KR20090013115A - 연료첨가제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방용, 산업용 보일러유, 운송기계의 엔진유 및 재생유 등의 액체화석연료에 사용되는 연료첨가제에 관한 것으로서, 구체적으로는 연료에 연소를 촉진시키는 조연성분을 첨가하여 완전연소를 유도하고 노(爐) 내에 발생하는 스케일 등의 불순물 생성을 억제하며, 또한 대기오염물질의 발생을 대폭 감소시킴으로써, 연소효율을 증진시킬 수 있는 연료첨가제에 관한 것이다.

붕사, 노(爐), 연소첨가제

Description

연료첨가제 조성물{Composition of Fuel-additives}

본 발명은 난방용, 산업용 보일러유, 운송기계의 엔진유 및 재생유 등의 액체화석연료에 사용되는 연료첨가제에 관한 것으로서, 구체적으로는 연료에 연소를 촉진시키는 조연성분을 첨가하여 완전연소를 유도하고 노(爐) 내에 발생하는 스케일 등의 불순물 생성을 억제하며, 또한 대기오염물질의 발생을 대폭 감소시킴으로써 연소효율을 증진시킬 수 있는 연료첨가제에 관한 것이다.

오늘날 세계는 화석연료의 고갈화 및 이로 인한 유가 상승, 화석연료 사용으로 인한 대기오염 등의 환경오염 등으로 인해서 발생하는 여러 경제적, 환경적 문제를 해결하기 위한 방편으로 화석연료의 연소효율을 증대시킴으로써 상기의 문제들을 해결하려는 많은 노력이 진행되고 있다.

현재까지 화석연료의 연소효율을 증대시키기 위한 연구와 발명에 대한 예로서, 대한민국 등록특허 제71379호에서는 실리콘화합물, 부탄올, 저급알콜과 계면활성제등을 혼합한 연료첨가제 조성물을 개시하고 있다. 그러나 상기 발명은 효 율적인 연소와 발열량을 증가시키고 탄화규소에 의한 스케일 생성 방지하는 효과가 있다고 하였으나, 노 내의 불순물이나 스케일 등의 제거에는 효과가 미약하였다.

또한, 대한민국 등록특허 제544568호에는 아민계열 안정제와 과산화수소, 수산화나트륨, 붕사 등을 혼합한 연료첨가제를 촉매로서 활용하여 연소기관의 먼지, 슈트, 크링커, 스럿지, PM물질의 제거 및 세정역할을 함으로써, 연료절감 및 오염물질을 저감하는 것에 대해 나타나있으나, 상기 연료첨가제는 물과 혼합하여 사용되기 때문에, 장기간 사용시 부식의 우려가 있고, 불안정한 과산화수소를 강염기 하에서 혼합함으로써 연료첨가제를 장기간 보존시 제품 성상에 변화가 생기기 쉽고, 그에 따른 슬래그 방지 효과가 미미하게 나타나며, 연소촉진제로서 과산화수소와 붕사를 사용하므로 과산화수소의 자연분해 현상에 의하여 연소촉진제의 효능이 저하되는 문제가 있다.

오늘날과 같은 고유가 시대에서 상기와 같은 기존의 연료첨가제 발명들의 단점을 최소화하고 장점을 최대화시킨 연료첨가제의 발명에 대한 요구가 나날이 증가되고 있다.

이에 본 발명자들은 상기 기존 발명들의 문제점 및 당업계의 요구를 해결하기 위하여 연구, 노력한 결과 난방용 및 산업용 보일러유, 운송기계의 엔진유 등의 액체 화석 연료에 모두 적용이 가능하고 노 내의 스케일이나 불순물 제거 및 불순 물 발생을 방지하며, 촉매작용을 통한 완전연소 유도와 열효율 향상 및 보일러, 엔진의 수명연장과 유지보수비 절감 및 연료비 절감, 대기오염물질 발생의 최소화시킬 수 있는 연료첨가제 조성물을 발명하게 되었다.

본 발명은 붕사 1 ~ 20 중량%, 알칼리금속수산화물 5 ~ 40 중량%, 다가알콜 5 ~ 30 중량% 및 C1 ~ C5 의 1가 알콜 40 ~ 75 중량% 로 이루어진 조성물 100 중량부에 대하여 에틸렌글리콜모노알킬에테르 50 ~ 150 중량부 및 케로신 50 ~ 150 중량부를 더 포함하는 연료첨가제 조성물을 그 특징으로 한다.

보일러 또는 엔진 등에서의 연소시 연료에 본 발명의 연료첨가제를 첨가하여 사용함으로써, 완전연소를 유도하여 노 내의 부식방지, 스케일 방지에 따른 대기오염물질 발생 최소화, 연소 촉진 및 발열량 향상에 따른 에너지 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 연료첨가제에 관한 것으로서,

붕사 1 ~ 20 중량%, 알칼리금속수산화물 5 ~ 40 중량%, 다가알콜 5 ~ 30 중량% 및 C1 ~ C5 의 1가 알콜 40 ~ 75 중량% 로 이루어진 조성물 100 중량부에 대하 여 에틸렌글리콜모노알킬에테르 50 ~ 150 중량부 및 케로신 50 ~ 150 중량부를 더 포함하는 연료첨가제 조성물을 그 특징으로 한다.

상기에서 설명한 본 발명의 조성성분 등에 대하여 이하에서 구체적으로 설명하겠다.

본 발명의 조성성분인 붕사(borax)는 연소온도 상승시 분해되어 산소를 방출하여 불완전 연소되는 유기물을 완전 연소가 되도록 유도하며, 노 내에서 발생하는 SO₂로 인해 황산(H₂SO₄)이 생성되어 노 내를 부식시키는데, 연소시 붕사에서 발생되는 알칼리 이온(Na⁺)이 황산(H₂SO₄)와 결합하여 Na₂SO₄로 치환됨으로써, 그 효과로 결국 황산으로 인한 노 내의 부식을 방지해준다. 또한 고온에서 분해된 붕사가 노 내의 표면에 부착되어 피막을 형성함으로써 슈트와 스케일 등을 제거 또는 발생을 방지하여 열전도율을 높이고 노의 수명을 연장시켜 주며, 별도의 세정작업의 소요를 줄여주며, 연소시 발생하는 SO₂, NOx를 저감시켜 주는 역할을 한다. 상기 붕사는 전체 연료첨가제 조성물에 대하여 1 ~ 20 중량%, 더욱 바람직하게는 3 ~ 10 중량%를 사용할 수 있는데, 1 중량% 미만이면 노 내의 부식방지 효과가 저하되고, 20 중량%를 초과하면 노 내의 회분이 급격히 증가하는 문제가 발생한다.

본 발명의 조성성분인 알칼리금속수산화물은 본 발명에 있어서 고온에서 산소를 발생시켜 노 내벽에 붙은 스케일의 2차 연소를 유도시키며, 노 내의 부족한 산소를 보충하여 완전연소를 유도하고, 부가적으로 생성된 알칼리 이온(Na⁺, K⁺)은 유해가스 등과 결합하여 대기오염물질을 저감시키고 또한 황산으로 인한 노 내의 부식을 방지시키는 역할을 한다. 상기 알칼리금속수산화물은 수산화나트륨 및 수산화칼륨 중에서 선택된 1 종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리금속수산화물은 전체 연료첨가제 조성물에 대하여 5 ~ 40 중량%, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 중량%를 사용할 수 있는데, 상기 알칼리금속수산화물이 10중량% 미만이면 연소 촉진에 기여하지 못하고, 40 중량%를 초과시 염기성 물질로 인한 노 내의 부식 문제가 발생한다.

본 발명의 조성성분인 다가알콜은 글리세롤(glycerol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol),디에틸렌글리콜 중에서 선택된 1 또는 2 이상의 화합물을 사용할 수 있다. 글리세롤은 착화온도를 낮춰주고 연소효과를 증대시키며 붕사의 용해를 도우며, 에틸렌글리콜은 슬러지 분산 및 유동성 향상과 빙점을 낮추어 계절적 한계를 극복하는데 도움을 준다. 상기 다가알콜은 전체 연료첨가제 조성물에 대하여 5 ~ 30 중량%, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 중량%를 사용할 수 있는데, 상기 다가알콜이 5 중량% 미만이면 슬러지 분산과 내한성에 문제가 발생하기 때문이다.

본 발명의 조성성분인 C1 ~ C5 의 1가 알콜은 붕사, 알칼리금속수산화물의 용매로 사용되며, 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올 중에서 선택한다. 상기 1가 알콜은 연료의 초기 착화와 중유를 용해시키는데 도움을 주며, 전체 연료첨가제 조성물에 대하여 40 ~ 75 중량%, 더욱 바람직하게는 50 ~ 60 중량% 를 사용할 수 있는데, 상기 1가 알콜이 40 중량% 미만이면 알칼리금속수산화물과 붕사를 용해시 키는데 문제가 발생하고, 75 중량% 초과시 발열량이 낮아지는 문제가 있다.

본 발명의 조성성분인 에틸렌글리콜모노알킬에테르는 계면활성제로서의 역할을 담당하며, 상기 에틸렌글리콜모노알킬에테르는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르 및 에틸렌글리콜모노부틸에테르 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물을 사용할 수 있다. 에틸렌글리콜모노알킬에테르는 상기 연료첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 50 ~ 150 중량부, 더욱 바람직하게는 80 ~ 120 중량부 더 첨가할 수 있는데, 50 중량부 미만이면 연료첨가제 조성물의 층분리가 일어나는 문제가 발생하고 150 중량부를 초과하면 가격대비 조성물의 효율이 급격하게 낮아지는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 조성성분인 케로신(kerosene)은 점도를 낮춰주는 역할을 담당하는 반응용매로서 사용되며, 상기 연료첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 50 ~ 150 중량부, 더욱 바람직하게는 80 ~ 120 중량부 더 첨가할 수 있는데, 50 중량부 미만이면 조성물의 점도가 높고, 원료와 혼합이 제한되는 문제가 발생하며, 150 중량부를 초과하면 그을음이 증가하게 된다.

하기에서 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠으나, 하기의 실시예에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

붕사 50g과 메탄올 500g을 혼합하여, 70℃ 이상 가열시켜 붕사를 용해시킨 후, 여기에 수산화나트륨 100g 및 수산화칼슘 100g 을 더 용해시킨다. 그 후 이어서 글리세롤 50g 및 에틸렌글리콜 50g을 첨가하여 혼합한다. 상기 혼합물 100g 취한 후, 여기에 에틸렌글리콜모노부틸에테르 100g과 케로신 100g을 첨가 및 혼합하여 연료첨가제 조성물을 제조하였다.

실험예 1

벙커C유를 보일러(2000L)에 투입하기 전, 보일러를 개방하여 노 내의 상태를 확인한 후, 실시예의 연료첨가제 조성물과 벙커C유를 중량비 1 : 1000 의 비율로 혼합하여 1개월간 사용하면서 오염가스 발생량(일산화탄소, 황산화물, 질산화합물), 보일러유효열량 및 연료절감율을 측정하였으며 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

구분	CO 발생량 (ppm)	SOx 발생량 (ppm)	NOx 발생량 (ppm)	보일러 유효열량 (MW)	연료절감율 (%)
연료첨가제 미첨가	910	110	250	3.31
실시예 1	190	36	85	3.63	2.8

실시예의 연료첨가제를 첨가하지 아니한 경우에는 보일러 내에 스케일이 다량으로 발생하여 내부에 부착됨을 관찰할 수 있었으나 실시예의 연료첨가제를 첨가한 경우에는 스케일이 완전하게 제거됨을 확인하였다. 그리고 실시예의 연료첨가제를 첨가한 때 일산화탄소는 80%, 황산화물은 67%, 질소산화물은 66% 감소함을 확인하였다. 또한 보일러 유효열량은 10% 증가하였으며, 2.8% 연료절감의 효과를 나타내었다.(단, 연료절감율은 GB/10180-88(공업용보일러 열공시험규범) 및 GB/T15317-94(공업 보일러 에너지 절약감축 방법)에 의거하여 측정)

도 1은 연료첨가제를 미첨가한 벙커C유를 이용하여 보일러를 가동한 후의 보일러 내부 사진이다.

도 2는 실시예 1의 연료첨가제를 첨가한 벙커C유를 이용하여 보일러를 가동한 후의 보일러 내부 사진이다.

Claims (4)

1. 붕사 1 ~ 20 중량%, 알칼리금속수산화물 5 ~ 40 중량%, 다가알콜 5 ~ 30 중량% 및 C1 ~ C5 의 1가 알콜 40 ~ 75 중량% 로 이루어진 조성물 100 중량부에 대하여 에틸렌글리콜모노알킬에테르 50 ~ 150 중량부 및 케로신 50 ~ 150 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료첨가제 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리금속수산화물은 수산화나트륨 및 수산화칼륨 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 연료첨가제 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 다가알콜은 글리세롤, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 연료첨가제 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌글리콜모노알킬에테르는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르 및 에틸렌 글리콜모노부틸에테르 중에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 연료첨가제 조성물.

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