KR20190125103A - Additive composition for solid fuel - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an additive composition for solid fuels and, more specifically, to an additive composition for solid fuels capable of improving combustion efficiency of a fuel when added to a solid fuel comprising coal or coke, preventing slagging phenomena effectively, removing generated by-products such as a clinker or the like easily and reducing air pollution sources such as sulfur oxides, nitrogen oxides and fine dust effectively.

Description

고체 연료용 첨가제 조성물{ADDITIVE COMPOSITION FOR SOLID FUEL}Additive composition for solid fuels {ADDITIVE COMPOSITION FOR SOLID FUEL}

본 발명은, 고체 연료용 첨가제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 석탄이나 코크스 등을 포함하는 고체 연료에 첨가 시, 연료의 연소 효율을 향상시키고, 슬래깅 현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 생성되는 클링커 등의 부산물을 쉽게 제거할 수 있으면서도, 대기 오염원인 황 산화물이나 질소 산화물, 미세 먼지 등을 효과적으로 감소시킬 수 있는, 고체 연료용 첨가제 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to an additive composition for a solid fuel, and more particularly, when added to a solid fuel containing coal, coke, or the like, it is possible to improve the combustion efficiency of the fuel and effectively prevent slagging phenomenon. The present invention relates to an additive composition for a solid fuel, which can easily remove by-products such as clinker, which can effectively reduce sulfur oxides, nitrogen oxides, fine dust, and the like as air pollutants.

최근, 재래식 에너지로 뒷전에 밀려있던 석탄의 사용에 대한 관심이 증가되고 있으며, 석탄을 연료로 하는 보일러, 각종 가열로의 사용이 증가되고 있다.In recent years, interest in the use of coal, which has been pushed back by conventional energy, has increased, and the use of coal-fired boilers and various heating furnaces has increased.

자연에서 채취하는 석탄은 휘발성분(Volatile)의 함유 정도에 따라 휘발성분이 11%를 넘는 경우, 유연탄(Coal 또는 Flaming Coal)으로 분류하며, 휘발성분이 10%이하 이면 무연탄(Anthracite)으로 분류한다. Coal collected from nature is classified as coal or Flaming Coal when the volatile content exceeds 11% according to the volatile content (Volatile), and is classified as anthracite when the volatile content is less than 10%.

무연탄은 고정탄소 함유량이 90%이상, 열량은 8,000kcal이상이며 비점결성인 분체 상태로 채굴된다. 반대로 유연탄은 통상 큰 덩어리의 괴상으로 채굴되며 석탄 또는 괴탄 이라고 부른다. 이러한 유연탄은 무연탄에 비해 고정탄소 함유량이 상대적으로 낮고, 휘발성분이 약 20%를 초과하는 경우도 있어, 연소 시에 많은 양의 매연이 발생할 수 있다. Anthracite coal is mined in a state of fixed carbon content of more than 90%, caloric content of more than 8,000kcal and non-tacky powder. Bituminous coal, on the other hand, is usually mined in large chunks and is called coal or lump coal. Such bituminous coal has a relatively low fixed carbon content compared to anthracite coal, and may have a volatile content of more than about 20%, so that a large amount of soot may occur during combustion.

이러한 석탄은, 화력발전소, 제철소의 제선업 등에서 철의 제련 용도, 미분탄과 코크스 및 소규모 가정용이나 농업용 또는 산업용 난방 보일러(Boiler)에 많이 사용된다. Such coal is widely used in smelting of iron in coal-fired power plants, steel mills, etc., pulverized coal and coke, and small household, agricultural, or industrial heating boilers.

이렇게 대부분의 석탄은 공업용으로 사용되지만 일부 개인용으로 사용되는 석탄은 미분탄의 형태로 사용되기 보다는 성형탄의 형태로 사용된다. 특히, 가장 많이 사용되는 성형탄의 형태는 연탄으로, 점결성이 높은 점토와 물을 분탄에 혼합하여 다공탄(구공탄, 19공탄, 24공탄 등)의 형태가 많이 이용되며, 이런 연탄 이외에도 괴형이나 원통형으로 성형하여 난방용으로 사용되는 경우도 많다.Most coal is used for industrial purposes, but some private coal is used in the form of coal briquettes rather than in the form of pulverized coal. In particular, the most commonly used form of coal briquettes is briquettes, and a mixture of clay and water having high cohesiveness is mixed with powdered coal to form a variety of porous coals (eg, ball coal, 19 ball coal, 24 ball coal, etc.). It is often molded and used for heating.

그러나, 석탄은 중유와 비교할 때, 소량의 휘발성 물질과 많은 양의 고정 탄소와 규소 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 등등의 회분을 함유하고 있어, 연소 효율이 낮고 연소 시 많은 양의 연료의 재가 발생된다.However, compared with heavy oil, coal contains a small amount of volatiles and ash of fixed carbon and silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, etc., resulting in low combustion efficiency and a large amount of ash in combustion. do.

보다 구체적으로, 석탄 등의 고체연료가 연소하는 경우, 석탄 내에 포함되어 있던 상술한 무기질 성분은 연소되지 않고 석탄 회로 전환될 수 있으며, 회 융점보다 높은 영역에서는 용융된 상태로 가스흐름을 따라 배출되다가, 온도가 상대적으로 낮아지는, 보일러 벽과 튜브 표면 등에 부착되어, 클링커를 형성하면서, 운전 상 많은 문제점을 발생시킬 수 있고, 에너지 효율 역시 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. More specifically, when the solid fuel such as coal is combusted, the above-described inorganic components contained in the coal may be converted into a coal circuit without burning, and discharged along the gas flow in a molten state in a region higher than the melting point. When the temperature is relatively low, it is attached to a boiler wall and a tube surface, and so on, and may form a clinker, which may cause many problems in operation, and may also cause a problem in that energy efficiency is also lowered.

또한, 완전 연소가 어려워, 회 성분 중 일부는, 비산 재(Flying Ash)의 형태로 배출되는데, 특히, 고체 연료 가운데 황 산화물 또는 질소 산화물의 비율이 높은 경우 내부 클링커 생성을 촉진할 뿐 아니라, 인체에 해로운 유해 가스 및 미세 먼지를 많이 생성하기 때문에, 이로 인한 각종 환경 문제가 증가하고 있는 실정이다. In addition, due to the difficulty of complete combustion, some of the ash component is discharged in the form of flying ash, which not only promotes internal clinker formation, but also promotes internal clinker formation, especially in the case of a high ratio of sulfur oxide or nitrogen oxide in solid fuel Since harmful gases and fine dusts are generated a lot, environmental problems are increasing.

따라서, 고체 연료의 연소 과정에서, 슬래깅 현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 생성되는 클링커 등의 부산물을 쉽게 제거할 수 있으면서도, 대기 오염원인 황 산화물이나 질소 산화물, 미세 먼지 등을 효과적으로 감소시킬 수 있는 방법에 대한 연구의 필요성이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. Therefore, during the combustion of solid fuel, slagging can be effectively prevented, and by-products such as clinker generated can be easily removed, and sulfur oxides, nitrogen oxides, and fine dusts, which are air pollutants, can be effectively reduced. There is a continuing need for research on methods.

본 발명은, 석탄이나 코크스 등을 포함하는 고체 연료에 첨가 시, 연료의 연소 효율을 향상시키고, 슬래깅 현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 생성되는 클링커 등의 부산물을 쉽게 제거할 수 있으면서도, 대기 오염원인 황 산화물이나 질소 산화물, 미세 먼지 등을 효과적으로 감소시킬 수 있는, 고체 연료용 첨가제 조성물을 제공하는 것이다. The present invention, when added to a solid fuel containing coal, coke or the like, can improve the combustion efficiency of the fuel, effectively prevent the slagging phenomenon, and can easily remove the by-products such as clinker generated, while also being an air pollution source It is to provide an additive composition for solid fuel, which can effectively reduce phosphorus sulfur oxide, nitrogen oxide, fine dust and the like.

본 명세서는, This specification,

수산화 알루미늄 나노 입자;Aluminum hydroxide nanoparticles;

산화 마그네슘 나노 입자; Magnesium oxide nanoparticles;

바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자; Vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles;

그래핀; 및 Graphene; And

석유계 광물유를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an additive composition for a solid fuel, including petroleum mineral oil.

상기 수산화 알루미늄 나노 입자는, 수 평균 입경이 약 50 내지 약 150nm이고, 입경 분포가 약 10 내지 약 500nm일 수 있다. The aluminum hydroxide nanoparticles may have a number average particle diameter of about 50 to about 150 nm, and a particle size distribution of about 10 to about 500 nm.

그리고, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 수산화 알루미늄 나노 입자 약 10 내지 약 30중량부를 포함하는 것일 수 있다. The additive composition for solid fuel may include about 10 to about 30 parts by weight of the aluminum hydroxide nanoparticles based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

상기 산화 마그네슘 나노 입자는, 수 평균 입경이 약 150 내지 약 250nm이고, 입경 분포가 약 100 내지 약 500nm일 수 있다. The magnesium oxide nanoparticles may have a number average particle diameter of about 150 to about 250 nm, and a particle size distribution of about 100 to about 500 nm.

그리고, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 산화 마그네슘 나노 입자 약 50 내지 약 70중량부를 포함할 수 있다. The additive composition for solid fuel may include about 50 parts by weight to about 70 parts by weight of the magnesium oxide nanoparticles based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 산화 바나듐(V2O5) 나노 입자가 담지된 이산화 티타늄(TiO2) 나노 입자를 포함하는 것일 수 있다. The vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles may include titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles on which vanadium oxide (V 2 O 5 ) nanoparticles are supported.

이 때, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 수 평균 입경이 약 400 내지 약 600nm이고, 입경 분포가 약 100 내지 약 1000nm일 수 있다. In this case, the vanadium-titanium-based composite oxide nanoparticles may have a number average particle diameter of about 400 to about 600 nm, and a particle size distribution of about 100 to about 1000 nm.

상기 그래핀은, 그래핀 나노시트 및 그래핀 나노플레이틀릿 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The graphene may include any one or more of graphene nanosheets and graphene nanoplatelets.

그리고, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 그래핀 5 내지 30중량부를 포함할 수 있다. The additive composition for solid fuel may include 5 to 30 parts by weight of the graphene based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 수 평균 입경이 약 20 내지 약 100nm인, 마그네슘 페라이트 나노 입자를 더 포함할 수 있다. The additive composition for a solid fuel may further include magnesium ferrite nanoparticles having a number average particle diameter of about 20 to about 100 nm.

이 때, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 마그네슘 페라이트 나노 입자 5 내지 30중량부를 포함할 수 있다. At this time, the additive composition for solid fuel, the magnesium ferrite nanoparticles based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles It may include 5 to 30 parts by weight.

상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 수 평균 입경이 약 10 내지 약 70nm인, 알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자를 더 포함할 수 있다. The additive composition for a solid fuel may further include aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles having a number average particle diameter of about 10 nm to about 70 nm.

이 때, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자 10 내지 50중량부를 포함할 수 있다. In this case, the additive composition for a solid fuel may include 10 to 50 parts by weight of the aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 비이온성 계면활성제를 더 포함할 수 있다. The solid fuel additive composition may further include a nonionic surfactant.

그리고, 상기 석유계 광물유는, 수소 처리(Hydrotreated) 또는 탈왁스 처리(Dewaxed)에 의해 개질된 파라핀계 오일(Paraffinic oil)을 포함할 수 있다.In addition, the petroleum mineral oil may include a paraffinic oil modified by hydrotreated or dewaxed.

본 발명의 고체 연료용 첨가제 조성물에 따르면, 석탄이나 코크스 등을 포함하는 고체 연료에 첨가 시, 연료의 연소 효율을 향상시키고, 슬래깅 현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 생성되는 클링커 등의 부산물을 쉽게 제거할 수 있으면서도, 대기 오염원인 황 산화물이나 질소 산화물, 미세 먼지 등을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다. According to the additive composition for a solid fuel of the present invention, when added to a solid fuel containing coal, coke or the like, it is possible to improve the combustion efficiency of the fuel, effectively prevent the slagging phenomenon, and easily generate by-products such as clinker generated While being removable, it is possible to effectively reduce sulfur oxides, nitrogen oxides, and fine dust, which are air pollution sources.

도 1은, 실시예 1에 따른 연소 시험 후, 아래에 있는 재(Bottom-Ash)와 슬래그(클링커)를 채집하여 관찰한, 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 2는, 비교예 1에 따른 연소 시험 후, 아래에 있는 재(Bottom-Ash)와 슬래그(클링커)를 채집하여 관찰한, 주사 전자 현미경 이미지이다.
FIG. 1 is a scanning electron microscope image of the bottom ash (Bottom-Ash) and slag (clinker) collected and observed after the combustion test according to Example 1. FIG.
FIG. 2 is a scanning electron microscope image obtained by collecting the bottom ash (Bottom-Ash) and slag (clinker) under the combustion test according to Comparative Example 1. FIG.

본 발명은, 수산화 알루미늄 나노 입자;The present invention, aluminum hydroxide nanoparticles;

산화 마그네슘 나노 입자; Magnesium oxide nanoparticles;

바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자; Vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles;

그래핀; 및 Graphene; And

석유계 광물유를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물을 제공한다. Provided is an additive composition for solid fuel, comprising petroleum mineral oil.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise", "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, component, or combination thereof, that is, one or more other features, It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서, 고체 연료라 함은, 일반적으로 화력 발전소나 난방용 보일러 등에 사용되는 고체 상태의 연료를 의미하는 것으로, 특정 종류나 형태에 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 다양한 종류의 석탄이나 코크스 등을 모두 포괄한다. In the present specification, the term "solid fuel" refers to a solid fuel generally used in a thermal power plant, a heating boiler, and the like, and is not limited to a specific type or form. For example, all kinds of coal and coke may be used. Comprehensive

본 명세서에서, 상기 석유계 광물유라 함은, 원유를 정제하는 과정에서 생성되는 부산물인 광물유(鑛物油) 또는 미네랄 오일(mineral oil)을 의미한다. In the present specification, the petroleum-based mineral oil means a mineral oil or mineral oil which is a by-product generated in the process of refining crude oil.

이하, 본 발명의 고체 연료용 첨가제 조성물을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the additive composition for solid fuels of this invention is demonstrated in detail.

본 발명의 일 측면에 따른 고체 연료용 첨가제 조성물은, Solid fuel additive composition according to an aspect of the present invention,

수산화 알루미늄 나노 입자;Aluminum hydroxide nanoparticles;

산화 마그네슘 나노 입자; Magnesium oxide nanoparticles;

바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자; Vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles;

그래핀; 및 Graphene; And

석유계 광물유를 포함한다. Contains petroleum mineral oils.

석탄 회는, 통상적으로 규소 산화물, 알루미늄 산화물, 소듐 산화물, 철 산화물, 포타슘 산화물, 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물, 황 산화물 등의 금속 또는 비금속 산화물을 포함하는 것으로 알려져 있다. Coal ash is generally known to include metal or nonmetal oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, sodium oxide, iron oxide, potassium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, sulfur oxide and the like.

이들 중, 황 산화물은, 석탄 회에 존재하는 염기성 물질과 반응성이 매우 높으며, 염기도가 큰 소듐 산화물이나 포타슘 산화물 등과의 반응성이 특히 높아, 쉽게 소듐 설페이트(Na2SO4) 또는 포타슘 설페이트(K2SO4) 등을 생성하게 되는데, 이러한 물질들은 전체적인 회 성분의 융점을 낮추어, 슬래깅 현상의 주 원인이 된다.Of these, sulfur oxide is a basic material reactive with very high and present in the coal-times, high particular reactivity as the basicity is greater sodium oxide or potassium oxide, easy to sodium sulfate (Na 2 SO 4) or potassium sulfate (K 2 SO 4 ) and the like, these materials lower the melting point of the overall ash component, which is the main cause of the slagging phenomenon.

또한, 석탄에 존재하는 염소(Cl) 성분은 석탄 연소 시 염산으로 전환될 수 있는데, 이러한 염산이 연소 장치 내부의 철 성분과 반응하여, 연소 장치 내부 표면에 염화철이 형성하고, 이후 연소 과정에서 접촉되는 산소에 의해 산화철로 전환되어, 산화철 피막이 형성될 수 있다. In addition, the chlorine (Cl) component present in the coal can be converted to hydrochloric acid during coal combustion, which hydrochloric acid reacts with the iron component inside the combustion device, forming iron chloride on the surface of the combustion device, which is then contacted in the combustion process. The oxygen oxide can be converted into iron oxide to form an iron oxide film.

이러한 산화철 피막에, 석탄 회가 도달하면, 소듐-철-설페이트나, 포타슘-철-설페이트 등의 염을 형성할 수 있는데, 이 물질들은 융점이 낮기 때문에 보일러 튜브 표면에서 점성이 큰 액체로 존재하며, 열기가 닿지 않는 보일러 하부로 흘러내리면서 점차 식어 고체로 진행되는 과정에서 매우 큰 덩어리 형태의 바텀 애쉬 문제를 야기하기도 한다. When the coal ash reaches the iron oxide film, salts such as sodium-iron-sulfate or potassium-iron-sulfate can be formed, and these materials exist as viscous liquids on the boiler tube surface because of their low melting point. As it flows down to the bottom of the boiler where it cannot reach the heat, it cools down gradually and becomes a solid, causing a problem of very large lumps of bottom ash.

본 발명의 일 측면에 따른, 고체 연료용 첨가제 조성물은, 일 구성 요소로, 수산화 알루미늄 나노 입자를 포함한다. According to an aspect of the present invention, an additive composition for a solid fuel includes, as one component, aluminum hydroxide nanoparticles.

상기 수산화 알루미늄 나노 입자는, 수 평균 입경이 약 50 내지 약 150nm인 것을 사용할 수 있고, 입경 분포가 약 10 내지 500nm인 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 약 10 내지 약 300nm, 또는 약 10 내지 약 200nm인 것을 사용할 수 있다.The aluminum hydroxide nanoparticles may have a number average particle diameter of about 50 to about 150 nm, a particle size distribution of about 10 to 500 nm may be used, preferably about 10 to about 300 nm, or about 10 to about 200 nm. Can be used.

상기와 같은 수산화 알루미늄 나노 입자는, 일반적으로, 알루미늄 이소프로폭사이드(Al(OiPr)3)를 이용한 공침법(co-precipitation) 혹은 졸 겔 법 등에 의해 제조될 수 있고, 반응 시, pH 등의 반응 조건을 조절하여 입경 크기를 제어하여 사용할 수 있다. The aluminum hydroxide nanoparticles as described above are generally prepared by co-precipitation or sol gel method using aluminum isopropoxide (Al (OiPr) 3 ), and at the time of reaction, The particle size can be controlled by adjusting the reaction conditions.

이러한 수산화 알루미늄 나노 입자는, 고체 연료가 연소되는 고온 조건 하에서, 상술한 알칼리 금속 복합 염 등과 반응하여, 고융점 화합물을 생성할 수 있으며, 이에 따라 슬래깅 현상을 효율적으로 방지하고, 노벽 등에서 클링커가 성장하다가 자연스럽게 탈락되도록 유도하는 역할을 할 수 있게 된다. 또한 상기 범위의 평균 입경을 가진 입자를 사용하는 경우, 단위 질량 당 비표면적이 커지기 때문에, 상술한 효과가 더욱 증대될 수 있게 된다. Such aluminum hydroxide nanoparticles can react with the above-described alkali metal complex salt and the like to produce a high melting point compound under high temperature conditions in which solid fuel is combusted, thereby effectively preventing slagging phenomenon and providing clinker at the furnace wall. It will be able to play a role in inducing them to drop out naturally. In addition, when the particles having an average particle diameter in the above range are used, the specific surface area per unit mass increases, so that the above-described effects can be further increased.

그리고, 상기 수산화 알루미늄 나노 입자는, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 약 10 내지 약 30중량부로 포함될 수 있다. The aluminum hydroxide nanoparticles may be included in an amount of about 10 to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

함량이 너무 적은 경우, 상술한 알칼리 금속 복합염과의 반응성이 저하되어, 클링커 생성 방지 및 유해 가스 저감 효과가 현저히 저하될 수 있으며, 함량이 너무 많은 경우, 경제적 문제가 발생할 수 있고, 조성물의 분산성에 문제가 발생할 수 있으며, 오히려 결정 석출 및 경화 현상을 증가시켜, 클링커의 성장을 촉진시키는 문제점이 발생할 수 있다. If the content is too small, the reactivity with the above-described alkali metal complex salt may be lowered, and thus the effect of preventing clinker formation and reducing harmful gases may be significantly reduced. If the content is too high, economic problems may occur and dispersion of the composition may occur. Problems may occur in the properties, but rather increase the crystal precipitation and hardening, it may cause problems to promote the growth of clinker.

본 발명의 일 측면에 따른, 고체 연료용 첨가제 조성물은, 일 구성 요소로, 산화 마그네슘 나노 입자를 포함한다. According to an aspect of the present invention, an additive composition for a solid fuel includes, as one component, magnesium oxide nanoparticles.

상기 산화 마그네슘 나노 입자는, 수 평균 입경이 약 150 내지 약 250nm인 것을 사용할 수 있고, 입경 분포가 약 100 내지 약 약 500nm, 또는 약 100 내지 약 300nm인 것을 사용할 수 있다. The magnesium oxide nanoparticles may have a number average particle diameter of about 150 nm to about 250 nm, and a particle diameter distribution of about 100 nm to about 500 nm, or about 100 nm to about 300 nm.

상기와 같은 산화 마그네슘 나노 입자는, 질산 마그네슘에 수산화 이온을 가하는 공침법, 혹은 졸 겔 법에 의해 제조될 수 있고, 반응 시, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 등의 분산제를 사용하여, 입경을 조절할 수 있다. The magnesium oxide nanoparticles as described above may be prepared by a coprecipitation method or a sol gel method in which hydroxide ions are added to magnesium nitrate, and during the reaction, the particle size may be adjusted using a dispersing agent such as tetramethylammonium hydroxide. have.

산화 마그네슘 나노 입자는, 고체 연료 연소 시, 클링커 생성 방지 및 유해 가스 저감 목적으로 사용된다. 구체적으로, 산화 마그네슘 나노 입자는 연소 장치 내부의 온도가 높아짐에 따라 황 산화물과 먼저 반응하여, 황 산화물을 제거할 수 있으며, 이를 통해 상술한 알칼리 금속의 설페이트 염의 생성을 저지할 수 있고, 따라서, 클링커 생성을 억제할 수 있게 된다. Magnesium oxide nanoparticles are used for the purpose of preventing clinker formation and reducing harmful gases during solid fuel combustion. Specifically, the magnesium oxide nanoparticles may first react with the sulfur oxides as the temperature inside the combustion apparatus increases, thereby removing the sulfur oxides, thereby preventing the formation of the sulfate salt of the alkali metal described above, and thus, It is possible to suppress clinker production.

특히, 이러한 반응에 의해 생성되는 마그네슘 설페이트는, 상술한 알칼리 금속의 설페이트 염에 비해, 융점이 높기 때문에, 슬래깅 현상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 되며, 생성된 클링커 역시 상술한 알칼리 금속 설페이트 염에 의한 경우보다, 연질화 되어 있어, 쉽게 제거할 수 있게 된다. In particular, the magnesium sulfate produced by such a reaction has a higher melting point than the sulfate salt of the alkali metal described above, so that the slagging phenomenon can be prevented more effectively. It is softer than the case, and can be easily removed.

이러한 산화 마그네슘 나노 입자는, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 약 50 내지 약 70중량부로 포함될 수 있다. The magnesium oxide nanoparticles may be included in an amount of about 50 parts by weight to about 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

함량이 너무 적은 경우, 황 산화물과의 반응성이 저하되어, 클링커 생성 방지 및 유해 가스 저감 효과가 현저히 저하될 수 있으며, 산화 마그네슘의 함량이 너무 많은 경우, 경제적 문제가 발생할 수 있고, 조성물의 분산성에 문제가 발생할 수 있으며, 또한, 마그네슘 성분에 의한 결정 석출 및 경화 현상에 의해, 연소 반응의 효율이 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. If the content is too small, the reactivity with sulfur oxides may be lowered, and the effect of preventing clinker formation and reducing harmful gases may be significantly reduced. If the content of magnesium oxide is too high, economic problems may occur, and the dispersibility of the composition may be reduced. A problem may occur, and a problem may occur in that the efficiency of the combustion reaction is significantly lowered due to the precipitation and hardening of the magnesium component.

그리고, 본 발명의 일 측면에 따른, 고체 연료용 첨가제 조성물은, 일 구성 요소로, 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자를 포함한다. In addition, the additive composition for a solid fuel according to an aspect of the present invention includes, as one component, vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 구체적으로, 산화 바나듐(V2O5) 나노 입자가 담지된 이산화 티타늄(TiO2) 나노 입자(V2O5 loaded TiO2; V2O5 supported TiO2)포함하는 형태일 수 있다. The vanadium-titanium-based composite oxide nanoparticles are specifically, titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles on which vanadium oxide (V 2 O 5 ) nanoparticles are loaded (V 2 O 5 loaded TiO 2 ; V 2 O 5 supported TiO 2 ) It may be in the form of containing.

그리고, 이 때, 상기 산화 바나듐 나노 입자는, 나노 막대(nanorod), 나노 와이어(nanowire), 혹은 비정형의 나노 입자일 수 있고, 상기 이산화 티타늄 역시, 나노 막대(nanorod), 나노 와이어(nanowire), 나노 벨트(nanobelt), 나노 판(nanopalte) 혹은 비정형의 나노 입자로, 다공성 입자인 것이 바람직할 수 있ㅏ. In this case, the vanadium oxide nanoparticles may be nanorods, nanowires, or amorphous nanoparticles, and the titanium dioxide may also be nanorods, nanowires, Nanobelt, nanopalte or amorphous nanoparticles, preferably porous particles.

상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 수 평균 입경이 약 400 내지 약 600nm이고, 입경 분포가 약 100 내지 약 1000nm일 수 있다. The vanadium-titanium composite oxide nanoparticles may have a number average particle diameter of about 400 to about 600 nm, and a particle size distribution of about 100 to about 1000 nm.

이러한 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는 다공성 알루미나-실리카 존재 하에, 바나듐 수산화물(V(OH)3)나, 산화 바나듐(V2O5) 등의 바나듐 화합물을, 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OiPr)4) 등의 알콕사이드 화합물과 공침시키는, 공침법 등에 의해 제조될 수 있으며, 반응 시, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 등의 분산제를 사용하여 입경을 조절할 수 있다. Such vanadium-titanium-based composite oxide nanoparticles include vanadium compounds such as vanadium hydroxide (V (OH) 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ) in the presence of porous alumina-silica, and titanium isopropoxide (Ti ( It may be prepared by a co-precipitation method or the like, which is co-precipitated with an alkoxide compound such as OiPr) 4 ), and during the reaction, the particle size may be adjusted by using a dispersing agent such as tetramethylammonium hydroxide.

그 외, 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 제조 방법은, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Volume 163, Issue 3, 21 May 2004, Pages 509-515; Nano Letters, 2006, 6 (6), page 1297-1302 등을 참고할 수 있다. In addition, vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles manufacturing method is, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Volume 163, Issue 3, 21 May 2004, Pages 509-515; See Nano Letters, 2006, 6 (6), page 1297-1302.

바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 연소 반응에서 촉매 역할을 할 수 있어, 고체 연료용 첨가제 조성물에 사용될 시, 연소 반응을 크게 활성화시킬 수 있으며, 질소 산화물을 저감시킬 수 있다. The vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles can act as a catalyst in a combustion reaction, and when used in an additive composition for a solid fuel, can greatly activate the combustion reaction and reduce nitrogen oxides.

그리고, 고체 연료와, 나노 입자 등 본 첨가제 조성물에 포함된 각 성분들의 상호 작용을 높여, 각 성분의 효과를 증가시킬 수 있다. In addition, the interaction between the solid fuel and each component included in the present additive composition, such as nanoparticles, may be enhanced to increase the effect of each component.

상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자의 함량이 너무 적은 경우, 질소 산화물 저감 효과가 떨어질 수 있고, 함량이 너무 많은 경우, 경제적 문제가 발생할 수 있고, 조성물의 분산성에 문제가 발생할 수 있으며, 또한, 결정 석출 및 경화 현상에 의해, 연소 반응의 효율이 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. When the content of the vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles is too small, the effect of reducing nitrogen oxides may be reduced, and when the content is too large, economic problems may occur, and problems may occur in the dispersibility of the composition. Due to crystal precipitation and hardening, a problem may occur that the efficiency of the combustion reaction is significantly reduced.

그리고, 본 발명의 일 측면에 따른, 고체 연료용 첨가제 조성물은, 일 구성 요소로, 바나듐계 그래핀을 포함한다. In addition, the additive composition for a solid fuel according to an aspect of the present invention includes, as one component, vanadium-based graphene.

그래핀은 자연계에 천연으로 존재하는 3차원 구조 탄소 동소체인 그라파이트의 탄소 원자가 2차원 시트(Sheet) 형태인 6각 평면 구조를 갖는 형태로 배열된 물질이다. 그래핀의 탄소 원자는 sp2 결합을 이루고 있으며, 단일 원자 두께의 평면 시트 형상을 이루고 있다. Graphene is a material arranged in a shape having a hexagonal planar structure in which carbon atoms of graphite, which are three-dimensional structural carbon allotrope naturally existing in nature, are in the form of a two-dimensional sheet. Graphene's carbon atoms form sp2 bonds and form single-atomic planar sheets.

그래핀은 매우 우수한 전기 전도성, 열 전도성을 갖고 있으며, 높은 비표면적을 가지고 있어, 고체 연료용 첨가제 조성물에 사용될 시, 연소 반응을 크게 활성화시키고, 고체 연료와, 나노 입자 등 본 첨가제 조성물에 포함된 각 성분들의 상호 작용을 높이는 역할을 할 수 있다. Graphene has a very good electrical conductivity and thermal conductivity, and has a high specific surface area, and when used in an additive composition for a solid fuel, greatly activates the combustion reaction, and is included in the present additive composition such as solid fuel and nanoparticles. It can play a role in enhancing the interaction of each component.

그리고, 상기 그래핀은, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여 약 5 내지 약 30중량부로 포함될 수 있다. The graphene may be included in an amount of about 5 to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.

그리고, 본 발명의 일 측면에 따른, 고체 연료용 첨가제 조성물은, 일 구성 요소로, 석유계 광물유를 포함한다. In addition, the additive composition for a solid fuel according to an aspect of the present invention includes, as one component, petroleum mineral oil.

석유계 광물유(Mineral oil)은 원유를 석유로 정제하는 과정에서 생성되는 액체 부산물로서 액체 파라핀으로도 불리우며, 대표적으로 n-알칸을 기반으로 한 파라핀계 오일(Paraffinic oil), 시클로알칸을 기반으로 한 나프텐계 오닐(Naphthenic oil), 방향족 탄화수소를 기반으로 아로마틱계 오일(Aromatic oil)이 있으며, 본 발명에서 석유계 광물유는 상술한 오일 및 이를 개질한 오일을 모두 포함하는 개념이다. Petroleum-based mineral oils are liquid by-products produced during the refining of crude oil into petroleum, also called liquid paraffins.Paraffinic oils based on n-alkanes and cycloalkanes based on Naphthenic oil (Naphthenic oil), there is an aromatic oil (Aromatic oil) based on the aromatic hydrocarbon, petroleum mineral oil in the present invention is a concept including both the above-described oil and modified oil.

본 발명의 일 예에 따르면, 상기 석유계 광물유는 파라핀계 오일(Paraffinic oil)인 것이 바람직하고, 수소 처리(히드로 처리, Hydrotreated) 및/또는 탈왁스 처리(Dewaxed)에 의해 개질된 것이 더 바람직할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the petroleum mineral oil is preferably paraffinic oil, and more preferably modified by hydrotreated and / or dewaxed. Can be.

구체적으로, 수소 처리 및/또는 탈왁스 처리에 의해 개질된 파라핀계 오일(Paraffinic oil)은 수소 처리된 중 파라핀 증류액(Hydrotreated heavy paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-54-7) 또는 수소 처리된 경 파라핀 증류액(Hydrotreated light paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-55-8), 용제-탈왁스화 된 중 파라핀 증류액(Solvent-dewaxed heavy paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-65-0), 용제-탈왁스화 된 경 파라핀 증류액(Solvent-dewaxed light paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-56-9), 수소 처리 및 탈왁스화 된 중 파라핀 증류액(Hydrotreated and dewaxed heavy paraffinic distillate; CAS 등록번호 91995-39-0), 및 수소 처리 및 탈왁스화 된 경 파라핀 증류액(Hydrotreated and dewaxed light paraffinic distillate; CAS 등록번호 91995-40-3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the paraffinic oils modified by hydrotreating and / or dewaxing are hydrotreated heavy paraffinic distillate (CAS No. 64742-54-7) or hydrotreated light. Hydrotreated light paraffinic distillate (CAS No. 64742-55-8), solvent-dewaxed heavy paraffinic distillate (CAS No. 64742-65-0), solvent-deal Waxed light paraffinic distillate (CAS No. 64742-56-9), Hydrotreated and dewaxed heavy paraffinic distillate; CAS No. 91995-39 -0), and hydrotreated and dewaxed light paraffinic distillate (Hydrotreated and dewaxed light paraffinic distillate; CAS No. 91995-40-3), but may be composed of one or more selected from the group consisting of This must It is not limited to this.

상기 석유계 광물유는 고체 연료의 연소 반응에서 연료의 착화 온도를 낮추는 역할을 할 수 있어, 초기 착화를 도울 수 있고, 고체 연료의 발열량을 향상시킬 수 있으며, 연소 반응을 안정화 시켜, 고체 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 미입자상으로 재분산된 슬러지의 형태를 유지시키고 내연기관의 윤활제로도 작용할 수 있다. The petroleum mineral oil may serve to lower the ignition temperature of the fuel in the combustion reaction of the solid fuel, may help the initial ignition, improve the calorific value of the solid fuel, stabilize the combustion reaction, combustion of the solid fuel The efficiency can be improved. It can also maintain the form of sludge redispersed into fine particles and act as a lubricant for internal combustion engines.

그리고 이러한 상기 석유계 광물유는, 전체 조성물에 대해, 약 1 내지 약 15 중량%로 포함될 수 있고, 약 5 내지 약 10중량%인 것이 더욱 바람직할 수 있다. The petroleum mineral oil may be included in an amount of about 1 wt% to about 15 wt% based on the total composition, and more preferably about 5 wt% to about 10 wt%.

만약, 석유계 광물유의 함량이 너무 적은 경우, 연소 효율을 향상시키지 못하는 문제점이 발생할 수 있으며, 석유계 광물유의 함량이 너무 많은 경우, 첨가제의 층 분리 현상에 의해, 분산성이 저하되고, 연소 시, 불완전 연소를 야기시키며, 유해 가스의 발생량이 높아지는 문제점이 발생할 수 있다. If the content of the petroleum mineral oil is too small, there may be a problem that does not improve the combustion efficiency, if the content of the petroleum mineral oil is too large, the dispersibility is lowered by the layer separation phenomenon of the additive, This may cause incomplete combustion and increase the amount of harmful gases.

발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 수 평균 입경이 약 20 내지 약 100nm인, 마그네슘 페라이트 (magnesium ferrite) 나노 입자를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the additive composition for solid fuel may further include magnesium ferrite nanoparticles having a number average particle diameter of about 20 to about 100 nm.

마그네슘 페라이트 나노 입자는, 염화철(FeCl3) 및 MgCl2(염화 마그네슘) 등의 염을 이용한 공침법에 의해 마그네슘 페라이트(MgFe2O4)를 제조하고, 약, 130 내지 약 500℃에서 소성하여 얻어질 수 있다. Magnesium ferrite nanoparticles are obtained by producing magnesium ferrite (MgFe 2 O 4 ) by coprecipitation method using a salt such as iron chloride (FeCl 3 ) and MgCl 2 (magnesium chloride), and calcining at about 130 to about 500 ° C. Can lose.

마그네슘 페라이트 나노 입자는, 특유의 강자성으로 인하여, 다른 첨가물들의 활성 및 상호작용을 높여줄 수 있으며, 투입된 고체 연료에도 영향을 주어 연소 효율을 향상시킬 수 있다. Magnesium ferrite nanoparticles, due to their unique ferromagnetic properties, can enhance the activity and interaction of other additives, and can also affect the injected solid fuel to improve combustion efficiency.

이러한 마그네슘 페라이트 나노 입자는, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 약 5 내지 약 30중량부로 포함될 수 있다. The magnesium ferrite nanoparticles may be included in an amount of about 5 to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles.

발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 수 평균 입경이 약 10 내지 약 70nm인, 알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자를 더 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the additive composition for a solid fuel may further include aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles having a number average particle diameter of about 10 nm to about 70 nm.

이러한 알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자는, 예를 들어, Al2CoO4 또는 Al2Co2O5의 조성식으로 표현되는 화합물일 수 있고, 산화 코발트(Co2O3), 질산 알루미늄(Al(NO3)2), 시트르산(citric acid), 에탄올(C2H5OH)을 이용한 졸-겔 방법을 거친 후, 약 700 내지 약 800℃의 고온 소성 과정을 거친 알루미나(Al2O3)를 별도 첨가하여 제조될 수 있다. The aluminum cobalt-based composite oxide nanoparticles may be, for example, a compound represented by a composition formula of Al 2 CoO 4 or Al 2 Co 2 O 5 , cobalt oxide (Co 2 O 3 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 2 ), after the sol-gel method using citric acid and ethanol (C 2 H 5 OH), separately added alumina (Al 2 O 3 ) after a high temperature firing process of about 700 to about 800 ℃ Can be prepared.

알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자 역시, 특유의 강자성으로 인하여, 다른 첨가물들의 활성 및 상호작용을 높여줄 수 있으며, 투입된 고체 연료에도 영향을 주어 연소 효율을 향상시킬 수 있다. Aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles can also enhance the activity and interaction of other additives due to their unique ferromagnetic properties, and can also affect the injected solid fuel to improve combustion efficiency.

그리고 이러한 알루미늄-코발트 계 복합 나노 입자는, 상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 약 10 내지 약 50중량부로 포함될 수 있다. The aluminum-cobalt-based composite nanoparticles may be included in an amount of about 10 to about 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium-based composite oxide nanoparticles.

상술한 나노 입자들은, 모두, US Research Nanomaterials 사, AMERICAN ELEMENTS 사, Nanostructured & Amorphous Material 사, Creative Diagnostics 사 등의 상용 제품을 사용할 수도 있다. The above-mentioned nanoparticles may all use commercial products, such as US Research Nanomaterials, AMERICAN ELEMENTS, Nanostructured & Amorphous Material, and Creative Diagnostics.

발명의 다른 일 예에 따르면, 상기 고체 연료용 첨가제 조성물은, 비이온성 계면활성제를 더 포함할 수도 있다. 비이온성 계면활성제는, 나노 입자 형태의 각 구성 요소의 분산성을 높여, 균일한 혼합을 구현하도록 도와줄 수 있으며, 특히, 석유계 광물유와의 혼화성을 높여, 분산 시, 거품 발생 등의 부작용을 최소화할 수 있다. According to another example of the invention, the solid fuel additive composition may further comprise a nonionic surfactant. Nonionic surfactants can increase the dispersibility of each component in the form of nanoparticles, thereby helping to achieve uniform mixing, and in particular, increase the miscibility with petroleum-based mineral oils, and adverse effects such as foaming during dispersion. Can be minimized.

상술한 비이온성 계면활성제는, 구체적으로 예를 들어, TWEEN 80(polysorbate 80, 시그마 알드리치 사 제품) 등의 상용품을 사용할 수 있다. Specifically, the above-mentioned nonionic surfactant can use commercial items, such as TWEEN 80 (polysorbate 80, the product made by Sigma-Aldrich), for example.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고체 연료용 첨가제 조성물은 다공성 무기 입자를 더 포함할 수도 있다. The additive composition for a solid fuel according to another embodiment of the present invention may further include porous inorganic particles.

이러한 다공성 무기 입자는, 입자 표면에 평균 직경이 약 1 내지 약 20nm 인 공극, 바람직하게는 약 1 내지 약 10nm인 공극을 가지고, 입자 자체의 평균 입경이 약 50 내지 약 2000nm, 바람직하게는 약 100 내지 약 1500nm 또는 약 500 내지 약 1500nm인 특징을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 물질은 예를 들어, 실리카, 알루미나, 지르코니아 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있으며, 상용 다공성 제올라이트 등을 사용할 수도 있다. Such porous inorganic particles have pores having an average diameter of about 1 to about 20 nm, preferably about 1 to about 10 nm, on the particle surface, and have an average particle diameter of about 50 to about 2000 nm, preferably about 100. It is desirable to have a feature that is from about 1500 nm or about 500 to about 1500 nm. Such materials may include, for example, silica, alumina, zirconia, mixtures thereof, and the like, and commercially available porous zeolites and the like may also be used.

이러한 다공성 무기 입자는, 상기 다공성 물질은 고체 연료의 연소 반응에서, 내부 공극을 활용하여 황 산화물 및 질소 산화물을 흡착할 수 있으며, 이에 따라 유해 가스의 배출을 저감시킬 수 있다. In the porous inorganic particles, the porous material may adsorb sulfur oxides and nitrogen oxides by utilizing internal pores in a combustion reaction of a solid fuel, thereby reducing emissions of harmful gases.

상기 다공성 무기 입자는, 전체 조성물에 대하여, 약 1 내지 약 5중량%로 포함될 수 있다. The porous inorganic particles may be included in about 1 to about 5% by weight based on the total composition.

상술한 다공성 무기 입자의 함량이 지나치게 적은 경우, 유해 가스 배출 절감 효과가 미미할 수 있으며, 다공성 무기 입자의 함량이 지나치게 많은 경우, 조성물 내에서 균질성 및 분산성을 확보하기 어렵게 된다. When the content of the porous inorganic particles described above is too small, the effect of reducing harmful gas emissions may be insignificant, and when the content of the porous inorganic particles is too large, it becomes difficult to secure homogeneity and dispersibility in the composition.

발명의 다른 일 예에 따르면, 본 발명의 고체 연료용 첨가제 조성물은, 탄소수 5내지 10인 유기산의, 암모늄 염을 더 포함하는 것일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the additive composition for a solid fuel of the present invention may further include an ammonium salt of an organic acid having 5 to 10 carbon atoms.

상기 암모늄 염으로 사용되는 아민계 화합물은, 구체적으로 예를 들어, 화합물로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노이소프로판올, 1-이미다졸리딘 에탄올, 히드록시에틸피페라진 등을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of the amine compound used as the ammonium salt include, for example, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, 1-aminoisopropanol, 1-imidazolidine ethanol, hydroxyethylpiperazine, and the like. Although it may be mentioned, the present invention is not limited thereto.

상기 유기산은, 구체적으로 예를 들어, 아세트 산, 프로판 산, 부탄 산, 및 시트르 산 등을 들 수 있다. Specific examples of the organic acid include acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, citric acid and the like.

이러한 유기산의 암모늄 염은, 고체 연료의 연소 반응에서 발생기 산소를 발생시켜 바닥 재(Bottom Ash)와 비산 재(Flying Ash) 내에 존재할 수 있는 미연소된 탄소를 완전 연소할 수 있도록 유도할 수 있으며, 클링커 내부에 포함되어 있는 미연소 탄소를 연소시켜 클링커의 탈락을 유도할 수 있다. Ammonium salts of these organic acids can generate generator oxygen in the combustion reaction of solid fuels, leading to the complete combustion of unburned carbon that may be present in Bottom Ash and Flying Ash, Combustion of unburned carbon contained in the clinker may cause the clinker to fall off.

그리고, 이러한 유기산 암모늄 염은, 전체 조성물에 대해 약 1 내지 10 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable to use such an organic acid ammonium salt in about 1 to 10 weight% with respect to the whole composition.

상술한 각 구성 요소 외에도, 본 발명의 고체 연료용 첨가제 조성물에는, 계면활성제, 연소 촉진 촉매, 안정제, 분산제 등, 본 발명이 속하는 기술 분야에서, 일반적으로 사용되는 다양한 첨가제가 더 더 포함될 수 있으며, 그 함량은 본 발명이 달성하고자 하는 목적 내에서, 적절히 증감될 수 있다. In addition to the above-described components, the additive composition for solid fuel of the present invention may further include various additives generally used in the technical field to which the present invention belongs, such as a surfactant, a combustion promoting catalyst, a stabilizer, a dispersant, The content can be appropriately increased or decreased within the object to be achieved by the present invention.

본 발명의 고체 연료용 첨가제 조성물은, 석탄이나 코크스 등, 고체 연료에 투입 시, NOx 저감률이 약 40% 이상이며, SOx 저감률이 약 50% 이상으로, 고체 연료 연소 시 발생하는 유해 가스의 양을 획기적으로 저감시킬 수 있고, 클링커의 발생을 현저하게 줄여, 연소 효율을 획기적으로 증가시킬 수 있다. The additive composition for solid fuel of the present invention has a NOx reduction rate of about 40% or more and a SOx reduction rate of about 50% or more when it is added to a solid fuel such as coal or coke, and is a type of hazardous gas generated during solid fuel combustion. The amount can be drastically reduced, the occurrence of clinker can be significantly reduced, and the combustion efficiency can be dramatically increased.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.Hereinafter, the operation and effects of the invention will be described in more detail with reference to specific examples of the invention. However, these embodiments are only presented as an example of the invention, whereby the scope of the invention is not determined.

<실시예><Example>

고형 연료용 첨가제 조성물의 제조 Preparation of additive composition for solid fuel

실시예 1:Example 1:

수 평균 입경 약 100nm의 수산화 알루미늄 나노 입자 1kg,1 kg of aluminum hydroxide nanoparticles with an average particle diameter of about 100 nm

수 평균 입경 약 200nm의 산화 마그네슘 나노 입자 3kg,3kg of magnesium oxide nanoparticles with an average particle diameter of about 200 nm

수 평균 입경 약 500nm의 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 5kg, 5 kg of vanadium-titanium composite oxide nanoparticles with an average particle diameter of about 500 nm

수 평균 입경 약 50nm의 마그네슘 페라이트 나노 입자 1kg, 1 kg of magnesium ferrite nanoparticles with an average particle diameter of about 50 nm,

알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자 2kg,2kg of aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles,

비이온성 계면활성제로 TWEEN 80 1kg;1 kg of TWEEN 80 as a nonionic surfactant;

그래핀 1kg을 포함하는 슬러리 수용액 2kg;2 kg of an aqueous slurry solution containing 1 kg of graphene;

석유계 광물유로 히드로 처리된 중 파라핀 증류액 1kg;1 kg of heavy paraffinic distillate hydrotreated with petroleum mineral oil;

다공성 제올라이트 1kg;1 kg of porous zeolite;

테트라메틸암모늄 1kg; 및 잔량의 물을 첨가하여, 20kg의 조성물을 제조하였다.1 kg tetramethylammonium; And remaining water were added to prepare a 20 kg composition.

비교예 1:Comparative Example 1:

고형 연료용 첨가제로 많이 사용되는, 산화 마그네슘을 이용하여 첨가제 조성물을 제조하였다. An additive composition was prepared using magnesium oxide, which is widely used as an additive for solid fuels.

산화 마그네슘 5kg을 포함하는 슬러리 수용액 10kg;10 kg of an aqueous slurry solution containing 5 kg of magnesium oxide;

양이온 계면활성제로 SPAN 60 (Sigma-Aldrich 사) 5kg;5 kg of SPAN 60 (Sigma-Aldrich) as a cationic surfactant;

구연산 및 모노에탄올 아민의 혼합물(1:1 당량) 5kg; 및 잔량의 물을 첨가하여, 100kg의 조성물을 제조하였다.5 kg of a mixture of citric acid and monoethanol amine (1: 1 equivalent); And remaining water were added to prepare 100 kg of the composition.

연소 반응Combustion reaction

연소 용량 20kg/h이며, 시간 연료 분급 량을 조절할 수 있는 피드셀 장치가 연결된 시험 연소로를 준비하였다. 연소로 본체의 폭은 0.87m, 내부 높이는 1.50m 이고, 짧은 높이를 보완하기 위해 스테인리스 내부 구조물 설치 하였으며, 내부에는 단열을 위해 캐스터블(Castable) 내화물을 설치하고 매 실험마다 벗겨낸 후 재 코팅하여 사용하였다. A test furnace with a combustion capacity of 20 kg / h and a feed cell device capable of adjusting the time fuel fraction was prepared. The width of the main body of the furnace is 0.87m, the internal height is 1.50m, and a stainless steel internal structure is installed to compensate for the short height.Inside, a castable refractory is installed for insulation and peeled off and re-coated for each experiment. Used.

1차, 2차 미분 제조 장치를 이용하여 석탄을 평균 입도 75㎛ 미분탄으로 가공한 후 건조기를 이용하여 수분을 제거하였다. 첨가제를 사용하는 경우, 첨가제를 석탄과 혼합 1:1000의 중량비로 혼합하고 연소로에 투입하였으며, 원탄과 첨가제를 혼합한 석탄은 수분의 영향을 줄이기 위해 50℃에서 72h 동안 건조하여 고유 수분 함량이 2wt% 이하가 되도록 준비하였다. Coal was processed into an average particle size of 75 μm pulverized coal using a first and second fine powder manufacturing apparatus, and then water was removed using a dryer. In the case of using the additive, the additive was mixed with coal in a weight ratio of 1: 1000 and introduced into a combustion furnace. The coal mixed with raw coal and the additive was dried at 50 ° C. for 72 h to reduce the influence of moisture, thereby increasing the intrinsic moisture content. It was prepared to be 2wt% or less.

준비된 연료는 피드셀 미분 공급 장치에 저장하였다. The prepared fuel was stored in a feed cell differential feeder.

발열량을 고려하여 연료 공급량을 15kg/h로 설정하고, 예열 가스 버너(LPG, 용량 210,000kcal/kg)를 이용하여 예열하여 실험 조건에 맞는 초기 온도 (약 800℃ 내지 약 1000℃)로 맞춘 다음 100h 동안 연속적으로 연소 시험을 진행하였다. In consideration of the calorific value, the fuel supply amount is set to 15kg / h, preheated using a preheated gas burner (LPG, capacity 210,000kcal / kg), and adjusted to an initial temperature (about 800 ° C to about 1000 ° C) suitable for experimental conditions, and then 100h The combustion test was run continuously.

연소 시험을 수행 후, NOx, Sox 저감율 및 클링커 상태, 석탄 감소율은, 석탄 만을 연소하였을 때를 기준으로 하여 중량% 값으로 계산하였으며, 결과를 하기 표 1에 정리하였다. After performing the combustion test, NOx, Sox reduction rate and clinker state, coal reduction rate was calculated as a weight percent value based on the coal burned, the results are summarized in Table 1 below.

석탄 감소율
(중량%)
Coal reduction rate
(weight%)
클링커 상태Clinker status NOx 저감율
(중량%)
NOx reduction rate
(weight%)
SOx 저감율
(중량%)
SOx reduction rate
(weight%)
실시예 1Example 1 15.315.3 연질화/수작업으로 클링커 제거 가능Clinker can be removed by soft nitridation / hand 4242 5050 비교예 1Comparative Example 1 3.23.2 일부 연질화/
수작업으로 클링커 제거 불가
Some softening /
Clinker cannot be removed by hand
44 77

상기 표 1을 참고하면, 본 발명의 실시예의 경우, 동일 연소 조건에서 석탄의 중량 감소율이 15.3로, 비교예 1에 비해, 약 5배 가량이나 큰 것을 확인할 수 있는데, 즉, 동일 연소 조건에서 본원의 고체 연료용 첨가제 조성물에 의해, 높은 효율로 연소 반응이 일어난 것을 유추하여 확인할 수 있다. Referring to Table 1, in the embodiment of the present invention, under the same combustion conditions, the weight reduction rate of coal is 15.3, it can be confirmed that about 5 times as large as compared to Comparative Example 1, that is, under the same combustion conditions By the additive composition for solid fuels, it can be inferred and confirmed that a combustion reaction occurred with high efficiency.

또한, 석탄 감소율은 5배 증가하였음에도 불구하고, NOx, SOx 등의 유해 물질은 오히려 크게 줄어든 것을 확인할 수 있다. In addition, although the coal reduction rate was increased five times, it can be seen that the harmful substances such as NOx, SOx is rather reduced.

도 1은, 실시예 1에 따른 연소 시험 후, 아래에 있는 재(Bottom-Ash)와 슬래그(클링커)를 채집하여 관찰한, 주사 전자 현미경 이미지이다.FIG. 1 is a scanning electron microscope image of the bottom ash (Bottom-Ash) and slag (clinker) collected and observed after the combustion test according to Example 1. FIG.

도 2는, 비교예 1에 따른 연소 시험 후, 아래에 있는 재(Bottom-Ash)와 슬래그(클링커)를 채집하여 관찰한, 주사 전자 현미경 이미지이다.FIG. 2 is a scanning electron microscope image obtained by collecting the bottom ash (Bottom-Ash) and slag (clinker) under the combustion test according to Comparative Example 1. FIG.

상기 도 1 및 2를 참조하여 재와 클링커 입자의 모양을 살펴보면, 비교예에서 채집된 재와 클링커는 크고 단단하고 쉽게 깨어 지지 않는 형태를 가지고 있으며 결정화가 잘 되어 있는 것을 확인할 수 있는데 비해, 실시예에서 채집된 재와 클링커는 결정화도가 낮고, 부스러지기 쉬운 형태를 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.Looking at the shape of the ash and clinker particles with reference to FIGS. 1 and 2, the ash and clinker collected in the comparative example has a large, hard and not easily broken form and can be confirmed that the crystallization is good, compared to the embodiment Ash and clinker collected in the low crystallinity, it can be seen that it has a fragile form.

Claims (15)

수산화 알루미늄 나노 입자;
산화 마그네슘 나노 입자;
바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자;
그래핀; 및
석유계 광물유를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
Aluminum hydroxide nanoparticles;
Magnesium oxide nanoparticles;
Vanadium-titanium based composite oxide nanoparticles;
Graphene; And
An additive composition for solid fuel, comprising petroleum mineral oil.
제1항에 있어서,
상기 수산화 알루미늄 나노 입자는, 수 평균 입경이 50 내지 150nm이고, 입경 분포가 10 내지 500nm인, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The said aluminum hydroxide nanoparticle has a number average particle diameter of 50-150 nm, and particle size distribution is 10-500 nm, The additive composition for solid fuels.
제1항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 수산화 알루미늄 나노 입자 10 내지 30중량부를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
An additive composition for a solid fuel comprising 10 to 30 parts by weight of the aluminum hydroxide nanoparticles, based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.
제1항에 있어서,
산화 마그네슘 나노 입자는, 수 평균 입경이 150 내지 250nm이고, 입경 분포가 100 내지 500nm인, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The magnesium oxide nanoparticles have a number average particle diameter of 150 to 250 nm and a particle diameter distribution of 100 to 500 nm.
제1항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 산화 마그네슘 나노 입자 50 내지 70중량부를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
An additive composition for solid fuel, comprising 50 to 70 parts by weight of the magnesium oxide nanoparticles, based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 산화 바나듐(V2O5) 나노 입자가 담지된 이산화 티타늄(TiO2) 나노 입자를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The vanadium-titanium-based composite oxide nanoparticles, titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles on which vanadium oxide (V 2 O 5 ) nanoparticles are supported, solid additive composition for fuel.
제1항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자는, 수 평균 입경이 400 내지 600nm이고, 입경 분포가 100 내지 1000nm인, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The vanadium-titanium composite oxide nanoparticles have a number average particle size of 400 to 600 nm, particle size distribution of 100 to 1000 nm, solid fuel additive composition.
제1항에 있어서,
상기 그래핀은, 그래핀 나노시트 및 그래핀 나노플레이틀릿 중 어느 하나 이상을 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The graphene, any one or more of graphene nanosheets and graphene nanoplatelets, solid fuel additive composition.
제1항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 그래핀 5 내지 30중량부를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
To about 100 parts by weight of the vanadium-titanium-based composite oxide nanoparticles, comprising 5 to 30 parts by weight of the graphene, solid fuel additive composition.
제1항에 있어서,
수 평균 입경이 20 내지 100nm인, 마그네슘 페라이트 나노 입자를 더 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
Further comprising a magnesium ferrite nanoparticles, the number average particle diameter of 20 to 100nm, solid fuel additive composition.
제10항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 마그네슘 페라이트 나노 입자 5 내지 30중량부를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 10,
An additive composition for a solid fuel comprising 5 to 30 parts by weight of the magnesium ferrite nanoparticles based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.
제1항에 있어서,
수 평균 입경이 10 내지 70nm인, 알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자를 더 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The additive composition for a solid fuel further comprising aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles having a number average particle diameter of 10 to 70 nm.
제12항에 있어서,
상기 바나듐-티타늄 계 복합 산화물 나노 입자 100중량부에 대하여, 상기 알루미늄-코발트 계 복합 산화물 나노 입자 10 내지 50중량부를 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 12,
An additive composition for a solid fuel comprising 10 to 50 parts by weight of the aluminum-cobalt-based composite oxide nanoparticles based on 100 parts by weight of the vanadium-titanium composite oxide nanoparticles.
제1항에 있어서,
비이온성 계면활성제를 더 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
Further comprising a nonionic surfactant, solid fuel additive composition.
제1항에 있어서,
상기 석유계 광물유는, 수소 처리(Hydrotreated) 또는 탈왁스 처리(Dewaxed)에 의해 개질된 파라핀계 오일(Paraffinic oil)을 포함하는, 고체 연료용 첨가제 조성물.
The method of claim 1,
The petroleum mineral oil, a paraffinic oil (Paraffinic oil) modified by the hydrotreated or dewaxed (Dewaxed), additive composition for solid fuel.
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