JPH06346071A

JPH06346071A - エマルジョン燃料

Info

Publication number: JPH06346071A
Application number: JP13333393A
Authority: JP
Inventors: Masanori Iizuka; 正則飯塚; Takao Taniguchi; 高雄谷口; Kazuo Isobe; 和雄磯部; Sayuri Tamaoki; さゆり玉置
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-20

Abstract

(57)【要約】【構成】 (a)石油系流体燃料と食用油脂回収油の混合
油60〜90重量％及び水10〜40重量％からなる混合物と
(b)該混合物に対して 0.1〜5.0 重量％の界面活性剤と
を含有してなる（水中油滴型）エマルジョン燃料。【効果】資源環境問題からその有効利用が望まれてい
る食用油脂回収油の配合効果により、長期間貯蔵しても
エマルジョンの分離や分解の起きない極めて安定性に優
れた燃料であり、またエマルジョン化することで排気ガ
ス中の煤塵や窒素酸化物が大きく低減でき、クリーンな
燃料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエマルジョン燃料に関す
る。更に詳しくは、石油系流体燃料、水、界面活性剤及
び食用油脂回収油から成るエマルジョン組成物であっ
て、貯蔵安定性に優れ且つクリーンな燃料を提供するエ
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課題】近年、
地球環境に対する関心が高まり、燃焼排気ガスのクリー
ン化が社会の要請として高まっている。そのような状況
の中で特開昭59−129291号、特開昭59−129292号、特開
平４−234492号の様な軽油、灯油、重油などの石油系流
体燃料のエマルジョン化が検討されている。しかしなが
らこれらのエマルジョン燃料は高価な活性剤を多量に必
要とする点、或いは安定性について不満足なものであっ
た。一方、環境汚染の問題から、最近全国で年間数百万
トンが使用されると言われる食用油のうち、ファースト
フードや菓子メーカーから出される廃油が回収油として
回収されるようになった。今後さらにその回収率の向上
が予想される。しかし、この回収油の有効な用途開発が
なされておらず、その資源の有効利用としての用途開発
が望まれている。

【０００３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は鋭意
研究の結果、石油系流体燃料と、資源環境問題からその
有効利用が望まれている食用油脂回収油とを主成分とす
るクリーンなエマルジョン燃料を開発した。

【０００４】即ち本発明は、食用油脂回収油を含有する
ことを特徴とする石油系流体の水エマルジョン燃料に関
するものであり、更に詳しくは、 (a)石油系流体燃料と
食用油脂回収油の混合油60〜90重量％及び水10〜40重量
％からなる混合物と (b)該混合物に対して 0.1〜5.0 重
量％の界面活性剤とを含有してなる（水中油滴型）エマ
ルジョン燃料に関するものである。

【０００５】この組成物は食用油脂回収油の配合効果に
より、長期間貯蔵してもエマルジョンの分離や分解の起
きない極めて安定性に優れた燃料であり、またエマルジ
ョン化することで排気ガス中の煤塵や窒素酸化物が大き
く低減でき、クリーンな燃料であることを見出した。

【０００６】本発明における長期安定性付与の機構は必
ずしも定かではないが、次の様に推察する。

【０００７】互いに溶け合わない二種類の液体の一方が
他方に細粒状に分散した状態にあるエマルジョンは、二
液の界面積の増大に伴い界面の自由エネルギーが増大す
るために、熱力学的に不安定な非平衡系であり、分散状
態は時間と共に変化し、エマルジョン状態は解消の方向
に向かう。界面の自由エネルギーを低減させ、系の安定
性を向上させる目的で界面活性剤の使用が一般的である
が、いかに性能の良い界面活性剤を使用しても、界面自
由エネルギーはゼロにはならず、真に安定性の良いエマ
ルジョンを得ることは困難である。

【０００８】そこで本発明者等は水と石油系流体燃料の
界面に着目し、食用油脂回収油を添加すると、食用油脂
回収油中の脂肪酸分子が界面相に優先的に配向し、水と
石油系流体燃料の界面自由エネルギーを低減させ、系の
安定性を高めるものと推定した。

【０００９】また本発明における排気ガス中の煤塵およ
び窒素酸化物濃度が低減するという効果については次の
様に推定する。

【００１０】エマルジョン燃料には数十％の水が含まれ
ている。この水は燃焼炉内において急激に加熱されるこ
とにより突沸し、周辺に存在する油をはねとばす。この
現象を水蒸気爆裂による油滴の二次微粒化という。ボイ
ラーや加熱炉などの燃料直噴形の燃焼器では、バーナー
から噴霧された油滴が、燃焼の途中で水蒸気爆裂により
二次微粒化される。この水蒸気爆裂による二次微粒化の
効果および水そのものの存在効果により、油滴の燃焼形
態は大きく変化する。すなわち、微粒化により酸素との
接触／混合性が向上し、水性ガス反応の促進により燃焼
性が改善され、煤塵の発生が大幅に低減する。また、水
の蒸発潜熱による火炎温度の低減および微粒子の高温域
短時間通過によりサーマルNO_xの大幅なる低減が計られ
る。この水蒸気爆裂による二次微粒化は、エマルジョン
燃料を単独で燃焼した場合には生起しているが、石油系
流体燃料を単独で燃焼した場合には生起していない。し
かるに、エマルジョン燃料と石油系流体燃料を混合燃焼
した場合には、水蒸気爆裂による二次微粒化効果はエマ
ルジョン燃料と石油系流体燃料の両者において生起し、
煤塵および窒素酸化物の低減が相乗的に働くものと推定
する。

【００１１】本発明における石油系流体燃料は、原油を
精製して得られる流体燃料で、常温において流動性を有
するものであれば良い。例えばガソリン、灯油、軽油お
よび重油あるいはそれらの混合物が挙げられる。

【００１２】本発明における食用油脂回収油とは、ファ
ーストフード、菓子メーカー、一般家庭より多量に廃出
される大豆油、なたね油、とうもろこし油などの使用済
食用油脂回収油で、匂い、色があるため今まで有効に利
用されなかったものである。食用油の酸価は一般に１以
下であるが、回収油では酸敗が進み１〜30の大きな値を
示す。その他の物性についても、ケン化価は50〜250 、
ヨウ素価では10〜150程度の値を示し、使用前に比べ若
干変化する場合がある。これらの油脂を構成する脂肪酸
は様々であるが、C₁₈(Cは炭素を示す）を多く含み、そ
の他の構成脂肪酸としては、C₁₂, C₁₄, C₁₆, C₂₀, C₂₂,
C₂₄などである。

【００１３】本発明におけるエマルジョン燃料の石油系
流体燃料と食用油脂回収油との混合油と水との重量比は
60：40〜90：10、好ましくは70：30〜85：15である。混
合油の割合が低すぎると発熱量が低下すると共に、場合
によっては直接燃焼が困難になる。逆に、混合油の割合
が高過ぎるとエマルジョンの粘度が高くなり流動性が低
下すると共に、貯蔵中に粒子の合一や凝集が起こり、貯
蔵安定性が低下する。

【００１４】石油系流体燃料と食用油脂回収油の配合比
率は、燃焼性から５：95〜95：５で、好ましくは20：80
〜80：20である。石油系流体燃料が多いと石油系流体燃
料に起因するフューエルNO_xと煤塵が増加する。また、
回収油が多いと燃え切り性が良くなるが、火炎温度の上
昇に起因するサーマルNO_xが増加する。

【００１５】本発明における界面活性剤としては、ノニ
オン性界面活性剤、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種以上を使用する。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。

【００１６】＜ノニオン性界面活性剤＞（ｉ）フェノール、クレゾール、ブチルフェノール、ノ
ニルフェノール、ジノニルフェノール、ドデシルフェノ
ール、パラクミルフェノール、ビスフェノールAなどの
フェノール性水酸基を有する化合物のアルキレンオキシ
ド付加物。（ii）アルキルフェノール、フェノール、メタクレゾー
ル、スチレン化フェノール、ベンジル化フェノールなど
のフェノール性水酸基を有する化合物のホルマリン縮合
物のアルキレンオキシド付加物。縮合度の平均は1.2 〜
100 、好ましくは２〜20である。（iii)炭素数２〜50の一価の脂肪族アルコールのアルキ
レンオキシド付加物。（iv) 炭素数２〜50の一価の脂肪族アミンのアルキレン
オキシド付加物。（ｖ）アルキレンオキシドのブロック又はランダム付加
重合物。（vi）多価アルコールのアルキレンオキシド付加物。（vii)多価アルコールと炭素数８〜18の脂肪酸とのエス
テルのアルキレンオキシド付加物。 (viii)エチレンジアミン、テトラエチレンジアミン、ポ
リエチレンイミン（分子量 600〜１万) などの複数個の
活性水素を有する多価アミンのアルキレンオキシド付加
物。（ix) トリグリセライド型油脂１モルと、多価アルコー
ル及び／又は水0.1 〜５モルとの混合物に、アルキレン
オキシドを付加反応させた生成物 (ｘ) アルコキシポリオキシアルキレン脂肪酸エステ
ル。

【００１７】尚、上記(vi)、(vii) の多価アルコールと
しては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタ
エリスリトール、ソルビトール、ショ糖、ポリグリセリ
ン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プ
ロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等が例
示される。

【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。好ましく
は、ホルマリンの平均縮合度は 1.2〜100 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。好ましくは、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。好ましくは、分子量は 500〜50万であ
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。好ましくは、重合物の分子量は 500〜
50万である。

【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。好ましくは、分子量は 500〜50万である。

【００２３】(VI) 液状ポリブタジエンのマレイン化物
及びその塩。好ましくは、液状ポリブタジエンの分子量
は 500〜20万である。

【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。 (a) 炭素数４〜18のアルコールの硫酸エステル塩。 (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。 (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。 (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。 (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のアルキル基である。 (f) ロジン酸又はその塩。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。 (g) 炭素数４〜18のアルカン又はアルケン脂肪酸とその
塩。 (h) 下記の一般式で表されるα−スルホ脂肪酸エステル
塩。

【００２５】

【化１】

【００２６】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。

【００２７】尚、（Ｉ）〜 (VII)の化合物について、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。

【００２８】＜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。

【００２９】（II）下記式 (１) 〜（３) で表される第
４級アンモニウム塩。

【００３０】

【化２】

【００３１】

【化３】

【００３２】

【化４】

【００３３】（III)次式で表されるアルキルベタイン。

【００３４】

【化５】

【００３５】（IV) 次式で表されるアルキルアミンオキ
サイド。

【００３６】

【化６】

【００３７】（Ｖ）次式で表されるアルキルアラニン。

【００３８】

【化７】

【００３９】（VI）次式（４）又は（５）で表されるポ
リアミート。

【００４０】

【化８】

【００４１】（VII)次式 (６) 又は (７) で表されるポ
リアミン塩。

【００４２】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。

【００４３】

【化９】

【００４４】（IX）次式で表されるスルホベタイン型両
性界面活性剤。

【００４５】

【化１０】

【００４６】界面活性剤の使用量は、混合油と水との混
合物に対して 0.1〜５重量％の範囲であり、好ましくは
0.1〜１重量％である。これより少ない使用量では混合
油の乳化及び乳化安定性の発現が不充分であり、これよ
り多い使用量では不経済であるばかりでなく、乳化時の
泡立ちや粒径制御が困難となり好ましくない。

【００４７】本発明のエマルジョン燃料中の水の配合量
は重要であり、混合油中の石油系流体燃料の割合によっ
ても増減させる方が好ましい。つまり、石油系流体燃料
分が多ければやや多めに、少なければやや少なめに調整
すると良い。

【００４８】本発明においては、必要に応じて更なる安
定性の向上を目的として、多価アルコール及び／又は高
分子安定剤の配合も可能である。多価アルコールとして
は、分子内に２個以上の水酸基を有し水に溶解するもの
であればよく、例えばグリセリン、ポリグリセリン、エ
チレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、オリゴ糖、ソル
ビトール、グルコース等の単糖類及び多糖類である。多
価アルコールの配合量は混合油と水との混合物に対して
0.1〜50重量％である。高分子安定剤としては表１に示
す分子量１万以上の各種水溶性高分子の配合が可能であ
り、配合量は混合油と水との混合物に対して 0.005〜３
重量％である。

【００４９】

【表１】

【００５０】本発明における食用油脂回収油の配合方法
は、エマルジョン製造前に石油系流体燃料と食用油脂回
収油を混合または加熱混合しても良く、エマルジョン製
造時に添加しても良い。

【００５１】食用油脂回収油を配合したエマルジョンは
pHが酸性を示す場合があるため、アルカリ成分を添加し
て中和することも可能である。中和剤としては、アルカ
リ金属の水酸化物、アンモニア又はアミンが適当であ
り、中和剤の添加はエマルジョン製造前に水に溶解して
おいても良く、エマルジョン製造時に添加しても良い。
中和剤の添加量は、出来上がったエマルジョンが中性又
は弱酸性から弱アルカリ性を示す量が望ましい。

【００５２】また、中和剤の添加は、食用油脂回収油中
の脂肪酸を一部鹸化し、石鹸が生成される。この石鹸分
は界面活性剤としての働きがあり、エマルジョンの安定
性をさらに改善する効果を有する。

【００５３】

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

【００５４】実施例１エマルジョン燃料の製造用原料として次のものを用い
た。・Ｃ重油；比重0.945 、引火点 150℃、窒素分0.21wt
％、残留炭素分 9.0wt％・水；イオン交換水・ノニオン性界面活性剤；ポリオキシエチレンノニルフ
ェニルエーテル、花王（株）製エマルゲン921 ・アニオン性界面活性剤；ナフタリンスルホン酸ホルム
アルデヒド縮合物、花王（株）製マイテイ150 ・食用油脂回収油； C₁₈＝81％、 C₁₆＝10％、 C₁₄＝２
％、その他＝７％酸価＝5.7 ケン化価＝193.1 ヨウ素価＝111.8 ・高分子安定剤；カルボキシメチルセルロース、ダイセ
ル化学工業（株）製 CMC1190 ・中和剤；水酸化カリウム、和光純薬工業（株）製試
薬。

【００５５】上記原料を表２の通り計量し、50℃に加熱
した後、食用油脂回収油はＣ重油に、高分子安定剤及び
中和剤は水に溶解した。以後50℃に保温しながら、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、攪拌翼の回転数は8000rpm 、攪拌時間を３分間
としてエマルジョンを製造した。製造後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。

【００５６】測定方法は下記の通りである。平均粒径；レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置
（（株）堀場製作所製、LA700)により測定し、メジアン
径を求めた。粘度；東京計器製造所製 B型粘度計（型式BM）を用
い、ローターNo.3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、水分離の有無を３ランク（あり、少しあ
り、なし) で評価した。

【００５７】

【表２】

【００５８】

【表３】

【００５９】表３の安定性測定結果より、比較例である
Ｃ重油、食用油脂回収油を各々単独でエマルジョン化し
た実験No.1，２では、静置安定１ヶ月において、エマル
ジョン表面に水分離が発生し、安定性の悪いエマルジョ
ンと言える。一方、本発明である実験No.3〜８のＣ重油
及び食用油脂回収油配合した系、または更に高分子安定
剤及び／又は中和剤を配合した系では、静置安定性が極
めて良好であり、１ヶ月後において水の分離のない安定
性に優れたエマルジョン燃料と言える。

【００６０】実施例２実施例１で調製したエマルジョンNo.3〜８と同一原料、
同一配合比率にて、各4000kgのエマルジョンを製造し、
燃焼試験を実施した。エマルジョンの製造は、５m³の反
応槽 (槽径1.9m) にＣ重油、水、界面活性剤、食用油脂
回収油、高分子安定剤、中和剤を各々50℃に加温した後
仕込み、60分間50℃を保持しながら攪拌した。攪拌翼種
はファドラー翼であり、翼径は1.1m、回転数は64rpm で
ある。予備攪拌終了後、特殊機化工業（株）製のPL−SL
型ラインミキサーを用い、バッチ循環方式にて乳化し
た。ミキサーの回転数は3600rpmであり、乳化時間は４
時間とした。乳化終了後10時間かけて20℃まで冷却し、
燃焼試験用のエマルジョンとした。燃焼試験は、横置円
筒型二重壁水冷式実験炉 (1.2mφ×3.4ml 、日本ファー
ネス工業（株）製) を用い、排気ガス中の煤塵量(JIS Z
-8808)および窒素酸化物量(JIS K-0104)を測定した。結
果を表４に示す。燃焼条件は次の通りである。バーナー；内部混合型 (日本ファーネス工業（株）製) アトマイズスチーム；温度＝ 170℃、流量＝60リットル
／hr、圧力＝4.3 kg/cm² エマルジョン燃料；温度＝50℃、流量＝ 150リットル／
hr、圧力＝3.8 kg/cm² 空気量；1230m³／ｈｒ比較例として、エマルジョン化していないＣ重油、食用
油脂回収油の燃焼試験を同条件で行った。

【００６１】

【表４】

【００６２】表４の燃焼試験結果より、比較例であるエ
マルジョン化していないＣ重油、食用油脂回収油では、
煤塵量、窒素酸化物量共に高い値を示すのに対し、本発
明のエマルジョン燃料であるＣ重油及び食用油脂回収油
または更にに高分子安定剤及び／又は中和剤を配合した
No.3〜８ではエマルジョン化していないＣ重油、食用油
脂回収油の燃焼に比べ、窒素酸化物共に大幅に低減し、
クリーンなエマルジョン燃料であると言える。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】食用油脂回収油を含有することを特徴と
する石油系流体の水エマルジョン燃料。
【請求項２】 (a)石油系流体燃料と食用油脂回収油の
混合油60〜90重量％及び水10〜40重量％からなる混合物
と (b)該混合物に対して 0.1〜5.0 重量％の界面活性剤
とを含有してなる（水中油滴型）エマルジョン燃料。