[논문]바이오디젤 연료의 연소 특성

송영호; 신백우; 하동명; 정국삼

바이오디젤 연료의 연소 특성
Combustion Property of Biodiesel Fuel 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.23 no.4, 2009년, pp.19 - 24

송영호 (혜천대학 소방안전관리과) , 신백우 (한국항공우주연구원 지상안전팀) , 하동명 (세명대학교 보건안전공학과) , 정국삼 (충북대학교 안전공학과)

초록
AI-Helper

자동차의 비약적인 증가로 인해 비롯된 환경오염이 사회적 주된 문제가 되기 때문에 유해한 배기가스의 방출을 감소시키는 방법에 대해 관심이 고조되고 있다. 바이오디젤을 생산 원료로서의 폐식용유의 활용은 원료의 안정적인 공급뿐만 아니라 바이오디젤의 가격을 낮추는데 유용하다. 본 연구는 바이오디젤 연료의 혼합 비율에 따른 연소성 및 열적 특성을 검토하기 위해 수행되었다. 이 연구를 위하여 Tag 밀폐식, Cleveland 개방식 인화점 시험기와 자연발화점 시험기를 이용하여 인화점 및 연소점, 자연발화점을 측정하였다. 그 결과 바이오디젤의 혼합 비율이 높아짐에 따라 인화점 및 연소점, 자연발화점이 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the environmental pollution by the drastic increase of vehicles becomes one of the social major concerns, the method of reducing the harmful exhaust emission is being the subject of interest. Utilization of waste edible oil as a raw material for biodiesel production is helpful not only for the stable supply of raw materials but also costing down the biodiesel price. This study was conducted to examine the combustion and thermal characteristics with mixing ratio of biodiesel fuel. Flash points, fire points and autoignition temperature (AIT) were measured by using Tag closed cup, Cleveland open cup flash point tester and AIT apparatus. As the result, flash points, fire points and AIT increased with percentage of more contained biodiesel.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 폐식용유를 활용한 바이오디젤 연료의 저장·취급시 화재위험성 평가에 대한 기초자료를 제시하고자 바이오디젤과 경유의 혼합비율에 따른 인화점(flash point), 연소점(fire point), 자연발화점(autoignition temperature; AIT)을 측정하였고, 발화·비발화 영역 비교를 통한 한계발화온도 곡선, 자연발화점과 발화 지연 시간(ignition delay time)과의 관계를 도출하였다.
본 연구에서는 경유에 대한 바이오디젤의 혼합비율을 변화시켜 제조한 바이오디젤 연료에 대하여 인화점, 연소점 및 자연발화온도의 측정함으로서 바이오디젤 연료의 연소성에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 바이오디젤과 경유를 혼합하여 제조한 바이오디젤 연료에 대해서 특정 작업조건 및 공정 조건에서의 혼합 비율별 화재위험성 평가에 대한 기초 자료로 제시하고자 태그 밀폐식 인화점 시험기와 클리블랜드 개방식 인화점 시험기를 이용하여 인화점 및 연소점을 측정하였다. 그 결과를 Figure 2에 나타내었다.

가설 설정

일반적으로 개방식 장치에서 측정된 인화점은 밀폐식 장치의 인화점보다 조금 높게 나타난다.¹⁷⁾ 그 이유는 밀폐식 인화점 시험기는 가연성 액체 표면으로부터 발생한 가연성 증기가 시료컵 상부에 축적되므로 개방식보다 인화점이 낮게 측정되는 것으로 사료된다.

제안 방법

본 연구에 사용된 시료의 혼합비율을 Table 1에 나타내었다. 바이오디젤과 차량용 디젤의 혼합비율을 Table 1과 같이 변화시켜 제조한 시료에 대하여 실험을 실시함으로써 바이오디젤과 경유의 혼합 비율에 따른 화재 특성치의 전체적인 경향을 파악하였다.
5 ml를 채취하여 시료컵에 넣고, 시료 표면의 기포를 제거하고 덮개를 덮은 다음 초시계를 이용하여 규정된 승온속도를 확인하면서 시료를 가열한다. 시료의 온도가 예상 인화점보다 5℃ 낮은 온도에 도달하면 시험염을 1초 동안 접촉시키고, 그 이후에는 온도가 0.5℃ 상승할 때마다 시험염을 접촉시켜 인화 여부를 확인한 후 인화점을 기록하였다.
본 실험에 사용된 장치는 가연성 액체의 자연발화온도 측정 장치로서 Figure 1에 나타냈다. 실험방법은 ASTM D659-7815)의 규격에 의거하여 설정 온도에 도달했을 때 hypodermic syringe를 이용, 시료를 0.1ml 채취하여 플라스크 내부에 주입함과 동시에 초시계를 작동시켜 발화하기까지의 지연 시간을 발화 지연 시간으로 기록하였다. 시료 주입 후 10분 동안 발화가 일어나지 않으면 비발화로 간주하였다.
실험방법은 시료 50 ± 0.5 ml를 채취하여 시료컵에 넣고, 시료 표면의 기포를 제거하고 덮개를 덮은 다음 초시계를 이용하여 규정된 승온속도를 확인하면서 시료를 가열한다.
연소점의 측정은 ASTM D92-9014) 규격에 의거하여 인화점 측정 후 다시 매분 5.5 ± 0.5℃의 비율로 가열을 계속하여 2℃ 상승할 때마다 시험염을 접촉시켜 시료가 5초 동안 계속 연소했을 때의 온도를 연소점으로 기록하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 장치는 가연성 액체의 자연발화온도 측정 장치로서 Figure 1에 나타냈다. 실험방법은 ASTM D659-7815)의 규격에 의거하여 설정 온도에 도달했을 때 hypodermic syringe를 이용, 시료를 0.
본 실험에서 사용된 경유는 2008년 3월 L사에서 판매되고 있는 바이오디젤 1%가 첨가된 황분 30ppm 미만인 초저황분 경유이고, 바이오디젤은 폐식용유를 이용하여 제조한 바이오디젤로서 2008년 3월 E사에서 제공받아 실험에 이용하였다.

이론/모형

본 연구에서는 인화점 측정을 위하여 태그 밀폐식(Tag closed cup) 인화점 시험기(Koehler Instrument Co., US)와 클리블랜드 개방식(Cleveland open cup) 인화점 시험기(Fisher Scientific Company, US)를 사용하였고, 시험 방법은 ASTM D56-0513) 및 ASTM D92-9014)에 의거하여 실시하였다.

성능/효과

1) 클리블랜드 개방식 인화점 시험장치과 태그 밀폐식 인화점 시험장치를 이용한 인화점 및 연소점의 실험 결과 현재 상업적으로 시판되고 있는 경유(바이오디젤 1% 함유)의 밀폐계 및 개방계 인화점은 각각 46℃, 54℃로 측정되었다.
2) 자연발화온도 실험 결과 경유와 바이오디젤의 자연발화온도는 235℃, 255℃로 자연발화 위험성이 거의 유사하며, 바이오디젤유의 혼합비율을 증가할수록 자연발화온도도 증가하였고, 동일한 혼합비율에서 자연발화온도가 상승함에 따라 발화지연시간은 짧아지는 경향을 나타냈다.
그 결과를 Figure 3에 나타내었다. 결과를 살펴보면 동일한 혼합비율에 따른 연소점은 개방계 인화점보다 최대 22o C 정도 높게 나타난 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 나타낸 이유는 연소점이란 점화원을 제거하여도 화염이 5초 이상 지속되는 온도를 말하는 것으로서 개방계 인화점의 증기압보다는 더 높은 증기압을 필요로 하기 때문인 것으로 사료된다.
결과를 살펴보면 인화점은 바이오디젤의 혼합비율이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고, 동일 혼합비율별로 개방식 장치에서 측정된 인화점이 밀폐식 장치의 인화점보다 8~12.5℃ 높게 나타난 것을 알 수 있었다. 일반적으로 개방식 장치에서 측정된 인화점은 밀폐식 장치의 인화점보다 조금 높게 나타난다.
바이오디젤 연료의 최소자연발화온도는 Table 1과 같이 경유와 바이오디젤의 혼합비율의 변화에 따라 230℃,235℃, 235℃, 235℃, 240℃, 245℃, 255℃로 각각 측정되었으며, 발화영역과 비발화 영역을 나타낸 한계발화온도 곡선을 Figure 4에 나타내었다. 그 결과를 살펴보면 바이오디젤의 혼합비율이 증가함에 따라 AIT는 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.
또한 인화점 측정 결과 중 경유의 밀폐식 인화점은 물질안전보건자료(material safety data sheet; MSDS)에서 제시한 38℃ 보다 8℃ 높게 측정되었고, 바이오디젤도 MSDS에서 제시한 149℃ 보다 25℃ 높게 측정되었다. 이는 경유(바이오디젤 1% 함유)의 경우 현재 상업적으로 시판되고 있는 그대로 사용했기 때문인 것으로 사료되며, 또한 인화점의 측정 방법 및 실험장치, 기타 여러 인자들에 영향을 받았기 때문인 것으로 사료된다.
¹²⁾ 따라서 본 연구에서는 바이오디젤 함유 경유의 혼합비율별 발화 지연 시간을 측정하였는데 그 결과는 Figure 5에 나타내었다. 바이오디젤의 혼합비율별 AIT가 높을수록 발화지연시간은 감소되는 경향을 나타내었고, 혼합비율 5, 10, 15%는 AIT가 235℃로 동일하지만 혼합비율이 높을수록 발화 지연 시간은 길어지는 것을 알 수 있었다.
클리블랜드 개방식 장치를 이용한 연소점은 바이오디젤의 혼합비율이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 그 결과를 Figure 3에 나타내었다.

후속연구

현재 국내에서 발생되고 있는 폐식용유의 양은 매년 약 20만 톤으로 추정되고 있으나 수거시 마땅한 재활용 방안이 없기 때문에 환경에 버려져 토양과 수질을 오염시키고 있다. 따라서 폐식용유를 바이오디젤 생산 원료로 활용하면 식물성 원료유의 수입 대체 효과를 거둘 수 있고, 생산 단가를 낮출 수 있어 바이오디젤의 보급 활성화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	세계 각지의 기상이변을 일으키는 주 원인은 무엇인가?	화석연료의 지속적 사용은 온실가스 발생량을 증가시켜 지구 온난화의 결과를 초래하여 세계 각지의 기상이변을 일으키는 주 원인이 되고 있어 이를 더 이상 방치할 수 없다는 국제적 관심이 고조되면서 신·재생 에너지의 이용에 대한 관심이 증폭되고 있다.1)
	바이오디젤의 혼합비율을 변화시켜 제조한 바이오디젤 연료의 연소성에 대한 연구를 수행한 결과는 무엇인가?	1) 클리블랜드 개방식 인화점 시험장치과 태그 밀폐식 인화점 시험장치를 이용한 인화점 및 연소점의 실험 결과 현재 상업적으로 시판되고 있는 경유(바이오디젤 1% 함유)의 밀폐계 및 개방계 인화점은 각각 46℃, 54℃로 측정되었다. 2) 자연발화온도 실험 결과 경유와 바이오디젤의 자연발화온도는 235℃, 255℃로 자연발화 위험성이 거의 유사하며, 바이오디젤유의 혼합비율을 증가할수록 자연발화온도도 증가하였고, 동일한 혼합비율에서 자연발화온도가 상승함에 따라 발화지연시간은 짧아지는 경향을 나타냈다.
	미국에서 2000년에 제정한 바이오매스 R&D법은 무엇인가?	미국에서는 2000년에 ‘바이오매스 R&D법’을 제정하여 경유에 바이오디젤(biodiesel)을 혼합한 방식으로 관공서 경유 자동차, 대형 트럭, 공공 버스의 연료로 사용하고 있으며 2010년까지 바이오 정유 공정 기술개발을 목표로 국가적 차원으로 집중적인 연구투자가 이루어지고 있다.2)

참고문헌 (21)

C.K. Lee and S.B. Lee, 'The Trend of Biodiesel Status and Rapeseed Cultivation Machinery Technology in Japan', Korean J. Intl. Agri., Vol.19, No.2, pp.70-149(2007)
C.K. Lee and S.B. Lee, 'The Trend of Biodiesel Status and Rapeseed Cultivation Machinery Technology in Japan', Korean J. Intl. Agri., Vol.19, No.2, pp.70-79(2007)
J.S. Lee, 'A process Development of Biodiesel Production from Used Frying Oil Using Chemical Catalysts', Korea Institute of Energy Research(2006)
A. Demirbas, 'Relationship Derived from Physical Properties of Vegetable Oil and Biodiesel Fuels', Fuel, Vol.87, pp.1743-1748(2008)

상세보기
P. Benjumea, J. Agudelo, A. Agudelo, 'Basic Properties of Palm Oil Biodiesel-Diesel Blends', Fuel, Vol.87, pp.2069-2075(2008)

상세보기
D.M. Korres, D. Karonis, E. Lois, M.B. Linck and A.K. Gupta, 'Aviation Fuel JP-5 and Biodiesel on a Diesel Engine', Fuel, Vol.87, pp.70-78(2008)

상세보기
W.O. Cha, 'The Status of Biodiesel Industry', News & Information for Chemical Engineers, Vol.25, No.6(2007)
W.Y. Lee, 'Biodiesel', News & Information for Chemical Engineers, Vol.25, No.5, pp.471-474(2007)
Y.J. Lee, 'An Evaluation of Biodiesel on Diesel Vehicle Performance and endurance', Ministry of Commerce, Industry and Energy(2006)
Y.F. Lin, Y.G. Wu and C.T. Chang, 'Combustion Characteristics of Waste-oil Produced Biodiesel/Diesel Fuel Blends', Fuel, Vol.86, pp.1772-1780 (2007)

상세보기
Y.H. Song, 'The Combustion Property of Limonene-EPS Mixture', Master's Thesis, Chungbuk National University(2000)
C.J. Hilado and S.W. Clark, 'Discrepancies and Correlations of Reported Autoignition Temperatures', Fire Technology, Vol.8, No.3(1972)

상세보기
ASTM D56-05, 'Standard Test Method for Flash Point by Tag Closed Cup Tester', ASTM(2005)
ASTM D92-90, 'Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup', ASTM (1990)
ASTM E659-78, 'Standard Test Method for Autoignition Temperature of Liquid Chemicals', ASTM(1984)
D.M. Ha, 'Relationship between Autoignition Temperature(AIT) and Ignition Delay Time for Acids', T. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol.18, No.2, pp.27-33(2004)
F.P. Lees, 'Loss Prevention in the Process Industries', 2nd ed., Oxford:Butterworth-Heinemann 1(1966)
J.C. Jones, 'A Means of Calculating the Fire Points of Organic Compounds', J. of Fire Sciences, Vol.19, pp.62-68(2003)

상세보기
D.M. Ha, Y.C. Choi and S.J. Lee 'Flash Points of Water+n-Propanol System Using Closed-Cup Measurement Apparatus', J. of KIIS, Vol.17, No.4, pp.140-145(2002)
J.W. Choi, Y.S. Mok, I.G. Choi, S.H. Jeon, W.S. Lim and C.W. Min, 'A Study on the Spontaneous Ignition of Gasoline and Additive of Fuel', T. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng., Vol.20, No.1, pp.1-5(2006)
Y. Shibata and O. Shimizu, 'Spontaneous Combustion of Biodiesel Fuel Made from Waste Edible Oil', 火災, Vol.56, No.6(2006)

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증