KR20050102123A - 가압 및 비-가압 미분탄 연소를 강화하기 위한 비-부식성처리제 - Google Patents

가압 및 비-가압 미분탄 연소를 강화하기 위한 비-부식성처리제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로 시스템에서 금속 표면의 부식을 억제하기 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 양태에서, 미분탄은 구리 이온 촉매/연소 보조제의 존재하에서 연료로서 연소된다. 2-아미노에탄올 같은 1차 아미노알콜, 트라이에탄올 아민 같은 3차 아미노알콜 및 붕소산 또는 그의 수용성 염 형태의 블렌드를 사용함으로써 이러한 시스템에서 부식이 억제된다.

Description

가압 및 비-가압 미분탄 연소를 강화하기 위한 비-부식성 처리제{A NON-CORROSIVE TREATMENT TO ENHANCE PRESSURIZED AND NON-PRESSURIZED PULVERIZED COAL COMBUSTION}
본 발명은 로와 접촉하는 금속 표면의 부식을 억제하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다.
로 작동을 강화하기 위한 구리 및 다른 금속의 사용은 잘 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,077,325 호(모르간(Morgan) 등)에 교시된 바에 따르면, Zr, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Sn, 및 Pb를 포함하는 금속성 화합물은 용광로(blast furnace) 등에서 연료로서 연소되는 미분탄에 첨가될 수 있다. 미분탄은 종종 용광로내에서 탄소와 산화철의 환원 반응을 포함하는 철의 제조에서 코크스의 일부를 위한 대체물로서 사용된다. 이 대체는 코크스가 부분적으로 대체되기 때문에 오염을 덜 야기시키고, 석탄이 코크스보다 저렴하기 때문에 공정에서 경제적 절감이 실현될 수 있다.
전형적인 용광로 공정에서, 철광석, 소결물, 고철(scrap), 또는 다른 철 원천을 포함하는 철 함유 물질과, 연료, 일반적으로 코크스, 및 플럭스(flux), 석회암(limestone), 또는 백운석(dolomite)이 함께 상부로부터 용광로로 충전된다. 용광로는 연료의 일부를 연소하여 철광석을 용융시키기 위한 열을 생산하고, 연료의 나머지는 철의 환원 및 탄소와의 결합을 위해 사용된다. 전형적인 로내에는, 제조된 선철(pig iron) 1톤 당, 철광석 또는 다른 철 함유 물질 약 1.7톤, 코크스 또는 다른 연료 0.5 내지 0.65톤, 및 석회암 및/또는 백운석 약 0.25톤이 충전된다. 게다가, 공정동안 공기 1.8 내지 2.0톤이 로로 취입된다.
실질적으로, 철 함유 원료(소결물, 철광석, 펠릿 등), 연료(코크스), 및 플럭스(석회암, 백운석, 등)가 로의 상부로 충전된다. 가열된 공기(블라스트)가 용광로의 하부에서 송풍구로 알려진 개구를 통해 용광로로 취입된다. 송풍구 스톡은 보충 연료(가스, 오일, 및 미분탄)가 주입되는 주입 노즐과 일치한다. 송풍은 연료를 연소시키고, 철을 제조하는 제련 화학 작용을 촉진한다. 송풍을 예열하기 위해 사용되는 스토브 또는 다른 용품, 예를 들어 코크스 오븐, 보일러 등에서 연소되기 전에 미립자 및 다른 유해 가스를 제거하기 위해, 용광로로부터 발생한 연소 가스를 제거한다.
상술한 바와 같이, 미분탄이 코크스의 일부를 대체하는 경우, 미국 특허 제 6,077,325 호에 개시된 바와 같은 금속이 연소 촉매 또는 보조제로서 사용될 수 있다. 상기 금속은 로내에서 저급 석탄을 사용하는 것을 가능하게 하기 때문에, 그리고 미분탄에 의한 코크스 대체를 더 크게 하기 때문에 이롭다. 추가적으로, 상기 금속은 "석탄 구름"을 최소화하고, LOI를 감소시키는 것을 돕는다. 감소된 슬래그 함량, 감소된 미립자 분출, 및 보다 양질의 철이 또한 이러한 촉매 또는 보조제를 사용함으로서 부여될 수 있는 가능한 혜택이다.
구리계 촉매 또는 연소 보조제가 특히 대중적이 되고 있다. 그러나, 그 결과로서 부식이라는 부대적인 문제가 발생하였다. 상기 문제는, 연소 촉매/보조제가 사용되는 로 시스템 내에 존재하는 연강 표면 상에서 발생하는 생성물에서의 부식으로부터 야기된다(본원에서 사용된 바와 같이, "로" 및 "로 시스템"은 오븐, 보일러, 용광로, 또는 연료가 연소될 수 있는 임의의 동등물을 지칭한다).
로 시스템의 금속성 부분 및 성분의 부식의 결과로서, 로 설비 자체가 고장나서, 공정 비사용 시간 및 비용이 많이 드는 대체를 야기할 수 있다.
발명의 요약
본 발명자는 로 시스템 내에서 부식을 억제하고, 특히 활성 성분으로 구리를 사용하는 금속계 연소 촉매/보조제의 사용이 가능한 기술을 발전시켰다. 본 발명의 하나의 양태에서, 본 발명의 부식 억제 처리제는 구리 연소 촉매/보조제와 혼합되어 로 연소 생성물과 접촉하는 연강 표면 상에 보호 필름을 형성한다.
부식 억제 처리제는 1차 아미노알콜(즉, 1차 아미노기를 가짐) 및 붕소산 또는 수용성 염 또는 산의 블렌드를 포함한다. 3차 아미노알콜(즉, 3차 아미노기를 가짐)이 또한 블렌드에 존재할 수 있다. 상기 블렌드는 바람직하게 로로 석탄이 주입되기 전에 수용액 형태로 미분탄 상에 분무된다. 다르게는, 상기 처리제는 로의 소위 "노변" 또는 "저온" 말단을 포함하는 로 시스템 내의 임의의 장소에서 분무 형태로 적용될 수 있다(본원에서 참조로서 인용된 미국 특허 제 4,458,006 호 및 제 4,224,180 호를 참조한다).
로 시스템의 금속 표면(예를 들어, 연강 표면)은 1차 아미노알콜 및 붕소산 또는 그의 수용성 염 형태의 블렌드를 포함하는 부식 억제 처리제에 의해 본 발명에 따라서 효과적으로 처리된다. 추가적으로, 부식 억제 처리제는 3차 아미노알콜을 포함할 수 있다. 바람직하게, 1차 아미노알콜은 2-아미노에탄올이고, 3차 아미노알콜은 트라이에탄올아민이다. 본 발명은 특히 구리 촉매/연소 보조제의 존재하에서 미분탄이 연료로서 연소되는 로 시스템에서 성공적인 것으로 증명되었다.
부식 억제 처리제는 가장 바람직하게 수용액 형태로 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같이 "수용액"이라는 용어는, 진정한 의미의 화학 용액 뿐만 아니라, 분산액, 혼합물, 및 현탁액을 포함하는 것으로 의도된다. 상기 용액은 석탄 1톤 당 수용액 약 100ml 내지 1L의 양으로 미분탄상으로 직접 분무될 수 있다. 더욱 바람직하게, 투여 속도는 미분탄 1톤 당 수용액 약 300ml 내지 1L이다.
바람직하게, 부식 억제 처리제는 2-아미노에탄올 및 트라이에탄올아민 성분을 둘 다 포함한다. 추가적으로, 통상적인 부식 억제제, 예를 들어 수용성 글루콘산염, 바람직하게 나트륨 글루코네이트가 부식 억제 처리제로 혼입될 수 있다. 미분탄이 촉매/연소 보조제로서 구리의 존재하에서 연소되는 경우, 구리 이온 원천이 또한 석탄 상으로 분무될 수용액으로 혼입될 수 있다.
본 발명은 또한 수용액의 형태로 연료 상에 분무되거나 적용되는데 적합한 부식 억제 처리제 조성물에 관한 것이다. 이러한 조성물 중에서, 2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민, 및 붕소산 또는 그의 성분의 염이 수용액에 약 1 내지 10중량%의 양으로 존재할 수 있다. 나트륨 글루코네이트는 또한 수용액에서 약 1 내지 15중량%의 양으로 존재할 수 있다. 구리 이온 원천이 또한 수용액에 존재하는 이러한 예에서, 상기 구리 이온 원천은 Cu++를 1 내지 20중량%의 양으로 제공하기 위한 양으로 존재할 수 있다.
2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민, 및 보레이트의 상승 효과적인 블렌드는 구리 존재하에서 수용성이 아니다. 그러나, 이러한 블렌드가 공지된 연강 부식 억제제, 나트륨 글루코네이트와 혼합되는 경우, 상기 글루코네이트/"블렌드" 혼합물은 구리의 존재하에서조차 물에서 높은 용해도를 갖는다.
본 발명에 따르는 예시적인 조성물은 하기의 표 1의 성분을 포함한다.
더욱 바람직하게, 조성물은 표 2의 성분을 포함한다.
예비시험 결과에 기초하여, 미분탄상의 분무 적용을 위한 단일 수용액에서 구리 이온 원천, 나트륨 글루코네이트, 2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민, 및 붕소산 또는 수용성 염을 제공하는 것이 바람직하다. 예시적인 구리 이온 원천은 구리 설페이트 펜타하이드레이트 및 구리 II-D-글루코네이트이다.
상업적인 용도를 위해 현재 바람직한 생성물은 4%의 활성 나트륨 글루코네이트를 갖는 약 3%의 2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민, 및 붕소산의 활성 블렌드, 및 제제의 총 중량의 100%가 되기 위해 충분한 물을 갖는 19%의 활성 구리 설페이트 펜타하이드레이트를 포함한다.
본 발명은 본 발명을 제한하기 위한 의도로 해석되지 아니하고, 본 발명의 예시로서 간주되는 하기의 실시예에 따라 추가적으로 개시될 것이다.
실시예 1
부식 속도 비교를 위한 병 시험 방법
실험 절차
모든 부식 시험은 연강 쿠폰으로 병 시험 방법을 사용하여 수행되었다. 상기 쿠폰을 노출 전후에 트라이-소듐 포스페이트 및 퍼미스(pumice)로 세정하여 용액을 제조하였다. 아이소프로필 알콜을 사용하여 세정 후 쿠폰을 헹구었다. 각각의 저급 탄소 강철 쿠폰을 24시간 동안 지시된 스톡 용액으로부터 제조된 1중량% 구리용액에 침지시켰다(연강 쿠폰의 미희석 스톡 용액으로의 침지를 포함하는 하기 표의 데이터에서 마지막 2개의 엔트리는 예외이다). 총 시험 용액 중량은 100그램이었다. 각각의 시험은 40rpm에서 진탕되는 물욕에서, 30℃에서 수행되었다. 24시간 동안 발생된 중량 손실의 양으로서 부식 속도를 측정하였다. 시험된 모든 제제는 두 번 시행되었고, 제시된 부식 속도는 두 개의 평균을 나타낸다. 제조된 각각의 새로운 스톡 제제를 위해 구리의 수준(EP9587에서 Cu2+로서, 4.84%)을 유지하였다. 계면활성제 및 물의 퍼센트 및 구리 이온의 원천이 조작되는 변수였다. 모든 블렌드를 각각의 성분의 중량%에 기초하여 제조하였다. 추가적으로, 두 개의 부식 블렌드중에서 보다 양호한 것으로 미희석 스톡 용액을 사용한 11-일 시험을 실행하였다.
실험 결과
구리계 연소 강화제(CBCE) = 19% 구리 설페이트 펜타하이드레이트(하기 시험된 모든 스톡 용액중에서 발견되는 수준인, 4.84% Cu2+)/1.6%의 알킬폴리글루코사이드 계면활성제(트라이톤(Triton) BG-10)
부식 억제 블렌드(CIB) = 2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민, 및 붕소산(맥스히브(Maxhib) AB-400) - 미국 사우스 캐롤라이나 29600 그린빌에 위치한 러트거 오가닉스 코포레이션(Rutgers Organics Corporation), 케멕스(Chemax)로 시판중임.
표 3의 데이터는 상기에 기재된 적절한 사용 농도를 갖는 CBCE 및 CIE를 개시한다.
실시예 2
비교예 처리제 및 본 발명에 따르는 처리제에 관하여 실시예 1에서 명시된 절차를 다시 수행하였다. 결과는 표 4에 제시되어 있다.

Claims (23)

  1. 아미노알콜을 포함한 부식 억제 처리제의 존재하에서 석탄을 연소시키는 것을 포함하는, 석탄이 연료로서 연소되는 로내에서 금속 표면의 부식을 억제하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부식 억제 처리제가 추가적으로 붕소산 또는 상기 붕소산의 수용성 염을 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    석탄이 미분탄이고, 처리제가 상기 미분탄 상에 수용액의 형태로 적용되는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    처리제가 수용액 형태로 로내로 분무되는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    아미노알콜이 1차 아민기를 가진 1차 아미노알콜을 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    아미노알콜이 추가적으로 3차 아민기를 가진 3차 아미노알콜을 포함하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    아미노알콜이 추가적으로 2-아미노에탄올을 포함하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    3차 아미노알콜이 트라이에탄올아민인 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    석탄이 구리의 존재하에서 연소되는 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    수용액이 미분탄 1톤 당 약 100ml 내지 1L의 양으로 미분탄 상으로 분무되는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    수용액이 미분탄 1톤 당 약 300ml 내지 1L의 양으로 미분탄 상으로 분무되는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민, 및 붕소산 또는 그의 염이 수용액에서 약 1 내지 10중량%의 양으로 존재하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    수용액에 나트륨 글루코네이트를 추가적으로 포함하고, 상기 나트륨 글루코네이트가 약 1 내지 10중량%의 양으로 수용액에 존재하는 방법.
  14. 로의 작동을 향상시키기 위해 구리의 존재하에서, 미분탄이 로에서 연료로서 연소되는 방법으로서, 또한 2-아미노에탄올, 트라이에탄올아민 및 붕소산 또는 그의 수용액을 포함하는 부식 억제 처리제의 존재하에서 미분탄이 연소하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    구리 및 부식 억제 처리제 둘 다가 단일 수용액의 형태로서 석탄상에 분무되는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    부식 억제 처리제가 추가적으로 글루콘산 또는 그의 수용액 염을 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    부식 억제 처리제가 나트륨 글루코네이트를 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    2-아민에탄올, 트라이에탄올아민 및 붕소산 또는 그의 염이 약 1 내지 약 10중량%의 양으로 수용액에 조합되어 존재하고, 나트륨 글루코네이트가 상기 수용액에 약 1 내지 15중량%의 양으로 존재하고, 상기 구리가 약 1 내지 20중량%의 양으로 Cu++로서 수용액에 존재하고, 약 100ml 내지 1L의 수용액이 미분탄 상으로 분무되는 방법.
  19. (a) 2-아미노에탄올; (b) 트라이에탄올아민; 및 (c) 붕소산 또는 수용성 염의 형태를 포함하는 수용액을 포함하는 부식 억제 조성물.
  20. 제 19 항에 있어서,
    (d) 나트륨 글루코네이트를 추가적으로 포함하는 부식 억제 조성물.
  21. 제 20 항에 있어서,
    (e) 구리 이온 원천을 추가적으로 포함하는 부식 억제 조성물.
  22. 제 21 항에 있어서,
    구리 이온 원천이 구리 설페이트 펜타하이드레이트 또는 구리(II)-D 글루코네이트인 부식 억제 조성물.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 (a), (b) 및 (c)가 조합되어 약 1 내지 10중량%의 양으로 수용액에 존재하고, 상기 (d)가 약 1 내지 15중량%의 양으로 수용액에 존재하고, 구리 이온 원천 (e)가 수용액에 약 1 내지 20중량% Cu++ 이온을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 부식 억제 조성물.
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