WO2019156392A1 - 고기능성 연소 촉진제 - Google Patents

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WO2019156392A1
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Definitions

  • the present invention relates to a high functional combustion accelerator, and more particularly, it is possible to induce complete combustion of various combustible wastes, to reduce the concentration of exhaust gas and to suppress clinker generation in an incinerator (combustor).
  • a functional combustion accelerator is provided.
  • Incinerators In general, most combustible wastes such as food, vegetables, papers, trees, rubbers, leathers and plastics are disposed of through incineration (burning). Incineration takes place in an incinerator. Incinerators are divided into five categories: stationary, stocker, kiln, multistage and fluidized beds. Among them, stocker incinerators are most frequently used in Korea, which requires little pretreatment, consumes less power, and is advantageous for operation and maintenance.
  • combustion accelerator a representative example thereof is a combustion accelerator.
  • the catalytic action of the combustion promoter can improve the combustion efficiency of the incinerator.
  • Many techniques for such combustion accelerators have been proposed, which are also presented in several prior patent documents.
  • Korean Patent No. 10-0485193 discloses a liquid combustion accelerator including borax, hydrogen peroxide, triethanolamine, zinc oxide, and manganese dioxide
  • Korean Patent No. 10-1415454 discloses potassium hydroxide, borax, and hydrogen peroxide.
  • Liquid combustion accelerators, including the like, are shown.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2001-342470 discloses a combustion accelerator using sodium carbonate, oleic acid, polyhydric alcohol ester, and the like.
  • the conventional combustion accelerator has a problem of low exhaust gas reducing ability such as CO, SO x and NO x .
  • the amount of dust generated in the incinerator is high due to low reduction of unburned carbon powder and the like, and at the same time, the ability of inhibiting clinker is low.
  • Patent Document 1 Korean Registered Patent No. 10-0485193
  • Patent Document 2 Korean Patent Registration No. 10-1415454
  • Patent Document 3 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-342470
  • the present invention provides a highly functional combustion accelerator capable of inducing complete combustion of various combustible wastes such as household waste, reducing concentrations of exhaust gas and unburned carbon, and suppressing clinker formation in an incinerator.
  • the purpose is to provide.
  • At least one silicate selected from potassium silicate and sodium silicate
  • the combustion promoter according to the present invention may further comprise at least one metal oxide selected from aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO).
  • the sulfonate is selected from lignosulfonate according to a preferred embodiment, which may be included in 2 to 12% by weight based on the total weight of the combustion promoter.
  • various combustion combustible wastes have an effect of increasing combustion efficiency to induce complete combustion, and reducing exhaust gas concentration and clinker generation in an incinerator (combustion furnace).
  • the term "and / or” is used in a sense including at least one or more of the components listed before and after.
  • the term “one or more” means one or more than one.
  • the present invention provides a highly functional combustion promoter.
  • the combustion promoter according to the present invention can be used, for example, by the method of spraying the surface of a combustible before the combustion of the combustible.
  • the combustibles include combustible waste and / or fossil fuels (coal, etc.) and the like.
  • the said flammable waste can mention living wastes, such as food, a vegetable, paper, a tree, rubber
  • the combustion accelerator according to the present invention is an active ingredient for promoting combustion, and includes (1) silicate, (2) organic alcohol compound, (3) boron-containing compound, (4) alkali metal compound, (5) sulfonate, and ( 6) Contains water.
  • the combustion accelerator according to the invention is a combustion promotion composition comprising at least such components, for example in liquid form.
  • the combustion accelerator according to the present invention may further include additional components added for improving the combustion efficiency and / or dispersion of each component in addition to the above components.
  • additional components added for improving the combustion efficiency and / or dispersion of each component in addition to the above components.
  • the silicate is at least one selected from potassium silicate, sodium silicate and the like.
  • the silicate includes a hydrate of potassium silicate and / or sodium silicate.
  • the silicate may be selected from specific examples, such as liquid potassium silicate and / or liquid sodium silicate.
  • Such silicates can be converted into waterglass components by pyrolysis upon combustion, at least to suppress or eliminate the formation of clinkers.
  • silicates can reduce exhaust gases such as SO x .
  • SO x exhaust gases
  • the silicate can remove at least harmful exhaust gases such as sulfurous acid gas (SO 2 ).
  • the silicate may be included, for example, 1 to 20% by weight based on the total weight of the combustion promoter. At this time, when the content of the silicate is too low, the clinker suppression ability and the exhaust gas reduction ability, etc. according to the addition thereof may be insufficient, and when the content of the silicate is too much, deposits may be generated and not preferable.
  • a silicate for example, a mixture of liquid potassium silicate and liquid sodium silicate may be used, but 0.5-10 wt% of liquid potassium silicate and 0.5-10 wt% of liquid sodium silicate may be used based on the total weight of the combustion accelerator. More preferably, 1 to 5% by weight of liquid potassium silicate and 1 to 5% by weight of liquid sodium silicate can be used.
  • the organic alcohol compound is not particularly limited as long as it has at least one OH group in the molecule.
  • the organic alcoholic compound may be selected from, for example, monohydric alcohols, polyhydric alcohols and / or derivative compounds thereof, and the like.
  • the organic alcohol compound may be selected from, for example, glycerol, ethylene glycol and / or diethylene glycol, and the like.
  • Such an organic alcohol-based compound can improve the combustibility and improve the solubility of a boron-containing compound (such as sodium borate).
  • a boron-containing compound such as sodium borate
  • the organic alcohol compounds as listed above have a low freezing point and can also act as a cryoprotectant.
  • the organic alcohol-based compound may be included, for example, 5 to 15% by weight based on the total weight of the combustion accelerator.
  • effects such as combustibility, solubility and freezing prevention due to the addition thereof may be insufficient.
  • the content of the organic alcohol compound is too large, the synergistic effect due to the excessive addition is not very small, and the content of other components may be relatively low, which may be undesirable.
  • the boron-containing compound is not particularly limited as long as it has at least one boron (B) in the molecule.
  • the boron containing compound may be selected from, for example, sodium borate, calcium borate, hydrates thereof, and the like.
  • Such boron-containing compounds can remove clinker and reduce unburned carbon content and exhaust gas.
  • boron-containing compounds such as sodium borate decompose to produce boron, and the resulting boron penetrates into the clinker, weakening the cohesion of the clinker. Thereby, the clinker removal ability formed in the inner wall of an incinerator can be improved.
  • sodium ions (Na + ) generated by sodium borate or the like may be combined with sulfite gas (SO 2 ) in the exhaust gas to generate sodium sulfate (Na 2 SO 4 ).
  • SO 2 sulfite gas
  • the sodium borate can remove at least harmful exhaust gases such as sulfurous acid gas (SO 2 ).
  • sodium borate can release oxygen to induce complete combustion.
  • the boron-containing compound may be included, for example, 5 to 15% by weight based on the total weight of the combustion accelerator.
  • the clinker removal ability and the exhaust gas reduction ability due to the addition thereof may be insufficient, and when the content of the boron-containing compound is too large, deposits may be generated and may not be preferable.
  • the alkali metal compound is not particularly limited as long as it can be dissolved to have an alkali liquidity.
  • the alkali metal compound may be selected from, for example, potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and / or barium hydroxide (Ba (OH) 2 ) and the like.
  • KOH potassium hydroxide
  • NaOH sodium hydroxide
  • Ca (OH) 2 calcium hydroxide
  • Ba (OH) 2 barium hydroxide
  • Such an alkali metal compound acts as a solubilizer of the said boron containing compound (sodium borate etc.), for example.
  • the alkali metal compound generates oxygen at a high temperature to induce and remove secondary combustion of the scale attached to the inner wall of the incinerator, and supplements oxygen to induce complete combustion.
  • the alkali metal compound generates metal ions (K + , Na + , Ca 2 + ), and the generated metal ions (K + , Na + , Ca 2 + ) are exhaust gases (NO x , SO x ). In combination with the exhaust gas.
  • the alkali metal compound may be included, for example, 15 to 25% by weight based on the total weight of the combustion accelerator. At this time, when the content of the alkali metal compound is too low, the solubility of the boron-containing compound (such as sodium borate) due to the addition thereof, the complete combustion ability and the exhaust gas reduction ability by the generation of oxygen may be insufficient, the alkali metal compound If the content of is too high, deposits may be produced, which may be undesirable.
  • the solubility of the boron-containing compound such as sodium borate
  • the sulfonate may be selected from organic sulfonates, and in particular, may be selected from sulfonate calcium salts such as calcium alkylbenzenesulfonate.
  • the alkyl of the calcium-alkylbenzenesulfonate may have a carbon number of, for example, C6 to C20.
  • the calcium-alkylbenzenesulfonate can be selected from more specific examples, such as calcium-hexylbenzenesulfonate, calcium-heptylbenzenesulfonate, calcium-octylbenzenesulfonate and / or calcium-nonylbenzenesulfonate, and the like.
  • Sulfonate salts such as calcium-alkylbenzenesulfonate may be added to the combustion accelerator after mixing and dispersing in the solvent.
  • the solvent may be water, alcohols, ketones and / or mixed solvents thereof.
  • the sulfonate induces complete combustion to reduce the generation of unburned carbon powder and thus suppresses the generation of dust.
  • soot adhesion to the inner wall of the incinerator can be reduced.
  • the sulfonate may be included, for example, 2 to 20% by weight based on the total weight of the combustion accelerator. At this time, when the content of the sulfonate is too low, the effect of improving the complete combustion due to the addition thereof is inadequate, and the effect of preventing dust generation and soot adhesion may be lowered. And when the content of sulfonate is too much, the synergistic effect of excessive addition is not so great and the storage stability of the combustion promoter can be lowered.
  • the sulfonate preferably comprises lignosulfonate.
  • lignosulfonate for example, one or more selected from calcium-lignosulfonate, sodium-lignosulfonate, and the like may be used.
  • Lignosulfonate is a naturally occurring sulfonate derivative produced by reacting lignin and sulfite cookers in natural fiber raw materials such as pulp extracted from wood, which is dust ) It is very effective in reducing exhaust gas such as CO, SO x and NO x while having excellent effect of preventing generation and soot adhesion.
  • lignosulfonate is a sulfonate derivative derived from nature, which is inexpensive and useful in the present invention. Such lignosulfonates can use commercially available powder products and are easy to purchase. Among the lignosulfonates, it is more preferable to use calcium-lignosulfonates.
  • the lignosulfonate salt is preferably included in 2 to 12% by weight based on the total weight of the combustion promoter.
  • the content of lignosulfonate is less than 2% by weight, the dust (dust) and soot (soot) prevention effect and the exhaust gas reduction ability according to its use may be insufficient.
  • the content of lignosulfonate exceeds 12% by weight, agglomeration or sedimentation may occur to reduce the storage stability (dispersibility) of the combustion promoter.
  • it may be more preferable that the lignosulfonate is included in an amount of 5 to 10% by weight.
  • Water is used as a liquid medium for the dissolution (dispersion) or dilution of each of the above components, including purified and / or unpurified.
  • the water may for example be selected from distilled water and / or purified water and the like.
  • Water may be included, for example, 5 to 35% by weight based on the total weight of the combustion accelerator, and may be included, for example, 15 to 25% by weight, more specifically.
  • Combustion accelerator according to the present invention includes the components as described above, by the organic action of each of the components has an excellent effect of at least increase in combustion efficiency, reduction of exhaust gas, reduction of unburned carbon content and clinker suppression / removal and the like.
  • the combustion accelerator according to the present invention has a formulation of a water-soluble liquid type, and when applied to flammables such as flammable wastes, for example, may be mixed with water, diluted, and then sprayed onto flammables.
  • combustion accelerator according to the present invention may further include one or more selected from metal oxides, carbonates, oxygen feeders and dispersants as the additional components which may be optionally added, in addition to the components as described above.
  • the metal oxide may be one or more selected from aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), and the like. Such metal oxides may induce porosity of the clinker to improve the removal ability of the clinker. In addition, for example, metal oxides such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can prevent the formation of sludge or scale through ion exchange with Na + or K + . Such metal oxides may be included, for example, 15 to 25% by weight based on the total weight of the combustion promoter.
  • the carbonate may be selected from sodium carbonate, sodium bicarbonate, calcium carbonate and / or potassium carbonate and the like. These carbonates are decomposed to generate carbon dioxide, and the generated carbon dioxide may inhibit the formation of the clinker or swell the clinker, thereby improving the removal ability of the clinker. Such carbonate may be included, for example 5 to 15% by weight based on the total weight of the combustion promoter.
  • the oxygen supply agent is for increasing the combustion efficiency through the supply of oxygen, which may be selected from, for example, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and the like. Such oxygen supply may be included, for example, 5 to 15% by weight based on the total weight of the combustion promoter.
  • the dispersant is also used to uniformly disperse (or stabilize) such components.
  • each component is uniformly dispersed to improve combustion efficiency and clinker suppression / removal and the like, as well as to prevent precipitation or layer separation even when the combustion accelerator is stored for a long time, thereby having excellent storage stability.
  • the dispersant may be selected from those which are water soluble, which may use, for example, dispersants such as fatty acid esters and / or amines.
  • fatty ester type such as sorbitan fatty acid ester and / or glycerin fatty acid ester, can be used specifically ,.
  • the dispersant may be a commercialized product, for example, BYK series products (BYK-154 and BYK-W940, etc.) of BYK, Germany.
  • the dispersant may be included, for example, 0.1 to 8% by weight based on the total weight of the combustion promoter. At this time, when the content of the dispersant is less than 0.1% by weight, the dispersing power according to its use may be insignificant. And when the content of the dispersant is more than 8% by weight, the synergistic effect of excessive use is not so large and may be undesirable from an economic point of view. In view of this, the dispersant may be included in 0.5 to 5% by weight.
  • the dispersant is a compound having at least one hydroxy group (-OH) and at least one ether group (-O-) in the molecule, it may be used an ester compound represented by the following formula.
  • R 1 and R 2 are independent of each other. That is, R 1 and R 2 are each independently composed of a single element or selected from hydrocarbon compounds. Specifically, in the above formula, R 1 and R 2 are the same as or different from each other and are selected from hydrogen (H), aliphatic hydrocarbon or aromatic hydrocarbon. When R 1 and R 2 are for example selected from aliphatic hydrocarbons, they may be saturated hydrocarbons or unsaturated hydrocarbons having one or more unsaturated groups (double bond groups and / or triple bond groups). Such R 1 and R 2 may have, for example, a carbon number of C1 to C20. In addition, when R 1 and R 2 are aromatic hydrocarbons, they may include one or two or more benzene rings.
  • n is zero or an integer of 1 or more.
  • the upper limit of n is not limited. n may be, for example, an integer within 0 (zero) to 20, and may be, for example, an integer within 0 (zero) to 10, but is not limited thereto.
  • the compound represented by the above formula has excellent dispersibility, and together with the high molecular weight of R 1 and / or R 2 , has a high boiling point and is thermally stable, thereby achieving excellent storage stability even at high temperature conditions. .
  • the compound represented by the formula is a compound having a hydroxyl group (-OH) and an ether group (-O-) in the molecule, which is compared to the sulfonate (lignosulfonic acid) in comparison with fatty acid ester-based dispersants such as sorbitan fatty acid ester Salts, etc.), boron-containing compounds (such as sodium borate), metal oxides (such as Al 2 O 3 ) and the like can be effectively dispersed to have excellent storage stability.
  • fatty acid ester-based dispersants such as sorbitan fatty acid ester Salts, etc.
  • boron-containing compounds such as sodium borate
  • metal oxides such as Al 2 O 3
  • the combustion promoter according to the present invention may further include an additive.
  • the additive may be selected from those commonly used in the art.
  • the additive may include, for example, a cryoprotectant (floating agent) and / or a corrosion inhibitor and the like, and may further include an antioxidant and / or a color pigment.
  • Such additives may be used in an appropriate amount within a range that does not lower the effect of the present invention.
  • the additive may be included in an appropriate amount based on the total weight of the combustion promoter, for example, in the range of 0.01 to 10% by weight, respectively.
  • Example and comparative example of this invention are illustrated.
  • the following examples are provided by way of example only to assist in understanding the present invention, whereby the technical scope of the present invention is not limited.
  • the following comparative examples do not imply prior art, they are provided only for comparison with the examples.
  • water distilled water
  • a solvent prepared by adding and mixing potassium hydroxide (KOH) was prepared.
  • KOH potassium hydroxide
  • sodium borate was added to the solubilizer, mixed, and stirred to dissolve.
  • an appropriate amount of liquid potassium silicate and liquid sodium silicate was added and stirred.
  • glycerol and aluminum oxide Al 2 O 3 was added and stirred to prepare a mixed solution.
  • a fatty acid-based dispersant was added thereto, and a sufficiently mixed and stirred dispersion solution was prepared.
  • the sulfonate was used as calcium-alkylbenzenesulfonate, calcium-octylbenzenesulfonate, and the fatty acid ester dispersant used sorbitan fatty acid ester.
  • Example 1 In contrast to Example 1, except that the type of sulfonate and dispersing agent was changed in the same manner as in Example 1 to prepare a combustion accelerator. Specific components and contents of the combustion accelerator according to the present embodiment are as shown in the following [Table 1]. At this time, the sulfonate was used as calcium-lignosulfonate powder having an average particle size (D 50 ) of about 200 ⁇ m. The dispersant was a compound (1-benzoxy-2-hydroxy-fatty acid ester) prepared according to Production Example 1 below.
  • combustion accelerator was prepared in the same manner except that the content of each component was changed or the type was different.
  • Specific components and contents of the combustion accelerator according to each embodiment (3 to 5) are as shown in the following [Table 1].
  • Example 1 Compared to Example 1, it was carried out in the same manner except that no sulfonate was added. Specific components and contents of the combustion accelerator according to the comparative example are as shown in the following [Table 1].
  • the combustion promoter was diluted in water, then sprayed onto the waste paper and dried.
  • the waste paper coated with a combustion accelerator was burned in a combustion apparatus, and the exhaust gas concentration and dust concentration of the combustion emissions were measured.
  • the exhaust gas and the dust (dust) was measured by the constant velocity suction method by the gas sampling system (gas sampling system). All the combustion test conditions of each Example and the comparative example were made the same. The above results are shown in the following [Table 2].
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Comparative Example 1 CO [ppm] 16.47 15.24 15.01 15.02 14.87 16.91 NO x [ppm] 34.90 32.08 31.51 31.07 30.81 36.47 SO x [ppm] 8.11 7.59 7.14 7.11 7.02 8.45 Dsut concentration [mg / m3] 6.82 5.13 4.48 4.41 4.03 6.96
  • each combustion promoter is placed in a transparent constant temperature and humidity chamber for 7 days under high temperature / high humidity conditions of 60% relative humidity and 80 ° C., and then stored for 7 days under low temperature conditions of 4 ° C., and then 60% relative humidity, After further storage for 7 days under the high temperature and high humidity conditions of the temperature of 80 °C, it was visually evaluated whether precipitation of the combustion accelerator and delamination occurred. And evaluated according to the following evaluation criteria, the results are shown in the following [Table 3].
  • Example 1 ⁇ Evaluation of Storage Stability of Combustion Accelerators> Remarks Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Comparative Example 1 Dispersant D1 D2 (production example 1) D1 D2 (production example 1) D2 (production example 1) - Storage stability (high temperature / low temperature / high temperature) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ * D1 (dispersant): fatty acid ester type (sorbitan fatty acid ester) * D2 (dispersant): ester compound having a hydroxyl group (-OH) and an ether group (-O-) (Production example 1: 1-benzoxy-2- Hydroxy-fatty acid ester)

Abstract

본 발명은 가연성 폐기물 등의 연소(소각) 시에 사용되는 고기능성 연소 촉진제에 관한 것이다. 본 발명은 규산칼륨 및 규산나트륨으로부터 선택된 하나 이상의 규산염, 유기 알콜계 화합물, 붕소 함유 화합물, 알칼리 금속 화합물, 술폰산염 및 물을 포함하는 연소 촉진제를 제공한다. 본 발명에 따르면, 각종 가연성 폐기물에 대해 완전 연소를 유도하고, 배기 가스의 농도 감소 및 소각로(연소로) 내의 클링커(clinker) 생성 등을 효과적으로 억제할 수 있다.

Description

고기능성 연소 촉진제
본 발명은 고기능성 연소 촉진제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 가연성 폐기물에 대해 완전 연소를 유도하고, 배기 가스의 농도 감소 및 소각로(연소로) 내의 클링커(clinker) 생성 등을 억제할 수 있는 고기능성 연소 촉진제에 관한 것이다.
일반적으로, 대부분의 가연성 폐기물, 예를 들어 음식물, 채소류, 종이류, 나무류, 고무류, 피혁류 및 플라스틱류 등의 생활 폐기물은 소각(연소)을 통해 처리되고 있다. 소각(연소)은 소각로(연소로)에서 진행된다. 소각로는 고정상, 스토커, 킬른, 다단로 및 유동상 등 크게 5개의 종류로 구분되고 있다. 이들 중에서 국내의 경우에는 스토커 소각로가 가장 많이 사용되고 있으며, 이는 전처리 공정이 거의 필요없고, 소비 전력이 적으며, 운전 및 보수 관리 등에 유리하다.
가연성 폐기물의 연소 시에는 CO, SOx 및 NOx 등의 배기 가스와 함께 미연탄소분, 슈트(soot) 및 슬러지 등이 발생된다. 특히, 소각로나 배관의 내벽에는 회(ash) 성분의 침적물로서 클링커(clinker)가 형성되며, 이는 연소 효율 및 소각 처리량 등을 저하시킨다. 완전 연소를 위해서는 충분한 온도, 연소 시간 및 혼합도(난류도) 등이 만족되어야 한다. 그러나 실제로 폐기물의 종류, 함수율 및 상태 등에 따라 필요한 연소 시간이 다르고, 소각로의 구조 및 운전 방법 등에 따라 혼합도(난류도)가 달라 완전 연소는 매우 어렵고, 소각로 내의 클링커 부착을 방지할 수 없다.
이에, 연소 효율을 향상시키고 완전 연소를 위한 다양한 연구가 진행되어 왔으며, 그 대표적인 예가 연소 촉진제이다. 연소 촉진제의 촉매 작용으로 소각로의 연소 효율이 향상될 수 있다. 이러한 연소 촉진제에 대한 많은 기술들이 제안되어 왔으며, 이는 여러 선행특허문헌들에도 제시되어 있다.
예를 들어, 한국 등록특허 제10-0485193호에는 붕사, 과산화수소, 트리에탄올아민, 산화아연 및 이산화망간를 포함하는 액상의 연소 촉진제가 제시되어 있으며, 한국 등록특허 제10-1415454호에는 수산화칼륨, 붕사 및 과산화수소 등을 포함하는 액상의 연소 촉진제가 제시되어 있다. 또한, 일본 공개특허 특개2001-342470호에는 탄산소다, 오이렌산 및 다가 알코올 에스테르 등을 이용한 연소 촉진액제가 제시되어 있다.
그러나 종래의 연소 촉진제는 CO, SOx 및 NOx 등의 배기 가스 저감능이 낮은 문제점이 있다. 또한, 미연탄소분 등의 저감능이 낮아 소각로의 더스트(dust) 발생량이 높고, 이와 함께 클링커의 억제능이 낮은 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 등록특허 제10-0485193호
(특허문헌 2) 한국 등록특허 제10-1415454호
(특허문헌 3) 일본 공개특허 특개2001-342470호
이에, 본 발명은 개선된 연소 촉진제를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 구체적으로, 본 발명은 생활 폐기물 등의 각종 가연성 폐기물에 대해 완전 연소를 유도하고, 배기 가스와 미연탄소분 등의 농도 감소, 및 소각로 내의 클링커(clinker) 생성 등을 억제할 수 있는 고기능성 연소 촉진제를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
규산칼륨 및 규산나트륨으로부터 선택된 하나 이상의 규산염;
유기 알콜계 화합물;
붕소 함유 화합물;
알칼리 금속 화합물;
술폰산염; 및
물을 포함하는 연소 촉진제를 제공한다.
예시적인 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 연소 촉진제는 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 술폰산염은, 바람직한 실시형태에 따라서 리그노술폰산염(lignosulfonate)으로부터 선택되고, 이는 연소 촉진제 전체 중량 기준으로 2 ~ 12중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 각종 가연성 폐기물에 대해 연소 효율을 높여 완전 연소를 유도하고, 배기 가스의 농도 감소 및 소각로(연소로) 내의 클링커(clinker) 생성 등을 억제할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
본 발명은 고기능성의 연소 촉진제를 제공한다. 본 발명에 따른 연소 촉진제는 가연물의 연소 전에, 예를 들어 가연물의 표면 분사(spray)하는 방법 등으로 사용될 수 있다. 본 발명에서, 상기 가연물은 가연성 폐기물 및/또는 화석 연료(석탄 등) 등을 포함한다. 또한, 상기 가연성 폐기물은, 예를 들어 음식물, 채소류, 종이류, 나무류, 고무류, 피혁류 및 플라스틱류 등의 생활 폐기물을 들 수 있다.
본 발명에 따른 연소 촉진제는 연소 촉진을 위한 유효 성분으로서, (1)규산염, (2)유기 알콜계 화합물, (3)붕소 함유 화합물, (4)알칼리 금속 화합물, (5)술폰산염, 및 (6)물을 포함한다. 본 발명에 따른 연소 촉진제는 상기와 같은 성분들을 적어도 포함하는 연소 촉진 조성물로서, 예를 들어 액상이다. 또한, 본 발명에 따른 연소 촉진제는 상기와 같은 성분들 이외에 연소 효율의 개선 및/또는 각 성분들의 분산 등을 위해 첨가된 부가 성분을 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 연소 촉진제를 구성하는 각 구성 성분들의 예시적인 실시형태를 설명하면 다음과 같다.
(1) 규산염
규산염은 규산칼륨 및 규산나트륨 등으로부터 선택된 하나 이상이다. 본 발명에서 규산염은 규산칼륨 및/또는 규산나트륨의 수화물을 포함한다. 규산염은, 구체적인 예를 들어 액상규산칼륨 및/또는 액상규산나트륨 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 규산염은 연소 시 열분해에 의해 물유리 성분으로 변화되어, 적어도 클링커의 생성을 억제하거나 제거할 수 있다. 또한, 규산염은 SOx 등의 배기 가스를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 액상규산나트륨의 경우, 나트륨이온(Na+)을 생성하고, 생성된 나트륨이온(Na+)은 배기 가스 중의 아황산가스(SO2)와 결합하여 황산나트륨(Na2SO4)을 생성할 수 있다. 이에 따라, 규산염은 적어도 아황산가스(SO2) 등의 유해 배기 가스를 제거할 수 있다.
상기 규산염은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 1 ~ 20중량%로 포함될 수 있다. 이때, 규산염의 함량이 너무 낮은 경우, 이의 첨가에 따른 클링커 억제능 및 배기 가스 저감능 등이 미비할 수 있으며, 규산염의 함량이 너무 많은 경우 침적물이 생성되어 바람직하지 않을 수 있다. 규산염은, 구체적인 예를 들어 액상규산칼륨과 액상규산나트륨의 혼합을 사용하되, 연소 촉진제 전체 중량 기준으로 0.5 ~ 10중량%의 액상규산칼륨과 0.5 ~ 10중량%의 액상규산나트륨을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 ~ 5중량%의 액상규산칼륨과 1 ~ 5중량%의 액상규산나트륨을 사용할 수 있다.
(2) 유기 알콜계 화합물
유기 알콜계 화합물은 분자 내에 적어도 하나 이상의 OH기를 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 유기 알콜계 화합물은, 예를 들어 1가 알콜, 다가 알콜 및/또는 이들의 유도체 화합물 등으로부터 선택될 수 있다. 유기 알콜계 화합물은, 구체적인 예를 들어 글리세롤, 에틸렌글리콜 및/또는 디에틸렌글리콜 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 유기 알콜계 화합물은 연소성을 높이고, 붕소 함유 화합물(붕산나트륨 등)의 용해성 등을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 나열한 바와 같은 유기 알콜계 화합물은 어는점이 낮아 동결 방지제로서도 작용할 수 있다.
상기 유기 알콜계 화합물은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 5 ~ 15중량%로 포함될 수 있다. 이때, 유기 알콜계 화합물의 함량이 너무 낮은 경우, 이의 첨가에 따른 연소성, 용해성 및 동결 방지 등의 효과가 미비할 수 있다. 그리고 유기 알콜계 화합물의 함량이 너무 많은 경우 과잉 첨가에 따른 상승 효과가 그다지 않고, 상대적으로 다른 성분들의 함량이 낮아져 바람직하지 않을 수 있다.
(3) 붕소 함유 화합물
붕소 함유 화합물은 분자 내에 적어도 하나 이상의 붕소(B)를 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 붕소 함유 화합물은, 예를 들어 붕산나트륨, 붕산칼슘 및 이들의 수화물 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 붕소 함유 화합물은 클링커를 제거하고 미연탄소분 및 배기 가스를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 붕산나트륨 등의 붕소 함유 화합물은 분해되어 붕소를 생성하고, 생성된 붕소는 클링커 내에 침투하여 클링커의 결집력을 약화시킨다. 이에 따라, 소각로의 내벽에 형성된 클링커 제거능을 향상시킬 수 있다. 또한, 붕산나트륨 등에 의해 생성된 나트륨이온(Na+)은 배기 가스 중의 아황산가스(SO2)와 결합하여 황산나트륨(Na2SO4)을 생성할 수 있다. 이에 따라, 붕산나트륨은 적어도 아황산가스(SO2) 등의 유해 배기 가스를 제거할 수 있다. 아울러, 붕산나트륨은 산소를 방출하여 완전 연소를 유도할 수 있다.
상기 붕소 함유 화합물은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 5 ~ 15중량%로 포함될 수 있다. 이때, 붕소 함유 화합물의 함량이 너무 낮은 경우, 이의 첨가에 따른 클링커 제거능 및 배기 가스 감소능 등이 미비할 수 있고, 붕소 함유 화합물의 함량이 너무 많은 경우 침적물이 생성되어 바람직하지 않을 수 있다.
(4) 알칼리 금속 화합물
알칼리 금속 화합물은 용해되어 알칼리의 액성을 갖도록 할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 알칼리 금속 화합물은, 예를 들어 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및/또는 수산화바륨(Ba(OH)2) 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 알칼리 금속 화합물은, 예를 들어 상기 붕소 함유 화합물(붕산나트륨 등)의 용해제로서 작용한다. 또한, 알칼리 금속 화합물은 고온에서 산소를 발생시켜 소각로 내벽에 부착된 스케일의 2차 연소를 유도하여 제거하고, 산소를 보충하여 완전 연소를 유도한다. 부가적으로, 알칼리 금속 화합물은 금속이온(K+, Na+, Ca2 +)을 생성시키고, 생성된 금속이온(K+, Na+, Ca2 +)이 배기 가스(NOx, SOx)와 결합하여 배기 가스를 감소시킬 수 있다.
상기 알칼리 금속 화합물은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 15 ~ 25중량%로 포함될 수 있다. 이때, 알칼리 금속 화합물의 함량이 너무 낮은 경우, 이의 첨가에 따른 붕소 함유 화합물(붕산나트륨 등)의 용해능, 산소 발생에 의한 완전 연소능 및 배기 가스 감소능 등이 미비할 수 있고, 알칼리 금속 화합물의 함량이 너무 많은 경우 침적물이 생성되어 바람직하지 않을 수 있다.
(5) 술폰산염
술폰산염(sulfonate)은 유기계 술폰산염으로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 칼슘-알킬벤젠술폰산염(calcium alkylbenzenesulfonate) 등의 술폰산 칼슘염으로부터 선택될 수 있다. 이때, 칼슘-알킬벤젠술폰산염의 알킬은, 예를 들어 C6 내지 C20의 탄소 수를 가질 수 있다. 칼슘-알킬벤젠술폰산염은, 보다 구체적인 예를 들어 칼슘-헥실벤젠술폰산염, 칼슘-헵틸벤젠술폰산염, 칼슘-옥틸벤젠술폰산염 및/또는 칼슘-노닐벤젠술폰산염 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 칼슘-알킬벤젠술포네이트 등의 술폰산염은 용제에 혼합하여 분산시킨 후에 연소 촉진제에 첨가될 수 있다. 상기 용제는 물, 알콜계, 케톤계 및/또는 이들의 혼합 용제를 사용할 수 있다.
상기 술폰산염은 완전 연소를 유도하여 미연탄소분의 발생을 감소시켜 더스트(dust)의 발생을 억제한다. 그리고 미연탄소분의 감소에 의해 소각로 내벽에 수트(soot)의 부착을 감소시킬 수 있다.
상기 술폰산염은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 2 ~ 20중량%로 포함될 수 있다. 이때, 술폰산염의 함량이 너무 낮은 경우, 이의 첨가에 따른 완전 연소의 개선 효과가 미비하여 더스트(dust) 발생 및 수트(soot) 부착의 방지 효과가 낮아질 수 있다. 그리고 술폰산염의 함량이 너무 많은 경우, 과잉 첨가에 따른 상승 효과가 그다지 크지 않고 연소 촉진제의 저장 안정성을 낮아질 수 있다.
상기 술폰산염은, 바람직하게는 리그노술폰산염(lignosulfonate)를 포함하는 것이 좋다. 이러한 리그노술폰산염은, 구체적인 예를 들어 칼슘-리그노술폰산염(Ca-lignosulfonate) 및 나트륨-리그노술폰산염(Na-lignosulfonate) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 리그노술폰산염은 나무(wood)로부터 추출된 펄프(pulf) 등의 천연 섬유질 원료 중에 함유된 리그닌과 설파이트(sulfite) 증해액을 반응시켜 생성된 천연 유래의 술폰산염 유도체로서, 이는 더스트(dust) 발생 및 수트(soot) 부착의 방지 효과가 우수하면서 CO, SOx 및 NOx 등의 배기 가스 저감에 매우 효과적이다. 아울러, 리그노술폰산염은 천연 유래의 술폰산염 유도체로서 가격도 저렴하여 본 발명에 유용하다. 이러한 리그노술폰산염은 상업적으로 판매되는 분말 제품을 사용할 수 있으며, 이의 구입도 쉽다. 리그노술폰산염 중에서도 보다 바람직하게는 칼슘-리그노술폰산염을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 술폰산염으로서 위와 같은 리그노술폰산염을 사용하는 경우, 상기 리그노술폰산염은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로 2 ~ 12중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이때, 리그노술폰산염의 함량이 2중량% 미만인 경우, 이의 사용에 따른 더스트(dust) 및 수트(soot) 방지 효과와 배기 가스 저감능이 미비할 수 있다. 그리고 리그노술폰산염의 함량이 12중량%를 초과하는 경우, 응집이나 침강이 발생하여 연소 촉진제의 저장 안정성(분산성)이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 리그노술폰산염은 5 ~ 10중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
(6) 물
물은 상기 각 성분들의 용해(분산)나 희석을 위한 액상 매체로서 사용되며, 이는 정제된 것, 및/또는 정제되지 않은 것을 포함한다. 물은, 예를 들어 증류수 및/또는 정제수 등으로부터 선택될 수 있다. 물은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 5 ~ 35중량%로 포함될 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 15 ~ 25중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 연소 촉진제는 상기한 바와 같은 성분들을 포함하여, 상기 각 성분들의 유기적 작용에 의해 적어도 연소 효율의 증대, 배기 가스의 감소, 미연탄소분의 감소 및 클링커 억제/제거 등이 우수한 효과를 갖는다. 본 발명에 따른 연소 촉진제는 수용성 액상 타입의 제형을 가지는 것으로서, 가연성 폐기물 등의 가연물에 적용 시, 예를 들어 물에 혼합하여 희석한 다음, 가연물에 분사하여 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연소 촉진제는 상기한 바와 같은 성분들 이외에, 선택적으로 첨가될 수 있는 부가 성분으로서 금속 산화물, 탄산염, 산소 공급제 및 분산제 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물은 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 금속 산화물은 클링커의 다공화를 유도하여 클링커의 제거능을 향상시킬 수 있다. 또한, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속 산화물은 Na+이나 K+ 등과의 이온 교환을 통해 슬러지나 스캐일의 생성 등을 방지할 수 있다. 이러한 금속 산화물은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 15 ~ 25중량%로 포함될 수 있다.
상기 탄산염은 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼슘 및/또는 탄산칼륨 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 탄산염은 분해되어 이산화탄소를 발생시키고, 발생된 이산화탄소는 클링커의 형성을 억제하거나 클링커를 부풀어 오르게 하여 클링커의 제거능을 향상시킬 수 있다. 이러한 탄산염은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 5 ~ 15중량%로 포함될 수 있다.
상기 산소 공급제는 산소의 공급을 통해 연소 효율을 증대시키기 위한 것으로서, 이는 예를 들어 과산화수소수(H2O2) 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 산소 공급제는 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 5 ~ 15중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 분산제는 상기와 같은 성분들을 균일하게 분산(또는 안정화)시키기 위해 사용된다. 이러한 분산제에 의해, 각 성분들이 균일하게 분산되어 연소 효율 및 클링커 억제/제거 등이 향상됨은 물론, 연소 촉진제를 장기간 동안 보관 시에도 침전이나 층분리 등이 방지되어 우수한 저장 안정성을 가질 수 있다. 분산제는 수용성인 것으로부터 선택될 수 있으며, 이는 예를 들어 지방산에스테르계 및/또는 아민계 등의 분산제를 사용할 수 있다. 분산제는, 구체적인 예를 들어 솔비탄지방산에스테르 및/또는 글리세린지방산에스테르 등의 지방산에스테르계를 사용할 수 있다. 아울러, 분산제는 상용화된 제품으로서, 예를 들어 독일 BYK사(社)의 BYK 시리즈 제품(BYK-154 및 BYK-W940 등) 등을 사용할 수 있다.
상기 분산제는 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 0.1 ~ 8중량%로 포함될 수 있다. 이때, 분산제의 함량이 0.1중량% 미만인 경우, 이의 사용에 따른 분산능이 미미할 수 있다. 그리고 분산제의 함량이 8중량%를 초과하는 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 경제적 측면에서도 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 분산제는 0.5 ~ 5중량%로 포함될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기 분산제는 분자 내에 적어도 하나 이상의 히드록시기(-OH)와 적어도 하나 이상의 에테르기(-O-)를 가지는 화합물로서, 하기 화학식으로 표시되는 에스테르 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식]
Figure PCTKR2019000952-appb-I000001
상기 화학식에서, R1과 R2는 서로 독립적이다. 즉, R1과 R2는 서로 독립적으로 각각 단일 원소로 구성되거나 탄화수소계 화합물로부터 선택된다. 구체적으로, 상기 화학식에서, R1과 R2는 서로 같거나 다르고 수소(H), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소로부터 선택된다. 상기 R1과 R2는, 예를 들어 지방족 탄화수소로부터 선택되는 경우, 이는 포화 탄화수소 또는 하나 이상의 불포화기(2중 결합기 및/또는 3중 결합기)를 가지는 불포화 탄화수소일 수 있다. 이러한 R1과 R2는, 예를 들어 C1 ~ C20의 탄소 수를 가질 수 있다. 또한, 상기 R1과 R2는 방향족 탄화수소인 경우, 이는 하나 또는 2 이상의 벤젠 고리를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 화학식에서, n은 0(zero) 또는 1 이상의 정수이다. 상기 화학식에서, n의 상한치는 제한되지 않는다. n은, 예를 들어 0(zero) 내지 20 이내의 정수일 수 있으며, 구체적인 예를 들어 0(zero) 내지 10 이내의 정수일 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식으로 표시되는 화합물은 우수한 분산능을 가지며, 이와 함께 상기 R1 및/또는 R2의 분자량에 의해 높은 비점을 가져 열적으로도 안정하고, 이에 따라 고온 조건에도 우수한 저장 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 상기 화학식으로 표시되는 화합물은 분자 내에 히드록시기(-OH)와 에테르기(-O-)를 가지는 화합물로서, 이는 솔비탄지방산에스테르 등의 지방산에스테르계 분산제와 대비하여 상기 술폰산염(리그노술폰산염 등), 붕소 함유 화합물(붕산나트륨 등) 및 금속 산화물(Al2O3 등) 등에 대해 효과적인 분산성을 도모하여 우수한 저장 안정성을 갖게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 연소 촉진제는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다. 상기 첨가제는, 예를 들어 동결 방지제(부동화제) 및/또는 부식 방지제 등을 포함할 수 있으며, 경우에 따라서는 산화 방지제 및/또는 색상 안료 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 본 발명의 효과를 저하시키지 않는 범위에서 적정량을 사용할 수 있다. 첨가제는 연소 촉진제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 각각 0.01 ~ 10중량% 범위 내에서 적정량 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 단지 실시예와의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1]
먼저, 교반기가 달린 혼합 용기에 물(증류수)을 넣고 수산화칼륨(KOH)을 투입 혼합한 용해제를 제조하였다. 이후, 상기 용해제에 붕산나트륨을 넣고 혼합, 교반하여 용해시킨 다음, 액상규산칼륨과 액상규산나트륨을 적정량 첨가하여 교반하였다. 그리고 계속적으로 교반을 진행하면서 글리세롤과 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.
또한, 별도의 용기에서 술폰산염과 메탄올을 2 : 1의 중량비로 혼합 교반한 다음, 여기에 지방산에스르계 분산제를 넣고 충분히 혼합, 교반한 분산 용액을 제조하였다. 이때, 상기 술폰산염은 칼슘-알킬벤젠술폰산염으로서 칼슘-옥틸벤젠술폰산염을 사용하였으며, 상기 지방산에스르계 분산제는 솔비탄지방산에스테르를 사용하였다.
다음으로, 상기 혼합 용액과 분산 용액을 혼합한 다음, 충분히 교반시키면서 상온에서 냉각시켜 본 실시예에 따른 액상의 연소 촉진제를 제조하였다. 본 실시예에 따른 연소 촉진제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다. 하기 [표 1]에서, 각 성분의 함량은 연소 촉진제의 전체 중량을 기준으로 한 것(중량%)이다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 대비하여, 술폰산염과 분산제의 종류를 달리한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일하게 실시하여 연소 촉진제를 제조하였다. 본 실시예에 따른 연소 촉진제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다. 이때, 술폰산염은 리그노술폰산염으로서 평균 입도(D50) 약 200㎛의 칼슘-리그노술폰산염(Ca-lignosulfonate) 분말을 사용하였다. 그리고 분산제는 아래의 <제조예 1>에 따라 제조된 화합물(1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)을 사용하였다.
< 제조예 1 >
깨끗하게 세척된 3리터 4구 플라스크(flask) 반응기에 벤질알콜 432g과 트리프로로보론 0.1g을 넣고, 질소를 공급하여 10분간 상온에서 교반하여 주었다. 이후, 반응기에 에피크로로하이드린 372g을 3시간에 걸쳐 적하하였다. 이때, 적하하는 동안 온도가 40℃를 넘지 않도록, 반응기 아래에 냉탕 용기를 받쳐주어 온도를 떨어뜨리면서 적하하였다. 적하가 끝난 후, 1시간 동안 유지 반응을 진행한 다음, 탄산나트륨 500g을 넣고, 2시간에 걸쳐 120℃까지 온도를 승온시켰다.
다음으로, 승온 후 반응기에 대두유 지방산 1,200g을 3시간에 걸쳐 적하하고, 150℃까지 승온시켜 5시간 동안 반응시켰다. 반응이 진행되면서 탄산가스가 발생되었으며, 탄산가스의 발생이 멈추자 약 80℃로 냉각시켰다. 냉각 후, 소금층을 여과 걸러내어, 분자 내에 히드록시기(-OH)와 에테르기(-O-)를 동시에 가지는 약 1,280g의 에스테르 화합물(1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)을 얻었다.
[실시예 3 내지 5]
상기 실시예 1 및 2와 대비하여, 각 성분의 함량을 달리하거나 종류를 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 연소 촉진제를 제조하였다. 각 실시예(3 ~ 5)에 따른 연소 촉진제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 비교하여, 술폰산염을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 본 비교예에 따른 연소 촉진제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
< 연소 촉진제의 조성(성분/함량) 단위 : 중량% >
비 고 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
규산염 액상규산칼륨 2 2 2 2 2 2
액상규산나트륨 5 5 5 5 5 5
유기 알콜계화합물 글리세롤 10 10 10 10 10 10
붕소 함유화합물 붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O) 12 12 12 12 12 12
알칼리 금속화합물 수산화칼륨(KOH) 20 20 20 20 20 20
술폰산염 칼슘-알킬벤젠술폰산염 8 - - - - -
칼슘-리그노술폰산염 - 8 12 12 16 -
금속 산화물 산화알루미늄(Al2O3) 20 20 16 16 16 20
분산제 D1 3 - 3 - - -
D2(제조예 1) - 3 - 3 3 -
물/유기용제 증류수/메탄올 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량
* D1(분산제) : 지방산에스테르계(솔비탄지방산에스테르) * D2(분산제) : 히드록시기(-OH)와 에테르기(-O-)를 가지는 에스테르 화합물 (제조예 1 : 1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 연소 촉진제에 대하여, 다음과 같이 연소 성능을 평가하였다.
먼저, 연소 촉진제를 물에 희석한 다음, 이를 폐종이에 분사하고 건조시켰다. 그리고 연소 촉진제가 코팅된 폐종이 시편을 연소 장치에서 연소시켜 연소 배출물의 배기 가스 농도와 더스트(dust) 농도를 측정하였다. 이때, 배기 가스와 더스트(dust)를 가스 샘플링 시스템(gas sampling system)에 의한 등속흡인 방식으로 측정하였다. 각 실시예 및 비교예의 모든 연소 시험조건은 동일하게 하였다. 이상의 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
< 연소 촉진제의 연소 성능 평가 결과 >
비 고 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
CO[ppm] 16.47 15.24 15.01 15.02 14.87 16.91
NOx[ppm] 34.90 32.08 31.51 31.07 30.81 36.47
SOx[ppm] 8.11 7.59 7.14 7.11 7.02 8.45
Dsut 농도[mg/㎥] 6.82 5.13 4.48 4.41 4.03 6.96
상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 술폰산염을 첨가한 실시예들(1 ~ 5)에 따른 연소 촉진제가 그렇지 않은 비교예 1에 비해 배기 가스 저감 및 더스트(dust) 억제가 우수함을 알 수 있으며, 특히 더스트(dust) 억제 효과가 현저히 개선됨을 알 수 있다.
아울러, 술폰산염으로서 리그노술폰산염(칼슘-리그노술폰산염)을 사용한 경우(실시예 2 ~ 5)가 칼슘-알킬벤젠술폰산염을 사용한 경우(실시예 1)보다 배기 가스 저감 및 더스트(dust) 억제 효과가 우수함을 알 수 있으며, 리그노술폰산염의 함량이 증가할수록 개선된 특성을 보임을 알 수 있다.
또한, 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 연소 촉진제에 대하여, 저장 안정성을 평가하였다. 저장 안정성은 각 연소 촉진제를 투명한 항온 항습조에 넣고 상대 습도 60%, 온도 80℃의 고온/고습 조건하에서 7일간 보관하고, 이후 4℃의 저온 조건에서 7일간 보관한 다음, 다시 상대 습도 60%, 온도 80℃의 고온/고습 조건하에서 7일간 더 보관한 후에 연소 촉진제의 침전과 층분리 발생 여부를 육안으로 평가하였다. 그리고 아래의 평가 기준에 따라 평가하고, 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다.
< 저장 안정성 평가 기준 >
◎ : 침전 및 층분리가 전혀 발생하지 않는 경우
○ : 침전 및 층분리 중에서 1개라도 발생한 경우
△ : 침전 및 층분리가 모두 발생한 경우
< 연소 촉진제의 저장 안정성 평가 결과 >
비 고 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
분산제 D1 D2(제조예 1) D1 D2(제조예 1) D2(제조예 1) -
저장 안정성(고온/저온/고온) ○ ◎ ○ ◎ ○ △
* D1(분산제) : 지방산에스테르계(솔비탄지방산에스테르) * D2(분산제) : 히드록시기(-OH)와 에테르기(-O-)를 가지는 에스테르 화합물 (제조예 1 : 1-벤즈옥시-2-히드록시-지방산 에스테르)
상기 [표 3]에 보인 바와 같이, 분산제를 첨가한 경우(실시예 1 ~ 5)에 저장 안정성이 개선되며, 특히 분산제로서 히드록시기(-OH)와 에테르기(-O-)를 가지는 에스테르 화합물(제조예 1)을 사용한 경우에 고온(80℃)/저온(4℃)/고온(80℃)의 가혹한 조건에서 장시간 보관한 후에도 침전이나 층분리가 없어 우수한 저장 안정성을 가짐을 알 수 있었다.
또한, 실시예 2와 실시예 3을 대비해 보면, 리그노술폰산염(칼슘-리그노술폰산염)의 함량이 많은 경우 저장 안정성이 다소 저하됨을 알 수 있었다. 아울러, 실시예 3과 실시예 4를 대비해 보면, 분산제로서 히드록시기(-OH)와 에테르기(-O-)를 가지는 에스테르 화합물(제조예 1)을 사용한 경우, 리그노술폰산염(칼슘-리그노술폰산염)의 함량이 많아도 우수한 저장 안정성을 보임을 알 수 있었다.

Claims (4)

  1. 규산칼륨 및 규산나트륨으로부터 선택된 하나 이상의 규산염;
    유기 알콜계 화합물;
    붕소 함유 화합물;
    알칼리 금속 화합물;
    술폰산염; 및
    물을 포함하고,
    상기 술폰산염은 리그노술폰산염(lignosulfonate)을 포함하며,
    상기 리그노술폰산염은 연소 촉진제 전체 중량 기준으로 2 ~ 12중량%로 포함된 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소 촉진제는,
    산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리그노술폰산염은 칼슘-리그노술폰산염(Ca-lignosulfonate) 및 나트륨-리그노술폰산염(Na-lignosulfonate)으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연소 촉진제는 분산제를 더 포함하고,
    상기 분산제는 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
    [화학식]
    Figure PCTKR2019000952-appb-I000002
    (상기 화학식에서, R1과 R2는 각각 수소(H), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)
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