[논문자료] 에멀젼 연료의 안정성에 대한 연구

출처: 픽사베이

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최근, 환경에 대한 관심이 고조되고 있는 가운데, 대기오염물질 배출의 약 70%를 차지하는 이 동원에 대하여 사용 연료를 친환경 연료로 사용하거나 ZEV(Zero Emission Vihicle) 차량을 사용하고자 하는 추세가 증가하고 있다. 또한 선박에 대해서도 친환경 선박에 대한 요구가 날로 높아지고 있으며, 국제해사기구인 IMO(International Marine Organization)에서도 선박의 배출가스에 대하여 강도 높은 규제를 하고 있다. 이러한 대기오염 배출 규제 상황에서 자동차의 경우는 수소차 또는 전기자동차의 생산 및 소비가 증가하 고 있으며, 선박 및 보일러에 사용되는 연료도 저유황유 및 친환경 연료로 바뀌어 가고 있다. 이동원 중에서 대부분을 차지하고 있는 자동차는 대기 배출 오염물질 규제로 Euro-6 규제가 시행 되고 있으며, 선박에 대해서는 2016년부터 Tier-3 규제가 시행되고 있다[1-2]. 본 연구에서는 근해에서 선박용 연료로 사용하는 MDO(Marine Diesel Oil)에 물을 10 ∼ 20% 비율로 혼합한 후 이것을 유화시켜 에멀젼 연료로 만들고 이렇게 만들어진 에멀젼 연료의 분산 안정성을 실험하고 에멀젼 연료의 연소 특성을 알아보고자 하였다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202032961577293

 

본 연구에서 물을 MDO와 혼합하고 유화제를 첨가하여 에멀젼 연료를 제조한 후 이것의 분산 안정성을 측정하였으며, 제조된 에멀젼 연료의 연소 후 배출가스 특성에 대하여 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

 

(1) 유중 수적형으로 제조된 에멀젼 연료의 분산 안정성은 분산상인 물과 연속상인 오일의 비중 차이에 의한 에멀젼 입자의 침전 현상에 의해서 영향을 받는 것으로 나타났다.

 

(2) 에멀젼 연료의 안정성은 MDO-10 > MDO-13 > MDO-16 > MDO-20 순서로 물 함량이 적은 순으로 안정한 것으로 나타났으며, MDO-16과 MDO-20의 안정성은 시간이 지남에 따라 차이가 줄어드는 것으로 나타났다.

 

(3) 30℃와 45℃서는 close packing이 일어나지 않았으나, 60℃의 높은 온도에서는 close packing이 증가하며 물의 함량이 높은 에멀젼 연료일수록 close packing이 증가하는 것으로 나타났다.

 

(4) 에멀젼 연료에 함유된 수분이 연소실 내에서 100℃ 이상에서 기화하면서, 부피가 폭발적으로 증가하면서 미세폭발을 일으켜, 수분을 감싸고 있던 MDO 연료를 미립자화 시켜 산소공급을 활 발하게 하여 매연을 감소시키는 것으로 나타났다. 그러나 10%의 낮은 부하 영역에서는 MDO-16 과 MDO-20인 경우 오히려 연소온도를 일정 수준 이하로 낮추어 매연이 증가하는 것으로 나타 났다.

 

(5) 에멀젼 연료 속에 함유된 수분이 연소실 내에서 100℃ 이상에서 기화하면서 기화잠열을 빼앗아 연소실 내부의 온도를 낮추어 질소산화물 의 배출을 억제하는 것으로 나타났다. 그리고, 수분 함량이 높은 에멀젼 연료일수록 질소산화물의 배출이 감소하였다.

 

(6) 에멀젼 연료에 함유된 수분의 함유량이 증가하면 전체 발열량이 줄어들게 되므로, 엔진의 출력은 수분 함유량이 증가할수록 감소하였다.

 

이상의 결과들을 종합하면, 선박에서 배출되는 매연과 질소산화물을 줄이기 위하여 에멀젼 연료를 사용하는 것도 하나의 대안이 될 것으로 기대된다.

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나노디스퍼져

 

고압분산기는 분산을 이용한 분산 및 균질장치로 액적의 분산, 균질, 에멀전, 세포벽 파괴 등에 사용됩니다. 사용 목적이나 용도, 적용분야에 따라 고압분산기, 중·대형분산기로 분류합니다. 나노 디스퍼져(Nano Disperser)는 'Nano Technology'와 분산기(균질기)의 'Disperser'의 약자로 당사의 초고압 분산(High Pressure Homogenizer, 초고압 균질)장비의 Brand Name입니다.

 

초고압 분산기 '나노 디스퍼져'는 Orifice Module의 원리를 이용한 Diacell에서 고압의 유체가 가속되어 발생하는 전단력(Shear)과 충격(Impact), 케비테이션(Cavitation) 작용이 수반되며 균질성 및 분산성이 좋은 제품이 만들어 집니다.

 

초고압 분산기는 고압 펌프에서 발생한 압력의 유체를 미세 오리피스 모듈에 통과시키면 압력의 급격한 저하로 유체 내에서 Impact, Cavitation, Shear등의 물리력이 작용하는 초음속의 유체가 됩니다. 이렇게 통과된 유체는 내부의 에너지에 의해 입자와 입적이 나노 크기로 쪼개지고 미세화되면서 유체의 성분이 균질한 상태로 안정된 분산상태를 유지하는 것을 동작의 원리로 이용합니다.

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