KR102580222B1 - 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유 - Google Patents

폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유 Download PDF

Info

Publication number
KR102580222B1
KR102580222B1 KR1020220111371A KR20220111371A KR102580222B1 KR 102580222 B1 KR102580222 B1 KR 102580222B1 KR 1020220111371 A KR1020220111371 A KR 1020220111371A KR 20220111371 A KR20220111371 A KR 20220111371A KR 102580222 B1 KR102580222 B1 KR 102580222B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
waste organic
organic solvent
fuel composition
hydrogen peroxide
emulsion
Prior art date
Application number
KR1020220111371A
Other languages
English (en)
Inventor
신수진
Original Assignee
유니온정유(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유니온정유(주) filed Critical 유니온정유(주)
Priority to KR1020220111371A priority Critical patent/KR102580222B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102580222B1 publication Critical patent/KR102580222B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
    • C10L1/328—Oil emulsions containing water or any other hydrophilic phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/12—Inorganic compounds
    • C10L1/1233—Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof
    • C10L1/1258—Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof hydrogen peroxide, oxygenated water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2230/00—Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole
    • C10L2230/22—Function and purpose of a components of a fuel or the composition as a whole for improving fuel economy or fuel efficiency
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2250/00—Structural features of fuel components or fuel compositions, either in solid, liquid or gaseous state
    • C10L2250/04—Additive or component is a polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2250/00—Structural features of fuel components or fuel compositions, either in solid, liquid or gaseous state
    • C10L2250/06—Particle, bubble or droplet size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2250/00—Structural features of fuel components or fuel compositions, either in solid, liquid or gaseous state
    • C10L2250/08—Emulsion details
    • C10L2250/084—Water in oil (w/o) emulsion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유는 과산화수소수, 유화제, 활성화제 등의 성분을 포함함으로써, 발열량, 연소 효율 등의 연료 특성이 우수하고, 장기간 보관 후에도 초기 우수한 연료 특성을 발휘할 수 있는 효과가 있다. 또한 폐유기용매를 재사용하여 친환경적임에도 연소 시 연소 활성이 폭발적으로 증가되는 효과가 있으며, 연소 시 대기 오염 물질의 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유{Recycled fuel composition using waste organic solvent and emulsion fuel oil containing same}
본 발명은 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유에 관한 것이다.
일반적으로, 유기용매는 대상 물질을 용해, 추출하되 대상 물질과 반응하지 않는 탄소 화합물(탄화수소, 알코올, 에테르, 에스테르, 알데히드, 케톤, 아민 등)을 지칭한다. 이러한 유기용매는 중간원료, 합성수지, 화공약품, 접착제, 제약 등 제조 공정의 주요 원료로 의약품 제조업, 섬유 제조업, 종이 제조업, 고무/플라스틱 제품 제조업, 전자산업 등 다양한 화학 분야 업종에서 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 유기용매의 사용량 및 가격은 점차 상승하고 있는 추세이며, 사용 후 발생하는 폐유기용매는 소각할 경우 독성이 높은 물질이 생성될 수 있기 때문에 처리에 특별한 관리가 요구된다. 따라서 산업에서 배출되는 폐유기용매는 함량에 관계없이 지정폐기물로 관리되고 있을 만큼 폐유기용매의 처리는 매우 중요하다.
폐유기용매의 처리 방법은 크게 소각/매립 방법과 재활용 방법이 있다. 소각/매립 방법의 경우, 대부분의 폐유기용매는 다양한 불순물로 오염되어 있음에 따라 재생이 어려운 이유로 소각하거나 매립하여 폐기하는 방법을 통해 주로 처리되었다. 하지만 이는 자원의 낭비와 2차 환경 오염을 일으키므로 바람직하지 못하다.
재활용 방법의 경우, 예를 들어 여과법, 증류법 등을 통해 회수하거나 기존의 저질연료에 첨가하여 재사용하는 방법이 있다. 여과법의 경우, 불순물의 제거가 완벽하지 못한 이유로 유기용매로 용도의 재사용이 어려우며, 여과 및 흡착제 등에 대한 처리비용도 높아 경제성이 떨어진다. 증류법의 경우, 고순도의 정제가 어렵고, 처리 공정상 위험성이 높으며, 에너지의 원가 비중이 높아 이 역시 경제성이 떨어진다.
폐유기용매를 처리하는 재활용 방법 중 하나로 저질연료에 첨가하여 재활용하는 방법, 즉, 폐유기용매를 연료유로 재활용하는 방법이 있다.
하지만 이는 기술의 부족으로 인해 품질이 떨어지는 등 재활용하여 사용하기에는 아직 무리가 있어 산업적으로 적용이 쉽지 않으며, 재활용 비용 또한 높고 효율적이지 못한 단점이 있다.
한편, 대한민국 정부는 2004년 석유자원의 원활한 수급과 가격 안정을 꾀하고자 ‘석유 사업법’을 ‘석유 및 석유 대체 연료 사업법’으로 전면 개정하고 석유 대체 연료의 도입을 본격화했다. 석유 대체 연료란 석유제품 연소설비의 근본적인 구조변경 없이 석유제품을 대체해 사용할 수 있는 연료(석탄, 천연가스 제외)를 말하는 것으로 정부는 바이오 디젤, 바이오 에탄올, 석탄 액화유, 유화 연료유, 천연 역청유 등 5 가지로 구분하여 규정하고 있다.
이중 유화 연료유는 오일(정제유 또는 중질 연료)에 물과 유화제 등을 혼합하여 유화시킨 연료로서 중질연료의 연소성을 개선하여 대기오염의 주범이 되는 먼지(Dust), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 매연 및 기타 대기 오염 물질의 발생을 감소시킬 수 있는 연료이다. 이러한 유화 연료유는 바이오 연료처럼 원료를 수입에 의존하지 않아도 되므로, 상용화할 경우, 다른 석유 대체 연료보다 보다 빨리 사용이 확대 가능한 장점이 있다.
그러나 유화 연료유는 오일상에 수상이 미립자 상태로 분산되어 있는 상태를 가지므로, 장시간 방치할 경우, 응집 현상이 일어나거나 수층과 오일층으로 층상 분리되는 등의 보관 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 유화 연료유는 5~30% 정도의 물을 포함하므로 100% 오일과 비교하여 오일의 함량이 적은 만큼 발열량이 감소하는 단점을 갖는다. 이와 같이, 유화 연료유는 연소 효율의 증가 및 대기 오염 물질 억제 효과의 장점을 가지고는 있지만, 안정성이 떨어져 보관 기간이 길어질수록 초기 우수한 연료 특성을 발휘할 수 없고, 오일 함량이 적은 만큼 발열량이 떨어지는 한계가 있다.
특히 폐유기용매를 유화 연료유의 오일로 대체하여 사용하는 재활용 기술은 전술한 바와 같은 유화 연료유의 단점은 물론, 오일과 특성이 다른 폐유기용매의 특성으로 인해 산업적으로 적용이 쉽지 않다. 구체적으로, 폐유기용매를 유화 연료유로 제조하여 사용할 경우, 연소 시 불완전 연소 확률이 높고 열효율 저하는 물론, 또 다른 공해의 원인이 되기도 한다. 또한 유화 연료유의 특성, 그리고 폐유기용매의 특성으로 인해 장기 보관 시 유기용매의 유층과 수층으로 분리가 더 쉽게 발생하는 등 보관 안정성이 더 저하되는 단점도 있다.
따라서 폐유기용매를 재활용하여 유화 연료유에 범용적으로 적용할 수 있어야 하며, 발열량, 연소 효율 등의 연소 특성이 우수한 것은 물론, 보관 안정성도 우수한 폐유기용매를 이용한 재활용 유화 연료유의 개발이 요구된다.
한국등록특허공보 제10-1375634호 (2014.03.12)
본 발명의 목적은 발열량, 연소 효율 등의 연료 특성이 우수하면서, 장기간 보관 후에도 초기 우수한 연료 특성을 발휘할 수 있는 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 폐유기용매를 재사용하여 친환경적임에도 연소 시 연소 활성이 폭발적으로 증가된 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대기 오염 물질의 발생을 최소화할 수 있는 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유를 제공하는 것이다.
본 발명은 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물을 제공하며, 상기 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 폐유기용매, 과산화수소수 및 무기계 유화제를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 상기 폐유기용매 53 내지 80 중량%, 상기 과산화수소수 17 내지 45 중량% 및 상기 무기계 유화제 0.1 내지 3 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 활성화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 활성화제는 갈조류 유래 황산 다당류를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 갈조류 유래 황산 다당류는 푸코이단을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 상기 폐유기용매 53 내지 80 중량%, 상기 과산화수소수 17 내지 45 중량%, 상기 무기계 유화제 0.1 내지 3 중량% 및 상기 활성화제 0.1 내지 2 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 과산화수소수는 68 중량% 이상의 과산화수소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 무기계 유화제는 피커링 에멀젼(디플리션 힘)에 기반한 계면활성 능력을 갖는 무기 분체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 무기계 유화제는 1족 또는 2족 금속의 수산화물, 염화물, 질화물, 탄산화물 및 황산화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 유기계 유화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 유기계 유화제는 에스테르계 유화제 및 에테르계 유화제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물을 포함하는 에멀젼형 연료유를 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 에멀젼형 연료유는 상기 연료 조성물의 과산화수소수를 포함하는 수상의 분산상; 및 상기 연료 조성물의 폐유기용매를 포함하는 오일상의 연속상;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 분산상의 평균 액적 크기는 1 내지 10 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 에멀젼형 연료유는, 상기 에멀젼형 연료유를 25℃ 및 1 atm의 비진동 환경에 20 일 동안 방치했을 때 에멀젼 입자 크기의 변화가 10% 미만인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유는 발열량, 연소 효율 등의 연료 특성이 우수하면서, 장기간 보관 후에도 초기 우수한 연료 특성을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유는 폐유기용매를 재사용하여 친환경적임에도 연소 시 연소 활성이 폭발적으로 증가되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유는 연소 시 대기 오염 물질의 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유를 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치 범위 외의 값 역시 정의된 수치 범위에 포함된다.
본 명세서에서 언급되는 ‘포함한다’는 ‘구비한다’, ‘함유한다’, ‘가진다’, ‘특징으로 한다’ 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 발명은 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물을 제공하며, 상기 연료 조성물은 폐유기용매, 과산화수소수 및 무기계 유화제를 포함한다. 상기 연료 조성물은 오일상과 수상이 혼합된 에멀젼상으로 존재하는 에멀젼형 연료유이다.
오일, 물 및 유화제로 구성된 일반적인 에멀젼형 연료유는 발열량이 낮고 연소 활성이 좋지 않으며, 특히 폐유기용매를 연료유의 오일 성분으로 사용할 경우, 연료유로서의 품질이 매우 낮은 한계가 있다. 반면, 본 발명에 따른 에멀젼형 연료유는 폐유기용매를 재사용함에도 과산화수소수 및 무기계 유화제를 포함함으로써 연소 시 과산화수소에 의해 산소가 대량 발생되어 연소 활성을 폭발적으로 증가시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 물이 분산상인 유중수형(W/O) 에멀젼 연료유임에도 종래 대비 발열량이 높고 연소 활성이 우수한 고품질의 연료유를 제공한다.
특히 본 발명에 따른 연료 조성물, 즉, 에멀젼형 연료유는 폐유기용매를 주성분으로 가짐에도 발열량, 연소 활성 등의 연소 특성이 우수할 뿐만 아니라, 후술하는 추가적인 구성 또는 구체적인 구성을 통해 장기 보관 안정성이 우수하다. 이와 같이, 본 발명에 따른 연료 조성물은 고온 환경의 연소 시 과산화수소에 의해 산소가 대량 발생하여 연소 활성이 폭발적으로 증대되면서 동시에 저온에서의 장기 보관 안정성이 크게 향상된다.
상기 과산화수소수는 과산화수소 및 물을 포함하는 것으로, 과산화수소는 연소 시 분해되어 다량의 산소기를 발생시킴에 따라 외부에서 유입되는 산소량이 적더라도 가능한 연료의 완전연소를 일으킨다. 또한 이와 같은 연소 활성 향상뿐만 아니라, 연소로 인해 발생할 수 있는 회분 등의 불순 물질의 과다 발생을 억제할 수 있다.
유화 연료유의 조성비는 유화 연료유 분야에서 통상적으로 사용되는 물 30 중량% 이하의 에멀젼형 연료유라면 무방하다. 바람직한 일 예를 들면, 본 발명에 따른 연료 조성물은 상기 폐유기용매 53 내지 80 중량%, 상기 과산화수소수 17 내지 45 중량% 및 상기 무기계 유화제 0.1 내지 3 중량%를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 상기 폐유기용매 62 내지 73 중량%, 상기 과산화수소수 25 내지 35 중량% 및 상기 무기계 유화제 0.1 내지 3 중량%를 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
이때 과산화수소수의 과산화수소 농도는 크게 제한되는 것은 아니지만, 과산화수소수 전체 중량에 대하여 68 중량% 이상, 구체적으로 70 중량% 이상의 과산화수소를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서 과산화수소 농도의 상한 값은 크게 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 90 중량%, 구체적으로 80 중량%일 수 있다. 과산화수소의 농도가 68 중량%, 구체적으로 67 중량% 이하의 과산화수소 농도에서는 과산화수소가 분해하여 발생되는 열에너지가 기화되는 물의 잠열로 흡수되어 과산화수소의 끓는점 이상으로 온도가 증가되는 것이 어려울 수 있다. 따라서 과산화수소에서 발생하는 열에너지가 외부로 모두 방출되지 않아 과산화수소에 의한 발열량 향상 효과가 미미할 수 있다. 반면, 과산화수소의 농도가 68 중량% 이상, 구체적으로 70 중량% 이상일 경우, 연소 시 과산화수소가 분해되는 발열 반응에 의해 연료 조성물 중 폐유기용매의 연소에 의한 발열 외에도 과산화수소에 의한 발열이 추가되어 연료 조성물의 단위 중량당 발열량이 현저히 증가될 수 있다.
상기 무기계 유화제는 오일과 물을 유화시킬 수 있는 무기 화합물이라면 무방하며, 예컨대 피커링(Pickering) 에멀젼 기술, 즉, 디플리션 힘(Depletion force)에 기반한 계면활성 특성을 갖는 무기 분체가 사용될 수 있다. 상기 무기 분체는 폐유기용매와 과산화수소수가 에멀젼을 형성할 수 있도록 오일-물의 계면에 흡착되어 계면활성제의 역할을 할 수 있는 것이라면 다양한 종류가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 조성물은 W/O 에멀젼 조성물이므로 수 접촉각이 90도 이상의 표면 특성을 갖는 친유성의 무기 분체가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 무기 분체는 연료 조성물에서 피커링 에멀젼(디플리션 힘)에 기반한 계면활성 능력을 갖는 것이며, 더 바람직하게는 계면활성 능력을 갖도록 적절히 표면 개질된 무기 분체가 사용될 수 있다. 표면 개질의 예로, 유기 분자를 분체 표면에 화학적으로 결합시키는 화학 그래프팅법(Chemical grafting)을 이용하거나, 물리 흡착법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 무기 분체가 친수성 표면을 가질 경우, 친유성(소수성)의 유기 화합물을 무기 분체의 표면에 그라프트하거나 물리 흡착시켜 소수성으로 표면 개질된 무기 분체가 사용될 수 있다.
상기 무기 분체의 표면을 개질하기 위한 물질은 표면 특성(친수성, 소수성)에 따라 적절한 것이 사용될 수 있다. 일반적으로 무기 분체 자체의 표면은 친수성을 가지므로 소수성 특성의 물질로 무기 분체의 표면에 처리될 수 있으며, 그 예로, 스테아린산, 팔미트산, 올레산, 리놀레산 등의 고급 지방산, 아크릴계, 에폭시계, 올레핀계 등의 소수성 고분자 등을 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 무기 분체의 종류로는 예를 들어 1족 또는 2족 금속의 산화물, 탄산화물 및 수산화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 1족 금속, 즉, 알칼리 금속의 예로 나트륨, 칼륨 등을 들 수 있으며, 상기 2족 금속, 즉, 알칼리 토금속의 예로 마그네슘, 칼슘 등을 들 수 있다. 구체적인 일 예로 물에 대한 용해도가 비교적 낮은 MgO, Mg(OH)2, CaCO3, MgCO3, Ca(OH)2, CaO 등이 사용될 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 무기계 유화제의 무기 분체로 2족 금속 특히 마그네슘 화합물이 사용될 경우, 고온 환경, 즉, 연소 시 과산화수소가 산화제 역할 및 폭발적인 분해 반응을 할 수 있도록 하면서, 저온 환경, 즉, 보관 시 과산화수소가 장기간 지속적으로 분해되는 문제를 억제할 수 있다. 이의 바람직한 구체 화합물로, 물에 대한 용해도가 낮은 MgO, Mg(OH)2를 예로 들 수 있다. 따라서 장기 보관성이 더 향상되고 초기 우수한 연소 특성을 더 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
상기 무기계 유화제의 바람직한 일 예로, 스테아린산이 코팅된 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 입자가 사용될 수 있다. 스테아린산으로 표면 개질된 무기 분체 입자는 고온에서 용융된 스테아린산을 무기 분체 입자에 분무하여 상기 입자의 표면에 스테아린산을 흡착시켜 제조될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 무기 분체의 평균 입자 크기는 계면활성 능력을 발휘할 수 있을 정도라면 무방하며, 예를 들어 나노 사이즈에서 마이크로 사이즈까지 폭 넓게 적용 가능하지만, 유화 안정성 측면에서 나노 사이즈인 것이 바람직할 수 있다. 구체적인 일 예로, 그 평균 크기는 10 내지 600 nm, 구체적으로 50 내지 500 nm, 보다 구체적으로 150 내지 400 nm일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 무기 분체의 평균 비표면적은 계면활성 능력을 발휘할 수 있을 정도라면 무방하며, 예를 들어 5 내지 500 m2/g, 구체적으로 10 내지 300 m2/g, 보다 구체적으로 15 내지 100 m2/g일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 일반적으로 과산화수소는 시간이 경과할수록 지속적으로 분해되는 문제가 존재하나, 본 발명에 따른 연료 조성물이 후술하는 활성화제를 더 포함할 경우, 보관과 같은 저온 환경에 장기간 노출되었을 때 지속적인 분해를 막고, 폐유기용매와 유화가 더 잘되도록 하는 효과가 나타날 수 있다.
즉, 바람직한 일 예에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 폐유기용매, 무기계 유화제 및 과산화수소수와 함께 후술하는 활성화제를 더 포함할 수 있다. 상기 활성화제는, 과산화수소가 저온에서 쉽게 분해되지 않으면서 연소 환경과 같은 고온에서 폭발적으로 분해되는 발열 반응이 일어나도록 할 뿐만 아니라, 상기 무기계 유화제와 더불어 유기계 유화제 역할도 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 조성물은 과산화수소를 연료 조성물 전체 중량의 약 20% 내외로 상당량 함유할 수 있으며, 많은 양의 과산화수소를 포함할지라도 후술하는 활성화제를 포함할 수 있음에 따라 장기간 보관 시 과산화수소의 저온 분해 특성을 최소화할 수 있다.
상기 활성화제는 갈조류 유래 황산 다당류를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 상기 갈조류 유래 황산 다당류는 푸코이단(Fucoidan)을 포함할 수 있다. 상세하게, 갈조류 유래 황산 다당류를 포함하는 활성화제가 본 발명에 따른 연료 조성물의 성분인 과산화수소와 함께 사용될 경우, 상기 활성화제는 과산화수소의 분해에 의한 라디칼 생성을 억제하는 라디칼 스캐빈저 역할을 하는 것은 물론, 유기계 유화제 역할도 하여, 상기 무기계 유화제만으로 부족할 수 있는 유화 특성을 유기계 유화제로서 상호 보완할 수 있다. 상기 무기계 유화제만으로는 오일상과 수상의 에멀젼화를 장기간 안정화시키기 어려울 수 있는데, 무기계 유화제와 함께 상기 활성화제가 사용될 경우, 상기 활성화제가 유기계 유화제로서 더욱 안정적으로 연료 조성물의 에멀젼화를 유지할 수 있다.
또한 상기 과산화수소가 활성화제와 함께 사용됨으로써, 상기 활성화제에 함유된 황에 의해 배출될 수 있는 미량의 황 산화물 중 삼산화황(SO3)의 비율을 상대적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 상세하게, 일반적인 유화 연료유는 연소 시 물의 미립화에 의해 연소 온도가 낮아지므로 질소 산화물 배출을 억제할 수 있으나, 연료유에 황이 함유되어 있을 경우 배출되는 황 산화물 중 삼산화황의 비율이 증가될 수 있다. 삼산화황은 연소실 내부 벽면의 부식의 원인이 될 수 있고, 연돌로 배출되면 백연 현상도 일으키므로, 황산화물 중 삼산화황의 비율을 감소시키는 것 바람직하다. 본 발명에 따른 연료 조성물이 과산화수소와 함께 상기 활성화제를 더 포함할 경우, 보관 시 과산화수소의 분해 억제 효과 및 유기 유화제 효과가 상기 활성화제에 의해 나타날 뿐만 아니라, 상기 활성화제에 의해 생성될 수 있는 황 산화물 중 삼산화황의 비율을 상대적으로 감소시킬 수 있는 효과가 과산화수소에 의해 나타나는, 상호 보완 시너지 효과가 구현될 수 있다.
상기 갈조류 유래 황산 다당류는 황산기를 2 이상으로 갖고 있어 전술한 바와 같이 황화물 가스를 유발할 수 있으므로, 그 사용 함량에 있어 2 중량% 이하, 구체적으로, 1 중량% 이하로 하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 연료 조성물은 상기 활성화제를 0.1 내지 2 중량%, 구체적으로 0.1 내지 1 중량%로 포함할 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상술한 조성비 범위 내에서 상기 과산화수소 및 상기 활성화제의 중량비가 100:1~5를 만족할 경우, 즉, 연료 조성물이 과산화수소 100 중량부에 대하여 활성화제를 1 내지 5 중량부로 포함할 경우, 전술한 효과들과 함께, 황 산화물 중 삼산화황의 비율을 상대적으로 더 감소시킬 수 있으면서 동시에 황 산화물 자체의 발생량도 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 조성물은 유기계 유화제를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 유기계 유화제가 더 사용될 경우, 무기계 유화제로 부족할 수 있는 에멀젼 시스템의 안정성을 더 향상시킬 수 있다. 상기 유기계 유화제는 물과 오일을 유화시킬 수 있는 계면활성제 역할을 할 수 있는 유기 화합물이라면 무방하며, 예컨대 에스테르계 유화제 및 에테르계 유화제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 에스테르계 유화제의 예로 소르비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate), 소르비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate) 및 소르비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 올레산염을 들 수 있다. 에스테르 화합물로는 각각의 지방산과 고급알코올의 모든 조합에 의해 생성되는 에스테르를 포함한다. 이 중, 당알코올의 에스테르 화합물이 더 좋을 수 있다. 이의 대표적인 예로는, 솔비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate), 솔비탄 디올레이트(Sorbitan dioleate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate), 솔비탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate), 솔비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate), 솔비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate), 솔비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate), 만니탄 모노올레이트(Mannitan monooleate), 만니탄 디올레이트(Mannitan dioleate), 만니탄 트리올레이트(Mannitan trioleate), 만니탄 트리스테아레이트(Mannitan tristearate), 만니탄 모노스테아레이트(Mannitan monostearate), 만니탄 모노팔미테이트(Mannitan monopalmitate), 폴리글리콜-지방산 에스테르(Polyglycol-fatty acid ester), 디글리콜-라우레이트(Diglycol-laurate), 디글리콜-올레이트(Diglycol-oleate), 디글리콜-스테아레이트(Diglycol-stearate), 디에틸렌-글리콜 라우레이트(Diethylene-glycol laurate), 프로필렌-글리콜 모노라우레이트(Propylene-glycol monolaurate), 프로필렌-글리콜 모노올레이트(Propylene-glycol monooleate), 프로필렌-글리콜 모노스테아레이트(Propylene-glycol monostearate), 글리세롤-모노스테아레이트(Glycerol-Monostearate), 글리세롤-모노올레이트(Glycerol-Monooleate), 글리세롤-모노스테아레이트(Glycerol-Monostearate) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 일 실시예로, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(Polyoxyethylene Nonylphenyl Ether)가 사용될 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 유기계 유화제가 사용될 경우, 이의 함량은 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 연료 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 3 중량%, 구체적으로 0.1 내지 2 중량%로 연료 조성물에 포함되어 사용될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 연료 조성물은 요구 목적에 따라 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 일 예로, 안정화제, 부식 저해제, 탈헤이즈제, pH 조절제, 기타 연소 개선제, 대전방지제, 항산화제, 소포제, 안료, 향료, 겔화제, 탈질제, 탈황제, 점도 조절제 및 유동점 강하제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 이 외에도 연료유에 사용될 수 있는 다양한 목적 및 용도의 첨가제가 사용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물은 에멀젼형 연료유이며, 과산화수소수를 포함하는 수상의 분산상; 및 폐유기용매를 포함하는 오일상의 연속상;을 포함할 수 있다.
상기 에멀젼형 연료유에서 분산상의 평균 액적 크기는 작을수록 오일과 공기의 접촉 면적을 향상시킬 수 있어 연소 활성에 유리할 수 있으며, 예를 들어 1 내지 10 ㎛일 수 있다. 인젝터를 통해 실린더 내로 연료유를 분사하면 물과 오일의 끓는점 차이로 인하여 물 입자들이 먼저 증발하면서 미소폭발이 발생한다. 어떤 분위기의 조건(온도, 압력)에서도 오일보다 물이 먼저 증발하게 되며, 물이 미립화 상태로 미소 폭발을 하게 되면 물 입자들을 감싸고 있던 오일이 잘게 나뉘게 된다. 따라서 분산상의 평균 액적 크기가 위 범위를 만족할 경우, 오일의 미립화를 촉진하여 오일과 공기 중 산소의 접촉 면적을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 폐유기용매는 통상적으로 알려진 유기용매 폐기물로서, 다양한 종류의 유기용매와 불순물을 포함하는 혼합물로 폐기되는 등 산업 분야에서 발생될 수 있는 폐유기용제 혼합물의 넓은 범위의 의미로 정의된다. 바람직하게는 비수용성, 즉, 지용성의 유기용매 혼합물을 의미할 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 폐유기용매는 지용성 성분, 즉, 유분을 80 중량% 이상, 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상 함유하는 것일 수 있다. 폐유기용매의 물성으로는, 폐유기용매의 종류, 공급 경로에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면, 폐유기용매의 일반적인 밀도는 0.83 내지 0.99, 구체적으로 0.87 내지 0.95 g/ml일 수 있고, 폐유기용매의 일반적인 저위발열량은 6,000 내지 8,500 kcal/kg, 구체적으로 7,000 내지 8,000 kcal/kg일 수 있다. 폐유기용매의 조성은 예컨대 탄소 20 내지 80 중량%, 산소 2 내지 10 중량%, 수소 1 내지 7 중량%, 질소 0.5 내지 5 중량%, 황 0.01 내지 1 중량%를 포함할 수 있다. 하지만 이는 이해를 돕기 위해 예를 든 것으로, 이 외에도 다양한 종류의 폐유기용매가 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 연료 조성물 및 이를 포함하는 폐유기용매를 이용한 재활용 에멀젼형 연료유는, 황이 0.5 중량% 이하, 납 함유 성분이 100 mg/kg 이하, 카드뮴 함유 성분이 1 mg/kg 이하, 비소 함유 성분이 2 mg/kg 이하, 크롬 함유 성분이 50 mg/kg 이하, 수은 함유 성분이 1.5 mg/kg 이하, 염소 함유 성분이 2,000 mg/kg 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물, 즉, 에멀젼형 연료유는 장기간 보관하더라도 유수 분리 없이 초기 에멀젼 상태를 거의 그대로 유지할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 에멀젼형 연료유를 25℃ 및 1 atm의 비진동 환경에 20 일 동안 방치했을 때 에멀젼 입자 크기의 변화가 10% 미만으로서 장기 안정성이 우수하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 연료 조성물은 발열량이 높고 연소 활성이 우수하며, 침전물이나 층 분리가 생기지 않는 장기 보관 안정성이 우수하여 초기 우수한 연소 특성을 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 연료 조성물은 법으로 정한 사용 범위 내의 용도로 사용되면 무방하며, 예를 들어 수송 연료 용도, 난방 연료 용도, 산업 연료 용도, 소성로에서의 보조연료 용도, 소각로에서의 고온 소각 용도, 반려동물 장례 용도 등으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 조성물은 연소 후 소각 잔재물이 남을 수 있으며, 상기 소각 잔재물은 알루미나, 실리카, 칼슘 등이 함유될 수 있어 시멘트 원료로 재사용 가능한 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 연료 조성물의 제조 방법을 서술한다.
본 발명에 따른 연료 조성물의 제조 방법은 전술한 성분들을 혼합하는 공지된 다양한 수단을 사용하면 무방하며, 바람직하게는, a) 폐유기용매 내 이물질 제거 단계 및 b) 상기 폐유기용매와 전술한 성분들을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 a) 단계는 다양한 경로로부터 공급되는 폐유기용매 내 이물질을 제거하는 단계이다. 폐유기용매 내에는 먼지, 슬러지, 석회, 중금속 등의 이물질이 함유되어 있을 수 있으므로, 이들을 제거함으로써 연료 조성물의 품질을 향상시킬 수 있다. 이물질의 제거 수단은 공지된 다양한 방법이 적용 가능하며, 예를 들어 폐유기용매를 그물망 등의 필터에 통과시켜 이물질을 제거하는 방법, 원심분리 방법 등이 사용될 수 있다. 필터를 이용한 방법을 이용할 경우, 크기가 큰 고형 이물질을 쉽게 제거할 수 있으며, 원심분리 방법을 이용할 경우, 밀도가 높은 불순물을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 연료 조성물의 제조 방법은, a) 단계와 b) 단계 사이에, 폐유기용매 내 수분 제거 공정이 더 수행될 수 있다. 폐유기용매 내의 수분은 공급되는 폐유기용매에 따라 다르므로, 먼저 폐유기용매 내 수분을 제거한 이후에 b) 단계에서 상기 폐유기용매와 연료 첨가 성분들을 혼합하는 공정을 거쳐 본 발명에 따른 연료 조성물을 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 폐유기용매 내 수분을 제거하는 수단은 다양한 방법이 수행될 수 있으며, 예를 들어 100 내지 150℃, 구체적으로 110 내지 130℃에서 열처리하는 방법일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 연료 조성물의 제조 방법은, 환경 오염을 유발할 수 있는 대기 오염 물질의 제거 공정이 더 수행될 수 있고, 이는 a) 단계 전; a) 단계와 b) 단계 사이; 또는 b) 단계 이후;에 수행될 수 있다. 바람직하게는 a) 단계와 b) 단계 사이에 상기 제거 공정이 수행되는 것이 공정 효율 및 대기 오염 물질의 제거 효율이 더 우수할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 연료 조성물의 제조 방법은, c) 연료 조성물 내 2차 이물질 제거 단계를 더 포함할 수 있다. a) 단계에서 1차적으로 폐유기용매 내 이물질이 제거된 이후, 상기 b) 단계에서 폐유기용매와 연료 성분들이 혼합된 연료 조성물에 2차적으로 이물질을 제거하는 공정이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 조성물을 다양한 방법으로 연소시켜 사용할 수 있으며, 예를 들어 노즐로 분무하여 연소시키면 연료 조성물 중 물 입자가 고열에 의해 급팽창하여 미세폭발을 일으켜 둘러싸고 있는 오일 입자를 더욱 미세하게 분사시켜 줌으로써 화염 중에서 산소와의 접촉 면적이 증대됨으로써 완전연소가 촉진될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
하기 표 1의 조성비가 되도록 폐유기용매에 과산화수소수, 하기 방법으로 제조된 무기계 유화제, 유기계 유화제(소르비탄 모노올레이트)(Span 80, Sigma_Aldrich)를 첨가한 후, 균질화기(Homogenizer) 및 초음파 발생기(Ultrasonic generator)를 이용하여 에멀젼화가 충분히 되도록 혼합함으로써 연료 조성물을 제조하였다.
상기 무기계 유화제는 다음의 방법으로 제조되었다. 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 평균 입경 300 nm, 평균 비표면적이 46.9 m2/g가 되도록 분쇄하여 미분체를 제조하고, 스터드 밀 및 혼합기를 이용하여 습식 공정으로 상기 미분체의 표면에 스테아린산을 다음과 같은 방법으로 피복시켜 무기계 유화제를 제조하였다. 구체적으로, 100℃를 유지하는 환경에서 스테아린산을 용융시킨 후 이를 상기 미분체의 전체 표면에 분사하고 충분히 건조하여 스테아린산으로 표면 개질된 수산화칼슘 미분체인 무기계 유화제를 제조하였다.
하기 표 1과 같이, 과산화수소수의 과산화수소 농도를 달리 한 것(65%→71.6%)을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연료 조성물을 제조하였다.
하기 표 1과 같이, 무기계 유화제의 분체 종류를 달리 한 것(Ca(OH)2→Mg(OH)2), 즉, 무기계 유화제로 스테아린산으로 표면개질된 수산화마그네슘을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연료 조성물을 제조하였다.
하기 표 1과 같이, 갈조류 유래 황산 다당류인 Fucoidan(Fucoidan from Undaria pinnatifida, Sigma-Aldrich)을 활성화제로 폐유기용매에 더 첨가한 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 연료 조성물을 제조하였다. 이때 사용된 활성화제의 함량만큼 사용된 유기계 유화제의 함량을 감소시켰다.
[비교예 1]
하기 표 1과 같이, 폐유기용매를 100%로 한 연료 조성물을 대조군으로서 준비하였다.
[비교예 2]
하기 표 1의 조성비가 되도록 과산화수소수 대신 물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연료 조성물을 제조하였다. 이때 사용되지 않은 과산화수소의 양만큼은 물로 대체되었다.
[실험예 1] 발열량 및 연소 효율 측정
실시예 및 비교예의 연료 조성물들을 상온(25℃) 및 상압(1 atm)의 비진동 환경에 25 일 동안 방치한 후, 원통형 연료통에 각각 동일한 중량으로 투입하여 동일한 조건 하에서 발열량 및 연소 효율을 측정하였다. 이때 KSM 2057 방법을 통해 총 발열량(오차범위 : ± 0.5)을 측정하고, 배기가스 분석기(Green Line MK2)를 통해 하기 식 1에 따른 연소 효율을 측정하였다. 그리고 이에 대한 결과를 하기 표 1에 수록하였다.
[식 1]
(ηc : 연소 효율, Qr : 연소열, Hu : 발열량)
[실험예 2] 수적 크기 평가
실시예, 비교예에서 제조된 연료 조성물을 상온 및 상압에서 16 시간 동안 진동이 제어된 환경에 방치한 후 연료 조성물의 수적 크기를 평가하였다.
구체적으로, 상온(25℃) 및 상압(1 atm)에서 16 시간 동안 진동이 제어된 환경에 방치된 연료 조성물의 연속상 내 분산상의 액적 크기를 측정하기 위해 상기 연료 조성물을 샘플로 하여 슬라이드글라스에 얇게 도포한 후, 50 배율의 이미지를 촬영하였다. 그리고 동일 배율로 촬영한 마이크로 스케일의 이미지를 표준치수로 하여 상기 이미지를 통해 수적 크기(SMD)를 측정하고 하기 식 2로 표시되는 SMD(Sauter’s mean diameter)를 이용하여 나타내었다.
[식 2]
(Ni : 입자의 수, Di :입자의 직경(㎛))
유중수적형(W/O) 에멀젼 입자가 서로 합쳐져서 크기가 증가함으로써 응집 현상이 나타나며, 이 경우 에멀젼 상태가 오래 유지되지 않아 연속상인 오일과 분산상인 물이 층 분리가 되는 문제가 발생하므로, 응집 현상은 에멀젼 연료의 안정성을 가장 크게 위협하는 요소이다. 따라서 SMD가 작을수록 연료 조성물의 장기 보관 안정성이 높음을 의미한다.
[실험예 3] 장기 안정성 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 연료 조성물의 초기 에멀젼 입자 크기를 측정하고, 상온(25℃) 및 상압(1 atm)의 비진동 환경에 25 일 동안 방치한 후 에멀젼 입자 크기의 변화가 10% 미만일 경우를 ‘상’, 10% 이상 15% 미만일 경우를 ‘중’, 15% 이상일 경우를 ‘하’로 평가하였다.
조성비(kg) 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2
폐유기용매 68.0 68.0 68.0 68.0 100.0 68.0
과산화수소수 H2O2 19.5 21.5 21.5 21.5 - -
물 10.5 8.5 8.5 8.5 - 30.0
무기계 유화제 Ca(OH)2 0.8 0.8 - 0.8 - 0.8
Mg(OH)2 - - 0.8 - - -
유기계 유화제 Span 80 1.2 1.2 1.2 0.6 1.2
활성화제 Fucoidan - - - 0.6 - -
저위발열량(kcal/kg) 5,047 5,256 5,319 5,553 7,432 4,617
연소 효율(%) 85.6 87.5 87.9 89.3 84.7 86.1
수적 크기(㎛) 4.6 4.6 4.2 3.1 - 5.5
장기 안정성 하 하 중 상 - 하
그 결과, 하기 표 1로부터 비교예 1과 비교예 2를 비교해 보면, 폐유기용매에 물이 혼합됨으로써 연소 효율이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
또한 실시예 1과 비교예 2를 비교해 보면, 폐유기용매와 물에 과산화수소가 혼합됨으로써, 연소 효율과 발열량이 현저히 향상되었다. 특히 실시예 1과 실시예 2를 비교해 보면, 과산화수소수의 과산화수소 농도가 68 중량% 이상일 경우, 발열량이 더욱 증가하였으며, 이러한 결과는, 과산화수소가 산화제 역할 뿐만 아니라, 일정 농도 이상에서 분해되는 발열 반응에 의한 열에너지가 물의 증발 잠열로 모두 흡수되지 않고 폐유기용매와 함께 발열량 향상에 기여하는 것으로 판단된다.
나아가, 실시예 2와 실시예 3을 비교해 보면, 무기계 유화제의 분체 종류로 산화마그네슘을 사용한 경우가 탄산칼슘을 사용한 경우에 비해 연소 효율이 더 높고, 발열량이 더 향상되었으며, 장기 안정성 또한 향상되었다. 이로부터 마그네슘 화합물은 저온 환경에서 과산화수소의 분해를 억제하고, 고온 환경(연소)에서 과산화수소의 폭발적인 분해에 부정적 영향을 주지 않는 효과가 있음을 알 수 있다.
또한 실시예 3 대비 활성화제가 더 혼합된 실시예 4는 분산상의 수적 크기가 더 작아지고, 발열량 및 연소 효율이 증가하였으며, 특히 장기 안정성이 현저히 향상되었다. 따라서 활성화제인 Fucoidan은 유상(폐유기용매)과 수상(과산화수소수)의 에멀젼화를 돕는 것뿐만 아니라, 라디칼 스캐빈저 역할에 의한 과산화수소의 저온 분해 특성의 억제가 가능함을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 폐유기용매 53 내지 80 중량%; 68 중량% 이상의 과산화수소를 포함하는 과산화수소수 17 내지 45 중량%; 및 무기계 유화제 0.1 내지 3 중량%;를 포함하며,
    상기 무기계 유화제는, 피커링 에멀젼에 기반한 계면활성 능력을 가지며, 1족 또는 2족 금속의 산화물, 탄산화물 및 수산화물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 무기 분체를 포함하되, 상기 무기 분체의 표면은 친유성의 유기 화합물이 그라프트되거나 물리 흡착되어 소수성으로 표면 개질된 것인, 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    갈조류 유래 황산 다당류를 포함하는 활성화제를 더 포함하는, 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물.
  6. 제1항 또는 제5항의 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물을 포함하는, 폐유기용매를 이용한 재활용 에멀젼형 연료유로서,
    상기 에멀젼형 연료유는,
    상기 연료 조성물의 과산화수소수를 포함하는 수상의 분산상; 및
    상기 연료 조성물의 폐유기용매를 포함하는 오일상의 연속상;을 포함하며,
    상기 분산상의 평균 액적 크기는 1 내지 10 ㎛인, 폐유기용매를 이용한 재활용 에멀젼형 연료유.
KR1020220111371A 2022-09-02 2022-09-02 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유 KR102580222B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220111371A KR102580222B1 (ko) 2022-09-02 2022-09-02 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220111371A KR102580222B1 (ko) 2022-09-02 2022-09-02 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102580222B1 true KR102580222B1 (ko) 2023-09-19

Family

ID=88196397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220111371A KR102580222B1 (ko) 2022-09-02 2022-09-02 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102580222B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070009668A (ko) * 2004-04-05 2007-01-18 각고우호우진 가나가와 다이가쿠 유화 분산제 및 이를 이용한 유화 분산 방법, 유화물, 및에멀젼 연료
KR100832320B1 (ko) * 2007-03-23 2008-05-26 김병만 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는유화유의 제조방법
KR20120002889A (ko) * 2010-07-01 2012-01-09 한국에너지기술연구원 유화 연료유 제조를 위한 첨가제 및 이를 포함하는 유화 연료유
WO2013035200A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 Aida Tetsuo 超低硫黄燃料油の製造方法
KR101375634B1 (ko) 2011-09-30 2014-03-19 쌍용양회공업(주) 재생연료유
KR102075862B1 (ko) * 2019-04-29 2020-03-02 김정수 재생연료유 제조 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070009668A (ko) * 2004-04-05 2007-01-18 각고우호우진 가나가와 다이가쿠 유화 분산제 및 이를 이용한 유화 분산 방법, 유화물, 및에멀젼 연료
KR100832320B1 (ko) * 2007-03-23 2008-05-26 김병만 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는유화유의 제조방법
KR20120002889A (ko) * 2010-07-01 2012-01-09 한국에너지기술연구원 유화 연료유 제조를 위한 첨가제 및 이를 포함하는 유화 연료유
WO2013035200A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 Aida Tetsuo 超低硫黄燃料油の製造方法
KR101375634B1 (ko) 2011-09-30 2014-03-19 쌍용양회공업(주) 재생연료유
KR102075862B1 (ko) * 2019-04-29 2020-03-02 김정수 재생연료유 제조 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4148613A (en) Process for preparing sulfur-containing coal or lignite for combustion
US20060218853A1 (en) Composition for preventing scaling, excluding of soot, clinker and sludge, and controlling flame in combustion apparatus
CN101395427A (zh) 可燃性气体挥发的物质的处理方法、固体燃料的制造方法、固体燃料的贮存方法、固体燃料的使用方法、以及固体燃料的使用装置
US4192652A (en) Process for preparing sulfur-containing coal or lignite for combustion having low SO2 emissions
KR101906760B1 (ko) 고기능성 연소 촉진제
US10022759B2 (en) Method for refining of in power plants produced coal ash and coal containing ashes produced in other combustion processings
KR102580222B1 (ko) 폐유기용매를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유
JP2008045022A (ja) エマルジョン燃料
KR102580224B1 (ko) 폐유를 이용한 재활용 연료 조성물 및 이를 포함하는 에멀젼형 연료유
US5509485A (en) Fire suppressant
US20030029814A1 (en) Efficient disposal of fluid waste
US4560391A (en) Alternative fuel comprised of sewage sludge and a liquid hydrocarbon fuel oil
WO2010086619A1 (en) Fuel compositions comprising gas-in-oil-in-water emulsions and methods for making the same
KR100832320B1 (ko) 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는유화유의 제조방법
US5513584A (en) Process for the in-situ production of a sorbent-oxide aerosol used for removing effluents from a gaseous combustion stream
KR100664974B1 (ko) 스케일 및 클링커 제거 및 생성방지, 대기오염물질 저감에효과적인 연소촉진제
KR101078462B1 (ko) 중질연료첨가제
CN107858178A (zh) 一种高效无公害的乳化油及其制备方法
CN1331988C (zh) 一种生产乳化燃料油的方法
JPH06106533A (ja) プラスチックを主体とする廃棄物から固形燃料を製造する方法
DE3810418C1 (ko)
SE465554B (sv) Foerfarande foer minskning av halten miljoefarliga komponenter i roekgaser fraan foerbraenning av avfall, samt tillsatsmedel att anvaenda vid foerfarandet
Mahreni et al. Preliminary Study of Calorific Value Increase on Lignite Coal Using Dialkyl Carbohydrate Biosurfactant
CN111333373A (zh) 一种用于废矿物油或含废矿物油废物资源化处理的复合药剂
KR930000279B1 (ko) 가스상 연소 기류의 배출 물질 제거에 사용되는 수착매-산화물 에어로졸의 현장 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant