KR101469681B1

KR101469681B1 - 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치

Info

Publication number: KR101469681B1
Application number: KR20140089595A
Authority: KR
Inventors: 김기선; 전병렬; 함재현
Original assignee: 김기선; 전병렬; 함재현
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2014-12-05

Abstract

본 발명은 중질유조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조성물 제조장치에서 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유 속에 물이 입자상태로 균일하게 분산되도록 제조하여, 연소시 오염물질의 배출량이 적고 완전연소되도록 하여 연비효율이 높은 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치에 관한 것이다.
따라서, 본 발명이 제안하는 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치는 중질유, 물 및 유화제를 혼합하여 제조하되, 상기 유화제는 자화수 1000중량부, 가성소다 50~500 중량부, 염화칼슘 50~500중량부, 탄산칼슘 10~300중량부, 산탄검 1~100 중량부, 에탄올아민 1~200중량부 및 과산화수소 1~200중량부로 혼합한 유화제를 사용한다.

Description

유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치{Emulsifier Mixed Heavy Oil Composition and manufacturing device}

본 발명은 중질유조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조성물 제조장치에서 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유 속에 물이 입자상태로 균일하게 분산되도록 제조하여, 연소시 오염물질의 배출량이 적고 완전연소되도록 하여 연비효율이 높은 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치에 관한 것이다.

지하에서 천연적으로 생산되는 석유는 1회용 에너지 중에서 가장 많이 사용되고 있다. 석유의 대량 사용과 전 세계적으로 한정된 저장 수량 간에 충돌이 일어나고 이에 따른 석유값의 인상 문제는 전세계 경제에 영향을 미치는 주요 원인으로 자리매김하고 있다.

따라서, 전 세계적으로 석유자원을 효율적이고 충분히 사용할 수 있는 방안을 모색하고 있다. 특히, 중질유 등의 신 석유자원에 대한 의존도가 상승할 것으로 예상되어 관심이 높아지고 있으며 그에 따른 연구의 필요성 또한 증대하고 있다.

상기 중질유는 석유정제 과정의 최종단계에서 제조되는 것으로서, 고칼로리이며, 비교적 저렴하고 취급이 용이하기 때문에 선박, 보일러 등의 연료로 이용되고 있다. 그러나, 중질유는 연소할 때, 오염물질을 대량으로 발생시키기 때문에, 고도의 공해대책설비를 갖추는 것이 필요하며, 이로 인하여 설비의 초기비용이 증대되는 요인이 되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로써, 대한민국 특허공개 특1999-002185호(1999년03월25일)에는 초중질유 에멀션 연료의 제조방법에 있어서, 초중질유 100중량부에 대해, HLB(친수성-친유성 균현) 13 내지 19의 비이온성 계면활성제 0.1 내지 0.6 중량부 및 물을 초중질유에 첨가하여 균질 액체 혼합물을 제조하는 단계; 및 균질 액체 혼합물을 고 전단응력으로 기계 혼합하여 10%-누적 입자 크기가 1.5 내지 8μm, 50%-누적 입자 크기가 11 내지 30μm 및 90%-누적 입자 크기가 25 내지 150μm이고, 150μm이상의 입자 크기의 조립자는 전체 에멀션 연료내 3중량% 이하를 차지하며, 초중질유의 농도는 76.5 내지 82.0중량%인 입자 크기 분포를 지닌 초중질유 에멀션 연료를 제조하는 단계가 공지되어 있다.

그러나, 상기한 초중질유 에멀션 연료의 제조방법은 비이온성 계면활성제를 계면활성제의 주성분으로 사용하고, 음이온성 계면활성제 및 양이온성 계면활성제를 상기와 같은 비이온성 계면활성제에 의해 얻은 고유 성질을 손상시키지 않는 양으로 혼합한 제조 방법으로 일정기간이 지난 후 침전물이 발생하기 때문에 제조 후 일정기간이 지나기 전에 사용해야 한다는 단점이 있으며 유화의 안전성을 만족시키지 못하는 단점이 있다.

또 다른 종래의 기술로써, 대한민국 특허공개 제10-2005-0052422호(2005년06월02일)에는 라인믹서와 유화펌프를 이용한 간이 유화연료 제조장치의 제작방법에 있어서, 연료 폐유와 방카 연료 탱크에서 유입되는 연료와 물과 유화제 첨가제를 골고루 섞어 담은 탱크에서 유입되는 두 가지를 아주 작은 입자로 혼합시킬 수 있는 장치로 오리피스(orifice)판과 급경사로 된 다수의 돌기를 지닌 나선형 리본을 갖춘 라인믹서와 모터로 연결된 샤프트에 내부 회전자 위 날개와 아래 날개가 있고 외부 회전자 회전하는 안과밖에 각각 외부 고정자와 내부 고정자로 라인믹서의 오리피스 판과 같이 되어 수억 개의 소립자로 유화되는 유화펌프와 이들을 하나로 역어 완전한 유화 연료로 제조되도록 하는 컨트롤로 연결시키는 시스템에 의하여 유화연료를 제조하는 것이 특징인 라인믹서와 유화펌프를 이용한 간이 유화연료 제조장치의 제작방법이 공지되어 있다.

그러나 상기한 라인믹서와 유화펌프를 이용한 간이 유화연료 제조장치의 제작방법은 중질유와 물의 혼합물을 하나의 에밀젼 밀로 통과하여 유화연료로 제조되록 하는 것으로서, 유화의 안전성을 만족시키지 못해 분리되는 현상이 발생할 수 있어 일정기간이 지난 후에는 사용이 불가한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중질유조성물제조장치에서 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유 속에 물이 입자상태로 균일하게 분산되도록 하여 연소시 오염물질의 배출량을 감소시키면서 연비를 향상시킬 수 있으며, 장시간 보관해도 물과 중질유의 비중차에 의해서 양자가 분리되지 않도록 하는 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치에 관한 것이다.

본 발명이 제안하는 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치는 중질유, 물 및 유화제를 혼합하여 제조하되, 상기 유화제는 자화수 1000중량부에 대하여 가성소다 50~500 중량부, 염화칼슘 50~500중량부, 탄산칼슘 10~300중량부, 산탄검 1~100 중량부, 에탄올아민 1~200중량부 및 과산화수소 1~200중량부로 혼합한 유화제를 사용한다.

상기 중질유, 물 및 유화제의 배합비율은 중질유 : 물 : 유화제 = 9~4 : 1~ 6 : 0.003~0.05 중량비로 배합한다.

상기 물을 저장하여 물을 공급하는 물탱크;와 상기 물탱크의 위치와 상이한 위치에서 유화제를 저장하여 유화제를 공급하는 유화제탱크;와 상기 물탱크 및 유화제탱크와 연결되어 물 및 유화제를 공급받아 교반하는 교반기;와 상기 교반기와 연결되어 교반된 물 및 유화제를 공급받고 공급관을 통해 중질유를 공급받아 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유조성물을 제조하는 고속밀;과 상기 고속밀에 연결되어 제조된 중질유조성물을 배출하는 배출관;으로 이루어진다.

상기 교반기 및 고속밀에서 분쇄 및 혼합하는 중질유, 물 및 유화제의 배합비율은 중질유 : 물 : 유화제 = 9~4 : 1~6 : 0.003~0.05 중량비로 배합한다.

본 발명에 따른 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치에 의하면, 중질유 속에 물이 입자상태로 균일하게 분산된 상태로 되어있어, 장기간 보관해도 물과 중질유의 비중차에 의해서 양자가 분리되지 않아 오랜시간이 지난 후에도 중질유를 완전 연소할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 연소 효율이 향상되어 비용 절감은 물론 황산화물질, 질소산화물질, 그을음 및 분진 등의 오염물질의 발생이 억제되어 환경오염을 예방하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 유화제가 혼합된 중질유조성물 제조장치를 나타내는 개략도.

본 발명은 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치에 있어서, 중질유, 물 및 유화제를 혼합하여 제조하되, 상기 유화제는 자화수 1000중량부에 대하여 가성소다 50~500 중량부, 염화칼슘 50~500중량부, 탄산칼슘 10~300중량부, 산탄검 1~100 중량부, 에탄올아민 1~200중량부 및 과산화수소 1~200중량부로 혼합한 유화제를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중질유, 물 및 유화제의 배합비율은 중질유 : 물 : 유화제 = 9~4 : 1~ 6 : 0.003~0.05 중량비로 배합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 물을 저장하여 물을 공급하는 물탱크;와 상기 물탱크의 위치와 상이한 위치에서 유화제를 저장하여 유화제를 공급하는 유화제탱크;와 상기 물탱크 및 유화제탱크와 연결되어 물 및 유화제를 공급받아 교반하는 교반기;와 상기 교반기와 연결되어 교반된 물 및 유화제를 공급받고 공급관을 통해 중질유를 공급받아 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유조성물을 제조하는 고속밀;과 상기 고속밀에 연결되어 제조된 중질유조성물을 배출하는 배출관;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

다음으로 본 발명에 따른 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치의 바람직한 일실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 유화제가 혼합된 중질유조성물은 중질유, 물 및 유화제로 이루어져 있다.

상기 중질유조성물은 고효율적 연소 및 완전연소시킬 수 있도록 중질유조성물의 배합비율은 중질유 : 물 : 유화제 = 9~4 : 1~6 : 0.003~0.05 중량비로 배합하여 제조하는 것이 가장 바람직하다.

상기 유화제는 중질유조성물의 안정을 유지할 수 있도록 자화수, 가성소다, 염화칼슘, 탄산칼슘, 산탄검, 에탄올아민 및 과산화수소를 혼합하여 제조한다.

상기 자화수는 상기 물과 동일한 성분이거나 비슷한 성분으로 구성되지만 명세서상에서 상호 명확할 수 있도록 상이한 단어로 명시한다.

상기 가성소다는 수산화나트륨으로 수용액은 강한 알칼리성을 갖고 있으며, 상기 염화칼슘은 염소(Cl)와 칼슘(Ca)이 반응하여 만들어진 이온성 화합물이다. 상기 탄산칼슘은 칼슘의 탄산염으로 대리석, 조개껍질, 산호 등으로서 존재하여 산출되며 중화제로 사용된다.

상기 산탄검은 점착성 및 점도를 증가시키며 유화의 안정성을 증진시키는 것이 가능하여, 안정제로 사용된다. 상기 에탄올아민은 에틸렌옥시드를 짙은 암모니아수와 함께 가압, 가열해서 얻을 수 있는 물질로 부식을 억제하며, 침전을 방지한다. 과산화수소는 수소와 산소의 화합물로 180℃이상이 되면 발생기 산소를 대량으로 방출하여 연소를 촉진시키는 것이 가능하다. 과산화수소는 에타놀아민으로 안정시키는 것이 가능하다.

상기 유화제 제조시 자화수 1000중량부에 대하여 가성소다 50~500중량부, 염화칼슘 50~500중량부, 탄산칼슘 10~300중량부, 산탄검 1~100중량부, 에탄올아민 1~200중량부 및 과산화수소 1~200중량부를 혼합하여 제조하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에 따른 유화제가 혼합된 중질유조성물 제조장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 물탱크(10), 유화제탱크(20), 교반기(30), 공급관(40), 고속밀(50) 및 배출관(60)으로 이루어져 있다.

상기 물탱크(10)는 물을 외부로부터 공급받아 내부에 저장하였다가 중질유조성물 제조시 교반기(30)에 물을 공급한다.

상기 유화제탱크(20)는 자화수탱크(10) 위치와 상이한 위치에서 물 1000중량부, 가성소다 50~500중량부, 염화칼슘 50~500중량부, 탄산칼슘 10~300중량부, 산탄검 1~100중량부, 에탄올아민 1~200중량부 및 과산화수소 1~100중량부를 혼합하여 제조된 유화제를 외부로부터 공급받아 내부에 저장하였다가 중질유조성물 제조시 교반기(30)에 유화제를 공급한다.

상기 교반기(30)는 물탱크(10)에서 물을 공급받고, 유화제탱크(20)에서 유화제를 공급받아 물 및 유화제를 균일한 상태로 교반한다. 교반기(30)에서 교반되는 물 및 유화제의 배합비율은 물 : 유화제 = 1~6 : 0.003~0.05중량비로 교반한다.

상기 공급관(40)은 중질유를 외부로부터 유입하여 고속밀(50)에 중질유를 공급한다.

상기 고속밀(50)은 교반기(30)로부터 교반된 물 및 유화제를 공급받고 공급관(40)을 통해 중질유를 공급받아 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유조성물을 제조한다. 고속밀(50)은 도면에 도시되지는 않았지만 내부에 맷돌형 분쇄혼합장치를 구비하여 중질유, 물 및 유화제를 분쇄 및 혼합하여 중질유 속에 물입자가 분산된 형태의 중질유조성물을 제조한다.

상기 배출관(60)은 고속밀(50)에서 분쇄 및 혼합하여 제조된 중질유조성물을 배출하여 외부저장공간에 저장시킨다.

본 발명에 따른 유화제가 혼합된 중질유조성물 및 그 제조장치의 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

아래의 표 1에 나타낸 비율로 배합하고 혼합하여 유화제를 제조하였다. 단, 에탄올아민 및 과산화수소는 동일하게 50중량부로 제조하였다.

유 화 제(중량부)
종 류	A	B	C
가성소다	150	250	400
염화칼슘	150	250	400
탄산칼슘	100	150	250
산 탄 검	10	50	100
자화수	1000	1000	1000

상기 제조된 각각의 유화제 A,B 및 C와 중질유 및 물을 중질유조성물 제조장치에서 아래의 표 2와 같이 배합하여 중질유조성물을 제조하였다.

실험예 배합비(중량비)
번 호		1	2	3	4	5	6	7	8
중질유		500	600	600	650	700	750	800	850
물		500	400	400	350	300	250	200	150
유화제	A	0.4		0.35		0.3
	B		0.4				0.4	0.3
	C				0.35				0.3

상기 표 2와 같이 배합된 중질유조성물은 중질유가 분산매체가 되고, 이 분사매체 속에 물입자가 균일하게 분산되어 있다.

그리고, 상기 제조한 중질유조성물을 연소 테스트하였다. 비교예는 중질유만으로 동일한 연소 테스트를 실시하였다.

	발열량(Kcal/h)	공기비
실험예	8350	1.17
비교예	9980	1.18

상기 표 3과 같이 비교예의 연소 테스트는 불꽃이 튀고 중질유 입자의 중심부분이 잔존해서 불완전 연소를 일으킨 것을 확인할 수 있었다. 실험예의 연소 테스트는 불꽃이 튀지 않았으며, 화염의 모양도 좋고 연소상태가 양호하여 완전 연소됨을 확인할 수 있었다.

본 발명의 중질유조성물은 연소시킬 때, 기존 중질유 버너에서 분무시켜 연소시키는 것이 바람직하며, 연소온도로서는 800~1500℃가 좋으며, 공기비는 0.8~2 정도가 바람직하다.

본 발명에 따른 유화제가 혼합된 중질유조성물 제조장치에서 제조된 중질유조성물은 장시간 보관해도 물과 중질유의 비중차에 의해서 양자가 분리되지 않아 오랜시간이 지난 후에도 사용가능한 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통사의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 물탱크 20 : 유화제탱크 30 : 교반기
40 : 공급관 50 : 고속밀 60 : 배출관

Claims

중질유, 물 및 유화제를 혼합하여 제조하되, 상기 유화제는 자화수 1000중량부에 대하여 가성소다 50~500 중량부, 염화칼슘 50~500중량부, 탄산칼슘 10~300중량부, 산탄검 1~100 중량부, 에탄올아민 1~200중량부 및 과산화수소 1~200중량부로 혼합한 유화제를 사용하는 것을 특징으로 하는 유화제가 혼합된 중질유조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 중질유, 물 및 유화제의 배합비율은 중질유 : 물 : 유화제 = 9~4 : 1~ 6 : 0.003~0.05 중량비로 배합하는 것을 특징으로 하는 유화제가 혼합된 중질유조성물.
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