であっても、残渣などを微細に粉砕することができ、良質なエマルジョン燃料を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…重質油エマルジョン燃料製造システム、１１…重質油タンク、１２…油性状調整部、１３…水供給部、１４…エマルジョン燃料製造部、１５…ディーゼル機関、１６…Ａ重油タンク、１７…注入口フィルタ、１８…重質油温度計、１９…セパレータ、２０…重質油タンクドレン弁、２１…重質油供給ポンプ、２２…重質油配管、２３…ヒータ、２４、４０…温度計、２５…流量調整弁、２６…第１混合槽、２７…第１振動子、２８…ろ過器、２９…ドレンタンク、３０、３９…流量計、３１…予混合装置、３２…圧力計、３３…流量調整弁、３４…第２混合槽、３５…第２振動子、３６、３７…ドレン弁、３８…エマルジョン燃料供給ポンプ、４１…制御装置、４２…水供給口、４３、４６…弁、４４…水供給ポンプ、４５…ディーゼルサービスタンク、４７…ディーゼル機関、４８…ディーゼル機関制御装置、４９…Ａ重油供給ポンプ。
【図１】
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