[논문]바이오에멀젼 연료의 연소 특성

김문찬

doi:10.12925/jkocs.2018.35.4.1421

바이오에멀젼 연료의 연소 특성
Combustion Characteristics of Bio Emulsion Fuel 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.35 no.4, 2018년, pp.1421 - 1432

초록
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본 연구에서는 바이오매스로서 코코넛 폐기물을 $600^{\circ}C$에서 열분해하여 생성된 수상오일(water soluble oil)을 얻었다. 선박유로 사용되는 MDO(Marine Diesel Oil)와 바이오매스로서 코코넛 폐기물을 열분해하여 생성된 수상오일을 MDO에 15~20% 까지 혼합 후 유화시켜 제조된 바이오에멀젼 연료의 연소 특성에 대하여 연구 하였다. 엔진 배출가스 및 온도, 출력을 측정하기 위하여 엔진 다이나모메터를 사용하였다. 바이오에멀젼 연료는 수분이 함유되어 있어서 연소실내의 기화잠열을 빼앗아가 배출가스의 온도를 낮춰주는 것으로 나타났다. 바이오에멀젼 연료에 함유된 수분이 연소실내에서 미세폭발을 일으켜 연료를 잘게 쪼개어 주어 매연을 감소시키는 것으로 나타났다. 바이오에멀젼 연료의 사용으로 연소실내의 온도 감소는 질소산화물 배출을 저감하는 것으로 나타났다. 바이오오일 함유량이 증가 하면 수분함량도 증가하여 전체 발열량이 줄어들게 된다. 따라서 출력이 바이오에멀젼 연료 사용량에 비례하여 감소하는 특성을 나타내었다. 선박용 연료로 사용되는 중질유는 매연과 질소산화물을 많이 배출한다. 선박용 연료로 바이오에멀젼 연료를 사용하면 매연과 질소산화물 배출을 줄여줄 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Water soluble oil was obtained from the pyrolysis of coconut waste as a biomass at $600^{\circ}C$. It was studied that the combustion characteristics of bio-emulsion fuel by mixing and emulsifying 15~20% of water soluble oil which obtained from pyrolysis of coconut waste as a biomass and MDO(marine diesel oil) as a marine fuel. Engine dynamometer was used for detecting emissions, temperature, and power. The temperature of combustion chamber was decreased because the moisture in bio-emulsion fuel deprived of heat of evaporation in combustion chamber. While combustion, micro-explosion took place in the combustion chamber by water in the bio-emulsion fuel, MDO fuel scattered to micro particles and it caused to smoke reduction. The temperature reduction of combustion chamber by using bio-emulsion fuel reduced the NOx emission. The increasing of bio-oil content caused increasing water content in bio-emulsion fuel so total calorific value was reduced. So the characteristics of power was decreased in proportion to using the increasing amount of bio-emulsion fuel. Heavy oil as a marine fuel exhausts a lot of smoke and NOx. We expect that we can reduce the exhaust gas of marine engine such as smoke and NOx by using of bio-emulsion fuel as a marine fuel.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Biomass pyrolysis system.
표 Table 1. Property of marine diesel oil(MDO)
그림 Fig. 2. Preparation process of emulsified fuel.
그림 Fig. 3. Destabilization phenomena.
표 Table 2. Property of emulsion fuel
그림 Fig. 4. Photograph of engine dynamo.
표 Table 3. Specification of test engine
그림 Fig. 5. Schematic of experiment systems.
그림 Fig. 6. Stability curve of MDO-15 at 30°C.
그림 Fig. 7. Stability curve of MDO-20 at 30°C.
그림 Fig. 8. NOx reduction on each load.
그림 Fig. 9. Temperature changes on each ND-13 mode of 1,500rpm.
그림 Fig. 10. Temperature changes on each ND-13 mode of 2,000rpm.
그림 Fig. 11. Smoke emission of each fuel of 1,500rpm.
그림 Fig. 12. Smoke emission of each fuel of 2,000rpm.
그림 Fig. 13. Total reduction rate on each emulsion fuel.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 코코넛 폐기물을 열분해한 후 얻어진 바이오오일을 MDO(Marine Diesel Oil) 와 15–20 % 비율로 혼합한 후 유화시켜 만들어진 바이오에멀젼 연료의 연소특성을 알아보고자 하였다.

제안 방법

또한 물이 기화하면서 기화열을 빼앗아가므로 연소실 내의 온도를 낮추어 질소산화물 생성을 억제하여 질소 산화물 배출을 감소시키게 된다[10-11]. 본 연구에서는 코코넛 폐기물을 열분해한 후 얻어진 바이오오일을 MDO(Marine Diesel Oil)와 15–20 % 비율로 혼합한 후 유화시켜 만들어진 바이오 에멀젼 연료를 연소시켜 바이오에멀젼 연료속에 W/O 형태로 에멀젼화 시켜 바이오오일속의 수분이 기화하면서 연소실내의 기화열을 빼앗아가 연소온도를 낮춰줌으로써 질소산화물을 저감할 수 있도록 하였다.

대상 데이터

유화제로 사용된 물질은 다음과 같다. 3600 (Sorbitan monostearate, IC Chemical), SP80(Sorbitan monooleate, Dongnam Chemical Ind. Ltd), SP85(Sorbitan trioleate, Dongnam Chemical Ind. Ltd, IC Chemical), NP∼ NP4(Polyoxyethylene nonylphenol ether, ether derivatives, derivatives, IC Chemical)를 사용하였으며 2가지 이상의 유화제를 혼합하여 유화제를 사용하였다.

성능/효과

2. 바이오에멀젼 연료에 함유된 수분의 영향으로 연소실내의 온도가 낮아져 질소산화물의 생성을 억제하는 것으로 나타났다.
3. 본 실험에서 제조된 W/O형태의 바이오에 멀젼 연료에 있던 수분이 연소실내에서 미세폭발을 일으켜 감싸고 있던 MDO 연료를 잘게 쪼개어 주어 활발한 연소를 도와주어 매연을 감소시키는 것으로 나타났다.
4. 바이오에멀젼 연료에 함유된 수분의 영향으로 수분이 기화하면서 기화잠열을 빼앗아가서 연소실내의 온도가 낮아져 질소산화물의 생성을 억제하는 것으로 나타났다.
5. 바이오오일 함유량이 증가 하면 수분함량도 증가하여 전체 발열량이 줄어들게 되므로 출력이 바이오에멀젼 연료 사용량에 비례하여 감소하는 특성을 나타내었다. 이상의 결과들을 고찰해 볼 때 선박용 연료로 사용되는 중질유에서 배출되는 매연과 질소산화물을 제거하는데 도움을 줄 수 있어서 선박용 연료로 바이오에멀젼 연료를 사용하는 것도 가능할 것으로 기대된다.

후속연구

바이오오일 함유량이 증가 하면 수분함량도 증가하여 전체 발열량이 줄어들게 되므로 출력이 바이오에멀젼 연료 사용량에 비례하여 감소하는 특성을 나타내었다. 이상의 결과들을 고찰해 볼 때 선박용 연료로 사용되는 중질유에서 배출되는 매연과 질소산화물을 제거하는데 도움을 줄 수 있어서 선박용 연료로 바이오에멀젼 연료를 사용하는 것도 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석유계 연료를 대체할 대체에너지에는 어떤것들이 있는가?	그러나 향후 20-30년간은 기존의 석유계 연료에 의한 내연기관이 함께 지속적으로 사용될 예정이며 기존의 석유계 연료를 대체할 대체에너지로서 천연가스, 알코올, 바이오디젤, 수소, DME (Di methyl ether) 등이 있으며, 온실가스 및 이산화탄소 발생을 억제할 수 있는 대체 연료로 각광받고 있다.
	이동원에서 배출되는 오염물질이 전체 대기오염물질의 약 70%를 차지함에 따라 자동차 메이커에서 개발한 새로이 등장하는 자동차는?	현재 자동차 메이커에서는 친환경 자동차로 하이브리드 자동차, 수소연료전지 자동차, 전기자동차 등이 활발하게 보급준비를 하고 있으며, 향후 자동차 산업에 혁신적인 대세로 자리매김할 것으로 판단된다.
	코코넛 폐기물의 특징은?	코코넛 폐기물이란 코코넛 열매로부터 내부의 수액을 제거한 코코넛열매 껍질을 말한다. 코코넛 폐기물은 신재생에너지원으로 사용되는 매우 큰 잠재력을 가지고 있는 바이오매스로서, 일반적인 바이오매스의 생성물과 동일한 수상생성물 (water soluble product)과 차(char), 기상생성물로 탄소 3개 이하의 탄화수소류와 일산화탄소, 수소 등으로 이루어져 있다[6]. 본 연구에서는 코코넛 폐기물을 급속열분해 시켰는데, 일반적으로 급속열분해 반응은 600℃ 전후의 온도에서 무산소 상태에서 반응을 진행시키며, 생성되는 기체 상태의 생성물을 응축시켜 수상생성물 형태로 바이오오일을 얻게 된다.

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저자의 다른 논문 :

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].

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