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石油燃焼技術開発 - 石油エネルギー技術センター
2003 May 5 Petroleum Energy Center News 財団法人 石油産業活性化センター ホームページアドレス http://www.pecj.or.jp/ 編集・発行 財団法人 石油産業活性化センター 〒105-0001 東京都港区虎ノ門4丁目3番9号 住友新虎ノ門ビル TEL 03-5402-8500 FAX 03-5402-8511 C O N T E N T S ◆特 集 ■ 石油燃焼技術開発 ……………………… 1 「次世代石油燃料大気改善研究開発」事業 ◆トピックス 最近の動き …………………………… 12 ■ ■ ■ ■ ■ JCAP研究論文が米国自動車技術会（SAE）の論文賞を受賞 イラク情勢と国際エネルギー市場に関するセミナー開催 新作ビデオ「地球で深呼吸」利用のご案内 国内初、灯油原料の燃料電池用水素製造システムの実証試験スタート！ 第17回技術開発研究成果発表会開催 活動スケジュール……………………………………… 17 特集 石油燃焼技術開発 「次世代石油燃料大気改善研究開発」事業 石油を大切に、クリーンに使うために！ −地球温暖化防止と大気環境改善に向けて− 石油は、我が国の一次エネルギ 11月号にて紹介） で行っていますが、 ー消費量の約50％を占め、自動車 それと並行してボイラー等の石油 や暖房機器、ボイラー、火力発電 燃焼機器についても、高効率でク 所等あらゆる場所で使用されてい リーンな燃焼の実現を目指した研 ます。このため石油を効率よく使 究開発を行っています。今回はこ い、また環境への負荷を極力減ら の業務用ボイラーや家庭用石油フ す使い方が求められています。 ァンヒーター等の石油燃焼機器の 当センターでは自動車燃料に関 研究開発についてご紹介します。 する研究開発をJCAP研究（H14年 1 身近な機器から将来を見据えた技術まで！ 当センターでは、灯油やＡ重油 発を行っています。 などの石油燃料を効率的に、クリ 我々の身近な生活環境の改善や ーンに利用するため、小型ボイラ 地域環境の改善を通じて地球環境 ーや家庭用暖房機器のような身の の保全に貢献するため、大きく３ 周りの石油燃焼機器に関する研究 つのカテゴリーに分けて研究開発 開発から将来を見据えた高度燃焼 を行っています。 技術の開発に至る広範囲な研究開 高度燃焼技術の開発 ・NOx排出濃度の低減 （NOx排出濃度10ppm以下） ・高効率燃焼の実現 業務用燃焼技術の開発 ・環境規制の厳しい都市部でも 使用可能な低NOx 燃焼技術の開発 ・省エネルギー性の向上 ・燃焼機器のコンパクト化 2 家庭用燃焼技術の開発 ・家庭用暖房機器のクリーン 燃焼技術の開発 ・低NOx燃焼機器の開発 ・室内環境評価技術の確立 実用化技術開発を目指した研究開発体制 −国、大学、石油関連企業、 石油燃焼機器メーカーなどの総力を結集− 図１に石油燃焼技術開発・高度燃焼技術開発の研究体制を示します。 図1 【石油燃焼技術開発・高度燃焼技術開発の研究体制】 技術企画委員会 技術開発推進会議 技術開発小委員会 高度燃焼技術小委員会 業務用燃焼技術WG 家庭用燃焼技術WG 石油基盤技術研究所 石油機器メーカー 燃焼研究室 研究室 この研究開発の総括は、産・ て研究者レベルでの技術交流を図 官・学の代表者からなる技術企画 り、成果の確認を行いながら、研 委員会および技術開発小委員会で 究開発を進めています。 行っています。 この研究開発は、身近で重要な 研究推進体制としては、関連業 テーマであるため、国、大学、石 界、大学の有識者からなる技術小 油関連企業、石油燃焼機器メーカ 委員会を設置し、研究計画および ーなどの総力を結集した体制で取 研究成果について審議・指導を行 り組んでいます。 うとともに、２つのＷＧを設置し 3 実用化を目指した研究開発項目 図２に具体的な研究開発項目を示します。 図2 【研究開発の項目】 ・業務用高効率燃焼要素技術の研究開発 （１）業務用燃焼 技術の開発 ・高性能・高効率・低NOxボイラーの開発 ・高効率・高ターンダウンレシオ・低NOx 石油燃焼機器の開発 ・室内環境評価技術の研究開発 技術業務部 （２）家庭用燃焼 技術の開発 ・室内排気型低NOx 燃焼機器の開発 ・室外排気型低NOx 燃焼機器の開発 ・微量燃焼排出物質分析法の確立 （３）高 度 燃 焼 技術の開発 当センターでは３つの研究グルー プを設けて、それぞれ図２に示した 各項目について、実用化を目指した 4 ・高温空気燃焼技術開発 技術開発を行っています。 次頁から各グループの具体的研 究内容についてご紹介します。 より良い地域環境を目指し、 ビル・工場用小型ボイラーを 環境低負荷型に！ ∼業務用燃焼技術開発∼ 業務用燃焼技術開発では、ビル、 り組んでいます。 ホテル、病院、工場などで使用さ この研究成果の一つとして、排 れている小型ボイラー等の業務用 出ガス基準で最も厳しい東京都業 小型燃焼機器の高効率・低NOx 務用小型ボイラー等低NOx燃焼 燃焼技術の開発を行っています。 機器認定制度の基準値（80ppm）を 高効率・低NOx化を達成するため 下回る60ppm以下の排出ガスレベ に、低NOxバーナーの開発及び燃 ルを達成する低NOxバーナーの開 焼効率の高いボイラーの開発に取 発に成功しています。 灯油のクリーン燃焼時の火炎状態 5 図3 【試験炉の一例（貫流ボイラー）】 開発したバーナーはそれぞれ横 化され、東京都から低NOx燃焼機 型試験炉、縦型試験炉、貫流ボイ 器としての認定を取得しています。 ラー、温水発生器等各種試験炉に 現在では、この技術に更に汎用性 適用して燃焼性能を評価していま を持たせるために、よりコンパクト す。図 ３に試験炉の一例として貫 で高負荷な燃焼炉の開発および低 流ボイラーでの評価例を示します。 負荷でも安定的に低NOx燃焼が可 この研究成果の一部は既に商品 能なバーナーの開発を進めています。 環境対応型家庭用燃焼機器の開発 6 家庭用燃焼技術開発では、高気 器メーカーと共に実施しています。 密・高断熱化した省エネルギー型 また、省エネルギー型家屋にお 家屋の普及を先取りして、NOx 排 ける暖房機器使用時の室内環境を 出量の半減を目指した環境対応型 評価するための技術開発も行って 家庭用低NOx燃焼機器の開発を機 います。 石油基盤技術研究所に完成した この評価技術を用いることによ 環境試験室（図４参照）では、室 り、開発された暖房機器を同一基 内外の温度や換気率を変化させ、 準で評価することが可能になりま 任意の環境で暖房機器を使用した す。更にその結果を研究開発にフ 際の室内温度分布や微量燃焼排出 ィードバックすることにより、的 物質の分布等を評価することがで 確で効率的な機器開発につなげて きます。 います。 図4 【環境試験室概念図（室内温度分布・微量燃焼排出物質分布測定）】 環境試験室内部（実験実施状況） 7 画期的超クリーン燃焼を目指して！ ∼NOx値10分の1を達成する高度燃焼技術開発∼ 高度燃焼技術開発では、超クリ 起こり、局部的な高温火炎部がな ーン次世代燃焼技術を目指して、 くなるため、NOx排出量の大幅な低 「高温空気燃焼技術の開発」に取り 組んでいます。 減を達成することが可能となりま す。 図５は高温空気燃焼の概念図で これまでに高温空気燃焼試験炉 す。高温空気燃焼技術を用いると、 を用い、灯油やＡ重油、更に重質な 通常では達成できない超低NOx燃 Ｃ重油などを燃焼させ、その燃焼特 焼が可能となります。即ち、高温 性の解析を行ってきました。 空気燃焼では、800℃以上に予熱し 図６はＡ重油を燃焼した際の酸素 た希釈空気を高速で炉内に噴出さ 濃度10%の通常燃焼（輝炎燃焼）と酸 せ、燃料および燃焼排ガスと急激 素濃度３%の高温空気燃焼の様子で に混合させることにより、炉内全 す。局部的な高温火炎部がなくなり、 体に均一で低酸素濃度の燃焼雰囲 炉内は均一な温度分布の燃焼になり 気を形成させます。この燃焼雰囲 ます。 気では、緩慢でかつ均一な燃焼が 図5 【高温空気燃焼の概念図】 3 希釈空気の酸素濃度 8 図6 【高温空気燃焼火炎の違い（A重油燃焼）】 酸素濃度10％ 酸素濃度 3％ 高温空気 燃焼 500 0 この高温空気燃焼において、空 1000 1500 2000 1100 焼の実現が可能となります。 気中の窒素分に起因するサーマル 当センターは、この燃焼技術を確 NOxのみでなく、燃料油中の窒素 立して、燃焼排ガス中のNOx値を 分に起因するフュエルNOxも低減 従来の10 分の１にする技術を完成 できる可能性を見出しました。こ させ、幅広い分野に応用することに の技術を用いると窒素分の多いＣ より、地球環境の改善に貢献するこ 重油燃焼においても、従来では達 とを目指しています。 成できなかったレベルの低NOx燃 高温空気燃焼炉 9 研究計画 スケジュール 図7 【石油燃焼技術開発 研究計画】 本事業は平成14年度から平成18年度 までの５年間を予定しています。 項 目 平成１４年 平成１５年 平成１６年 平成１７年 平成１８年 図７に各テーマごとの研究開発スケ ジュールを示します。各テーマとも省 エネルギー並びに低NOx燃焼の達成に より、環境改善に貢献すべく、産・ 官・学が相互に連携を取り、研究開発 を実施しています。 燃業 焼 技務 術 開用 発 家 庭 用 燃 焼 技 術 開 発 10 高性能高効率低NOxボイラーの開発 高効率燃焼機器の開発 高効率高ターンダウンレシオ低NOx石 油燃焼機器の開発 評価試験モード確立 家庭用予蒸発予混合低 NOx 燃焼機器 の開発 ブンゼン燃焼器を用いた 家庭用燃焼機器の研究開発 屋外排気型低NOx燃焼機器の開発 室内排気中の微量燃焼排出物質の分 析法の確立 技 術 開 発 高 度 燃 焼 高温空気燃焼技術開発 影 響 評 価 燃 料 性 状 燃料性状及び燃焼技術が排ガスに及 ぼす影響評価 11 ト ピ ッ ク ス JCAP研究論文が米国自動車技術会（SAE） の論文賞を受賞 −JCAPの「ディーゼルエンジン排出ガス中の粒子状物質や窒素酸 化物の発生防止技術に関する研究」論文が世界的に歴史と権威を有 する米国SAEの「Harry L Horning」賞を受賞− 当センターが平成９年∼13年度 なお、授賞式は、2003年10月27 に実施したJCAP研究の１つである 日∼30日にトロントで開催される 燃焼解析論文が、米国S A E の 「2003年 SAE Powertrain & Fluid 「Harry L Horning」賞を受賞しま Systems Conference」にて行われ した。 る予定です。 この論文賞は、SAEのHorning 元会長のエンジンと燃料に関する 優れた業績を記念して1938年に創 1） 「Parametric Study and Clarifi- 設され、その年に発表されたエンジ cation of Determination Factors ンと燃料分野のSAE論文の中から of Diesel Exhaust Emission 最も優れた論文に授与される世界 Using a Single Cylinder Engine 的に歴史と権威を有するものです。 and Model Fuels 今回の受賞は、これまで必ずし −JCAP Combustion Analysis も十分な研究が実施されてなかっ Working Group Report Partı¿」 た「燃料性状とディーゼル排出ガ （SAE Paper 2002-01-2824） スの影響」について、複雑な影響 2） 「Novel Analysis Approach for 因子を整理し、排気ガスへの寄与 Better Understanding of Fuel 度について基礎的な解析と取りま and Engine Effects on Diesel とめを精緻に行った点が評価され Exhaust Emission ており、今後のディーゼル排出ガ −JCAP Combustion Analysis ス対策に関する研究への多大な貢 Working Group Report Partı 」 献が期待されています。 12 １．受賞論文 （SAE Paper 2002-01-2825） ２．受賞論文の概要とポイント 起因する因子に分けて、ステ 1）単気筒ディーゼルエンジンを ップワイズ法による多変量解 用いて、エンジン諸元、運転 析を行い、各因子の寄与度を 条件や燃料性状（アロマ成分、 詳細に解析した。 パラフィン成分、蒸留特性等） ３．受賞対象者（論文発表時の所 を出来る限り独立に変化させ、 属） それぞれが排出ガスに及ぼす 河野尚毅（東燃ゼネラル石 影響度を実験的に解析した。 油） 、森永正隆（コスモ石油） 2）さらに、上記の試験で得られ 桜井嘉人（JOMOテクニカル た実験データを用いて、燃料 リサーチセンター） 性状とディーゼルエンジンの 柴田正仁（トヨタ自動車） 仕様が排出ガスに及ぼす要因 柴田芳昭（当センター） について統計的に解析・考察 島崎直基（いすゞ中央研究所） した。 塩崎忠一（日野自動車） 特にディーゼルパティキュレ 土屋賢次（日本自動車研究所） ートの解析にあたり、アロマ 含有量などの燃料性状に起因 ＊SAEとは：Society of Automotive Engineers の略。米国自動車技術会のこと。 する因子とエンジンの仕様に 図8 【試験装置と燃焼解析結果の例】 13 イラク情勢と国際エネルギー市場に 関するセミナー開催 中東及び朝鮮半島を巡る国際情 勢が緊迫度を増す中、３月25日、 １．イラクを巡る米国の中東政策 −現状と今後 キャピトル東急ホテルにおいてエ ライス大学ベーカー研究所 所 ネルギー・セミナー「緊迫化する 長 エドワード・ジェレジア 国際情勢とエネルギー・セキュリ ン大使 ティ―イラク情勢と変化する国際 エネルギー市場」を開催しました。 当センターは国際情勢について、 ２．政治的混乱と石油情勢−供給 リスクと対応策 ライス大学ベーカー研究所 エ エネルギー・セキュリティの観点 ネルギー研究主幹 エイミ からの分析が重要であると位置づ ー・ジャフィ氏 け、米国ライス大学ベーカー研究 所との間で国際情勢とエネルギ ー・セキュリティに関する日米共 同研究を平成11年度から継続して 行なってきています。 ３．イラク・北朝鮮の動向と日本 のエネルギー・セキュリティ （財）電力中央研究所 経済社 会研究所 上席研究員 鈴木 達治郎氏 その研究活動の一環として、平 成13年度は「9.11テロ」直後の国際 当日は雨天、また対イラク開戦 情勢を踏まえたエネルギー・セミナ 直後ということにも拘わらず約200 ーを実施しましたが、平成14年度は 名の来場者があり、各講演者との 緊迫化する中東情勢に鑑み、イラ 間で活発な質疑応答が行われ、セ クを巡る米国の中東政策、イラク ミナー終了後も講演者に対して個 等の混乱が世界及び日本のエネル 別質問する姿が多く見られました。 ギー・セキュリティに及ぼす影響に またその後も、大変有意義なセミ ついてセミナーを開催しました。 ナーであったとのご意見を各方面 セミナーでは下記の講演が行わ れました。 から頂き、来場出来なかった方々 からは、配布資料の提供について の要望も多数ありました。 14 会場風景 エドワード・ジェレジアン大使 H14年度制作の先端技術紹介ビデオ利用のご案内 テーマ：「地球で深呼吸 クリーン燃焼技術開発」 当センターでは、技術開発基盤 等整備事業の一環として毎年最新 術を取り巻く社会状況をわかりや すく紹介しております。 の技術開発を紹介するビデオを制 ビデオは４月14日より当センタ 作しており、この３月に新しい作 ー・ライブラリーにて貸し出して 品が完成致しました。 おります。お申し込みやお問い合わ 作品名は「地球で深呼吸 クリ せは石油情報プラザまでお願いし ーン燃焼技術開発」で、省エネル ます。（担当＝渡部 TEL 5402 − ギー、環境負荷低減となる燃焼技 8509 FAX 5402−8514） 術の最先端技術を題材とし、その 技術の原理や最近の開発状況、技 15 国内初、灯油原料の燃料電池用水素 製造システムの実証試験スタート！ −３月４日 石油基盤技術研究所において実証試験を公開− 当センターでは、灯油から燃料 電池用水素を高効率に製造する技 たのは国内で初めてのことであり、 術開発を実施してきましたが、水 ３月４日には業界紙ならびに一般 素製造技術が発電利用可能な技術 紙の記者を対象に公開見学会を実 レベルに達したため、２月末から 施しました。 ３月にかけて石油基盤技術研究所 にて実証試験を実施しました。 灯油を原料として、水素を安定 的に製造・供給し、燃料電池シス 16 テムを稼働できることを確認でき 身近で安全な灯油の利用に高い 関心が示され、実用化への期待が 寄せられました。 第17回技術開発研究成果発表会開催 −H14年度の技術開発成果を口頭、ポスター、ビデオにて紹介− 日時：平成15年６月４日（水） 10：00∼18：00 場所：東海大学校友会館（霞ヶ関ビル33階） １．口頭発表（10：00∼18：00） 第１会場＜阿蘇の間＞ （午前） ・開催挨拶 ・超クリーン石油系燃料製造技 第２会場＜朝日・東海の間＞ （午前） ・JCAPⅡ、内燃機関関連技術開 発 （1） 術開発 （午後） （午後） ・触媒・プロセス効率化技術開発 ・内燃機関関連技術開発 （2） ・生産システム高度化技術開発 ・燃料電池関連技術開発 ・残油、および副生物の有効利 ・燃焼機器関連技術開発 用・高度処理 ２．ポスター発表（10：30∼15：30） ＜望星の間、三保の間＞ 活動スケジュール ①「第17回技術開発研究成果発表会」 期日：6月4日 場所：東海大学校友会館 （霞ヶ関ビル） 17 財団法人 石油産業活性化センター ホームページアドレス http://www.pecj.or.jp/ 本 部 石油基盤技術研究所 〒１０５-０００１ 東京都港区虎ノ門４丁目３番９号 住友新虎ノ門ビル 〒２６７-００５６ 千葉県千葉市緑区大野台１丁目４番１０号 電話・千葉０４３ （２９５） ２２３３ （代） FAX・千葉０４３ （２９５） ２２５０ ●総務部 電話・東京０３ （５４０２） ８５００ FAX・東京０３ （５４０２） ８５１１ ●環境・安全基盤研究室 〒１０５-０００１ 東京都港区虎ノ門４丁目３番９号 電話・東京０３ （５４０２） ８５１０ （環境） 東京０３ （５４０２） ８５０４ （安全） FAX・東京０３ （５４０２） ８５２７ ●企画調査部 電話・東京０３ （５４０２） ８５０２ FAX・東京０３ （５４０２） ８５１２ ●技術企画部 電話・東京０３ （５４０２） ８５０３ FAX・東京０３ （５４０２） ８５１２ 中東事務所 サウジアラビア王国リヤド市 Ｐ.Ｏ.Ｂox６１３５６ Ｒiyadh １１５６５ Ｋingdom of Ｓaudi Ａrabia Ａl-Ｄahlawi Ｂuilding,Ｋing-Ｆahd Ｒoad, Ｔahlia Ｓtreet,Ｏlaya TEL:９６６-１-４６２-５１２１ FAX:９６６-１-４６２-１２３３ ●ＪＣＡＰ推進部 電話・東京０３ （５４０２） ８５０５ FAX・東京０３ （５４０２） ８５２０ ●技術業務部 電話・東京０３ （５４０２） ８５０６ FAX・東京０３ （５４０２） ８512 ●情報統計部 電話・東京０３ （５４０２） ８５０７ FAX・東京０３ （５４０２） ８５１４ シカゴ事務所 Suite 640, 401 N. Michigan Avenue, Chicago, Illinois 60611, U. S. A. TEL:+1（312）-527-3712 FAX:+1（312）-527-9133 ●石油情報プラザ 電話・東京０３ （５４０２） ８５０８ FAX・東京０３ （５４０２） ８５１１ 財団法人 至ホテルオークラ別館 （財）石油産業 活性化センター 至飯倉・三田 住友新虎ノ門ビル みずほ銀行 みずほ銀行 地下鉄・日比谷線「神谷町」駅 神 谷 あさひ銀行 町 交 差 点 18 【交通機関】 地下鉄・日比谷線 「神谷町」下車、徒歩3分 至虎ノ門・霞ヶ関 桜田通り ［凡例］●：地下鉄出入口