KR100470980B1 - 에멀젼 연료유의 연소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물에 우수한 유화기능을 갖는 연료유첨가조성물을 첨가하여 유화기능이 탁월한 장치로서 우수한 유화상태의 에멀젼 연료유를 얻고 상기 장치로 이 연료유의 상태를 그대로 지속적으로 유지하면서도 이 연료유 중에서 유화상태가 보다 우수한 부분만을 선택 연소하므로서 연소효율 및 연료절감효과를 극대화시킬 수 있는 에멀젼 연료유의 연소방법에 관한 것임.

Description

에멀젼 연료유의 연소방법{THE METHOD OF BURNNING EMULSION FUEL OIL}

본 발명은 에멀젼 연료유의 연소방법에 관한 것으로 구체적으로는 우수한 유화기능을 갖는 연료유첨가조성물이 첨가된 유·수에멀젼 연료유의 연소방법에 관한 것으로 다시 말하면 교반기 및 수직가열조로 구성시킨 장치계를 이용하여 유화상태가 우수한 에멀젼 연료유를 얻고 이를 유지시킨 상태에서 가장 유화상태가 우수하고 열효율이 우수한 부분을 선택하여 연소시키는 방법이라 할 수 있다.

근래 석유자원이 부족해짐에 따라 보일러 또는 기타 연료처리장치 등의 개량에 의해 열효율을 향상시키고 유의 개질에 의하여 열효율을 증가시키는 방법이 등장하였으며 그밖에 조연제의 사용 및 연료유의 자장통과 등의 방법에 의해 연소율을 향상기킴과 동시에 공해물질 특히 대기오염물질의 발생을 감소시키기 위한 방법들이 실시되어 왔다. 물론 위에서 실시하고 있는 장치나 방법에 의하여 열효율의 향상과 대기오염방지 측면에서 어느 정도의 효과를 얻을 수 있었으나 그 이상의 효과를 기대하기 어려웠다.

그밖에도 개질유의 차원에서 실록산을 주성분으로 하는 연료유개질조성물을 연료유에 첨가 사용하므로서 연소율을 향상시킴과 동시에 환경적인 차원에서 대기오염을 방지하는 효과가 있으나 연료유의 절감에서는 기대할 만한 효과를 얻지 못하였다.

본 발명은 먼저 우수한 에멀젼 연료유를 얻을 수 있는 기초단계로서 연료유첨가조성물을 얻고 이를 일정량의 물과 혼합하여 유화시키는 단계로 교반기로 균질성의 보장과 극히 미세한 입자로 세분된 우수한 에멀젼 연료유를 얻고 이 상태를 지속적으로 유지시키는 상태에서도 가장 유화상태가 우수한 에멀젼 연료유를 선택하여 연소시키므로서 우수한 연소효율은 물론 연료절감 효과가 큰 에멀젼 연료유의 연소방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명에서 사용되는 에멀젼 연료유는 이 연료유에 첨가되는 연료유첨가조성물을 기초로 시작되며 여기 일정량의 물을 첨가하여 교반하므로서 우수한 유화상태의 에멀젼 연료유가 얻어지며 상기 교반기와 연결되는 에멀젼 연료유의 수직가열로로 구성되는 장치순환계에 의하여 에멀젼 연료유가 우수한 상태로 지속적으로 유지됨과 동시에 이와 같은 에멀젼 연료유에서도 유화상태가 더욱 좋은 에멀젼 연료유를 선택하여 연소시키므로서 연소효율의 향상과 연료절감효과를 동시에 달성할 수 있는 에멀젼 연료유의 연소방법이라 할 수 있다.

먼저 본 발명에서 사용되는 에멀젼 연료유에 첨가되는 연료유첨가조성물의 제조방법을 알아보면,

우선 1단계로서 중량부로 석탄 미세분말 300부, 간수포화용액으로 50부, 소다 100부, 바닷물 500부 비율로 구성된 혼합물을 균질화시킨 다음 90∼95℃로 유지시킨 우라늄광이 충진된 촉매탑을 10여분에 걸쳐 액상혼합물 통과시킨 다음,

2단계로서 하상에 코크스가 충진된 레토르트에 상기 촉매층을 통과한 액상혼합물이 코크스높이의 절반오게 한 다음 체적비로 그의 동량의 방카C유를 충전시키고 95∼100℃의 온도에서 염수의 대부분(85%이상)이 증발할때까지 가열 균질상태의 균질의 일액상 잔존물을 얻는다.

3단계로서 2단계에서 얻은 교질상태의 일액상 잔존물을 2∼4% 체적비 범위 내에서 경유와 방카C유의 체적비 1:4로 하여 혼합한 혼합유 96∼98% 첨가하여 교반시킨 것이 연료유첨가조성물의 제조방법이라 할 수 있다.

여기에서 2단계 처리공정에서 염수(액상혼합물)는 비중이 1이상이고 방카C는 비중이 1미만이므로 둘 이상의 경계가 확실하고 비균질성의 2액상이 코크스와 동시에 접촉하게 되며 대기에 노출된 상태에서 가열된다.

여기에서 얻은 교질상태의 일액상 잔존물이라 함은 방카C유, 물, 탄소가 주성분이고 미량의 타르염수에 함유된 무기물이라 볼 수 있다. 또 이 교질상태의 1액상 잔존물은 물에 간수, 소다 등이 용해되어 있고 흡착성이 큰 미세한 탄소입자를 중심으로 물, 방카C유 입자 등은 물론 기타성분의 입자들을 견고히 흡착하고 있기 때문에 상의 분리가 일어나지 않고 교질상태로 존재하는 것으로 생각된다.

또 사용되어지는 탄소물질 즉 충진물로서는 석탄램프블랙차콜 등을 사용할 수 있으나 코크스가 다공성이여서 접촉면이 크고 강도가 커서 파손율이 적고 처리 후 액상과 쉽게 분리할 수 있는 잇점과 작업성이 용이하므로 가장 적합하다.

상기의 연료유첨가조성물에 물 40∼50wt%를 첨가시켜 다음의 도1에서 나타나는 교반기(A)로서 교반시켜 얻어진 에멀젼 연료유가 본 발명에서 사용되는 에멀젼 연료유이다.

이와 같은 에멀젼 연료유로 우수한 연소효율과 연료절감효과를 크게 기대할 수 있는 연소방법은 다음과 같다.

도1에서와 같이 교반기(A)로 상기 연료유첨가조성물에 40∼50wt% 해당하는 물을 첨가 충분히 교반한 에멀젼 연료유를 가장 효율적으로 연소시킬 수 있는 상태로 유지하여 연소하는 방법으로서 상기 연료유를 원통상 수직가열조(B)에 충진시켜 70∼80℃로 유지시킨 상태에서 장시간 안정화시키면 에멀젼 연료유의 수직가열조 중간부의 중간층으로부터 얻어지는 중층 에멀젼 연료유를 연소하게 된다.

여기에서 사용되는 장치로서 교반기(A)는 도1에서와 같이 상광하협형의 몸체(A1)의 상부측에 설치된 모터(A2)에 연결된 회전축(A3)이 몸체(A1)의 수평고정판(A4)의 중심부에 형성된 회전베어링(A5)들에 접속되어 회전하도록 되어 있고 몸체(A1)의 하협부(A6)를 통과하는 수직의 회전축(A3)상에 경사지게 절곡된 4개의 칼날(A7)로 이루어진 프로펠라(A7)와 이 프로펠라(A7)의 바로 아래 위치에 회전축(A3)의 수평방향으로 고정된 4개의 칼날(A8')로 이루어진 프로펠라(A8)가 구성되어 있으며 몸체(A1)의 상부 일측에는 연료유첨가조성물 및 물이 유입되는 주입관(A9) 및 펌프(A9')가 그리고 타측에는 다음 공정의 수직가열조(B)로부터 순환되어 오는 비균질성의 에멀젼연료유 주입관(A10)이 형성되어 있고 하부 일측에는 에멀젼 연료유의 배출관(A11)이 연결되어 있고 이 배출관에는 펌프(A14)가 설치되어 있으며 몸체(1)의 내측면에는 제일 수면 감지센스(A12) 및 제2 수면감지센스(A13)이 부착되어 있는 교반세분기(A)이다.

위의 교반세분기를 구성하는 칼날은 극히 예리하고 프로펠라의 회전속도는 3,600RPM으로 회전시키며 또 본 장치에서 몸체(A1)의 하협부로 설계한 것은 회전저항을 감소시켜 고속으로 회전시키고 모타의 부하를 줄이기 위함이며 칼날을 극히 예리하게 한 것은 빠른속도와 단위 시간당 많은 미세입자를 생성시키기 위함이다.

또 프로펠라(A7)는 회전축(A1)과 함께 교반기 몸체(A1) 내에서 회전하여 화살표와 같은 교반액의 회전을 유도하기 위한 것이고 그 아래 프로펠라(A8)는 각이 없는 수평의 극히 예리한 칼날(A8')로서 하협부(A5)의 중심쪽으로 강한 압으로 유도되는 교반액을 빠른 회전속도로 짜르기 위해서다. 이와 같은 교반기의 기능은 두가지 이상의 물질을 균일하게 섞이게 하는 혼합기능과 균질성의 혼합액을 극히 미세한 약 2㎛정도의 입자를 생성시키기 위한 분쇄기능과 쪼개진 미세입자의 크기를 일정하게 하는 입자크기의 균질성을 갖는 기능을 갖도록 함으로서 에멀젼 연료유에 우수한 연소기능을 부여함에 있다 하겠다.

이상의 교반기(A)로부터 충분히 교반되고 세절된 에멀젼 연료유는 수직의 가열조(B)에 충진된다. 여기에서 수직가열조(B)는 외부원통체(B1)와 내부원통체(B2)로 구성되어 있고 양원통체 사이에는 물이 체워져 있으며 외부원통체(B1) 하상에는 열원체(B3)가 설치되어 있고 내부원통체(B2)의 하측내면 일측에는 교반기(A)의 배출관(A11)에서 연장되는 배출관이 외부원통체(B1)를 관통해서 들어와 유입구(B4)를 형성하며 타측에는 배출구(B5)가 형성되어 교반기(A)로 순환되는 파이프라인(B5')으로 연장되고 내부원통체(B2)의 중간 내벽에는 배출구(B6)가 형성되어 보일러(C)로 연결되는 파이프라인(B6') 연장되며 내부원통체(B2) 상측 내벽에는 배출구(B7)가 형성되어 교반기(A)로 순환되는 파이프라인(B7')에 연장되어 있으며 배출구(B7) 보다 높은 위치에 유면을 감지하는 감지센스(B8) 및 (B9)가 부착되어 있다. 그밖에 부호 B10, B11는 펌프를 나타낸다.

이와 같은 장치의 기능은 콘트롤박스(B12)에서 펌프(A14)를 작동시키면 에멀젼 연료유가 유입구(B4)를 통해 유입되어 유면이 감지센스(B8)에 도달하면 펌프(A14)가 정지함과 동시에 펌프(B10)와 펌프(B11)가 작동되어 펌프(B10)는 배출구(B6)를 통하여 보일러(C)에 중층의 에멀젼 연료유를 공급하고 펌프(B11)는 배출구(5) 및 배출구(B7)로부터 유입시킨 하층 및 상층의 비균질성 에멀젼유를 교반기(A)에 주입한다. 수직의 가열조의 유면이 점점 하강하여 감지센스(B9)까지 하강하면 펌프(B11)의 작동이 멈추게 되며 다시 펌프(A14)가 작동하여 에멀젼 연료유를 다시 수직가열조(B)로 공급하게 되며 교반기(A)의 유면이 감지센스(A13)에 도달하면 펌프(A9')가 작동하게 되어 관(A9)을 통해 연료유첨가조성물과 물의 혼합액을 1차 교반기(표시하지 않음)에 의하여 교반된 에멀젼 연료유를 교반기(A)에 주입시키고 유면이 감지센스(A12)에 도달하면 펌프(A9')가 멈추게 된다.

특히 수직가열조(B)의 내부원통체(B2) 내에 충진된 에멀젼 연료유는 실재 하층, 중층 및 상층 에멀젼 연료유로 명백하게 경계되어지는 것은 아니고 하층부에는 물의 성분비가 크고 상층부에는 유분의 성분비가 크며 중층부에는 유분과 물의 성분비가 당초 연료유첨가조성물과 물의 혼합비와 거의 같은 성분비로 존재하며 이와 같은 경계는 편의상 구획 구분하고 있다. 특히 중층부에는 유화상태가 우수한 균질성의 에멀젼 연료유가 존재하며 이부분의 에멀젼 연료유를 연소시키므로서 우수한 열효율과 연료절감효과를 동시에 달성할 수 있다.

결국 본 발명에 의한 에멀젼 연료유의 연소방법은 우수한 유화기능을 갖는 연료유첨가조성물에 물 40∼50wt%를 첨가해서된 에멀젼 연료유를 3,600RPM의 고속회전으로 약 2㎛의 미세입자로 균일하게 세절시킬 수 있는 교반기(A)로 유화시킨 에멀젼 연료유를 온도 70∼80℃로 항상 유지시킨 원통상 수직가열조(B)에 유입시켜 수직3단으로 분리된 중층 에멀젼 연료만은 연소하고 상층 및 하층의 에멀젼 연료유는 교반기(A)에 다시 순환시킴과 동시에 관(A9)로부터 새로 유입되는 에멀젼 연료유와 함께 교반기(A)에서 교반되어 다시 수직가열조(B)에 공급되는 순환과정이 되풀이되면서 행해지는 에멀젼 연료유의 연소방법이다.

다시 말하면 본 방법은 물에 우수한 유화기능을 갖고 있는 연료첨가조성물을 첨가하여 기능이 탁월한 장치로서 우수한 유화상태의 에멀젼 연료유를 얻고 이 연료유의 상태를 그대로 지속적으로 보존하면서도 유화상태가 보다 우수한 부분만을 선택 연소하므로서 연소효율 및 연료절감효과를 극대화시키는 방법이라 할 수 있다.

상기 발명의 효과를 알아보기 위하여 본 발명의 연료유첨가조성물 55wt%에 물 45%를 첨가하여 교반기(A)와 수직가열조(B)를 순환시키는 장치계로서 연소시킨 결과를 6개월간 실험한 결과 연료유첨가조성물 제조에 소요되는 경비, 에멀젼 연료유 제조에 소요되는 경비, 교반기(A) 및 수직가열조(B)의 가동 및 연소에 소요되는 경비를 제하고도 경비적인 면에서 23∼25%의 연료유 절감효과가 있었다.

우수한 에멀젼 연료유를 얻을 수 있는 기초단계로서 연료유첨가조성물을 얻고 이를 일정량의 물과 혼합하여 유화시키는 단계로 교반기로 균질성의 보장과 극히 미세한 입자로 세분된 우수한 에멀젼 연료유를 얻고 이 상태를 지속적으로 유지시키는 상태에서도 가장 유화상태가 우수한 에멀젼 연료유를 선택하여 연소시키므로서 우수한 연소효율은 물론 연료절감의 효과가 있었다.

도 1은 본 발명의 에멀젼 연료유의 연소방법에 사용되는 연소장치

Claims (2)

1. 우수한 유화기능을 갖는 연료유첨가조성물에 물 40∼50wt%를 첨가해서된 에멀젼 연료유를 3,600RPM의 고속회전으로 약 2㎛의 미세입자로 균일하게 세절하는 교반기(A)로 유화시킨 에멀젼 연료유를 온도 70∼80℃로 유지시킨 원통상의 수직가열조(B)에 충진시켜 수직3단으로 층분리된 중층에멀젼 연료유만을 연소하고 상층 및 하층의 에멀젼 연료유는 교반기(A)에 다시 순화시킴과 동시에 관(A9)으로부터 새로 유입되는 에멀젼 연료유와 함께 교반기(A)에서 교반하여 다시 수직가열조(B)에 공급되는 순환과정이 되풀이되면서 연소되는 에멀젼 연료유의 연소방법.
2. 청구항 1에 있어서, 연료유첨가조성물은 중량부로 석탄미세분말 300부, 간수포화용액 50부, 소다 100부, 바닷물 50부 비율로 구성된 혼합물을 균질화시킨 다음 90∼95℃로 유지시킨 우라늄광상의 촉매탑을 10여분에 걸쳐 통과시킨 혼합물을 동량(부피비) 방카C유와 함께 하상에 코크스가 충진된 레트르트에서 95∼100℃ 온도로 가열시켜 염수의 대부분(85%)이 증발할때까지 가열 교질상태인 균질의 일액상 잔존물을 얻고 체적비로 일액상 잔존물 2∼4% 범위 내에서 경유와 방카C유의 체적비 1:4로 한 혼합유 96∼98%를 첨가 충분히 교반해서된 연료유첨가조성물임을 특징으로 하는 에멀젼 연료유의 연소방법.