JPH068422B2 - 超重質油エマルション燃料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超重質油エマルション燃料に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

石油、石炭及びLNGに含まれない化石燃料資源として、
オイルサンド、ビチューメン類（オリノコタール、アサ
バスカビチューメン）などが埋蔵量が多いことから非常
に注目されている。また、石油系でもナフサなどの蒸留
留出油分を除いたアスファルト又はその熱処理残渣類は
多量にあまっている。これらの超重質油は通常減圧蒸留
残分である420〜450℃以上の重質留分を約60〜70％以上
含有する油状物質で、そのままでは流動しないか、又は
数万センチポイズ以上の高粘性を有している。そのた
め、燃料として使用するには、280〜300℃などの高温に
しないとハンドリングや霧化などで問題があり、また配
管などの閉塞のトラブルを起こし易く、大変、使いにく
い燃料である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは適当な界面活性剤を用いると超重質油(O)
を水(W)の中に乳化させた超重質油の水中油滴型（O/W
型）エマルション燃料を製造できることを見出した。こ
のエマルション燃料は水に比較的近い粘度を示し、80〜
90℃の温度で十分な霧化が可能であり、大変、取り扱い
易い燃料である。O/W型エマルション燃料において、W
（水）の含量が低いほど、即ちO（油）含量が多いほ
ど、燃料として好ましく、燃料損失が少ない。エマルシ
ョン燃料が通常の液体の燃料油と同じように扱えるため
には、輸送や貯蔵にある程度の期間耐える安定性が必要
である。従来、灯油、A重油、B重油、C重油などの流動
性良好な油を乳化して使用することは数多く報告されて
いるが、重質留分が大変高く、流動しないか又は数万セ
ンチポイズ以上の高粘性を持つ超重質油を乳化し、燃料
として使用することは殆ど報告されていない。

本発明者らは超重質油100部（重量基準、以下同じ）、
水30〜80部、下記の(ｉ)〜(vii)で示される群から選ば
れるアニオン界面活性剤0.05〜10部、好ましくは0.1〜
４部の混合物をラインミキサーなどの機械的な力で攪拌
すると、低い粘度のO/W型の超重質油エマルション燃料
を製造できることを見出し、本発明を完成させたのであ
る。

（ｉ）ナフタリン、アルキルナフタリン、アルキルフェ
ノール、アルキルベンゼンなどの芳香族環化合物のスル
ホン酸又はスルホン酸塩のホルマリン縮合物。但し、ホ
ルマリンの平均縮合度は1.2〜100、好ましくは２〜20。
塩はアンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミンな
どの低級アミン、ナトリウム、カリウム、マグネシウ
ム、カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金
属類である。

（ii）リグニンスルホン酸、リグニンスルホン酸塩、そ
の誘導体、リグニンスルホン酸とナフタリン、アルキル
ナフタリンなどの芳香族化合物のスルホン酸とのホルマ
リン縮合物及びその塩。塩としては上記のいずれの場合
も、アンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミンな
どの低級アミン、ナトリウム、カリウム、カルシウム、
マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属
である。ホルマリンの平均縮合度は1.2〜50、好ましく
は２〜20である。リグニンの中では変性リグニン、例え
ばカルボキシル基を少し導入した方が、特に高温で優れ
た性能を示す。

（iii）ポリスチレンスルホン酸又はその塩及びスチレ
ンスルホン酸と他の共重合性モノマーとの共重合体とそ
の塩。但し、分子量は500〜50万、好ましくは2000〜10
万。塩はアンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタ
ノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミ
ンなどの低級アミン、ナトリウム、カリウム、カルシウ
ム、マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類
金属である。共重合性モノマーとしては、例えばアクリ
ル酸、メタクリル酸、酢酸ビニル、アクリル酸エステ
ル、オレフィン、アリルアルコール及びその酸化エチレ
ン付加物、AMPSなどがその代表例である。

（iv）ジシクロペンタジエンスルホン酸重合物又はその
塩。重合物の分子量は500から50万、好ましくは2000〜1
0万。塩は、アンモニウム、モノエタノールアミン、ジ
エタノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチル
アミンなどの低級アミン、ナトリウム、カリウム、カル
シウム、マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ
土類金属類である。

（ｖ）無水マレイン酸又は／及び無水イタコン酸と他の
共重合性モノマーとの共重合体とその酸及び塩。但し、
分子量は500から50万、好ましくは1500〜10万である。
塩はアンモニウム及びナトリウム、カリウムなどのアル
カリ金属類である。共重合性モノマーとしては、オレフ
ィン（エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテン、ヘ
キセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデ
セン、ドデセン、トリデセン、テトラデセン、ペンタデ
セン、ヘキサデセン）、スチレン、酢酸ビニル、アクリ
ル酸エステル、メタクリル酸、アクリル酸などである。

（vi）液状ポリブタジエンのマレイン化物及びその塩。
但し、液状ポリブタジエンの分子量は500〜20万、好ま
しくは1000〜５万、マレイン化度は水に溶解するのに必
要なだけでよいが、好ましくは40〜70％である。塩とし
ては、アンモニウム及びナトリウム、カリウムなどのア
ルカリ金属類である。

（vii）親水基を分子中に１個又は２個持つ、次のアニ
オン界面活性剤。

(a) 炭素数４〜18のアルコールの硫酸エステル塩。但
し、塩としては、アンモニウム、モノエタノールアミ
ン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリ
エチルアミンなどの低級アミン、ナトリウム、カリウ
ム、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ金属又は
アルカリ土類金属類である。ドデシル硫酸ナトリウム、
オクチル硫酸ナトリウムなどがその代表例である。

(b) 炭素数４〜18のアルカン、アルケン又は／及びア
ルキルアリールスルホン酸又はその塩。但し、塩として
は、アンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミンな
どの低級アミン、ナトリウム、カリウム、マグネシウ
ム、カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金
属類である。ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、
ブチルナフタリンスルホン酸ナトリウム、ドデカンスル
ホン酸ナトリウムが代表例である。

(c) 活性水素を分子中に１個以上持つ化合物のアルキ
レンオキシド付加物の硫酸化物又はリン酸エステル化物
及びそれらの塩。塩としては、アンモニウム、ナトリウ
ム、カリウム、マグネシウム又は、カルシウムである。
ポリオキシエチレン（３モル）ノニルフェニルエーテル
の硫酸エステルナトリウム塩、ポリオキシエチレン（３
モル）ドデシルエーテルのリン酸エステルナトリウム塩
がその代表例である。

(d) 炭素数４〜22の飽和又は不飽和脂肪酸のエステル
であるスルホコハク酸塩。但し、塩としては、アンモニ
ウム、ナトリウム又はカリウムである。ジオクチルスル
ホコハク酸ナトリウム塩、又はアンモニウム塩、ジブチ
ルスルホコハク酸ナトリウム塩などがその代表例であ
る。

(e) アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸又はそ
の塩。アルキル基は炭素数８〜18のアルキル基であり、
塩はアンモニウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウ
ム又はカルシウムである。

(f) ロジン酸又はその塩。塩としてはアンモニウム、
ナトリウム又はカリウムである。ロジン酸と高級脂肪酸
の混合酸であるトール油混酸とその塩もこの中に含まれ
る。

(g)炭素数４〜18のアルカン又はアルケン脂肪酸とその
塩。塩はアンモニウム、カリウム又はナトリウムであ
る。

上記の(ｉ)〜(vii)で示される群から選ばれるアニオン
界面活性剤を用いると、上記のエマルション燃料の粘度
を著しく低下できることが最大の特長である。しかし、
系の安定性を保つ作用はノニオン界面活性剤に比較して
弱く、エマルション燃料を製造した後、比較的短い時間
に燃焼させる場合に特に適している。また、系の粘度を
著しく低下できるのでエマルション中の油の比率を高く
できる。即ち燃料としての価値を高めることができる。

本発明において使用される、上記の(ｉ)〜(vii)で示さ
れる群から選ばれるアニオン界面活性剤のうち特に、リ
グニンスルホン酸塩やリグニンスルホン酸とナフタリン
スルホン酸のホルマリン縮合物やそれらの塩、ナフタリ
ンスルホン酸塩ホマルリン縮合物が総合的に優れた性能
を示した。アニオン界面活性剤の作用は超重質油の粒子
の界面に吸着し、粒子が更に小さくなるのを助けると同
時に、粒子に荷重を与え粒子の再凝集を妨げることであ
る。

アニオン界面活性剤の添加量は超重質油100部に対し、
0.05〜10部、好ましくは0.1〜４部である。アニオン界
面活性剤は２種以上を混合したものを使用しても良い。
超重質油エマルション燃料製造の際、泡立ちはできるだ
け小さい方が好ましいが、一方、ある程度以上の親油基
の鎖長がないと超重質油の粒子表面に吸着してもその界
面エネルギーを十分に低下できないため、小さな粒子を
つくることができない。そのため、アニオン界面活性剤
の親油基の鎖長は炭素数４以上、好ましくは８以上であ
る方が、安定なエマルションをつくりやすい。リグニン
スルホン酸NaやナフタリンスルホンNaホルマリン縮合物
などはエマルション系の粘度を下げる効果は大変強い
が、系を安定に保つ力は強くはない。超重質油の粘性は
非常に高いため、一般に、80℃以上の高温で乳化して、
エマルション燃料を製造している。粘性が高いほど高い
温度が必要である。界面活性剤は、水、油のいずれに添
加しても良いが、水に添加した方が取り扱いが容易であ
る。

本発明のエマルション燃料を製造するための機械的な手
段としては、効率の良い攪拌手段ならば、どのような方
法でも良いし、２つ以上の方法の組み合わせでもよい。
特に高剪断型の攪拌装置が好ましい。例えば、ラインミ
キサー、矢羽根タービン翼、プロペラ翼、ブルマージン
型翼、バドル翼などである。

本発明で超重質油と呼んでいる油は高温に加温しないと
流動しない下記の油が含まれる。

(1) 石油系アスファルト類及びその油の混合物。

(2) 石油系アスファルト各種処理物、その中間製品、
残渣、及びそれらの油混合物。

(3) 高温で流動しない高流動点油あるいは原油。

(4) 石油系タールピッチ及びその油混合物。

(5) ビチューメン類（オリノコタール、アサバスカビ
チューメン）。

一般にナフテン系アスファルトは乳化が容易で、パラフ
ィン基油や混合基油で由来するアスファルトは乳化が難
しいと言われている。また、ナフテン系も揮発成分を十
分留出させて、重質留分が高いアスファルトでは乳化し
にくくなる。最近のアスファルトは揮発成分を十分に留
出させたものが多くなっているが、本発明のアスファル
トは従来の方法では長期間安定なエマルションを製造す
ること困難なアスファルトを主な対象としている。

オリノコタールなどのビチューメン類は蒸気注入法など
で油を抽出しているが、この工程で前記のアニオン界面
活性剤を使用できる。また、抽出後、砂その他の夾雑物
を除いたり、脱塩した後、前記のアニオン界面活性剤を
添加して超重質油のエマルション燃料を製造しても良
い。特に燃焼する直前に用いるとエマルション系の粘度
が下がり、均一なエマルションができると共に霧化が十
分できるため、不完全燃焼が殆どない燃焼に適した燃料
を製造できる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。

実施例１ 中東石油系アスファルト（針入度60〜80）、又はアサバ
スカビチューメン（軟化温度12.5℃、カナダ産）、水、
各種界面活性剤を合計量300ｇになるように所定量を秤
量し、800ml遠沈管に入れ、75℃に加温する。一定温度
に達した後、特殊機化工製、TKホモミキサー（低粘度攪
拌翼付）により攪拌し、エマルション燃料を調製し、60
℃の恒温槽に入れ、一定温度に達した後、粘度を測定し
た。粘度は芝浦システム（株）製ビスメトロンVS−AI
型，No.２，ローター60rpmで測定した。評価はエマルシ
ョンの粘度は篩の通過量の両者の結果から判定した。◎
＞○＞△＞×の順に良好である。

結果を表１及び表２に示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超重質油100重量部、水30〜80重量部、下
   記(ｉ)〜(vii)で示される群から選ばれるアニオン界面
   活性剤0.05〜10重量部を混合し乳化してなる超重質油エ
   マルション燃料。 （ｉ）ナフタリン、アルキルナフタリン、アルキルフェ
   ノール、アルキルベンゼンなどの芳香族環化合物のスル
   ホン酸又はスルホン酸塩のホルマリン縮合物。但し、ホ
   ルマリンの平均縮合度は1.2〜100、塩はアンモニウム、
   モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタ
   ノールアミン、トリエチルアミンなどの低級アミン、ナ
   トリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムなどの
   アルカリ金属又はアルカリ土類金属類である。 （ii）リグニンスルホン酸、リグニンスルホン酸塩、そ
   の誘導体、リグニンスルホン酸とナフタリン、アルキル
   ナフタリンなどの芳香族化合物のスルホン酸とのホルマ
   リン縮合物及びその塩。塩としては上記のいずれの場合
   も、アンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタノー
   ルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミンな
   どの低級アミン、ナトリウム、カリウム、カルシウム、
   マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属
   である。ホルマリンの平均縮合度は1.2〜50である。 （iii）ポリスチレンスルホン酸又はその塩及びスチレ
   ンスルホン酸と他の共重合性モノマーとの共重合体とそ
   の塩。但し、分子量は500〜50万、塩はアンモニウム、
   モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタ
   ノールアミン、トリエチルアミンなどの低級アミン、ナ
   トリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの
   アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。 （iv）ジシクロペンタジエンスルホン酸重合物又はその
   塩。重合物の分子量は500から50万、塩は、アンモニウ
   ム、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
   エタノールアミン、トリエチルアミンなどの低級アミ
   ン、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム
   などのアルカリ金属又はアルカリ土類金属類である。 （ｖ）無水マレイン酸又は／及び無水イタコン酸と他の
   共重合性モノマーとの共重合体とその酸及び塩。但し、
   分子量は500から50万、塩はアンモニウム又はナトリウ
   ム、カリウムなどのアルカリ金属類である。 （vi）液状ポリブタジエンのマレイン化物及びその塩。
   但し、液状ポリブタジエンの分子量は500〜20万、塩と
   しては、アンモニウム又はナトリウム、カリウムなどの
   アルカリ金属類である。 （vii）親水基を分子中に１個又は２個持つ、次のアニ
   オン界面活性剤。 (a) 炭素数４〜18のアルコールの硫酸エステル塩。但
   し、塩としては、アンモニウム、モノエタノールアミ
   ン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリ
   エチルアミンなどの低級アミン、ナトリウム、カリウ
   ム、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ金属又は
   アルカリ土類金属類である。 (b) 炭素数４〜18のアルカン、アルケン又は／及びア
   ルキルアリールスルホン酸又はその塩。但し、塩として
   は、アンモニウム、モノエタノールアミン、ジエタノー
   ルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミンな
   どの低級アミン、ナトリウム、カリウム、マグネシウ
   ム、カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金
   属類である。 (c) 活性水素を分子中に１個以上持つ化合物のアルキ
   レンオキシド付加物の硫酸化物又はリン酸エステル化物
   及びそれらの塩。塩としては、アンモニウム、ナトリウ
   ム、カリウム、マグネシウム又はカルシウムである。 (d) 炭素数４〜22の飽和又は不飽和脂肪酸のエステル
   であるスルホコハク酸塩。但し、塩としては、アンモニ
   ウム、ナトリウム又はカリウムである。 (e) アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸又はそ
   の塩。アルキル基は炭素数８〜18のアルキル基であり、
   塩はアンモニウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウ
   ム又はカルシウムである。 (f) ロジン酸又はその塩。塩としてはアンモニウム、
   ナトリウム又はカリウムである。ロジン酸と高級脂肪酸
   の混合酸であるトール油混酸とその塩もこの中に含まれ
   る。 (g) 炭素数４〜18のアルカン又はアルケン脂肪酸とそ
   の塩。塩はアンモニウム、カリウム又はナトリウムであ
   る。
2. 【請求項２】アニオン界面活性剤が請求項１記載の(ｉ)
   である請求項１記載の超重質油エマルション燃料。
3. 【請求項３】アニオン界面活性剤が請求項１記載の(ii)
   である請求項１記載の超重質油エマルション燃料。
4. 【請求項４】アニオン界面活性剤の添加量が超重質油10
   0重量部に対し、0.1〜４重量部である請求項１記載の超
   重質油エマルション燃料。