KR20060106331A - Environmentally friendly micro-encapsulated clean fuel in form of water-in-oil, method and system for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 물 입자, 상기 물 입자의 외곽에 형성된 무기물 첨가제층, 및 상기 무기물 첨가제층의 외곽에 형성된 소수성 연료유 층으로 구성된 마이크로캡슐화 연료는 고온에서도 유수 분리되지 않고 보일러의 연소실로 투입되어 중앙의 물 입자의 폭발에 의하여 외곽의 연료유를 미립자화시킴으로서 완전 연소가 가능하게 하여 에너지 절감 효과 및 대기 오염 물질 저감 효과를 가지며, 폐윤활유, 선박폐유, 벙커 C유, 벙커 B유 등의 중유도 연료로써 완전 연소시킬 수 있게 함으로서 폐유 등을 연료로 활용할 수 있게 하며 환경 오염 문제를 줄일 수 있게 되는 효과도 얻을 수 있게 된다.The microencapsulated fuel composed of water particles of the present invention, an inorganic additive layer formed on the outer side of the water particles, and a hydrophobic fuel oil layer formed on the outer side of the inorganic additive layer is introduced into a combustion chamber of the boiler without being separated from oil and water even at a high temperature. By blasting water particles, the outer fuel oil is made into fine particles, which makes it possible to completely burn it, thereby saving energy and reducing air pollutants.Heavy fuel oils such as waste lubrication oil, ship waste oil, bunker C oil and bunker B oil As a result, it is possible to fully burn the waste oil and use it as a fuel, and to reduce the environmental pollution problem.
마이크로캡슐화 연료, 무기물 첨가제, 물 입자의 폭발, 연료의 미립자화 Microencapsulated fuel, inorganic additives, explosion of water particles, atomization of fuel
Description
도 1a는 종래의 유화 연료유의 형태를 모식적으로 나타낸 도면;1A is a view schematically showing a form of a conventional emulsion fuel oil;
도 1b는 종래의 유화 연료유가 가열에 의해 유수 분리되는 현상을 모식적으로 나타낸 도면;1B is a view schematically showing a phenomenon in which a conventional oil emulsion fuel oil is separated from water by heating;
도 2a는 본 발명의 마이크로캡슐화 연요의 구조를 모식적으로 나타낸 도면;Figure 2a is a diagram schematically showing the structure of the microencapsulated softening of the present invention;
도 2b는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 마이크로캡슐화 연료의 확대 현미경 사진;Figure 2b is an enlarged micrograph of the microencapsulated fuel prepared in Example 1 of the present invention;
도 2c는 본 발명의 마이크로캡슐화 연료가 연소실에서 물의 폭발에 의해 미립자화되는 현상을 모식적으로 나타낸 도면;FIG. 2C is a view schematically showing a phenomenon in which the microencapsulated fuel of the present invention is atomized by the explosion of water in a combustion chamber; FIG.
도 3은 본 발명의 마이크로 탬슐화 연료의 연속 제조 시스템을 나타낸 공정도;3 is a process diagram showing a continuous production system of the micro-sulfated fuel of the present invention;
도 3는 도 3의 믹싱 유닛의 확대 단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view of the mixing unit of FIG. 3.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1, 1', 13, 13' : 연료유 1, 1 ', 13, 13': fuel oil
2, 2', 12, 12' : 유화제 또는 무기물 첨가제2, 2 ', 12, 12': emulsifier or mineral additive
3, 3', 11, 11' : 물3, 3 ', 11, 11': water
20 : 연료유 저장탱크 30 : 온수 저장 탱크20: fuel oil storage tank 30: hot water storage tank
40 : 무기물 첨가제 저장 탱크 50 : 믹싱 유닛40: inorganic additive storage tank 50: mixing unit
51 : 연료유 투입구 52 : 온수 투입구51: fuel oil inlet 52: hot water inlet
53 : 무기물 첨가제 투입구 54 : 라인 믹서53: mineral additive inlet 54: line mixer
60 : 마이크로캡슐화 연료 저장 탱크60: microencapsulated fuel storage tank
본 발명은 중유, 폐 액상유 등을 포함하는 각종 액상유로부터 제조된 친환경 청정 유중수형 마이크로캡슐화 연료, 그의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 벙커 C유, 벙커 B유 등의 중유, 폐윤활유, 선박 폐유등으로부터 제조되고, 고온에서도 에멀젼 상태를 유지하는 친환경 청정 유중수형 마이크로캡슐화 연료, 그것의 제조 시스템 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an environment-friendly clean water-in-oil type microencapsulated fuel prepared from various liquid oils including heavy oil, waste liquid oil, and the like, a manufacturing method and a manufacturing system thereof. More specifically, it is an environmentally friendly clean water-in-oil type microencapsulated fuel produced from heavy oil such as bunker C oil, bunker B oil, waste lubricating oil, ship waste oil, etc. and maintaining an emulsion state even at high temperature, and a manufacturing system and manufacturing method thereof. will be.
벙커 C유, 벙커 B유 등의 중유, 폐윤활유, 선박 폐유 등을 연소시킬 때 다량으로 배출되는 질소 산화물(NOx), 황 산화물(SOx), 이산화탄소, 먼지, 연기 등의 대기 오염 물질의 배출을 저감시키기 위한 연소 기술의 개발은 오랫동안 진행되어 왔다.When burning heavy oils such as bunker C oil and bunker B oil, waste lubricating oil and ship waste oil, it is possible to release air pollutants such as nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), carbon dioxide, dust and smoke. The development of combustion techniques to reduce has been going on for a long time.
그리고, 점성이 높은 중유 등을 효과적으로 연소시키기 위해서는 연료가 버너에 투입되기 전에 가열하여 점도를 낮추어 미립자 형태로 분사되도록 해야 하고, 확산 연소를 위해 연료가 공기, 보다 구체적으로 산소와 혼합되면서 증발 속도가 가속되어져야 하는 것은 필요 불가결한 것이다.In order to effectively burn highly viscous heavy oil, the fuel must be heated to lower its viscosity before being injected into the burner so as to be sprayed in the form of fine particles. What needs to be accelerated is indispensable.
그러나, 지금까지의 연구에도 불구하고, 이러한 문제는 해결되지 않았으며, 버너 기술과 연소 가스 처리 기술 개발은 아직도 계속되고 있다.However, despite the research so far, this problem has not been solved, and the development of burner technology and combustion gas treatment technology is still ongoing.
한편, 사용자 입장에서는 설비 비용, 설치 공간, 설비의 유지 보수 비용 등이 큰 부담이 되었기 때문에 간단한 방식에 의한 효율적인 연소기술이 필요하다.On the other hand, since the user's cost, installation space, maintenance cost of the facility, etc. were a big burden, an efficient combustion technique by a simple method is required.
상기한 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 연소 기술 중의 하나가 기름에 물을 혼합한 유중수(water-in-oil) 유화 연료이다.One of the combustion technologies developed to solve the above problems is a water-in-oil emulsified fuel in which water is mixed with oil.
이러한 유중수 유화 연료는 약 300℃ 이상인 중유 등의 비등점과 100℃인 물의 비등점 차이에 의하여, 고온의 연소실로 분사되었을 때 물 입자의 폭발력에 의해 중유 등의 연료유가 미립자화되어 유화 연료유의 연소를 촉진시켜 연소 효율을 증대시킨다. 그리고, 유화 연료유의 연소 효율 증대에 따라 대기 오염 물질의 배출량도 줄일 수 있게 된다.The water-in-oil emulsified fuel is fuel oil such as heavy oil when the injection of high temperature in the combustion chamber by the difference in boiling point, such as heavy oil of about 300 ℃ or more and water boiling point of 100 ℃ by the explosive force of the water particles to fine-grained combustion of the emulsified fuel oil To increase combustion efficiency. In addition, as the combustion efficiency of the emulsified fuel oil increases, the amount of air pollutant emissions can be reduced.
이러한 유화 연료유를 제조 하는 방법은 연료유와 물을 단순히 기계적으로 혼합하는 방법과 화학 첨가제, 즉, 유화제를 이용하여 물과 연료유를 혼합하는 방법이 있다. 위의 방법 중 첫번째 방법은 유화 연료의 안정성 면에서 불완전하여 거의 이용되지 못하는 실정이다.Methods for producing such emulsified fuel oil is a method of simply mechanically mixing the fuel oil and water and a method of mixing water and fuel oil using a chemical additive, that is, an emulsifier. The first of the above methods is incomplete in terms of stability of the emulsified fuel is rarely used.
유화제를 이용하여 유화 연료를 제조하는 종래의 방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있어서 뚜렷한 연소 효율의 개선을 달성하지는 못하였다.Conventional methods for producing emulsified fuels using emulsifiers have the following problems and do not achieve a marked improvement in combustion efficiency.
즉, 도 1a에 나타낸 바와 같은 유화 연료유를 연소실로 투입하기 전에 중유 등의 고점성 연료유의 점성을 낮추기 위해 약 50 내지 60℃ 이상으로 가열하는 경우 도 1b에 나타낸 바와 같이, 에멀젼이 붕괴되어 물 입자와 기름 입자간의 응집이 일어나 기름과 물이 분리되는 현상이 발생한다. 따라서, 물을 폭발시켜 연료유를 미립자화시키고자 했던 목적을 달성할 수 없게 된다. That is, when the emulsified fuel oil as shown in Figure 1a is heated to about 50 to 60 ℃ or more in order to lower the viscosity of the high viscosity fuel oil such as heavy oil before entering the combustion chamber, as shown in Figure 1b, the emulsion collapses and water Agglomeration between particles and oil particles occurs, causing oil and water to separate. Therefore, it becomes impossible to achieve the purpose of exploding water to atomize fuel oil.
이와 같은 물-연료유의 분리 현상에 의하여 연소 상태는 그다지 개선되지 않는다.Due to this separation of water-fuel oil, the combustion state is not so improved.
그리고, 연소실 내부가 액상의 물에 의해 산화되고, 다량의 불순물이 침적되어 연료 파이프와 버너 등의 유지 보수가 문제된다.Then, the inside of the combustion chamber is oxidized by the liquid water, and a large amount of impurities are deposited, so that maintenance of the fuel pipe and the burner is problematic.
또한, 연료유의 연소 가스 이외에 유기 계면활성제인 유화제의 ㅇ녀소에의한 새로운 대기 오염 물질이 발생하는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that a new air pollutant is generated by the female of the emulsifier which is an organic surfactant in addition to the combustion gas of the fuel oil.
본 발명은 상기와 같은 종래의 유화 연료유 제조시의 문제점들을 해결하고자 하는 것이 그 목적이다.It is an object of the present invention to solve the above problems in the conventional emulsion fuel oil production.
본 발명의 첫번째 목적은 가열하여도 유수 분리 현상이 일어나지 않는 친환경 청정 유중수형 마이크로캡슐화 연료를 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide an environment-friendly clean water-in-oil type microencapsulated fuel that does not cause water separation even when heated.
본 발명의 두번째 목적은 상기 첫번째 목적에 따른 마이크로캡슐화 연료의 제조 방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a method for producing a microencapsulated fuel according to the first object.
본 발명의 세번째 목적은 상기 첫번째 목적에 따른 마이크로캡슐화 연료의 제조 시스템을 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide a system for producing microencapsulated fuel according to the first object.
본 발명의 첫번째 목적에 따른 친환경 청정 유중수형 마이크로캡슐화 연료는 물 입자(수적:water drop), 상기 물 입자의 외곽에 형성된 무기물 첨가제층, 및 상기 무기물 첨가제층의 외곽에 형성된 소수성 연료유 층으로 구성된 것이다. 상기 마이크로캡슐화 연료(10)의 구조를 도 1에 모식적으로 나타내었다. 즉, 내부에 수적(11)이 있고, 그 외곽에 무기물 층(12)이 형성되어 있으며, 최외곽에는 연료층(13)이 형성되어 있다.Environment-friendly clean water-in-oil type microencapsulated fuel according to the first object of the present invention is composed of water particles (water drop), an inorganic additive layer formed on the outside of the water particles, and a hydrophobic fuel oil layer formed on the outside of the inorganic additive layer. will be. The structure of the
또한, 본 발명에 의해 제조된 마이크로캡슐화 연료의 확대 현미경 사진을 나타낸 도 2를 통해 위와 같은 구조를 확인할 수 있다.In addition, the above structure can be confirmed through FIG. 2, which shows an enlarged photomicrograph of the microencapsulated fuel prepared by the present invention.
상기 연료유는 이에 한정되는 것은 아니지만, 벙커 C유, 벙커 B유, 폐윤활유, 선박 폐유, 또는 이들의 혼합유일 수 있다.The fuel oil may be, but is not limited to, bunker C oil, bunker B oil, waste lubricant oil, ship waste oil, or a mixture thereof.
상기 연료 마이크로캡슐의 크기는 유화기(emulsifier)의 운전 조건에 따라 조절될 수 있으며, 상기 연료 마이크로캡슐을 구성하고 있는 세가지 층의 두께 또는 상대적인 양은 물, 무기물 및 오일의 혼합 비율에 따라 조절될 수 있다. The size of the fuel microcapsules may be adjusted according to the operating conditions of the emulsifier, and the thickness or relative amount of the three layers constituting the fuel microcapsules may be adjusted according to the mixing ratio of water, inorganic and oil. have.
상기 마이크로캡슐화 연료는 바람직하게는 중량을 기준으로 연료:물이 70~85:30~15의 비율로 구성되고, 추가로 활성 성분으로서 나트륨, 염소, 칼슘 및 마그네슘을 포함하는 무기물이 마이크로캡슐화 연료의 총 중량을 기준으로 나트륨 180 내지 200ppm, 염소 90 내지 110ppm, 칼슘 1 내지 40ppm, 마그네슘 1 내지 20ppm의 범위로 포함된다. 상기 무기물들은 혼합 용액 상태로 마이크로캡슐화 연료의 제조 공정에 투입될 수 있으며, 상기 무기물들을, 예를 들어, 약 15배의 물에 용해시킨 수용액을 상기 오일 및 물의 총중량을 기준으로 0.3 내지 0.5중량% 범위로 투입함으로서 제조될 수 있다. 상기 나트륨의 공급원(source)으로서는, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, NaOH가 사용될 수 있으며, 염소 및 칼슘의 공급원으로서는, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, CaCl2·2H2O가 사용될 수 있으며, 마그네슘의 공급원으로서는, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, MgCl2,MgSO4 및 MgBr2를 포함하고 있으며, 이외에도 KCl 및 NaCl 등을 포함하고 있는 간수가 사용될 수 있다.The microencapsulated fuel preferably comprises a fuel: water ratio of 70 to 85:30 to 15 by weight, and additionally an inorganic material comprising sodium, chlorine, calcium and magnesium as the active ingredient It is included in the range of 180 to 200ppm sodium, 90 to 110ppm chlorine, 1 to 40ppm calcium, 1 to 20ppm magnesium based on the total weight. The inorganic materials may be added to a process for preparing microencapsulated fuel in a mixed solution state, for example, 0.3 to 0.5% by weight of an aqueous solution in which the inorganic materials are dissolved in about 15 times of water, based on the total weight of the oil and water. It can be prepared by putting in the range. As the source of sodium, for example, but not limited to, NaOH may be used, and as the source of chlorine and calcium, for example, but not limited to, CaCl 2 .2H 2 O may be used. As the source of magnesium, for example, but not limited to, MgCl 2 , MgSO 4 and MgBr 2 may be used, and in addition to the water containing KCl, NaCl and the like can be used.
그리고, 도 3에 상기 마이크로캡슐화 연료가 연소실 내에서 고온으로 가열되는 경우 중앙에 있는 수적의 폭발력에 의해 최외곽에 있는 연료들이 완전 연소가 가능한 미립자(14)로 쪼개지는 원리를 개념적으로 나타내었다.In addition, FIG. 3 conceptually illustrates a principle in which the outermost fuels are split into fine particles 14 capable of complete combustion when the microencapsulated fuel is heated to a high temperature in a combustion chamber.
본 발명의 두번째 목적에 따른 마이크로캡슐화 연료의 제조 방법은 다음의 단계들을 포함하여 구성된다:The method for producing a microencapsulated fuel according to the second object of the present invention comprises the following steps:
a) 가열된 연료유를 투입하는 단계;a) introducing heated fuel oil;
b) 가열된 온수를 연료유와 혼합하는 단계; 및b) mixing the heated hot water with fuel oil; And
c) 연료유와 온수의 혼합물에 무기물 첨가제를 첨가하고 혼합하여 마이크로캡슐화시키는 단계.c) microencapsulation by adding and mixing inorganic additives to the mixture of fuel oil and hot water.
상기 단계 a)에서, 연료유의 점도를 낮춤으로서 이송이 용이하게 하고, 이후의 온수 및 무기물 첨가제와의 혼합을 용이하게 하기 위하여 연료유를 미리 예열한 후 혼합 단계에 투입한다. 예열 온도는 사용되는 연료유의 종류에 따른 유동 특성에 따라 달라지겠지만, 예를 들어, 중유를 사용하는 경우 약 50 내지 60로 예열한다. 예열은 연료유 저장 탱크의 측벽에 스팀 자켓, 전열선 등을 설치하거나 탱크 내부에 스팀 파이프를 설치하는 등 본 발명이 적용되는 곳의 특성에 맞는 적당한 방법으로 수행될 수 있으며, 적절한 온도 제어가 행해질 수도 있다.In step a), the fuel oil is preheated in advance and added to the mixing step in order to facilitate the transfer by lowering the viscosity of the fuel oil, and to facilitate the mixing with the hot water and the mineral additive thereafter. The preheating temperature will vary depending on the flow characteristics depending on the type of fuel oil used, but for example preheating to about 50 to 60 when heavy oil is used. Preheating may be carried out in a suitable manner suitable for the characteristics of the present invention, such as installing a steam jacket, a heating wire, or the like on the side wall of the fuel oil storage tank, or a steam pipe inside the tank, and appropriate temperature control may be performed. have.
상기 단계 b)에서도 예열된 온수를 사용하는 바, 예열된 연료유를 냉각시키지 않기 위해 연료유와 거의 동일한 온도로 물을 예열하여 투입하는 것이 바람직하다. 물은 위에서 설명한 연료유의 예열 수단은 물론 물 이송 배관 상에서 적절한 가열 수단, 예를 들어, 전열선 또는 가는 스팀 관에 의한 히트 트레이싱(heat tracing) 방식으로 예열될 수도 있으며, 역시 온도가 제어될 수 있다.In step b), the preheated hot water is used. In order not to cool the preheated fuel oil, it is preferable to preheat the water at about the same temperature as the fuel oil. The water may be preheated by means of heat tracing by means of suitable heating means, for example heating wires or thin steam tubes, on the water conveying piping as well as the preheating means of the fuel oil described above, and the temperature may also be controlled.
상기 제조 방법은 뱃치식 또는 연속식으로 수행될 수 있다.The manufacturing method can be carried out batchwise or continuously.
뱃치식의 경우, 예를 들어, 교반기가 장착되고, 임의로 배플(baffle)이 벽면에 부착된 혼합 용기(mixing vessel)에 가열된 연료유를 정해진 혼합 비율대로 투입한 후 교반하면서 정해진 양의 가열된 온수를 투입하고, 마지막으로 무기물 첨가제를 투입하면서 교반하여 마이크로캡슐화 연료를 제조한다. 이 때, 교반기의 교반 날개의 형상, 교반 속도 등을 조절하여 마이크로캡슐화 연료의 입자 크기를 조절할 수 있으며, 각 원료의 투입 양을 조절함으로써 각각의 마이크로캡슐화 연료의 입자의 조성, 즉, 각 원료의 구성비를 조절할 수 있다.In the case of a batch type, for example, a stirrer is mounted, optionally a heated amount of fuel oil is introduced into a mixing vessel having a baffle attached to a wall at a predetermined mixing ratio, followed by stirring. Hot water is added, and finally, while adding an inorganic additive, stirring to prepare a microencapsulated fuel. At this time, the particle size of the microencapsulated fuel can be adjusted by adjusting the shape of the stirring blades of the stirrer, the stirring speed, and the like, and the composition of the particles of each microencapsulated fuel, that is, the The composition ratio can be adjusted.
연속식의 경우, 이에 한정되는 것은 아니지만, 각각의 원료 탱크로부터 라인 믹서에 연료유, 온수 및 무기물 첨가제를 순차적으로 투입하여 라인 믹서에서 마이크로 캡슐화 연료가 제조되고, 제조된 마이크로캡슐화 연료를 저장 탱크에 저장하는 방식으로 수행될 수 있다.In the case of the continuous type, microencapsulated fuel is produced in the line mixer by sequentially adding fuel oil, hot water, and mineral additives from each raw material tank to the line mixer, and preparing the microencapsulated fuel in the storage tank. May be performed in a stored manner.
상기 연속식 방법에 있어서, 연료유, 물 및 무기물 첨가제의 투입량은 정량 펌프(measuring pumps)에 의해서, 또는 이송 펌프의 펌핑 속도 조절 또는 펌프 토출구의 유량 제어 밸브의 개폐와 같은 적절한 유량 제어 시스템에 의해 조절될 수 있다.In this continuous process, the dosage of fuel oil, water and mineral additives is controlled by metering pumps, or by a suitable flow control system, such as adjusting the pumping speed of the transfer pump or opening and closing the flow control valve of the pump outlet. Can be adjusted.
본 발명에 따른 친환경 청정 유중수형 마이크로캡슐화 연료 제조 시스템은 연료유 저장 탱크, 연료유 공급 펌프 및 연료유를 연료유 저장 탱크로부터 믹싱 유닛의 연료유 투입구로 이송하는 데 필요한 배관을 포함하여 구성된 연료유 공급 유닛; 온수 저장 탱크, 온수 공급 펌프 및 온수를 온수 저장 탱크로부터 믹싱 유닛의 온수 투입구로 이송하는 데 필요한 배관을 포함하여 구성된 온수 공급 유닛; 무기물 첨가제 저장 탱크, 무기물 첨가제 공급 펌프 및 무기물 첨가제를 무기물 첨가제 저장 탱크로부터 믹싱 유닛의 무기물 첨가제 투입구로 이송하는 데 필요한 배관을 포함하여 구성된 연료유 공급 유닛; 라인 믹서 및 라인 믹서의 전단부에 순차적으로 형성된 연료유 투입구, 온수 투입구 및 무기물 첨가제 투입구를 포함하여 구성된 믹싱 유닛; 및 상기 믹싱 유닛에서 생성된 친환경 청정 유중수형 마이크로캡슐 화 연료를 저장하는 마이크로캡슐화 연료 저장 탱크 유닛을 포함하여 이루어진다.The eco-friendly clean water-in-oil microencapsulated fuel production system according to the present invention includes a fuel oil storage tank, a fuel oil supply pump, and a fuel oil including a pipe required to transfer fuel oil from a fuel oil storage tank to a fuel oil inlet of a mixing unit. A supply unit; A hot water supply unit configured to include a hot water storage tank, a hot water supply pump, and piping required to transfer hot water from the hot water storage tank to the hot water inlet of the mixing unit; A fuel oil supply unit configured to include a mineral additive storage tank, a mineral additive supply pump, and a piping required to transfer the mineral additive from the mineral additive storage tank to the inorganic additive inlet of the mixing unit; A mixing unit including a fuel oil inlet, a hot water inlet, and an inorganic additive inlet sequentially formed at the front end of the line mixer and the line mixer; And a microencapsulated fuel storage tank unit configured to store the eco-friendly clean water-in-oil type microencapsulated fuel generated by the mixing unit.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 마이크로캡슐화 연료의 연속식 제조 시스템 및 제조 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a continuous production system and method for producing a microencapsulated fuel of the present invention.
먼저 도 3을 참조하면, 상기 마이크로캡슐화 연료의 연속식 제조 시스템은 각각의 원료 탱크(20, 30, 40)로부터 라인 믹서(50)에 연료유, 온수 및 무기물 첨가제를 순차적으로 투입하여 라인 믹서(50)에서 마이크로 캡슐화 연료를 제조하여 마이크로캡슐화 연료 저장 탱크(60)에 저장하는 방식으로 수행될 수 있다.First, referring to FIG. 3, in the continuous production system of the microencapsulated fuel, fuel oil, hot water, and inorganic additives are sequentially added to the
도 3의 연료유 저장 탱크(20)에는 연료유의 양을 체크할 수 있는 레벨 게이지(22)가 설치되어 있으며, 상부에는 벤트(24)가 설치되어 있어 연료유의 충진 및 배출에 따른 탱크 내의 압력을 조절하도록 되어 있으며, 탱크 외벽에는 보온재(23)를 시공하여 단열하고 있다. 마이크로캡슐화 연료를 제조하기 위해 연료유 공급 펌프(21)를 가동하여 믹싱 유닛(50)의 연료유 투입구(51)로 연료유를 공급하며, 연료유 공급 펌프의 토출구 측에는 압력 게이지(25)가 설치되어 있어 토출구의 압력을 확인할 수 있도록 되어 있으며, 토출구 측에 설치된 연료유 유량계(26)에서 측정한 유량 데이터를 연료유 유량 제어기(27)에 제공하여 연료유 유량 제어 밸브(28)를 개폐하여 연료유 유량을 제어한다. The fuel
한편, 마이크로캡슐화 연료를 저장 탱크(60)에서 직접 보일러(도시하지 않음)로 공급하는 경우, 보일러의 가동을 위한 경유(디젤) 공급 라인(29)이 추가로 설치되어 있으며, 이러한 조작을 위해 필요한 밸브들이 연료유 공급 라인에 다수 설치되어 있다.On the other hand, in the case of supplying microencapsulated fuel directly from the
한편, 도 3에는 도시되지 않았지만, 연료유 가열 수단 및 온도 게이지, 온도 제어기, 및 스팀 제어 밸브 또는 전력 제어 수단 등이 연료유 탱크(20)에 설치될 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 3, fuel oil heating means and a temperature gauge, a temperature controller, and a steam control valve or electric power control means may be installed in the
온수 공급 탱크(30)에는 물의 온도를 체크할 수 있는 온도 게이지(32)가 설치되어 있으며, 상부에는 벤트(34)가 설치되어 있어 온수의 충진 및 배출에 따른 탱크 내의 압력을 조절하도록 되어 있으며, 탱크 외벽에는 보온재(33)를 시공하여 단열하고 있다. 마이크로캡슐화 연료를 제조하기 위해 온수 공급 펌프(31)를 가동하여 믹싱 유닛(50)의 온수 투입구(52)로 온수를 공급하며, 온수 공급 펌프(31)의 토출구 측에는 압력 게이지(35)가 설치되어 있어 토출구의 압력을 확인할 수 있도록 되어 있으며, 토출구 측에 설치된 온수 유량계(36)에서 측정한 유량을 온수 유량 제어기(37)에 제공하여 온수 유량 제어 밸브(38)를 개폐하여 온수 유량을 제어한다. 그리고, 온수 공급 펌프(31)의 토출구 측 라인에는 온수의 일부를 온수 탱크(30)로 순환시키기 위한 리사이클 라인(39)이 설치되어 있다.The hot
한편, 도 3의 온수 공급 시스템에는 도시되지 않았지만, 온수 가열 수단 및 레벨 게이지, 온도 제어기, 및 스팀 제어 밸브 또는 전력 제어 수단 등이 온수 탱크(30)에 설치될 수 있다.Meanwhile, although not shown in the hot water supply system of FIG. 3, hot water heating means and a level gauge, a temperature controller, a steam control valve, or a power control means may be installed in the
무기물 첨가제 공급 탱크(40)의 외벽에는 보온재(43)를 시공하여 단열하고 있다. 마이크로캡슐화 연료를 제조하기 위해 무기물 첨가제 공급 펌프(41)를 가동하여 믹싱 유닛(50)의 무기물 첨가제 투입구(53)로 무기물 첨가제를 공급하며, 무 기물 첨가제 공급 펌프(41)의 토출구 측에는 압력 게이지(45)가 설치되어 있어 토출구의 압력을 확인할 수 있도록 되어 있으며, 무기물 첨가제 공급 펌프(41)의 스트로크(stroke) 수 또는 모터의 회전 속도를 제어하여 무기물 첨가제 투입량을 제어한다. 그리고, 무기물 첨가제 공급 펌프(41)의 토출구 측 라인에는 유량을 제어할 수 있는 밸브(48)가 설치되어 있으며, 무기물 첨가제의 일부를 무기물 첨가제 탱크(40)로 순환시키기 위한 리사이클 라인(49)이 설치되어 있다.The
한편, 도 3의 무기물 첨가제 공급 시스템에는 도시되지 않았지만, 무기물 첨가제 가열 수단 및 레벨 게이지, 물의 온도를 체크할 수 있는 온도 게이지, 온도 제어기, 및 스팀 제어 밸브 또는 전력 제어 수단, 상부에는 무기물 첨가제의 충진 및 배출에 따른 탱크 내의 압력을 조절하기 위한 벤트 등이 무기물 첨가제 탱크(40)에 설치될 수 있다. Meanwhile, although not shown in the inorganic additive supply system of FIG. 3, the inorganic additive heating means and the level gauge, the temperature gauge capable of checking the temperature of the water, the temperature controller, and the steam control valve or the power control means, and the upper portion of the inorganic additive filling And a vent or the like for adjusting the pressure in the tank according to the discharge may be installed in the
상기 연료유 유량 제어기(27), 온수 유량 제어기(37) 및 무기물 첨가제 공급 펌프 제어기는 인터로킹(interlocking)되어 상호 연동될 수도 있다.The fuel oil
도 3에 예시한 본 발명의 마이크로캡슐화 연료 제조 시스템의 믹싱 유닛(50) 부분을 확대한 도 4를 참조하면, 라인 믹서(54)는 그 케이싱(56) 내부에 임의의 각도로 배치된 제1 혼합 엘리멘트(57-1, 57-3, .... 57-(2n-1))와, 이와는 90도의 각도로 배치된 제2 혼합 엘리멘트(57-2, 57-4, .... 57-2n)가 교대로 배열되어 있는 것으로서, 유체가 통과하게 되면 각 혼합 엘리먼트의 선단에서 유체를 반분한 후 위치를 반전시키는 작용을 반복함으로서 혼합 작용을 하게 되는 장치이다. 이러한 라인 믹서에 연료유 투입구(51)를 통해 가열된 연료유를 투입하고, 그 후단의 온수 투입구(52)를 통해 가열된 온수를 투입하여 혼합한 후 무기물 첨가제 투입구(53)를 통해 무기물 첨가제를 투입하면 라인 믹서(54)를 통과하면서 그 내부의 혼합 엘리먼트들(57)의 작용에 의해 마이크로캡슐화 연료가 제조된다. 상기 라인 믹서의 케이싱(56)의 길이 및 혼합 엘리먼트(57)의 수를 조절하거나 라인 믹서(54)의 지름을 조절함으로서 라인 믹서(54)를 통과하는 유체의 속도를 조절하여 연료 마이크로캡슐의 크기를 조절할 수 있다. 그리고, 각 원료의 투입 양을 조절함으로써 각각의 마이크로캡슐화 연료의 입자의 조성, 즉, 각 원료의 구성비를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 4, which is an enlarged portion of the mixing
한편, 상기 도 4에는 라인 믹서가 무기물 첨가제 투입구(53) 후단에만 설치되어 있지만, 온수 투입구(52) 후단에도 추가로 설치되어 연료유와 온수를 미리 혼합하여 연료의 마이크로캡슐화를 촉진할 수도 있다.Meanwhile, although the line mixer is installed only at the rear end of the inorganic
위에서 설명한 믹싱 유닛(50)을 통과하면서 제조된 마이크로캡슐화 연료는 마이크로캡슐화 연료 저장 탱크(60)에 저장된다. 이 탱크에도 온도 게이지(62), 보온재(63), 벤트(64), 레벨 게이지(65) 등과 함께 온도 제어 시스템(도시하지 않음)이 연결된 히트 트레이싱(66)이 설치되어 있으며, 하부에는 마이크로캡슐화 연료 순환 펌프(61)가 설치되어 마이크로캡슐화 연료가 유수 분리된 경우 믹싱 유닛(50)으로 순환시켜 다시 마이크로캡슐화시킬 수 있도록 되어 있다. The microencapsulated fuel produced while passing through the mixing
마이크로캡슐화 연료 저장 탱크(60)에 저장된 마이크로캡슐화 연료는 보일러의 연소 시스템으로 직접 공급되거나 다른 사이트의 보일러용 연료 저장 탱크로 이송될 수 있다.The microencapsulated fuel stored in the microencapsulated
실시예 1Example 1
뱃치식 마이크로캡슐화 연료의 제조 및 분석Preparation and Analysis of Batch Microencapsulated Fuel
55℃의 벙커 C유 7kg을 20리터 크기의 혼합 베셀(vessel)에 투입하고 55℃의 온수 3kg을 추가 투입하고 교반하였다.7 kg of Bunker C oil at 55 ° C. was added to a 20 liter mixed vessel, and 3 kg of hot water at 55 ° C. was added and stirred.
간수(MgCl2 17중량%, MgSO4 8중량%, KCl 3중량%, NaCl 5중량% 및 MgBr2 0.3중량%로 구성) 플레이크(flake) 1.7g, NaOH 플레이크 3.0g, CaCl2 플레이크 1.4g을 55℃의 증류수 300g에 용해한 수용액을 첨가하고 5분동안 교반하여 마이크로캡슐화 연료를 제조하였으며, 그 확대 현미경 사진을 도 2b에 나타내었다. 마이크로캡슐의 직경은 평균 약 30μ로 측정되었다.Brine (comprising 17% by weight MgCl 2 , 8% by weight MgSO 4 , 3% by weight KCl, 5% by weight NaCl and 0.3% by weight MgBr 2 ) 1.7g flakes, 3.0g NaOH flakes and 1.4g CaCl 2 flakes An aqueous solution dissolved in 300 g of 55 ° C. distilled water was added and stirred for 5 minutes to prepare a microencapsulated fuel, and an enlarged photomicrograph of this is shown in FIG. 2B. The diameter of the microcapsules was measured to average about 30μ.
이렇게 제조한 마이크로캡슐화 연료의 성분 및 점착력 분석 결과를 벙커 C유의 분석 결과와 함께 아래의 표 1에 나타내었다.The component and adhesion analysis results of the microencapsulated fuel thus prepared are shown in Table 1 below together with the analysis results of the bunker C oil.
실시예 2 및 3Examples 2 and 3
다음과 같은 조성으로 위와 동일한 방법으로 폐윤활유 및 선박 폐유를 원료로 한 마이크로캡슐화 연료를 제조하였다.A microencapsulated fuel using waste lubricating oil and ship waste oil was prepared in the same manner as above with the following composition.
실시예 4Example 4
연속식 마이크로캡슐화 연료의 제조 및 연소 실험Preparation and Combustion Experiments of Continuous Microencapsulated Fuel
도 3에 나타낸 바와 같이 구성된 연속식 마이크로캡슐화 연료 제조 시스템을 이용하여, 60℃의 벙커 B유를 8kg/min의 속도로 믹싱 유닛(50)의 연료유 투입구(51)로 투입하고, 온수 투입구(52)로 60℃의 온수를 2kg/min의 속도로 투입하였다. 그리고, 위 실시예 1에서와 같이 제조한 무기물 첨가제 수용액을 5.5g/min의 속도로 공급하여 연속적으로 마이크로캡슐화 연료를 제조하였다.Using a continuous microencapsulated fuel production system configured as shown in FIG. 3, bunker B oil at 60 ° C. was introduced into the
실험예 1Experimental Example 1
마이크로캡슐화 연료의 저장 안정성 평가Storage Stability Assessment of Microencapsulated Fuel
상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 각각의 마이크로캡슐화 연료 500ml씩을 매스실린더에 넣고 장기 보관하면서 유수 분리 현상이 발생하는지를 관찰하였다.500 ml of each microencapsulated fuel prepared in Examples 1 to 4 were put in a mass cylinder and observed for oil-water separation while long-term storage.
각각의 마이크로캡슐화 연료들은 40일이 경과하여도 유수 분리 현상이 나타나지 않는 것을 확인하였다.Each of the microencapsulated fuels was found to have no oil separation after 40 days.
실험예 2Experimental Example 2
마이크로캡슐화 연료의 연소 시험Combustion Test of Microencapsulated Fuel
(재)한국석유품질검사소에 의뢰하여 아래와 같은 조건으로 본 발명의 마이크로캡슐화 연료 및 벙커 C유(비교예)의 보일러에서의 연소 시험을 행하였다.Requested by the Korea Petroleum Quality Inspection Service, a combustion test was conducted in a boiler of the microencapsulated fuel and bunker C oil (comparative example) of the present invention under the following conditions.
연소 실험 결과 각 연료들의 발열량은 다음과 같았다.The calorific value of each fuel was as follows.
마이크로캡슐화 연료의 연소 실험에서 나타난 현상학적 결과를 정리하면 다음과 같다:The phenomenological results from combustion experiments of microencapsulated fuel are summarized as follows:
1) 낮은 공기 비율(m=1.02, 연소실내 잔여 산소 = 0.4~0.6)에서 벙커 C유에 비해 본 발명의 마이크로캡슐화 연료의 연기 농도가 낮아서, 낮은 공기 비율에서도 완전 연소가 가능한 것으로 판단되었다.1) The smoke concentration of the microencapsulated fuel of the present invention was lower than that of the bunker C oil at a low air ratio (m = 1.02, residual oxygen in the combustion chamber = 0.4 to 0.6), and thus it was determined that complete combustion was possible even at a low air ratio.
2) 본 발명의 마이크로캡슐화 연료의 연소 불꽃은 옅은 오렌지색이었고, 미연소 기름 입자는 관찰되지 않았으나, 밝기는 벙커 C유에 비해 떨어졌다. 이는 위에서 관찰되는 완전 연소 현상과 함께, 본 발명의 마이크로캡슐화 연료가 완벽한 유중수 에멀젼을 유지하고 있으며, 의도한 목적대로 마이크로캡슐 내의 물이 고온에서 폭발하면서 연료를 미립자화시키고 물은 기화하면서 나타나는 현상으로 파악된다.2) The combustion flame of the microencapsulated fuel of the present invention was pale orange, and unburned oil particles were not observed, but the brightness was lower than that of bunker C oil. This is accompanied by the complete combustion phenomena observed above, in which the microencapsulated fuel of the present invention maintains a perfect water-in-oil emulsion, and as the intended purpose is, the water in the microcapsules explodes at high temperatures while atomizing the fuel and the water vaporizes. Is grasped.
3) 불꽃의 직경은 벙커 C유보다 더 크다.3) The diameter of the flame is larger than bunker C oil.
4) 배기가스 중의 질소 산화물의 농도는 벙커 C유에 비해 8~11% 줄었다.4) The concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas was reduced by 8-11% compared to bunker C oil.
본 발명에 의하여 고온으로 가열하여도 유수 분리 현상이 발생하지 않는 안정한 유중수 에멀젼형 마이크로캡슐화 연료, 그의 제조 방법 및 그의 제조 시스템이 제공된다.The present invention provides a stable water-in-oil emulsion type microencapsulated fuel, a method for producing the same, and a system for producing the same, which do not generate oil-water separation even when heated to a high temperature.
본 발명에 따른 마이크로캡슐화 연료는 고온에서도 유수 분리되지 않고 보일러의 연소실로 투입되어 중앙의 물 입자의 폭발에 의하여 외곽의 연료유를 미립자화시킴으로서 완전 연소가 가능하게 하여 에너지 절감 효과 및 대기 오염 물질 저감 효과를 얻을 수 있으며, 폐윤활유, 선박폐유, 벙커 C유, 벙커 B유 등의 중유도 연료로써 완전 연소시킬 수 있게 함으로서 폐유 등을 연료로 활용할 수 있게 하며 환경 오염 문제를 줄일 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있게 된다.The microencapsulated fuel according to the present invention is introduced into a combustion chamber of a boiler without being separated from oil and water even at a high temperature, thereby making it possible to completely burn the particulate fuel oil by explosion of water particles in the center, thereby enabling energy to be saved and reducing air pollutants. Heavy oils such as waste lubrication oil, ship waste oil, bunker C oil and bunker B oil can be completely combusted as fuel, making it possible to utilize waste oil as a fuel and reducing environmental pollution. You can get it.
그리고, 본 발명에 의하여 위와 같은 우수한 효과를 가진 마이크로캡슐화 연료를 효율적으로 제조할 수 있는 제조 방법 및 제조 시스템이 제공된다.In addition, the present invention provides a manufacturing method and a manufacturing system capable of efficiently producing a microencapsulated fuel having the above excellent effects.
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