KR101240549B1 - 석탄용 연소 성능 향상제 - Google Patents

Abstract

석탄용 연소 성능 향상제 및 이의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는, 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함한다.

Description

석탄용 연소 성능 향상제 {COMBUSTION EFFICIENCY IMPROVER FOR COAL}

본 발명은 석탄용 연소 성능 향상제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

석탄은 화석연료중 가장 오랫동안 사용되어왔고 그 부존량이 석유나 천연 가스에 비해 상대적으로 풍부하고 고르게 분포되어 있으며 비용이 저렴하기 때문에 새롭게 에너지원으로서 관심을 받고 있다. 하지만 단기적으로 석탄 이용의 급격한 확대가 어려운 이유는 고체 연료인 석탄이 액체 연료인 석유나 기체 연료인 천연 가스에 비해 상대적으로 열 효율이 떨어지고 배출되는 유해 가스의 양이 많기 때문이다. 즉, 석탄은 석유와 비교할 때, 소량의 휘발성 물질을 함유하는데 반해 많은 양의 고정탄소와 실리카, 알루미나, 티타니아 등의 회분을 함유하고 있어, 연소성이 낮고 완전 연소가 어려워 연소시 많은 양의 재가 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 선행기술문헌(한국공개번호: 10-2009-0013115)의 연료첨가제 조성물은 난방용, 산업용 보일러유, 운송기계의 엔진유 및 재생유 등의 액체화석연료에 사용되는 연료첨가제에 관한 것으로서, 구체적으로는 연료에 연소를 촉진시키는 조연성분을 첨가하여 완전연소를 유도하고 노(爐) 내에 발생하는 스케일 등의 불순물 생성을 억제하며, 또한 대기오염물질의 발생을 대폭 감소시킴으로써, 연소효율을 증진시킬 수 있는 연료첨가제를 개시하고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 연소효율을 상승시킬 뿐만 아니라, 배출되는 대기오염물질을 감소시켜 환경 오염을 방지하는 석탄용 연소 성능 향상제를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 연소효율을 상승시킬 뿐만 아니라, 배출되는 대기오염물질을 감소시켜 환경 오염을 방지하는 연료용 석탄 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 연소효율을 상승시킬 뿐만 아니라, 배출되는 대기오염물질을 감소시켜 환경 오염을 방지하는 석탄용 연소 성능 향상제의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는, 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물은, 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함하는 석탄용 연소 성능 향상제, 물 및 석탄을 포함하되, 상기 석탄용 연소 성능 향상제, 상기 물 및 상기 석탄의 중량비가 1:2-9:1000-3000이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제의 제조 방법은, 붕사가 용해된 물을 준비하는 단계 및 상기 물에 오존을 용해시켜 상기 물의 용존오존량을 100-200ppm으로 조정하는 단계를 포함한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 석탄의 연소효율을 상승시켜 같은 증기량을 얻는데 소요되는 석탄의 이용량을 절감시킬 수 있다.

또한, 석탄을 연료로 이용하는 보일러 내벽에 발생한 크링커를 제거하여 보일러의 열전도율을 높이고 보호막을 형성함으로써 보일러의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는, 석탄 연소시 발생하는 일산화탄소, 이산화탄소, 황산화물, 질산화물, 미연 탄소 등의 양을 감소시켜 환경오염을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는 분진 내의 유분 함유량을 감소시켜 집진기의 효율을 향상시키고 집진 설비를 축소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는, 석탄 연료 절감에 의한 연료 비용, 분진 처리 비용, 일산화탄소 및 이산화탄소 배출 대책 비용, 크링커 제거를 위한 비용, 크링커 제거를 위해 보일러 가동 중지에 따른 비용 및 환경 개선에 따른 부대 비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2은 실험예 1의 발전용 보일러에서 석탄에 석탄용 연소 성능 향상제를 투입하기 전후의 보일러효율을 비교한 그래프이다.
도 3는 실험예 1의 발전용 보일러에서 석탄에 석탄용 연소 성능 향상제를 투입하기 전후의 시간당 배기가스의 온도변화를 비교한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함한다.

오존수는 석탄의 연소시 대기 중의 산소 외에 추가적인 산소를 공급하기 위해 사용한다. 오존수에 포함되어 있는 오존은 하기 반응식 (1)과 같이 산소로 분해하여 석탄의 완전 연소를 도울 수 있다. 즉, 액상의 석탄용 연소 성능 향상제 내에서 오존이 산소로 분해되고, 석탄과 접촉되거나 매우 근접한 위치에 있는 산소 분자는 석탄과 쉽고 빠르게 반응하여 연료를 산화할 수 있다. 따라서, 오존수의 용존오존량이 높을수록 석탄 연소시 산소 공급에 유리할 수 있다.

2O₃ → 3O₂ ----------------- 반응식 (1)

일반적으로 100ppm 이상의 고농도 오존수 자체는 독성이 있어 취급에 어려움이 있는 것으로 받아들여지고 있다. 또한, 오존수에서 잉여오존가스가 발생하여 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 현재까지 100ppm 이상의 고농도 오존수는 오존가스가 유출되지 않도록 밀폐된 공간에서 반도체 세정 공정 등에 제한적으로만 이용된다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소 조건에서는 오존수 내의 오존이 빠르게 산소로 열분해되어 직접적으로 연소반응에 참여하기 때문에, 100ppm 이상의 고농도 오존수를 사용하더라도, 인체에 유해한 영향이 최소화되고, 오존가스의 외부유출을 방지하는 등 취급이 용이해진다. 이와 같이 100ppm 이상의 고농도 오존수의 처리가 가능해짐에 따라, 상기 반응식(1)에 따른 산소 공급이 더욱 원활해져서 석탄의 연소 효율을 더욱 개선할 수 있다.

한편, 100ppm 이상의 고농도의 오존수는 통상적인 환경에서 제조도 쉽지 않다. 그러나, 후술되는 본 발명의 일 실시예에 따른 염기성의 pH 환경 하에서는 오존의 용해도가 증가되므로, 100ppm 이상의 고농도의 오존수가 용이하게 제조될 수 있다.

한편, 오존수의 용존오존량이 지나치게 많은 경우, 오존수 내의 오존분자간의 반발력이 높아져 오존수에서 오존이 빠져나가기 쉽게 된다. 오존수에서 빠져나온 오존가스는 석탄용 연소 성능 향상제 용기 안의 압력을 증가시켜 용기의 보관 및 개폐가 용이하지 않게 한다. 오존수의 용존오존량이 200ppm 이하이면, 상기 언급된 단점들을 최소화되어, 그 취급에 유리할 수 있다.

오존수에 포함된 오존은 탄소 원자를 매개로 하여 산소로 분해될 수도 있다. 탄소 원자는 예컨대, 석탄으로부터 유래될 수 있다. 이때, 오존은 석탄의 탄소원자와 하기 반응식 (2) 내지 (4)와 같이 반응한다. 반응식 (2)에서 발생된 산소는 직접적으로 연소반응에 참여함으로써 석탄의 연소 효율을 높이는 기능을 수행할 수 있다. 반응식 (3)에서 오존이 생성되지만, 여기서 생성된 오존은 다시 반응식 (2) 내지 (4)의 반응으로 산소 또는 이산화탄소로 전환될 수 있다. 전체적인 순환 반응이 진행되면서 오존은 탄소와 반응하여 이산화탄소 및 산소를 생성할 수 있다. 오존의 몰수가 감소하는 방향으로 반응이 진행되어 오존가스의 외부유출을 방지할 수 있다.

2O₃ + 2C → 2CO₂ + 0₂ ----------------- 반응식 (2)

2O₃ + C → CO₂ + 20₃ ----------------- 반응식 (3)

2O₃ + C → 3CO₂ + C ----------------- 반응식 (4)

더 나아가, 탄소를 매개로 하는 상기 (2) 내지 (4)의 반응은 발열 반응으로서, 보일러 내부의 온도를 증가시켜 석탄의 연소 효율을 개선할 수 있다.

오존수에 포함된 오존은 망간을 촉매로 하여 산소로 분해될 수도 있다. 상기 망간은 망간 화합물, 예컨대 수산화망간이나 이산화망간의 첨가에 의해 공급될 수 있다. 따라서, 오존은 망간 화합물의 존재 하에, 예컨대 약 50℃-150℃의 온도에서 산소로 분해되어 오존가스의 외부 유출을 방지함과 동시에, 직접적으로 연소반응에 참여함으로써 석탄의 연소 효율을 높이는 기능을 수행할 수 있다.

오존수 내의 오존은 적어도 상술한 3가지 분해 메커니즘, 즉 열분해, 탄소를 매개로 한 분해 및 망간을 촉매로 한 분해를 통하여 산소로 분해될 수 있다. 상기 3가지 분해 메커니즘은 각각 분해 속도 또는 적용 온도가 상이하다. 예컨대, 열분해는 연소 온도 10℃씩 높아질수록 분해 속도가 약 2배씩 증가할 수 있고, 탄소를 매개로 한 분해는 본 발명의 일 실시예인 석탄용 연소 성능 향상제와 석탄과의 접촉면적이 증가되면 분해 속도도 증가될 수 있으며, 망간을 촉매로 한 분해는 50℃-150℃ 온도 범위에서 가장 활발하고 빠르게 오존을 산소로 분해할 수 있다. 따라서, 필요한 연소 상황에 맞추어 위의 3가지 분해 메커니즘을 조절하여 연소 속도 또는 연소 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 저온연소가 필요한 공정에서는 석탄에 복수개의 구멍을 뚫어 표면적을 증가시키고 다른 조성물에 비해 망간 화합물을 더 투입할 수 있다. 반대로, 고온연소가 필요한 공정에서는 석탄의 표면적 및 망간 화합물의 투입량을 최소화 할 수 있다.

과산화수소는 하기 반응식 (5)의 반응으로 오존수와 같이 석탄의 연소시 산소를 공급하여 연소를 촉진시킬 수 있다. 이 때, 과산화수소는 망간을 촉매로 하여 산소로 분해될 수 있다. 상기 망간은 망간 화합물, 예컨대 수산화망간이나 이산화망간의 첨가에 의해 공급될 수 있다.

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ (Mn이 촉매로 작용) ----------------- 반응식 (5)

과산화수소 분해 메커니즘 역시 위의 오존 분해 메커니즘과 같이 산소를 생성하는 메커니즘으로서, 연소 프로파일을 구성하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 저온연소가 필요한 공정에서 망간 화합물이 많이 들어가게 된다면, 과산화수소 분해 반응시 촉매가 증가하는 것이 되므로, 과산화수소가 더 활발하게 산소로 분해될 수 있다.

망간 화합물은 전술한 바와 같이 상기 반응식 (5)의 과산화수소의 분해 반응시 촉매로 작용할 수 있다. 망간 화합물은 수산화망간 및 이산화망간 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 또한, 망간 화합물을 투입하지 않은 일반적인 연소에서는 석탄을 750-800℃의 고온에서 CO₂와 H₂O로 산화시켜야 하지만, 망간 화합물을 투입한 연소 반응에서는 석탄을 200℃이하의 저온에서 CO₂와 H₂O로 산화시킬 수 있다. 따라서, 낮은 온도에서 산화반응을 하기 때문에 연소시 소모되는 연료량이 작을 수 있다.

트리에탄올아민은 계면활성제로서, 첨가물의 용해도를 높이고 알칼리성 화합물의 부식성을 방지할 수 있다. 또한, 트리에탄올아민은 오존수 내의 오존과 반응하여 트리에탄올아민 산화물이 생성될 수 있다. 즉, 산소라디칼이 트리에탄올아민에 고정됨으로써 석탄용 연소 성능 향상제가 석탄에 투입되어 연소되기 전에 산소가 액상에서 빠져나가지 않게 하는 작용을 할 수 있다.

알칼리 금속 화합물, 예컨대 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 및 수산화리튬 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물은 석탄 내 유기 구조를 붕괴시켜 석탄을 다공질로 만들어 산소를 포함한 첨가물들이 석탄의 표면에 부착할 수 있게 한다. 즉, 강한 반응력을 가진 알칼리 금속 화합물은 수증기와 함께 석탄의 활성 사이트를 증가시켜 산소 등의 첨가물들이 석탄과의 접촉을 용이하게 할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 화합물은 황산가스와 결합하여 황을 제거하는 기능도 수행할 수 있다. 구체적으로, 나트륨(Na)은 기체상태의 아황산가스(SO₂)와 결합하여 고체상태의 황산나트륨(Na₂SO₄)으로 유도됨으로써 배기 가스 중의 황 성분을 제거할 수 있다.

붕사도 황을 제거하여 연소를 촉진시킬 수 있다. 붕사가 황을 제거하는 메커니즘은 아래 반응식 (6)과 같다.

S0₂ + H₂O + O → H₂SO₄ + NaB₄0₇10H₂O → Na₂SO₄ + B₄O₇10H₂O ------------ 반응식 (6)

또한, 붕사는 알칼리 금속 화합물과 함께 보일러 내벽에 유리질 형태의 피막을 형성하여 스케일 및 부식을 방지할 수 있다. 즉, 본원 발명의 석탄용 연소 성능 향상제는 상온에서는 액체이지만 600℃이상의 고온가열을 하면 분말 형태의 입자로 변하게 되는데, 이렇게 변한 입자는 금속성분이나 내화 몰타르 석탄의 회분과는 융착하지 않고 박리되는 물질이다. 따라서, 본원 석탄용 연소 성능 향상제의 분말 입자는 석탄의 회분과 함께 노벽에 활착하면서 회분 및 금속성분과 반응하여 석화되지 않고 박리시키는 역할을 하게 됨으로써 클링커가 성장하지 않고 탈착될 수 있다. 또한, 본원 석탄용 연소 성능 향상제는 이를 투입하기 전에 이미 생성되어 있는 클링커에도 침투하여 균열을 발생시켜 클링커가 붕괴되기 쉽게 할 수 있다. 따라서, 보일러 내의 온도가 상승하고, 연소 장비 및 부속 설비의 수명이 연장되는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는 상기 오존수의 함량이 39 내지 70 중량%이고, 상기 과산화수소의 함량은 4 내지 14 중량%이고, 상기 망간 화합물의 함량은 0.0001 내지 0.001 중량%이고, 상기 트리에탄올아민의 함량은 8 내지 20 중량%이고, 상기 알칼리 금속 화합물의 함량은 8 내지 20 중량%이며, 상기 붕사의 함량은 8 내지 20 중량%일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는 비중이 1.1-1.25이고, pH가 12-13.5일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제의 비중은 주로 분자량이 가장 큰 트리에탄올아민과 붕사의 투입량에 의하여 조정될 수 있다. 다만, 트리에탄올아민 또는 붕사의 투입량이 많아 비중이 1.25를 초과한다면 트리에탄올아민 및 붕사를 제외한 조성물의 함량이 감소되어 산소 공급 측면이나 석탄의 표면적 증가 측면에서 불리할 수 있다. 또한, 트리에탄올아민 또는 붕사의 투입량이 작아 비중이 1.1 미만이라면 트리에탄올아민 또는 붕사의 중량비가 감소되어 황 제거 또는 보일러 부식 방지 기능을 적절하게 수행하지 못함으로써 불리할 수 있다. 따라서, 황 제거 및 부식 방지 기능과 산소 공급 및 석탄의 표면적을 증가 기능을 모두 적절하게 나타낼 수 있도록 연소 상황에 맞게 비중을 1.1 내지 1.25 사이에서 조정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제의 pH는 주로 알칼리성 금속 화합물에 의하여 조정될 수 있다. 예컨대, OH기를 포함하고 있는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 투입량에 의하여 조정될 수 있다. 다만, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 투입량이 많아 pH가 13.5를 초과한다면 보일러가 쉽게 부식 될 수 있다. 또한, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 투입량이 작아 pH가 12 미만이라면 황의 제거 및 석탄의 표면적 증가 기능뿐만 아니라 클링커 제거 기능을 수행하기 어렵게 될 수 있다. 따라서, 황의 제거 및 석탄의 표면적 증가 기능뿐만 아니라 보일러의 부식을 방지하고 클링커 제거 기능을 모두 적절하게 나타낼 수 있도록 연소 상황에 맞게 pH를 12 내지 13.5 사이에서 조정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는 높은 염기성의 물질임에도 보일러 부식 등의 손상을 주지 않는 특징이 있다. 이는 트리에탄올아민이 알칼리성 금속 화합물의 부식을 방지하는 역할을 수행하기 때문이며, 트리에탄올아민과 알칼리성 금속 화합물의 중량비가 약 8-20:8-20, 바람직하게는 약 1:1일 때 보일러 등의 설비에 손상이 없을 수 있다.

삭제

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제는 연소를 돕는 산소원으로서 오존수와 과산화수소를 모두 포함한다. 오존수에 의한 산소의 발생과 과산화수소에 의한 산소의 발생은 그 메커니즘이 상이하고, 최적의 공정조건도 상이하다. 더 나아가, 오존수에 의한 산소의 발생도 최적 공정조건이 상이한 적어도 3가지 이상의 서로 다른 메커니즘에 의하게 된다. 최적 공정조건이 상이한 다양한 메커니즘을 통해 산소를 발생시킨다는 것은 연소 속도나 효율을 조절할 수 있음은 물론, 다양한 환경에서도 산소의 효과적인 생성이 가능하다는 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 석탄 연소 환경이 바뀌거나 서로 다른 공정 설비에서도 효과적으로 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제를 포함하고 있기 때문에, 이하 차이점을 위주로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물은 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함하는 석탄용 연소 성능 향상제, 물 및 석탄을 포함하되, 석탄용 연소 성능 향상제, 물 및 석탄의 중량비가 1:2-9:1000-3000이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물의 물은 용존산소량이 80-120ppm일 수 있다. 따라서, 석탄용 연소 성능 향상제 내의 오존수 및 과산화수소와 함께 물 내의 산소는 직접적으로 연소반응에 참여함으로써 석탄의 연소 효율을 높이는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물의 석탄용 연소 성능 향상제는 오존수의 함량이 39 내지 70 중량%이고, 과산화수소의 함량은 4 내지 14 중량%이고, 망간 화합물의 함량은 0.0001 내지 0.001 중량%이고, 트리에탄올아민의 함량은 8 내지 20 중량%이고, 알칼리 금속 화합물의 함량은 8 내지 20 중량%이며, 붕사의 함량은 8 내지 20 중량%일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물의 석탄용 연소 성능 향상제는 비중이 1.1-1.25이고 pH가 12-13.5일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물의 알칼리 금속 화합물은 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 및 수산화리튬 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물의 망간 화합물은 수산화망간 및 이산화망간 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료용 석탄 조성물의 석탄은 유연탄, 무연탄, 갈탄, 이탄, 아탄 및 역청탄 중에서 선택되는 하나 이상의 석탄일 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제의 제조방법에 대해 설명한다.

먼저, 불순물이 10ppb이하인 물을 준비한다(s10). 이 때, 불순물이란 물(H₂O)를 제외한 모든 물질을 총칭한다. 즉, 순수(pure water)상태에 가깝게 만들기 위하여, 물을 먼저 필터로 여과하여 먼지등을 제거하고, 이온교환수지 또는 반투막에 통과시켜 불순물의 농도를 10ppb이하로 떨어뜨릴 수 있다.

다음으로, 상기 불순물이 제거된 물을 40-80℃로 가열할 수 있다(s20). 이어, 붕사를 용해시킨다(s30). 물이 상기 온도로 가열되면 붕사의 용해도가 높아진다.

이 후에, 알칼리 금속 화합물을 용해시킨다(s40). 이어, 물을 12-20℃로 냉각할 수 있다(s50). 물을 냉각시키는 이유는 용매의 온도가 낮을수록 기체(용질)의 용해도가 높아지기 때문이다.

다음으로, 오존을 물에 용해시켜 물의 용존오존량을 100-200ppm으로 조정한다(s60). 이 단계는 공기가 지나가는 관에 단파장 자외선을 입사시켜 상기 공기 중의 산소를 오존으로 변환하는 단계 및 상기 공기를 상기 물에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 단파장 자외선을 사용하는 이유는 자외선 영역 중에서 파장이 짧은 쪽이 오존을 잘 생성하기 때문이다.

다음 단계에서는, 물에 과산화수소를 용해할 수 있다(s70). 다음으로, 트리에탄올아민을 용해할 수 있다(s80). 이어, 망간 화합물을 용해할 수 있다(s90).

이하, 실험예들을 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이는 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐, 이로 인해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다.

<제조예>

하기 표 1의 조성을 갖는 석탄용 연소 성능 향상제를 제조하였다. 구체적인 제조 방법은 다음과 같았다.

먼저, 물을 먼지 필터, 이온교환수지 및 반투막에 통과시켜 준비한 불순물의 농도 10ppb이하의 물 7.3톤을 보일러에서 65℃로 가열하여 제1 반응조에 넣었다.

1130kg의 붕사를 투입하고 65℃를 유지한 상태에서 물을 교반하여 완전 용해하였다.

계속 온도를 유지하고 교반하면서 수산화나트륨 1444kg을 넣고 용해하였다.

이 용액을 3시간에 걸쳐 20℃까지 냉각하였다

수온을 20℃를 유지하면서, 파장 165nm의 자외선을 조사하는 유리관에 산소를 통과시켜 발생시킨 오존을 반응조에 공급, 용해하여 용존오존량이 120ppm인 오존수를 만들었다.

이어서, 과산화수소 524kg을 가하고 다시 트리에탄올아민을 1070kg 투입하고 2시간 교반한 후, 마지막으로 수산화망간 화합물 32g을 첨가하여 비중이 1.15이고 pH가 13.2인 석탄용 연소 성능 향상제를 제조하였다.

제조예의 조성비

품 목	수 량(Kg)	중량%
붕사	1,130	9.85%
수산화나트륨	1,444	12.59%
과산화수소	524	4.56%
Triathanolamine	1,070	9.33%
물 (오존수)	7,300	63.67%
수산화망간	0.032	0.0003%
총중량	11468.032	100%

<실험예 1> 발전용 보일러에서의 보일러 효율 및 배기가스 온도 측정 시험

상기 제조예에 따라 제조된 석탄용 연소 성능 향상제를 발전용 보일러에 투입하고, 투입 전후의 보일러 효율을 비교하였다. 구체적으로, 위의 석탄용 연소 성능 향상제는 발전용 보일러의 석탄 투입구 부분에서 물과 혼합되고, 자동분사장치에 의하여 석탄 이송 컨베이어 벨트상에서 액체상태로 분사되어 이송 중인 석탄에 고르게 섞이도록 하였다. 위의 석탄용 연소 성능 향상제, 물 및 석탄의 중량비가 1:2-9:1000-3000이 되도록 조정하였다.

이 발전용 보일러에서의 시험 결과를 나타낸 그래프는 도 2에 나타나 있다. 도 2에서 그래프의 가로축은 위의 석탄용 연소 성능 향상제의 사용 전과 사용 후를 구별한 것이고, 세로축은 보일러의 효율을 나타낸 것이다. 보일러의 효율은 아래와 같은 식에 의하여 구하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄용 연소 성능 향상제를 사용하기 전에는 보일러 효율이 77.80%에 그쳤지만, 사용한 후에는 보일러 효율이 87.98%로 현저하게 상승하였다.

또한, 도 3은 본 실험의 발전용 보일러에 석탄용 연소 성능 향상제를 투입하기 전후의 시간당 배기가스의 온도변화를 비교한 그래프이다. 도 3에서 명확하게 나타나는 것과 같이, 석탄용 연소 성능 향상제를 투입 후 3시간 이후부터 이를 투입하지 않았을 때와 비교하여 배기가스의 온도가 높아진 것을 확인할 수 있다.

<실험예 2> 부식성 측정 시험

항온조에서 55℃로 유지한 석탄용 연소 성능 향상제 (제조예에서 제조한 석탄용 연소 성능 향상제에서 pH만 13.4로 높임) 4,000 cm3에 미리 무게를 측정해 둔 50× 20mm의 철편을 담그고 1주일간 유지하였다. 1주일 후에 철편의 무게를 측정하고 침식도를 구하였다. 여기서 침식도가 연간 6.25mm를 초과하면 “부식성 있음”으로 판정한다. 본 실험에서 석탄용 연소 성능 향상제의 pH는 13.4로 강염기성이나 부식시험의 침식도는 0mm으로 "부식성 없음"이 판정되었다.

Claims (20)

1. 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함하되,
   상기 석탄용 연소 성능 향상제에 대하여 상기 오존수의 함량은 39 내지 70 중량%이고, 상기 과산화수소의 함량은 4 내지 14 중량%이고, 상기 망간 화합물의 함량은 0.0001 내지 0.001 중량%이고, 상기 트리에탄올아민의 함량은 8 내지 20 중량%이고, 상기 알칼리 금속 화합물의 함량은 8 내지 20 중량%이며, 상기 붕사의 함량은 8 내지 20 중량%이고,
   상기 석탄용 연소 성능 향상제는 비중이 1.147-1.157이고, pH가 12-13.5인 석탄용 연소 성능 향상제.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 알칼리 금속 화합물은 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 및 수산화리튬 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 석탄용 연소 성능 향상제.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 망간 화합물은 수산화망간 및 이산화망간 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 석탄용 연소 성능 향상제.
6. 삭제
7. 용존오존량이 100-200ppm인 오존수, 과산화수소, 망간 화합물, 트리에탄올아민, 알칼리 금속 화합물 및 붕사를 포함하는 석탄용 연소 성능 향상제;
   물; 및
   석탄을 포함하되,
   상기 석탄용 연소 성능 향상제, 상기 물 및 상기 석탄의 중량비가 1:2-9:1000-3000이되,
   상기 물은 용존산소량이 80-120ppm이고,
   상기 석탄용 연소 성능 향상제는 상기 오존수의 함량이 39 내지 70 중량%이고, 상기 과산화수소의 함량은 4 내지 14 중량%이고, 상기 망간 화합물의 함량은 0.0001 내지 0.001 중량%이고, 상기 트리에탄올아민의 함량은 8 내지 20 중량%이고, 상기 알칼리 금속 화합물의 함량은 8 내지 20 중량%이며, 상기 붕사의 함량은 8 내지 20 중량%이며,
   상기 석탄용 연소 성능 향상제는 비중이 1.147-1.157이고, pH가 12-13.5인 연료용 석탄 조성물.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 7항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 화합물은 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 및 수산화리튬 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 연료용 석탄 조성물.
13. 제 7항에 있어서,
    상기 망간 화합물은 수산화망간 및 이산화망간 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 연료용 석탄 조성물.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

Images