KR20160027667A

KR20160027667A - 화석연료 연소시 삼산화황가스 생성억제

Info

Publication number: KR20160027667A
Application number: KR1020140116011A
Authority: KR
Inventors: 한 귀 임; 현 철 임
Original assignee: 주식회사 방산테크
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-10

Abstract

본 발명은 화력보일러에서 화석연료을 연소시 화석연료에 함유된 유황(S)이 산화하여 생성하는 삼산화황가스(SO₃)를 억제하는 이온상 유기마그네슘 연료첨가제에 관한 것이다.

Description

화석연료 연소시 삼산화황가스 생성억제{Inhibited sulfur trioxide gas generated during combustion of fossil fuels}

본 발명은 화력보일러에서 화석연료를 연소시 화석연료에 함유된 유황이 산화하여 생성하는 삼산화황가스(SO₃)를 억제시키는 연료첨가제에 관한 것이다

더욱 상세하게, 석탄이나 석유에 함유된 유황은 화력보일러에서 연소하면 황산화물인 이산화황가스(SO₂)가 95~98%와 삼황산가스(SO₃)가 2~5% 생성되는데, 화력보일러에 첨가제를 주입하여 아황산가스의 생성을 억제하거나 제거하는 연료첨가제에 관한 것이다.

이산화황가스(SO₂)는 탈황설비에서 석고와 반응하여 95%이상 대부분 제거되지만 삼산화황가스(SO₃)는 탈황설비에서 제거되지 않고 대기에 방출, 연돌에서 백연현상과 연돌주변에 산성비의 원인이 되며 환경을 심각하게 오염시킨다.

또한, 화력보일러에서 연소된 배기가스 온도가 로점(dew point)이하로 낮아지면 삼산화황가스(SO₃)가 황산으로 응축되어 연소가스덕트, 공기예열기 열소자등 발전설비을 부식시킨다.

본 발명에서는 화석연료 보일러에서 유황이 연소하여 발생하는 황산화물중에서 삼산화황가스의 생성억제 및 제거에 적합한 이온성 유기마그네슘 연료첨가제를 화력보일러에 주입에 관한 것 이다.

화력보일러에 연소되는 화석연료인 석유와 석탄에는 에너지의 주성분인 탄소, 수소, 산소등의 원소이외에도 바나듐(V)이 약150ppm이하, 유황(S)성분이 약5%이하의 성분의 물질등이 함유되어 있다.

보일러에서 화석연료가 연소시 바나듐은 산화되어 오산화바나듐(V₂O₅)으로, 유황은 이산화황으로 전환된다.

이산화황가스(SO₂)는 오산화바나듐이 촉매역활을 하기 때문에 다음식과 같이 삼산화황가스(SO₃)로 전환된다

SO₂ + 1/2 O₂ → (촉매 V₂O₅) SO₃

삼산화황가스 발생의 촉매 역할을 하는V₂O₅ 를 부촉매화하기 위하여 마그네슘화합물을 주입하면 다음식과 같이 부촉매되거나 SO₃가스를 직접 제거한다.

3 MgO + → 3MgOV₂O₅(부촉매반응)

MgO + SO₃→MgSO₄(SO₃제거반응)

기존 발명(등록번호10-0553548,등록일자 2006년02월13일)에서는 직경이 수십㎛인 산화마그네슘(MgO)입자를 기름종류에 분산시킨 입자상 슬러리상의 산화마그네슘 연료첨가제를 보일러 연료에 주입하여 삼산화황가스의 문제점을 해결하려는 기술이다.

즉, 기존 발명제품은 MgO등을 기름에 분산시킨 MgO 슬러리상의 입자이기 때문에 이온상 유기마그네슘 연료첨가제보다 삼산화황가스 생성방지 효율이 낮고, 버너팁을 마모시키면, 교반하지 않으면 보관용기 바닥에 입자상 MgO가 침전되는 단점이 있다.

본 발명에서는 화석연료 보일러에서 유황이 연소하여 발생하는 황산화물중에서 삼산화황가스의 생성억제 및 제거에 적합한 연료첨가제에 관한 기술로서 기존의 입자상 슬러리 산화마그네슘 연료첨가제에서 나타나는 설비의 마모성, 보관시 침전, 물과 접촉시 응고성 및 SO₃와 낮은 반응성을 해결하기 위하여 이온상 유기마그네슘 연료첨가제 주입하여 해결하고자 하는 발명이다.

본 발명은 금속마그네슘, 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘등의 마그네슘화합물과 유기산 을 반응 용해시켜 이온상 유기마그네슘을 제조하여 SO₃가스를 제조하여 주입하는 기술에 관한 것이다.

제조 방법은 교반기가 달린 원통형 탱크에 물, MgO 또는 , 유기산, 에멀젼화제를 넣어 교반하면서 용해하여 이온상 유기마그네슘 연료첨가제를 제조한다.

본 발명의 화석연료 보일러에서 유황이 연소하여 발생하는 황산화물중에서 삼산화황가스의 생성억제 및 제거에 적합한 연료첨가제인 이온상 유기마그네슘 연료첨가제의 개선효과는 [표 1]과 같다.

이온상 유기마그네슘 연료첨가제	입자상 슬러리 산화마그네슘 연료첨가제
이온상 용액의 유기화합물	입자상 슬러리의 무기화합물
이온상으로 입도가 작다. (0.005㎛)	고체상으로 입도가 크다. (10㎛)
비표면적이 크다.(1,000㎡/g)	비표면적이 작다.(7 ∼8㎡/g)
주입농도가 적다(60ppm as MgO)	주입농도가 많다 (300ppm as MgO)
burner tip등 설비의 마모가 없다.	burner tip등 설비의 마모가 많다.
수분에 안정하며, 보관중 굳어 지지 않고 침전이 발생하지 않으며, 주입이 용이하다	수분과 접촉하면 굳어지고, 보관시 침전이 발생되어 주입이 어렵다.
보일러 튜브외면에 white effect(백화현상) 가 발생하지 않음.	보일러 튜브외면에 white effect가 발생함.
Ash 발생량 적음(입자상 연료첨가제의20% 이하 발생)	Ash 발생량이 많음

[도 1]은 이온성 유기마그네슘 연료첨가제를 보일러에 주입하는 그림이다

실시예 1

이온상 유기마그네슘 연료첨가제 제조는 교반기가 달린 20㎥에 반응조에 [표2]와 같은 조성비로 주입후 교반하여 용해하여 제조하였다.

성분	수산화마그네슘	초산	구연산	유화제	물
조성비	8~16%	20~40%	10~30%	0.1~3%	balance

실시예 2

2.5% 유황 성분이 함유되어 있는 중유(벙커-씨유)를 최대 사용량 95㎘/hr인 화력발전보일러에 본발명에서 제조한 이온상 유기마그네슘 연료첨가제와 시중에서 판매되는 입자상슬러리 산화마그네슘 연료첨가제를 60일간 주입[그림 1]하면서 배기가스의 SO₃와 Ash의 pH를 비교 시험한 결과 [표 3]와 같이 기존의 입자상슬러리 산화마그네슘 연료첨가제의 1/5주입시에도 동등이상의 효과가 있었다.

구 분	주입농도	Ash pH	SO3농도(ppm)
이온상유기마그네슘 연료첨가제	60ppm as MgO	4.0이상	15ppm 이하
입자상슬러리산화마그네슘 연료첨가제	300ppm as MgO	4.0이상	20ppm 이하

Claims

본 발명은 화력보일러에서 화석연료를 연소시 연료중에 함유된 유황이 산화하여 발생하는 황산화물중에서 삼산화황가스의 생성억제 및 제거하는 연료첨가제로서 이온상 유기마그네슘 연료첨가제를 주입하는 것에 관한 것이다.
청구항1에서
물10~20%, MgO 또는 8~16%, 유기산 30~50%, 엘멀젼화제 0.1~3%을 주입하여 교반하면서용해하여 이온상 유기마그네슘 연료첨가제를 제조한다.
청구항2에서
유기산은 초산, 구연산 및 개미산이다.
청구항2에서
엘멀젼화제 주성분은 에톡실산화알킬페놀이다
청구항 1에서
이온상 유기마그네슘 연료첨가제 주입위치는 화력보일러 버너 입구측이다.