KR101030301B1 - 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소기관 세정 및 연소 효율증진 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질산암모늄, 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산망간 및 물을 함유하는 세정용 조성물에 있어서, 상기 세정용 조성물은 정제수 100 중량부에 대하여, 질산암모늄와, 질산망간, 질산구리, 질산아연, 질산칼륨, 질산바륨, 질산마그네슘 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 질산염형태 전이금속화합물과, 글루코스아민, 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 다이에탄올아민(Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필하이드로크로라이드 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 아민과, 붕산과, 우레아와, 계면활성제의 혼합으로 조성하여, 보일러 및 열교환기 등의 연소과정에서 발생하는 슈트, 슬래그, 크랭커, 회분, 산화물 등을 제거하여 운전을 원활히 할 수 있도록 하는 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물에 관한 것이다.
연소기관, 세정, 질산암모늄, 연소효율, 전이금속, 계면활성제
Description
본 발명은 질산암모늄을 주 원료로 하고, 여기에 질산화합물을 첨가하여 제조하는 액상 세정제로서 버너, 보일러 및 열교환기 등에서 연소과정에서 발생하는 슈트, 슬래그, 크랭커, 회분, 산화물을 제거하여 연소기관의 운전이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물에 관한 것이다.
최근 고상, 액상, 기상연료를 사용하는 보일러 및 가열로에 생성되는 슈트, 슬래그, 크랭커, 회분, 산화물을 제거하는 기술은 보일러 및 가열로의 가동 중단이 없이 진행될 수 있고 제거 후 오염물의 발생이 지연될 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.
그러나 종래의 슈트, 슬래그, 크랭커, 회분, 산화물 제거기술은 가동 중단 후 작업자들에 의한 기계적인 처리를 통하여 슈트를 제거하는 기술로써 보일러의 가동 중단이 요구되며, 이외에 기계적인 방법으로 사람이 직접 기계적 마찰을 이용 하여 제거하였다. 특히, 보일러 및 가열로의 조업 중단은 전체 공정의 조업이 중단되므로 인하여 내부에 발생된 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물에 의한 연소효율 및 열전달 효율 감소에도 불구하고 계속적인 조업을 이루어졌다.
따라서, 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 보일러 및 가열로에서 운전의 중단이 없이 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물을 제거할 수 있는 기술의 요구가 시급한 실정이다.
그리고 종래기술로서, 등록특허 10-0686361의 경우 세정제 사용후 연소기기 표면 및 배기가스 접촉 시설물에 부식 문제점이 발생하여 적용시 주의가 요구되고 있으며, 본 발명의 기술적 구성요소의 다이에탄올아민(DEA), 에탄올아민(EA), 우레아 성분을 함유하고 있지 않은 관계로 부식이 발생하는 문제를 갖고 있었다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해, 보일러 및 가열로에서 운전의 중단이 없이 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물을 제거할 수 있고, 다이에탄올아민DEA), 에탄올아민(EA), 우레아의 사용에 의하여 연소기기 및 후처리 장치내부 존재하는 황산화물을 중화하여 부식의 문제를 해결하며, 연돌에서의 NOx 증가를 방지 할 수 있는 세정기능의 화학조성물을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질산암모늄; 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산망간 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 질산염형태 전이금속화합물; 및 물을 함유하는 세정용 조성물에 관한 것으로,
상기 세정용 조성물은 정제수 100 중량부에 대하여,
질산암모늄 35 ~ 95 중량부와,
질산망간, 질산구리, 질산아연, 질산칼륨, 질산바륨, 질산마그네슘 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 질산염형태 전이금속화합물 0.5 ~ 50 중량부와,
글루코스아민, 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 다이에탄올아민(Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필하이드로크로라이드 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 아민 0.1 ~ 5 중량부와,
붕산 0.001 ~ 1 중량부와,
우레아 1 ~ 60 중량부와,
계면활성제 0.002 ~ 10 중량부의 혼합으로 조성되는 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물을 주요 기술적 구성으로 한다.
이하, 상기의 기술적 구성에 대해 상세히 살펴보고자 한다.
대부분의 침적물은 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물의 혼합물이며, 이중 무기물이 슈트와 함께 고화되어 각종 장치에 침적되어 문제를 발생시키게 된다. 또한 침적물은 연소과정에서 발생하는 산성가스에 의하여 산성을 나타내게 된다.
따라서 알카리성인 암모늄에 의하여 내부에 침적된 슈트와 무기물의 혼합물 중 무기물이 중화되어 슈트와 분리가 일어나며, 또한 연소로 내부 장치와의 분리도 발생하게 되어 제거가 이루어진다. 그리고 액상의 세정용 조성물에 암모늄 형태의 무기물을 첨가하여 암모늄에 의한 중화와 질산기의 반응에 의한 무기물의 제거가 일어나며, 전이금속 및 무기물이 질산과 반응된 형태인 질산망간, 질산아연, 질산칼륨, 질산구리, 질산마그네슘, 질산바륨 등과 혼합하므로써 질산무기물의 질산기와 침적물 중의 무기물과의 반응에 의한 이온교환이 이루어져 침적된 무기물이 제거되고 보일러 및 가열로 내부에 칼륨, 망간, 아연, 마그네슘, 구리, 바륨 등이 존재하게 된다. 이러한 전이금속은 침적물과 반응하여 새로운 화합물을 생성 제거시키며, 재생성을 방지 및 지연시켜 주는 것이다.
본 발명의 세정용 조성물을 구성하는 성분들에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상기 정제수는 세정용 조성물로 제형화되는 각종 성분들을 용해시키는 역할을 하는 용매이다.
상기 질산암모늄은 중화능력으로 연소기관 내부에 침적된 각종 무기물의 중화작용을 이루므로써 슈트와 무기물의 혼합상태로 침적된 고상 침적물질의 분해를 이루어 내부에 형성된 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물의 혼합물을 아무런 지장 없이 제거하는 역할을 하는 것으로, 정제수 100 중량부에 대하여 35중량부 미만으로 사용하는 경우에는 질산암모늄 함량의 부족으로 인하여 중화작용이 부족하여 고형물의 제거 효과가 저하될 우려가 있고, 95중량부를 초과하게 되는 경우에는 중화작용의 증가로 고형물의 제거 효과가 향상되지만 기타 다른 성분의 함량 부족으로 인하여 세정력 등이 저하할 우려가 있으며, 우레아의 함량 감소로 인하여 질소화합물의 배출이 급격히 증가하게 되는 문제가 발생하게 되므로, 상기 질산암모늄은 정제수 100 중량부에 대하여 35 ~ 95 중량부의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 질산염형태 전이금속화합물은 질산망간, 질산구리, 질산아연, 질산칼륨, 질산바륨, 질산마그네슘 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것이다.
상기 질산염형태 전이금속화합물은 전이금속 Mg, K, Mn, Cu, Zn 또는 Ba과 결합된 화합물로서, 그 사용량이 0.5 중량부 미만인 경우에는 슈트에 대한 세정기능을 충분히 발휘하지 못할 우려가 있고, 50 중량부를 초과하여 사용하게 되는 경 우에는 암모늄의 부족으로 인한 중화작용이 감소하여 세정력이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 질산염형태 전이금속화합물은 정제수 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 50중량부의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 질산망간은 보일러 및 가열로 내부에서 중화반응으로 인하여 물질의 제거를 도우며, 생성된 망간 화합물은 산화물 형태를 나타낸다.
그리고, 가장 다양한 산화가를 지닌 망간은 산화촉매로 작용하여 슈트 및 탄화수소류의 연소를 발생시킨다. 따라서 망간에 의하여 슈트의 제거가 촉진되며, 이는 망간암모에 의하여도 동일한 작용이 나타난다. 또한 처리후 생성된 망간화합물 중 일부는 표면에 점착되어 슈트 및 탄화수소류의 산화를 촉진시켜 발생시키므로써 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물의 혼합물의 침적속도를 늦추게 된다.
상기 질산구리는 질산망간과 동일한 효과를 나타내는 것으로, 망간과 구리를 혼합하여 사용하게 되는 경우에는 상기 제시한 질산망간의 기능에 대한 시너지 효과를 갖게 된다.
상기 질산마그네슘은 주입후 마그네슘으로 전화되어 고상 및 액상연료의 회분 중 가장 많이 함유된 중금속인 바나듐과 혼합되어 부식성을 지닌 바나듐의 융점을 상승시켜 바나듐과 마그네슘의 혼합물을 형성하여 연소기관 밖으로 배출된다.
상기 아민은 글루코스아민, 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 다이에탄올아민(Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필하이드로크로라이드 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것으로, 0.1 ~ 5중량부의 범위를 벗어나는 경우에는 부식발생문제의 해결 기능이 떨어질 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 붕산은 지연제의 작용을 갖고 있는 것으로, 0.001 중량부 미만으로 사용하게 되는 경우에는 이와 같은 붕산의 기능이 떨어지고, 1 중량부를 초과하게 되는 경우에는 본 발명의 목적달성에 어려움이 있으므로, 상기 붕산은 정제수 100 중량부에 대하여 0.001 ~ 1 중량부의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 우레아는 본 발명에서 사용되는 대부분의 성분이 질소화합물이고 연소가 일어나는 상태인 고온에서 사용되므로 인하여 발생되는 질소화합물의 대기 중 방출을 억제하는 역할을 하는 것으로, 액상 세정제의 사용에 따라 발생하는 부가적인 문제를 해결하고자 첨가하게 된다.
즉, 본 발명의 조성물 중 대부분은 질산 및 암모늄 형태의 질소화합물이다. 따라서 보일러 및 가열로의 운전 중 고온의 상태에서 NOx와 같은 질소화합물의 배출이 발생하게 되며, 이를 억제하고 중화배출시키기 위해 첨가한다. 또한 전이금속화합물의 촉매로 작용하여 배출 질소화합물을 중화저감시켜 배출하게 된다.
상기 우레아의 사용량이 1 중량부 미만인 경우에는 질소화합물의 배출이 급격히 증가되며, 60 중량부를 초과할 경우에는 우레아의 함량 과다로 인해 세정효과가 저해될 우려가 있으므로, 정제수 100 중량부에 대하여 우레아 1 ~ 60 중량부의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 계면활성제는 붕사, 유기산, 스테아린산, 폴리알콜 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것으로, 세정제 성분의 혼합을 증진시키며 성분이 세정제내에서 침전이 발생하여 가라앉는 것을 방지하여 주기 때문에 세정제 각 성분이 고른 분산되도록 하는 역할을 한다.
상기 계면활성제는 정제수 100 중량부에 대하여 0.002 ~ 10 중량부의 범위 내에서 사용하는 것으로, 그 사용량이 0.002 중량부 미만인 경우에는 계면활성제의 함량 부족으로 인해 세정제가 충분하게 분산되지 아니하여 세정효과의 감소 현상이 발생될 우려가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 계면활성제의 함량 과다로 인하여 상대적으로 다른 성분들의 사용량이 감소하여 다른 기능의 저하가 우려됨으로 상기 계면활성제는 정제수 100 중량부에 대하여 0.002 ~ 10 중량부의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물은 세정력 증가의 목적을 달성하기 위하여 아세테이트와 결합된 망간아세테이트, 아연아세테이트, 구리아세테이트의 전이금속화합물을 추가로 함유할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 연소기관의 연소효율 증진·세 정용 조성물은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째. 질산암모늄을 주 기재로 함에 따라 보일러 및 가열로 내부의 모든 표면에 발생하는 침적물을 중화시킴으로써 침적물을 제거효율을 높여, 연소 효율증진을 증진시키고 연소로의 원활한 조업을 이룰 수 있다.
둘째. 질산망간, 질산구리의 사용에 의하여 카본 및 탄화수소의 산화효과, 질산마그네슘의 사용에 의한 바나듐의 융점 상승 및 배출 효과를 거둘 수 있으며, 우레아의 사용에 의한 질소화합물의 정화 효과가 있다.
셋째. 본 발명의 화학조성물의 주입 살포를 위한 별도의 설비를 보일러에 설치하고 이를 통하여 보일러 내부에 화학조성물을 주입함으로써 발생된 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물을 제거할 수 있으며, 보일러의 조업 중단시에도 작업자들의 수작업에 의한 본 발명의 화학조성물 살포함으로써 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물의 제거에 따른 세정 목적을 달성할 수 있다.
넷째. 기존 등록특허 10-0686361호의 세정제의 단점인 부식발생문제를 다이에탄올아민(DEA), 에탄올아민(EA), 우레아 사용에 따라 질소산화물의 중화작용에 의해 해결하였다.
이하, 본 발명에 따른 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물에 대한 구체적인 기술 구성을 실시 예를 통해 제시하고자 한다.
| 성 분 | 실시 예 1(단위:중량부) | 실시 예 2(단위:중량부) |
| 정제수 | 100 | 100 |
| 질산암모늄 | 39 | 35 |
| 질산망간 | 5 | 4 |
| 질산구리 | 3 | 4 |
| 질산마그네슘 | 10 | 8 |
| 질산칼륨 | 2 | 4 |
| 우레아 | 20 | 19 |
| 트리에탄올아민 | 1 | 2 |
| 붕산 | 1 | 1 |
| 붕사 | 1 | 1 |
상기 실시 예 1의 조성비에 따라 조성된 세정용 조성물의 세정효과에 대해서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 세정제의 사용에 의하여 연소기기내의 운전온도가 감소함으로부터 가열로 표면에 침적된 침적물이 제거되므로써 열전달율이 증가되고 이에 따라 연소효율이 증가됨을 알 수 있다.
그리고, 상기 실시 예 2의 조성비에 따라 조성된 세정용 조성물의 세정효과에 대해서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 세정제의 사용에 의하여 연소기기의 연소가스의 출구인 대류부 온도가 세정제 투입과 동시에 급격히 감소되어 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 온도의 감소는 열전달 효율의 증가로 연소기기의 연소효율이 증가하고 있음을 알 수 있다. 또한 이로부터 세정제 사용후 24시간이내에 완전한 세정이 일어남을 알 수 있다. 즉, 가열로 표면에 침적된 침적물이 제거되므로써 열전달율이 증가되고 이에 따라 연소효율이 증가됨 을 알 수 있다.
상기 도1 과 도2에 의하여 본 발명에서 제시하는 세정제 조성에 의하여 연소기기의 침적물이 제거되어 세정이 이루어지고 이에 따라 연소효율이 급격히 증진되는 효과가 있음을 알 수 있다.
실시 예 3 : 실시 예 1의 세정용 조성물의 제조
정제수 100 kg을 혼합용기에 넣은 후 질산암모늄 39 kg, 질산망간 5 kg, 질산구리 3 kg, 질산마그네슘 10 kg, 질산칼륨 2 kg, 우레아 20 kg, 트리에탄올아민 1 kg, 붕산 1 kg, 붕사 1 kg을 투입하고 120 rpm의 속도로 4시간 교반한 후 여과지를 이용하여 정제수에 용해되지 않은 불순물 등을 분리하여 세정제를 제조한다.
실시 예 4 : 실시 예 2의 세정용 조성물의 제조
정제수 100 kg을 혼합용기에 넣은 후 질산암모늄 35 kg, 질산망간 4 kg, 질산구리 4 kg, 질산마그네슘 8 kg, 질산칼륨 4 kg, 우레아 19 kg, 트리에탄올아민 2 kg, 붕산 1 kg, 붕사 1 kg을 투입하고 120 rpm의 속도로 4시간 교반한 후 여과지를 이용하여 정제수에 용해되지 않은 불순물 등을 분리하여 세정제를 제조한다.
제 1도는 본 발명의 실시 예 1의 세정용 조성물에 따른 세정효과 온도감소에 따른 침적물 제거 특성을 보인 그래프.
제 2도는 본 발명의 실시 예 2의 세정용 조성물에 다른 세정효과 온도감소에 따른 침적물 제거 특성을 보인 그래프.
Claims (3)
- 질산암모늄; 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산망간 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 질산염형태 전이금속화합물; 및 물을 함유하는 세정용 조성물에 있어서,상기 세정용 조성물은 정제수 100 중량부에 대하여,질산암모늄 35 ~ 95 중량부와,질산망간, 질산구리, 질산아연, 질산칼륨, 질산마그네슘 중 선택되는 어느 3종 이상의 혼합인 질산염형태 전이금속화합물 0.5 ~ 50 중량부와,글루코스아민, 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 다이에탄올아민(Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필하이드로크로라이드 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 아민 0.1 ~ 5 중량부와,붕산 0.001 ~ 1 중량부와,우레아 1 ~ 60 중량부와,계면활성제 0.002 ~ 10 중량부의 혼합으로 조성되는 것임을 특징으로 하는 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물.
- 청구항 1에 있어서,질산염형태 전이금속화합물은 전이금속 Mg, K, Mn, Cu, Zn 또는 Ba과 결합된 화합물임을 특징으로 하는 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물.
- 청구항 1에 있어서,계면활성제는 붕사, 유기산, 스테아린산, 폴리알콜 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것임을 특징으로 하는 연소기관의 연소효율 증진·세정용 조성물.
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