KR102010490B1 - 응집, 침적, 부식과 같은 문제점들을 회피하고 배출들을 감소시키기 위한 미네랄 첨가제 배합 조성물들 및 연소실들의 작동 방법들 - Google Patents

응집, 침적, 부식과 같은 문제점들을 회피하고 배출들을 감소시키기 위한 미네랄 첨가제 배합 조성물들 및 연소실들의 작동 방법들 Download PDF

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제임스 데이비드 오스비
크리스티안 라바그나니
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켄터키-테네시 클레이 컴퍼니
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Abstract

연소 문제점들, 예컨대 응집, 침적, 부식을 회피하고 배출들을 감소시키기 위한 미네랄 첨가제 배합 조성물들 및 로의 작동 방법이 제공된다. 로, 예컨대 유동층 반응기, 분말화-연료 연소실, 화상 연소실의 작동 방법에는 연료 및 점토와 기능성 미네랄을 포함하는 미네랄 첨가제 배합물의 로 내로의 도입이 포함된다. 상기 방법에는 적어도 일부 점토가 적어도 부분적으로 소성되고 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 기능성 미네랄이 로에 존재하는 적어도 일부 무기 휘발성 화합물들을 흡착하고 연료 연소 동안 생성된 재와 반응하여 그 내화도를 증가시키도록 적어도 일부 무기 화합물-함유 재료 및 점토를 가열하는 것이 추가로 포함된다. 상기 방법에는 로에서부터 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 흡착된 무기 화합물들을 적어도 일부 제거하는 것이 추가로 포함된다.

Description

응집, 침적, 부식과 같은 문제점들을 회피하고 배출들을 감소시키기 위한 미네랄 첨가제 배합 조성물들 및 연소실들의 작동 방법들{MINERAL ADDITIVE BLEND COMPOSITIONS AND METHODS FOR OPERATING COMBUSTORS FOR AVOIDING PROBLEMS SUCH AS AGGLOMERATION, DEPOSITION, CORROSION AND REDUCING EMISSIONS}
본 개시는 미네랄 첨가제 배합 조성물들 및 로들의 작동 방법들, 보다 구체적으로 분탄화, 응집, 침적, 부식(예로, 오염)과 같은 연소 문제점들을 회피하고 배출들을 감소시키기 위한 목적으로 미네랄 배합물들의 로 내로의 도입에 의한 로들, 예컨대 유동층 반응기들, 분말화-연료 연소실들 또는 화상 연소실들의 작동 방법들에 관한 것이다.
연소 공정들은 전력을 생성하는 보일러 또는 증기 생성기를 작동시키기 위해 열을 생성하는 전력 플랜트 로들에서 이용될 수 있다. 이러한 공정들을 위해 이용되는 연료에는 생물질 및/또는 고체 폐기물들에서 유래된 석탄, 석유 코크스, 생물연료가 포함될 수 있다. 연료에는 무기 휘발물들, 예컨대 알칼리들, 알칼리 토류, 염소, 불소, 황 및 금속들이 포함될 수 있다.
화석 연료를 연료로 하는 열 전력 플랜트들, 예컨대 전기 유틸리티들에서 이용되는 석탄 연소 설비들은 연료를 로에서 연소시켜 작동된다. 이어서 로에서부터의 열이 증기를 위해 물을 끓이는데 이용되어 열을 제공하거나 터빈들을 돌려서 궁극적으로 전기를 생산하게 된다. 전형적인 화석 연료를 연료로 하는 전력 플랜트에서, 석탄은 로 내로 공급되어 약 850℃ 내지 약 1700℃ 범위의 연소 온도에서 산소의 존재 하에 연소된다. 연소 기체들(연도 기체)는 이산화탄소, 질소 산화물들을 함유하며, 알칼리, 알칼리 토류, 황, 염소, 불소 및 금속들, 예컨대, 철, 아연, 안티몬, 바나듐, 비소, 카드뮴, 바륨, 납, 니켈, 크롬, 코발트 및 수은을 포함하는 기타 다양한 바람직하지 않은 무기 휘발성 성분들을 함유할 수 있다. 또한, 연소 기체들에는 전형적으로 분진 제거 시스템들 및 청소솔들의 사용을 필요로 할 수 있는 혼입된 재가 포함된다.
효율을 증가시키기 위해, 고온 연소 기체들은 전형적으로 또한 굴뚝으로부터 배출되기 전에 약 150℃ 수준으로 기체들을 냉각하기 위해 열 교환기를 통해 통과된다. 전형적인 열 교환기에서, 고온 연소 기체들은 기체들로부터 열의 일부를 제거하는 열 전달액(전형적으로 물)을 함유하는 튜브들의 번들을 통해 통과된다. 열 교환기 튜브들은 연소 기체들로부터 알칼리 염들, 알칼리 및 알칼리 토류 설페이트들, 및 클로라이드들, 예컨대 철 클로라이드의 침적 후 실리카 풍부 재 입자들이 침적할 수 있을 만큼 충분히 냉각될 수 있고, 이는 열 교환기 튜브들의 오염을 야기할 수 있다.
일부 전력 플랜트들에는, 예를 들어 때때로 "유동층 연소" 공정으로 불리는 공정을 이용하여 작동하는 시스템들이 포함될 수 있다. 이러한 공정의 한 예는 순환 유동층 연소 공정이며, 이는 전력 생성을 위해 이용될 수 있다. 순환 유동층 반응기들의 일부 예들에는 기화 장치들, 연소실들, 및 증기 생성기들이 포함될 수 있고, 전형적으로 순환 유동층 반응기들은 직립형 로 또는 보일러를 갖는다.
작동 동안, 연료, 예를 들어 분진 연료가 로의 하부 부분으로 도입되며, 일차 및 이차 기체들, 예를 들어 공기가 로의 바닥 및/또는 측벽들을 통해 공급될 수 있다. 연료의 연소는 연료 입자들 및 다른 고체 입자들, 예컨대 칼슘 카르보네이트의 층에서 일어나며, 이는 황 디옥시드 포획 및/또는 비활성 재료를 위해 포함될 수 있다. 예를 들어, 유동층 반응기(즉, 로)는 연료 입자들 및 다른 재료들의 층을 연소 공정 동안 일차 및/또는 이차 기체들의 상향 취입 제트들에서 현탁하도록 구성될 수 있다. 상향 취입 제트들은 액 입자들 및 다른 재료들의 혼합을 촉진하며, 이는, 예를 들어 바람직하지 않은 배출들을 감소시키고 연소 및 열 전달 효율을 증가시켜 연소를 개선하는 작용을 한다.
일부 전력 플랜트들에는 분말화-연료 연소를 이용하여 작동하는 시스템들이 포함될 수 있고, 여기서 연료들은 미분으로 연소 챔버에 주입된다. 분말화-연료 연소에서는 다른 연소 기법들에 비해 연소 챔버에서의 더 높은 온도 프로필이 수득된다. 미립자들은 기체들, 예를 들어 공기와 함께 그리고 미세한 연료 입자 크기 및 높은 산소 농도로 인해 연소 챔버의 하부 부분에서의 버너들을 통해 주입되어 고온의 화염이 생성된다.
일부 전력 플랜트들에는 정지형 또는 이동형 화상(순회, 진동, 요동, 회전 등)으로 화상 로를 작동시키는 시스템들이 포함될 수 있다. 연료들은 연속적으로 또는 간헐적으로 연소 챔버에 도입될 수 있고, 여기에서 지지 화상 상에서 연소를 거친다. 공기는 화상의 하부 및 측면들로부터 연소 챔버로 공급되어 효율적인 연소를 촉진할 수 있다. 일부 전력 플랜트들에는 기화 공정을 적용하는 기화 장치들이 포함될 수 있다. 기화는 더 적은 순수한 고체 연료들 또는 폐기물들로부터 청정 기체 연료를 생성하는데 이용될 수 있다. 기화 공정에서, 연료는 약 400 내지 900℃ 또는 그 이상의 온도들로 가열된다. 이들 온도들에서, 복잡한 유기 분자들이 더 작은 분자량의 사슬들로 절단된다.
층 또는 연도 기체에 혼입된 배기 가스 및/또는 고체 입자들은, 예를 들어 로의 상부 부분에서 배기 포트를 통해 로를 떠날 수 있고 입자 분리 장치로 통과될 수 있다. 입자 분리 장치에서, 대부분의 또는 실질적으로 모든 고체 입자들이 배기 가스로부터 분리될 수 있다. 전형적으로 입자들을 배기 가스로부터 분리하기 위해 접선력들을 이용하는 하나 이상의 사이클론들이 로와 커플링된다. 일반 작동 동안, 사이클론들은 배기 가스로부터 약 99.9%의 입자들을 분리할 수 있다.
이어서 배기 가스 및 임의 잔여 고체 입자들, 또는 비산 재는 궁극적으로 대기 내로 배출되기 전에 추가 처리 단위들을 거쳐 통과될 수 있다. 예를 들어 대기 순환 유동층 시스템에서, 배기 가스는 보일러를 통해 흘러 공급수를 함유하는 그 보일러 튜브들을 통과하여 물을 증기로 전환하기 위한 열을 제공한다. 이어서 증기는 증기 터빈을 구동하여 전기를 생성하는데 이용될 수 있다. 배기 가스는 열 교환기를 통해 통과되어 연소 공정 동안 생성되는 열의 적어도 일부를 회수할 수 있고, 배기 가스는 환경 처리 단위들을 통해 통과되어 바람직하지 않은 배출들, 예를 들어, 질소 산화물들("NOx"), 황 산화물들("SOx"), 및/또는 분진 물질("PM")과 같은 오염물들의 수준들을 감소시킬 수 있다.
연료 입자들의 연소 및/또는 다른 재료들(예로, 칼슘 카르보네이트)의 가열은 내부에 함유된 알칼리 화합물들이 배출되도록 알칼리-함유 재료들의 가열을 일으킬 수 있다. 배출된 알칼리 화합물들은 연료 중에 존재하는 재 또는 다른 무기 성분들, 예를 들어, 황, 염소, 및/또는 실리카와 반응할 수 있고, 이는 연소실 성분들의 노출 표면적들, 예를 들어 로 벽들 및/또는 보일러 튜브들에서 일어나는 바람직하지 않은 침적들, 재 축적, 및/또는 부식을 일으킬 수 있다. 이러한 침적들 및 부식은 증가된 유지 보수 관련 휴지 시간으로 인해 덜 효율적인 작동 및/또는 생산 손실로 이어질 수 있다. 이론에 구애받고자 하지 않고, 알칼리 화합물들은 액체 또는 증기 형태로 배출될 수 있고, 이는 배기 가스에 혼입될 수 있다. 알칼리 화합물들은 재 입자들이 함께 달라붙도록 유도하여 반응기 시스템 표면들의 바람직하지 않은 재 축적(예로, 보일러 튜브들 상에서) 및 오염을 일으킬 수 있다. 이론에 구애받고자 하지 않고, 재의 다른 무기 성분들과 조합된 알칼리 성분들은 반응기 표면들에서 결정형/무정형 침적물들을 형성하는 공정 혼합물을 형성할 수 있다.
그 결과, 적어도 일부 알칼리 화합물들 및 다른 바람직하지 않은 무기 휘발물들, 예컨대 황, 염소, 불소 및 금속들이 재 및/또는 다른 무기 성분들과 반응하기 전에, 예를 들어 바람직하지 않은 침적들 및/또는 부식을 감소시키거나 예방하기 위해 로에서부터 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
추가적으로 형성되는 재의 내화도를 증가시키고, 그 결정화 능력, 결정형 분획 및 그 점도를 증가시키고 그 결과 재가 덜 점착하게 하고 연소실 성분들의 노출된 표면들에서 침적 및 밀집화를 덜 거치도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
요약
하기 명세서에서, 특정 측면들 및 구현예들이 명백해질 것이다. 측면들 및 구현예들은 이들의 가장 광의의 개념으로 이들 측면들 및 구현예들의 하나 이상의 특징들을 갖지 않고 실시될 수 있음이 이해되어야 한다. 이들 측면들 및 구현예들은 단순히 예시적인 것임이 이해되어야 한다.
첫 번째 측면에 따르면, 연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고; (i) 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물 및 (ii) 기능성 미네랄을 포함하는 미네랄 첨가제 배합물을 로 내로 도입하고; 적어도 일부 연료 및 미네랄 첨가제 배합물을 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 방법에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 마그네슘 함유 미네랄 및 칼슘 함유 미네랄 중 하나 이상에서 선택되는 방법이 제공된다.
추가 측면에서, 연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고; 카올린 및 벤토나이트 및/또는 녹점토, 또는 카올린 및 보크사이트 카올린을 포함하거나 본질적으로 이로 구성된 미네랄 첨가제 배합물을 로 내로 도입하고; 적어도 일부 연료 및 미네랄 첨가제 배합물을 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 방법이 제공된다.
추가 측면에서, 연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고; (i) 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물 및 (ii) 기능성 미네랄을 포함하는 미네랄 첨가제 배합물을 로 내로 도입하고; 적어도 일부 연료 및 미네랄 첨가제 배합물을 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 방법에 있어서, 상기 알루미노 실리케이트가 점토, 예를 들어 카올린이거나 이를 포함하고 상기 기능성 미네랄이 고표면적 미네랄 또는 내화 미네랄이거나 이를 포함하는 방법이 제공된다.
추가 측면에서, 연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고; 카올린 및 벤토나이트 및/또는 녹점토를 포함하거나 본질적으로 이로 구성된 미네랄 첨가제 배합물을 로 내로 도입하고 적어도 일부 연료 및 첨가제 배합물을 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 방법이 제공된다.
두 번째 측면에 따르면, 연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고; 미네랄 첨가제를 로 내로 도입하고; 적어도 일부 연료 및 미네랄 배합물을 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 동안 분탄화 및/또는 응집의 감소 방법에 있어서, 상기 로 내의 원소 몰 비(Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)가 약 1.5 이하 또는 약 1.75 이하인 방법이 제공된다.
세 번째 측면에 따르면, 0.1-99중량%(또는 0.1-99.9중량%)의 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 마그네슘 함유 미네랄 및 칼슘 함유 미네랄 중 하나 이상으로부터 선택되는 0.1-99.9중량%의 기능성 미네랄을 포함하는, 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 측면들의 방법에서 사용하기 위한 또는 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 및 실리케이트-풍부 침적들의 제어에 사용하기 위한 미네랄 첨가제 배합물이 제공된다.
네 번째 측면에 따르면, 연소실을 위한 연료 혼합물에 있어서, 약 0.1 또는 1-20중량%의 본 발명의 세 번째 측면에 따른 미네랄 첨가제 배합물을 나머지 연료 및 다른 선택적 첨가제들과 함께 포함하는 연료 혼합물이 제공된다.
본 개시의 다른 측면들이 후술된다.
본 개시의 하나의 측면은 연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고; 점토 및 기능성 미네랄을 포함하는 미네랄 첨가제 배합물을 로 내로 도입하고; 적어도 일부 점토가 적어도 부분적으로 소성되고 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 기능성 미네랄이 로에 존재하는 적어도 일부 알칼리를 흡착하도록 적어도 일부 연료 및 미네랄 배합물을 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 방법에 관한 것이다.
하나의 측면에서, 연료에는 바람직하지 않은 오염물이 포함되며 상기 기능성 미네랄(및 선택적으로 점토)은 흡착제로 작용하여 상기 오염물에 결합한다. 또 다른 측면에서, 오염물은 무기 휘발성 종들, 예컨대 황, 염소, 불소 및 금속 화합물, 예컨대 바나듐 화합물, 철 화합물, 아연 화합물, 안티몬 화합물, 비소 화합물, 카드뮴 화합물, 바륨 화합물, 납 화합물, 니켈 화합물, 크롬 화합물, 코발트 화합물, 셀레늄 화합물 또는 수은 화합물일 수 있다. 또 다른 측면에서, 기능성 미네랄에는 마그네슘 함유 미네랄, 예컨대 활석, 마그네슘 산화물, 마그네슘 수산화물(또는 수활석), 백운석, 마그네슘 카르보네이트(예로, 능고토석), 히드로-능고토석, 질석, 금운모, 녹니석, 해포석, 요철봉석 또는 팔리고르스카이트 및/또는 녹점토(예로, 몬트모릴로나이트 또는 베이델라이트)가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 기능성 미네랄에는 망간 함유 미네랄, 예컨대 연망간광, 갈망간광, 경망간광, 및/또는 능망간광이 포함될 수 있다.
또 다른 측면에서, 기능성 미네랄은 연료 재 및/또는 점토의 내화도를 증가시키는 작용을 할 수 있다. 하나의 측면에서, 기능성 미네랄에는 금속 산화물, 예컨대 알루미늄 산화물이 포함된다. 또 다른 측면에서, 알루미늄 산화물에는 미네랄, 예컨대 보크사이트, 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트, 다이어스포어 및/또는 보크사이트 카올린이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 금속 산화물에는 티타늄 산화물, 예컨대 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및/또는 판티탄석이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 금속 산화물에는 지르코늄 산화물이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 금속 산화물에는 알루미노실리케이트, 예컨대 홍주석, 남정석, 규선석, 히드로-토파즈, 멀라이트, 엽납석, 돔바사이트, 및/또는 할로이사이트가 포함될 수 있다.
또 다른 측면에서, 연료는 연소하여 바람직하지 않은 연소 산물을 형성하며 기능성 미네랄은 촉매로 작용하여 바람직하지 않은 연소 산물을 바람직하지 않은 정도가 적은 화합물로 전환한다. 하나의 측면에서, 바람직하지 않은 연소 산물에는 질소 산화물이 포함된다. 또 다른 측면에서, 기능성 미네랄에는 티타늄 산화물, 예컨대 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및/또는 판티탄석이 포함된다.
또 다른 측면에서, 기능성 미네랄은 점토의 표면적을 증가시키는 작용을 한다(이는 유효 흡착 부위들의 개수 증가에 의해 무기 화합물 휘발물들의 흡착 효율을 개선시킬 수 있다). 하나의 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 녹점토, 예컨대 벤토나이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 할로이사이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 보크사이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 규조암이 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 엽납석, 활석, 해포석, 또는 팔리고르스카이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 재료는 적어도 약 25m2/g의 표면적을 갖는다.
또 다른 측면에서, 점토에는 카올린이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 볼 점토가 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 카올린, 점토 또는 임의의 알루미노실리케이트 채광 작업으로부터의 표토 재료 또는 공정 폐기물이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 카올린 및 또는 볼 점토 배합물들이 포함될 수 있다. 다른 측면들에서, 점토는 보크사이트 카올린 및/또는 녹점토성 벤토나이트 및/또는 벤토나이트를 포함하거나 본질적으로 이로 구성될 수 있다.
하나의 측면에서, 점토는 수화 점토일 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토는 소성된 점토일 수 있다. 소성된 점토는 메타카올린을 함유할 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토는 약 1중량% 또는 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량, 예로 약 8중량% 내지 약 12중량%, 또는 심지어 더 높은 수분 함량을 갖는다. 또 다른 측면에서, 점토에는 덩어리 점토가 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 절단 및 분쇄 점토 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토는 비선광 점토일 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 적어도 약 5m2/g 또는 적어도 약 9m2/g, 예컨대 적어도 약 15m2/g, 예를 들어 약 3m2/g 내지 약 200m2/g 또는 약 5m2/g 내지 약 150m2/g의 BET 표면적을 갖는 수화 점토가 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 적어도 약 15%의 수분 함량을 갖는 미가공 점토 유래 수화 점토가 포함될 수 있다.
또 다른 측면에서, 슬러리는 점토 및 기능성 미네랄들의 배합물들을 이용하여 제조될 수 있다.
또 다른 측면에서, 점토에는 약 3인치 이하 크기를 갖는 수화 점토 응집물들이 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 약 2인치 이하의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들이 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 약 1인치 이하의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들이 포함된다.
또 다른 측면에서, 연료의 연소 방법에는 칼슘 카르보네이트 및/또는 점토 및 기능성 미네랄 배합물들을 로 내로 도입하는 선택적 단계가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 로에는 순환 유동층, 화상 연소실 및 분말화-연료 연소실이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 연료의 연소 방법에는 연료의 일부를 로 내로 도입하기 전에 적어도 일부 연료, 점토, 및 기능성 미네랄을 서로 조합하는 것이 포함된다.
또 다른 측면에서, 가열 단계는 적어도 일부 점토의 소성을 일으키며, 방법은 소성된 점토 및 기능성 미네랄들을 통해 로에서 적어도 일부 알칼리 및 금속 화합물들 또는 휘발성 무기 화합물들을 흡착하고; 로에서부터 적어도 일부 소성된 점토 및 기능성 미네랄들 및 흡착된 알칼리 및 금속 화합물들 또는 휘발성 무기 화합물들을 제거하는 것을 추가로 포함한다.
또 다른 측면에서, 연료에는 석탄, 석유 코크스, 고체 폐기물 또는 생물연료, 또는 임의의 상기의 조합이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 연료에는 때때로 생물질 연소 응용들에서 사용되는 바와 같이(예로, US20080171297A1(Reynolds 등), US20090205546(Kluko 등)) 생물질 펠렛들 또는 과립들이 포함될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면은 5-99.9중량%의 점토; 및 마그네슘 함유 미네랄, 망간 함유 미네랄, 티타늄 이산화물, 지르코늄 산화물, 보크사이트 미네랄, 규조토, 알루미노실리케이트 미네랄 또는 이들의 배합물로부터 선택되는 0.1-95중량%의 기능성 미네랄을 포함하는 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 본 개시의 또 다른 측면은 0.1-99.9중량%의 점토; 및 마그네슘 함유 미네랄, 망간 함유 미네랄, 티타늄 이산화물, 지르코늄 산화물, 보크사이트 미네랄, 규조토, 알루미노실리케이트 미네랄 또는 이들의 배합물로부터 선택되는 0.1-99.9중량%의 기능성 미네랄을 포함하는 로 또는 보일러에서 분탄화 및 층 응집, 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들과 부식 및 바람직하지 않은 연도 기체 배출들, 예컨대, 미분 물질(<1㎛), 중금속들 및 금속 화합물들, 알칼리 휘발물들, SOx, NOx 및 Cl의 제어에 사용하기 위한 미네랄 배합물들의 조성물에 관한 것이다.
하나의 측면에서, 기능성 미네랄은 마그네슘 함유 미네랄을 포함한다. 또 다른 측면에서, 마그네슘 함유 미네랄에는 활석, 마그네슘 산화물, 마그네슘 수산화물, 백운석, 능고토석, 히드로-능고토석, 질석, 금운모, 녹니석, 해포석, 요철봉석 또는 팔리고르스카이트 및/또는 녹점토(몬트모릴로나이트 또는 베이델라이트)가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 기능성 미네랄에는 망간 함유 미네랄, 예컨대 연망간광, 갈망간광, 경망간광, 및/또는 능망간광이 포함될 수 있다. 하나의 측면에서, 기능성 미네랄은 칼슘 함유 미네랄을 포함한다. 또 다른 측면에서, 칼슘 함유 미네랄에는 칼슘 산화물, 칼슘 수산화물, 백운석, 칼슘 카르보네이트, 석회석, 대리석, 초크, 선석 모래, 바다 조개들, 또는 산호 및 시멘트 가마 먼지, 석회질 이회토 또는 이회토 또는 점토질 이회토가 포함될 수 있다. 석회질 이회토는 약 5% 내지 35%의 점토를 함유하며, 이회토는 약 35% 내지 65%의 점토를 함유하고, 점토질 이회토는 약 65% 내지 95%의 점토를 함유한다.
또 다른 측면에서, 기능성 미네랄에는 금속 산화물, 예컨대 알루미늄 산화물이 포함된다. 또 다른 측면에서, 알루미늄 산화물에는 미네랄로서, 예컨대 보크사이트, 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트, 다이어스포어 및/또는 보크사이트 카올린이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 금속 산화물에는 티타늄 산화물, 예컨대 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및/또는 판티탄석이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 금속 산화물에는 지르코늄 산화물이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 금속 산화물에는 알루미노실리케이트, 예컨대 홍주석, 남정석, 규선석, 히드로-토파즈, 멀라이트, 엽납석, 돔바사이트 및/또는 할로이사이트가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 기능성 미네랄에는 티타늄 산화물, 예컨대 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및/또는 판티탄석이 포함된다.
또 다른 측면에서, 기능성 미네랄은 점토의 표면적을 증가시키는 작용을 한다. 하나의 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 녹점토, 예컨대 벤토나이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 할로이사이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 알루미늄 산화물이 포함되며, 여기에는 미네랄로서, 예컨대 보크사이트, 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트, 다이아스포어, 보크사이트 카올린이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 규조암이 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 미네랄에는 엽납석, 활석, 해포석, 또는 팔리고르스카이트가 포함된다. 또 다른 측면에서, 표면적 증가 기능성 재료는 적어도 약 25m2/g의 표면적을 갖는다.
또 다른 측면에서, 점토에는 카올린이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 볼 점토가 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 카올린 또는 점토 또는 임의의 알루미노실리케이트 채광 작업으로부터의 표토 재료 또는 공정 폐기물이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 보크사이트 카올린이 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 녹점토성 벤토나이트가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 카올린 및 또는 볼 점토 및/또는 벤토나이트 및/또는 보크사이트 카올린의 배합물들이 포함될 수 있다.
하나의 측면에서, 점토는 수화 점토일 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토는 소성된 점토일 수 있다. 하나의 측면에서, 소성된 점토는 메타카올린을 함유할 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토는 약 1중량% 또는 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량, 예로 약 8중량% 내지 약 12중량%, 또는 15중량% 초과의 수분 함량을 갖는다. 또 다른 측면에서, 점토에는 덩어리 점토가 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 절단 및 분쇄 점토 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토는 비선광 점토일 수 있다. 또 다른 측면에서, 점토에는 적어도 약 5m2/g 또는 적어도 약 9m2/g, 예컨대 적어도 약 15m2/g, 예를 들어 약 3m2/g 내지 약 200m2/g 또는 약 5m2/g 내지 약 150m2/g의 BET 표면적을 갖는 수화 점토가 포함된다. 또 다른 측면에서, 점토에는 적어도 약 15%의 수분 함량을 갖는 미가공 점토 유래 수화 점토가 포함될 수 있다. 또 다른 측면에서, 슬러리는 점토 및 기능성 미네랄들의 배합물들을 이용하여 제조될 수 있다. 또 다른 측면에서, 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물은 25-99.9중량%의 점토; 및 0.1-75중량%의 기능성 미네랄을 포함한다. 또 다른 측면에서, 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물은 40-99.9중량%의 점토; 및 0.1-60중량%의 기능성 미네랄을 포함한다. 또 다른 측면에서, 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물은 60-99.9중량%의 점토; 및 0.1-40중량%의 기능성 미네랄을 포함한다. 또 다른 측면에서, 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물은 70-99.9중량%의 점토; 및 0.1-30중량%의 기능성 미네랄을 포함한다. 또 다른 측면에서, 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물은 85-99.9중량%의 점토; 및 0.1-15중량%의 기능성 미네랄을 포함한다.
본 개시의 또 다른 측면은 로의 작동 방법에 관한 것이다. 상기 방법에는 5-99.9중량%의 점토; 및 마그네슘 함유 미네랄, 망간 함유 미네랄, 티타늄 이산화물, 지르코늄 산화물, 보크사이트 미네랄, 규조토, 알루미노-실리케이트 미네랄 또는 이들의 배합물로부터 선택되는 0.1-95중량%의 기능성 미네랄의 배합물의 로 내로의 도입이 포함된다. 본원에서 사용되는 "무기 화합물들-함유 재료들" 및 "무기 화합물들"이란 화합물들, 예컨대 알칼리들, 알칼리 토류, 황, 염소, 불소, 산화물들 및 금속들(철, 아연, 안티몬, 바나듐, 비소, 카드뮴, 바륨, 납, 수은, 니켈, 크롬, 코발트, 셀레늄) 및/또는 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속의 카르보네이트들 및/또는 수산화물들, 및/또는 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속의 염들 및/또는 이온들을 함유하는 재료들을 나타낸다. 수화 점토는 적어도 약 1중량% 또는 적어도 약 5중량%의 수분 함량을 갖는다. 상기 방법에는 적어도 일부 수화 점토가 적어도 부분적으로 소성되고 소성된 점토가 로에 존재하는 적어도 일부 알칼리를 흡착하도록 적어도 일부 연료 및 수화 점토의 가열이 추가로 포함된다. 상기 방법에는 로에서부터 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 흡착된 알칼리의 적어도 일부의 제거가 추가로 포함된다.
또 다른 측면에 따르면, 로에서 알칼리-풍부 또는 실리케이트-풍부 재 축적의 감소 방법에는 연료의 로 내 도입 및 5-99.9중량%의 점토; 및 마그네슘 함유 미네랄, 망간 함유 미네랄, 티타늄 이산화물, 지르코늄 산화물, 보크사이트 미네랄, 규조토, 알루미노-실리케이트 미네랄 또는 이들의 배합물로부터 선택되는 0.1-95중량%의 기능성 미네랄의 배합물의 로 내로의 도입이 포함되며, 여기서 수화 점토는 적어도 약 5중량%의 수분 함량을 갖는다. 상기 방법에는 적어도 일부 수화 점토가 적어도 부분적으로 소성되고 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 기능성 미네랄이 로에 존재하는 적어도 일부 알칼리 및/또는 무기 휘발성 화합물들을 흡착하도록 연료 및 수화 점토 및 기능성 미네랄의 가열이 추가로 포함된다. 상기 방법에는 로에서부터 적어도 일부의 소성된 점토 및 기능성 미네랄 그리고 흡착된 알칼리 및 무기 휘발성 화합물들의 제거가 추가로 포함된다.
상기 나타낸 구조적 및 절차적 배열들과 별개로, 구현예들에는 여러 다른 배열들, 예컨대 이후 설명되는 것들이 포함될 수 있다. 상기 기재 및 하기 기재는 모두 단지 예시적인 것으로 이해되어야 한다.
구현예들의 설명
이제 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 측면들에 관한 그러나 이에 제한되지 않은 여러 예시적 구현예들을 상세히 나타낼 것이다. 연료는 로에서 연소되어 열을 생성할 수 있고, 생성된 열은 다시, 예를 들어 증기 생성기를 통해 전력을 생성하는데 이용될 수 있다. 연소 공정과 연관된 연료 및/또는 재료들(예로, 칼슘 카르보네이트)의 가열은 로에서 무기 성분들, 예컨대 알칼리들, 알칼리 토류, 황, 염소, 불소, 산화물들 및 금속들(철, 아연, 안티몬, 바나듐, 비소, 카드뮴, 바륨, 납, 수은, 니켈, 크롬, 코발트, 셀레늄)의 배출을 일으킬 수 있다.
본 발명의 첫 번째 측면의 방법에 따르면, (i) 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물 및 (ii) 기능성 미네랄을 포함하는 미네랄 첨가제 배합물이 로 내로 도입된다.
특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 마그네슘 함유 미네랄이거나 이를 포함한다. 특정 구현예들에서, 마그네슘 함유 미네랄은 마그네슘 산화물 또는 로에서 가열 시 마그네슘 산화물을 형성하는 마그네슘 산화물 전구체 재료이거나 이를 포함한다. 예를 들어, 마그네슘 산화물 전구체 재료는 활석, 백운석, 수활석 및 마그네슘 카르보네이트 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 적어도 부분적으로 소성된 재료가 로 내에서 적어도 일부 무기 휘발성 화합물들 및 오염물들에 대한 흡착제로 작용할 수 있도록 열은 적어도 부분적으로 마그네슘 산화물 전구체를 소성할 수 있다. 또한, 적어도 부분적으로 소성된 재료의 존재는 연소 공정 동안 생성되는 연료 재들의 내화도를 증가시키는 작용을 할 수 있다. 또한, 적어도 부분적으로 소성된 재료의 존재는 연소 공정 동안 SOx 및/또는 염소 기체의 생성을 감소시키거나 억제하거나 또는 배제하는 작용을 할 수 있다.
특정 구현예들에서, 마그네슘 함유 미네랄은 활석이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 마그네슘 함유 미네랄은 마그네슘 수산화물, 예를 들어 수활석이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 마그네슘 함유 미네랄은 백운석이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 마그네슘 함유 미네랄은 마그네슘 카르보네이트, 히드로-능고토석, 질석, 녹점토, 금운모, 녹니석, 해포석, 요철봉석 또는 팔리고르스카이트로부터 선택되는 미네랄이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 칼슘 함유 미네랄이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 칼슘 함유 미네랄은 칼슘 산화물 또는 로에서 가열 시 칼슘 산화물을 형성하는 칼슘 산화물 전구체 재료, 예를 들어 칼슘 카르보네이트 및/또는 칼슘 수산화물이다. 이러한 구현예들에서, 적어도 부분적으로 소성된 재료가 로 내에서 적어도 일부 무기 휘발성 화합물들 및 오염물들에 대한 흡착제로 작용할 수 있도록 열은 적어도 부분적으로 칼슘 산화물 전구체를 소성할 수 있다. 또한, 적어도 부분적으로 소성된 재료의 존재는 연소 공정 동안 생성되는 연료 재들의 내화도를 증가시키는 작용을 할 수 있다. 또한, 적어도 부분적으로 소성된 재료의 존재는 연소 공정 동안 SOx 및/또는 염소 기체의 생성을 감소시키거나 억제하거나 또는 배제하는 작용을 할 수 있다.
특정 구현예들에서, 칼슘 함유 미네랄은 석회석, 대리석, 초크, 백운석, 선석 모래, 바다 조개들, 산호, 또는 시멘트 가마 먼지, 석회질 이회토, 이회토 또는 점토질 이회토로부터 선택되는 미네랄이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 칼슘 함유 미네랄은 칼슘 카르보네이트이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 망간 함유 미네랄 또는 망간 과산화물 함유 미네랄, 예를 들어, 연망간광, 갈망간광, 경망간광, 및 능망간광, 또는 이들의 조합들으로부터 선택되는 망간 함유 미네랄을 추가로 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 하나 이상의 티타늄 이산화물, 예를 들어 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및 판티탄석, 및 지르코늄 산화물로부터 선택되는 미네랄을 추가로 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 연소 동안 생성되는 연료 재의 내화도를 증가시켜서 더 많은 내화성 재가 연소실 또는 그 연관 열 교환기의 노출된 표면들에 덜 침적될 수 있거나 분탄화 및/또는 응집물들을 덜 형성할 수 있게 만드는 작용을 한다.
특정 구현예들에서, 알루미나 함유 화합물은 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수화물, 예를 들어, 보크사이트, 또는 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트, 및 다이아스포어로부터 선택되는 미네랄, 예를 들어 하나 이상의 수반토석, 뵈마이트, 및 다이아스포어이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 알루미노실리케이트 점토, 홍주석, 남정석, 규선석, 히드로-토파즈, 멀라이트, 엽납석, 또는 돔바사이트 중 하나 이상에서 선택된다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 카올린, 할로이사이트, 볼 점토, 녹점토, 벤토나이트, 카올린, 점토 또는 알루미노실리케이트 채광 작업으로부터의 표토 재료, 보크사이트 카올린, 또는 석회질 이회토 또는 이회토 또는 점토질 이회토 중 하나 이상에서 선택된다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 선택적으로 카올린 및/또는 벤토나이트와 조합된 보크사이트 카올린이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 보크사이트 카올린은 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트 및 다이어스포어(예를 들어, 하나 이상의 수반토석, 뵈마이트 및 다이아스포어), 및 고릉석 중 하나 이상에서 선택되는 알루미늄 수화물들의 천연 생성 혼합물이다. 알루미늄 수화물들은 혼합물의 약 10 내지 95중량%를 차지할 수 있고 고릉석은 혼합물의 약 5 내지 90중량%를 차지할 수 있다, 예를 들어 알루미늄 수화물들은 혼합물의 약 20 내지 95중량%를 차지할 수 있고 고릉석은 혼합물의 약 5 내지 80%를 차지할 수 있거나 또는 알루미늄 수화물들은 알루미나 수화물들의 약 30 내지 95중량%를 차지할 수 있고 약 5 내지 70중량% 고릉석, 또는 약 30 내지 70중량% 고릉석 및 약 40-70중량% 알루미나 수화물들, 또는 약 40 내지 60중량% 고릉석 및 약 40-60중량% 알루미나 수화물들, 또는 약 40-50중량% 고릉석 및 약 45-55중량% 알루미나 수화물들을 차지할 수 있다. 특정 구현예들에서, 보크사이트 카올린은 약 5중량%까지의 티타늄 이산화물, 예로 예추석, 예를 들어 약 4중량%까지의 티타늄 이산화물, 또는 약 3중량%까지의 티타늄 이산화물를 포함한다.
특정 구현예들에서, 보크사이트 카올린은 카올린과 알루미나 수화물들, 예로 알루미늄 3수화물의 조합, 예로 배합 또는 혼합에 의해 제조된다. 카올린 및 알루미나 수화물의 상대량들은 보크사이트 카올린이 천연 생성 보크사이트 카올린에 대해 상술된 바와 같은 조성을 갖도록 선택될 수 있다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 보크사이트 카올린 및 마그네슘 산화물 또는 로에서 가열 시 마그네슘 산화물을 형성하는 마그네슘 산화물 전구체 재료 및/또는 칼슘 산화물 또는 로에서 가열 시 칼슘 산화물을 형성하는 칼슘 산화물 전구체 재료 중 하나 이상을 포함한다. 마그네슘 산화물 전구체 재료는 백운석, 수활석, 마그네슘 카르보네이트, 및 이들의 조합들에서 선택될 수 있다. 칼슘 산화물 전구체는 칼슘 카르보네이트, 칼슘 수산화물, 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 보크사이트 카올린 이외의 알루미노실리케이트 점토, 예를 들어 카올린, 벤토나이트 또는 녹점토 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 알루미노실리케이트 점토 재료의 총 중량을 기준으로 약 30-100중량% 양의 미네랄들 고릉석 및 녹점토 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 알루미노실리케이트 점토 재료이거나 이를 포함한다. 특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토 재료는 약 40-100중량%의 미네랄들 고릉석 및 녹점토 중 하나 이상, 예를 들어 약 50-90중량%의 미네랄들 고릉석 및 녹점토 중 하나 이상, 또는 약 60-80중량%의 미네랄들 고릉석 및 녹점토 중 하나 이상을 포함한다. 특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 재료는 알루미노실리케이트 재료의 총 중량을 기준으로 약 12-16wt.% 백운모, 약 3-6wt.% 석영, 및 약 1.5 내지 5wt.% 금홍석을 포함할 수 있다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 바로 앞에 기재된 알루미노실리케이트 재료 및 마그네슘 산화물 또는 로에서 가열 시 마그네슘 산화물을 형성하는 마그네슘 산화물 전구체 재료 및/또는 칼슘 산화물 또는 로에서 가열 시 칼슘 산화물을 형성하는 칼슘 산화물 전구체 재료 중 하나 이상을 포함한다. 마그네슘 산화물 전구체 재료는 백운석, 수활석, 마그네슘 카르보네이트, 및 이들의 조합들에서 선택될 수 있다. 칼슘 산화물 전구체는 칼슘 카르보네이트, 칼슘 수산화물, 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 알루미노실리케이트 재료 이외의 알루미노실리케이트 점토, 예를 들어 카올린, 보크사이트 카올린(상술된 바와 같음), 벤토나이트 또는 녹점토 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 선택적으로 보크사이트 카올린 및/또는 벤토나이트와 조합된 카올린이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 선택적으로 보크사이트 카올린 및/또는 카올린과 조합된 벤토나이트이거나 이를 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 카올린 및 칼슘 카르보네이트를 포함하며, 단: (i) 카올린은 약 1중량% 또는 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량을 갖는 수화 점토이거나(아래에 더 상세히 기재됨), (ii) 약 20% 또는 약 30% 내지 약 50% 또는 내지 약 75%의 카올린 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖거나(아래에 더 상세히 기재됨), (iii) 카올린은 적어도 약 9m2/g의 BET 표면적을 갖거나(아래에 더 상세히 기재됨), 또는 (iv) 칼슘 카르보네이트는 50wt.% 미만의 미네랄 첨가제 배합물을 포함한다. 미네랄 첨가제 배합물은 카올린 및 칼슘 카르보네이트를 포함할 수 있으며, 여기서 배합물은 약 0.1% 내지 약 99.9% 칼슘 카르보네이트, 예를 들어 약 0.1% 내지 약 50% 이하 칼슘 카르보네이트, 예를 들어 약 20% 또는 약 20% 초과 내지 약 50% 이하 칼슘 카르보네이트를 포함한다. 특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 카올린 및 칼슘 카르보네이트를 포함할 수 있고, 단: (i) 카올린은 약 1중량% 또는 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량을 갖는 수화 점토이거나, (ii) 약 20% 또는 약 30% 내지 약 50% 또는 내지 약 75%의 카올린 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖거나, (iii) 카올린은 적어도 약 9m2/g 또는 약 3m2/g 내지 약 200m2/g 또는 약 5m2/g 내지 약 150m2/g의 BET 표면적을 갖거나, 또는 (iv) 배합물은 약 0.1% 내지 약 99.9% 칼슘 카르보네이트, 예를 들어 약 0.1% 내지 약 50% 이하의 칼슘 카르보네이트, 예를 들어 약 20% 또는 약 20% 초과 내지 약 50% 이하의 칼슘 카르보네이트를 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 할로이사이트를 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 홍주석, 남정석, 규선석, 히드로-토파즈, 멀라이트, 엽납석, 또는 돔바사이트로부터 선택되는 미네랄을 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트는 몬트모릴로나이트 및 베이델라이트를 포함하는 녹점토를 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 수화 점토, 예를 들어 수화 카올린이다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 소성된 점토이다. 소성된 점토는 메타카올린을 함유할 수 있다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토, 예를 들어 카올린은 약 1중량% 내지 적어도 약 50중량% 또는 내지 약 70중량% 범위의 수분 함량을 갖는다. 일부 구현예들에 따르면, 알루미노실리케이트 점토는 약 4중량% 내지 약 16중량% 범위의 수분 함량, 예를 들어 약 8중량% 내지 약 12중량%(예로, 약 10중량%), 약 5중량% 내지 약 10중량%, 또는 약 10중량% 내지 약 15중량%, 5중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어 약 8중량% 내지 약 12중량% 범위의 수분 함량을 가질 수 있다. 특정 구현예들에서, 필요한 수분 함량은 알루미노실리케이트 점토를 부분적으로 건조하여 수득될 수 있다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 덩어리 점토, 예를 들어 적어도 약 1중량% 내지 적어도 약 50중량% 범위의 수분 함량으로 부분적으로 건조될 수 있는 수화 점토를 포함한다. 일부 구현예들에 따르면, 덩어리 점토는 약 4중량% 내지 약 16중량%, 예를 들어 약 8중량% 내지 약 12중량%(예로, 약 10중량%), 약 5중량% 내지 약 10중량%, 또는 약 10중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량으로 부분적으로 건조될 수 있다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 절단 및 분쇄 점토 중 적어도 하나를 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 비선광 점토를 포함한다. 본원에서 사용되는 비선광 점토에는 점토의 분산, 반죽, 선택적 응결, 오존 표백, 분류, 자기적 분리, 화학적 침출, 거품 부유선광, 및 탈수로부터 선택되는 적어도 하나의 공정을 거치지 않은 점토가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 일부 점토는 카올린, 예를 들어 화학식 Al2Si2O5(OH)4를 갖는 수화 알루미노실리케이트일 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 미네랄 첨가제 배합물은 알루미노실리케이트 점토를 포함하며, 열은 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 기능성 미네랄이 로 내에서 적어도 일부 알칼리 및/또는 무기 휘발성 화합물들에 대한 흡착제로 작용할 수 있도록 적어도 부분적으로 점토를 소성할 수 있다. 또한, 알루미노실리케이트 점토 및 기능성 미네랄 첨가제 배합물들은 재들과 반응하여 그 결정화 능력, 결정형 분획 및 그 점도를 증가시켜 더 내화성이 높은 재들을 생성할 수 있다. 결과적으로, 미네랄 첨가제 배합물들은 재들이 덜 점착하고 연소실 성분들의 노출된 표면들 상에서 침적 및 밀집화를 덜 겪도록 한다. 일부 구현예들에 따르면, 기능성 미네랄 배합물들로 이루어진 상이한 기능성 미네랄들은 연소 시스템들에서 일어날 수 있는 다양한 연소 문제점들의 해결에 보완적인 효과들을 갖는다. 예를 들어, 점토들은 알칼리, 금속 및 중금속 휘발성 화합물들에 대한 강력한 흡착제들로 작용할 수 있는 반면, 마그네슘 및 칼슘 함유 기능성 미네랄들은 황, 염소, 불소 및 일부 금속 및 중금속 휘발성 화합물들, 예컨대 바나듐 화합물들에 대한 강력한 흡착제들로 작용한다. 일부 구현예들에 따르면, 보크사이트 카올린-함유 미네랄들은 알칼리, 금속 및 중금속 화합물들의 흡착을 증가시키고 연료 재들의 내화도를 크게 증가시키도록 동시에 작용할 수 있다. 따라서 첨가제 미네랄 배합물의 조성물은 동시에 대부분의 연소 문제점들, 예컨대, 분탄화, 응집, 오염, 부식 및 배출들(분진 물질, 금속들 및 중금속 휘발물들, SOx, NOx, 염소)을 감소시키거나 심지어 완전히 배제하기 위해 연료 및 연소 시스템의 구체적 조합에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 첨가제 미네랄 배합물 조성물들은 고온 연소 시스템들, 예컨대 분말화-연료 연소실들에서 사용되는 높은 알칼리 및 황 함량을 갖는 연료들에 의해 야기되는 상이한 문제점들을 동시에 처리하기 위해 본 발명에 따라 제공될 수 있다. 기능성 미네랄 배합물 조성물들은 상대적으로 고온 연소 시스템들, 예컨대 화상 보일러들에서 사용되는 낮은 황, 낮은 재 융점, 높은 알칼리, 높은 금속 및 중금속 및 높은 염소 연료들을 갖는 연료들에 의해 야기되는 다양한 문제점들을 동시에 처리하기 위해 본 발명에 따라 제공될 수 있다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 약 3m2/g 내지 약 200m2/g, 예를 들어 적어도 약 9m2/g, 또는 적어도 약 15m2/g, 또는 적어도 약 20m2/g, 또는 적어도 약 30m2/g, 또는 적어도 약 40m2/g, 또는 적어도 약 50m2/g, 또는 적어도 약 75m2/g, 또는 적어도 약 100m2/g, 또는 적어도 약 125m2/g, 또는 적어도 약 150m2/g, 또는 적어도 약 175m2/g의 BET 표면적을 갖는다. 특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 약 3m2/g 내지 약 175m2/g, 또는 약 5m2/g 내지 약 150m2/g, 또는 약 9m2/g 내지 약 150m2/g, 예를 들어 약 9m2/g 내지 약 125m2/g, 또는 약 9m2/g 내지 약 100m2/g의 BET 표면적을 갖는다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토는 적어도 약 15%의 수분 함량을 갖는 미가공 점토에서 유래된다.
알루미노실리케이트, 예를 들어 본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 알루미노실리케이트 점토 및/또는 기능성 미네랄은 측정 가능한 입자 크기를 가질 수 있다. 본원에서 나타내는 입자 크기들 및 다른 입자 크기 특성들, 예컨대 입자 크기 분포("psd")는 Micromeritics Corporation에서 공급되는 SEDIGRAPH 5100 기기를 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 주어진 입자의 크기는 현탁액을 통해 침강하는 동등한 지름의 구의 지름의 견지에서, 즉 동등한 구형 지름 또는 "esd"로 표현될 수 있다.
측정 가능한 입자 크기는 알루미노실리케이트, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토의 상대 거칠기를 나타낼 수 있다. 일부 구현예들에서, 약 10% 내지 약 50% 또는 내지 약 75%의 알루미노실리케이트, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 20% 내지 약 40% 또는 내지 약 50%의 알루미노실리케이트, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토가 상술된 알루미노실리케이트 재료이거나 이를 포함하는 구현예들에서, 약 20% 내지 약 30%의 알루미노실리케이트 재료는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 예를 들어 알루미노실리케이트가 보크사이트 카올린이거나 이를 포함하는 구현예들에서, 약 30% 내지 약 40% 또는 내지 약 60%의 보크사이트 카올린은 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
일부 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토에 있어서 약 5% 또는 약 20% 내지 약 70% 또는 내지 약 85%의 알루미노실리케이트는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토에 있어서 약 20% 내지 약 60%의 알루미노실리케이트는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토에 있어서 약 30% 내지 약 55%의 알루미노실리케이트는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 알루미노실리케이트 점토에 있어서 약 35% 내지 약 50%의 알루미노실리케이트는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
일부 구현예들에서, 알루미노실리케이트, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토는 약 0.5 또는 약 1 내지 약 10㎛ 또는 내지 약 30㎛, 예를 들어 약 0.5 또는 약 1 내지 약 5㎛, 또는 약 2 내지 약 5㎛, 또는 약 2 내지 약 4㎛의 d50을 갖는다. 알루미노실리케이트, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토는 약 3 또는 약 5 내지 약 30㎛, 예를 들어, 약 10 내지 약 30㎛, 예를 들어, 약 10 내지 약 20㎛, 또는 약 20 내지 약 30㎛의 d90을 가질 수 있다. 알루미노실리케이트, 예를 들어 알루미노실리케이트 점토는 약 0.1 내지 약 5㎛ 또는 내지 약 15㎛, 예를 들어 약 0.1 내지 약 2㎛, 또는 약 0.5 내지 약 2㎛, 또는 약 0.5 내지 약 1.5㎛의 d10을 가질 수 있다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 알루미노실리케이트 점토는 측정 가능한 세척 스크린 잔여물, 예를 들어 측정 가능한 +325 세척 스크린 체류율을 가질 수 있다. 예를 들어, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.2% 또는 약 0.5% 내지 약 20% 또는 내지 약 9%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 8%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 1.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 1% 내지 약 4.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4.5% 내지 약 9%일 수 있다.
측정 가능한 입자 크기는 기능성 미네랄의 상대 거칠기를 나타낼 수 있다. 일부 구현예들에서, 약 50% 내지 약 80%의 기능성 미네랄은 약 8㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 80%의 기능성 미네랄은 약 8㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 70% 내지 약 80%의 기능성 미네랄은 약 8㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
일부 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 5 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 5 내지 약 30㎛, 또는 약 10 내지 약 30㎛ 또는 약 15 내지 약 25㎛ 또는 약 10 내지 약 20㎛의 d50을 갖는다. 기능성 미네랄은 약 20 내지 약 70㎛, 예를 들어 약 30 내지 약 60㎛, 또는 약 40 내지 약 60㎛의 d90을 가질 수 있다. 기능성 미네랄은 약 2 내지 약 10㎛, 예를 들어 약 2 내지 약 8㎛, 또는 약 2 내지 약 6㎛, 또는 약 3 내지 약 5㎛의 d10을 갖는다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 기능성 미네랄은 측정 가능한 세척 스크린 잔여물, 예를 들어 측정 가능한 +325 세척 스크린 체류율을 가질 수 있다. 예를 들어, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.2% 또는 약 0.5% 내지 약 9% 또는 내지 약 20%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.2% 또는 약 0.5% 내지 약 8%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.2% 또는 약 0.5% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.2% 또는 약 0.5% 내지 약 1.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 1% 내지 약 4.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4.5% 내지 약 9% 또는 내지 약 20%일 수 있다.
특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 0.5m2/g 내지 약 200m2/g, 예를 들어 적어도 약 1m2/g, 또는 적어도 약 5m2/g, 또는 적어도 약 10m2/g, 또는 적어도 약 30m2/g, 또는 적어도 약 50m2/g의 BET 표면적을 갖는다. 특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 1m2/g 내지 약 150m2/g, 또는 약 3m2/g 내지 약 50m2/g, 또는 약 5m2/g 내지 약 30m2/g, 예를 들어 약 9m2/g 내지 약 20m2/g의 BET 표면적을 갖는다.
특정 구현예들에서, 상기 연료는 연소되어 바람직하지 않은 연소 산물을 형성하고 상기 기능성 미네랄은 촉매로 작용하여 상기 바람직하지 않은 연소 산물을 바람직하지 않은 정도가 더 적은 화합물로 전환한다. 특정 구현예들에서, 바람직하지 않은 연소 산물은 질소 산화물을 포함한다. 특정 구현예들에서, 바람직하지 않은 연소 산물은 일산화탄소이다. 특정 구현예들에서, 바람직하지 않은 연소 산물은 질소 산화물 및 일산화탄소이다.
특정 구현예들에서, 상기 로는 분말화-연료 로를 포함한다.
일부 구현예들에 따르면, 연소는, 예를 들어 증기 생성기를 통해 전력을 생성하기 위한 유동층 반응기 시스템의 일부인 로에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 로는 순환 유동층 반응기 시스템의 일부일 수 있다. 로는 당분야 숙련자에게 공지된 무기 화합물들-함유 재료들의 연소를 위한 다른 시스템들의 일부일 수 있다. 다른 구현예들에서, 로는 화상 로를 포함한다.
특정 구현예들에서, 상기 방법은 로 내로의 일부 연료의 도입 전에 적어도 일부 연료 및 미네랄 첨가제 배합물을 서로 조합하는 것을 추가로 포함한다. 예를 들어, 연료 및 미네랄 첨가제 배합물의 적어도 일부, 또는 전부가 로 내로의 도입 전에 서로 펠렛화된다. 연료 및 미네랄 첨가제 배합물은 펠렛화 전에 함께 분쇄될 수 있다. 대안적으로, 연료는 별도로 분쇄된 후 미네랄 첨가제 배합물과 조합될 수 있다(이는 또한, 소정 입자 크기, 예를 들어 상술된 바와 같은 입자 크기로 별도로 분쇄될 수 있음). 펠렛화는 당분야에 공지된 통상적 방법들에 따라, 예를 들어 EN 14961-6에 따라 수행될 수 있다. 액체 배지, 예를 들어 물이 펠렛화 공정 이전 또는 동안에 첨가될 수 있다. 물의 양은 일반적으로 연료의 양 및 유형 그리고 미네랄 첨가제의 양 및 유형에 의존할 것이다. 첨가되는 경우 물의 양은 연소에 적합한 펠렛, 예를 들어 실질적으로 EN 14961-6의 요건들에 부합하는 펠렛을 생성하기 충분할 것이다. 특정 구현예들에서, 연료 및 미네랄 첨가제 배합물의 건조 중량을 기준으로 약 1 및 30중량%의 물이 첨가될 수 있다, 예를 들어 약 5 내지 20중량% 물, 또는 약 7 내지 15중량% 물이 첨가될 수 있다.
다른 구현예들에서, 연료 및 미네랄 첨가제 배합물은 로 내로 별도로, 예를 들어 분말화 형태로, 응집물들로 또는 슬러리로 도입된다.
미네랄 첨가제 배합물이 알루미노실리케이트 점토를 포함하는 특정 구현예들에서, 가열 단계는 적어도 일부 점토의 소성을 일으키며, 상기 방법은 하기를 추가로 포함한다: 로에서 적어도 일부 무기 휘발성 화합물들(본원에 기재된 대로)을 소성된 점토 및 기능성 미네랄들을 통해 흡착하고; 소성된 점토 및 기능성 미네랄 배합물을 연료 연소에서 생성되는 재와 반응시켜 그 내화도를 증가시키고; 적어도 일부 소성된 점토 및 흡착된 무기 화합물들을 로에서부터 제거함.
특정 구현예들에서, 연료는 석탄(예로, 아탄), 석유 코크스, 또는 생물연료(예로, 밀짚, 목재 펠렛들, 또는 MDF(중밀도 섬유판)의 혼합물), 또는 임의의 상기의 조합이다.
예시적 석탄원들에는 비제한적으로 갈탄, 아탄 및 역청탄, 예컨대 동방 역청탄, 점결탄, 주라기 석탄, 트라이아스기 석탄, 페름기 석탄, 및 석탄기 석탄이 포함된다.
일부 구현예들에 따르면, 본원에 개시된 예시적 방법들과 연관되는 연료에는 석유 코크스, 예를 들어 정유 공장 코커 및 분해증류 단위들에서 유래되는 탄소질 고체가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 연료에는 석유 코크스의 모래가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 연료에는 석탄 및 석유 코크스의 조합들이 포함될 수 있다.
본원에 개시된 일부 예시적 방법들에 따르면, 반응기 시스템에 첨가되는 알루미노실리케이트 점토 및 기능성 미네랄의 양 증가는 순환 로에서 연소되는 석탄의 양 감소를 허용할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 도입되는 약 1중량부의 알루미노실리케이트 점토 및 기능성 미네랄에 있어서, 시스템에 도입되는 석탄의 양은 석탄의 약 5중량부만큼 감소될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 본원에 개시된 예시적 방법들에 연관된 연료에는, 예를 들어 생물질 유래 생물연료가 포함될 수 있다. 예시적 생물질원들에는 비제한적으로 목재, 목재 펠렛들, 짚, 짚 펠렛들, 밀짚, 밀짚 펠렛들, 이탄, 목질 섬유소, 폐기물 생물질 및 쓰레기 유래 연료들, 예컨대 버개스, 밀 줄기들, 옥수수 줄기들, 귀리 줄기들, 해바라기 낟알 잔여물들, 올리브 잔여물들, 쌀겨들, 코코넛 껍질들, 야자핵들, 해체 목재, 벌목 잔여물들, 톱밥, 및/또는 에너지 생물질, 예컨대 Miscanthus 속의 풀들이 포함될 수 있다.
또한, 일부 구현예들에 따르면, 연료는 비제한적으로, 지방자치 및 주거용 쓰레기, 산업 폐기물들, 종이들, 상자들, 직물들, 타이어들, 플라스틱들, 하수 슬러지, 흑액, 가금 쓰레기, 다른 동물 쓰레기, 일반적인 농업용 폐기물들, 및 거름, 예를 들어 건조 거름을 포함하는 다른 쓰레기 유래 연료들 또는 폐기물들을 포함하거나 함유하거나 이로 구성될 수 있다.
특정 구현예들에서, 연료는 준역청탄 또는 아탄이다. 준역청탄은 PRB 석탄, 고알칼리 PRB 석탄, 또는 일리노이 및 애팔래치아 석탄의 배합물, 예를 들어 일리노이 및 애팔래치아 석탄의 25/75wt.% 배합물일 수 있다.
본 발명의 방법들에 사용하기 위한 예시적 연료들이 후술되는 실시예들에 기재된다. 바로 아래 기재되는 연료 특성들 및 조성 특징들은 후술되는 실시예들에 기재된 분석 방법들에 따라 결정될 수 있다.
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 PRB 석탄이거나 이를 포함한다:
· 약 10-30MJ/kg, 예로 약 15-25MJ/kg, 또는 약 18-22MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 60-80wt.%, 예로 약 65-75 또는 70wt.%, 또는 약 68-72wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
· 약 1-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 3-6wt.%, 또는 약 3 또는 4-5wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
· 약 1-20wt.%, 예로 약 2 또는 5-15wt.%, 또는 약 3 또는 7-10 또는 12wt.%, 또는 약 4 또는 8-10wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
· 약 10-50wt.%, 예로 약 15 또는 20-40wt.%, 또는 약 20 또는 25-35wt.%, 또는 약 23 또는 28-32wt.%의 수분 함량
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 밀짚이거나 이를 포함한다:
· 약 9-27MJ/kg, 예로 약 13-23MJ/kg, 또는 약 14-20MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 32-55wt.%, 예로 약 35-50wt.%, 또는 약 38-48wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
·약 2-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 4-7wt.%, 또는 약 5-6wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
·약 1-20wt.%, 예로 약 1-10wt.%, 또는 약 1.5-8wt.%, 또는 약 2-7wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
·약 1-50wt.%, 예로 약 2-30wt.%, 또는 약 5-20wt.%, 또는 약 5-10wt.%의 수분 함량
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 25% 일리노이 + 75% 애팔래치아 석탄(25/75 App)이거나 이를 포함한다:
·약 10-35MJ/kg, 예로 약 15-33MJ/kg, 또는 약 23-32MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 50-85wt.%, 예로 약 60-80wt.%, 또는 약 67-78wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
·약 2-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 4-7wt.%, 또는 약 4-6wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
·약 1-20wt.%, 예로 약 5-20wt.%, 또는 약 10-18wt.%, 또는 약 12-17wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
·약 1-50wt.%, 예로 약 2-30wt.%, 또는 약 5-20wt.%, 또는 약 5-10wt.%의 수분 함량
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 목재 펠렛이거나 이를 포함한다:
·약 12-25MJ/kg, 예로 약 14-23MJ/kg, 또는 약 15-20MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 35-60wt.%, 예로 약 40-55wt.%, 또는 약 45-54wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
·약 2-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 4-7wt.%, 또는 약 4-6wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
·약 1-20wt.%, 예로 약 1- 10wt.%, 또는 약 1.5-8wt.%, 또는 약 2-6wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
·약 1-50wt.%, 예로 약 2-30wt.%, 또는 약 5-20wt.%, 또는 약 5-10wt.%의 수분 함량
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 고알칼리 PRB 석탄이거나 이를 포함한다:
·약 5-20MJ/kg, 예로 약 7-15MJ/kg, 또는 약 8-14MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 45-70wt.%, 예로 약 50-65wt.%, 또는 약 50-60wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
·약 2-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 3-7wt.%, 또는 약 3-5wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
·약 1-20wt.%, 예로 약 1- 10wt.%, 또는 약 3-8wt.%, 또는 약 5-8wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
·약 1-50wt.%, 예로 약 5-40wt.%, 또는 약 10-35wt.%, 또는 약 20-35wt.%의 수분 함량
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 아탄이거나 이를 포함한다:
·약 1-20MJ/kg, 예로 약 1-15MJ/kg, 또는 약 2-14MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 15-70wt.%, 예로 약 20-60wt.%, 또는 약 30-50wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
·약 2-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 2-7wt.%, 또는 약 2-5wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
·약 10-70wt.%, 예로 약 15-60wt.%, 또는 약 20-50wt.%, 또는 약 25-45wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
·약 5-50wt.%, 예로 약 10-45wt.%, 또는 약 15-45wt.%, 또는 약 25-45wt.%의 수분 함량
특정 구현예들에서, 연료는 하기 특징들을 갖는 MDF 및 폐수 슬러지(WWS)이거나 이를 포함한다:
·약 5-25MJ/kg, 예로 약 10-20MJ/kg, 또는 약 12-18MJ/kg의 더 높은 수신 발열값
·약 25-60wt.%, 예로 약 40-55wt.%, 또는 약 45-55wt.%의 C 함량(건조 연료 중)
·약 2-10wt.%, 예로 약 2-8wt.%, 또는 약 3-7wt.%, 또는 약 4-6wt.%의 H 함량(건조 연료 중)
·약 0.5-10wt.%, 예로 약 1-6wt.%, 또는 약 1.5-5wt.%, 또는 약 1.5-4wt.%의 총 재 함량(건조 연료 중)
·약 5-40wt.%, 예로 약 10-35wt.%, 또는 약 15-35wt.%, 또는 약 20-35wt.%의 수분 함량
본 문헌에 기재된 연료들은 하기 방법들에 따라 분석될 수 있다:
열량값들: 밀짚, 목재 펠렛들, MDF 목재 잔여물들, 폐수 슬러지 및 아탄에 대해 XP CEN/TS 14918 표준 방법 및 석탄들에 대해 ASTM D 5865.
C 및 H 함량: 밀짚, 목재 펠렛들, MDF 목재 잔여물들, 폐수 슬러지 및 아탄에 대해 PR NF EN 15104 표준 방법 및 석탄들에 대해 ASTM D 5373.
수분 함량: 밀짚, 목재 펠렛들, MDF 목재 잔여물들, 폐수 슬러지 및 아탄에 대해 XP CEN/TS 14774-1 표준 방법 및 석탄들에 대해 ASTM D 5142.
재 함량: 밀짚, 목재 펠렛들, MDF 목재 잔여물들, 폐수 슬러지 및 아탄에 대해 550℃에서 XP CEN/TS 14775 및 815℃에서 재들에 대해 ISO 1171 표준 방법 및 석탄들에 대해 ASTM D 5142.
무기 및 금속 원소들: 연료들 밀짚, 목재 펠렛들, MDF 목재 잔여물들, 폐수 슬러지 및 아탄의 원소 조성은 HNO3 소화 후 ICP-MS에 이어 ISO 17294 표준 방법을 이용하여 수득되었다. XP CEN/TS 15290 표준 방법이 주요 원소들 Al, Ca, Fe, Mg, P, K, Si, Na의 결정을 위해 적용되었고 XP CEN/TS 15297 표준 방법이 소량 원소들의 결정을 위해 적용되었다(소량 원소들이 ISO 1171 표준 방법에 의해 결정된 아탄은 제외). XP CEN/TS 15289 표준 방법이 S 및 Cl의 결정을 위해 적용되었다. 석탄들 PRB, 고알칼리 PRB, 일리노이 및 애팔래치아에 대해 표준 ASTM D 6349를 원소 조성의 결정에 이용하였다.
미네랄 첨가제 배합물이 알루미노실리케이트 점토를 포함하는 특정 구현예들에서, 점토는 약 3인치 이하의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들을 포함한다, 예를 들어 수화 점토 응집물들은 약 2인치 이하의 크기를 갖거나 또는 수화 점토 응집물들은 약 1인치 이하의 크기를 갖는다. 응집물의 필요 크기는 물리적 개질 공정, 예컨대 분쇄, 해머링, 롤 분쇄, 건조, 연마, 스크리닝, 압출, 마찰전기 분리, 액체 분류, 및 공기 분류 중 적어도 하나에 의해 수득될 수 있다.
특정 구현예들에서, 성분 (i), 성분 (ii) 및 미네랄 첨가제 배합물의 양들은 (1) 로에 존재하는 적어도 일부 알칼리 및/또는 무기 휘발성 화합물들을 흡착하고/하거나 (2) 연료 연소에서 유래하거나 생성되는 연료 재와 반응하여 연료 재의 내화도를 증가시키고/시키거나 (3) SOx 배출들을 감소시키거나 배제하기 충분하다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 연료 및 미네랄 첨가제 배합물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 20wt.%, 예를 들어 약 0.3 또는 약 1 내지 약 10wt% 또는 내지 약 20wt.%, 또는 약 0.5 또는 약 1 내지 약 8 또는 내지 약 15wt.%, 또는 약 0.7 또는 약 1 내지 약 6 또는 내지 약 12wt.%, 또는 약 1 내지 약 5 또는 내지 약 10wt.%, 또는 약 1 또는 약 1.5 내지 약 3 또는 내지 약 10wt.%, 또는 약 1.5 내지 약 2.5 또는 내지 약 9.5wt.%의 양으로 로에 존재한다. 당분야 숙련자들은 로에 첨가되는 배합된 미네랄 첨가제의 양이 연소되는 특정 유형의 연료에 의존할 수 있음을 이해할 것이다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 PRB 석탄(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 배합물은 약 1 내지 약 3wt.%의 양으로 로에 존재한다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 알칼리 PRB 석탄(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 2 내지 약 5wt.%의 양으로 로에 존재한다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 25/75 wet.% 애팔래치아 석탄(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 6 내지 약 10wt.%의 양으로 로에 존재한다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 아탄(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 3 내지 약 8wt.%의 양으로 로에 존재한다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 밀짚(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 1 내지 약 8wt.%의 양으로 로에 존재한다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 목재 펠렛들(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 0.5 또는 약 1.5 내지 4wt.%의 양으로 로에 존재한다.
특정 구현예들에서, 예를 들어 연료가 MDF 목재 잔여물들 및 폐수 슬러지의 혼합물(상기 기재된 대로)인 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 0.5 내지 약 2wt.%의 양으로 로에 존재한다.
하기 표는 연료 유형 및 미네랄 첨가제 배합물 첨가량의 견지에서 일부 예시적 구현예들을 요약한다.
Figure 112014067319375-pct00001
특정 구현예들에서, 분탄화 및 응집, 예를 들어 층 응집의 경향성은 연소 동안 로에서 원소 몰 비 (Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)의 분석에 의해 평가된다. 전술된 바와 같이, Si-, K-, Na- 및 P-함유 종들은 재 형성 종들이다. 이들 종들은 연소 동안 형성되는 액상들을 안정화하고 더 점착성이 있고 쉽게 유동하는 재들의 형성을 선호하는 작용을 한다. 이러한 종들의 액상 형성능은 가열 시 소성하거나 적어도 부분적으로 소성하여 대응 산화물을 형성하는 Ca-, Mg-, 및 Al-함유 종들의 첨가에 의해 완화될 수 있다. 칼슘-함유, 마그네슘-함유 및 알루미늄-함유 종들이 충분한 양으로 존재하는 경우, 이들은 재들의 점착성 및 유동성 감소에 기여하는 내화 결정상들의 결정화에 기여한다. 본 발명자들은 로에서 원소 몰 비 (Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)가 약 1.75 또는 약 1.5 이하인 경우 연소실에서의 분탄화 및 응집이 감소될 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 두 번째 측면에 따라 그리고 본 발명의 첫 번째 측면의 특정 구현예들에서, 로에서의 원소 몰 비 (Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)가 약 1.75 이하 또는 약 1.5 이하, 예를 들어, 약 1.25 이하, 또는 약 1.2 이하, 또는 약 1.1 이하, 또는 약 1.0 이하, 또는 약 0.95 이하, 또는 약 0.90 이하, 또는 약 0.85 이하, 또는 약 0.80 이하, 또는 약 0.75 이하, 또는 약 0.70 이하, 또는 약 0.65 이하, 또는 약 0.60 이하, 또는 약 0.55 이하인 경우 연소실에서의 분탄화 및 응집이 감소될 수 있다. 특정 구현예들에서, 로에서의 원소 몰 비 (Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)는 약 1.25 이하이고 적어도 약 0.10 또는 적어도 약 0.30이다, 예를 들어 적어도 약 0.20 또는 적어도 약 0.30, 또는 적어도 약 0.45이다. Si, K, Na, P, Ca, Mg 및 Al의 양들은 본원에 기재된 것들을 포함하는 통상적 분석 기법들을 이용하여 결정될 수 있다. 추가 상세내용들은 하기 실시예 부분에서 제공된다.
본 발명의 세 번째 측면에 따라 그리고 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 측면의 특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물(로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 및 실리케이트-풍부 침적물들을 제어하는데 사용하기 위한)은 하기를 포함한다:
미네랄 첨가제 배합물의 총 중량을 기준으로, 0.1-99.9중량%의 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및
마그네슘 함유 미네랄 및 칼슘 함유 미네랄 중 하나 이상으로부터 선택되는 0.1-99.9중량%의 기능성 미네랄.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다:
10-80% 카올린, 5-90% 벤토나이트, 18-85% 보크사이트 카올린, 5-85% 백운석, 5-85% 수활석, 10-87% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 PRB 석탄의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 최대 60%의 카올린, 최대 60%의 벤토나이트, 40-70% 보크사이트 카올린, 30-60% 백운석, 30-60% 수활석, 30-60% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 고알칼리 PRB 석탄의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 최대 90%의 카올린, 30-90% 벤토나이트, 20-90% 보크사이트 카올린, 5-40% 백운석, 5-40% 수활석, 5-40% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 25% 일리노이 + 75% 애팔래치아 석탄의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 최대 20%의 카올린, 최대 20%의 벤토나이트, 최대 40%의 보크사이트 카올린, 65-95% 백운석, 65-95% 수활석, 65-95% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 아탄의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 10-60% 카올린, 최대 20%의 벤토나이트, 20-70% 보크사이트 카올린, 30-60% 백운석, 30-60% 수활석, 30-60% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 밀짚의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 최대 90%의 카올린, 30-90% 벤토나이트, 30-70% 보크사이트 카올린, 최대 50%의 백운석, 최대 50%의 수활석, 최대 50%의 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 목재 펠렛들의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 최대 50%의 카올린, 20-50% 벤토나이트, 20-80% 보크사이트 카올린, 20-80% 백운석, 20-80% 수활석, 20-80% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 연료로 사용되는 MDF 목재 잔여물 + 폐수 슬러지의 경우, 최적의 미네랄 첨가제 배합물은 하기를 포함한다: 최대 60%의 카올린, 최대 60%의 벤토나이트, 50-90% 보크사이트 카올린, 20-90% 백운석, 20-90% 수활석, 20-90% 칼슘 카르보네이트.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 카올린 및 벤토나이트 및/또는 녹점토, 또는 카올린 및 보크사이트 카올린을 포함하거나 본질적으로 이로 구성된다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 미네랄 첨가제 배합물의 총 중량을 기준으로 약 2-98중량%의 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 마그네슘 함유 미네랄 및 칼슘 함유 미네랄 중 하나 이상으로부터 선택되는 약 2-98중량%의 기능성 미네랄을 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 10-90중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 마그네슘 함유 미네랄 및 칼슘 함유 미네랄 중 하나 이상으로부터 선택되는 약 10-90중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 적어도 약 15중량%의 상기 기능성 미네랄, 예를 들어 적어도 약 20중량%, 또는 적어도 약 30중량%, 또는 적어도 약 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 약 60중량%, 또는 적어도 약 70중량%, 또는 적어도 약 80중량%의 상기 기능성 재료를 포함한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 적어도 약 15중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물, 예를 들어 적어도 약 20중량%, 또는 적어도 약 30중량%, 또는 적어도 약 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 약 60중량%, 또는 적어도 약 70중량%, 또는 적어도 약 80중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물을 포함한다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물 및 기능성 미네랄은 본 발명의 첫 번째 측면의 구현예들에 상기 기재된 유형이다.
특정 구현예들에서, 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 화합물은 30% 내지 100%, 보다 바람직하게는 40% 내지 100%인 양의 보크사이트 카올린, 카올린, 벤토나이트 및 미네랄들 고릉석 및 녹점토 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 알루미노실리케이트 재료 중 하나 이상 또는 둘 이상 또는 셋 이상 또는 네 개 모두; 및 알루미노실리케이트 재료의 총 중량을 기준으로 0% 내지 95%, 또는 바람직하게는 0% 내지 60%인 양의 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트 및 다이어스포어 중 하나 이상에서 선택되는 알루미늄 수화물에서 선택된다.
특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 백운석, 수활석 및 칼슘 카르보네이트 중 하나 이상 또는 둘 이상 또는 셋 모두로부터 선택된다.
특정 구현예들에서, 보크사이트 카올린은 미네랄 첨가제 배합물의 총 중량을 기준으로 적어도 약 15wt.%, 예를 들어 적어도 약 20wt.%, 또는 적어도 약 30wt.%, 또는 적어도 약 40wt.%, 또는 적어도 약 55wt.%의 양으로 배합물 중에 존재한다.
특정 구현예들에서, 미네랄 첨가제 배합물은 약 25-98중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 2-75중량%의 상기 기능성 미네랄, 예를 들어 약 40-98중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 약 2-60중량%의 상기 기능성 미네랄, 또는 약 60-98중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 2-40중량%의 상기 기능성 미네랄, 또는 약 70-98중량%의 상기 점토; 및 2-30중량%의 상기 기능성 미네랄, 또는 약 85-98중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 2-15중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함한다. 특정 구현예들에서, 약 50% 내지 약 80중량%의 상기 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물 및/또는 약 20% 또는 20% 초과 내지 약 50% 또는 50% 미만의 기능성 미네랄(칼슘 카르보네이트일 수 있음)이 존재할 수 있다.
특정 구현예들에서, 상기 기재된 바와 같은 약 0.1-20중량%의 미네랄 첨가제 배합물을 나머지 연료 및 다른 선택적 첨가제들과 함께 포함하는, 연소실을 위한 연료 혼합물이 제공된다.
연료 혼합물은 분말의 형태로 제공될 수 있다.
연료 혼합물은 펠렛들의 형태로 제공될 수 있다.
연료는 상술된 연료들의 하나 이상, 예를 들어 석탄, 석유 코크스, 또는 생물연료 중 하나 이상일 수 있다.
특정 구현예들에서, 연료 혼합물의 연료는 준역청탄 또는 아탄, 예를 들어 PRB 석탄, 고알칼리 PRB 석탄, 또는 일리노이 및 애팔래치아 석탄의 배합물, 예를 들어 일리노이 및 애팔래치아 석탄의 25/75wt.% 배합물이다.
다른 예시적 구현예들이 아래에 기재된다. 특정 구현예들에서, '점토'에 대한 참조들에는 상술된 알루미노실리케이트 점토에 대한 참조가 포함된다. 특정 구현예들에서, '기능성 미네랄'에 대한 참조들에는 상술된 마그네슘 및 칼슘 함유 미네랄들에 대한 참조가 포함된다.
일부 구현예들에 따르면, 점토 및 기능성 미네랄은 로에 첨가될 수 있고, 열은 적어도 부분적으로 소성된 점토 및 기능성 미네랄이 로 내에서 적어도 일부 알칼리 및/또는 무기 휘발성 화합물들에 대한 흡착제로 작용할 수 있도록 적어도 부분적으로 점토를 소성할 수 있다. 또한, 점토 및 기능성 미네랄 첨가제 배합물들은 재들과 반응하여 그 결정화 능력, 결정형 분획 및 그 점도를 증가시켜 덜 유동하고 더 내화성이 높은 재들을 생성할 수 있다. 결과적으로 미네랄 첨가제 배합물들은 재들이 연소실 성분들의 노출된 표면들 상에서 침적 및 밀집화를 덜 거치고 덜 점착성이 되도록 한다.
일부 구현예들에 따르면, 로의 작동 방법에는 적어도 로 내로 알칼리-함유 재료를 도입하고, 적어도 약 5%의 수분 함량(예로, 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량)을 갖는 기능성 미네랄 및 점토를 로 내로 도입하고, 적어도 일부 점토(예로, 수화 점토의 적어도 부분적으로 소성된 부분)를 로 또는 그 배기 기류로부터 제거하는 단계들이 포함될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 점토에는 덩어리 점토, 예를 들어 적어도 약 1중량% 내지 적어도 약 50중량% 범위의 수분 함량으로 부분적으로 건조될 수 있는 수화 점토가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 덩어리 점토는 약 4중량% 내지 약 16중량% 범위, 예를 들어 약 8중량% 내지 약 12중량%(예로, 약 10중량%), 약 5중량% 내지 약 10중량%, 또는 약 10중량% 내지 약 15중량%의 수분 함량으로 부분적으로 건조될 수 있다.
하나의 구현예에서, 덩어리 점토는 약 1인치 이하의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 덩어리 점토는 약 3/4인치 이하, 예를 들어, 약 1/2인치 이하의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 덩어리 점토는 약 1/4인치 이하(예로, 내지 약 1/8인치 이하)의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 덩어리 점토는 약 3인치 이하, 예컨대 약 2인치 이하 또는 약 1인치 이하의 최대 덩어리 크기를 갖는 수화 점토 응집물들을 포함할 수 있다.
일부 예시적 구현예들에 따르면, 점토에는 덩어리 점토, 절단되고/되거나 분쇄된 점토, 비선광 점토, 카올린, 볼 점토(예로, 약 20-80% 카올린, 10%-35% 운모, 및/또는 6%-65% 석영을 포함하는 점토), 및 카올린 또는 임의의 알루미노실리케이트 채광 작업으로부터의 공정 폐기물 또는 표토 유래 점토(예로, 카올린 침적물들이 채광되는 위에 배치된 재료 유래 점토) 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 점토는 적어도 약 9m2/g, 예를 들어 적어도 약 10m2/g 또는 적어도 약 15m2/g의 BET 표면적을 가질 수 있다.
일부 구현예들에 따른 무기 화합물들-함유 재료들은 연소를 위한 연료로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 무기 화합물들-함유 재료들에는 석탄, 석유 코크스, 생물연료(예로, 생물질에서 수득되는 연료) 및 고체 폐기물 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 예시적 석탄원들에는 비제한적으로 갈탄, 아탄 및 역청탄, 예컨대 동방 역청탄, 점결탄, 주라기 석탄, 트라이아스기 석탄, 페름기 석탄, 및 석탄기 석탄이 포함된다. 다른 구현예들에서, 무기 화합물들-함유 재료들은 연소를 위해 사용되는 연료에 실질적으로 존재하지 않는다.
일부 구현예들에 따르면, 무기 화합물들-함유 재료들에는 칼슘 카르보네이트가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 칼슘 카르보네이트들은 분진 석회석, 대리석, 초크, 백운석, 선석 모래, 바다 조개들, 산호, 및/또는 이들의 혼합물들로 제공될 수 있다. 하나의 구현예에서, 무기 화합물들-함유 재료에는, 예를 들어 해양 기원 침적물에서 유래하는 칼슘 카르보네이트가 포함될 수 있으며, 여기서 알칼리에는 해수로부터의 잔류 염이 포함될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 연료 및/또는 무기 화합물들-함유 재료(들) 및 점토 그리고 기능성 미네랄은 로에 공급되기 전에 조합될 수 있다. 예를 들어, 연료 및/또는 무기 화합물들-함유 재료 및 점토 그리고 기능성 미네랄은 연소 전에 혼합되고/되거나 배합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 하나의 석탄 및 석유 코크스가 점토 및 기능성 미네랄과 혼합되고/되거나 배합될 수 있다. 다른 구현예들에서, 칼슘 카르보네이트는 점토 및 기능성 미네랄과 혼합되고/되거나 배합될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 점토 및 기능성 미네랄은 분말화된 형태로, 응집물들로 또는 슬러리로 연소실 시스템에 직접 첨가될 수 있다. 예를 들어, 점토 및 기능성 미네랄이 로에 첨가될 수 있거나 또는 점토 및 기능성 미네랄이 로에 중력 공급되는 바닥 재 스트림으로 첨가될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 연소는, 예를 들어 증기 생성기를 통해 전력을 생성하기 위한 유동층 반응기 시스템의 일부인 로에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 로는 순환 유동층 반응기 시스템의 일부일 수 있다. 로는 당분야 숙련자들에게 공지된 무기 화합물들-함유 재료들의 연소를 위한 다른 시스템들의 일부일 수 있다.
일부 구현예들에서, 점토는 로에서 적어도 부분적으로 소성된 점토로 전환될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 부분적으로 소성된 점토는 로에 존재하는 적어도 일부 알칼리 또는 무기 화합물들을 흡착하는 작용을 할 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토는 재들과 반응하여 그 결정화 능력, 결정형 분획 및 그 점도를 증가시켜, 더 유동성이 적고 더 내화성이 높은 재들을 생성할 수 있다.
일부 구현예들에서, 점토 및 기능성 미네랄이 순환 로에 적어도 2회 도입될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 일부 무기 화합물들-함유 재료는 배합된 무기 화합물들-함유 재료 및 점토 그리고 기능성 미네랄이 로 내로 도입되기 전에 적어도 일부 점토 및 기능성 미네랄과 배합될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 적어도 일부 점토 및 기능성 미네랄은 로의 하부 부분 내로 도입될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 일부 점토 및 기능성 미네랄은 로의 상부 부분 내로 도입될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 적어도 일부 점토 및 기능성 미네랄은 열 교환기의 재-슬러리 측 내로 도입될 수 있다.
무기 화합물들-함유 재료(들) 및 점토 그리고 기능성 미네랄이 로에 도입되기 전에, 일부 구현예들에서 적어도 하나의 무기 화합물들-함유 재료 및 점토 및/또는 기능성 미네랄의 크기는 적어도 하나의 물리적 개질 공정을 거칠 수 있다. 예를 들어, 물리적 개질 공정(들)은 적어도 하나의 무기 화합물들-함유 재료 및/또는 점토 및/또는 기능성 미네랄의 크기를, 예를 들어 약 1인치 이하로 감소시키는 작용을 할 수 있다. 일부 구현예들에서, 예시적인 물리적 개질 공정은 적어도 하나의 무기 화합물들-함유 재료 및/또는 점토 및/또는 기능성 미네랄의 크기를 약 3/4인치 이하, 예를 들어 약 1/2인치 이하로 감소시킬 수 있다. 일부 구현예들에서, 예시적인 물리적 개질 공정은 적어도 하나의 무기 화합물들-함유 재료 및/또는 점토 및/또는 기능성 미네랄의 크기를 약 1/4인치 이하(예로 약 1/8인치 이하)로 감소시킬 수 있다. 다른 구현예들에서, 적어도 하나의 무기 화합물들-함유 재료 및/또는 점토 및/또는 기능성 미네랄은 약 3인치 이하, 예컨대 약 2인치 이하 또는 약 1인치 이하의 최대 덩어리 크기를 갖는 점토 및 기능성 미네랄 응집물들을 포함할 수 있다. 예시적인 물리적 개질 공정들에는 적어도 하나의 분쇄, 해머링, 롤 분쇄, 건조, 연마, 스크리닝, 압출, 마찰전기 분리, 액체 분류, 및 공기 분류가 포함될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 비활성 재료가 로 내로 도입될 수 있다. 예시적인 비활성 재료들에는, 예를 들어 그리고 비제한적으로 모래, 연료의 잔여물들, 및/또는 석고가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 미세 비활성 재료는 로 시스템과 연관될 수 있는 하나 이상의 사이클론들에서 분리 효율을 개선하도록 선택될 수 있다.
로 반응기 내로 도입되는 점토 및 기능성 미네랄의 양은, 예를 들어 보일러 효율을 유지하기 충분한 양에 근거하여 선택될 수 있다. 보일러 효율의 하나의 척도는 보일러 증기 온도에 관련된다. 일부 구현예들에서, 점토 및 기능성 미네랄은 보일러 열 교환기의 고온측에서 약 850℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도를 유지하기 충분한 양으로, 예를 들어 약 950℃ 내지 약 1010℃ 범위의 보일러 열 교환기 고온측 온도를 유지하기 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토 및 기능성 미네랄은 약 970℃ 내지 약 1010℃ 범위의 보일러 열 교환기 고온측 온도를 유지하기 충분한 양으로, 예를 들어 약 1000℃ 내지 약 1010℃ 범위의 보일러 열 교환기 고온측 온도를 유지하기 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 일부 로들에 있어서, 연료 약 0.1% 내지 5중량% 범위의 점토 및 기능성 미네랄(예로, 덩어리 반건조 카올린)의 양이 첨가될 수 있다, 예를 들어 연료의 약 1% 내지 약 3중량% 범위의 양이 첨가될 수 있다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 점토 및 기능성 미네랄은 측정 가능한 수분 함량을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토 및 기능성 미네랄은 적어도 약 1%(예로, 적어도 약 5%)의 수분 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 점토의 수분 함량은 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 12중량%일 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토는 약 9중량% 내지 약 11중량% 범위의 수분 함량, 예를 들어 약 10중량%를 가질 수 있다(예로, 약 10%의 수분 함량을 갖는 덩어리 점토). 일부 구현예들에서, 점토는 15중량% 초과의 수분 함량을 갖는다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 점토 및 기능성 미네랄은 다양한 형태들을 취할 수 있고/있거나 다양한 공정들을 거칠 수 있다. 예를 들어, 점토 및 기능성 미네랄에는 절단된 및/또는 분쇄된 점토가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토는 비선광 점토일 수 있다. 본원에서 사용되는 비선광 점토에는 점토의 분산, 반죽, 선택적 응결, 오존 표백, 분류, 자기적 분리, 화학적 침출, 거품 부유선광, 및 탈수로부터 선택되는 적어도 한 공정을 거치지 않은 점토가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 일부 점토는 카올린, 예를 들어 화학식 Al2Si2O5(OH)4를 갖는 수화 알루미노실리케이트일 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토에는 볼 점토가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토에는 카올린 또는 임의의 알루미노실리케이트 미네랄 채굴 작업으로부터의 표토 또는 공정 폐기물 유래 점토가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토에는 보크사이트 카올린이 포함될 수 있다. 다른 구현예들에서, 점토에는 녹점토성 벤토나이트가 포함될 수 있다. 다른 구현예들에서, 점토에는 카올린 및/또는 볼 점토 및/또는 벤토나이트 및/또는 보크사이트 카올린의 배합물들이 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토는 수화 점토일 수 있다. 다른 구현예들에서, 점토는 소성된 점토일 수 있다. 일부 구현예들에서, 소성된 점토는 메타카올린을 함유할 수 있다. 일부 구현예들에서, 점토는 적어도 약 15%의 수분 함량을 갖는 미가공 점토에서 유래된 점토일 수 있다. 예를 들어, 점토에는 몬트모릴로나이트 카올린이 포함될 수 있다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 점토는 수화 점토들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 수화 점토는 수화 점토들의 조합에 결합 강도를 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 하나의 수화 점토는 수화 점토 조합의 거칠기를 증가시키도록 선택될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 점토는 측정 가능한 BET 표면적을 가질 수 있다. 예를 들어, BET 표면적은 적어도 약 9m2/g일 수 있다, 예를 들어 BET 표면적은 적어도 약 10m2/g 또는 적어도 약 15m2/g, 또는 적어도 약 25m2/g일 수 있다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 점토 및/또는 기능성 미네랄은 측정 가능한 입자 크기를 가질 수 있다. 본원에서 나타내는 입자 크기들 및 다른 입자 크기 특성들, 예컨대 입자 크기 분포("psd")는 Micromeritics Corporation에서 공급되는 SEDIGRAPH 5100 기기를 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 주어진 입자의 크기는 현탁액을 통해 침강하는 동등한 지름의 구의 지름의 견지에서, 즉 동등한 구형 지름 또는 "esd"로 표현될 수 있다.
측정 가능한 입자 크기는 점토의 상대 거칠기를 나타낼 수 있다. 일부 구현예들에서, 약 30% 내지 약 50%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 35% 내지 약 45%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 30% 내지 약 40%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 40% 내지 약 50%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 80%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 65% 내지 약 75%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 70%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 70% 내지 약 80%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 점토는 측정 가능한 세척 스크린 잔여물, 예를 들어 측정 가능한 +325 세척 스크린 체류율을 가질 수 있다. 예를 들어, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 9%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 8%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 1.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 1% 내지 약 4.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4.5% 내지 약 9%일 수 있다.
측정 가능한 입자 크기는 기능성 미네랄의 상대 거칠기를 나타낼 수 있다. 일부 구현예들에서, 약 30% 내지 약 50%의 기능성 미네랄은 약 20㎛ 미만, 바람직하게는 약 10㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 35% 내지 약 45%의 기능성 미네랄은 약 20㎛ 미만, 바람직하게는 약 10㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 30% 내지 약 40%의 기능성 미네랄은 약 20㎛ 미만, 바람직하게는 약 10㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 40% 내지 약 50%의 기능성 미네랄은 약 20㎛ 미만, 바람직하게는 약 10㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 1마이크론 내지 약 50마이크론의 크기 범위일 수 있다.
다른 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 20㎛ 초과, 예컨대 50마이크론 초과, 100㎛ 초과, 250㎛ 초과, 500㎛ 초과, 1mm 초과, 5mm 초과 또는 심지어 1cm 초과의 입자 크기를 갖는 더 거친 입자로 첨가될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 기능성 미네랄은 약 50마이크론 내지 약 1cm의 크기 범위일 수 있다.
일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 80%의 기능성 미네랄은 약 50㎛ 미만, 바람직하게는 약 20㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 65% 내지 약 75%의 기능성 미네랄은 약 50㎛ 미만, 바람직하게는 약 20㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 70%의 기능성 미네랄은 약 50㎛ 미만, 바람직하게는 약 20㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 70% 내지 약 80%의 기능성 미네랄은 약 50㎛ 미만, 바람직하게는 약 20㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
본원에 개시된 예시적 방법들에서 사용되는 기능성 미네랄은 측정 가능한 세척 스크린 잔여물, 예를 들어 측정 가능한 +325 세척 스크린 체류율을 가질 수 있다. 예를 들어, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 9%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 8%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 0.5% 내지 약 1.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4% 내지 약 5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 1% 내지 약 4.5%일 수 있다. 일부 구현예들에서, +325 메쉬 세척 스크린 체류율은 약 4.5% 내지 약 9%일 수 있다.
특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 0.5m2/g 내지 약 200m2/g, 예를 들어 적어도 약 1m2/g, 또는 적어도 약 5m2/g, 또는 적어도 약 10m2/g, 또는 적어도 약 30m2/g, 또는 적어도 약 50m2/g의 BET 표면적을 갖는다. 특정 구현예들에서, 기능성 미네랄은 약 1m2/g 내지 약 150m2/g, 또는 약 3m2/g 내지 약 50m2/g, 또는 약 5m2/g 내지 약 30m2/g, 예를 들어, 약 9m2/g 내지 약 20m2/g의 BET 표면적을 갖는다.
본원에 개시된 예시적 방법들은 다양한 연료(들) 및/또는 무기 화합물들-함유 재료들과 연합되어 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 연료는 알칼리 재료를 함유할 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 연료에는 석탄이 포함될 수 있다. 예시적 석탄원들에는 비제한적으로 아탄 및 역청탄, 예컨대 동방 역청탄, 점결탄, 주라기 석탄, 트라이아스기 석탄, 페름기 석탄, 및 석탄기 석탄이 포함된다.
일부 구현예들에 따르면, 본원에 개시된 예시적 방법들에 연관된 연료에는 석유 코크스, 예를 들어 정유 공장 코커 및 분해증류 단위들에서 유래된 탄소질 고체가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 연료에는 석유 코크스의 모래가 포함될 수 있다. 일부 구현예들에서, 연료에는 석탄 및 석유 코크스의 조합들이 포함될 수 있다.
본원에 개시된 일부 예시적 방법들에 따르면, 반응기 시스템에 첨가되는 점토 및 기능성 미네랄의 양 증가는 순환 로에서 연소되는 석탄의 양 감소를 허용할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 도입되는 약 1중량부의 점토 및 기능성 미네랄에 있어서, 시스템에 도입되는 석탄의 양은 석탄 약 5중량부만큼 감소될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 본원에 개시된 예시적 방법들에 연관된 연료에는, 예를 들어 생물질에서 유래된 생물연료가 포함될 수 있다. 예시적 생물질원들에는 비제한적으로 목재, 목재 펠렛들, 짚 펠렛들, 이탄, 목질 섬유소, 폐기물 생물질, 예컨대 버개스, 밀 줄기들, 옥수수 줄기들, 귀리 줄기들, 및/또는 에너지 생물질, 예컨대 Miscanthus속의 풀들이 포함될 수 있다.
일부 구현예들에서, 무기 화합물들-함유 재료들에는 SOx 및 NOx 중 적어도 하나를 감소시키기 위해 선택된 재료들이 포함될 수 있다. 예를 들어, SOx 및 NOx 중 적어도 하나를 감소시키기 위해 선택된 무기 화합물들-함유 재료(들)에는 칼슘 카르보네이트가 포함될 수 있다. 예를 들어, 칼슘 카르보네이트는 바다에서 유래될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 재료(들)에는 SOx- 및 NOx-게터 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
일부 구현예들에서, 약 30% 내지 약 50%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 35% 내지 약 45%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 30% 내지 약 40%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 40% 내지 약 50%의 점토는 약 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다.
일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 80%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 65% 내지 약 75%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 60% 내지 약 70%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예들에서, 약 70% 내지 약 80%의 점토는 약 2㎛ 미만의 입자 크기를 갖는다. 입자 크기 측정은, 예를 들어 이미 정의된 바와 같은 표준 Sedigraph "psd" 분석 방법들에 의해 정의될 수 있다.
점토 및 기능성 미네랄에 부가하여, 일부 구현예들에서 고체 재료 입자들에는 SOx- 및 NOx-게터 및/또는 비활성 재료 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 예시적 SOx-게터에는, 예를 들어 그리고 비제한적으로 칼슘 카르보네이트가 포함될 수 있다. 예시적 비활성 재료들에는, 예를 들어 모래, 석고, 및/또는 연료의 잔여물들이 포함될 수 있다.
의혹을 배제하고자, 본 발명에는 하기 번호를 매긴 문단들에 정의된 바와 같은 요지가 포함된다.
1. 하기를 포함하는 연소실의 작동 방법:
연료를 연소시키도록 구성된 로 내로 연료를 도입하고;
점토 및 기능성 미네랄을 포함하는 미네랄 첨가제 배합물을 로 내로 도입하고; 및
적어도 일부 연료 및 미네랄 배합물을 가열함.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연료에 바람직하지 않은 오염물이 포함되고 상기 기능성 미네랄이 흡착제로 작용하여 상기 오염물에 결합하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 오염물이 무기 화합물들, 예컨대 알칼리들, 알칼리 토류, 황, 염소, 불소, 산화물들 및 금속들(철, 아연, 안티몬, 바나듐, 비소, 카드뮴, 바륨, 납, 수은, 니켈, 크롬, 코발트)을 포함하는 방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 오염물이 바나듐 화합물을 포함하는 방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 오염물이 수은 화합물을 포함하는 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 마그네슘 함유 미네랄을 포함하는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 활석을 포함하는 방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 마그네슘 산화물 또는 수산화물을 포함하는 방법.
9. 제 6항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 백운석을 포함하는 방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 마그네슘 카르보네이트, 히드로-능고토석, 질석, 녹점토, 금운모, 녹니석, 해포석, 요철봉석 또는 팔리고르스카이트로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
11. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 칼슘 함유 미네랄을 포함하는 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 석회석, 대리석, 초크, 백운석, 선석 모래, 바다 조개들, 또는 산호로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
13. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 망간 함유 미네랄 또는 망간 과산화물 함유 미네랄을 포함하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 망간 함유 미네랄이 연망간광, 갈망간광, 경망간광, 및 능망간광로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
15. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 상기 점토의 내화도를 증가시키는 작용을 함으로써 연소실 또는 그 연관 열 교환기의 노출된 표면들 상에 덜 침적될 수 있는 내화성이 더 높은 재를 생성하는 방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 금속 산화물을 포함하는 방법.
17. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수화물을 포함하는 방법.
18. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 보크사이트를 포함하는 방법.
19. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 수반토석, 뵈마이트, 및 다이아스포어로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
20. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 보크사이트 카올린을 포함하는 방법.
21. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 티타늄 산화물을 포함하는 방법.
22. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및 판티탄석으로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
23. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 지르코늄 산화물을 포함하는 방법.
24. 제 15항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 알루미노실리케이트를 포함하는 방법.
25. 제 24항에 있어서, 상기 알루미노실리케이트가 할로이사이트를 포함하는 방법.
26. 제 24항에 있어서, 상기 알루미노실리케이트가 홍주석, 남정석, 규선석, 히드로-토파즈, 멀라이트, 엽납석, 또는 돔바사이트로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
27. 제 1항에 있어서, 상기 연료가 연소하여 바람직하지 않은 연소 산물을 형성하고 상기 기능성 미네랄이 촉매로 작용하여 상기 바람직하지 않은 연소 산물을 바람직하지 않은 정도가 더 적은 화합물로 전환하는 방법.
28. 제 27항에 있어서, 상기 바람직하지 않은 연소 산물이 질소 산화물을 포함하는 방법.
29. 제 27항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 티타늄 산화물을 포함하는 방법.
30. 제 27항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및 판티탄석으로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
31. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 점토의 표면적을 증가시키는 작용을 하는 방법.
32. 제 31항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 몬트모릴로나이트 및 베이델라이트를 포함하는 녹점토를 포함하는 방법.
33. 제 31항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 벤토나이트, 엽납석, 활석, 해포석 및 팔리고르스카이트로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 방법.
34. 제 31항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 보크사이트를 포함하는 방법.
35. 제 31항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 할로이사이트를 포함하는 방법.
36. 제 31항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 규조암을 포함하는 방법.
36. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 적어도 약 25m2/g의 BET 표면적을 갖는 방법.
37. 제 1항에 있어서, 칼슘 카르보네이트를 로 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
38. 제 1항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로가 분말화-연료 로를 포함하는 방법.
39. 제 1항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로가 화상 로를 포함하는 방법.
40. 제 1항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로가 순환 유동층을 포함하는 방법.
41. 제 1항 내지 제 40항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 카올린을 포함하는 방법.
42. 제 1항 내지 제 41항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 볼 점토를 포함하는 방법.
43. 제 1항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 카올린 채광 작업 또는 임의의 알루미늄-실리케이트 채광 작업으로부터의 표토 또는 공정 폐기물 유래 점토를 포함하는 방법.
44. 제 1항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 수화 점토인 방법.
45. 제 1항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 소성된 점토인 방법.
46. 제 1항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량을 갖는 방법.
47. 제 1항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 약 8중량% 내지 약 12중량% 범위의 수분 함량을 갖는 방법.
48. 제 1항 내지 제 47항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 덩어리 점토를 포함하는 방법.
49. 제 1항 내지 제 48항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 절단 및 분쇄 점토 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
50. 제 1항 내지 제 49항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 비선광 점토를 포함하는 방법.
51. 제 1항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 적어도 약 9m2/g의 BET 표면적을 갖는 방법.
52. 제 1항 내지 제 51항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 적어도 약 15m2/g의 BET 표면적을 갖는 방법.
53. 제 1항 내지 제 52항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 적어도 약 15%의 수분 함량을 갖는 미가공 점토에서 유래되는 방법.
54. 제 1항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서, 일부 연료를 로 내로 도입하기 전에 적어도 일부 연료, 점토, 및 기능성 미네랄을 서로 조합하는 것을 추가로 포함하는 방법.
55. 제 1항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서, 연료, 점토, 및 기능성 미네랄이 분말화된 형태로, 응집물들로 또는 슬러리로 로 내에 별도로 도입되는 방법.
56. 제 1항 내지 제 55항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 단계로 적어도 일부 점토의 소성이 일어나며, 하기를 추가로 포함하는 방법:
소성된 점토 및 기능성 미네랄들을 통해 로에서 적어도 일부 무기 휘발성 화합물들을 흡착하고;
소성된 점토 및 미네랄 배합물과 연료 연소에서 유래되는 재를 반응시켜 그 내화도를 증가시키고; 및
적어도 일부 소성된 점토 및 흡착된 무기 화합물들을 로에서 제거함.
57. 제 1항 내지 제 56항 중 어느 한 항에 있어서, 연료가 석탄, 석유 코크스, 또는 생물연료, 또는 임의의 상기의 조합인 방법.
58. 제 1항 내지 제 57항 중 어느 한 항에 있어서, 점토가 약 3인치 이하의 크기를 갖는 수화 점토 응집물들을 포함하는 방법.
59. 제 58항에 있어서, 수화 점토 응집물들이 약 2인치 이하의 크기를 갖는 방법.
60. 제 58항에 있어서, 수화 점토 응집물들이 약 1인치 이하의 크기를 갖는 방법.
61. 하기를 포함하는, 로 또는 보일러에서 알칼리-풍부 및 실리케이트-풍부 침적물들의 제어에 사용하기 위한 조성물들:
5-99.9중량%의 점토; 및
마그네슘 함유 미네랄, 망간 함유 미네랄, 티타늄 이산화물, 지르코늄 산화물, 보크사이트 미네랄, 규조토, 알루미노-실리케이트 미네랄 또는 이들의 배합물로부터 선택되는 0.1-95중량%의 기능성 미네랄.
62. 제 61항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 마그네슘 함유 미네랄을 포함하는 조성물.
63. 제 62항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 활석을 포함하는 조성물.
64. 제 62항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 마그네슘 산화물을 포함하는 조성물.
65. 제 62항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 마그네슘 수산화물을 포함하는 조성물.
66. 제 62항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 백운석을 포함하는 조성물.
67. 제 62항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 능고토석, 히드로-능고토석, 질석, 녹점토, 금운모, 녹니석, 해포석, 요철봉석 또는 팔리고르스카이트로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 조성물.
68. 제 61항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 망간 함유 미네랄을 포함하는 조성물.
69. 제 68항에 있어서, 상기 망간 함유 미네랄이 연망간광, 갈망간광, 경망간광, 및 능망간광으로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 조성물.
70. 제 61항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 알루미늄 산화물을 포함하는 조성물.
71. 제 70항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 보크사이트를 포함하는 조성물.
72. 제 70항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 수반토석, 뵈마이트, 및 다이아스포어로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 조성물.
73. 제 70항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 보크사이트 카올린을 포함하는 조성물.
74. 제 61항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 알루미노실리케이트 미네랄들을 포함하는 조성물.
75. 제 74항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 홍주석, 남정석, 규선석, 히드로-토파즈, 멀라이트, 엽납석, 또는 돔바사이트로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 조성물.
76. 제 61항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 티타늄 산화물을 포함하는 조성물.
77. 제 76항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 금홍석, 예추석, 티탄철광, 류콕센, 및 판티탄석으로부터 선택되는 미네랄을 포함하는 조성물.
78. 제 61항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 지르코늄 산화물을 포함하는 조성물.
79. 제 61항에 있어서, 점토가 카올린을 포함하는 조성물.
80. 제 61항에 있어서, 점토가 볼 점토를 포함하는 조성물.
81. 제 61항에 있어서, 점토가 카올린 또는 임의의 알루미노실리케이트 채광 작업으로부터의 표토 또는 공정 폐기물에서 유래되는 점토를 포함하는 조성물.
82. 제 61항에 있어서, 점토가 수화 점토인 조성물.
83. 제 61항에 있어서, 점토가 소성된 점토인 조성물.
84. 제 61항에 있어서, 점토가 약 5중량% 내지 약 15중량% 범위의 수분 함량을 갖는 조성물.
85. 제 61항에 있어서, 점토가 약 8중량% 내지 약 12중량% 범위의 수분 함량을 갖는 조성물.
86. 제 61항에 있어서, 점토가 덩어리 점토를 포함하는 조성물.
87. 제 61항에 있어서, 점토가 절단 및 분쇄 점토 중 적어도 하나를 포함하는 조성물.
88. 제 61항에 있어서, 점토가 비선광 점토를 포함하는 조성물.
89. 제 61항에 있어서, 수화 점토가 적어도 약 9m2/g의 BET 표면적을 갖는 조성물.
90. 제 61항에 있어서, 수화 점토가 적어도 약 15m2/g의 BET 표면적을 갖는 조성물.
91. 제 61항에 있어서, 수화 점토가 적어도 약 15%의 수분 함량을 갖는 미가공 점토 유래 점토를 포함하는 조성물.
92. 제 61항에 있어서, 25-99.9중량%의 상기 점토; 및 0.1-75중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함하는 조성물.
93. 제 61항에 있어서, 40-99.9중량%의 상기 점토; 및 0.1-60중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함하는 조성물.
94. 제 61항에 있어서, 60-99.9중량%의 상기 점토; 및 0.1-40중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함하는 조성물.
95. 제 61항에 있어서, 70-99.9중량%의 상기 점토; 및 0.1-30중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함하는 조성물.
96. 제 61항에 있어서, 85-99.9중량%의 상기 점토; 및 0.1-15중량%의 상기 기능성 미네랄을 포함하는 조성물.
실시예들
본 개시의 다른 구현예들은 본원에 개시된 예시적 구현예들의 실시 및 명세서의 고려로부터 당분야 숙련자들에게 자명할 것이다. 명세서 및 실시예들은 예시적 목적으로만 간주되어야 하며, 본 개시의 진정한 범위 및 요지는 첨부되는 특허청구범위에 의해 나타내는 것이다.
짚을 단독으로 또는 미네랄 배합물들에 근거하여 상이한 첨가제들과 함께 태웠다. 각각의 첨가제 용액을 파일롯 규모의 화상 버너에서 펠렛화 형태로 평가하였다.
실험 장치
약 1040℃(+/-40℃)에서 25kW "HS Multi Heat" 규모의 화상 보일러에서 연소를 수행하였다. 상기 보일러에는 자동 재-제거 시스템이 장착되지 않았으며 일차 및 이차 공기 주입 입구들은 고온을 유지하기에 충분히 가까워서 바닥 재들 생성이 선호되었다. 공기 주입은 연소 동안 λ=2 및 O2=10%가 되도록 설정하였다. 각각의 실시예 평가를 위해, 펠렛들을 공급 속도 5kg/h에서 연소 챔버 내에 계량 스크류를 통해 도입하고 연소는 5시간 30분 지속되었다(영구 방식으로 4시간).
연소 모니터링
연소 동안, 후술되는 파라미터들을 모니터링하여 연소 효율, 입자들의 배출들 및 기체들의 조성을 평가하였다.
연소 회수(%) 및 배출 에너지(pt100 탐침 및 유량계가 커플링된 열량계를 이용하여 측정되는 kW)를 측정하였다. 각각의 실시예 평가를 위해, 태운 펠렛들의 질량을 알아서 펠렛의 저 열량값을 계산하고, 이를 이론값과 비교하여 연소 효율(%)을 추정할 수 있었다.
NF X 44-052 표준 문서에 제공된 지침들에 따라 먼지 및 기체들의 등역학 펌핑을 수행하였다. 측정들은 4시간의 영구 방식에 걸쳐 얻었다.
NF X 44-052 표준 절차에 따라 임의의 체질 없이 배기 가스 중 총 먼지 함량을 측정하였다.
CO 및 NOx 배출들은 배기 가스들에 대한 전기화학적 전지를 이용하여 측정하였다. 값들은 11% O2 및 9.5% CO2의 표준화된 조건들 하에서 ppm으로 제공된다.
배출되는 H2S 중량은 이것을 NaOH 버블링 흡수 용액 내로 보내는 등역학 펌핑 시스템에 의한 포획 후 배기 가스에 대해 측정하였다. 분석은 NF EN 1911 표준 문서에 따라 수행하였다.
중금속들, 예컨대 Cd 및 Pb의 양을 배기 가스의 여과 후 입자들 및 자체 가스들에서 모두 HNO3 + H2O2 버블링 흡수 용액 내로 보내는 등역학 펌핑 시스템에 의한 포획 후 측정하였다. 이어서 NF EN 14385 표준 절차에 따라 측정들을 수행하였다.
Hg의 양은 버블링 흡수 용액이 HNO3 + K-디크로메이트로 구성된 것을 제외하고 동일한 프로토콜을 이용하여 측정되었다. NF EN 13211 표준 절차에 따라 측정들을 수행하였다.
생물질 연료, 미네랄 첨가제들 및 펠렛들의 상세내용들
연료는 파리 분지 지역에서 수확된 짚이었다. 짚은 특히 높은 염소 및 칼륨 함량들을 갖는다. 그 수분 함량은 XP CEN/TS 14774 표준 방법을 이용하여 수득하였고 8.8wt%과 같았다(수신물 기준). 그 재 함량은 XP CEN/TS 14775 표준 방법을 이용하여 수득하였고 6.1wt%과 같았다(건조물 기준). 그 열량값들은 XP CEN/TS 14918 표준 방법을 이용하여 수득하였고 다음과 같았다: 건조물에 대한 상한 열량값: 18,525MJ/kg, 건조물에 대한 하한 열량값: 17,370MJ/kg, 수신물에 대한 상한 열량값: 16,895MJ/kg 및 수신물에 대한 하한 열량값: 15,638MJ/kg. 무기 및 금속 원소들을 짚의 HNO3 소화 후 ISO 17294 표준 방법에 따라 측정하였다. 원소 조성은 ICP-MS를 이용하여 Al, Ca, Fe, Mg, P, K, Si, Na에 대해서는 XP CEN/TS 15290 표준 방법에 따라, As, Cr, Cd, Cu, Ni, Zn, Pb에 대해서는 XP CEN/TS 15297 표준 방법에 따라, 그리고 S 및 Cl에 대해서는 XP CEN/TS 15289 표준 방법에 따라 수득하였다. mg.kg-1로 제공하는 결과들은 다음과 같다: Na 47.65, Mg 792.23, Al 33.78, P 563.1, K 9228.13, Ca 3630.24, Si 104.31, Fe 85.65, As <0.1, Cr 0.56, Cd 0.10, Cu 1.57, Ni <0.5, Zn 4.76, Pb <0.5, Hg <0.05, Ti 0.75, Cl 2400. C, H, 및 N 함량은 NF EN 15104 표준에 따라 분석한 반면, S는 NF EN 15289에 따라 분석하였다. 이들은 (%, 건조물 기준) C 41.6, H 5.61, N 0.77, 및 S 0.11와 같은 것으로 나타났다.
실시예들 1-8
8개의 실시예 평가들을 표 1에 기재된 조성들에서 수행하였다. 비교예 1(이후 실시예 1)은 짚만을 이용하여 수행하였다. 실시예들 2 내지 8에 대해서는 기재된 바와 같이 2.25wt%의 첨가제를 97.75wt%의 짚과 조합하였다. 1.8wt%는 첨가제 부분의 80%에 해당하며, 0.9wt%는 첨가제 부분의 40%에 해당하고 0.45wt%는 첨가제 부분의 20%에 해당한다.
실시예 평가들의 개시 전에, 각각의 첨가제를 분석하였다. Bruker의 S4 explorer X-선 형광 장치, 사전 건조 표본 재료의 융합된 투명 버튼의 형성이 관여되는 기법을 이용하여 1200℃의 온도에서 화학 분석을 수행하였다. 이들 분석들의 결과들을 표 2에 나타낸다. 또한 표 2에 나타낸 강열 감량(LOI)은 표본을 하룻밤 동안 1050℃에 두어 측정하였다.
C 및 S 함량에 대한 값들(표 3에 나타냄)은 LECO C, S 분석기를 이용하여 수득하였다. 입자 크기 분포는 Micromeritics의 Sedigraph를 이용하여 측정하였다.
표 4에 나타낸 비표면적(SSA)은 Micromeritics의 BET를 이용하여 평가하였다.
정량적 광물 조성들(표 5에 나타냄)은 Bruker의 D8 장치를 이용하여 수득되는 X-선 회절 스펙트럼들에 대해 Topas 소프트웨어를 이용하여 수득하였다.
펠렛들의 조성
wt% 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
짚 100 97.75 97.75 97.75 97.75 97.75 97.75 97.75
카올린 2.25 1.8 0.9
보크사이트 카올린 2.25 0.9
백운석 2.25 0.45 0.45 0.45 0.45
벤토나이트 1.8 0.9 0.9
S4 Explorer XR로 수득되는 미네랄 첨가제들의 화학적 조성
wt%
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O LOI
카올린 47.8 36.5 1.3 0.1 0.1 0.3 0.1 2.4 11.8
보크사이트 카올린 20.8 52.5 1 2.6 0.1 0 0 0.1 23.8
백운석 1 0.2 0.1 0 36.6 16.5 0 0 45.7
벤토나이트 49.1 16.8 4.6 0.7 5.7 3.7 2.9 0.5 10.3
LECO를 이용하여 수득되는 미네랄 첨가제들 중 C 및 S 함량
ppm C S
카올린 635 67
보크사이트 카올린 1868 2819
백운석 120580 10
벤토나이트 14100 11130
미네랄 첨가제들의 상이한 입자 크기들 및 SSA에 대한 d10, d50 및 d90 값들, wt%
d10㎛ d50
㎛		 d90
㎛		 >8㎛ >5㎛ <2㎛ <1㎛ SSA(m2/g)
카올린 1 3 13 22 38 37 24 10
보크사이트 카올린 1 3 24 30 39 46 33 101
백운석 4 14 48 73 86 4 2 1
벤토나이트 1 4 16 27 42 24 4 48
카올린+백운석 8
벤토나이트+백운석 38
카올린+벤토나이트+백운석 22
보크사이트 카올린+벤토나이트+백운석 53
미네랄 첨가제들의 정량적 광물 분석
wt% 카올린 보크사이트 카올린 백운석 벤토나이트
고릉석 79 44
백운모 14
베이델라이트 67
석영 4.5 <1 4
수반토석 49
뵈마이트 4
방해석 20 8
백운석 79 11
예추석 3 2
금홍석 2.5
석고
중정석 6
황철광 1
펠렛화 공정의 상세내용들
2400rpm에서 작동하고 3mm 그리드가 장착된 파일롯 규모의 해머 밀을 이용하여 짚을 분쇄하였다. 미네랄 첨가제들을 분쇄된 짚에 첨가하여 펠렛들을 생성하였다.
EN 14961-6에 기재된 것들과 가장 가까운 특징들을 갖는 펠렛들을 수득하기 위해 짚 단독에서 작업할 때 최적 펠렛화 파라미터들(압축율=7 및 물 첨가=12%)을 결정하였다. 압축율은 일정하게 유지된 반면, 물 첨가는 각각의 미네랄 배합물에 대해 미세 조정되었다. 펠렛화 동안, 압축 시스템의 파워, 생산 속도 및 압출 부분의 온도를 측정하였다.
펠렛들의 물리적 특성들의 상세내용들
이어서 하기 측정들을 수행하여 펠렛들을 정량하였다: 표 6에 보고된 바와 같은 내구성, 강도, 용적 질량 및 수분 함량.
펠렛들의 물리적 특성들
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
용적 중량(kg/m3) 600 599 601 599 589 599 603 602
내구성(%) 95 94 94 95 94 94 95 95
강도(kp) 20 17 16 19 19 17.5 19 20
데이터는 모든 펠렛들이 물리적 특성들의 견지에서 대등함을 나타낸다.
연소 잔여물들의 특징분석
각각의 실시예에 있어서, 연소 말기에 바닥 재들, 침적물 재들(수평 열 교환기 상의 점화 구역의 수직 상부) 및 연기 재들(배기 파이프라인들이 시작되는 수평 열 교환기 후면)을 수집하고 칭량하였다. 바닥 재들을 8 및 3.15mm에서 체질하고 후속 분획들을 칭량하였다. 총 재 함량을 계산하고 수신물 재료의 %로 나타내었다.
>8mm 바닥 재들은 이들의 마손도를 추정하기 위해 진탕 평가를 거쳤다. 상기 목적을 위해, 지름 31 내지 8mm로 적정된 여러 바닥 재들이 상이한 측면들(용융성, 무름성 등)을 대표하도록 선택되었다. 이들이 9.5cm 인치 지름 및 1L 부피의 PE-용기의 1/3을 충전하도록 이들의 수를 정의하였다. >8mm 재들은 WAB의 Turbula 장치에서 15분 동안 진탕하였다. 생성 재들은 하기 체들이 장착된 Fritsch의 Analysette 3 체질 시스템에서 5분 동안 체질하였다: 8mm, 5mm, 2.5mm, 1mm, 630㎛. 진폭 0.2mm 및 대기 1s를 매 30초마다 보장하도록 설정을 선택하였다. 마손도 지수는 하기 공식으로 컴퓨터로 계산한다:
Figure 112014067319375-pct00002
식 중,
Figure 112014067319375-pct00003
이고,
Figure 112014067319375-pct00004
이다.
마손도 지수(Findex)는 1부터 10까지 변하며, 상한값이 최대 마손도에 해당한다.
연소 회수 및 효율에 대한 효과
연소 회수 및 효율 결과들을 표 7에 나타낸다.
연소 회수 및 효율
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
연소 회수(영구 방식 하의 %):
연소 회수 89.6 90.2 89.75 90 89.85 89.9 90.45 89.8
에너지 균형(수신 표본으로서의 kWh/kg):
하한 열량 파워 3.624 3.589 3.546 3.655 3.611 3.577 3.652 3.042
100% 효율 시의 PCI 4.34 4.242 4.242 4.242 4.242 4.242 4.242 4.242
효율% 84 85 84 86 85 84 86 72
변동% / 실시예 1 1 0 3 2 1 3 -14
배출들에 대한 효과들
분석들의 대조는 표 8에 나타낸 바와 같이, 첨가제들로 인해 먼지 배출들에서 상당한 감소를 나타내었다. 모든 평가 실시예들에 있어서, 먼지 배출들은 150mg/m3인 프랑스 배출 한계 미만이다.
실시예 평가들 동안 모니터링된 먼지 배출들
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
먼지(mg/m 3 ) 47.2 37.5 32.6 37.2 25.3 35.8 33.4 32.5
변동% / 실시예 1 -21 -31 -21 -46 -24 -29 -31
선형인 경우의 이론적 변동 -21 -35
분석들의 대조는 표 9에 나타낸 바와 같이 첨가제들로 인해 기체들에서 바람직하지 않은 성분들의 상당한 감소를 나타내었다.
실시예 평가들 동안 모니터링된 기체 배출들
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
배출들(11% O2 및 9,5% CO2에 대해 표준화된 ppm):
CO 132 28 43 20 39 75 49 16
변동% / 실시예 1 -79 -67 -85 -70 -43 -63 -88
선형인 경우의 이론적 변동 -80 -57
NOx 235 270 254 258 267 232 219 264
변동% / 실시예 1 15 8 10 14 -1 -7 12
선형인 경우의 이론적 변동 14 6
H2S 배출에 대해서는 모든 실시예 평가들에 있어서 그 값이 표 10에 나타낸 바와 같이 5mg/m3인 프랑스 한계값보다 훨씬 아래이다.
실시예 평가들 동안 모니터링된 H 2 S 배출
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
H 2 S(mg/m 3 ) <0.01 <0.02 <0.02 <0.02 <0.03 0.02 <0.02 <0.03
중금속들의 배출들 데이터를 표 11에 나타낸다.
실시예 평가들 동안 모니터링된 총 (기체 + 분진들) 중금속들
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
Hg(mg/m 3 ) <0.0011 <0.0011 <0.0011 <0.0023 <0.0012 0.0011 <0.0011 <0.0023
Cd(mg/m 3 ) 0.002 0.002 0.001 0.002 0.001 0.002 0.002 0.001
Pb(mg/m 3 ) 0.03 0.01 0.009 0.004 0.008 0.012 0.009 0.009
재 특징들
재 분석 데이터를 표 12에 나타낸다.
총 재 함량
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
이론적 재 함량(수신물로서의 wt%):
재 함량 5.49 7.15 6.91 6.47 7.02 7.04 7.03 6.93
총 재들(수신물로서의 wt%):
총 재 함량 4.86 6.18 6.23 5.94 6.52 6.46 6.55 6.15
표 13은 재의 재분할을 나타낸다.
재 특징들에 대한 미네랄들의 긍정적 효과를 하기 기준을 고려하여 평가한다: >8mm인 바닥 재들의 wt%(이는 연소를 선호하기 위해 최대한 낮아야 함(<3.15mm인 바닥 재들의 wt%는 최대한 높음) 및 1 내지 10의 마손도 지수(이는 연소 구역의 세정 및 재들의 제거를 선호하기 위해 최대한 높아야 함).
>8mm인 바닥 재들의 재 재분할 및 마손도 지수
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
재 분포(총 재의 %):
> 8mm인 바닥 재 71 35 24 66 30 60 45 43
변동% / 실시예 1 -50 -66 -7 -57 -14 -36 -39
선형인 경우의 이론적 변동 -41 -36
3.15 - 8mm인 바닥 재 9 23 17 11 18 12 20 21
변동% / 실시예 1 156 90 16 96 27 117 126
선형인 경우의 이론적 변동 128 61
<3.15mm인 바닥 재 19 39 57 22 50 26 33 36
변동% / 실시예 1 111 208 20 170 41 76 91
선형인 경우의 이론적 변동 93 105
비산 재(D=침적물) 1.1 1.0 0.8 1.3 1.1 1.2 1.4 1.0
변동% / 실시예 1 -14 -26 11 0 5 27 -11
선형인 경우의 이론적 변동 -9 3
비산 재 (F=연기) 0.6 1.2 0.2 0.1 0.4 0,7 0.6 0.1
변동% / 실시예 1 125 -67 -80 -25 18 15 -76
선형인 경우의 이론적 변동 84 -4
마손도 지수(1 내지 10):
마손도 지수 2 5 7 1 6 2 3 3
변동% / 실시예 1 112 223 -35 157 -18 31 29
선형인 경우의 이론적 변동 82 69

Claims (145)

  1. 로 내로 연료 및 미네랄 첨가제 배합물을 도입하고; 및 연료 및 미네랄 첨가제 배합물의 적어도 일부를 가열하는 것을 포함하는 연소실의 작동 방법으로서,
    연료는 칼륨 및 인을 포함하고; 미네랄 첨가제 배합물은 (i) 알루미노실리케이트 및/또는 알루미늄 함유 화합물; 및 (ii) 마그네슘, 칼슘 또는 이들의 조합을 포함하는 기능성 미네랄을 포함하고;
    성분 (i), 성분 (ii) 및 미네랄 첨가제 배합물의 양들이 (1) 로에 존재하는 적어도 일부 알칼리 및/또는 무기 휘발성 화합물들을 흡착하고, (2) 연료의 연소에서 유래되는 연료 재와 반응하여 연료 재의 내화도를 증가시키는데 충분하고;
    로에서 가열 동안 원소 몰 비 (Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)가 1.75 이하인 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 마그네슘 함유 미네랄이거나 이를 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 마그네슘 산화물 또는 로에서 가열 시 마그네슘 산화물을 형성하는 마그네슘 산화물 전구체 재료이거나 이를 포함하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물 전구체 재료가 활석, 백운석, 수활석 및 마그네슘 카르보네이트 중 하나 이상에서 선택되는 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 마그네슘 함유 미네랄이 백운석이거나 이를 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 미네랄이 칼슘 함유 미네랄이거나 이를 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, (i) 칼슘 함유 미네랄이 칼슘 산화물 또는 로에서 가열 시 칼슘 산화물을 형성하는 칼슘 산화물 전구체 재료이거나; 또는 (ii) 칼슘 함유 미네랄이 석회석, 대리석, 초크, 백운석, 선석 모래, 바다 조개들, 산호, 시멘트 가마 먼지, 이회토, 석회질 이회토 또는 점토질 이회토로부터 선택되는 미네랄이거나 이를 포함하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 칼슘 산화물 전구체 재료가 칼슘 카르보네이트 및/또는 칼슘 수산화물인 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 함유 화합물이 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수화물이거나 이를 포함하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 알루미늄 수화물이 보크사이트, 수반토석, 노드스트란다이트, 도일라이트, 베이어라이트, 뵈마이트, 및 다이아스포어로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 알루미노실리케이트가 카올린; 할로이사이트; 볼 점토; 녹점토; 벤토나이트; 카올린, 점토 또는 알루미노실리케이트 채광 작업으로부터의 표토 재료; 보크사이트 카올린; 이회토; 석회질 이회토; 또는 점토질 이회토 중 하나 이상에서 선택되는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 알루미노실리케이트가 몬트모릴로나이트 및 베이델라이트를 포함하는 녹점토를 포함하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 알루미노실리케이트가 소성된 점토인 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 알루미노실리케이트가 비선광 점토를 포함하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 알루미노실리케이트가 3m2/g 내지 200m2/g의 BET 표면적을 갖는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 미네랄 첨가제 배합물이 연료 및 미네랄 첨가제 배합물의 총 중량을 기준으로 로에서 0.1 내지 20중량%의 양으로 존재하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서, 로에서 원소 몰 비 (Si + K + Na + P):(Ca + Mg + Al)가 적어도 0.10이고, 1.5 이하인 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 미네랄 첨가제 배합물이 카올린 및 칼슘 카르보네이트를 포함하고, 단: (i) 카올린은 5중량% 내지 15중량% 범위의 수분 함량을 갖는 수화 점토이거나, (ii) 30% 내지 50%의 카올린 점토는 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖거나, (iii) 카올린은 3m2/g 내지 200m2/g의 BET 표면적을 갖거나, 또는 (iv) 칼슘 카르보네이트는 미네랄 첨가제 배합물의 50중량% 미만을 포함하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 로 내로의 도입 전에 연료 및 미네랄 첨가제 배합물의 적어도 일부 또는 전부가 서로 펠렛화되는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 연료가 염소 또는 바나듐 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 방법.
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