KR20020024359A

KR20020024359A - 폐부동액과 벙커 씨유로부터 에멀젼 연료유의 제조방법

Info

Publication number: KR20020024359A
Application number: KR1020000056083A
Authority: KR
Inventors: 최각진; 박종열; 홍순석; 이신영; 손원근
Original assignee: 최각진; 주식회사 기가씨앤이
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-03-30
Also published as: KR100395241B1

Abstract

본 발명은 전기적 대전현상을 형성시키는 첨가제 및 황산화물(SO_x)과 질산화물(NO_x)을 제거시키는 첨가제를 혼합한 폐부동액과 벙커 C유로부터 안정한 유중수적형 에멀젼 연료유의 제조방법에 관한 것으로서 폐부동액 100 중량부에 점토, 제올라이트, 석탄회로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.01∼0.1 중량부, 석회석, 생석회로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.03∼0.15 중량부, 요소, 암모니아, 암모늄염로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.05∼0.3 중량부로 첨가하는 단계와, 상기의 첨가제가 혼합된 폐부동액 20∼30 부피부와 벙커 C유 70∼80 부피부를 혼합하여 2500∼3800RPM으로 교반하는 단계로 구성되는 제조방법을 제공함으로써 보관시 특성이 변화되지 않고 연소효율 및 발열량이 높으며, 황산화물 및 질산화물등의 대기 공해 물질의 양을 저감시킬 수 있는 에멀젼 연료유를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 수질 및 토양 오염의 원인이 되는 폐부동액을 처리할 수 있다.

Description

폐부동액과 벙커 씨유로부터 에멀젼 연료유의 제조방법{The Manufacturing Method of Emulsion Fuel Oil from Antifreezing Solution and Bunker-C Oil}

본 발명은 에멀젼 연료유의 제조방법에 관한 것으로써, 특히 전기적 대전현상을 형성시키는 첨가제 및 황산화물(SO_x)과 질산화물(NO_x)을 제거시키는 첨가제를 혼합한 폐부동액과 벙커 C유로부터 안정한 유중수적형 에멀젼 연료유의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 정유공장에서 원유를 분별증류하여 휘발유, 등유, 중유 등 각종 산업용 유류를 제조할 때 투입되는 원유의 종류에 따라 다소간의 차이는 있지만 원유의 약 24% 정도가 벙커 C유로 회수된다. 4∼5% 황화물을 갖고 있는 벙커 C유는연료유로서 비교적 값이 싼 편이나 연소시 먼지, 황산화물, 질산화물등의 공해 물질이 많이 배출되므로 그 사용량이 크게 제한을 받고 있다. 벙커 C유의 수득량을 줄이기 위한 방안으로 비등점이 높은 벙커 C유를 열분해하여 저분자량의 탄화수소로 변성시키는 방법을 채택하고 있지만 이 열분해 설비는 대단위의 투자가 이루어져야 한다. 또한 벙커 C유의 연소시 발생하는 황산화물의 발생을 줄이기 위해 탈황 처리시설이 필요하며 그 운용비가 막대하게 소요되는 문제점이 있다.

또한 각 산업체, 선박 및 자동차로부터 발생되는 폐부동액을 연소처리할 경우 매연 및 지독한 냄새뿐만 아니라 대기 공해물질이 발생되고, 수처리할 경우는 고도의 공정설비를 갖추어야 한다.

벙커 C유의 연소시 발생하는 배기가스 중의 매연, 황산화물 및 질산화물등과 같은 유해물질을 감소시키기 위한 구체적인 예로 대한민국 공개특허 제85-003565호는 석유계 연료로써 벙커 C유에 물과 유화제를 혼합 첨가하는 에멀젼 연료유화제의 제조방법에 관한 것으로서 비이온 활성제 노닐페놀과 3몰의 에틸렌옥사이드의 에텔 화합물과 직쇄상 알킬벤젠 술폰산의 칼슘염과 마그네슘염을 70∼90 : 30∼10% 중량비로 혼합한 음이온 활성제인 탄소수가 10∼12개인 알킬벤젠 술폰산의 칼슘염과 마그네슘염을 50∼75 : 50∼25% 중량비로 혼합하여 유화제를 조성한 다음, 전체 에멀젼유 1ℓ에 대하여 유화제 2∼10g을 혼합하는 방법이 개시되어 있다.

또한 대한민국 공개특허 제92-018197호는 산업용 벙커 C유와 물의 에멀젼 연료유에 유화조연제를 첨가하므로써 저장시 유수가 분리되고, 슬러지가 생성되며 착화가 잘 일어나는 연료유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 비이온 계면활성제,헥사메틸렌테트라아민, 수산화칼륨 수용액, 실리콘소포제, 염화망간, 트리에탄올아민을 혼합교반하여 얻은 유화조연제 0.2∼0.25중량부와 물 15∼30중량부를 벙커 C유 100중량부에 첨가한 후 혼합하는 방법이 개시되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 에멀젼 연료유는 황산화물과 질산화물등의 대기오염물질을 효과적으로 제거하기가 어려우며 유수분리 현상이 일어나 실용화되는데 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 수질 및 토양오염을 일으키는 폐부동액을 처리할 뿐만 아니라 벙커 C유 연소시 발생하는 대기오염 물질인 황산화물과 질산화물을 환경 규제치 이하로 저감시킬 수 있으며 유수분리현상을 일으키지 않는 유중수적형 에멀젼 연료유의 제조방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 에멀젼 연료유의 제조공정단계를 나타낸 모식도.

도 2는 본 발명에 따른 에멀젼 연료유를 시간경과별로 나타낸 현미경사진(배율50배).

도 3은 실시예 1과 비교예 1의 에멀젼 연료유의 점도를 나타내는 사진.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 폐부동액 100 중량부에 점토, 제올라이트, 석탄회로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.01∼0.1 중량부, 석회석, 생석회로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.03∼0.15 중량부, 요소, 암모니아, 암모늄염로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.05∼0.3 중량부로 첨가하는 단계와, 상기의 첨가제가 혼합된 폐부동액 20∼30 부피부와 벙커 C유 70∼80 부피부를 혼합하여 2500∼3000RPM으로 교반하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 에멀젼 연료유의 제조방법을 제공한다.

이하, 점토, 제올라이트, 석탄회등의 전기적 대전현상을 형성시키는 첨가제와 석회석, 생석회등의 황산화물을 제거시키는 첨가제 및 요소, 암모니아, 암모늄염등의 질산화물을 제거시키는 첨가제의 기능에 대해서 살펴보고자 한다.

첫째로 유수 분리가 일어나지 않도록 점토, 제올라이트, 석탄회등의 첨가제를 폐부동액에 혼합한 다음 벙커 C유와 균질 혼합하여 2500∼3800 RPM의 회전속도로 교반하게 되면 상기의 첨가제가 양전하와 음전하를 띠는 전기적 대전현상 즉, 쌍극자(dipole)를 형성하여 물의 미세한 입자가 고르게 기름 분자와 뒤섞이면서 기름안으로 들어감으로써 안정한 유중수적형 연료유가 형성된다. 연소시에는 미세 폭발현상에 의한 완전 연소가 유도되어 불완전 연소에 따른 먼지의 발생율을 70% 이상 줄일 수 있고, 특히 1000℃ 이상의 고온부에서 연료와 물의 수성가스 반응에 의해 흡열작용이 이루어져 열적인 질산화물(Thermal NO_x)의 발생을 억제할 수 있다. 점토, 제올라이트, 석탄회의 첨가량은 폐부동액 100중량부에 대하여 0.01∼0.1 중량부가 바람직한데 0.01 중량부 미만인 경우는 유수분리 현상이 급격하게 일어나는 문제점이 있으며 0.1 중량부를 초과하는 경우는 동점도가 급격하게 증가되어 보관 및 이송상의 문제점이 있다.

둘째로 석회석 또는 생석회를 폐부동액에 첨가한 후 벙커 C유와 혼합함으로써 황산화물을 억제할 수 있는 에멀젼 연료유을 제조할 수 있다. 석회석 또는 생석회를 폐부동액에 첨가하면 폐부동액중의 물과 반응하여 수산화칼슘 형태로 존재하게 되며 연소시 상기의 수산화칼슘이 산화칼슘 형태로 산화되어 배기가스 중에 발생되는 황산화물과 반응하여 황산칼슘 형태로 결합됨으로써 에멀젼 연료유에서 발생될 수 있는 황산화물의 양을 억제시킬 수 있게 된다. 하기의 반응식 1과 같이 반응된 물질 즉 황산칼슘은 비수용성이기 때문에 싸이클론으로 쉽게 포집할 수 있는 장점이 있다. 석회석 또는 생석회의 첨가량은 폐부동액 100 중량부에 대하여 0.03∼0.15 중량부가 바람직한데 0.03 중량부 미만인 경우는 연소시 발생되는 황산화물과의 반응량이 적어 황산화물의 농도가 증가되는 문제점이 있으며, 0.15 중량부를 초과하는 경우는 황산화물과의 반응량에 비해 석회석 또는 생석회의 양이 증가되고 상기 물질이 잔여물질로 존재하여 회수되야 할 고체상의 물질이 많아지는 문제점이 있다.

셋째로 요소, 암모니아 및 암모늄염 등을 폐부동액에 첨가한 후 벙커 C유와 혼합함으로써 질산화물을 억제할 수 있는 에멀젼 연료유을 제조할 수 있다. 물과 반응하여 암모늄 이온을 형성할 수 있는 화합물로서 요소, 암모니아 및 암모늄염 등을 첨가하면 하기의 반응식 2에 의해 질산화물이 제거된다. 에멀젼 연료유의 수적에 존재하는 암모늄이온은 연소시 수산화이온과 결합하여 암모니아 가스와 수증기로 변환되며, 암모니아 가스는 배기중에 발생되는 질산화물과 반응하여 질소와 수증기로 전화됨으로써 에멀젼 연료유에서 발생될 수 있는 질산화물의 양을 억제시킬 수 있게 된다. 하기의 반응식 2는 요소가 첨가된 경우이다. 요소, 암모니아 및 암모늄염의 첨가량은 폐부동액 100중량부에 대하여 0.05∼0.3 중량부가 바람직한데 0.05 중량부 미만인 경우에는 연소시 발생되는 질산화물과의 반응에 참여하는 양의 부족으로 질산화물을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있으며, 0.3 중량부를 초과하는 경우에는 과량으로 첨가되어 질산화물의 농도가 더 낮아지지 않는다.

또한 , 폐부동액의 주성분인 에틸렌 글리콜 [HO(-CH₂-CH₂-O)_n-H] 또는 프로필렌 글리콜 [HO(-CH₂-CH₂-CH₂-O)_n-H]은 유기 화합물이므로 반응식 3과 같이 연소시 발열량을 증가시켜 주게 되므로 연소효율이 높은 에멀젼 연료유로 제조되게 된다.

본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

자동차에서 발생된 폐부동액 30ℓ를 수집조에서 혼합조로 이송시킨 다음, 제올라이트를 15g, 생석회 30g 및 요소비료 60g를 혼합조에 첨가한 후 혼합시킨다. 상기 작업완료 후 60℃로 가열된 벙커 C유 70ℓ와 상기의 첨가제가 혼합된 폐부동액 30ℓ를 1500 RPM으로 회전되는 균질혼합기에 투입하여 균질혼합시킨다. 상기 균질혼합액을 3000 RPM으로 회전되는 에멀젼화기로 이송시켜 에멀젼연료유로 제조하였으며 고속회전으로 인해 에멀젼연료유는 50∼60℃로 유지되므로 연료유 저장조로 이송하는 데에는 어려움이 없게 된다.

도 1에 본 발명에 따른 에멀젼 연료유의 제조공정단계를 나타내었다.

실시예 1의 에멀젼 연료유를 현미경으로 관찰하였으며 도 2에 15일, 30일, 60일 경과후의 사진을 각각 (a), (b), (c)에 나타내었다. 도 2의 결과로부터 볼 수 있듯이 종래의 방법에 의한 에멀젼 연료유의 제조시 문제가 되었던 유수분리현상은 본 발명의 에멀젼 연료유에서는 발생되지 않으며 연료유를 장기간 보관할 수 있다.

실시예 1의 에멀젼 연료유의 동점도를 비롯한 기타 물성을 측정하였으며 동점도는 BROOKFIELD DV-Ⅱ LV Type의 측정장비를 이용하여 Spindle No. 25, 30 RPM의 조건으로 측정하였다. 표 1의 결과로부터 폐부동액이 전체 부피중에 30%를 차지하는 본 발명의 에멀젼 연료유는 벙커 C유와 비교하여 연료자체의 황분은 감소되고 수분함량이 증가되며, 발열량은 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있다. 에멀젼 연료유의 동점도는 벙커 C유보다 낮지만 보관, 운송 및 사용에 따른 문제점은 없었다.

구 분	벙커 C유	에멀젼 연료유
인화점(℃)	193	185
수분(%)	0.1 이하	19.98
회분(%)	0.02	0.23
황분(%)	4.56	2.52
발열량(Kcal/Kg)	10,060	9,800
비 중	0.973	0.981
동점도(40℃, cp)	2079	2750
동점도(50℃, cp)	666	820
동점도(60℃, cp)	361	420
동점도(70℃, cp)	213	275
동점도(80℃, cp)	120	150

<비교예 1>

폐부동액 30ℓ에 대하여 제올라이트를 150g, 생석회 30g 및 요소비료 60g 첨가하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한다.

실시예 1 및 비교예 1의 에멀젼 연료유의 점도를 비교하는 사진을 도 3에 나타내었다. 도 3(a)는 제올라이트 0.05 중량부가 첨가된 실시예 1의 에멀젼 연료유로서 동점도가 양호하지만 제올라이트 0.5 중량부가 첨가된 비교예 1의 에멀젼 연료유는 도 3(b)와 같이 동점도가 매우 나쁘게 나타난다.

<실험예 1>

실시예 1에서 제조한 에멀젼 연료유를 사용한 보일러에서 발생되는 배기가스량을 벙커 C유를 사용한 경우와 비교하여 표 2에 나타내었다. 황산화물, 분진, 매연, 질산화물, 일산화탄소듣의 배기가스의 분석은 스택에서 QUIMTOX MODEL KM9006 장치를 이용하여 측정하였다.

측정 항목	배출허용기준	벙커 C유(4%황함유)	본 발명의에멀젼 연료유	저감율
황산화물	540 ppm	910 ppm	145 ppm	84%
분 진	40-150 ㎎/㎥	154 ㎎/㎥	66.5 ㎎/㎥	57%
매 연	2도 이하	2 도	1 도	50%
질산화물	250 ppm	452 ppm	165 ppm	64%
일산화탄소	350 ppm	220 ppm	54 ppm	75%

상기의 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 에멀젼 연료유를 사용하여 연소시킨 경우는 4%의 황을 함유하는 벙커 C유를 연소시킨 경우 보다 황산화물은 81%, 질산화물은 64%로 현격하게 감소되었으며 완전연소로 매연 및 일산화탄소도 각각 50%와 75%로 감소됨을 알 수 있다.

본 발명의 에멀젼 연료유는 벙커 C유와 물의 비등점 차이(벙커 C유 : 193℃, 물 : 100℃)에 의해 유적 내부의 수적이 먼저 기화되면서 유적을 파괴하여 미립화되며 미립화된 유적은 연소용 공기와의 접촉면적이 증대되어 과잉공기를 줄일 수 있어 완전연소에 이를 뿐 만 아니라 연소온도도 약 950∼1100℃로 일반 연료유보다 더 낮아져 고온연소에서 발생되는 열적인 질산화물의 양을 감소시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.

<실험예 2>

실시예 1에서 제조한 에멀젼 연료유의 발열량을 벙커 C유와 비교하여 표 3에 나타내었다. 발열량(증발량)의 측정방법은 열손실법에 의해 보일러 급수량과 증기발생량이 동일하도록 하여 급수량으로부터 계산하였다. 증기압은 대기압상태로 하였으며 보일러의 급수는 증기발생량과 급수량을 동일하게 하여 수면계 수위가 일정하게 유지되도록 급수밸브를 조정하여 일치시켰다.

구 분	경 유	벙커 C유(4% 황함유)	에멀젼 연료유
투입연료량(Kg/30분)	13.5	13.5	13.3
실투입연료량^주)(Kg/30분)	13.5	13.5	9.3
수증기발열량 (Kg/30분)	7.6	8.3	9.2
연료절감율(%)	-	-	11∼17
주) 연료중에 포함된 페부동액을 제외한 순수 연료량임.

상기의 표 3에 나타난 바와 같이 본 발명의 에멀젼 연료유는 경유나 벙커 C유와 비교하여 발열량이 증가되어 결과적으로 11∼17%의 연료절감 효과를 가져올 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에멀젼 연료유의 제조방법에 의해 유수 분리현상이 일어나지 않는 안정한 유중수적형 에멀젼 연료유의 제조가 가능함으로써 보관시 특성이 변화되지 않고 연소 효율 및 발열량이 높을 뿐만 아니라, 황산화물 및 질산화물등의 대기 공해 물질의 양을 저감시킬 수 있고 수질 및 토양 오염의 원인이 되는 폐부동액을 처리할 수 있다.

Claims

폐부동액 100 중량부에 점토, 제올라이트, 석탄회로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.01∼0.1 중량부, 석회석, 생석회로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.03∼0.15 중량부, 요소, 암모니아, 암모늄염로 이루어진 군으로부터 1종이상 선택한 것을 0.05∼0.3 중량부를 첨가하는 단계와, 상기의 첨가제가 혼합된 폐부동액 20∼30 부피부와 벙커 C유 70∼80 부피부를 혼합하여 2500∼3800RPM으로 교반하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 에멀젼 연료유의 제조방법.