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Summary

Contents

목차

제1장 연구개발 과제의 개요 21

제1절 연구개발의 목적 및 필요성 23

제2절 연구개발 목표 및 범위 27

제2장 국내외 중질유 연료첨가제의 기술개발 현황 29

제1절 국내 기술현황 31

제2절 국외 기술현황 32

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 41

제1절 중질유의 성상과 Smoke, Dust 발생기구 43

1. 중유의 조성상과 Dust 발생 43

2. 중질유의 성상 자료 45

3. 중질유 연소시 Dust 발생에 기여하는 물질의 특성 51

제2절 중질유 연료첨가제의 범주 및 기능 54

1. 중질유 첨가제의 분류 및 기능 54

2. 중질유 분산제로서 계면활성제의 역할 57

제3절 중질유 시료의 분석 및 연료첨가제의 분산성 평가 실험 69

1. 시료 중질유의 분석 69

2. 중질유의 분산성 실험 75

제4절 연료첨가제의 현장적용 사례 분석 91

1. 대상 연료첨가제의 물성 및 효과 91

2. 연료첨가제의 현장적용 사례 98

3. 연료첨가제의 현장적용 실험결과 112

제5절 중질유 첨가제의 Dust, NOx 저감 연소실험 122

1. 연소 실험용 보일러시스템 설치 및 실험 방법 122

2. 국내 상용 중유연료첨가제의 Dust 저감 실험 137

3. Power-Z 연료첨가제의 연소특성 실험 140

4. 분산제, 연소촉진제에 의한 NOx 저감효과 요약 168

제6절 연소촉진제의 개발과 Dust 저감 성능실험 169

1. 연소촉진제의 선택 요건 169

2. 연소촉진제의 오일 용해성 실험 173

3. 개발대상 연소촉진제의 Dust 저감 성능실험 179

가. Active material(Organic metal) 종류별 Dust 저감 성능 179

나. 유기물(Organic ligands) 종류에 따른 Dust 저감 성능 181

다. 첨가량별 Dust 저감 성능 183

라. 연소촉진제(Organometallic compounds) 종류별 혼합에 의한 Dust 저감 성능 186

마. 연소촉진제의 개발결과 요약 191

제7절 연료첨가제에 의한 연료절감 가능성 및 경제성 평가 192

1. 연료절감 요인별 연료절감율 산정 192

2. 경제성 평가 193

제8절 연구수행 결과 요약 및 결론 195

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 201

제1절 연구개발 목표달성도 203

제2절 관련분야에의 기여도 204

제5장 연구개발결과의 활용계획 207

제6장 참고문헌 211

그림목차

[그림 1-1] 전열면에 Soot의 부착으로 인한 연료소비 증가율 26

[그림 1-2] 연구개발의 목표 및 범위 28

[그림 3-1] Average molecular structure models 63

[그림 3-2] Flocculation of asphaltene due to increase in paraffin (nonpolar) content of petroleum 64

[그림 3-3] Steric-colloid function of asphaltene flocs 64

[그림 3-4] Detergent의 분산상태 66

[그림 3-5] 분산계의 안정성과 Potential energy 67

[그림 3-6] 중유의 Asphaltene 측정 장치 71

[그림 3-7] Asphaltene의 분산성 측정 방법 77

[그림 3-8] 연료첨가제 투입에 따른 분산성 변화 (S 1% B-C유) 78

[그림 3-9] 연료첨가제 투입에 따른 분산성 변화 (S 4% B-C유) 78

[그림 3-10] 시료 중질유의 분산성 평가를 위한 점도 측정 방법 80

[그림 3-11] 분산제 사용에 따른 시료 중질유의 부위별 asphaltene 함량 82

[그림 3-12] Power-Z첨가 중질유의 점도 83

[그림 3-13] 첨가제 A-1의 시간에 따른 점도 변화 84

[그림 3-14] 첨가제 A-2의 시간에 따른 점도 변화 85

[그림 3-15] 첨가제 A-3의 시간에 따른 점도 변화 85

[그림 3-16] 첨가제 A-4의 시간에 따른 점도 변화 86

[그림 3-17] 첨가제 A-5의 시간에 따른 점도 변화 86

[그림 3-18] 첨가제 A-6의 시간에 따른 점도 변화 87

[그림 3-19] 첨가제별 중질유의 분산성 비교 88

[그림 3-20] Spot Test 결과 90

[그림 3-21] 보일러 연소실 내의 Soot 부착 상태(1) 113

[그림 3-22] 보일러 연소실 내의 Soot 부착 상태(2) 114

[그림 3-23] 미세먼지 저감 연소실험 설비(1.5 톤/시간)의 장치 구성도 123

[그림 3-24] 중유 연소 실험용 보일러 124

[그림 3-25] 중유 첨가제 혼합용 혼합조 125

[그림 3-26] 미세먼지 배출 농도 측정 부위 125

[그림 3-27] 미세먼지 저감 연소실험 설비(0.2 톤/시간)의 장치 구성도 127

[그림 3-28] 미세먼지 포집용 사이클론의 구조 128

[그림 3-29] 노통연관식 보일러(0.2 톤/시간) 사진 129

[그림 3-30] 분진 농도 측정기 및 측정 부위 129

[그림 3-31] 연료 공급탱크 130

[그림 3-32] 미세먼지 포집을 위한 보일러 후단의 사이클론 130

[그림 3-33] Isokinetic Control Console의 배관도면 132

[그림 3-34] 분진 농도 측정 장치의 배치도 133

[그림 3-35] 국내 연료첨가제 별 Dust 저감 비교 139

[그림 3-36] 외국메이커로부터 입수한 연료첨가제의 Dust 저감 139

[그림 3-37] Power-Z의 첨가량에 따른 Dust 발생 농도 141

[그림 3-38] Power-Z의 첨가 경과시간에 따른 Dust 농도 비교 142

[그림 3-39] Power-Z첨가에 의한 배가스온도 변화 144

[그림 3-40] 산소농도에 따른 Smoke량 146

[그림 3-41] 연소 배가스의 조성 변화 - 1 (중유 : 72 리터/시간) 150

[그림 3-42] 연소 배가스의 조성 변화 - 2 (중유 : 72 리터/시간) 151

[그림 3-43] 연소 배가스의 조성 변화 - 1 (중유 : 126 리터/시간) 151

[그림 3-44] 연소 배가스의 조성 변화 - 2 (중유 : 126 리터/시간) 152

[그림 3-45] 연소 배가스의 조성 변화 (중유 : 12.8 kg/시간, 첨가제 : 0 %) 153

[그림 3-46] 연소 배가스의 조성 변화 (중유 : 12.5 kg/시간, 첨가제 : A-3) 154

[그림 3-47] 연소 배가스의 조성 변화 (중유 : 12.5 kg/시간, 첨가제 : A-6) 155

[그림 3-48] 연소 배가스의 조성 변화 (중유 : 12.4 kg/시간, 첨가제 : A-2) 155

[그림 3-49] 연소 배가스의 조성 변화 (중유 : 12.5 kg/시간, 첨가제 : A-1) 156

[그림 3-50] 첨가제별 질소산화물의 농도 변화 156

[그림 3-51] 연소 배가스의 조성 변화-1 (0.2 톤/시간 보일러) 158

[그림 3-52] 연소 배가스의 조성 변화-2 (0.2 톤/시간 보일러) 158

[그림 3-53] 연소 배가스의 조성 변화-3 (0.2 톤/시간 보일러) 159

[그림 3-54] 연소 배가스의 조성 변화-4 (0.2 톤/시간 보일러) 159

[그림 3-55] 연소 배가스의 조성 변화-5 (0.2 톤/시간 보일러) 160

[그림 3-56] 연소배가스 중의 CO 농도 변화-1 (0.2 톤/시간 보일러) 161

[그림 3-57] 연소배가스 중의 CO 농도 변화-2 (0.2 톤/시간 보일러) 161

[그림 3-58] 분진 발생농도의 변화 (1.5 톤/시간 보일러) 162

[그림 3-59] 중유 분진의 입도분포-1 (1.5 톤/시간 보일러) 164

[그림 3-60] 중유 분진의 입도분포-2 (1.5 톤/시간 보일러) 164

[그림 3-61] 중유 분진의 입도분포 - 1 (0.2 톤/시간 보일러) 166

[그림 3-62] 중유 분진의 입도분포 - 2 (0.2 톤/시간 보일러) 167

[그림 3-63] Naphthenate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도 179

[그림 3-64] Acetylacetonate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도 180

[그림 3-65] 연소촉진제 종류별 분진 배출 농도 (1.5 톤/시간 보일러) 180

[그림 3-66] Fe 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도 182

[그림 3-67] Ba 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도 182

[그림 3-68] Ferrocene의 첨가량에 따른 분진 배출 농도 184

[그림 3-69] Iron Acetylacetonate의 첨가량별 분진 배출 농도 184

[그림 3-70] Calcium Naphthenate의 첨가량별 분진 배출 농도 185

[그림 3-71] Calcium Acetylacetonate의 첨가량별 분진 배출 농도 185

[그림 3-72] Acetylacetonate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도 187

[그림 3-73] Naphthenate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도 188

[그림 3-74] Acetylacetonate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도-1 188

[그림 3-75] Acetylacetonate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도-2 189

[그림 3-76] Naphthenate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도-1 189

[그림 3-77] Naphthenate 계열 유기금속화합물의 분진 배출 농도-2 190

표목차

〈표 1-1〉 유류 보일러의 먼지(Dust) 배출허용기준 24

〈표 1-2〉 중유보일러 배출먼지(Dust)의 성분 예 26

〈표 2-1〉 국내 중질유 연료첨가제 업체 32

〈표 2-2〉 Influence of additive on particulate emission and particle properties 33

〈표 2-3〉 중유첨가제 사용 전후의 연소성, NOx, Dust 배출 비교(일본 죽인염화) 33

〈표 2-4〉 Effects of Organic Additive Compounds on Combustion Emissions 35

〈표 2-5〉 Effects of Inorganic Additive Compounds on Combustion Emissions 37

〈표 2-6〉 Effects of Organometallic Additive Compounds on Combustion Emissions 38

〈표 3-1〉 중질유 중 무기원소의 존재범위 46

〈표 3-2〉 중질유 종류별 회분함량 46

〈표 3-3〉 중질유의 종류별 용도 49

〈표 3-4〉 연료의 비중별 탄소 및 수소 함량 50

〈표 3-5〉 탄화수소의 타입과 특징 50

〈표 3-6〉 중질유 연료첨가제의 사용목적에 따른 분류 55

〈표 3-7〉 중질유 연료첨가제의 종류별 분류 및 기능 55

〈표 3-8〉 중유 연소시 연료 첨가제(Fuel additive)에 의한 Dust발생 저감 57

〈표 3-9〉 비이온계면활성제의 종류 (1) 58

〈표 3-10〉 비이온계면활성제의 종류 (2) 59

〈표 3-11〉 음이온계면활성제의 종류 60

〈표 3-12〉 양이온계면활성제의 종류 61

〈표 3-13〉 대표적인 CWM 분산제 62

〈표 3-14〉 주요 청정제와 분산제 예 68

〈표 3-15〉 시료 중질유의 분석치 (S 0.3% 중유) 70

〈표 3-16〉 시료 중질유의 분석치 (S 1.0% 중유) 70

〈표 3-17〉 중유의 Asphaltene 및 잔류 불순물 함량 72

〈표 3-18〉 TLC의 시료 분석조건 72

〈표 3-19〉 TLC에 의한 B-C유(S 0.3 %)의 조성분석 73

〈표 3-20〉 TLC에 의한 B-C유(S 1.0 %)의 조성분석 74

〈표 3-21〉 테크노바이오사 제품(Power-Z)의 물성 76

〈표 3-22〉 연료첨가제의 원소분석 및 발열량 76

〈표 3-23〉 점도계의 주요 사양 81

〈표 3-24〉 분산제 종류에 따른 시료 중질유의 부위별 Asphaltene 함량 83

〈표 3-25〉 연료첨가제(A)의 물성 분석결과 92

〈표 3-26〉 연료첨가제(B)의 물성 분석결과 93

〈표 3-27〉 연로첨가제(A) 투입에 따른 LSWR의 물성변화 93

〈표 3-28〉 연료첨가제(B) 투입에 따른 중유의 물성변화 94

〈표 3-29〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 중유 분진의 물성변화 94

〈표 3-30〉 연료첨가제(A)의 내연기관 투입 효과 95

〈표 3-31〉 연료첨가제(B)의 공해 물질 저감 효과 96

〈표 3-32〉 연료첨가제(A)의 반응 효과 97

〈표 3-33〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 연료절감 효과 99

〈표 3-34〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (1) 101

〈표 3-35〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (2) 102

〈표 3-36〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (3) 103

〈표 3-37〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (4) 104

〈표 3-38〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (5) 105

〈표 3-39〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (6) 106

〈표 3-40〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (7) 107

〈표 3-41〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능변화 (8) 108

〈표 3-42〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 중유 보일러(40 T/H)의 성능 변화 109

〈표 3-43〉 연료첨가제(B) 투입에 따른 중유 보일러(30 T/H)의 열정산 비교 110

〈표 3-44〉 연료첨가제(B) 투입에 따른 중유 보일러의 성능 변화 111

〈표 3-45〉 연료첨가제(A) 사용 전, 후의 연료소모량 변화 및 연료 절감율 115

〈표 3-46〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 보일러의 성능 변화 117

〈표 3-47〉 연료첨가제(A) 투입에 따른 배가스 농도 변화 120

〈표 3-48〉 실험용 보일러설비(1.5 톤/시간)의 장치 구성 및 사양 126

〈표 3-49〉 실험용 보일러설비(0.2 톤/시간)의 주요 사양 128

〈표 3-50〉 분진 농도 측정 장치의 구성 및 사양 131

〈표 3-51〉 자동 분진 농도 측정 장치의 주요 사양 134

〈표 3-52〉 중유분진 저감 실험용 보일러의 측정 항목 및 측정 장치 135

〈표 3-53〉 중유 및 분진에 대한 물성분석 항목 136

〈표 3-54〉 연소 실험용 중유의 원소분석치 및 발열량 137

〈표 3-55〉 실험대상 연료첨가제 138

〈표 3-56〉 Power-Z 첨가제의 첨가량에 따른 Dust 발생 농도 141

〈표 3-57〉 Power-Z 첨가제의 시간경과에 따른 Dust 농도 142

〈표 3-58〉 연소배가스 온도 변화 143

〈표 3-59〉 연소배가스 중의 산소농도에 따른 Bacharach Smoke Number 비교 145

〈표 3-60〉 Bacharach Smoke Number 5에서의 과잉공기비 비교 145

〈표 3-61〉 Power-Z 투입 전후의 보일러 열정산 147

〈표 3-62〉 연료첨가제 투입에 따른 중유 분진의 입도 변화. (1.5 톤/시간 보일러) 165

〈표 3-63〉 연료첨가제 투입에 따른 중유 분진의 입도 변화. (0.2 톤/시간 보일러) 167

〈표 3-64〉 실험대상 연소촉진제(Organometallic compounds) 171

〈표 3-65〉 Solubility test용 유기용매 175

〈표 3-66〉 Organmetallic Compounds Solubility test 176

〈표 3-67〉 용매 100g당 녹는 유기금속화합물의 g수 (상온) 177

〈표 3-68〉 무기금속 화합물의 용해성 실험 177

〈표 3-69〉 Solubility of Acetylacetonates 178

〈표 3-70〉 연료첨가제에 의한 연료절감 요인별 연료 절감율 산정 193

〈표 4-1〉 계획(목표) 대비 달성도 203

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