JPH06108071A - 重質油エマルジョン燃料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 重質油60〜85重量％、水10〜40重量％及び
ｉ）〜ix）の化合物のアルキレンオキシド付加物から選
んだHLB(親水性親油性バランス) 19.1以上のノニオン性
界面活性剤0.01〜５重量％からなる重質油エマルジョン
燃料。このエマルジョン燃料にアニオン性、カチオン性
及び／又は両性界面活性剤或は水溶性高分子を含有した
重質油エマルジョン燃料。ｉ）フェノール性水酸基を有
する化合物、ii）ｉ）の縮合物、iii）Ｃ２〜50の一価
の脂肪族アルコール、iv）Ｃ２〜50の一価の脂肪族アミ
ン、ｖ）アルキレンオキシドの重合物、vi）多価アルコ
ール、vii）多価アルコールとＣ８〜18の脂肪酸とのエ
ステル、viii）複数個の活性水素を有する多価アミン、
ix）トリグリセリド油脂１モルと１種以上の多価アルコ
ール及び／又は水0.1〜５モルとの混合物。 【効果】 ビチューメンやアスファルト等の重質油を重
油代替燃料として使用できる。重質油が高濃度で低粘度
である故に一般用の重油燃焼用ボイラーを使用出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重質油エマルジョン燃料
に関する。更に詳しくは、特定のノニオン性界面活性剤
からなる重質油の水性エマルジョン組成物であって、高
濃度／低粘度且つ貯蔵安定性に優れる重質油エマルジョ
ン燃料に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする問題】近年、
エネルギー源として最も多量に使用されてきた石油が、
その埋蔵量の限界やそれに伴う価格の高騰が起こってお
り、石油代替エネルギーの開発が要請されている。この
ような背景から、新たな化石資源として、オイルサンド
やビチューメン、更に石油の蒸留残渣やアスファルト等
の重質油の燃料化が検討されている。

【０００３】しかしながら、これらの重質油は通常減圧
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、又、燃焼ボイラーの配管などの閉塞トラブルを起こ
しやすく、極めて使用しにくい燃料である。

【０００４】この欠点を解決すべく、公開特許公報昭53
-104434 、公開特許公報昭61-247757 、公表特許公報昭
61-501754 が知られているが、これらのエマルジョン燃
料では、貯蔵安定性に問題があり、満足すべきエマルジ
ョン燃料とは言えない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は鋭意検討の
結果、特定のノニオン性界面活性剤と重質油からなる水
中油滴型のエマルジョン組成物が水に比較的近い粘度を
示し、常温〜90℃の温度で十分な霧化が可能であり、ハ
ンドリング性に優れる燃料であり、更に特定のノニオン
性界面活性剤の効果により、極めて高濃度であるにもか
かわらず流動性に優れ、且つ、長期間貯蔵してもエマル
ジョン表面の革張りや、沈澱、粘度増加の起きない極め
て安定性に優れたエマルジョン燃料であることを見出し
た。特に長期保存中のエマルジョン表面の革張りは、循
環ポンプや燃焼ノズルの閉塞の原因となるため極力その
発生を抑制しなければならないものである。

【０００６】即ち、本発明は、重質油が60〜85重量％、
水が10〜40重量％及び下記（ｉ）〜(iv)で示される化合
物のアルキレンオキシド付加物から選ばれるHLB(親水性
親油性バランス) 19.1以上のノニオン性界面活性剤0.01
〜５重量％からなる重質油エマルジョン燃料に関する。

【０００７】（ｉ）フェノール性水酸基を有する化合
物。 （ii) フェノール性水酸基を有する化合物の縮合物。 (iii)炭素数２〜50の一価の脂肪族アルコール。 (iv）炭素数２〜50の一価の脂肪族アミン。 (ｖ) アルキレンオキシドの重合物。 （vi）多価アルコール。 （vii)多価アルコールと炭素数８〜18の脂肪酸とのエス
テル。 (viii) 複数個の活性水素を有する多価アミン。 (iv) トリグリセライド型油脂１モルと、１種又は２種
以上の多価アルコール及び／又は水 0.1〜５モルとの混
合物。

【０００８】尚、アルキレンオキシドは、エチレンオキ
シド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド及びスチ
レンオキシドのいずれか１種以上であり、２種以上の場
合はブロックでもランダムでも可能である。

【０００９】本発明においては、ノニオン性界面活性剤
のHLB(親水性親油性バランス) が特に重要であり、十分
な乳化性能を有すると共に長期保存中のエマルジョン表
面の革張りを防止するために最適なHLB の存在を発見し
た。

【００１０】即ち、HLB が19.1以上であることが必要
で、これよりも低いHLB のノニオン性界面活性剤では、
乳化性能は有するがエマルジョン表面の革張り防止効果
は期待出来ない。

【００１１】ノニオン性界面活性剤のHLB 計算方法は数
種類知られているが、一例を下記に示す。

【００１２】

【数１】

【００１３】この式で示される様に、HLB の高いノニオ
ン性界面活性剤は一般にエチレンオキシドの付加モル数
が大きく、その結果、相対的に親水性が親油性に比べ強
くなる。一例としてポリオキシエチレンノニルフェニル
エーテルを例にとれば HLB19.1以上とは、エチレンオキ
シド付加モル数が90モル以上に相当する。

【００１４】本発明におけるエマルジョン表面の革張り
防止効果発現の機構は必ずしも定かではないが、次の様
に推察する。

【００１５】高濃度エマルジョンは、貯蔵中に気液界面
での水の移動が起こりエマルジョン中の水分が蒸発す
る。その結果、エマルジョン表面の水分量が低下し、増
粘→油滴の凝集→革張りへと進行する。ここにHLB の高
いノニオン性界面活性剤が系中に存在すると、そのノニ
オン性界面活性剤は親水性が強いために、相対的に油液
界面に存在するよりも気液界面に存在する確率が高くな
る。その結果、エマルジョン表面に界面活性剤の単分子
膜が形成され、水の蒸発が抑制される。更に、エチレン
オキシドと水との親和力が、エチレンオキシド鎖長が長
いために増し水分子の運動を阻害するものと推察され
る。

【００１６】ノニオン性界面活性剤の使用量は、エマル
ジョンの0.01〜５重量％の範囲であり、好ましくは 0.1
〜1.0 重量％である。これより少ない使用量では、重質
油の乳化及び貯蔵時の革張り防止効果が不充分であり、
これより多い使用量では不経済であるばかりではなく、
乳化時の泡立ちが多くなり好ましくない。

【００１７】本発明における他の併用可能な界面活性剤
としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性
剤及び両性界面活性剤のうちから選ばれる１種又は２種
以上の使用が可能である。使用量は、エマルジョンの0.
01〜５重量％の範囲であり、好ましくは0.05〜1.0 重量
％である。使用し得る界面活性剤としては下記のものが
挙げられる。

【００１８】＜アニオン性界面活性剤＞ (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。

【００１９】(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。

【００２０】(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。

【００２１】(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５00〜50万、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。

【００２２】(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 500〜50万、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。

【００２３】(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、アンモニウム及びナトリウム、カ
リウムなどのアルカリ金属類である。

【００２４】(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。

【００２５】(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。

【００２６】(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。

【００２７】(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。

【００２８】(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。

【００２９】(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。

【００３０】(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。

【００３１】(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。

【００３２】(h) 下記の一般式で表されるα−スルホ脂
肪酸エステル塩。

【００３３】

【化１】

【００３４】但し、R₁は炭素数６〜22のアルキル基又は
アルケニル基、R₂は炭素数１〜22のアルキル基、M は１
価又は２価の金属原子、NH₄ 、有機アミン、n は１又は
２を表す。

【００３５】＜カチオン性界面活性剤及び両性界面活性
剤＞ （Ｉ）炭素数４〜18のアルキル又は／及びアルケニルア
ミンを無機酸又は有機酸で中和したアルキル又は／及び
アルケニルアミン塩。

【００３６】（II）下記式 (１) 〜（３) で表される第
４級アンモニウム塩。

【００３７】

【化２】

【００３８】

【化３】

【００３９】

【化４】

【００４０】（III)次式で表されるアルキルベタイン。

【００４１】

【化５】

【００４２】（IV) 次式で表されるアルキルアミンオキ
サイド。

【００４３】

【化６】

【００４４】（Ｖ）次式で表されるアルキルアラニン。

【００４５】

【化７】

【００４６】（VI）次式（４）又は（５）で表されるポ
リアミート。

【００４７】

【化８】

【００４８】（VII)次式 (６) 又は (７) で表されるポ
リアミン塩。

【００４９】 RNHC₃H₆NHX' (６) RNH(C₃H₆NH)₂X' (７) （但し、R は前記と同じ意味を有し、X'は無機酸又は有
機酸である。） （VIII）次式で表されるイミダゾリン型両性界面活性
剤。

【００５０】

【化９】

【００５１】（IX）次式で表されるスルホベタイン型両
性界面活性剤。

【００５２】

【化１０】

【００５３】本発明においては、必要に応じて更に他の
成分の配合も可能である。すなわち貯蔵安定性の更なる
向上を目的として、分子量１万以上の水溶性高分子を、
エマルジョンの0.005 〜３重量％配合することが可能で
ある。使用し得る水溶性高分子としては下記のものが挙
げられる。

【００５４】＜水溶性合成高分子＞ （Ａ）次式で表されるアクリル酸及びその誘導体のホモ
ポリマー、及び他のモノマーとのコポリマー。

【００５５】

【化１１】

【００５６】但し、 R'：H, メチル基又はエチル基 M₁：H, Na, K, Li, NH₄

【００５７】

【化１２】

【００５８】いはその塩（NH₄,Na, K, Li)から誘導され
る２価の基、例えば、（無水）マレイン酸、（無水）イ
タコン酸、α−オレフィン、アクリルアミド、ビニルス
ルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、ア
クリルアミドメチルプロピルスルホン酸又はその塩（NH
₄, Na, K) 、ジアルキル（メチル又はエチル）エチルア
ミノメタアクリレート及びその塩（塩素、ジエチル硫
酸、ジメチル硫酸）。n ：50〜100,000 。

【００５９】（Ｂ）次式で表されるアクリルアミド及び
その誘導体のホモポリマー、及び他の共重合可能なモノ
マーとのコポリマー。

【００６０】

【化１３】

【００６１】但し、 R"：H, C₂H₄OH

【００６２】

【化１４】

【００６３】はその塩(NH₄, Na, K, Li)から誘導される
２価の基、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン
酸、メタリルスルホン酸、アクリルアミドメチルプロピ
ルスルホン酸、ジアルキル（メチル又はエチル）エチル
アミノメタアクリレート及びその塩（塩素、ジメチル硫
酸、ジエチル硫酸など）、スチレン、α−オレフィン
（C₂〜C₁₈)、ビニルアリルアルコール。n ：50〜100,00
0 。

【００６４】（Ｃ）無水マレイン酸又は無水イタコン酸
のホモポリマー、及び次式で表されるコポリマー。

【００６５】

【化１５】

【００６６】但し、 M₂：無水マレイン酸又は無水イタコン酸残基 Z₃：α−オレフィン（エチレン、プロピレン、ブチレ
ン、イソブチレン、オクテン、デセン、ドデセン等）又
はスチレン残基 n ：50〜100,000 。

【００６７】（Ｄ）ビニルアルコールのホモポリマー及
び次式で表されるコポリマー。

【００６８】

【化１６】

【００６９】但し、 Z₄：酢酸ビニル又はスチレン残基 n'：30〜100,000 。

【００７０】（Ｅ）ビニルピロリドンのホモポリマー及
び次式で表されるコポリマー。

【００７１】

【化１７】

【００７２】但し、 Z₅：ビニルピロリドンと共重合可能なモノマー又はその
塩（NH₄, Na, K, Li) から誘導される２価の基、例え
ば、アクリルアミド、ビニルスルホン酸、メタリルスル
ホン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、スチレン、
α−オレフィン（C₂〜C₁₈)など。 n ：50〜100,000 。

【００７３】（Ｆ）分子量１万〜500 万のポリアルキレ
ンオキシド（但し、エチレンオキシド95％以上）。５％
以下のプロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレ
ンオキシドの各々のブロックポリマーやアルキルアリ
ル、アルキル基などを分子中に持つものも含まれる。

【００７４】本発明の重質油エマルジョン燃料中の水の
配合量は、10〜40重量％、更に望ましくは15〜25重量％
である。水の配合量がこれより少ないと、エマルジョン
表面の革張りが発生し易くなると共に流動性に劣るエマ
ルジョンしか得られない。また水の配合量がこれより多
いと、燃料としての発熱量が低下し直接燃焼が困難にな
る場合もあり回避すべきである。

【００７５】本発明で使用される重質油とは、常温では
流動性に乏しく高温に加熱しないと流動しない油で、下
記油が含まれる。 (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、及びそれらの混合物 (3) 常温で流動しない高流動点油或いは原油 (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、天然アスファルト、オリノコター
ル 更に限定するならば、常圧での沸点 340℃以上の成分を
90重量％以上含むものが好ましい。

【００７６】

【発明の効果】上述の如く、本発明による、貯蔵安定性
に優れる重質油のエマルジョンは、従来エネルギー源と
して有効に利用されていなかったビチューメンやアスフ
ァルト等の重質油を、重油代替燃料とし使用可能ならし
る画期的な発明である。又、本発明による燃料は、重質
油が高濃度であると共に水に近い低粘度である故に、従
来から一般に使用されている重油燃焼用ボイラーを改造
することなく使用出来る可能性がある。

【００７７】

【実施例】以下実施例により本発明を詳述するが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。

【００７８】実施例１ アラビアンライト原油から得られたアスファルト（比重
1.015,粘度595cP/100℃、軟化点29℃、針入度370/25
℃）210g, 水90g,及び、HLB の異なるノニオン性界面活
性剤3.0gを秤量し、80℃の温度下にて、特殊機化工業
（株）製のTKホモミキサ（低粘度攪拌翼付き）を用いて
エマルジョン燃料を調製した。攪拌翼の回転数は5000rp
m とし、攪拌時間は３分間とした。調製後20℃にて24時
間放置後、エマルジョンの平均粒径、粘度、貯蔵安定性
を測定した。結果を表１、表２に示した。

【００７９】測定方法は下記の通りである。 平均粒径；レーザー回析／散乱式粒度分布測定装置
（（株）堀場製作所LA700)により測定し、メシアン径を
求めた。 粘度；東京計器製造所製 B型粘度計（形式BM）を用い、
ローターNo３を用い60rpm にて、回転開始１分後の値を
測定した。 安定性；沈降試験管（100cc)を用い、静置１ヶ月後の状
態を観察し、表面層の革張りの有無、浮き水の有無及び
下層への沈澱の有無を３ランク（あり、少しあり、な
し）で評価した。

【００８０】

【表１】

【００８１】

【表２】

【００８２】表１の測定結果より、HLB 19.1未満のノニ
オン性界面活性剤を用いた実験No1,No3,No5,No7 では、
エマルジョンの製造は可能であるが、貯蔵安定性に問題
があり、特に表面の革張りが顕著であり実用上問題であ
る。一方、HLB 19.1以上のノニオン性界面活性剤を用い
た実験No2,No4,No6,No8 では、高濃度／低粘度のエマル
ジョンの製造は可能であり、貯蔵安定性にも優れてい
る。特に表面の革張りは認められない。更に、表２の測
定結果より、HLB 19.1以上のノニオン性界面活性剤と添
加剤を併用した実験No9,No10,No11,No12では、安定性に
関する革張り／浮き水／沈降を完全に防止することが可
能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐竹 信一 東京都港区西新橋一丁目三番十二号（日石 本館内) (72)発明者 山下 忠一 神奈川県横浜市中区千鳥町八番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重質油が60〜85重量％、水が10〜40重量
   ％及び下記 (ｉ）〜(iv)で示される化合物のアルキレン
   オキシド付加物から選ばれるHLB(親水性親油性バラン
   ス) 19.1以上のノニオン性界面活性剤0.01〜５重量％か
   らなる重質油エマルジョン燃料。 （ｉ）フェノール性水酸基を有する化合物。 （ii) フェノール性水酸基を有する化合物の縮合物。 (iii)炭素数２〜50の一価の脂肪族アルコール。 (iv）炭素数２〜50の一価の脂肪族アミン。 (ｖ) アルキレンオキシドの重合物。 （vi）多価アルコール。 （vii)多価アルコールと炭素数８〜18の脂肪酸とのエス
   テル。 (viii) 複数個の活性水素を有する多価アミン。 (iv) トリグリセライド型油脂１モルと、１種又は２種
   以上の多価アルコール及び／又は水 0.1〜５モルとの混
   合物。
2. 【請求項２】 アニオン性界面活性剤、カチオン性界面
   活性剤及び両性界面活性剤の中から１種又は２種以上を
   含有する請求項１記載のエマルジョン燃料。
3. 【請求項３】 水溶性高分子を含有する請求項１又は２
   記載のエマルジョン燃料。