KR100832320B1

KR100832320B1 - 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는유화유의 제조방법

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Publication number: KR100832320B1
Application number: KR1020070028547A
Authority: KR
Inventors: 김병만; 조현동
Original assignee: 김병만; 조현동
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-05-26
Anticipated expiration: 2027-03-23

Abstract

본 발명은 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등과 물을 혼합함에 있어, 첨가제로서 유화제, 조연제 및 산화촉진제를 첨가하여 고효율과 무공해의 유화유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등을 50∼90중량%와, 물 50∼10중량%를 혼합함에 있어, 상기 혼합물 내에 0.1∼1.5중량%가 되도록 첨가제를 가하여 유화됨에 있어, 상기 첨가제는 유화제, 조연제, 산화촉진제 등으로 구성되게 하여 유화함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다.

중질유, 폐유, 유화유, 첨가제, 유화제, 조연제, 산화촉진제,

Description

중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법{Manufacturing method of highly efficient and polution free emulsion oil made from heavy oil and waste oil}

본 발명은 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등과 물을 혼합함에 있어, 첨가제로서 유화제, 조연제 및 산화촉진제를 첨가하여 고효율과 무공해의 유화유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

통상, 에너지 절약과 공해문제로 인한 연료정책의 일환으로 연료의 황함량을 줄여나가는 저황유의 보급과 고체연료로부터 액체 또는 기체 연료로의 전환에 많은 노력과 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

특히, 석유연료로 인한 대기오염은 생태계에 대한 피해라는 기존의 관점에서 WTO체제 출범과 OECD 및 그린라운드(GR)라는 새로운 무역장벽으로 대체에너지 및 무공해 연료개발 연구에 힘쓰고 있으나, 마땅한 대체 연료개발이 미흡한 실정이다.

연료유에 물을 첨가한 유화유의 연구는 1950년부터 유럽에서 연구가 시작되 어 보일러·가열로 등에 사용하여 중질연료의 연소효율을 높여 연료절약과 연소성을 개선하는 실험이 시작되었고, 최근에는 미국과 일본에서 유화유에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

2차대전 당시에는 항공기용 가솔린에 물을 첨가하여 출력을 증가하는데 사용하면서 유화유에 대한 연구와 실험으로 연료절감 및 매연감소와 연소효율이 높아져 미국 에너지성(D.O.E)에서는 주요 연구과제로 채택하여 대기오염 방지와 에너지 절약에 기여할 수 있다는 연구 보고가 있다.

상기 대체에너지는 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양 에너지, 바이오매스, 풍력, 수력, 연료전지, 석탄의 액화, 가스화, 해양 에너지, 폐기물 에너지 및 기타로 구분되고 있고, 이외에도 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료로 분류되고 있다.

그중, 상기 폐기물 에너지란 사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 열분해에 의한 오일화 기술, 성형 고체연료의 제조기술, 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 및 소각에 의한 열회수 기술 등의 가공처리 방법을 통해 고체연료, 액체 연료, 가스 연료, 폐열 등을 생산하고, 이를 산업 생산 활동에 필요한 에너지로 이용될 수 있도록 한 재생 에너지를 의미한다.

이러한 폐기물 에너지는 비교적 단기간 내에 상용화가 가능하며, 폐기물 자원의 적극적인 에너지 자원으로의 활용으로 인류 생존권을 위협하는 폐기물 환경문제의 해소가 가능한 특징이 있다고 할 수 있다.

또한, 폐기물 대체 에너지는 종이, 나무, 플라스틱 등의 가연성 폐기물을 파 쇄, 분리, 건조, 성형 등의 공정을 거쳐 제조된 고체연료인 성형 고체연료(RDF), 자동차 폐윤활유 등의 폐유를 이온정제법, 열분해 정제법, 감압증류법 등의 공정으로 정제하여 생산된 재생유인 폐유정제유 플라스틱, 합성수지, 고무, 타이어 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 생산되는 청정 연료유인 플라스틱 열분해 연료유 및 가연성 폐기물 소각열 회수에 의한 스팀생산 및 발전, 세멘트 킬른 및 철광석 소성로 등의 열원으로의 이용하는 폐기물 소각열 등 크게 4가지로 분리된다.

상기 폐기물 대체 에너지 중 하나인 폐유 정제유와 관련하여, 폐유의 발생량은 보통 자동차나 산업분야에 적용하기 위하여 판매되는 신유의 판매량을 기준으로 하여 추정하고 있는데, 우리나라에서는 판매량의 70%로 잡고 있다. 이들 폐유는 일반적인 연료유와 달리 소모성 물질이 아니므로 유용한 자원으로 활용될 수 있어 일찍부터 이의 효율적인 활용방법에 관하여 연구되어 왔고, 현재 상당 부분이 재생 정제유 또는 연료유로 재활용되고 있다.

그러나, 이들 폐유 중에는 자체 기름이 분해 또는 외부의 오염으로 Pb, Cd, Cr, Cu, Zn 등 중금속 화합물, Cl, Br 등 염소 화합물, 유황 화합물 등이 있을 수 있어 적절히 재활용하지 못하거나 자연계에 처리 없이 그대로 노출될 경우 폐유의 산화에 따른 유기산 형성으로 토양의 황폐화, 지하수의 오염 등 생태학적 재난을 초래할 수 있다.

상기 폐유와 더불어 유탕면 공장에서 나오는 폐식용유, 식용유를 제조할 때 나오는 폐식용유, 비누공장에서 배출되는 폐식용유, 각종 튀김이나 튀김 닭에서 나 오는 폐식용유와 같은 폐식용유의 처리 또한, 환경 및 생태학적 면에서 크게 문제시 되고 있다.

본 발명은 이상과 같은 문제점들을 개선하고자 개발한 것으로서, 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등을 50∼90중량%와 물 50∼10중량%을 혼합함에 있어, 상기 혼합물내에 0.1∼1.5중량%가 되도록 첨가제를 가하여 유화함으로써 제조되는 것으로, 상기 첨가제는 유화제, 조연제, 산화촉진제 등으로 구성되고, 상기 유화제는 계면활성제와 유·무기 알카리제로 이루어지며, 조연제는 수용성 금속염 및 유기 아민제로 이루어지고, 산화촉진제는 분자 구조 중에 "-O-O-"의 그룹을 갖는 무기과산화물로 이루어짐에 따라, 연료절약은 물론 산업분야의 에너지 절감과 공해방지에 매우 효율적이며, 열효율이 뛰어난 새로운 유화유를 제공함에 있다.

다시 한번 상세히 설명하면, 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유를 유화제로 미세한 입자로 분해시키며, 동시에 첨가된 물이 초미립화 되고, 조연제와 산화촉진제에 의하여 유화한 연료유를 버너에 의해 연소하여 물이 수성가스 반응과 미세폭발 반응으로 완전 연소를 촉진시켜 공해방지와 연료절약, 고효율의 열량 발생, 폐자원 재활용 등, 경제적 이익을 얻을 수 있는 유화유를 제공에 있다.

특히, 공해방지에 있어서는 매연, 분진, 일산화탄소, 탄화수소 등의 발생을 방지하고 과잉공기비 감소로 SO2 의 SO3 에의 전환율을 저하시키고, 연소화염이 백열화되고 복사열이 증가하여 공해 방지 및 연료절약에 기여할 수 있고, 폐자원을 재활용 할 수 있는 유화유를 제공함에 있고,

유화유의 기술에 관한 발상은 과거 우리나라 농촌에서 겨울철 연료로 사용되었던 청솔가비(靑松葉)에서 비롯되었다 할 수 있는바, 이 청솔가비는 수분이 약 90%이고, 나머지 10%가 송유(松油) 및 기타 연소유기물로 구성되어 있는 것으로, 연소조건에 놓여 있을 때 매우 활성적인 연소작용이 행해지고 또한 열효율도 매우 높아 온돌 난방에 적합한 연료로 사용되어 왔던 것에 기인한다.

상기의 자연발생적인 송유 10%와 수분 90%의 화합과정을 벙커C유와 같은 중유에 적용하여 에멀젼화 시킨 것이 바로 유화유이다. 가성소오다(NaOH)는 유류를 수용(水溶)할 수 있는 성질이 있으며, 하나의 예로서, 90%의 수분 중에 10%의 송유가 수용(水溶)된 청솔가비는 연소가 잘 되고 열효율도 뛰어나지만, 완전 건조된 솔잎에 50%의 물을 침윤시켜 이것을 연소시킬 경우 연소는 고사하고 착화도 되지 않는다. 그 이유는 건조된 솔잎에 침윤된 50%의 물은 어디까지나 물로서 존재하는 것이며, 상기한 청솔가비에 부존하는 송유와 물의 수용화합물이 아니기 때문이다.

이러한 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 중질유, 페유, 폐식용유를 연료유로 사용하고, 연소시 대기오염 물질의 발생을 줄일 수 있는 방법으로서, 연료유와 물의 혼합물을 본 발명의 특정 물성의 첨가제로 유화시켜 연료의 연소효율 향상 및 대기오염 물질의 발생을 현저히 줄일 수 있고, 폐자원을 재활용 할 수 있는 유화유를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 첨가제를 사용하여 물 50∼10중량%에 중질유, 폐유, 폐식용유 등을 50∼90중량%를 혼합한 혼합물은 불연소 물질인 물이 아님을 알 수 있다.

즉, 본 발명에서 제공된 첨가제의 분자구조는 기름과 친화하기 쉬운 알킬기 부분과 이온화하여 물과 친화하기 쉬운 부분으로 되어 있기 때문에, 친유기와 친수기를 모두 포함하고 있다.

따라서, 본 발명의 첨가제는 물과 기름에 각각 친화가 용이한 부분을 동시에 가지고 있기 때문에 기름층과 물층 사이에서 친유기 분자는 기름 층에, 또 친수기의 분자는 물 층에 이끌려 배열하게 되는 것으로, 이에 따라 물과 기름의 각기 계면(界面) 내지 표면의 성질을 변화시키는 계면활성 작용이 추진되어 안정한 유화가 달성되는 것이다.

본 발명에 따른 유화유는 물이 기름 중에 10 미크론 이하의 미세한 수적(물방울)으로 변하여 유중수적(油中水滴) 또는 수중유적(水中油滴)의 상태로 된다. 유화유는 연소로 내의 분사된 유적 중에 함유된 수적이 가열되어 팽창하면서 폭발적으로 기화되어 에멀젼 연료를 사방으로 비산시키고, 더욱 미세하게 분산시켜 완전 연소를 촉진시킨다.

일반적으로, 물을 분사하여 사용하는 방법과 전혀 다른 현상의 초미립화된 유화유는 공기와 접촉면적을 증대하여 과잉공기비를 감소시켜 급속한 완전연소를 이루게 한다.

또한, 물의 기화잠열에 의한 화염의 냉각작용과 탄소에 대한 물의 작용으로 연소 카본의 감소효과를 가져오며, 화학적, 물리적 작용으로 매연과 NOx 및 탄화수 소의 함량을 감소시킬 수 있다.

유화유는 콜로이드(COLLOID) 상태, 즉 교상체(膠狀體=아교질)로써 연료공급과 분사상태를 매우 양호하게 한다.

유포수형(油包水形) 형태의 유화유는 버너에 의해 연소할 때, 유적 중에 함유된 수적이 고온에서 가열되어 급속도로 팽창하면서 폭발하여 기화되고, 연쇄적으로 2차 폭발하여 주위의 연료를 사방으로 미세하게 비산하여 연쇄적인 폭발 반응을 일으켜 완전한 연소를 이루게 한다.

유화유의 수적은 10미크론 정도로 수분함량은 10∼30%를 함유하고 있으며, 유적 중에 수 미크론의 수적이 다수 함유되어 있다. 즉, 수분 20%의 유화유는 유적 1개의 직경이 50미크론이라면 직경 3미크론의 수적은 900여 개가 함유된다.

L.P.G 가스의 경우 연소가스 중 수분함량은 19-20%로서 유화유와 비슷한 수분함량을 갖고 있어 물을 첨가한 유화유의 연소는 연료유보다 연소효율이 매우 높다.

물의 반응은 C＋H2O→CO＋H2 →CO2 ＋H2O 으로 이것이 수성가스의 반응이다.

고온에서 물분자와 고온의 연료유 중의 탄소가 물과 반응하여 CO와 H원자를 형성하게 된다. 그러므로 탄소를 감소시키며 연소 효율을 증대시킬 수 있다.

보일러의 연소시 발생하는 질소산화물은 대부분 NO와 NO2 이며 양자를 합하여 NOx 라 한다. 유화유는 연료 중에 함유된 수분이 균일하게 미립화되어 화염전체에 국소 고온역의 생성을 억제하고, 체적비로 20-30%의 수분이 증발잠열에 의해 연 소온도를 저하시킨다. 물 입자는 탄소 입자와 수성가스 반응으로 흡열작용과 국소고온 방지 작용을 함으로써 NOx 의 생성을 억제한다. 이러한 NOx 의 생성연소 감소방식으로 공해를 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 유화유는 보일러 및 공업용로에 사용될 때 40∼75%의 NO x 생성을 감소시킬 수 있다. 또한, 미립화된 유적의 광대해진 표면적에 의하여 공기 접촉이 용이하게 되므로 적은 공기비라도 연소가 가능하고, 보일러의 구조와 연소 상황에 따라 매연 감소율 차이가 있으나 50% 이상의 매연을 감소 시킬 수 있다. 일반적으로 물 50% 첨가하면 매진농도는 1/2 정도로 감소한다. 본 발명의 유화유는 매연발생이 현저히 감소하므로 전열면의 오염이 감소되고, 과잉공기비를 내림으로써 약 30%의 연료를 절감시킬 수 있다.

본 발명의 유화유의 가스연소의 화염은 투명한 불휘염으로 연소되며, 중질유의 화염은 황색으로 빛나는 불투명한 불휘염으로 부유탄소 입자가 존재하는 화염이다. 그러나 유화유의 화염은 가스와 같은 휘염으로 가스연소와 같은 화염으로 연소된다.

연료유에 물을 첨가하면 연소가스량의 증가는 물 첨가 중량(kg)에 22.4/18(N㎥/kg)를 곱한 수치만큼 증가한다. 등유를 공기비 1.2로 연소시켰을 때를 기준으로 해서 물을 30∼50% 첨가했을 때는 화염온도가 약 100℃ 저하된다. 그러나 연소가스량이 증가되므로 전열효과는 떨어지지 않는다. 액체연료(LPG,LNG)의 연소 때 생기는 연소가스 중에는 수분이 약 13%정도 존재하게 된다. 여기에 물을 50% 첨가해 계산하면 수분이 16-17%가 된다. 액체연료(LPG,LNG) 연소에서 연소가스중의 수분은 19-20%까지 발생되나 부식문제가 없으므로 액체연료와 비슷한 수분 함량인 유화유의 문제점은 없는 것으로 사료된다. 첨가한 수분에 의한 약간의 손실이 있으나 오히려 공기비의 감소 및 매연감소와 전열면의 오염완화가 있어 효율이 상승되어 NOx 억제 효과를 얻을 수 있다.

유화유는 버너에서 분무가 원활하게 이루어지며 물과 함께 초미립화된 유적은 연소화염이 단염화되어 연소속도가 빨라지고, 물의 입자가 고열에 의해 연쇄적으로 폭발 되면서 연료가 더욱 미립화 되어 재분산 되므로 완전 미세화 된 가스(GAS)연소와 같은 연소화염을 형성하여 완전연소에 이르게 한다.

한편, 본 발명에서 조연제로 사용되는 성분 중, 수용성 금속염의 금속이온은 3d궤도(Orbital)가 일부만 채워져 있는 무기물질로 산화단계가 매우 다양하므로 중질유와 폐유, 폐식용유를 구성하고 있는 다양한 물질등과 반응을 하여 물이 혼합된 유중수적형 유화유의 성질을 향상시킬 수 있는 특징이 있음을 밝혔다. 이러한 성질의 변화는 금속이온의 다양한 산화반응에 의하여 생성되는 새로운 금속 양이온들과의 반응 및 이에 상응해서 발생하는 환원 반응 등으로 연료유에 포함되어 있는 물질들의 화화적 결합이나 물리적 결합에 변화를 야기시켜 그 물리, 화화적 성질의 변화를 일으킬 수 있는 것이다.

이때, 유중수적형 유화유에 물이 혼합되어 있기 때문에 물과 연료유와의 착화합물의 형성 및 수소결합 등 새로운 결합도 생각할 수 있으므로 유화성이 향상되고, 유수의 분리가 발생치 않음을 실험을 통하여 확인할 수 있었다.

일반적으로 산성용액에서는 금속이온이 환원되기는 쉬우나, 산화되기 어렵 다. 그러나 본 발명의 산화촉진제를 첨가시킴으로 해서 금속이온의 산화를 가능케 할 수 있다.

즉, 소량의 금속이온을 포함하는 용액과 물, 연료유의 혼합액은 pH가 거의 중성에 가깝게 되므로 첨가제 존재 하에서는 금속 이온이 쉽게 산화된다. 금속이온이 유화유가 함유하고 있는 산화촉진제와 산화반응을 일으켜 산화될 경우, 그 산화촉진제의 화학적 결합이 파괴되어 새로운 반응을 일으키게 될 것이며, 이때 금속이온으로 부터 방출된 전자(e-)는 유화유 중의 일부 물질을 환원시켜서 화화적 변화를 일으키게 된다. 이밖에 금속 이온은 계속 산화되면서 산화반응에 의한 많은 화화적 변화를 제공할 뿐만 아니라, 수 많은 전자의 방출로 환원반응의 야기와 연쇄반응(Chain reaction)의 개시제도로 사용될 수 있다. 따라서 금속이온이 첨가됨으로 해서 유화유의 구성물질들은 화화적, 물리적 변화를 일으키게 되는데, 이때 유중수적형 유화유중에는 물이 혼합되어 있음으로 해서 물과의 직접결합, 착화합물의 형성 또는 수소결합 등 새로운 결합으로 유화성의 향상 및 이로 인한 장기간 보존 시 유수가 분리되지 않는 안정효과를 부여할 수 있다.

본 발명에 따른 유화유는 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등을 50∼90중량%와 물 50∼10중량%을 혼합함에 있어서, 상기 혼합물내에 0.1∼1.5중량%가 되도록 첨가제를 가하여 유화함으로써 제조된다. 상기 첨가제는 유화제, 조연제, 산화촉진제 등으로 구성되며, 유화제는 계면활성제와 유·무기 알카리제로 이루어지며, 조연제는 수용성 금속염 및 유기 아민제로 이루어지며, 산화촉진제는 분자 구조 중에 "-O-O-"의 그룹을 갖는 무기과산화물로 이루어진다.

유화제는 계면활성제와 유·무기알카리제로 구성되며, 계면활성제는 물과 기름과 같이 서로 잘 섞이지 않는 물질을 서로 잘 섞일 수 있도록 하는 특징을 가진 물질로서 분자구조상으로는 친수성 관능기와 친유성 관능기를 동시에 가지고 있다. 유화제를 구분하는 기준으로 각 물질이 가진 HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance) 값이 있다. 이 값이 낮을 수록 오일에 가까운 특성이 많으며, 높을수록 물에 가까운 특성이 많다. 예를 들어, 연료용으로 가장 많이 사용하는 중질유인 벙커C유의 고유 HLB는 7이나 연소의 효과적인 W/O형(기름속의 물입자)에멀젼으로 조성하려면 벙커C유의 HLB값이 4라야 한다.

유화제를 첨가하여 생성된 에멀젼은 유화방법에 따라 그 형태가 달라진다. 예를 들어, 물에 소량의 유화제를 첨가하여 생성된 에멀젼은 "물속의 오일" (Oil in Water: O/W)의 형태가 되며, 기름에 소량의 유화제를 첨가하여 생성된 에멀젼은 " 오일속의 물" (Water in Oil: W/O)의 형태가 된다. 본 발명에서의 하나의 제조예로는 유화제를 먼저 물과 유화시켜 O/W의 에멀젼을 만들고 이를 다시 중질유와 혼합하여 O/W/O 형태의 에멀젼을 생성한다. 이는 사용하는 유화제의 HLB값을 조절할 경우 W/O/W형태의 에멀젼이 생성되도록 할 수도 있다. 에멀젼의 형태는 사용하는 유화제의 종류와 그 양에 따라 달라지므로, 본 설명에 의하여 유화된 에멀젼의 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 사용되는 유화제중 계면활성제의 첨가량은 유화유 총중량의 0.1∼0.5중량%이며, 이들 계면활성제로는

(a) 고급 지방산과 고급 알코올의 에스테르 화합물, (b) 이들 에스테르 화합물과 폴리옥시에틸렌의 축합물, 또는 (c) 이들 에스테르 화합물과 축합물의 혼합물이 사용된다. 이들 화합물(a)이나 축합물(b) 또는 그것의 혼합물(c)은 적어도 HLB값이 2 내지 11를 가져야 한다.

상기 HLB값은 각각의 화합물 또는 축합물들 고유의 HLB값을 감안하여 이들을 적당히 혼합함으로써 조절할 수 있다.

상기 (a)에서 고급 지방산은 탄소수 10 내지 22개의 지방산으로서, 대표적인 것으로는 라우르산(Lauric acid: 탄소수12개), 미리스트산(Myristic acid: 탄소수 14개), 팔미트산(Palmitic acid: 탄소수 16개), 스테아르산(Stearic acid: 탄소수 18개), 이소스테아르산(Iso-stearic acid), 올레산(Oleic acid: 탄소수 18개), 리놀레산(Linoleic acid: 탄소수 18개), 베헨산(Behenic acid: 탄소수 22개), 리놀렌산(Linoleic acid: 탄소수 18개), 팔미토올레인산(Palmitoleic acid: 탄소수 16개) 등이 있고, 경우에 따라서는 이들의 혼합물을 포함하는 개념이다.

상기 (a)에서 고급 알코올로는 글리세린(Glycelin), 글리콜(Glycol), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 솔비탄(Sorbitan), 만니탄(Mannitan), 리비톨(Ribitol)등이 있고, 경우에 따라서 혼합물을 포함하는 개념이다.

상기 (a)에서 지방산과 고급 알코올의 축합반응에 의해 생성된 에스테르 화합물로는 각각의 지방산과 고급알코올의 모든 조합에 의해 생성되는 에스테르를 포함한다. 이 중, 당알코올의 에스테르 화합물이 특히 바람직하다.

그것의 대표적인 예로는 솔비탄 모노올레이트(Sorbitan monooleate), 솔비탄 디올레이트(Sorbitan dioleate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate), 솔비 탄 트리스테아레이트(Sorbitan tristearate), 솔비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate), 솔비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate), 솔비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate), 만니탄 모노올레이트(Mannitan monooleate), 만니탄 디올레이트(Mannitan dioleate), 만니탄 트리올레이트(Mannitan trioleate), 만니탄 트리스테아레이트(Mannitan tristearate), 만니탄 모노스테아레이트(Mannitan monostearate), 만니탄 모노팔미테이트(Mannitan monopalmitate), 폴리글리콜-지방산 에스테르(Polyglycol-fatty acid ester), 디글리콜-라우레이트(Diglycol-laurate), 디글리콜-올레이트(Diglycol-oleate), 디글리콜-스테아레이트(Diglycol-stearate), 디에틸렌-글리콜라우레이트(Diethylene-glycollaurate), 프로필렌-글리콜모노라우레이트(Propylene-glycolmonolaurate), 프로필렌-글리콜모노올레이트(Propylene-glycol monooleate), 프로필렌-글리콜모노스테아레이트(Propylene-glycolmonostearate), 글리세롤-모노스테아레이트(Glycerol-Monostearate), 글리세롤-모노올레이트(Glycerol-Monooleate), 글리세롤-모노스테아레이트(Glycerol-Monostearate) 등이 있으며, 경우에 따라서는 이들의 2 이상의 혼합물을 포함한다.

상기 축합물(b)은 상기 고급 지방산/고급 알코올의 에스테르 화합물과 폴리옥시에틸렌(Polyoxyethylene)과의 축합물이다. 상기 폴리옥시에틸렌은 HO-(CH 2 CH2 0)n-H로서 n이 5 내지 30이다.

앞서의 설명과 같이, 본 발명의 유화제에는 상기 에스테르 화합물과 폴리옥시에틸렌 축합물의 혼합물(c)도 포함되고, 그 중에서도 특히 바람직한 예로는 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan triolate)/폴리옥시에틸렌 솔비탄 트리올레이 트(Polyoxyethylene sorbitan trioleate), 솔비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate)/만니탄 모노올레이트(Manitan monooleate)/폴리에틸렌 솔비탄 모노라우레이트(Polyoxyethylene sorbitan monolaurate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate)/폴리옥시에틸렌 솔비탄 모노스테아레이트(Polyoxyethylene sorbitan monostearate) 등이 있다. 이들은 HLB값을 맞추는데 특히 적합한 유화제들이다.

유화제의 HLB값은 앞서의 설명과 같이 2 내지 11이지만, 더욱 바람직하게는 4 내지 10이다. HLB값이 2 이하이거나11 이상이면 에멀젼의 형성이 어려울 수 있어 연소효율의 향상이 어렵다.

본 발명에 사용되는 유화제중 유·무기 알카리제의 첨가량은 유화유 총중량의 0.1∼0.5중량%이며, 이들 유·무기 알카리제 중, 유기 알카리제로는, 아민계 화합물로서 분자 구조 중에 “-NH 또는, -NH2, -NH3"의 그룹이 있는 아민화합물을 말한다.

이들 아민화합물로는, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노에틸렌테트라아민, 디에틸렌테트라아민, 트리에틸렌테트라아민, 모노에틸렌트리아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌트리아민, 헥사아민, 헥사메틸렌트리아민, 헥사메틸렌테트라아민, 에틸헥실아민, 헥실에틸아민 등이 있다.

본 발명에 사용되는 유화제중 유·무기 알카리제의 첨가량은 유화유 총중량의 0.1∼0.5중량%이며, 이들 유·무기 알카리제 중, 무기 알카리제로는, 금속의 수산화물로서 “ M-OH"로 형성된 화합물이다. 이들 금속 수산화물로는 수산화나트 륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화마그네슘[Mg(OH)2], 수산화칼슘[Ca(OH)2], 수산화망간[Mn(OH)3]. 수산화니켈[Ni(OH)3] 그리고, 수산화암모늄(NH4OH)을 포함한다.

본 발명에 사용되는 조연제의 첨가량은 유화유 총중량의 0.1∼0.5중량%이며, 이들 조연제 중, 수용성 금속염은 염화금속, 황산염, 질산염으로서 이들 염에 사용되는 금속은, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 몰리브덴, 주석 등이다.

본 발명에 사용되는 조연제 중, 유기 아민제는 아민계 화합물로서 분자 구조 중에 “-NH 또는, -NH2, -NH3"의 그룹이 있는 아민화합물을 말하며, 이들은 본 발명에 사용되는 유화제 중, 유기 알카리제와 같다.

본 발명에 사용되는 산화촉진제의 첨가량은 유화유 총중량의 0.1∼0.5중량%이며, 분자 구조 중에 "-O-O-"의 그룹을 갖는 무기 과산화물로 이루어지는데 이들 과산화물로는 염소산나트륨, 아염소산나트륨, 과염소산나트륨, 차아염소산나트륨, 염소산칼륨, 아염소산칼륨, 과염소산칼륨, 차아염소산칼륨, 과산화수소 등이 있고, 분자 구조 중에 "-O-O-"의 그룹을 갖지 않는, 질산암모늄, 질산칼륨, 질산나트륨, 과붕산나트륨, 수산화암모늄, 하이드라진 등이 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재될 뿐이며, 본 발명의 보호범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

약 80℃의 일반 수도수 40중량%에 유화제인 계면활성제 폴리옥시에칠렌옥틸페닐에테르 0.4중량%와 무기조연제인 염화마그네슘 0.2중량%와 산화촉진제인 질산칼륨 0.3중량%를 차례로 부가하여 용해한 후, 약 80℃의 벙커C유 60중량%를 유화용 교반장치를 이용하여 500RPM으로 교반하면서 위의 수용액을 천천히 첨가한 후 약 20분간 교반하여 본 발명의 유화유를 제조하였다.

그 시험결과는 표1에 두었다.

실시예 2

약 80℃의 일반 수도수 30중량%에 유화제인 유기 알카리제 이면서, 유기 조연제인 디에칠렌트리아민 0.2중량%와 산화촉진제인 과산화수소 0.2중량%를 차례로 부가하여 용해한 후, 약 80℃의 벙커C유 30중량%와 엔진오일 폐유 40중량%를 혼합한 연료유에 유화용 교반장치를 이용하여 300RPM으로 교반하면서 위의 수용액을 천천히 첨가한 후 약 20분간 교반하여 본 발명의 유화유를 제조하였다.

그 시험결과는 표1에 두었다.

실시예 3

약 80℃의 일반 수도수 30중량%에 유화제인 무기 알카리제 금속수산화물인 수산화마그네슘 0.4중량%와 유기 아민계 조연제인 트리에탄올아민 0.4중량%와 산화 촉진제인 수산화암모늄 0.5중량%를 차례로 부가하여 용해한 후, 약 80℃의 벙커C유 70중량%를 유화용 교반장치를 이용하여 500RPM으로 교반하면서 위의 수용액을 천천히 첨가한 후 약 20분간 교반하여 본 발명의 유화유를 제조하였다.

그 시험결과는 표1에 두었다.

실시예 4

약 80℃의 일반 수도수 20중량%에 유화제인 계면활성제 솔비탄 모노올레이트 0.5중량%와 무기 알카리제 유화제이면서 산화촉진제인 수산화암모늄 0.3중량%와 유기 아민계 조연제인 트리에칠아민 0.2중량%를 차례로 부가하여 용해한 후, 약 80℃의 벙커C유 40중량%와 폐식용유 40중량%를 혼합한 연료유에 유화용 교반장치를 이용하여 300RPM으로 교반하면서 위의 수용액을 천천히 첨가한 후 약 20분간 교반하여 본 발명의 유화유를 제조하였다.

그 시험결과는 표1에 두었다.

비교예

약 80℃의 일반 수도수 20중량%에 유화제인 수산화나트륨 0.7중량%를 부가하여 용해한 후, 약 80℃의 벙커C유 40중량%와 폐식용유 40중량%를 혼합한 연료유에 유화용 교반장치를 이용하여 300RPM으로 교반하면서 위의 수용액을 천천히 첨가한 후 약 20분간 교반하여 본 발명의 유화유를 제조하였다.

그 시험결과는 표1에 두었다.

시험항목	단위	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예	시험법
발열량	cal/g	8,900	9,700	10,200	9,600	7,800
황분	wt %	0.62	0.38	0.74	0.43	0.52	ASTM1552
카드뮴	ppm	불검출	불검출	불검출	불검출	불검출	AAS
납	ppm	불검출	불검출	불검출	불검출	불검출	AAS
크롬	ppm	불검출	1이하	불검출	불검출	불검출	AAS
비소	ppm	불검출	불검출	불검출	불검출	불검출	AAS
저장안정성	%	0	0	0	0	13	별도

※ 저장안정성 : 시료를 담은 투명용기를 70℃에서 7일간 보관한 후, 용기 하부에 분리된 수분 층의 총중량 비율을 %로 표기

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 중질유, 페유, 폐식용유를 연료유로 사용하고, 연소시 대기오염 물질의 발생을 줄일 수 있는 방법으로서, 연료유와 물의 혼합물을 본 발명의 특정 물성의 첨가제로 유화시켜 연료의 연소효율 향상 및 대기오염 물질의 발생을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있고, 폐자원을 재활용 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등을 50∼90중량%와, 물 50∼10중량%를 혼합함에 있어, 상기 혼합물 내에 0.1∼1.5중량%가 되도록 첨가제를 가하여 유화됨에 있어, 상기 첨가제는 유화제, 조연제, 산화촉진제 등으로 구성되게 하여 유화함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 첨가제는 유화제, 조연제, 산화촉진제 등으로 구성되며, 유화제는 계면활성제와 유·무기 알카리제로 이루어지며, 조연제는 수용성 금속염 및 유기 아민제로 이루어지며, 산화촉진제는 무기과산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제2항에 있어서, 상기 계면활성제는 HLB값이 2 내지 11인 계면활성제 중에서 (a)고급 지방산과 고급 알코올의 에스테르 화합물, (b) 이들 에스테르 화합물과 폴리옥시에틸렌의 축합물, 또는 (c) 이들 에스테르 화합물과 축합물의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제2항에 있어서, 상기 무기 알카리제는 금속의 수산화물로서 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화마그네슘[Mg(OH)2], 수산화칼슘[Ca(OH)2], 수산화망간[Mn(OH)3]. 수산화니켈[Ni(OH)3] 그리고, 수산화암모늄(NH4OH)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제2항에 있어서, 상기 유기 알카리제는, 아민계 화합물로서 분자 구조 중에 “-NH 또는, -NH2, -NH3"의 그룹이 있는 아민화합물을 말하며, 이들 아민화합물로는, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노에틸렌테트라아민, 디에틸렌테트라아민, 트리에틸렌테트라아민, 모노에틸렌트리아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌트리아민, 헥사아민, 헥사메틸렌트리아민, 헥사메틸렌테트라아민, 에틸헥실아민, 헥실에틸아민으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제2항에 있어서, 상기 조연제중의 수용성 금속염은 염화금속, 황산염, 질산염으로서 이들 염에 사용되는 금속은, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 몰리브덴, 주석 등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제2항에 있어서, 상기 조연제중의 유기 아민제는 아민계 화합물로서 분자 구조 중에 “-NH 또는, -NH2, -NH3"의 그룹이 있는 아민화합물을 말하며, 이들 아민화합물로는, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노에틸렌테트라아민, 디에틸렌테트라아민, 트리에틸렌테트라아민, 모노에틸렌트리아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌트리아민, 헥사아민, 헥사메틸렌트리아민, 헥사메틸렌테트라아민, 에틸헥실아민, 헥실에틸아민으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
제2항에 있어서, 상기 산화촉진제는 분자 구조 중에 "-O-O-"의 그룹을 갖는 무기 과산화물을 말하며, 이들 무기 과산화물로는 염소산나트륨, 아염소산나트륨, 과염소산나트륨, 차아염소산나트륨, 염소산칼륨, 아염소산칼륨, 과염소산칼륨, 차아염소산칼륨, 과산화수소 등이 있고, 분자 구조 중에 "-O-O-"의 그룹을 갖지 않는, 질산암모늄, 질산칼륨, 질산나트륨, 과붕산나트륨, 수산화암모늄, 하이드라진 등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법
상기 유화유는 벙커C유와 같은 중질유, 폐유, 폐식용유 등을 50∼90중량%와 물 50∼10중량%를 혼합함에 있어서, 상기 혼합물 내에 0.1∼1.5중량%가 되도록 상기 첨가제를 가하여 유화함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 중질유 및 폐유를 이용한 고효율 및 무공해 기능을 갖는 유화유의 제조방법.