WO2023282361A1 - 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템 - Google Patents

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    • 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
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/24—Mixing, stirring of fuel components
    • 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
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/40—Applying a magnetic field or inclusion of magnets in the apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a desulfurization agent mixing system for harbor fuel oil, and more particularly, to a desulfurization agent mixing system for harbor fuel oil capable of pre-mixing a desulfurization agent having a desulfurization function with fuel oil used in a port.
  • Sulfur oxides (SO x ) and nitrogen oxides (NO x ) are pointed out as pollutants that cause air pollution.
  • sulfur oxides are included in industrial flue gas emitted from the combustion of fossil fuels containing sulfur components, causing acid rain. It shows problems such as causing various environmental pollution, such as causing
  • a desulfurization method for removing sulfur oxides from such industrial flue gas has been continuously studied, and a flue gas desulfurization method, which is a post-combustion treatment method, has been generally used in factories or power plants using fossil fuels.
  • the flue gas desulfurization method means burning fossil fuel containing sulfur gas and then desulfurizing the flue gas, and this flue gas desulfurization method can be divided into a wet method and a dry method.
  • the wet method removes sulfur oxides by washing soot with ammonia water, sodium hydroxide solution, lime milk, etc.
  • the dry method removes sulfur oxides by adsorbing or reacting sulfur dioxide by contacting particles or powders such as activated carbon or carbonate with soot. way to do it
  • the desulfurization facility can be operated at a fixed location, it is difficult to apply the desulfurization facility to a vehicle that emits a large amount of flue gas, such as a moving device that emits a lot of sulfur oxides, for example, a container transport vehicle used in a port. has a difficult problem.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and simply removes sulfur oxides by mixing a desulfurization agent capable of removing sulfur oxides (SO x ) with fuel oil and refueling a vehicle or ship when burning fossil fuel. It is intended to provide a desulfurization agent mixing system for fuel oil for ports that can be used.
  • the present invention fuel oil tank for storing fuel oil; and a desulfurization agent tank for storing the desulfurization agent, including a line mixer for receiving and mixing the fuel oil and the desulfurization agent from the fuel oil tank and the desulfurization agent tank; a droplet atomization unit forming droplets of the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent mixed in the line mixer; a magnetization unit for magnetizing the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent in which droplets are formed in the droplet atomization unit; a swirling reaction unit for swirling the fuel oil and the desulfurization agent mixture magnetized in the magnetization unit; a gas separation unit which separates gas inside the fuel oil and the desulfurization agent mixture in the swirl reaction unit; a collision emulsion unit for colliding the liquid fuel oil and the desulfurization agent mixture separated in the gas separation unit with a collision body; and an emulsion tank for storing the fuel oil and the desulfurizer mixture collided in the collision emulsion unit.
  • the line mixer is characterized in that 3 to 10 parts by weight of the desulfurization agent is supplied and mixed with respect to 100 parts by weight of the fuel oil.
  • it is characterized in that it further comprises a gas supply unit for supplying gas to the droplet atomization unit.
  • the gas is characterized in that air (air) or oxygen (O 2 ).
  • the gas is characterized in that it forms a bubble (bubble) of the size of 1 to 500 micrometers ( ⁇ m) in the fuel oil.
  • the droplet atomization unit is characterized in that a plurality of fine holes are formed to form droplets by pressure.
  • the magnetization unit is characterized in that it is magnetized with a magnetic field of 9,000 to 15,000 gauss.
  • the magnetization unit is characterized in that the magnetic field is formed perpendicular to the transfer direction of the fuel oil and the desulfurization agent mixture.
  • the collision emulsion unit is characterized by injecting the fuel oil and the desulfurizer mixture to collide with the collider at an angle of 15 °.
  • the emulsion tank may further include a water level sensor, and a mixing mode or a recirculation mode may be selected according to the water level of the emulsion tank.
  • the desulfurization agent mixing system for harbor fuel oil uses oil fuel oil as a continuous phase and a water-based desulfurization agent as a dispersed phase to convert the desulfurization agent in fuel oil into a Water in Oil (W/O) emulsion After converting it into a vehicle or ship used in a port, fuel oil and desulfurization agent are burned together when fuel oil is burned, and sulfur oxides generated in the combustion process are removed, thereby reducing sulfur oxides finally discharged.
  • W/O Water in Oil
  • the desulfurization facility is supplied by mixing the desulfurization agent with fuel oil used in a moving vehicle. Since the existing vehicle engine can be used without adding, it has the advantage of being simple, easy to apply, and excellent in desulfurization effect.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a desulfurization agent mixing system for port fuel oil according to the present invention.
  • Figure 2 is a plan view showing a line mixer of the desulfurization agent mixing system of fuel oil for harbors according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing a turning reaction unit of the desulfurization agent mixing system of fuel oil for harbors according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a desulfurization agent mixing system 100 for port fuel oil according to the present invention.
  • the mixing system 100 includes a fuel oil tank 110 for storing fuel oil; and a desulfurization agent tank 120 for storing the desulfurization agent; a line mixer 130 for receiving and mixing the fuel oil and the desulfurization agent mixture from the fuel oil tank 110 and the desulfurization agent tank 120; a droplet atomization unit (200) forming droplets of the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent mixed in the line mixer (130); a magnetization unit (300) for magnetizing the fuel oil and the desulfurization agent mixture in which liquid droplets are formed in the droplet atomization unit (200); a swing reaction unit (400) for a swing reaction of the fuel oil and the desulfurization agent mixture magnetized in the magnetization unit (300); a gas separation unit 500 for removing gas inside the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent in the swirl reaction unit 400; a collision emulsion unit 600 for colliding the liquid fuel oil and the desulfurizer mixture separated in the gas separation
  • the fuel oil tank 110 and the desulfurization agent tank 120 of the present invention serve to store fuel oil and desulfurization agent, respectively.
  • Fuel oil used in the present invention collectively means gasoline and diesel, which are mainly used for vehicles, and as an example of the present invention, diesel, which is a fuel for trailers often used in ports, is exemplified. It is not limited.
  • the desulfurization agent of the present invention may use a liquid catalyst that removes sulfur oxides (SO x ) generated during combustion of fuel oil.
  • the desulfurization agent in the present invention is SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3
  • the desulfurization agent contains all of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 as oxides
  • the basic formula is K 0.8- 0.9 (Al,Fe,Mg) 2 (Si,Al) 4 O 10 (OH) 2
  • illite is basically one octahedral layer between two tetrahedral layers.
  • the octahedral layer is characterized by a dioctahedral structure in which only two out of three cation sites in the bonding structure are filled with cations.
  • sulfur oxides (SO x ) can be adsorbed when fuel oil mixed with desulfurization agent is burned.
  • the desulfurization agent contains 15 to 90 parts by weight of SiO 2 , 15 to 100 parts by weight of Al 2 O 3 , 10 to 50 parts by weight of Fe 2 O 3 , 5 to 15 parts by weight of TiO 2 , 20 to 150 parts by weight of MgO, and MnO 10 ⁇ 20 parts by weight, CaO 20 ⁇ 200 parts by weight, Na 2 O 15 ⁇ 45 parts by weight, K 2 O 20 ⁇ 50 parts by weight, and P 2 O 3 5 ⁇ 20 parts by weight.
  • the oxides can be mixed and pulverized into fine particles having a particle size of 1 to 2 ⁇ m by a pulverizer before being formed into a desulfurization agent, and are used in the form of a streaky and silvery white powder with a specific gravity of 2.5 to 3.0.
  • the desulfurization agent may include one or more metals selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd, and Pb, and Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, It is preferable to use all metals of Ga, Sr, Cd, and Pb.
  • the desulfurization agent contains Li 0.0035 ⁇ 0.009 parts by weight, Cr 0.005 ⁇ 0.01 parts by weight, Co 0.001 ⁇ 0.005 parts by weight, Ni 0.006 ⁇ 0.015 parts by weight, Cu 0.018 ⁇ 0.03 parts by weight, Zn 0.035 ⁇ 0.05 parts by weight, Ga 0.04 ⁇ 0.08 parts by weight, 0.02 to 0.05 parts by weight of Sr, 0.002 to 0.01 parts by weight of Cd, and 0.003 to 0.005 parts by weight of Pb.
  • metals like the oxides, can be mixed and pulverized into fine particles having a particle size of 1 to 2 ⁇ m by a pulverizer, and are used in the form of a streak-colored and silvery-white powder having a specific gravity of 2.5 to 3.0.
  • the desulfurization agent is at least one liquid composition selected from the group consisting of sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 10H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). It may include, water (water, H 2 O) may be used as the solvent, and it is preferable to use all liquid compositions of sodium tetraborate, sodium hydroxide, sodium silicate and hydrogen peroxide.
  • the desulfurization agent acts as a chelating agent while mixing and reacting the above oxide and the liquid composition to form a chelated metal chelate compound through a coordination bond with a metal.
  • the liquid composition can be adsorbed on ash generated when combustion products are burned and react with sulfur oxides present in the ash to be removed.
  • NaBO 2 is derived from sodium tetraborate, Na 2 B 4 O 7 , through hydrogenation NaBH 4 is generated, and the generated NaBH 4 meets oxygen and sulfur oxides and reacts with sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) to remove sulfur oxides.
  • the reaction process is shown in Schemes 1 and 2 below.
  • the desulfurization agent may include 20 to 130 parts by weight of sodium tetraborate, 15 to 120 parts by weight of sodium hydroxide, 50 to 250 parts by weight of sodium silicate, and 10 to 50 parts by weight of hydrogen peroxide in each liquid composition.
  • the desulfurization agent When the desulfurization agent is mixed with combustion products and burned in the temperature range of 400 ⁇ 1200 °C, the adsorption effect of sulfur oxides can be activated, but burning in the temperature range of 600 ⁇ 900 °C can show high efficiency.
  • the line mixer 130 of the present invention serves to mix fuel oil and desulfurization agent supplied from the fuel oil tank 110 and the desulfurization agent tank 120.
  • FIG 2 is a plan view showing a line mixer 130 used in one embodiment of the present invention.
  • fuel oil is injected through arrow A in FIG. 2 of the line mixer 130, and desulfurization agent is introduced through arrow B in FIG. 2 Exit with arrow C.
  • the desulfurization agent may be supplied and mixed with respect to 100 parts by weight of the fuel oil.
  • the desulfurization agent may be mixed at 3 to 8 parts by weight, 3 to 6 parts by weight, 3 to 4 parts by weight, 4 to 10 parts by weight, 5 to 10 parts by weight, or 8 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of fuel oil.
  • the desulfurization agent When the desulfurization agent is supplied in an amount of less than 3 parts by weight, the amount of the desulfurization agent dispersed inside the fuel oil is small, and the desulfurization effect is reduced. there is.
  • the input flow rate of the mixture of fuel oil and desulfurization agent may be adjusted by a control unit (not shown) formed in the system.
  • the droplet atomization unit 200 of the present invention plays a role of forming droplets of the fuel oil and desulfurization agent mixture mixed in the line mixer 130 .
  • the droplet atomization unit 200 proceeds with emulsification by dispersing the desulfurization agent in the fuel oil by forming droplets in order to W/O emulsify the fuel oil and the desulfurization agent.
  • the droplet atomization unit 200 may use various known devices, but preferably, a homogenizer may be used.
  • the droplet atomization unit 200 may form droplets by applying pressure or shear force to the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent.
  • a plate having the same diameter as the inner diameter of the pipe is prepared and fixed in a transfer pipe for transporting the mixture, and a plurality of holes having a fine diameter are formed in the plate.
  • the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent in the transfer pipe is transferred by the transfer pump, and the mixture hits the droplet atomization unit 200 to receive pressure.
  • the mixture whose movement is hindered by the droplet atomization unit 200 is finely dispersed while passing through the minute holes formed in the droplet atomization unit 200 by shear force and pressure, thereby forming droplets of the mixture.
  • the diameter of the fine hole formed in the droplet atomization unit 200 may be 1 to 500 micrometers ( ⁇ m).
  • the hole diameter of the droplet atomization unit is 1 to 400 micrometers, 1 to 300 micrometers, 1 to 200 micrometers, 1 to 100 micrometers, 1 to 50 micrometers, 50 to 500 micrometers, 100 to 500 micrometers. microns, 200 to 500 microns, 300 to 500 microns, 400 to 500 microns, 50 to 400 microns, 100 to 300 microns or 200 to 300 microns.
  • a gas supply unit 210 may be further included in the droplet atomization unit 200 so that gas may be supplied and mixed together during droplet formation of the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent.
  • the gas supplied by the gas supply unit 210 during droplet formation of the mixture forms air bubbles in the mixture, and by repeatedly generating and breaking air bubbles, impacts the surface tension of the fuel oil and desulfurization agent to form droplets. can be done easily
  • the gas may be supplied at any time before, during, or after the mixture passes through the droplet atomization unit 200, or may be configured to be supplied interlockingly or independently in each process.
  • the gas may use a variety of well-known gases, but the gas supplied in the present invention helps emulsify the fuel oil and desulfurization agent, and allows complete combustion during subsequent combustion. Air or oxygen (O 2 ) can be used there is.
  • the gas can form bubbles of 1 to 500 micrometers ( ⁇ m) in the fuel oil.
  • the size of the bubble may be 1 to 400 micrometers, 1 to 300 micrometers, 1 to 200 micrometers, 1 to 100 micrometers, 1 to 50 micrometers, 50 to 500 micrometers, 100 to 500 micrometers. , 200 to 500 microns, 300 to 500 microns, 400 to 500 microns, 50 to 400 microns, 100 to 300 microns or 200 to 300 microns.
  • bubbles with a size of less than 1 micrometer are formed, air bubbles are not formed well inside the mixture, and when bubbles with a size of more than 500 micrometers are formed, the stability of the bubbles is reduced and they are easily destroyed and released to the outside. It can be.
  • the magnetization unit 300 of the present invention serves to magnetize the fuel oil and desulfurization agent mixture in which droplets are formed in the droplet atomization unit 200 .
  • the magnetization unit 300 is magnetized by passing through a magnetic field formed by a magnetic object formed outside or inside the pipe while the mixture of fuel oil and desulfurization agent is transported through the transfer pipe.
  • the magnetic field is between 9,000 and 15,000 gauss.
  • the magnetic field may be 9,000 to 13,000 Gauss, 9,000 to 11,000 Gauss, 9,000 to 10,000 Gauss, 10,000 to 15,000 Gauss, or 12,000 to 15,000 Gauss.
  • a magnetic field outside this range the formation of charge or magnetic moment does not occur in the mixture or occurs weakly, and the dispersion effect is reduced.
  • the magnetization unit 300 may use various known methods capable of forming a magnetic field, such as a magnet or an electromagnet, but preferably, it can be formed using a permanent magnet, and one or more permanent magnets are installed in the pipeline It can be.
  • the magnetic field formed by the magnetization unit 300 may flow in the same direction as the transporting direction of the mixture, or may be configured to form a magnetic field perpendicular to the transporting direction.
  • the swirl reaction unit 400 of the present invention serves to swirl the magnetized fuel oil and desulfurization agent mixture.
  • the mixture of the fuel oil and the desulfurization agent magnetized by the magnetization unit 300 is supplied to the swirling reaction unit 400 by a pump and rotated in the unit so that the fuel oil and the desulfurization agent are strongly dispersed and mixed.
  • the swirling reaction unit 400 may put the mixture into a container having a circular or elliptical inside so that the mixture may be mixed by rotation, and may be mixed through swirling rotation.
  • the swirl reaction unit 400 is introduced into the swirl reaction unit 400 composed of multi-stage cylinders of different sizes and rotated so that the fuel oil and the desulfurization agent can be better dispersed in the mixture.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a swing response unit 400 .
  • the swing reaction unit 400 is formed of an outer cylinder 410 and an inner cylinder 420 .
  • An inlet 412 into which the mixture is injected is formed on one side of the outer cylinder 410, and an outlet 422 through which the mixture is ejected is formed by a hole passing through the center of the inner cylinder 420.
  • the upper surface of the inner cylinder 420 is formed at the same position as the upper surface of the outer cylinder 410, and the lower surface is spaced apart from each other.
  • the magnetized fuel oil and desulfurization agent are introduced into the inlet 412 of the whirling reaction unit 400 under the pressure of the pump (arrow in FIG. 3). A), and the mixture is strongly mixed while dynamically rotating with strong rotational force in the space formed between the outer side of the inner cylinder 420 and the inner side of the outer cylinder 410.
  • the mixture rotated several times by pressure is discharged to the outside through the discharge port 422 formed on the lower surface of the inner cylinder 420 (arrow B in FIG. 3 ).
  • the gas separation unit 500 of the present invention serves to separate the gas contained in the mixed and dispersed fuel oil and desulfurization agent mixture by the swirl reaction in the swirl reaction unit 400.
  • a chamber capable of pressurization is filled with a mixture subjected to a swirling reaction and pressurized, and gas existing in the mixture may be separated into liquids such as fuel oil and desulfurization agent by pressurization.
  • the separated liquid (mixture) is transferred to a collision emulsion unit 600 to be described later, and the gas may be discharged to the outside or transferred to an emulsion tank 700 to be described later.
  • the collision emulsion unit 600 of the present invention serves to collide the liquid fuel oil and desulfurization agent mixture with the impactor.
  • the collision emulsion unit 600 injects a fuel oil and desulfurization agent mixture by an injector such as a sprayer, and strongly collides with the collider to form finer droplets.
  • an injector such as a sprayer
  • the collider refers to an object that collides with the injected fuel oil and desulfurization agent mixture, and for example, various known objects capable of imparting collision energy such as a wall or a pipe may be used.
  • the mixture of fuel oil and desulfurization agent collides with a collider, such as a wall or a pipe, to form fine droplets in the mixture, so that the mixture is well dispersed and the emulsified state can be maintained for a long time.
  • a collider such as a wall or a pipe
  • colliding the fuel oil and desulfurization agent mixture injected from the collision emulsion unit 600 various known structures such as walls or pipes may be used as the colliding body, and the colliding angle may be collided at various angles, but the ejected It can collide at an angle of 15° in the direction.
  • the emulsion tank 700 of the present invention serves to store the fuel oil and desulfurization agent mixture collided in the collision emulsion unit 600.
  • the emulsion tank 700 serves to store a water-in-oil (W / O) emulsified fuel oil and desulfurization agent mixture by supplying a water-based desulfurization agent to fuel oil, which is oil.
  • a lubricator ( 800) is used by fueling the vehicle or vessel A used in the port.
  • the emulsion tank 700 of the present invention may further include a water level sensor therein, and the water level sensor measures the level of the emulsified fuel oil and desulfurization agent mixture present in the emulsion tank 700.
  • a control unit (not shown) formed in the system closes the first valve 710 connected between the fuel oil tank 110 and the line mixer 130, and the emulsion tank By sending a signal to open the second valve 720 connected between the line mixer 700 and the line mixer 130, the fuel oil and desulfurization agent in the emulsion tank 700 are transferred from the line mixer 130 to the emulsion tank 700 again. Set to circulating recirculation mode.
  • the first valve 710 is opened and the second valve 720 is controlled by sending a signal to close the fuel oil tank 110 and the desulfurization agent tank 120 ), respectively, the fuel oil and desulfurization agent mixture is supplied, and the system is set to a mixing mode in which the emulsified fuel oil and desulfurization agent are mixed by operating the system so that the value is equal to or greater than a predetermined value in the emulsion tank 700.
  • the desulfurization agent mixing system 100 of fuel oil for harbors uses fuel oil, which is oil, as a continuous phase and a water-based desulfurizer as a dispersed phase, so that the desulfurization agent in fuel oil is Water in Oil (W/ O) After emulsification, fuel oil and desulfurizer are burned together during combustion by refueling vehicles or ships used in ports to remove sulfur oxides generated in the combustion process, thereby reducing the final emission of sulfur oxides. .
  • the desulfurization agent mixing system 100 for port fuel oil according to the present invention unlike the conventional method of performing the desulfurization operation of flue gas at a fixed place, the desulfurization agent is mixed with fuel oil used in a moving vehicle and together By burning, the existing vehicle engine can be used without adding a desulfurization facility, so it is simple and easy to apply, and has an excellent desulfurization effect.
  • the present invention can be widely used in desulfurization agent mixing systems.

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Abstract

본 발명은 연료유를 보관하는 연료유 탱크; 및 탈황제를 보관하는 탈황제 탱크;를 포함하며, 상기 연료유 탱크 및 상기 탈황제 탱크에서 상기 연료유 및 상기 탈황제를 공급받아 혼합하는 라인 믹서; 상기 라인 믹서에서 혼합된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물의 액적을 형성하는 액적 미립화 유닛; 상기 액적 미립화 유닛에서 액적이 형성된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 자화시키는 자화 유닛; 상기 자화 유닛에서 자화된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 선회 반응시키는 선회 반응 유닛; 상기 선회 반응 유닛에서 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물 내부의 기체를 분리하는 가스 분리 유닛; 상기 가스 분리 유닛에서 분리된 액상의 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 충돌체에 충돌시키는 충돌 에멀전 유닛; 및 상기 충돌 에멀전 유닛에서 충돌된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 보관하는 에멀전 탱크;를 포함하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템을 제공한다.

Description

항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템
본 발명은 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항만에서 사용되는 연료유에 탈황 기능을 갖는 탈황제를 미리 혼합할 수 있는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템에 관한 것이다.
대기오염을 유발하는 오염원으로 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)이 지목되고 있으며, 특히, 황산화물은 유황성분을 함유하는 화석연료의 연소로부터 방출되는 산업 배가스에 포함되어 있어 산성비를 유발하는 등의 다양한 환경오염을 야기하는 등의 문제를 나타내고 있다.
이러한 산업 배가스에서 황산화물을 제거하는 탈황 방법은 지속적으로 연구되어 왔으며, 공장 또는 화석연료를 사용하는 발전소에서는 일반적으로 연소 후 처리 방법인 배연탈황 방법을 사용하여 왔다.
배연탈황 방법은 유황가스를 함유하는 화석연료를 연소한 후, 그 배가스를 탈황 처리하는 것을 의미하며, 이러한 배연탈황 방법은 습식법과 건식법으로 나눌 수 있다. 습식법은 매연을 암모니아수, 수산화나트륨 용액, 석회유 등을 통해 세척하여 황산화물을 제거하는 방법이며, 건식법은 활성탄, 탄산염 등의 입자 또는 분말을 매연과 접촉시켜, 이산화황을 흡착 또는 반응시킴으로써 황산화물을 제거하는 방법이다.
하지만, 배연탈황 방법을 사용하기 위해서는 배가스를 처리하는 탈황 설비를 따로 구축해야 하며, 탈황 설비의 가동 시 인력과 비용이 많이 들고 탈황 과정이 복잡하다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 탈황 설비는 고정된 장소에서 가동이 가능하기 때문에, 황산화물의 배출이 많으나 이동하는 장치, 예를 들어 항만에서 사용되는 컨테이너 운반 차량과 같이 배가스를 다량 배출하는 차량의 경우 탈황 설비의 적용이 어려운 문제점을 가지고 있다.
따라서, 화석연료의 연소와 관련된 황산화물의 배출량 저감을 위해서 탈황 방법이 단순하고 산업 현장에서 적용하기 쉬우며 탈황 효과가 우수한 탈황 방법 및 이를 적용한 시스템에 대한 연구가 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 화석연료의 연소 시에 황산화물(SOx)을 제거할 수 있는 탈황제를 연료유에 혼합하여 차량 또는 선박에 주유함으로써 간단하게 황산화물을 제거할 수 있는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 연료유를 보관하는 연료유 탱크; 및 탈황제를 보관하는 탈황제 탱크;를 포함하며, 상기 연료유 탱크 및 상기 탈황제 탱크에서 상기 연료유 및 상기 탈황제를 공급받아 혼합하는 라인 믹서; 상기 라인 믹서에서 혼합된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물의 액적을 형성하는 액적 미립화 유닛; 상기 액적 미립화 유닛에서 액적이 형성된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 자화시키는 자화 유닛; 상기 자화 유닛에서 자화된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 선회 반응시키는 선회 반응 유닛; 상기 선회 반응 유닛에서 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물 내부의 기체를 분리하는 가스 분리 유닛; 상기 가스 분리 유닛에서 분리된 액상의 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 충돌체에 충돌시키는 충돌 에멀전 유닛; 및 상기 충돌 에멀전 유닛에서 충돌된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 보관하는 에멀전 탱크;를 포함하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템을 제공한다.
또한, 상기 라인 믹서는 상기 연료유 100 중량부에 대하여 상기 탈황제 3 내지 10 중량부를 공급받아 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액적 미립화 유닛에 기체를 공급하는 기체 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기체는 공기(air) 또는 산소(O2)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기체는 상기 연료유 내에서 1 내지 500 마이크로미터(㎛) 크기의 버블(bubble)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액적 미립화 유닛은 복수 개의 미세 홀이 형성되어 압력에 의해 액적이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자화 유닛은 9,000 내지 15,000 가우스(gauss)의 자기장으로 자화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자화 유닛은 자기장이 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물의 이송 방향의 수직으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충돌 에멀전 유닛은 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 분사하여 충돌체와 15° 각도로 충돌시키는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 에멀전 탱크는 수위 센서를 더 포함하고, 상기 에멀전 탱크의 수위에 따라 혼합 모드 또는 재순환 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템은 오일(oil)인 연료유를 연속상, 물(water)을 기반으로 한 탈황제를 분산상으로 하여 연료유 내 탈황제를 Water in Oil(W/O) 에멀전화시킨 후 이를 항만에서 사용되는 차량 또는 선박에 주유함으로써, 연료유 연소시 연료유와 탈황제가 같이 연소되고 연소과정에서 발생하는 황산화물이 제거되어 최종적으로 배출되는 황산화물을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템을 이용하면 고정된 장소에서 배가스의 탈황 작업을 수행하던 종래의 방법과는 달리, 이동하는 차량에 사용되는 연료유에 탈황제를 혼합하여 주유함으로써 탈황 시설의 추가 없이 기존 차량 엔진을 활용할 수 있으므로 단순하고 적용이 쉬우면서 탈황 효과가 우수한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템의 일 실시예의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템의 라인믹서를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템의 선회 반응 유닛을 도시한 사시도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템(100)에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템(100)의 일 실시예 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합 시스템(100)은 연료유를 보관하는 연료유 탱크(110); 및 탈황제를 보관하는 탈황제 탱크(120);를 포함하며, 상기 연료유 탱크(110) 및 상기 탈황제 탱크(120)에서 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 공급받아 혼합하는 라인 믹서(130); 상기 라인 믹서(130)에서 혼합된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물의 액적을 형성하는 액적 미립화 유닛(200); 상기 액적 미립화 유닛(200)에서 액적이 형성된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 자화시키는 자화 유닛(300); 상기 자화 유닛(300)에서 자화된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 선회 반응시키는 선회 반응 유닛(400); 상기 선회 반응 유닛(400)에서 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물 내부의 기체를 제거하는 가스 분리 유닛(500); 상기 가스 분리 유닛(500)에서 분리된 액상의 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 충돌체에 충돌시키는 충돌 에멀전 유닛(600); 및 상기 충돌 에멀전 유닛(600)에서 충돌된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 보관하는 에멀전 탱크(700);를 포함하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템(100)을 제공한다.
본 발명의 연료유 탱크(110) 및 탈황제 탱크(120)는 각각 연료유 및 탈황제를 보관하는 역할을 한다.
본 발명에서 사용되는 연료유(Fuel Oil)는 주로 차량용으로 사용되는 가솔린 및 경유 등을 일괄하여 의미하며, 본 발명의 일 실시예로 항만에서 자주 사용되는 트레일러의 연료인 경유를 예시로 드나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 탈황제는 연료유의 연소시 발생하는 황산화물(SOx)을 제거하는 액상 촉매를 사용할 수 있다.
본 발명에서의 탈황제는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물을 포함할 수 있으며, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3의 산화물을 모두 포함하여 사용하는 것이 바람직하다.
탈황제가 산화물로서 SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3를 모두 포함할 때의 기본 화학식은 K0.8-0.9(Al,Fe,Mg)2(Si,Al)4O10(OH)2로 일반적으로 일라이트(illite)라 불리는 광물이며, 일라이트는 기본적으로 두 개의 사면체층 사이에 한 개의 팔면체층이 들어가 결합하는 2:1의 구조를 갖고, 팔면체층은 결합 구조내 양이온 자리 3개 중에서 2개만 양이온으로 채워지는 이팔면체(dioctahedral) 구조가 특징으로 양이온의 부족으로 인해 전체적으로 음(-)전하를 띄고 있으며, 이로 인해 탈황제와 혼합된 연료유가 연소 될 때 황산화물(SOx)을 흡착할 수 있다.
탈황제는 각 산화물들을 SiO2 15 ~ 90 중량부, Al2O3 15 ~ 100 중량부, Fe2O3 10 ~ 50 중량부, TiO2 5 ~ 15 중량부, MgO 20 ~ 150 중량부, MnO 10 ~ 20 중량부, CaO 20 ~ 200 중량부, Na2O 15 ~ 45 중량부, K2O 20 ~ 50 중량부 및 P2O3 5 ~ 20 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 산화물들은 탈황제로 형성되기 전에 미분기에 의해 1 ~ 2 ㎛의 입자 크기를 갖는 미립자로 혼합 및 미분 될 수 있으며, 비중은 2.5 ~ 3.0으로 조흔색 및 은백색을 띄는 분말 형태로 사용된다.
또한, 탈황제는 Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있으며, Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb의 금속을 모두 포함하여 사용하는 것이 바람직하다.
탈황제는 각 금속들을 Li 0.0035 ~ 0.009 중량부, Cr 0.005 ~ 0.01 중량부, Co 0.001 ~ 0.005 중량부, Ni 0.006 ~ 0.015 중량부, Cu 0.018 ~ 0.03 중량부, Zn 0.035 ~ 0.05 중량부, Ga 0.04 ~ 0.08 중량부, Sr 0.02 ~ 0.05 중량부, Cd 0.002 ~ 0.01 중량부 및 Pb 0.003 ~ 0.005 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물과 같이 금속들도 미분기에 의해 1 ~ 2 ㎛의 입자 크기를 갖는 미립자로 혼합 및 미분될 수 있으며, 비중은 2.5 ~ 3.0으로 조흔색 및 은백색을 띄는 분말 형태로 사용된다.
탈황제는 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 액상 조성물을 포함할 수 있으며, 용매로는 물(water, H2O)을 사용할 수 있으며, 사붕산나트륨, 수산화나트륨, 규산나트륨 및 과산화수소의 액상 조성물을 모두 포함하여 사용하는 것이 바람직하다.
탈황제는 상기한 산화물, 액상 조성물이 혼합 및 반응을 진행하면서 킬레이트제 역할을 하여 금속과 배위결합을 통해 킬레이트화된 금속 킬레이트 화합물을 형성한다.
또한, 액상 조성물은 연소물이 연소 될 때 발생하는 회분(ash)에 흡착하여 회분 내에 존재하는 황산화물과 반응하여 제거할 수 있다. 사붕산나트륨인 Na2B4O7에서 NaBO2가 유도되며, 수소화를 거쳐 NaBH4가 생성되고, 생성된 NaBH4가 산소와 황산화물을 만나 황산나트륨(Na2SO4)으로 반응하여 황산화물을 제거하게 되며 반응과정은 하기의 반응식 1 및 2와 같다.
[반응식 1]
NaBH4 + O3 → Na2O2 + H2O + B
[반응식 2]
1) Na2O2 + SO3 → Na2SO4 + O
2) Na2O2 + SO2 → Na2SO4
3) Na2O2 + SO → Na2SO3
또한, 탈황제는 사붕산나트륨 20 ~ 130 중량부, 수산화나트륨 15 ~ 120 중량부, 규산나트륨 50 ~ 250 중량부 및 과산화수소 10 ~ 50 중량부로 각 액상 조성물을 포함할 수 있다.
탈황제는 400 ~ 1200℃의 온도 범위에서 연소물과 혼합하여 연소 시킬 때 황산화물의 흡착 효과가 활성화될 수 있으나, 600 ~ 900℃의 온도 범위에서 연소시키는 것이 높은 효율을 나타낼 수 있다.
본 발명의 라인 믹서(130)는 연료유 탱크(110) 및 탈황제 탱크(120)에서 연료유 및 탈황제를 공급받아 혼합하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로 사용되는 라인 믹서(130)를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 연료유는 라인 믹서(130)의 도 2 화살표 A로 투입되며, 도 2 화살표 B로 탈황제가 투입되어 골고루 섞이는 과정(라인 믹싱)을 거친 후 연료유와 탈황제의 혼합물이 도 2 화살표 C로 빠져나오게 된다.
라인 믹서(130)에 연료유가 일정 유속으로 공급되는 동안, 탈황제를 연료유 100 중량부에 대하여 3 내지 10 중량부를 공급하여 혼합할 수 있다. 예를 들어, 탈황제는 연료유 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부, 3 내지 6 중량부, 3 내지 4 중량부, 4 내지 10 중량부, 5 내지 10 중량부 또는 8 내지 10 중량부를 혼합할 수 있다.
탈황제를 3 중량부 미만으로 공급할 경우, 연료유 내부에 분산되는 탈황제의 양이 적어 탈황 효과가 감소하며, 10 중량부 초과로 공급할 경우, 연료유 및 탈황제의 혼합 상태의 연소 효율이 감소하는 문제점이 있다.
시스템에 형성된 제어부(미도시)에 의해 연료유 및 탈황제 혼합물의 투입 유량이 조절될 수 있다.
본 발명의 액적 미립화 유닛(200)은 라인 믹서(130)에서 혼합된 연료유 및 탈황제 혼합물의 액적을 형성하는 역할을 한다.
액적 미립화 유닛(200)은 연료유 및 탈황제를 W/O 에멀전화 시키기 위해 액적을 형성하여 연료유 내에 탈황제를 분산시킴으로써 에멀전화를 진행시킨다.
액적 미립화 유닛(200)은 공지된 다양한 장치를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 균질기(Homogenizer)를 사용할 수 있다.
또한, 액적 미립화 유닛(200)은 연료유와 탈황제의 혼합물에 압력 또는 전단력을 가하여 액적을 형성하도록 할 수 있다.
액적 미립화 유닛(200)의 일 실시예로 혼합물을 이송하는 이송관 내에 관 내경과 동일한 지름으로 형성된 판을 준비하여 고정시키고, 판에 미세한 지름의 홀을 복수개로 형성한다.
이송 펌프에 의해 이송관 내 연료유 및 탈황제의 혼합물이 이송되고, 혼합물은 액적 미립화 유닛(200)에 부딪쳐 압력을 받게 된다. 액적 미립화 유닛(200)에 의해 이동을 방해받은 혼합물이 전단력 및 압력에 의해 액적 미립화 유닛(200)에 형성된 미세한 홀을 빠져나가면서 미세하게 분산되어 혼합물의 액적이 형성된다.
액적 미립화 유닛(200)의 일 실시예로 액적 미립화 유닛(200) 내 형성된 미세한 홀의 지름은 1 내지 500 마이크로미터(㎛)로 형성할 수 있다. 예를 들어, 액적 미립화 유닛의 홀 지름은 1 내지 400 마이크로미터, 1 내지 300 마이크로미터, 1 내지 200 마이크로미터, 1 내지 100 마이크로미터, 1 내지 50 마이크로미터, 50 내지 500 마이크로미터, 100 내지 500 마이크로미터, 200 내지 500 마이크로미터, 300 내지 500 마이크로미터, 400 내지 500 마이크로미터, 50 내지 400 마이크로미터, 100 내지 300 마이크로미터 또는 200 내지 300 마이크로미터일 수 있다. 1 마이크로 미터 미만의 지름인 경우, 액적 미립화 장치를 통과하여 액적이 형성되는 혼합물의 양이 적어 전체 공정상 흐름이 느려지는 문제가 있으며, 500 마이크로 미터 초과의 지름을 사용하는 경우, 액적 형성 효과가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 액적 미립화 유닛(200)에 기체 공급 유닛(210)을 더 포함하여 연료유 및 탈황제 혼합물의 액적 형성시 기체를 같이 공급시켜 혼합할 수 있다.
기체 공급 유닛(210)이 혼합물의 액적 형성 중에 공급하는 기체는 혼합물 내 에어 버블(air bubble)을 형성시켜 에어 버블의 발생과 깨짐의 반복으로 연료유 및 탈황제의 표면장력에 충격을 가해 액적 형성을 용이하게 할 수 있다.
기체는 혼합물이 액적 미립화 유닛(200)을 통과하기 전, 통과하는 중 또는 통과한 후 어느 때나 기체를 공급할 수 있으며, 또는, 각각의 과정에 연동 또는 독립적으로 공급하도록 구성할 수 있다.
기체는 공지된 다양한 기체를 사용할 수 있으나, 본 발명에서 공급되는 기체는 연료유 및 탈황제의 에멀전화를 돕고, 후에 연소시 완전 연소가 될 수 있도록 공기(air) 또는 산소(O2)를 사용할 수 있다.
기체는 연료유 내에서 1 내지 500 마이크로 미터(㎛)의 버블을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 버블의 크기는 1 내지 400 마이크로미터, 1 내지 300 마이크로미터, 1 내지 200 마이크로미터, 1 내지 100 마이크로미터, 1 내지 50 마이크로미터, 50 내지 500 마이크로미터, 100 내지 500 마이크로미터, 200 내지 500 마이크로미터, 300 내지 500 마이크로미터, 400 내지 500 마이크로미터, 50 내지 400 마이크로미터, 100 내지 300 마이크로미터 또는 200 내지 300 마이크로미터일 수 있다. 1 마이크로 미터 미만의 크기의 버블을 형성할 경우, 혼합물 내부에 에어 버블의 형성이 잘 이루어지지 않으며, 500 마이크로 미터 초과의 크기의 버블을 형성하는 경우, 버블의 안정성이 떨어져 쉽게 파괴되어 외부로 이탈될 수 있다.
본 발명의 자화 유닛(300)은 액적 미립화 유닛(200)에서 액적이 형성된 연료유 및 탈황제 혼합물을 자화시키는 역할을 한다.
자화 유닛(300)은 이송 배관을 통해 연료유 및 탈황제의 혼합물이 이송되는 중에 배관 외측 또는 내측으로 형성된 자성 물체에 의해 형성된 자기장을 통과하여 자화된다.
연료유는 소수성을 띄고 있고 탈황제는 친수성을 띄고 있기 때문에 자기장을 통과한 혼합물은 자기력에 의해 전하 또는 자기모멘트가 형성되어 에멀전으로서의 분산효과가 극대화된다.
자기장은 9,000 내지 15,000 가우스(gauss) 사이이다. 예를 들어, 상기 자기장은 9,000 내지 13,000 가우스, 9,000 내지 11,000 가우스, 9,000 내지 10,000 가우스, 10,000 내지 15,000 가우스 또는 12,000 내지 15,000 가우스일 수 있다. 이 범위 외의 자기장에서는 혼합물에 전하 또는 자기모멘트의 형성이 발생하지 않거나 약하게 발생하여 분산효과가 떨어지게 된다.
또한, 자화 유닛(300)은 자석 또는 전자석과 같이 자기장을 형성할 수 있는 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 영구자석을 활용하여 형성할 수 있으며, 영구자석은 배관 라인에 하나 이상 설치될 수 있다.
자화 유닛(300)이 형성하는 자기장은 혼합물의 이송 방향과 같은 방향으로 흐르도록 구성할 수 있으며, 또는, 이송 방향의 수직 방향으로 자기장이 형성되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 선회 반응 유닛(400)은 자화된 연료유 및 탈황제 혼합물을 선회 반응시키는 역할을 한다.
자화 유닛(300)에 의해 자화된 연료유 및 탈황제의 혼합물을 펌프로 선회 반응 유닛(400)에 공급하여 유닛 내에서 회전을 시켜 연료유와 탈황제가 강력하게 분산 및 혼합되도록 한다.
선회 반응 유닛(400)은 혼합물이 회전에 의해 혼합될 수 있도록 내부가 원형 또는 타원형인 용기에 투입하여 선회 회전을 통해 혼합시킬 수 있다.
또한, 선회 반응 유닛(400)은 크기가 서로 다른 다단의 원통으로 이루어진 선회 반응 유닛(400)에 유입시켜 회전시킴으로써 혼합물 내 연료유 및 탈황제의 분산이 보다 잘 이루어질 수 있도록 한다.
도 3은 선회 반응 유닛(400)의 일 실시예를 도시한 사시도이다. 도 3을 참고하여 설명하면, 선회 반응 유닛(400)은 외부 원통(410)과 내부 원통(420)으로 형성된다. 외부 원통(410)의 일측에는 혼합물이 투입되는 투입구(412)가 형성되어 있으며, 내부 원통(420)의 중앙을 관통하는 홀에 의해 혼합물이 분출되는 배출구(422)가 형성되어 있다.
투입구가 형성된 방향을 내부 원통(420)의 상면이라 하였을 때, 내부 원통(420)의 상면은 외부 원통(410)의 상면과 동일한 위치로 형성되어 있고, 하면은 떨어져 일정한 공간을 두고 있다.
선회 반응 유닛(400)의 선회 반응 방법을 보다 자세히 설명하면, 자화된 연료유 및 탈황제는 펌프의 압력(static pressure)을 받은 상태로 선회 반응 유닛(400) 투입구(412)로 유입(도 3 화살표 A)되고, 혼합물은 내부 원통(420)의 외측, 외부 원통(410)의 내측 사이에 형성된 공간에서 강한 회전력을 갖은 상태로 동적(dynamic)인 회전을 하면서 강하게 섞이게 된다.
압력에 의해 수차례 회전하는 혼합물은 내부 원통(420)의 하면에 형성된 배출구(422)를 타고 외부로 배출(도 3 화살표 B)된다.
본 발명의 가스 분리 유닛(500)은 선회 반응 유닛(400)에서 선회 반응으로 혼합, 분산된 연료유 및 탈황제 혼합물의 내부에 포함된 기체를 분리시키는 역할을 한다.
가스 분리 유닛(500)의 일 실시예로, 가압이 가능한 챔버에 선회 반응된 혼합물을 채워 가압하고, 가압에 의해 혼합물 내부에 존재하던 기체와 연료유 및 탈황제의 액체로 분리될 수 있다.
분리된 액체(혼합물)는 후술할 충돌 에멀전 유닛(600)으로 이송되며, 기체는 외부로 배출되거나 또는 후술할 에멀전 탱크(700)로 이송될 수 있다.
본 발명의 충돌 에멀전 유닛(600)은 액상의 연료유 및 탈황제 혼합물을 충돌체에 충돌시키는 역할을 한다.
충돌 에멀전 유닛(600)은 연료유 및 탈황제 혼합물을 스프레이와 같은 분사기에 의해 분사시키고, 이를 충돌체와 강하게 충돌시켜 더 미세한 액적으로 형성시킨다.
충돌체는 분사되는 연료유 및 탈황제 혼합물과 충돌되는 물체를 의미하며, 일례로 벽이나 배관 등 충돌에너지를 부여할 수 있는 공지된 다양한 물체를 사용할 수 있다.
충돌 에멀전 유닛(600)에서는 연료유 및 탈황제 혼합물을 벽 또는 배관 등과 같이 충돌 가능한 구조물인 충돌체에 부딪치게 하여 혼합물에 미세한 액적을 형성함으로써 분산이 잘 되고, 에멀전화 상태를 오래 유지시킬 수 있다.
충돌 에멀전 유닛(600)에서 분사된 연료유 및 탈황제 혼합물을 충돌시킬 때, 충돌되는 충돌체는 벽 또는 배관 등 공지된 다양한 구조물을 사용할 수 있으며, 충돌시키는 각도는 다양한 각도로 충돌시킬 수 있으나, 분출되는 방향의 15° 각도로 충돌시킬 수 있다.
본 발명의 에멀전 탱크(700)는 충돌 에멀전 유닛(600)에서 충돌된 연료유 및 탈황제 혼합물을 보관하는 역할을 한다.
에멀전 탱크(700)는 오일(oil)인 연료유에 물(water) 기반의 탈황제를 공급하여 Water in Oil(W/O) 에멀전화된 연료유 및 탈황제 혼합물을 보관하는 역할을 하며, 보관 중에 주유기(800)의 작동에 따라 항만에서 사용되는 차량 또는 선박(A)에 주유되어 사용된다.
본 발명의 에멀전 탱크(700)는 내부에 수위 센서를 더 포함할 수 있으며, 수위 센서는 에멀전 탱크(700) 내 존재하는 에멀전화된 연료유 및 탈황제 혼합물의 수위를 측정한다.
에멀전 탱크(700)의 수위가 미리 정해진 수치 이상인 경우, 시스템에 형성된 제어부(미도시)가 연료유 탱크(110)와 라인 믹서(130) 사이에 연결된 제1 밸브(710)를 폐쇄하고, 에멀전 탱크(700)와 라인 믹서(130) 사이에 연결된 제2 밸브(720)를 개방하도록 신호를 보내 제어하여 에멀전 탱크(700) 내의 연료유 및 탈황제를 라인 믹서(130)부터 에멀전 탱크(700)까지 다시 순환하는 재순환 모드로 설정한다.
에멀전 탱크(700)의 수위가 미리 정해진 수치 이하인 경우, 제1 밸브(710)를 개방하고, 제2 밸브(720)를 폐쇄하도록 신호를 보내 제어하여, 연료유 탱크(110)와 탈황제 탱크(120)로부터 각각 연료유 및 탈황제 혼합물을 공급받아 에멀전 탱크(700) 내 미리 정해진 수치 이상이 되도록 시스템을 가동하여 에멀전화된 연료유 및 탈황제를 혼합하는 혼합 모드로 설정한다.
본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템(100)은 오일(oil)인 연료유를 연속상, 물(water)을 기반으로 한 탈황제를 분산상으로 하여 연료유 내 탈황제를 Water in Oil(W/O) 에멀전화시킨 후, 이를 항만에서 사용되는 차량 또는 선박에 주유함으로써 연소시 연료유와 탈황제가 같이 연소되어 연소과정에서 발생하는 황산화물이 제거되어 최종적으로 배출되는 황산화물을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템(100)을 이용하면 고정된 장소에서 배가스의 탈황 작업을 수행하던 종래의 방법과는 달리, 이동하는 차량에 사용되는 연료유에 탈황제를 혼합하여 함께 연소함으로써 탈황 시설의 추가 없이 기존 차량 엔진을 활용할 수 있어 단순하고 적용이 쉬우면서 탈황 효과가 우수한 이점이 있다.
본 발명은 탈황제 혼합 시스템에 광범위하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 연료유를 보관하는 연료유 탱크; 및
    탈황제를 보관하는 탈황제 탱크;를 포함하며,
    상기 연료유 탱크 및 상기 탈황제 탱크에서 상기 연료유 및 상기 탈황제를 공급받아 혼합하는 라인 믹서;
    상기 라인 믹서에서 혼합된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물의 액적을 형성하는 액적 미립화 유닛;
    상기 액적 미립화 유닛에서 액적이 형성된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 자화시키는 자화 유닛;
    상기 자화 유닛에서 자화된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 선회 반응시키는 선회 반응 유닛;
    상기 선회 반응 유닛에서 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물 내부의 기체를 분리하는 가스 분리 유닛;
    상기 가스 분리 유닛에서 분리된 액상의 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 충돌체에 충돌시키는 충돌 에멀전 유닛; 및
    상기 충돌 에멀전 유닛에서 충돌된 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 보관하는 에멀전 탱크;를 포함하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인 믹서는 상기 연료유 100 중량부에 대하여 상기 탈황제 3 내지 10 중량부를 공급받아 혼합하는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적 미립화 유닛에 기체를 공급하는 기체 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체는 공기(air) 또는 산소(O2)인 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체는 상기 연료유 내에서 1 내지 500 마이크로미터(㎛) 크기의 버블(bubble)을 형성하는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적 미립화 유닛은 복수 개의 미세 홀이 형성되어 압력에 의해 액적이 형성되는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자화 유닛은 9,000 내지 15,000 가우스(gauss)의 자기장으로 자화시키는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자화 유닛은 자기장이 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물의 이송 방향의 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌 에멀전 유닛은 상기 연료유 및 상기 탈황제 혼합물을 분사하여 충돌체와 15° 각도로 충돌시키는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 에멀전 탱크는 수위 센서를 더 포함하고, 상기 에멀전 탱크의 수위에 따라 혼합 모드 또는 재순환 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 항만용 연료유의 탈황제 혼합 시스템.
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