JPS5925121B2 - 固状油の燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、固状油を比較的低温の燃料温度で燃焼させ
、燃焼時の騒音並びに煤煙及び窒素酸化物の発生の少な
い、完全燃焼しうる、燃焼操作の容易な、水中油滴型エ
マルジョンによる固状油の分散・噴霧燃焼方法の提供を
目的とするものである。

通常固状油は常温では流動が困難なので、これを燃焼さ
せるためには、燃焼機までの移送系を高温に加熱する必
要がある（たとえば、移送温度は、燈油・Ａ重油では室
温、Ｂ−Ｃ重油では２０〜６０℃、アスファルトでは１
００〜１５０℃）。

また、噴霧燃焼させるには、１５０ｃｓｔ以下になるよ
うに加熱して燃焼を行なわねはならない（たとえば燈油
・Ａ重油では室温、Ｂ−Ｃ重油では６０〜１００℃、ア
スファルトでは２００℃以上）。しかも、このようにし
て燃焼させた場合でも、煤煙の畢生を見たりして完全燃
焼させるのは困難であり、従つて、一般には固形物その
ままの燃焼方法がとられている。従来、アスファルトｌ
どの噴霧燃焼を行なう場合、移送粘度は５００ｃＰ以下
（温度は１００℃以上）、噴霧時の動粘度は約５０ｃＳ
ｔ以下（温度は２００℃以上）となるように加熱して燃
焼させていた。

しかし、このような加熱は、通常の蒸気加熱では困難で
、電熱等の加熱方法が用いられていた。この事は、燃焼
性以外の点においても、燃料の取扱い、装置の補修、保
全及ひ経済性等の多くの欠陥を有するものであつた。ま
た、燃焼時の騒音並びに煤煙及び窒素酸化物の発生等の
多い欠点を有するものであつた。

因つて、この発明は、通常の燃焼における噴霧粒子径（
５０〜１５０μ）より、きわめて小さい粒子径（通常１
〜２０μ）とするために水中油滴型エマルジヨンに転換
する必要・囲を見いだし、エマルジヨン製造機（たとえ
ば、かくげん機、超音波ミキサ等）にて、所定粘度とし
た固状油を、所定温度の界面活性剤溶液によつてエマル
ジヨン化し、これを所定の燃料分散機（圧力噴霧、媒体
噴霧、滴下等）を介（一て燃焼させるものである。この
燃焼方法は、固状油又はこＦｌに一部液状油混合の燃料
物質を燃焼させるためのものであつて、そのエマルジヨ
ン燃料の構成は、上記燃料物質の油成分：水および必要
に応じてアルコール：界面活性剤の割合（重量％）は、
９５〜１０：５〜９０：０．００１〜１０、好ましくは
、８０〜２０：２０〜８０：０．００１〜５の範囲にお
いて適宜必要な粘度の水中油滴型エマルジヨンに作成さ
れる。但し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減効果は、水分
率を２０重量％以上とするのが好ましい。このエマルジ
ヨンに作成される固状油は、石炭タール、アスフアルト
、ピツチ、ワツクス、パラフイン、木ろう、油脂ふ・よ
びこれらを主成分とする物質にて、常温でほぼ１万ＣＰ
Ｊ））．上の粘度を有し、流動の困難な油状物質である
。一部混合される液状油は、燈油、軽油、重油（Ａ，Ｂ
，Ｃ）、ナフサ及びこれらを主成分とする物質にて常温
でほぼ１万ＣＰ以下の粘度を有する油状物質である。

アルコールとしてぱ、カーボン数８以下の１価又は多価
アルコール（たとえば、メタノール、エタノール、エチ
レングリコール、グリセリン等）が用いられる。

界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤（油脂酸塩
、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンス
ルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物、
ジアルキルスルホコハク酸塩等）、陽イオン系界面活性
剤（ポリオキシエチレングリコールアルキルアミン、ア
ルキルアミドアミン、アルキルアミン、イミダゾリン、
アミン化リグニン、４級アンモニウム塩等）、非イオン
系界面活性剤（ポリオキシエチレングリコールアルキル
エーテル、ポリオキシエチレングリコールアルキルフエ
ノールエーテル、ポリオキシエチレングリコール脂肪酸
エステル、ポリオキシエチレンゾルビタン脂肪酸エステ
ル、ゾルビタン脂肪酸エステル等）の各種界面活性剤か
ら選定使用される。

なお、エマルジヨン中には、必要に応じて安定剤として
、ゼラチン、カゼイン、アラビアゴム、アルギン酸ソー
ダ、カルボキシメチルセルローズ、ヒドロキシエチルセ
ルローズ、でん粉、ポリビニルアルコール、ポリオキシ
エチレン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリ
エチレンイミド等を用いる。次に、実施例に基づいてこ
の発明の態様を説明する。

本実施例に示すように、固状油又はこれに一部液状油を
混合した燃料物質にあ・いて、油成分：水あ・よび又は
アルコール：界面活性剤の重量割合を前記のとあ・り広
範囲にわたつて水中油滴型エマルジヨン燃料に転換し、
これを燃焼方法（１）（）（）（）の燃焼結果が示すよ
うに、頭書の目的に記載のような良好な特徴を発揮しう
るものである。

エマルジヨン燃料の作製 試料▲１−１ 水１００部に界面活性剤ポリオキシエチレンノニルフエ
ニルスルホン酸ソーダ３部にて溶解し、６０〜８０℃に
加熱したこの界面活性剤水溶液２００部をミキサで３０
００回転／分の割でかくはんしつつ１００〜１２０℃に
加熱されたストレートアスフアルト（針入度８０〜１０
０）８００部を徐徐に添加して粘度４０００ｃＰ／３０
℃、平均粒子径６μ程度の水中油滴型エマルジヨンが得
られた。

試料煮１−２ 水１００部に界面活性剤ポリオキシエチレンアルキルフ
エノールエーテル２部の割合にて溶解し、６０〜９０℃
に加熱したこの活性剤水溶液４００部を、前同様にミキ
サにてかくはんしつつ、８０〜１２０℃に加熱したスト
レートアスフアルト（針入度５０〜２００）６００部を
徐徐に添加して、粘度７５ｃＰ／２２℃、平均粒子径３
μ程度の水中油滴型エマルジヨンを作製した。

試Ｕ１−３ 水１００部に界面活性剤ポリオキシエ千レンアルキルフ
エノールエーテル２部の割にて溶解し、９０℃に加熱さ
れたこの界面活性剤溶液３００部をプロペラにてかくは
んしつつ、９０〜１１０℃に加熱されたストレートアス
フアルト（針入度１５０〜２００）７００部を添加し、
添加終了後、９０’Ｃにて１０〜２０分かくはん継続後
、試料▲１−１と同様にミキサにてかくはんし、粘度１
７０ｃＰ／２２℃、平均粒子径２μ程度の水中油滴型エ
マルジヨンが得られた。

試料▲１−４ 水１００部にアルキルアミン系界面活性剤３部にて溶解
し、４０〜８０℃に加熱した界面活性剤水溶液４００部
を、試料▲１−１と同様ミキサにてかくはんしつつ、１
００〜１５０℃に加熱したプロンアスフアルト（針入度
３０〜５０）６００部を徐徐に添加して粘度６０ｃＰ／
２５℃、平均粒子径３μ程度の水中油滴型エマルジヨン
を作製した。

試料▲１−５ 水１００部に界面活性剤ポリオキシエチレンアルキルエ
ーテル５部を溶解せしめ、８０±５℃にて加熱しｆこの
界面活性剤水溶液と、１００±５斗℃に加熱されたスト
レートアスフアルト（針入度１５０〜２００）とを、各
ポンプにて、界面活性剤溶液：ストレートアスフアルト
＝３０部：７０部になるように、全流量２０ｋ９／分の
割にて連続的に送り込み、粘度２３０ｃＰ／２７℃の水
中油滴型エマルジヨンを作製した。

試料▲１−６ 水１００部に、ノニオン系界面活性剤５部とポリビニル
アルコール１部を溶解し、６０〜９『Ｃに加熱しこの界
面活性剤水溶液をｓ成分とし、アスフアルト（針入度８
０〜１００）１００〜５０部に、Ａ重油（イオウ分０．
７７％）０〜５０部を混合し、これを８０〜１２０℃に
加熱したアスフアルト・Ａ重油混合した燃料物質をＦ成
分とし、このＳ成分：Ｆ成分（略記Ｓ／Ｆ）の割合を３
５部〜３７部：６３部〜６５部の範囲において、下表に
示すように試料▲１− ６ａ− ｅの５種類を作製した
。

試料▲１−７ 水１００部に、界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル）３部とアルギン酸ソーダ１部を溶解した水
溶液をＳ成分とし、舗装タール加熱用２号１００部にＡ
重油１０部を混合したものをＦ成分とし、ｓ成分を７０
〜９０℃に、Ｆ成分を１００〜１２０℃に加熱し、試料
１〜６同様にして、ｓ成分：Ｆ成分＝３０部：７０部の
割合で、粘度約２００ｃＰ／３０℃の水中油滴型エマル
ジヨンを作製した。

試料▲１−８ 水５０部とエチレングリコール５０部に界面活性剤ポリ
オキシエチレンノニルフエニルスルホン酸ソーダ３部の
割合にて溶解し、６０〜８０℃に加熱し、この界面活性
剤水溶液４００部をミキサで、３０００回転／分の割で
かくはんしつつ、１００〜１２０℃に加熱されたストレ
ートアスフアルト（針入度１５０〜２００）６００部を
徐徐に添加して粘度約５０ｃＰ／３５℃の水中油滴型エ
マルジヨンを作製した。

試料▲１−９ 試料▲１−１にて作製したアスフアルトエマルジヨン１
００部を２０〜３０℃にして、メタノール５部を添加し
て粘度１８００ｃＰ／２５℃の水中油滴型エマルジヨン
を作製した。

試料１−１０ グリセリン７０部と水３０部に、界面活性剤ポリオキシ
エチレンノニルフエニルエーテル２部を溶解し、これを
６０〜９０℃に加熱した界面活性剤溶液３００部をミキ
サにてかくはんしつつ、１００〜１２０℃に加熱された
ストレートアスフアルト（針入度２００〜３００）７０
０部を徐徐に添加して、粘度４５０ｃＰ／３５℃、平均
粒子径３μ程度の水中油滴型エマルジヨンを作製した。

試料▲１−１１水１００部に界面活性剤ポリオキシエチ
レンアルキルエーテル５部の割合にて溶解し、４０〜９
５℃に加熱し、この加熱した界面活性剤水溶液１５０部
を、ミキサで３６００回転／分の割でかくはんしつつ、
これに、８０〜１００℃に加熱したストレートアスフア
ルト（針入度１５０〜２００）８５０部を徐徐に添加し
て得た水中油滴型エマルジヨンの５００部をとり、これ
を９０℃にて、ミキサで１０００回転／分の割でかくは
んしつつ、これに、ストレートアスフアルト（針入度１
５０〜２００）：Ａ重油（イオウ分０．７７％）−７０
部：３０部の割合に混合したものを５００部を、８０〜
１００℃にて徐徐に添加して、油成分９２．５重量％の
水中油滴型エマルジヨンを作製した。

試料石１−１２ 水１００部に界面活性剤ポリオキシエチレンアルキルフ
エニルスルホン酸ソーダ０．０２部の割合にて溶解し、
６０〜８０℃に加熱し、この加熱した界面活性剤溶液６
００部をミキサで２５００回転／分の割でかくはんしつ
つ、これに、８０〜１２０℃に加熱したストレートアス
フアルト（針入度１５０〜２００）：Ａ重油（イオウ分
０．７７０！））＝９０部：１０部の比の混合物４００
部を徐徐に添加して粘度約１５ｃＰ／１８℃の水中油滴
型エマルジヨンを作製した。

試料▲１−１３ 試料▲１−１と同様な方法にて、界面活性剤溶液８００
部とストレートアスフアルト（針入度８０〜１００）２
００部よりなる粘度４ｃＰ／１３℃の水中油滴型エマル
ジヨンを作製した。

試料煮１−１４ 水４００重量部に、界面活性剤（ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、親水性一親油性バランス（略号ＨＬＢ
）＝２０）８重量部とポリビニルアルコール（ケン化度
８８〜９０）８重量部を溶解せしめ、８０±５℃に加熱
したこの界面活性剤水溶液をミキサにて攪拌しつつ、こ
れに９５±５℃に加熱されたコールタール（１５０００
ｃＰ／２０℃）６００重量部を徐徐に添加して、粘度９
０ｃＰ／２０℃で、平均粒子径が４μ程度の水中油滴型
エマルジヨンを得た。

試料煮１−１５ 水７００重量部に、界面活性剤（ポリオキシエチレンノ
ニルフエニルエーテル、ＨＬＢ＝１７）１部とポリビニ
ルアルコール（ケン化度８８〜９０）７部を溶解し、８
００〜９０℃に加熱したこの界面活性剤水溶液をミキサ
にて攪拌しつつ、これに８００〜９０′Ｃに加熱された
パラフイン（融点４２８〜４４℃）３００重量部を徐徐
に添加して、粘度５ｃＰ／２０℃の水中油滴型エマルジ
ヨンを得た。

燃焼方法 （）燃焼は、第１図に示す冷却炉型空気噴霧燃焼装置に
て、試料煮１−５のアスフアルトエマルジヨン燃料を８
０〜９５℃に加熱して、燃焼油量２０±３ｔ／時、バー
ナー油圧４〜７ｋｇ／Ｃｒ／ｉ、燃焼用空気温度２８０
〜３５０℃の条件下に燃焼させた結果、過剰空気率（酸
素分析計にて燃焼排ガス中の酸素濃度測定）１．１０〜
１．３０にても煤煙の発生がなく完全燃焼した。

窒素酸化物（ＮＯｘ）（ダイナサイエンス社製ＮＸ−１
３０型使用測定）は２２０〜２５０ＰＰＭであつた。８
第１図に示す冷却炉型空気噴霧燃焼装置にて、試料▲１
−６ａ−ｅの５種類のアスフアルトエマルジヨン燃料の
燃焼を行なつた結果、下記第２表に示すように、Ｃ重油
と同程度すなわち８０〜１００℃まで程度の燃料温度に
て充分完全燃焼することができた。

次に、上記燃焼方法Ｇ）及び（有）に使用した冷却炉型
空気噴霧燃焼装置（第１図）について説明する。

図において、水中油滴型アスフアルトエマルジヨン燃料
は燃料タンク１より燃料ストレーナ（８０テーラメツシ
ユ）２を経て、噴霧ポンプ３で所定の噴霧圧力まで昇圧
され、次に燃料加熱器４で常温より８０〜９５℃まで昇
温、燃料流量計５を経て空気噴霧式バーナ６に圧送され
る。

一方噴霧用圧縮空気７ａは、圧縮空気７より冷却炉１５
の煙道に設置された噴霧用管型空気予熱器１０を経てバ
ーナに送られる。

又燃焼用空気７ｂは、圧縮空気７より減圧弁１３を経て
、炉の煙道に設置された燃焼用管型空気予熱器８を通過
［２て２００〜４００℃に加熱され、バーナ風箱９に送
られ燃焼用として供給される。ここで、アスフアルトエ
マルジヨン燃料は、噴霧用圧縮空気７ａと一緒に噴霧さ
れ、燃焼用空気の供給を受け燃焼が継続される。燃焼ガ
スは四周を３０〜７０℃の温水が通過する水冷壁１２構
造の炉を経て煙道に設置された燃焼用管型空気予熱器８
及び噴霧用管型空気予熱器１０で熱交換され煙道より大
気に排出される。

水冷壁１２の冷却水は、冷却水１１より送られ、水冷壁
１２を通過して５０〜７０℃の温水として排出１４され
る。

…第２図に示す非冷却炉型空気噴霧燃焼装置にて、試料
▲１−６ａ−ｄの４種類のアスフアルトエマルジヨン燃
料を、下記第３表に示すように、Ａ重油と同じように、
５０〜１００℃まで程度の燃料温度にて噴霧させて充分
完全燃焼することが出来た。

その燃焼結果をＡ重油のみの燃焼結果と対比し、第３表
に示す。前記燃焼方法皿と同様に非冷却炉型空気噴霧燃
焼装置にて、試料▲１−Jャ^ールエマルジヨン燃料と試
料煮１−１３のアスフアルトエマルジヨン燃料を第４表
に示す条件にふ・いて煤煙の発生もなく完全燃焼するこ
とが出来た。

上表に示すとお・り、油分の少ない試料▲１１３のアス
フアルトエマルジヨン燃料も完全に燃焼することが出来
た。

次に、上記燃焼方法Ｉ［［）及び（ＩＶ）に使用した非
冷却炉型空気噴霧燃焼装置について説明する。

図において、水中油滴型アスフアルトエマルジヨン燃料
は、燃料タンク１より燃料ストレーナ（８０テーラメツ
シユ）を経て、噴燃ポンプ３で所定の噴霧圧力まで昇圧
され、次に燃料加熱器４で常温より８０〜９５℃まで昇
温、燃料流量計５を経て空気噴霧式バーナ６に圧送され
る。一方噴霧用圧縮空気７ａは、圧縮空気７より空気噴
霧式バーナ６に送られ、又燃焼用空気７ｂは、圧縮空気
７よ９減圧弁１３を経てバーナ風箱９１ｆＣ送られ燃焼
用として供給される。

ここで、アスフアルトエマルジヨン燃料は、噴霧用圧縮
空気７ａと一緒に噴霧され、非冷却炉１６（四周耐火煉
瓦壁構造）内に噴霧され燃焼用空気７ｂの供給を受け燃
焼が継続される。

以上実施例に示すと訃り、この発明の第１の特長は、煤
煙の発生の少ない事である。

これは、水中に分散されたアスフアルトエマルジヨンの
粒子径を顕微鏡写真によつて測定するど１〜２０μ程度
であり、通常の噴霧粒子径５０〜１５０μと比較すると
１／１０以下の大きさである。このように、水中に分散
された固状油の粒子の細かい事が完全燃焼を容易にし、
煤煙の発生を少なくしていると考えられる。第２の特長
は、燃料温度を比較的低温（通常１００℃以下）の加熱
によつて移送燃焼させる事ができる点である。

このエマルジヨン燃料の流動性は、油状物質（たとえば
Ａ，Ｂ，Ｃ重油など）と違つて、温度によつてはほとん
ど変化せず、粒子径、界面活性剤種類、水および水はア
ルコールと油成分との混合比などによつて変化するので
、この構成を適当な条件に選定すれば、常温でも充分に
移送、噴霧、分散が可能である。

第３の特長は、常温でも流動可能であるので、常温で燃
料の移送が容易である。

第４の特長は、燃焼時の騒音の少ない事である。

一般に高熱量を有する油状物質の燃焼では噴霧後一挙に
全体が炎となり爆発的に燃焼するのに反し、エマルジヨ
ン燃料の場合は、温度の上がつたエマルジヨン燃料粒子
表面の水膜が破れて順次燃焼するためと考えられる。第
５の特徴は、ＮＯｘの発生の少ない事である。

これは、油成分が水中に微粒化されて分散している水中
油滴型エマルジヨン燃料が、噴霧燃焼の際、水が加熱に
より急膨脹を起こし、分散微粒子をさらに微細化するた
め、および、下式に示す水性ガス反応により、局部高温
部分の除去が可能となるので、火炎温度の均一化、水の
吸熱反応による火炎温度の低下並びに水性ガスによるＮ
Ｏｘの還元作用により、ＮＯｘが低減されるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却炉型空気噴霧燃焼装置の図解式機構図、第
２図は非冷却炉型空気噴霧燃焼装置の図解式機構図であ
る。 １・・・燃料タンク、３・・・噴燃ポンプ、４・・・燃
料加熱器、６・・・空気噴霧式バーナ、７・・・圧縮空
気、７ａ・・・噴霧用圧縮空気、７ｂ・・・燃焼用空気
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アスファルト等の固状油の燃料組成において、（イ
   ）分散相として、固状油を主成分とする油を、９５〜１
   ０重量％好ましくは８０〜２０重量％、（ロ）連続相と
   して、水および必要に応じてアルコーールを、５〜９０
   重量％好ましくは２０〜８０重量％、（ハ）水中油滴型
   エマルジョン作成用の界面活性剤 を、０．００１〜１
   ０重量％好ましくは０．００１〜５重量％、上記成分を
   少なくとも含有する水中油滴型エマルジョン燃料を作製
   して、１００％以下の温度でも、固状油の良好な分散・
   噴霧燃焼を可能とし且つ低公害の完全燃焼を可能とした
   事を特徴とする固状油の燃焼方法。