KR20200129591A

KR20200129591A - 친환경 알코올 연료 제조방법 및 그에 의한 친환경 알코올 연료

Info

Publication number: KR20200129591A
Application number: KR1020190054229A
Authority: KR
Inventors: 김선익; 이덕형; 노승우; 라혜지
Original assignee: 주식회사 주원시스템
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-11-18
Also published as: KR102214495B1

Abstract

본 발명은 친환경 알코올 연료 제조방법 및 그에 의한 친환경 알코올 연료에 관한 것으로, 폐식용유를 활용하여 생산한 고순도 정제유를 높은 함량으로 포함시켜 친환경적이면서도 그을음이 없고 발열량도 높아 착화성능이 우수하며, 젤형 또는 고체형 연료를 제조하기에도 적합한 것이다.

Description

친환경 알코올 연료 제조방법 및 그에 의한 친환경 알코올 연료{METHOD FOR MANUFACTURING ECO-FRIENDLY ALCOHOL FUEL AND ECO-FRIENDLY ALCOHOL FUEL}

본 발명은 알코올 연료에 관한 것으로, 특히 폐식용유를 활용하여 생산한 고순도 정제유를 높은 함량으로 포함시켜 친환경적이면서도 그을음이 없고 발열량도 높아 착화성능이 우수하며, 젤형 또는 고체형 연료를 제조하기에도 적합한 친환경 알코올 연료 제조방법 및 그에 의한 친환경 알코올 연료에 관한 것이다.

화력의 에너지원으로 이용되는 연료는 크게 나누어 목탄, 코크스, 석탄과 같은 고체 연료와 알코올, 벤졸, 가솔린과 같은 액체 연료와 LPG와 같은 기체 연료로 구분된다.

최근, 이러한 에너지원 중 하나로서 휴대 및 사용이 간편한 젤형 또는 고체형의 알코올 연료가 사용되고 있다.

종래의 고체 알코올 연료는 알코올과 유지 그리고 가성소다를 혼합하여 제조되었는바, 유독 가스 발생 등에 의한 위험성, 저장 도중 안정성 결여에 의한 불안정성 및 연소 후 다량의 잔유물이 발생하는 등의 문제점을 안고 있었다. 따라서 이를 해소할 수 있는 다양한 연구가 이루어졌다.

이러한 선행기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0178868호에는 다량의 물을 주원료로 하고, 이에 동물성 기름 및 석유계 기름과 가성소다를 첨가하여 일정기간 숙성시켜 연료를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1310121호에는 친수성의 수지 1~20중량% 및 알콜 계열의 용제 20~90중량%로 조성되는 제1 용액과, 친유성의 수지 1~30중량% 및 케톤 계열의 용제 1~50중량%로 조성되는 제2 용액 및 점도를 증가시키는 증점제 0.1~10중량%가 혼합되어 이루어진 고체연료가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제10-2000-0007017호에서는 물 1리터에 1N 가성 소다 3Kg을 넣고 희석시킨 다음, 동, 식물성 기름 10kg을 넣고 가열하면서 혼합시키면 비누화되어 냉각시키면 고체가 생성되면, 상기 고체를 롤 등의 분쇄장치를 이용하여 잘게 분쇄한 다음에 알코올 20리터에 상기 비누화된 고체를 1Kg을 넣은 다음 중탕으로 약 30분간 발화되지 않은 온도에서 가열하면 상기 고체가 메틸알코올에 용해되면 가열을 중단하고 용기에 담아 냉각시켜 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나 이러한 선행특허들의 연료들은 모두 연소 시 그을음 형태의 유해가스 발생이 많아서 환경 친화적이지 못하고, 발열량 측면에서도 여전히 개선의 여지가 있었다.

한국등록특허공보 제1310121호(2013.09.06.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 폐식용유를 활용하여 생산한 고순도 정제유를 높은 함량으로 포함시켜 친환경적이면서도 그을음이 없고 발열량도 높아 착화성능이 우수하며, 젤형 또는 고체형 연료를 제조하기에도 적합한 친환경 알코올 연료 제조방법 및 그에 의한 친환경 알코올 연료를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법은, 각지에서 수거한 폐식용유를 거름망으로 걸러 찌꺼기를 분리하는 단계; 찌꺼기를 분리한 폐식용유를 용기에 담아 45~58℃의 온도에서 1차 교반하는 단계; 폐식용유를 1차 교반하면서 폐식용유에 포함된 글리세린을 제거하여 저순도 정제유를 형성하는 단계; 저순도 정제유를 45~58℃의 온도에서 2차 교반하는 단계; 저순도 정제유를 2차 교반하면서 저순도 정제유에 포함된 불순물을 제거하여 중순도 정제유를 형성하는 단계; 중순도 정제유를 1차 교반 및 2차 교반 시보다 높은 75~88℃의 온도에서 3차 교반하면서 건조하여 고순도 정제유를 형성하는 단계; 고순도 정제유와 메틸알코올을 혼합하는 단계;를 진행하여 알코올 연료를 제조하며, 고순도 정제유와 메틸알코올 혼합 시, 전체 100중량%에서 메틸알코올을 70중량% 이상 80중량% 미만으로 혼합하고, 나머지는 고순도 정제유와 물을 혼합하되 고순도 정제유와 물을 1 : 0.75~1.25 비율로 혼합하는 것을 특징으로 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 고순도 정제유와 메틸알코올을 혼합할 때 점도를 증가시키는 증점제를 더 혼합하여 젤형 또는 고체형으로 응고된 알코올 연료를 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 폐식용유의 1차 교반 시, 폐식용유에 포함된 글리세린을 제거하기 위하여 메탄올과 수산화나트륨이 36 : 1 비율로 용기에 담아 300rpm으로 교반 혼합한 촉매제를 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 저순도 정제유의 2차 교반 시, 저순도 정제유에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 물과 아세트산이 100 : 0.4의 비율로 혼합된 세정액을 혼합하고, 저순도 정제유로부터 불순물이 제거되면 세정액을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 저순도 정제유로부터 불순물을 제거하는 과정을 반복적으로 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 저순도 정제유에 상기 세정액을 혼합할 때, 상기 용기로부터 저순도 정제유 일부를 채취하는 제1세부단계, 부분 채취된 저순도 정제유와 세정액을 혼합하여 혼합액을 만드는 제2세부단계, 용기에서 2차 교반 중인 저순도 정제유에 혼합액을 투입하는 제3세부단계를 진행하며, 상기 제2세부단계에서 부분 채취된 저순도 정제유와 세정액을 균일하게 혼합하기 위하여 믹싱장치를 사용하며, 상기 믹싱장치는, 부분 채취된 저순도 정제유를 초미립자 상태의 무상액으로 변환하여 분무하는 무상변환헤드와, 상기 무상변환헤드로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상액을 보다 높은 속도로 송출하는 송출팬을 구비한 제1변환부재; 선단부가 제1변환부재와 연통되어 상기 제1변환부재로부터 송출되는 무상액을 공급받으며 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 유로를 형성하는 돌출부가 구비되어 이송 중인 초미립자 상태의 무상액과 세정액이 협소해진 유로에서 보다 증가된 속도로 접촉할 수 있도록 한 혼합유도관; 세정액탱크와 연결되어 세정액을 공급받으며 상기 혼합유도관의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 상기 혼합유도관의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부에 의해 협소하게 형성된 혼합유도관의 유로를 향해 공급받은 세정액을 분사하는 세정액노즐; 및 상기 혼합유도관의 선단부 내부에 구비되어 상기 제1변환부재의 송출팬으로부터 송출되는 무상액을 회오리바람의 형태로 송출함으로서 상기 혼합유도관 내부로 공급되는 세정액과 원활한 혼합이 이루어질 수 있도록 한 혼합팬;으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 믹싱장치는, 세정액탱크와 연결되어 세정액을 공급받은 후 상기 혼합유도관으로 배출하는 내관과, 상기 내관을 이격되게 둘러싸서 보온하는 외관과, 상기 내관의 내부에서 내관의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되고 히터를 내장하여 상기 내관의 내부를 경유하는 세정액을 가열하는 가열봉과, 상기 가열봉의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관의 내부를 나선 형태로 경유하도록 세정액을 안내하면서 접촉하여 가열하는 가열핀으로 이루어진 히팅부재를 더 포함하여, 상기 세정액을 저순도 정제유와 유사한 45~58℃의 온도로 상승시켜 혼합할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 친환경 알코올 연료는 전술된 친환경 알코올 연료 제조방법에 의해 제조된 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

본 발명에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법은, 폐식용유를 활용하여 생산한 고순도 정제유를 높은 함량으로 포함시켜 친환경적이면서도 그을음이 없고 발열량도 높아 착화성능이 우수한 친환경 알코올 연료를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 친환경적이면서도 발열량이 높아 착화성능이 우수한 젤형 또는 고체연료를 제조하는데 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법에 사용되는 세정액을 제조하기 위한 믹싱장치의 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법에 사용되는 세정액을 제조하기 위한 믹싱장치의 구성을 설명하기 위한 종단면도
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법에 사용되는 세정액을 제조하기 위한 믹싱장치의 작용 및 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법에서 폐식용유로부터 고순도의 정제유를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법은, 폐식용유 찌꺼기 분리단계(S110), 폐식용유 1차 교반단계(S120), 저순도 정제유 형성단계(S130), 저순도 정제유 2차 교반단계(S140), 중순도 정제유 형성단계(S150), 고순도 정제유 형성단계(S160), 고순도 정제유와 알코올 혼합단계(S170), 알코올 연료 응고단계(S180)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 위와 같은 단계들을 진행함으로써 폐식용유를 활용하여 그을음이 없고 친환경적이며 발열량이 높아 착화성능이 우수한 알코올 연료를 제조할 수 있는 것이다.

이하, 상기 각 단계들 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 친환경 알코올 연료 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

상기 폐식용유 찌꺼기 분리단계(S110)에서는 각지에서 수거한 폐식용유를 거름망으로 걸러 찌꺼기를 분리하게 된다. 이로써 고형의 입자성 찌꺼기들을 대부분 제거할 수 있게 된다.

상기 폐식용유 1차 교반단계(S120)에서는 이전 단계에서 찌꺼기를 분리한 폐식용유를 교반용 용기에 담아 45~58℃의 온도를 유지하면서 1차 교반하게 된다.

상기 저순도 정제유 형성단계(S130)에서는 폐식용유를 1차 교반하면서 폐식용유에 포함된 글리세린을 제거하여 저순도 정제유를 형성하게 된다. 이를 위해 메탄올과 수산화나트륨을 36 : 1 비율로 용기에 담아 300rpm으로 15분간 교반 혼합한 촉매제를 1차 교반 중인 폐식용유에 첨가하여 준다. 교반 후 40분간 정치하면 상기 촉매제의 작용으로 폐식용유에 포함되어 있던 글리세린이 용기의 바닥으로 침전된다. 침적된 글리세린에 대해서는 용기 하부에 형성된 추출구를 개방하여 추출한 후 제거한다. 이로써 글리세린이 제거된 저순도 정제유를 얻게 된다.

상기 저순도 정제유 2차 교반단계(S140)에서는 이전 단계에서 얻어진 저순도 정제유를 45~58℃의 온도를 유지하면서 2차 교반하게 된다. 2차 교반온도는 1차 교반온도와 크게 다르지 않지만 글리세린이 제거된 상태임을 감안하여 약간의 차이를 둘 수는 있다.

상기 중순도 정제유 형성단계(S150)에서는 저순도 정제유를 2차 교반하면서 저순도 정제유에 포함된 불순물을 제거하며 중순도 정제유를 형성하게 된다. 이를 위해 물과 빙초산 또는 아세트산을 100 : 0.4으로 혼합한 세정액을 2차 교반 중인 저순도 정제유에 혼합하여 약 20분간 교반하여 준다. 교반후 1시간 이상 정치하면 상기 빙초산 또는 세정액의 작용에 의해 불순물들이 물과 함께 하부로 뭉치게 되어 쉽게 제거할 수 있는 상태가 된다. 이렇게 뭉쳐진 정제유 불순물들을 제거한다. 이같이 세정액을 사용하여 불순물을 제거하고 나서 사용된 세정액을 제거하는 세척과정을 불순물이 더 이상 뭉쳐지지 않을 때까지 2~3회 반복적으로 시행해주면 중순도 정제유를 얻게 된다.

이같은 중순도 정제유 형성단계에서 불순물들에 대한 효과적인 세척을 위해 세정액을 저순도 정제유에 얼마나 원활하게 혼합할 수 있느냐 하는 것이 관건이라 할 수 있다. 하지만 물을 포함하는 세정액의 경우 저순도의 정제유에 쉽게 혼합되지 않는 성질이 있으므로 세정액을 용기에서 교반 중인 저순도 정제유에 바로 혼합하는 경우 저순도 정제유에서 신속히 분산되지 못하는 관계로 불순물에 효과적으로 작용하지 못하는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위하여 세정액을 용기에 담긴 저순도 정제유에 바로 혼합하는 대신, 용기에서 저순도 정제유를 일부 채취하고 이를 세정액과 균일하게 혼합한 상태에서 다시 투입하는 방법을 사용한다. 이때 채취한 저순도 정제유와 세정액을 균일하게 혼합하기 위하여 독자적인 믹싱장치를 사용하는데, 이같이 일부 채취한 저순도 정제유와 세정액을 균일하게 혼합하는 믹싱장치 및 믹싱방법에 대해서는 차후에 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 고순도 정제유 형성단계(S160)에서는 중순도 정제유를 1, 2차 교반보다는 높은 온도인 75~88℃의 온도에서 3차 교반하게 된다. 이로써, 중순도 정제유에 포함되어 있는 메탈올이 증발되고 맑고 투명한 고순도 정제유를 만들 수 있는데 이같은 3차 교반을 2회 반복하면 적당하다.

상기 고순도 정제유와 알코올 혼합단계(S170)에서는 이전 단계에서 건조된 고순도 정제유와 메틸알코올을 혼합한다. 이같은 고순도 정제유와 메틸알코올 혼합 시, 전체 100중량%에서 알코올을 70중량% 이상 80중량% 미만으로 혼합하고, 나머지는 고순도 정제유와 물을 혼합한다. 이때 고순도 정제유와 물의 혼합비는 1 : 0.75~1.25로 거의 대등하게 해주면 적당하다. 전체 중량 대비 메틸알코올이 85중량% 이상이 되면 급성독성, 폭발성 등이 강해 화학물질관리법 제39조에 의해 사고대비유해물질로 분류되며 80중량% 이상이더라도 독성으로 인해 안전하지 않데다가 재생연료로서의 의미가 낮아지며, 70중량% 미만이면 착화성능이 떨어지는 우려가 있다. 한편, 메틸알코올을 제외한 나머지 20중량% 이상을 이전 단계들을 통해 제조한 고순도 정제유와 물로서 혼합해주면 단순히 메틸알코올과 물만으로 구성하였을 때와 비교하여 그을음이 없으면서도 발열량이 높아지면서 착화성능도 자연스럽게 향상되는 유의미한 변화를 경험하게 된다.

즉, 아래 첨부된 표 1과 같이 일반적으로 유통되는 고체연료(젤연료)는 메틸알코올, 물, 증점제를 86:13:1의 비율로 혼합하였을 경우에는 발열량이 약 4,600kcal/kg인데 비해, 메틸알코올, (위 방법으로 제조된) 고순도 정제유, 물, 증점제를 78:10:11:1의 비율로 혼합하였을 경우에는 발열량이 약 5,800kcal/kg으로 보다 높은 발열량을 보여주었다. 이에 따라 착화성능이 개선되었으며, 그을음까지 사라지는 결과를 얻을 수 있었다. 이같은 결과는 환경부 화학물질관리법에 메틸알코올은 85%이상 혼합사용 시 급성독성. 폭발성 등이 강해 사고대비물질로 지정되어 있으며 현재 시중 업체에서 일반적으로 사용되는 고체연료의 경우 메틸알코올 사용량이 85% 이상이고 사고대비물질이라 유통 보관에 제한사항이 있다는 점을 감안하면 대단히 고무적인 결과라 할 수 있다. 이같은 결과는 본 발명의 실시예에 의한 연료가 메틸알코올 함량이 80% 미만이라는 점, 고순도 정제유가 비가열성물질로 분류되어 있어서 유통, 보관 등이 상대적으로 자유롭고 친환경적인 제품을 양산하는데 대단히 적합하다는 점을 알 수 있다.

연료 종류	메틸알코올:고순도정제유:물:증점제 78:10:11:1	메틸알코올:물:증점제 86:13:1
발 열 량	5,800kcal/kg	4,600kcal/kg

상기 알코올 연료 응고단계(S180)에서는 고순도 정제유와 메틸알코올을 혼합할 때 점도를 증가시키는 증점제를 추가 혼합하고 가열하여 젤형 또는 고체형으로 응고된 알코올 연료를 제조하게 된다. 이같은 알코올 연료 응고단계(S180)는 젤형 또는 고체형의 알코올 연료가 필요한 경우 선택적으로 진행할 수 있다.

이같이 전술된 각 단계들을 거쳐 폐식용유를 활용하면서 그을음이 없고 친환경적이며 발열량도 높아 착화성능이 우수한 친환경 알코올 연료를 제조할 수 있는 것이다.

아래에서는 중순도 정제유를 만드는 공정 중에 용기에서 일부 채취한 저순도 정제유와 세정액을 균일하게 혼합하여 혼합액을 만들기 위한 믹싱장치와 이를 이용하여 혼합액을 만드는 방법에 대해 설명하기로 한다.

상기 믹싱장치는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 혼합유도관(10), 세정액노즐(20), 제1변환부재(30), 제2변환부재(40), 히팅부재(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 혼합유도관(10)은 제1변환부재(30)에서 초미세 입자화 된 저순도 정제유인 무상액과 세정액을 함께 공급받아 강하게 접촉 및 혼합시키면서 1차 혼합하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 혼합유도관(10)은 선단부가 제1변환부재(30)와 연통되어 상기 제1변환부재(30)로부터 송출되는 저순도 정제유의 무상액을 공급받을 수 있도록 함과 동시에 세정액탱크와 연결되어 상기 세정액노즐(20)로부터 세정액도 공급받는다. 배관 형태를 갖는 몸체 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 벤츄리관 형태의 유로를 형성하는 돌출부(11)가 구비된다. 이같은 돌출부(11)는 도 4에서 볼 수 있는 것처럼 저순도 정제유의 무상액과 세정액이 벤츄리 효과에 의해 상대적으로 협소해진 유로(10a)에서 보다 증가된 속도로 흐르면서 서로 강하게 접촉할 수 있도록 유도한다. 또한, 상기 돌출부(11) 내부에는 삼방밸브(60)의 제1공급관(62)을 통해 세정액탱크와 연결되어 세정액을 공급받아 임시 저장하는 챔버(11a,11b)가 형성되고, 상기 돌출부(11) 중 유로가 협소하게 형성된 지점에 대응하는 중간 지점의 내주면에는 상기 챔버(11a,11b)로부터 세정액을 공급받아 분사하는 제1분사홀(11c)이 내주면 둘레방향을 따라 다수 형성되며, 상기 돌출부(11) 중 후단부 지점에는 상기 챔버(11a,11b)로부터 세정액을 공급받아 분사하는 제2분사홀(11d)이 후단부 둘레방향을 따라 다수 형성된다. 이로써, 세정액을 세정액노즐(20)만 아니라 보다 다양한 지점에서 동시다발적으로 공급할 수 있게 되어 무상액과 보다 효과적으로 접촉할 수 있게 된다. 특히 돌출부(11) 중간 지점에 형성된 제1분사홀(11c)을 통해 분사되는 세정액이 가장 빠른 속도로 흐르고 있는 저순도 정제유 무상액과 격렬하게 접촉할 수 있도록 하는 것에 반해, 돌출부(11) 후단부 지점에 형성된 제2분사홀(11d)을 통해 분사되는 세정액은 상대적으로 느린 속도로 흐르고 있는 무상액과 차분하게 접촉할 수 있도록 하였다. 이같이 다양성이 공존하는 구성에 의하여 저순도 정제유의 무상액과 세정액의 혼합 및 접촉의 효과를 높이고 그에 따른 혼합 품질을 높은 수준으로 끌어올릴 수 있게 된다.

또한 상기 혼합유도관(10)의 선단부 내부에는 제1변환부재(30)의 송출팬(32)으로부터 송출되는 저순도 정제유의 무상액을 도 5와 같이 회오리바람의 형태로 송출하는 혼합팬(12)이 더 구비된다. 이같은 혼합팬(12)이 구비되어 작동하게 되면 도 4에서 볼 수 있는 것처럼 벤츄리 효과에 의해 무상액과 세정액의 유동속도가 빠르게 형성되면서 서로 강력한 접촉이 이루어지는 것과 함께 도 5에서 볼 수 있는 것처럼 무상액이 강력한 회오리바람의 형태로 세정액과 혼합되는 복합작용이 일어난다. 따라서 초미세 입자 상태의 저순도 정제유인 무상액과 세정액 간 접촉 및 혼합이 매우 신속하면서도 효과적으로 일어나게 된다. 참고로 상기 혼합팬(12)은 최근 가정에서 사용되고 있는 에어서큘레이터에 채용된 팬과 동일한 형태의 것으로 마련하면 충분하다.

상기 세정액노즐(20)은 상기 혼합유도관(10) 내부에서 무상액의 흐름방향과 일치하게 세정액을 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 세정액노즐(20)은 삼방밸브(60)의 제2공급관(63)을 통해 세정액탱크와 연결되어 액상의 세정액을 공급받으며 혼합유도관(10)의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 혼합유도관(10)의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부(11)에 의해 협소하게 형성된 유로를 향하도록 형성된다. 여기서 상기 세정액노즐(20)은 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 혼합유도관(10)의 벽체로부터 중심선까지 형성된 제1노즐부(21)와 상기 제1노즐부(21)로부터 혼합유도관(10)의 중심선을 따라 연장되어 그 끝단이 돌출부(11)에 의한 협소한 유로(10a)에 까지 근접하게 형성된 제2노즐부(22)로 이루어진다. 이같은 세정액노즐(20)은 돌출부(11)에 의한 협소한 유로(10a) 인근에서 세정액을 저순도 정제유의 무상액 흐름방향으로 일치하게 분사하면서 무상액의 유동속도를 가속화하는데 도움을 주게 된다. 이로써 혼합유도관(10)의 돌출부(11) 중간 지점의 협소한 유로(10a)에서 보다 빠른 속도로 저순도 정제유의 무상액과 세정액이 접촉하는데 기여한다.

상기 제1변환부재(30)는 이송관(P1)을 통해 공급받은 저순도 정제유를 초미세 입자 형태의 무상으로 변환하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 제1변환부재(30)는 플랜지를 구비하여 상기 이송관(P1)과 혼합유도관(10) 중간에서 연통되는 배관 형태의 몸체를 갖고 내부에는 이송관(P1)을 통해 이송되는 저순도 정제유를 무상액으로 변환하여 분무하는 무상변환헤드(31)를 구비한다. 이같은 무상변환헤드(31)는 물분무 소화설비에 적용되는 무상변환헤드(31)(노즐)를 그대로 채용할 수 있으나, 내부식성 및 내구성을 강화한 소재로 개량하여 적용하는 것이 바람직하다. 이처럼 이송관(P1)으로부터 공급받은 저순도 정제유를 그대로 사용하지 않고 초미세 입자 형태의 무상액으로 변환하게 되면 분사되는 세정액과 접촉할 수 있는 접촉면적을 획기적인 수준으로 넓게 확보할 수 있게 되어 고품질의 혼합이 가능하다는 점에서 매우 중요하다.

또한, 상기 제1변환부재(30) 내부에는 무상변환헤드(31)로부터 분무되면서 속도가 낮은 무상액을 보다 높은 속도로 송출하는 송출팬(32)이 구비된다. 혼합팬(12)의 경우 무상액을 밀어 송출하는데 특화된 기능을 가지고 있다면 상기 송출팬(32)은 무상변환헤드(31)의 설치로 인한 저항을 이겨내면서 속도가 낮아진 상태로 생성된 무상액을 끌어내어 상기 송출팬(32)까지 송출하는데 적합하다고 할 수 있다. 본 발명에서는 이처럼 송출팬(32)과 혼합팬(12)을 인근에 나란히 직렬 배치함으로써 양자 간 장점을 극대화할 수 있도록 하였다.

상기 제2변환부재(40)는 상기 혼합유도관(10)을 거치면서 1차 혼합이 이루어진 저순도 정제유의 무상액과 세정액이 혼합된 혼합액을 공급받아 물방울 형태의 적상으로 만들면서 서로 간의 혼합품질을 극대화하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 제2변환부재(40)는 배관 형태의 몸체에 의해 혼합유도관(10)의 후단부에 연결되어 상기 혼합유도관(10)을 경유한 무상액과 세정액이 혼합된 혼합액을 공급받으며, 내부에는 유로를 차단하는 형태로 다수의 미세공이 형성된 그릴(41,42,43)(grill)이 이격을 두고 직렬로 복수 배치된다. 도면에 따르면 세 개의 그릴(41,42,43)이 배치된 것으로 도시되었는데 이같은 구성에 의하면 혼합액이 상기 그릴(41,42,43)에 의해 형성된 그릴층을 통과할 때마다 수축 및 팽창을 반복하면서 저순도 정제유에 대한 세정액의 혼합품질을 점진적으로 높일 수 있게 되며, 혼합액이 각각의 그릴(41,42,43)을 통과할 때마다 그릴(41,42,43) 뒤쪽에 형성된 이격공간(44a,44b,44c)에서는 난류 형태의 유동까지 일어나면서 저순도 정제유와 세정액 간 혼합이 더욱 활발하게 이루어지게 된다.

상기 히팅부재(50)는 혼합유도관(10)에 공급되는 세정액을 중간에서 신속히 가열하는 역할을 한다. 세정액에 대한 가열 온도는 궁극적으로는 교반중인 저순도 정제유와 동일한 온도와 같이 되는 것을 목적으로 하지만 현실적으로는 그와 유사한 온도로 상승시키는 것으로 충분하다. 이를 위해 상기 히팅부재(50)는 인입구(52a)와 인출구(52b)를 구비하여 세정액탱크로부터 세정액을 공급받은 후 삼방밸브(60)의 인입배관(61)을 통해 혼합유도관(10)으로 배출하는 내관(51)과, 상기 내관(51)을 이격되게 둘러싸서 보온하는 외관(52)과, 상기 내관(51)의 내부에서 내관(51)의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되고 히터를 내장하고 있어서 내관(51)의 내부를 경유하는 세정액을 가열하는 가열봉(53)과, 상기 가열봉(53)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관(51)의 내부를 나선 형태로 경유하도록 세정액을 안내하면서 접촉하여 가열시켜주는 가열핀(54)을 구비한다. 이같은 히팅부재(50)의 구성에 의하면 공급되는 세정액의 온도를 신속히 높일 수 있게 되어 혼합유도관(10) 내부에서 저순도 정제유의 무상액과 세정액 간 혼합이 유사한 온도대에서 이루어질 수 있도록 한다.

이처럼 상기 믹싱장치에 의해 채취된 저순도 정제유와 세정액이 균일하게 혼합되어 혼합액이 만들어지면 그 혼합액을 용기에서 2차 교반 중인 저순도 정제유에 투입하여 혼합해준다. 그러면 세정액을 포함하는 혼합액이 저순도 정제유에서 원활하게 분산되어 불순물에 효과적으로 작용하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims

각지에서 수거한 폐식용유를 거름망으로 걸러 찌꺼기를 분리하는 단계;
찌꺼기를 분리한 폐식용유를 용기에 담아 45~58℃의 온도에서 1차 교반하는 단계;
폐식용유를 1차 교반하면서 폐식용유에 포함된 글리세린을 제거하여 저순도 정제유를 형성하는 단계;
저순도 정제유를 45~58℃의 온도에서 2차 교반하는 단계;
저순도 정제유를 2차 교반하면서 저순도 정제유에 포함된 불순물을 제거하여 중순도 정제유를 형성하는 단계;
중순도 정제유를 1차 교반 및 2차 교반 시보다 높은 75~88℃의 온도에서 3차 교반하면서 건조하여 고순도 정제유를 형성하는 단계;
고순도 정제유와 메틸알코올을 혼합하는 단계;를 진행하여 알코올 연료를 제조하며,
고순도 정제유와 메틸알코올 혼합 시, 전체 100중량%에서 메틸알코올을 70중량% 이상 80중량% 미만으로 혼합하고, 나머지는 고순도 정제유와 물을 혼합하되 고순도 정제유와 물을 1 : 0.75~1.25 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제1항에 있어서,
메틸알코올과 고순도 정제유 및 물을 혼합할 때 점도를 증가시키는 증점제를 더 혼합하여 젤형 또는 고체형으로 응고된 알코올 연료를 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제1항에 있어서,
폐식용유의 1차 교반 시, 폐식용유에 포함된 글리세린을 제거하기 위하여 메탄올과 수산화나트륨이 36 : 1 비율로 용기에 담아 300rpm으로 교반 혼합한 촉매제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제1항에 있어서,
저순도 정제유의 2차 교반 시, 저순도 정제유에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 물과 아세트산이 100 : 0.4의 비율로 혼합된 세정액을 혼합하고,
저순도 정제유로부터 불순물이 제거되면 세정액을 제거하는 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 저순도 정제유로부터 불순물을 제거하는 과정을 반복적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제4항에 있어서,
저순도 정제유에 상기 세정액을 혼합할 때, 상기 용기로부터 저순도 정제유 일부를 채취하는 제1세부단계, 부분 채취된 저순도 정제유와 세정액을 혼합하여 혼합액을 만드는 제2세부단계, 용기에서 2차 교반 중인 저순도 정제유에 혼합액을 투입하는 제3세부단계를 진행하며,
상기 제2세부단계에서 부분 채취된 저순도 정제유와 세정액을 균일하게 혼합하기 위하여 믹싱장치를 사용하며, 상기 믹싱장치는,
부분 채취된 저순도 정제유를 초미립자 상태의 무상액으로 변환하여 분무하는 무상변환헤드와, 상기 무상변환헤드로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상액을 보다 높은 속도로 송출하는 송출팬을 구비한 제1변환부재;
선단부가 제1변환부재와 연통되어 상기 제1변환부재로부터 송출되는 무상액을 공급받으며 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 유로를 형성하는 돌출부가 구비되어 이송 중인 초미립자 상태의 무상액과 세정액이 협소해진 유로에서 보다 증가된 속도로 접촉할 수 있도록 한 혼합유도관;
세정액탱크와 연결되어 세정액을 공급받으며 상기 혼합유도관의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 상기 혼합유도관의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부에 의해 협소하게 형성된 혼합유도관의 유로를 향해 공급받은 세정액을 분사하는 세정액노즐; 및
상기 혼합유도관의 선단부 내부에 구비되어 상기 제1변환부재의 송출팬으로부터 송출되는 무상액을 회오리바람의 형태로 송출함으로서 상기 혼합유도관 내부로 공급되는 세정액과 원활한 혼합이 이루어질 수 있도록 한 혼합팬;
으로 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 믹싱장치는, 세정액탱크와 연결되어 세정액을 공급받은 후 상기 혼합유도관으로 배출하는 내관과, 상기 내관을 이격되게 둘러싸서 보온하는 외관과, 상기 내관의 내부에서 내관의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되고 히터를 내장하여 상기 내관의 내부를 경유하는 세정액을 가열하는 가열봉과, 상기 가열봉의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관의 내부를 나선 형태로 경유하도록 세정액을 안내하면서 접촉하여 가열하는 가열핀으로 이루어진 히팅부재를 더 포함하여,
상기 세정액을 저순도 정제유와 유사한 45~58℃의 온도로 상승시켜 혼합할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료 제조방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 친환경 알코올 연료 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 친환경 알코올 연료.