KR102314862B1 - 바이오중유 제조시스템 - Google Patents

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Abstract

친환경적이며 고효율인 연료를 제조할 수 있도록, 본 발명은 정제유, 바이오 오일 및 첨가제를 포함하는 원료가 개별 저장된 복수개의 원료탱크부; 상기 원료가 내부에 투입되도록 복수개의 상기 원료탱크부와 연결배관을 통해 연결되되, 내부에 상기 원료를 혼합하는 복합혼합기가 구비된 혼합탱크부; 상기 원료가 상기 혼합탱크부 내에서 혼합되어 형성된 혼합물이 배출되어 저장탱크로 이송되도록 연결된 토출배관; 및 상기 혼합탱크부와 상기 저장탱크를 연결하는 상기 토출배관에 구비되되, 상기 혼합물이 통과하면서 분쇄 및 미세 혼합되도록 상기 혼합물의 이송방향을 따라 복수개의 나노필터가 순차적으로 이격되어 다단 배치된 미세혼합부를 포함하는 바이오중유 제조시스템을 제공한다.

Description

바이오중유 제조시스템{bio heavy fuel oil manufacturing system}
본 발명은 바이오중유 제조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적이며 고효율인 연료를 제조할 수 있는 바이오중유 제조시스템에 관한 것이다.
최근 들어서 지구 온난화와 같은 기후 변화의 주 원인으로 화석 연료의 사용이 지적된 이후 탄소세의 도입, 신재생에너지 공급의무화제도(이하 RPS) 등 화석 연료의 사용을 제한하고자 하는 움직임이 가속화되고 있다. 그리고, RPS 시행에 따라 의무공급량 이행을 위해 발전사에서 다양한 바이오 에너지 보급을 추진 중이다. 이와 같은 다양한 바이오 에너지 중의 하나가 바이오중유(bio heavy oil)이다.
상세히, 상기 바이오중유는 기존의 석유제품 연소설비의 근본적인 구조변경 없이 석유제품을 대체하여 사용할 수 있는 제3의 연료이다. 국내 발전용 바이오중유는 주로 대두유(CNSL), 팜유, 고산가 팜 부산물, 바이오 디젤 부산물 및 동식물성 유지 등 저가의 원료를 품질 기준에 맞게 정제 및 혼합하여 제조하고 있다.
한편, 종래의 국내외 산업용 바이오중유 제조 기술은 대부분 이온정제, 감압증류 또는 고온열분해 공법을 이용하여 산업용 연료유를 생산하고 있다.
상기 이온정제 공법(Ionic Refining System)은 동식물성 유지의 수분 및 침전물을 제거하고 응집제를 투입하여 중금속 등을 제거하여 제품을 생산하는 방법으로 생산된 제품은 벙커C유 대체 연료유로만 사용 가능하다. 이러한 이온정제 공법은 회분 등을 효과적으로 제거하기 어려워 노즐이 자주 막히는 현상이 발생하며, 정제/제조된 바이오중유의 잔류 탄소량이 높아 환경오염을 유발하는 단점이 있다. 또한, 처리 단계가 복잡하고 고전적인 기술로 선진국에서는 거의 사용하지 않는 기술로서 수율은 70% 정도이다.
그리고, 감압증류 공법(Vacuum Distillation System)은 압력이 낮을수록 비등점이 낮아지는 원리를 이용하여 바이오중유를 생산하는 공법이다. 이러한 감압증류 공법은 제품의 공해발생 요소가 낮아 친환경적인 장점은 있으나, 생산되는 수율이 70% 정도로 비용대비 생산성이 낮은 단점이 있다. 또한, 수율을 올리기 위해서는 고가의 장비가 요구되어 생산단가가 증가하며, 플랜트 설계비용이 매우 높아 경제성이 낮다.
고온열분해 공법은 공기와 접촉을 차단하여 400℃ 이상의 온도 및 높은 압력 하에서 열을 가하여 저분자량으로 분해 및 응축하여 바이오중유를 생산하는 방법이다. 이러한 고온열분해 공법은 생산 설비를 운전시 악취가 발생하며, 공정의 구성이 복잡하고 운전방법에 있어 청소 작업 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 또한, 연속 공정이 어려우며, 수율이 상대적으로 낮은 단점이 있다.
이와 같이, 종래의 공법들이 복잡한 구조임에도 불구하고 바이오중유의 제조 수율이 낮은 점을 고려할 때, 기존에 알려지지 않은 신개념의 바이오중유 제조시스템에 대한 필요성이 대두된다.
한국 등록특허 제10-1626733호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 친환경적이며 고효율인 연료를 제조할 수 있는 바이오중유 제조시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 정제유 및 바이오 오일를 포함하는 원료가 개별 저장된 복수개의 원료탱크부(10); 상기 원료가 내부에 투입되도록 복수개의 상기 원료탱크부(10)와 연결배관(20)을 통해 연결되되, 내부에 상기 원료를 혼합하는 복합혼합기(31)가 구비된 혼합탱크부(30); 상기 원료가 상기 혼합탱크부(30) 내에서 혼합되어 형성된 혼합물이 배출되어 저장탱크(50)로 이송되도록 연결된 토출배관(40); 및 상기 혼합탱크부(30)와 상기 저장탱크(50)를 연결하는 상기 토출배관(40)에 구비되되, 상기 혼합물이 통과하면서 분쇄 및 미세 혼합되도록 상기 혼합물의 이송방향을 따라 복수개의 나노필터가 순차적으로 이격되어 다단 배치된 미세혼합부(60)를 포함하는 바이오중유 제조시스템(100)에 있어서, 상기 혼합탱크부(30)의 내측에 투입된 각 상기 원료가 내부의 하단부로부터 상측으로 끌어올려지면서 회전 혼합되도록, 상기 복합혼합기(31)는 상기 혼합탱크부(30)의 내측에 상하방향으로 배치되며 하단부에 유입부가 형성되고 상단부에 유출부가 형성된 순환덕트(31d)와, 상기 순환덕트(31d)의 내측에 상하방향으로 배치된 회전축(31a)과, 상기 회전축(31a)의 외주를 따라 나선형으로 돌출되어 상기 원료를 하측으로부터 상측으로 역류순환에 의해 혼합시키는 스크류 팬(31b)과, 상기 회전축에 회전력을 전달하는 구동모터(31c)를 포함하고, 상기 스크류 팬(31b)의 외곽은 상기 순환덕트(31d)와 소정의 간격으로 이격되는 반경값을 가지도록 돌출되고, 상기 회전축(31a)이 일방향으로 회전되면 상기 스크류 팬(31b)이 회전되면서 발생하는 회전력을 통해 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 순환덕트(31d)의 내측으로 유입되고, 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 스크류 팬(31b)의 상면과 상기 순환덕트(31d)의 내주 사이의 나선 회전유로를 통해 상측으로 역류 이동되되, 상기 유출부를 통해 유출되면서 중력에 의해 바닥측으로 낙하되며, 상기 순환덕트(31d)는 상기 혼합탱크부(30)의 내부와 연통되는 연통공이 측면부에 복수개로 형성되고, 상기 순환덕트(31d)와 상기 스크류 팬(31b)의 상면과의 사이에 나선 회전유로를 형성하면서도 상기 스크류 팬(31b)의 회전력이 상기 순환덕트(31d)의 연통공을 통해 상기 혼합탱크부(30)의 내부로 전달되고, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 상기 혼합물이 원주방향으로의 회전력 및 상하방향으로의 순환을 통해 균일하게 혼합함을 특징으로 하는 바이오중유 제조시스템(100)을 제공한다.
삭제
또한, 상기 토출배관(40)은 상기 혼합탱크부(30)의 상단부에 원주방향을 따라 기설정된 각도 간격으로 방사상으로 이격되어 분지된 분지토출부(41)와, 상기 분지토출부(41)가 통합되어 상기 저장탱크(50)로 연결되는 통합토출부(42)를 포함하되, 상기 혼합탱크부(30)로부터 기설정된 압력으로 토출되는 상기 혼합물이 통과하도록, 상기 미세혼합부(60)는 상기 분지토출부(41)에 각각 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 혼합탱크부(30)는 적어도 하나 이상 복수개로 구비되되, 복수개의 상기 원료탱크부(10)로부터 각 상기 혼합탱크부(30)로 원료가 분배 투입되도록 상기 연결배관(20)과 상기 혼합탱크부(30) 사이에 분배배관(21)이 구비되며, 상기 혼합탱크부(30)와 상기 원료탱크부(30)에는 내부가 기설정된 온도로 가온되도록 히팅수단(12,32)이 구비됨이 바람직하다.
한편, 상기 미세혼합부(60)는 상기 혼합탱크부(30)측에 인접하게 배치되되, 상기 혼합물이 공극을 통과하면서 회전력에 의해 분쇄되도록 상기 미세혼합부(60)의 내주측에 베어링을 통해 연결된 제1나노필터(61)와, 상기 제1나노필터(61)를 통과한 상기 혼합물의 분쇄혼합공간(64)이 형성되도록 상기 저장탱크(50)측으로 이격 배치되는 제2나노필터(62)를 포함함이 바람직하다.
상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명에 따른 바이오중유 제조시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 상하로 개구된 순환덕트의 내측에 회전축이 수직 배치되고 그 외주를 따라 스크류 팬이 나선형으로 돌출되어 각 원료 또는 이의 혼합물이 스크류 팬의 상면과 순환덕트 내주 사이의 나선 회전유로를 통해 상측으로 끌어올려지면서 가해지는 역류 토출력과 반대방향으로 작용하는 중력간의 상충을 통해 내부 운동에너지를 최대화하여 각 성분간의 혼합효과를 단시간에 최대화할 수 있다.
둘째, 혼합탱크부와 연결되는 토출배관의 일단에 복수개로 분지된 각 분지토출부에 미세혼합부가 개별 구비됨에 따라 각 분지유로의 직경을 좁게 형성할 수 있어 각 분지유로에 고압을 가하지 않더라도 유체가 안정인 압력으로 이송될 수 있으며, 혼합물이 통과하면서 미세 분쇄 및 혼합되는 양이 분지토출부의 개수에 비례하여 증가하므로 단일 배출관 설비대비 생산성이 현저히 향상될 수 있다.
셋째, 혼합물이 미세혼합부 내에 복수개로 이격 배치된 나노필터의 미세 공극을 통과하면서 나노 단위로 미세 분쇄됨과 동시에 소정의 압력에 의해 발생하는 와류를 통해 성분 간의 혼합율이 향상되므로 제조된 바이오중유의 순도가 향상되어 발열량은 기존 석유연료와 대응하면서도 오염물질이 발생하지 않아 친환경적이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오중유 제조시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오중유 제조시스템에 적용되는 복합혼합기를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오중유 제조시스템에 적용되는 미세혼합부를 나타낸 단면예시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오중유 제조시스템을 나타낸 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오중유 제조시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오중유 제조시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오중유 제조시스템에 적용되는 복합혼합기를 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오중유 제조시스템에 적용되는 미세혼합부를 나타낸 단면예시도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오중유 제조시스템(100)은 연결배관, 혼합탱크부(30), 토출배관(40), 저장탱크(50) 및 미세혼합부(60)를 포함한다. 이하에서 원료는 정제유, 대두유(CNSL) 등과 같은 동식물성 바이오 오일 및 상기 바이오중유를 정제/제조시 요구되는 유화제, 솔벤트 등의 기타 첨가제가 혼합되기 전 분류되어 준비된 상태인 것으로 이해함이 바람직하다. 즉, 바이오 오일의 혼합을 통해 정제유의 사용량을 감소시킬 수 있어 경제성이 향상될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 바이오중유의 제조시 폐유가 대체 사용될 수도 있으며, 이러한 경우 폐유의 재사용을 통한 경제성이 더욱 향상될 수 있다. 그리고, 혼합물은 각 상기 원료가 상기 혼합탱크부(30) 내에서 혼합된 상태로 이해함이 바람직하다. 더불어, 바이오중유는 상기 혼합탱크부(30)로부터 배출된 상기 혼합물이 상기 미세혼합부(60)를 통과하고 후처리 과정을 통해 최종 정제/제조된 상태인 것으로 이해함이 바람직하다.
상세히, 상기 원료탱크부(10)는 상기 바이오중유를 제조하는데 필요한 상기 원료가 저장되는 것으로, 각 상기 원료가 개별 저장되도록 복수개로 구비된다. 즉, 상기 원료탱크부(10)는 상기 바이오중유를 정제/제조시 준비되는 상기 원료의 종류에 대응하는 개수로 구비되며, 예컨대 정제유탱크(10A), 바이오 오일탱크(10B), 기타 첨가제탱크(10C,10D)를 포함하여 구비될 수 있다.
이때, 상기 원료탱크부(10)의 각 내부에 투입 및 저장되는 각 상기 원료가 기설정된 온도범위 내에서 일정하게 유지되도록 히팅수단(12)이 구비됨이 바람직하다. 또한, 각 상기 원료 내의 성분이 균일하게 혼합된 상태를 유지하도록 상기 원료탱크부(10)의 각 내부에는 교반기(11)가 구비됨이 바람직하다. 이를 통해, 각 상기 원료가 상기 원료탱크부(10) 내에서 기준 점도보다 낮게 하락하는 반면 기준 유동율보다 높게 상승된다. 따라서, 추후 상기 혼합탱크부(30)로 이송된 각 상기 원료가 균일하게 혼합될 수 있는 상태로 준비된다. 이때, 상기 히팅수단(12)은 각 상기 원료탱크부(10) 내에 추입되는 각 상기 원료, 상기 정제유 또는 바이오 오일의 특성 및 상태에 따라 상이한 온도로 설정될 수 있다.
그리고, 상기 혼합탱크부(30)는 복수개의 상기 원료탱크부(10)와 상기 연결배관(20)을 통해 연결된다.
상세히, 상기 혼합탱크부(30)는 상기 원료탱크부(10)로부터 이동되는 각 상기 원료가 혼합되는 용기로 구비되며, 내부에 각 상기 원료를 혼합하는 복합혼합기(31)가 구비됨이 바람직하다. 더불어, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 상기 혼합물이 기설정된 온도범위 내에서 일정하게 유지되어 저점도 및 고유동상태가 되도록 히팅수단(32)이 구비됨이 바람직하다. 즉, 상기 원료탱크부(10)와 상기 혼합탱크부(30)는 실질적인 구성이 상호 대응되되, 상기 혼합탱크부(30)의 수용용량이 상기 원료탱크부(10)의 수용용량보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 상기 연결배관(20)은 상기 원료탱크부(10)와 상기 혼합탱크부(30)를 각각 연결하는 관체로 구비된다. 여기서, 도면에는 나타나지 않았지만 상기 연결배관(20)에 개폐밸브, 펌프, 유량계 등의 원료이송장치 및 상기 원료 내의 불순물을 여과하는 원료필터부가 구비될 수 있다. 따라서, 상기 원료탱크부(10)에 저장된 각 상기 원료는 상기 펌프의 구동을 통해 상기 혼합탱크부(30)로 기설정된 압력으로 토출 및 이송된다. 또한, 상기 개폐밸브를 통해 상기 연결배관(20)이 선택적으로 개폐되며, 상기 연결배관(20)을 통해 이송되는 각 상기 원료의 유량이 상기 유량계를 통해 측정된다. 이를 통해, 상기 원료탱크부(10)에 저장된 각 원료의 공급여부 및 공급량이 제어될 수 있다.
그리고, 상기 토출배관(40)은 상기 혼합탱크부(30)와 상기 저장탱크(50)를 연결하도록 구비된다.
상세히, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 혼합되어 형성된 상기 혼합물이 상기 토출배관(40)을 통해 토출 및 이송되어 상기 저장탱크(50)에 저장된다. 이때, 상기 저장탱크(50)는 상기 혼합탱크부(30) 내의 상기 혼합물이 상기 미세혼합부(60)를 통과한 후 최종 정제/제조된 상기 바이오중유가 저장되는 용기로 이해함이 바람직하다. 상기 저장탱크(50)에 저장된 상기 바이오중유는 별도의 배관 또는 이송수단을 통해 상기 바이오중유가 사용되는 시설로 이송/공급될 수 있다.
더불어, 상기 미세혼합부(60)는 상기 혼합탱크부(30)와 상기 저장탱크(50)를 연결하는 상기 토출배관(40)에 구비되며, 내부에 복수개의 나노필터가 순차적으로 이격되어 다단 배치됨이 바람직하다. 그리고, 상기 혼합탱크부(30) 내의 상기 혼합물이 복수개의 상기 나노필터의 공극을 통과하면서 미세하게 분쇄되고 혼합된다. 이때, 이하에서는 상기 나노필터가 제1나노필터(61) 및 제2나노필터(62)를 포함하여 두개로 구비되는 것으로 설명 및 도시한다.
여기서, 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)의 공극은 0.25~0.35㎛ 범위로 균일한 공극으로 형성될 수 있으며, 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(61)의 공극 크기가 동일하거나 상이하게 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1나노필터(61)의 공극이 상기 제2나노필터(62)의 공극보다 크게 형성될 수도 있으며, 이를 통해 상기 제1나노필터(61)가 상기 혼합물의 이송 압력으로 인해 파손되는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 경우에 따라 상기 나노필터는 3개 이상 복수개로 구비되는 것도 가능하다. 또한, 도면에서는 각 나노필터를 판형으로 도시하였으나, 상기 나노필터는 소정의 부피를 갖는 입체형으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 혼합물이 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)를 순차적으로 통과하면서 nm~㎛ 단위로 미세하게 분쇄됨에 따라 상기 혼합물 내 성분의 혼합율이 현저히 향상될 수 있다. 이를 통해, 상기 바이오중유의 품질이 향상되며, 연료로서의 효율성이 현저히 개선될 수 있다.
한편, 상기 혼합탱크부(30)의 내측에 투입된 각 상기 원료가 용기 내부의 하단부로부터 상측으로 끌어올려지면서 회전 교반되도록, 상기 복합혼합기(31)는 회전축(31a)과, 스크류 팬(31b)과, 구동모터(31c)와, 순환덕트(31d)를 포함하여 구비됨이 바람직하다.
상세히, 상기 순환덕트(31d)는 상기 혼합탱크부(30)의 내측에 상하방향으로 배치된다. 이때, 상기 순환덕트(31d)는 하단부에 각 상기 원료 또는 각 상기 원료가 혼합된 상기 혼합물이 유입되는 유입부가 형성되며, 상단부에 유출부가 형성된 중공형 원통형상으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 회전축(31a)은 상기 순환덕트(31d)의 내측에 상하방향으로 수직으로 배치되며, 일단이 상기 혼합탱크부(30)의 외측으로 연장됨이 바람직하다. 이때, 상기 회전축(31a)의 일단에는 상기 회전축(31a)에 회전력을 전달하는 상기 구동모터(31c)가 연결된다. 그리고, 상기 회전축(31a)의 외주를 따라 상기 스크류 팬(31b)이 연속적인 나선형으로 돌출 구비된다. 이때, 상기 스크류 팬(31b)이 연속적인 나선형이라 함은 도면에서와 같이 일단부터 하단까지 이어진 형태이거나, 부분적으로 단절된 부분을 가상으로 연결한 형태가 연속적인 것을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.
여기서, 상기 스크류 팬(31b)이 연속적인 나선형으로 돌출된 간격은 상기 회전축(31a)의 길이에 대응하여 형성될 수 있으며, 75~99% 범위로 설정될 수 있다. 즉, 상기 스크류 팬(31b)이 상기 혼합탱크부(30) 내부의 실질적인 수직길이와 대응하여 배치되므로, 상기 복합혼합기(31)를 구동시 회전력이 용기 내부의 하단부부터 상단부까지 전달될 수 있다. 따라서, 클로버 형상의 임펠러가 회전축 단부에 단일로 구비되어 회전력이 상기 임펠러의 주변에 국한되던 종래와 달리, 본 발명은 상기 혼합탱크부(30) 내부의 하단부부터 상단부까지 전체적으로 회전력이 제공된다. 이를 통해, 각 상기 원료의 혼합율이 현저히 향상되며 형성된 상기 혼합물 내의 각 성분이 균일하게 분산 혼합될 수 있다.
또한, 상기 스크류 팬(31b)의 외곽은 상기 순환덕트(31d)와 소정의 간격으로 이격되는 반경값을 가지도록 돌출됨이 바람직하다. 따라서, 상기 회전축(31a)이 일방향으로 회전되면 상기 스크류 팬(31b)이 회전되면서 발생하는 회전력을 통해 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 순환덕트(31d)의 내측으로 유입된다. 그리고, 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 스크류 팬(31b)의 상면과 상기 순환덕트(31d)의 내주 사이의 나선 회전유로를 통해 상측으로 역류 이동되되, 상기 유출부를 통해 유출되면서 중력에 의해 바닥측으로 낙하된다. 이처럼, 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 회전축(31a)의 회전력 및 상기 스크류 팬(31b)의 상면을 따라 역류 이동되고 낙하되는 순환과정을 통해 상기 혼합탱크부(30) 내의 전체적인 공간에서 균일하게 혼합될 수 있다.
즉, 상기 혼합물은 상기 스크류 팬(31b)이 회전되면서 발생하는 와류에 의해 상기 스크류 팬(31b)d의 상면과 상기 순환덕트(31d) 사이로 인입되되 상기 스크류 팬(31b)의 상측으로 회전 이송될 수 있다. 그리고, 상기 순환덕트(31d)의 상측 관통부를 통해 배출되되 중력에 의해 상기 혼합탱크부(30)의 하측으로 낙하되는 순환이 이루어질 수 있다.
이때, 상기 순환덕트(31d)는 상기 혼합탱크부(30)의 내부와 연통되는 연통공이 측면부에 복수개로 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 순환덕트(31d)와 상기 스크류 팬(31b)의 상면과의 사이에 나선 회전유로를 형성하면서도 상기 스크류 팬(31b)의 회전력이 상기 순환덕트(31d)의 연통공을 통해 상기 혼합탱크부(30)의 내부로 전달될 수도 있다. 이를 통해, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 상기 혼합물이 원주방향으로의 회전력 및 상하방향으로의 순환을 통해 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.
한편, 상기 토출배관(40)은 분지토출부(41)와 통합토출부(42)를 포함함이 바람직하다.
상세히, 상기 분지토출부(41)는 상기 혼합탱크부(30)의 상단부에 원주방향을 따라 기설정된 각도 간격으로 이격되어 분지되며, 분지된 각 일단이 상기 혼합탱크부(30)의 내부로 연장된다. 여기서, 상기 분지토출부(41)가 원주방향을 따라 기설정된 각도 간격으로 이격되어 분지된다 함은 상기 분지토출부(41)가 두 개 이상 복수개로 구비되되 기설정된 간격으로 이격 배치되는 것으로 이해함이 바람직하다. 예컨대, 도면에서와 같이 상기 분지토출부(41)는 상기 혼합탱크부(30)로부터 양측으로 분지되어 실질적으로 180° 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
이때, 상기 분지토출부(41)의 일단은 상기 혼합탱크부(30)의 내부 바닥측으로 연장될 수 있으며, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 순환을 통해 혼합되어 형성된 상기 혼합물이 상기 분지토출부(41)의 일단으로 유입될 수 있다. 여기서, 상기 분지토출부(41)에는 상기 혼합탱크부(30) 내에서 상기 혼합물을 기설정된 압력으로 유입시키는 펌프 등이 개별 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 분지토출부(41)의 각 타단이 상기 통합토출부(42)를 통해 통합되며 상기 저장탱크(50)와 연결된다. 이때, 도면에는 나타나지 않았지만 상기 토출배관(40), 바람직하게는 상기 통합토출부(42)에는 중유이송장치 및 중유필터부가 구비될 수 있다. 이를 통해, 상기 바이오중유가 상기 상기 토출배관(40)을 통해 상기 혼합탱크부(30)로부터 상기 저장탱크(50)로 이송시 유속/유량이 제어되며, 상기 바이오중유 내의 불순물이 최대한으로 여과되어 제품의 순도가 현저히 향상될 수 있다. 여기서, 상기 중유이송장치 및 상기 중유필터부는 상기 연결배관(20)에 구비되는 상기 원료이송장치 및 상기 원료필터부와 실질적으로 동일한 구성 및 기능을 하므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상기 혼합탱크부(30)로부터 기설정된 압력으로 토출되는 상기 혼합물이 통과되면서 분쇄 및 미세 혼합되도록, 상기 미세혼합부(60)는 상기 분지토출부(41)에 각각 구비됨이 바람직하다. 이러한 미세혼합부(60)는 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)를 포함함이 바람직하다.
상세히, 상기 제1나노필터(61) 및 상기 제2나노필터(62)는 상기 분지토출부(41)와 연통되도록 배치되는 케이스(63)의 내부에 각각 구비되며, 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)가 상기 케이스(63)를 가로질러 각각 결합된다. 즉, 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)는 상기 분지토출부(41)와 상기 미세혼합부(60)가 연통되어 형성되는 분지유로에 복수개로 가로질러 배치된다. 그리고, 상기 분지토출부(41)를 통해 이송되어 상기 기설정된 압력으로 토출되는 상기 혼합물이 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)의 각 공극을 순차적으로 통과하면서 미세하게 분쇄됨에 따라 성분간의 혼합율이 현저히 향상될 수 있다.
여기서, 상기 제1나노필터(61)는 상기 혼합탱크부(30)측에 배치되며, 상기 제2나노필터(62)는 상기 저장탱크(50)측에 배치된다. 이때, 상기 제1나노필터(61)를 통과한 상기 혼합물의 분쇄혼합공간(64)이 형성되도록, 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62)는 소정의 간격으로 이격되어 형성됨이 바람직하다.
즉, 상기 혼합물은 상기 제1나노필터(61)의 미세한 공극을 상기 기설정된 압력에 의해 통과함에 따라 분쇄됨과 동시에 상기 제1나노필터(61)와 상기 제2나노필터(62) 사이에 형성된 상기 분쇄혼합공간(64) 내에서 와류가 형성되어 혼합된다. 그리고, 상기 분쇄혼합공간(64) 내에서 1차 분쇄 혼합된 상기 혼합물이 상기 기설정된 압력에 의해 상기 제2나노필터(62)를 순차적으로 통과하면서 분쇄 혼합된다. 이와 같이, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 1차로 혼합되어 형성된 상기 혼합물이 상기 미세혼합부(60)를 상기 기설정된 압력으로 통과하면서 미세하게 분쇄되어 혼합된다. 이에 따라, 상기 혼합물 내의 성분간 혼합율이 현저히 향상되며, 최종 정제/제조된 상기 바이오중유의 순도 및 연료로서의 품질이 현저히 향상될 수 있다.
더욱이, 상기 혼합물이 상기 제1나노필터(61)의 공극을 통과하면서 회전력에 의해 분쇄되도록, 상기 제1나노필터(61)는 베어링(61a)을 통해 상기 케이스(63) 내주에 연결될 수 있다. 이때, 상기 제1나노필터(61)는 상기 혼합물이 이동되는 압력을 통해 회전되는 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1나노필터(61)가 별도의 회전구동수단을 통해 회전 구동되도록 구비될 수도 있다. 그리고, 상기 제2나노필터(62)는 상기 케이스(63)의 내주에 고정됨이 바람직하다.
이를 통해, 상기 혼합물은 상기 제1나노필터(61)의 공극을 1차로 통과하면서 미세하게 분쇄되되, 상기 기설정된 압력 및 상기 제1나노필터(61)의 회전력을 통해 상기 분쇄혼합공간(64)에서 토네이도 형태로 회전 혼합되면서 상기 제2나노필터(62)측으로 이동된다. 그리고, 상기 혼합물이 회전 혼합되면서 상기 제2나노필터(62)의 공극을 2차로 통과한다. 이때, 상기 기설정된 압력과 회전력에 의해 상기 혼합물이 상기 제2나노필터(62)의 공극을 수직으로 통과하지 않고 나선형으로 회전되면서 통과한다. 따라서, 상기 혼합물이 상기 제2나노필터(62)를 통과하면서 더욱 미세하게 분쇄 및 혼합될 수 있다.
또한, 상기 미세혼합부(60)가 각 상기 분지토출부(41)에 개별 구비됨에 따라 각 상기 분지토출부(41)의 직경이 상기 통합토출부(42)의 직경보다 좁게 형성된다. 이를 통해, 상기 혼합물의 이송시 상기 기설정된 압력을 과도하게 고압으로 설정하지 않아도 안정적인 유속으로 이송될 수 있다. 더불어, 복수개의 상기 분지토출부(41)에 개별 구비되는 상기 미세혼합부(60)를 통해 동일 시간에 상기 혼합물의 분쇄 및 미세 혼합량이 현저히 증가하므로 생산성이 현저히 향상될 수 있다.
이처럼, 본 발명은 상기 복합혼합기(31)를 통한 상기 혼합물의 역류 순환 및 상기 미세혼합부(60)를 통한 미세 분쇄 혼합을 통해 원료에 포함된 성분을 나노입자 단위까지 분쇄 혼합이 가능하다. 따라서, 종래의 바이오중유 제조장치들이 원료간 혼합율이 85% 정도인 반면, 본 발명의 바이오중유 시스템(100)은 각 원료간에 실질적으로 99% 이상 혼합될 수 있다.
또한, 상기 혼합탱크부(30)에서의 혼합 및 상기 미세혼합부(60)에서의 미세 분쇄 혼합이 순차적으로 이루어지면서 각 성분간의 혼합처리 시간이 상대적으로 증가한다. 따라서, 종래의 바이오중유 제조장치을 이용한 정제/제조방식에서 단량체 액적과 수상 간의 표면 에너지가 0.1~1mJ/㎡인 반면, 본 발명에 따른 정제/제조방식은 단량체 액적과 수상 간의 표면 에너지가 0.001mJ/㎡로 원료간의 혼합된 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오중유 제조시스템(100)을 나타낸 개략도이다. 본 실시예에서는 분배배관(21a,21b)을 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 4에서 보는 바와 같이, 상기 혼합탱크부(30)는 적어도 하나 이상 복수개로 구비될 수 있다. 그리고, 복수개의 상기 원료탱크부(10)로부터 각 상기 혼합탱크부(30)로 각 상기 원료가 분배 투입되도록 상기 분배배관(21a,21b)이 구비될 수 있다. 여기서, 상기 분배배관(21a,21b)은 상기 연결배관(20)과 상기 혼합탱크부(30) 사이를 연결하도록 구비될 수 있다.
이처럼, 본 발명은 상기 혼합탱크부(30)의 크기를 교체하지 않고 단순히 개수를 증가하되, 상기 원료탱크부(10)와 상기 혼합탱크부(30) 사이에 분배배관(21a,21b)을 배치하는 간단한 방법으로 상기 바이오중유의 정제/제조용량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 혼합탱크부(30)와 상기 원료탱크부(10)의 크기를 규격화하여 제조할 수 있어 생산경제성이 향상될 수 있으며, 상기 바이오중유 제조시스템(100)이 위치, 용도 및 사용량에 맞게 상기 혼합탱크부(30)와 상기 원료탱크부(10)의 개수를 조합하여 설치할 수 있어 활용성이 현저히 향상될 수 있다.
더욱이, 상기 혼합탱크부(30)가 복수개로 구비됨에 따라 동일 정제시간 대비 생산량이 상기 혼합탱크부(30)의 개수에 대응하여 증가하므로 상기 바이오중유를 신속하게 대량생산할 수 있어 생산효율이 현저히 향상될 수 있다. 또한, 복수개의 상기 혼합탱크부(30) 중 어느 하나가 고장으로 인해 작동되지 않더라도 정상 구동되는 혼합탱크부(30)를 통해 바이오중유의 연속적인 생산이 가능하므로 생산 안정성이 현저히 향상될 수 있다. 이때, 상기 바이오중유 제조시스템(100)의 각 구성부품에는 동작상태의 오류와 같은 고장을 판단하고 경고효과를 출력하는 제어센서가 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제어센서의 신호를 통해 각 구성부품의 오작동을 판단하고 구동을 제어할 수 있다.
항목 검사항목 판정기준 시험결과 비고
품질기준 수분(중량%) 0.30 이하
황분(중량%) 0.05 이하 0.03 미만 적합
회분(중량%) 0.10 이하 0.001 적합
물과 침전물(부피%) 0.5 이하 0.05 미만 적합
인화점(℃) 70 이상 93.5 적합
잔류탄소분(중량%) 5 이하 0.15 적합
밀도(15℃, ㎏/㎥) 991 이하 890 적합
총발열량(㎉/㎏) 9,000 이하 9,948 적합
알칼리금속분 황산화물(ppm) 50 이하
질소산화물(ppm) 30 이하
먼지(㎎/S㎥) 50 이하
Cd 및 그 화합물(㎎/㎏) 1 이하 1 미만 적합
Cr 및 그 화합물(㎎/㎏) 1 이하 1 미만 적합
Pb 및 그 화합물(㎎/㎏) 1 이하 1 미만 적합
As 및 그 화합물(㎎/㎏) 1 이하 1 적합
성능평가 배출가스 황산화물(ppm) 18 이하
질소산화물(ppm) 180 이하
먼지(㎎/S㎥) 50 이하
표 1은 본 발명에 따른 바이오중유 시스템을 이용하여 정제된 바이오증유의 성분결과를 판정기준과 비교한 것이다.
표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바이오중유 제조시스템(100)을 이용하여 정제/제조된 바이오중유는 각 검사항목의 판정기준을 만족하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 바이오중유 시스템(100)을 이용하여 정제/제조된 상기 바이오중유는 실질적으로 완전 연소되어 공해물질이 극히 최소한으로 발생하며 연소시 예열장치가 실질적으로 필요없어 친환경적이다. 또한, 발열량이 정품 벙커C유를 기준으로 97% 이상의 수준이므로 연료로서의 품질이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 바이오중유 제조시스템(100)은 상하로 개구된 상기 순환덕트(31d)의 내측에 상기 회전축(31a)이 수직 배치되고 그 외주를 따라 상기 스크류 팬(31b)이 나선형으로 돌출된다. 따라서, 각 상기 원료 또는 이의 혼합물이 상기 스크류 팬(31b)의 상면과 상기 순환덕트(31d) 내주 사이의 나선 회전유로를 통해 상측으로 끌어올려지면서 가해지는 역류 토출력과 반대방향으로 작용하는 중력 간의 상충을 통해 내부 운동에너지를 최대화할 수 있다. 이를 통해, 상기 바이오중유를 제조하기 위한 각 상기 성분간의 혼합효과를 단시간에 최대화할 수 있다.
이때, 상기 혼합탱크부(30)와 연결되는 상기 토출배관(40)의 일단에 복수개로 분지된 각 상기 분지토출부(41)에 상기 미세혼합부(60)가 개별 구비된다. 이에 따라, 각 분지유로의 직경을 좁게 형성할 수 있어 고압을 가하지 않더라도 유체가 안정인 압력으로 이송될 수 있다. 또한, 상기 혼합물이 상기 분지유로를 통과하면서 미세 분쇄 및 혼합되는 양이 상기 분지토출부(41)의 개수에 비례하여 증가하므로 단일 배출관 설비대비 생산성이 현저히 향상될 수 있다.
더불어, 상기 혼합물이 상기 미세혼합부(60) 내에 복수개로 이격 배치된 나노필터의 미세 공극을 통과하면서 나노 단위로 미세 분쇄됨과 동시에 소정의 압력에 의해 발생하는 와류를 통해 성분 간의 혼합율이 향상된다. 이를 통해, 상기 바이오중유의 순도가 향상되어 발열량은 기존 석유연료와 대응하면서도 오염물질이 발생하지 않아 친환경적이다.
한편, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
10: 원료탱크부 12,32: 히팅수단
20: 연결배관 30: 혼합탱크부
31: 복합혼합기 40: 토출배관
41: 분지토출부 42: 통합토출부
50: 저장탱크 60: 미세혼합부
100: 바이오중유 제조시스템

Claims (5)

  1. 정제유 및 바이오 오일를 포함하는 원료가 개별 저장된 복수개의 원료탱크부(10);
    상기 원료가 내부에 투입되도록 복수개의 상기 원료탱크부(10)와 연결배관(20)을 통해 연결되되, 내부에 상기 원료를 혼합하는 복합혼합기(31)가 구비된 혼합탱크부(30);
    상기 원료가 상기 혼합탱크부(30) 내에서 혼합되어 형성된 혼합물이 배출되어 저장탱크(50)로 이송되도록 연결된 토출배관(40); 및
    상기 혼합탱크부(30)와 상기 저장탱크(50)를 연결하는 상기 토출배관(40)에 구비되되, 상기 혼합물이 통과하면서 분쇄 및 미세 혼합되도록 상기 혼합물의 이송방향을 따라 복수개의 나노필터가 순차적으로 이격되어 다단 배치된 미세혼합부(60)를 포함하는 바이오중유 제조시스템(100)에 있어서,
    상기 혼합탱크부(30)의 내측에 투입된 각 상기 원료가 내부의 하단부로부터 상측으로 끌어올려지면서 회전 혼합되도록, 상기 복합혼합기(31)는 상기 혼합탱크부(30)의 내측에 상하방향으로 배치되며 하단부에 유입부가 형성되고 상단부에 유출부가 형성된 순환덕트(31d)와, 상기 순환덕트(31d)의 내측에 상하방향으로 배치된 회전축(31a)과, 상기 회전축(31a)의 외주를 따라 나선형으로 돌출되어 상기 원료를 하측으로부터 상측으로 역류순환에 의해 혼합시키는 스크류 팬(31b)과, 상기 회전축에 회전력을 전달하는 구동모터(31c)를 포함하고,
    상기 스크류 팬(31b)의 외곽은 상기 순환덕트(31d)와 소정의 간격으로 이격되는 반경값을 가지도록 돌출되고, 상기 회전축(31a)이 일방향으로 회전되면 상기 스크류 팬(31b)이 회전되면서 발생하는 회전력을 통해 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 순환덕트(31d)의 내측으로 유입되고, 각 상기 원료 또는 상기 혼합물이 상기 스크류 팬(31b)의 상면과 상기 순환덕트(31d)의 내주 사이의 나선 회전유로를 통해 상측으로 역류 이동되되, 상기 유출부를 통해 유출되면서 중력에 의해 바닥측으로 낙하되며,
    상기 순환덕트(31d)는 상기 혼합탱크부(30)의 내부와 연통되는 연통공이 측면부에 복수개로 형성되고, 상기 순환덕트(31d)와 상기 스크류 팬(31b)의 상면과의 사이에 나선 회전유로를 형성하면서도 상기 스크류 팬(31b)의 회전력이 상기 순환덕트(31d)의 연통공을 통해 상기 혼합탱크부(30)의 내부로 전달되고, 상기 혼합탱크부(30) 내에서 상기 혼합물이 원주방향으로의 회전력 및 상하방향으로의 순환을 통해 균일하게 혼합함을 특징으로 하는 바이오중유 제조시스템(100).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출배관(40)은 상기 혼합탱크부(30)의 상단부에 원주방향을 따라 기설정된 각도 간격으로 방사상으로 이격되어 분지된 분지토출부(41)와, 상기 분지토출부(41)가 통합되어 상기 저장탱크(50)로 연결되는 통합토출부(42)를 포함하되,
    상기 혼합탱크부(30)로부터 기설정된 압력으로 토출되는 상기 혼합물이 통과하도록, 상기 미세혼합부(60)는 상기 분지토출부(41)에 각각 구비됨을 특징으로 하는 바이오 중유 제조시스템(100).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합탱크부(30)는 적어도 하나 이상 복수개로 구비되되, 복수개의 상기 원료탱크부(10)로부터 각 상기 혼합탱크부(30)로 원료가 분배 투입되도록 상기 연결배관(20)과 상기 혼합탱크부(30) 사이에 분배배관(21)이 구비되며,
    상기 혼합탱크부(30)와 상기 원료탱크부(10)에는 내부가 기설정된 온도로 가온되도록 히팅수단(12,32)이 구비됨을 특징으로 하는 바이오중유 제조시스템(100).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세혼합부(60)는
    상기 혼합탱크부(30)측에 인접하게 배치되되, 상기 혼합물이 공극을 통과하면서 회전력에 의해 분쇄되도록 상기 미세혼합부(60)의 내주측에 베어링을 통해 연결된 제1나노필터(61)와,
    상기 제1나노필터(61)를 통과한 상기 혼합물의 분쇄혼합공간(64)이 형성되도록 상기 저장탱크(50)측으로 이격 배치되는 제2나노필터(62)를 포함함을 특징으로 하는 바이오중유 제조시스템(100).
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