JPH0450958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ボイラ用、各種炉用および内燃機関
用などの燃料に適した、重油中に石炭粉末等の炭
素質固体燃料粉末と水を分散させてなる安定化し
た炭素質固体燃料粉末と重油との混合燃料に関す
るものである。 重油に、石炭粉末、石油コークス粉末等の炭素
質固体燃料粉末を混合した混合燃料は、石炭粉末
等の粉体爆発のおそれななく、石炭粉末等を液体
燃料のように取扱うことができ、重油の消費量が
少なく、重油を助燃料として石炭粉末等を多量に
燃焼させることができるので、石油シヨツク以来
その研究がとみに重視されてきている。重油中に
石炭粉末等を混合した混合燃料は、粘度が重油よ
り高くなるので重油と同様加熱して温度をあげて
燃焼させるが、石炭粉末等の比重が重油の比重よ
り遥かに大きいため、石炭粉末等を相当に微粉化
しても沈降分離しやすい傾向がある。沈降すると
パイプ、バルブ、バーナーノズル等をふさぐおそ
れがあるので、分散をよくするため重油中に界面
活性剤その他が添加されている。 また、この混合燃料中に水を分散させることも
検討されている。水の存在は、燃料の際混合燃料
を微粒化して燃焼効率をよくし、また燃焼排気ガ
スの窒素酸化物、一酸化炭素の含有量を低下させ
る等の効果があるためである。この水の分散に界
面活性剤を用いている。界面活性剤の使用は、乳
化分散を容易にするが、混合燃料を加温して保温
状態で貯蔵するとき部分的に水や石炭粉末等を分
離する傾向があり、燃焼の際にトラブルを生ずる
欠点がある。 本発明は、上記問題を解決するため、重油中に
石炭粉末等の炭素質固体燃料の粉末と水を分散さ
せ、石炭粉末等の分散および水の乳化分散が良好
で燃焼効率のよい炭素質固体燃料と重油との混合
燃料を提供することを目的とするものである。 即ち、本発明によれば、重油中に炭素質固体燃
料粉末と水溶性高分子化合物の稀薄水溶液を分散
させてなる混合燃料であつて、 (a) 前記炭素質固体燃料粉末と重油が、炭素質固
体燃料粉末70〜30重量％、重油30〜70重量％の
範囲で混合され、 (b) 前記水溶性高分子化合物がゼラチン及び膠か
らなる群から選ばれる一の分散乳化剤であり、
前記稀薄水溶液中の分散乳化剤の濃度が１〜
0.0001重量％であり、 (c) 前記稀薄水溶液の重油に対する混合割合が、
重油70〜99容積％、稀薄水溶液30〜１容積％で
あり、かつ (d) 重油中に分散する稀薄水溶液の粒子の大きさ
が直径５〜30μmである、 ことを特徴とする炭素質固体燃料粉末と重油との
混合燃料、が提供される。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明でいう重油とは、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重
油、これらの重油を適宜混合した混合重油、これ
らの重油に軽油等の他の燃料油を混入したもの、
またはこれらの重油に重質釜残油（例えばアスフ
アルト）を混入したもの等を意味する。また重質
原油、原油から軽い部分を蒸留した残留物の釜残
燃料油等も使用できる。 また炭素質固体燃料粉末とは、亜炭、褐炭、歴
青炭、無煙炭等の石炭粉末、コークス粉末、石油
コークス粉末等のほか、木炭粉末、活性炭粉末等
も使用することができる。これらの炭素質固体燃
料粉末は、微粒子状のものが良く、その大半が
200メツシユふるいを通過するもの、好ましくは
300メツシユふるいを通過するものを用いる。粒
径が大きいと沈降しやすいだけでなく炭素質固体
燃料粉末の発火性および燃焼性が低下する。 本発明で使用する水溶性高分子化合物は、ゼラ
チン、膠、カゼインのアルカリ塩、アルブミン、
ヘモグロビン、ポリビニールアルコール、アルギ
ン酸のアルカリ塩、メチルセルローズ、ヒドロキ
シエチルセルローズ、ヒドロキシプロピルセルロ
ーズ、リチウムカルボキシメチルセルローズ
（CMC）、ポリビニールピロリドン、ポリアクリ
ル酸とその塩、ポリアクリルアマイド、ポリエチ
レンイミン、ポリエチレングリコール、澱粉、カ
チオン澱粉、デキストリン、アラビアゴムなどで
ある。これらは単独でまたは２種以上併用して用
いることができる。また、ナフタリンホルマリン
縮合物のスルホン酸塩、芳香族多環縮合物のスル
ホン酸塩、トリアジン系分散剤、リグニン系分散
剤などを用いることもできる。 水溶性高分子化合物の中では、ゼラチン、膠等
が使用量が少くてすみ分散効果が優れている。 水溶性高分子化合物の稀薄水溶液中の水溶性高
分子化合物の濃度は１〜0.0001重量％、好ましく
は0.5〜0.001重量％であるが、水溶性高分子化合
物の種類により異なる。例えば、ゼラチン、膠で
は0.1〜0.001重量％の範囲で実用することができ
る。また炭素質固体燃料粉末の分散量によつても
異なる。一般に、炭素質固体燃料粉末の分散量が
多くなれば、それに伴つて多少使用量が増加す
る。水溶性高分子化合物の稀薄水溶液（以下、水
成分という）は、水溶性高分子化合物を上述した
割合の範囲で水に溶解させた水溶液であるが、こ
のほかに防腐剤、殺菌剤等を添加することができ
る。また少量の界面活性剤、分散剤、水溶性塩
類、酸、アルカリ、その他油煙、煤、カーボンブ
ラツク等の固形物質の微粒子を分散させておくこ
ともできる。更にまた、水溶性高分子化合物の稀
薄水溶液として墨汁のように膠の存在で油煙、煤
等を水に分散させたものを用いることもできる。 重油に対する水成分の割合は、炭素質固体燃料
粉末の混合率によつて異なるが、一般に混合燃料
中の炭素質固体燃料粉末の発火性、燃焼性を考慮
すると重油70〜99容積％、水成分１〜30容積％、
好ましくは重油75容積％以上、水成分25容積％以
下が実用的である。しかしながら燃焼性を考慮し
なければ重油に水成分を等容積程度までは容易に
分散させることがきる。 炭素質固体燃料粉末と重油との混合割合は、通
常炭素質固体燃料粉末70〜30重量％、重油30〜70
重量％の範囲である。 重油中に炭素質固体燃料粉末と水成分を分散さ
せるときの重油の温度は特別に規定する必要はな
く、適宜の温度を用いることができる。通常30〜
60℃の温度範囲の重油が対象となるが、これより
温度が低いもの、また温度が高いものも使用可能
である。 水成分の温度は、室温が用いられるが、加温し
ても差支えない。一般に加温しないでも良好に乳
化することができる。 炭素質固体燃料粉末の温度は、室温が用いられ
るが、加温しても差支えない。 重油中に炭素質固体燃料粉末や水成分を分散乳
化させるには、これらを通常の攪拌装置で攪拌混
合すれば十分である。例えば、適当な攪拌機を備
えた攪拌混合槽に重油、炭素質固体燃料粉末およ
び水成分を入れて攪拌混合すればよい。 攪拌混合装置としては種々のものが使用でき
る。例えば、羽根型、パドル型、プロペラ型、ラ
セン軸型、ラセンリボン型など種々の攪拌混合機
を使用することができる。通常、攪拌速度は１分
間に200回転以下でよい。一般に約50〜150回転／
分程度の低せん断力下で攪拌混合する。混合は炭
素質固体燃料粉末や水成分が重油成分中に微粒子
状に分散するまで続けるが、その分散状態は通常
数分間以内に達成することができる。低速回転に
よる攪拌混合は生成される混合燃料に気泡を導入
する傾向が少なく、良好な分散が得られる。回転
が早いと気泡が導入されこれが混合燃料から中々
抜けず、燃焼の際に燃焼効率を低下させる原因と
なる。また、気泡の導入を防止するために消泡剤
を少量添加することもできる。 また、ホモミキサ、ホモジナイザー、コロイド
ミルのような乳化機も用いることができる。この
場合には、不可避的に生成された混合燃料油の中
に気泡を巻き込んでいるので、これを時間をかけ
て抜気するが、減圧にして抜気するか、その他適
当な方法で抜気する必要がある。 上記において、重油に炭素質固体燃料粉末と水
成分を分散させるのには、どちらを先に添加して
もまた同時に添加してもよい。例えば重油中に水
成分を添加混合して油中水滴型エマルジヨンを造
り、これに炭素質固体燃料粉末を混合する方法、
重油中に炭素質固体燃料粉末を添加混合し、これ
に水成分を混合する方法、重油中に炭素質固体燃
料粉末と水成分の混合物を混合する方法、また重
油、炭素質固体燃料粉末および水成分の混合物を
同時に混合する方法などを用いることができる。
また、炭素質固体燃料粉末と水成分の混合物に水
溶性高分子化合物またはその水溶液を加えて、こ
れに重油を混合してもよい。 重油中に分散する水成分の粒子の大きさは直径
100μm以下である。ボイラーや各種炉で燃焼する
場合は余り水成分の粒子が細かくない方がよく、
粒径５〜30μmのものが燃焼の際バーナノズルか
ら噴出される油滴が微爆するのに適しており、内
燃機関ではこれより水成分が微粒子に分散してい
る方が有利である。前者の場合は乳化機による乳
化より低せん断力による攪拌混合の方が好まし
く、後者の場合には乳化機による乳化が適する。 また、重油中に炭素質固体燃料粉末の分散を良
好にするために従来用いられている公知の方法を
併用して用いることもできる。例えば、アミン系
界面活性剤（例えば牛脂ジアミン、オリイルプロ
ピレンジアミン等）、その高級脂肪酸塩、高級脂
肪酸、金属石鹸（例えばナフテン酸亜鉛、ナフテ
ン酸マグネシウム等）、レシチン、脂肪酸アマイ
ド等の添加剤を重油に少量（例えば0.〜0.5重量
％）溶解させておいて重油中の炭素質固体燃料粉
末の分散を良くすることもできる。本発明の混合
燃料では、重油への水成分の乳化分散が良好であ
り、その乳化分散を助ける水溶性高分子化合物の
作用効果を添加剤が妨げない限り、これらの添加
剤の併用は可能である。またこれらの添加剤を少
量併用することにより、より安定な混合燃料を造
ることも可能である。 次に本発明の混合燃料の特長と作用効果につい
て要約して説明する。 (1) 混合燃料は、重油の油中水滴型エマルジヨン
中に炭素質固体燃料粉末が分散しているもの
で、重油中に炭素質固体燃料粉末と水を分散さ
せるのに僅かな量の水溶性高分子化合物を用い
ている。水溶性高分子化合物の存在は重油への
水の分散乳化を容易にし、且つ比較的高い温度
で混合燃料を貯蔵しても水の分離、遊離がなく
水粒子の分散が安定していて更に炭素質固体燃
料粉末の沈降、分離が少なく安定した混合燃料
となつている。 (2) 混合燃料の重油と炭素質固体燃料粉末の割合
は通常重油30〜70重量％、炭素質固体燃料粉末
70〜30重量％の範囲である。これ以上の炭素質
固体燃料粉末を混合することもできるが混合燃
料の粘度が高くなり実用に適さなくなる。混合
燃料中の水成分の量は重油と水成分との関係で
いうと重油70〜99容積％、水成分１〜30容積
％、好ましくは重油75容積％以上、水成分１〜
25容積％以下が好ましい。また、炭素質固体燃
料粉末の粒径はその大半が200メツシユふるい
を通過するもの、好ましくは300メツシユふる
いを通過するものがよい。かくして炭素質固体
燃料粉末の発火点、燃焼性等において遜色な
く、実用的で燃焼効率がよく、燃焼性良好で燃
焼排気ガスもクリーンな混合燃料を得ることが
できる。 (3) 混合燃料をバーナーで燃焼するとバーナーの
炎色は白色を呈し、完全燃焼するので、煙が出
ない。 (4) 混合燃料の燃焼による排気は、重油や炭素質
固体燃料粉末あるいは両者の混合燃料に比べて
クリーンで無色の煙であり、NOx，CO等も遥
かに低い。 (5) 混合燃料は比較的高い温度に保温された状態
で長期間安定である。その理由は次のように考
えられる。 水に溶解している水溶性高分子化合物が、重
油中に水を乳化分散させる機能のほかに、乳化
分散している微小の水滴内にあつて水を保持し
水滴を安定化するものとともに、その水滴の界
面に重油中に分散している炭素質固体燃料粉末
粒子が配位して水滴とも接して安定な分散状態
をとつていると思われる。 (6) 混合燃料は、燃焼の際バーナーノズルから出
た混合燃料の液滴が液滴中に水滴の急激な蒸発
による微爆により更に微粒子化して燃焼するの
で燃焼性がよく、また水蒸気の存在は燃焼の際
その触媒的作用により極端な過剰な空気を必要
とせずにおだやかに完全燃焼できるので燃焼温
度も重油に比べて低くなり、排気ガスのNOx，
SOx，CO等が著しく低下する。また排気ガス
の温度も低くなり熱損失が少なくなる。更に燃
焼温度が低くなるためにボイラーや燃焼炉、更
には内燃焼機関等の高温加熱による劣化も緩和
するのでこれらの耐久性も増大する効果を有す
る。 以下、本発明の実施例について更に詳しく説明
する。 実施例 １ 水道水98重量部に膠２重量部を溶解し、膠の２
％水溶液を造る。この水溶液を水道水でうすめて
0.02％の水溶液を造り水成分とした。 次に、歴青炭（比重1.5）を磨砕機で粉砕し200
メツシユふるいを通し石炭粉末とした。その約70
％は300メツシユふるいを通つた。 次いで、プロペラ型攪拌機付円筒型攪拌混合槽
で以下の手順により表−１に示す混合比の混合燃
料15種類を得た。即ち、約40℃のＣ重油に約25℃
の水成分を加えて約５分間混合し、ついで石炭粉
末を加えて約５分間混合し、混合燃料を得た。攪
拌機の回転数は140〜150回／分であつた。

【表】 石炭粉末の比

【表】 石炭粉末の比

これらの混合燃料を夫々試験管に入れて、この
試験管を50±２℃の恒温槽内に放置し、１週間
後、２週間後、３週間後及び４週間後の混合燃料
の水粒子の乳化分散状態、水の分離、遊離の有
無、石炭粉末の分散、沈降等について試験管内の
混合燃料の上部約２〜３cmのところから試料をと
つて顕微鏡で調べた。 いづれも水、石炭粉末の分散状態は良好であつ
た。 上記のうち、No.２，No.５，No.８，No.９，No.11、
およびNo.14の混合燃料について重油バーナーで燃
焼させたところ、No.11およびNo.14では、他に比べ
て発火性、燃焼性が低下し石炭粉末が燃焼しきれ
なくなる傾向がみられた。 実施例 ２ 次に、重油、水成分および炭素質固体燃料粉末
の種類を変えて実験した。即ち、水道水98重量部
にゼラチン２重量部を溶解し、ゼラチンの２％水
溶液を造り、この水溶液をさらに水道水でうすめ
て0.01％の水溶液を造り、これを水成分とした。 石油コークス（比重1.38）を磨砕機で粉砕し、
300メツシユふるいを通したものを石油コークス
粉末とした。 実施例１と同じ条件、および攪拌混合槽を用い
て、Ｂ重油100重量部に水成分20重量部を加えて
５分間混合し、更に石油コークス粉末100重量部
を加えて５分間混合し、石油コークスおよび水の
分散が良好で貯蔵安定性の良い混合燃料を得た。 実施例 ３ 実施例２で使用した水成分10重量部とＣ重油90
重量部をホモミキサを用いて５分間混合し、これ
に実施例２で使用した石油コークス粉末100重量
部を添加し５分間混合し、石油コークスおよび水
の分散が良好で貯蔵安定性の良い混合燃料を得
た。 実施例 ４ 約30℃のＢ重油100重量部に約25℃のポリビニ
ールアルコール0.05％水溶液20重量部を添加し、
プロペラ型攪拌機で120回／分の回転速度で６分
間攪拌混合し、更にこれに実施例１で使用した石
炭粉末100重量部を添加して５分間混合し、石炭
粉末と水の分散が良好で貯蔵安定性のよい混合燃
料を得た。 上記実施例１のNo.５，No.８、実施例２、実施例
３の各混合燃料についてボイラーにより約２分間
の燃焼試験を行つたが、燃焼は完全燃焼で排ガス
中に黒い煙は全くみられず、バーナーの燃焼の色
も白色光で燃焼は良好であつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重油中に炭素質固体燃料粉末と水溶性高分子
   化合物の稀薄水溶液を分解させてなる混合燃料で
   あつて、 (a) 前記炭素質固体燃料粉末と重油が、炭素質固
   体燃料粉末70〜30重量％、重油30〜70重量％の
   範囲で混合され、 (b) 前記水溶性高分子化合物がゼラチン及び膠か
   らなる群から選ばれる一の分散乳化剤であり、
   前記稀薄水溶液中の分散乳化剤の濃度が１〜
   0.0001重量％であり、 (c) 前記稀薄水溶液の重油に対する混合割合が、
   重油70〜99容積％、稀薄水溶液30〜１容積％で
   あり、かつ (d) 重油中に分散する稀薄水溶液の粒子の大きさ
   が直径５〜30μmである、 ことを特徴とする炭素質固体燃料粉末と重油との
   混合燃料。