KR101906760B1 - 고기능성 연소 촉진제 - Google Patents
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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
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.
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]
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.
| 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 알콜계 화합물 |
글리세롤 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 붕소 함유 화합물 |
붕산나트륨 (Na2B4O7·10H2O) |
12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| 알칼리 금속 화합물 |
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.
| 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
| 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 (5)
- 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.
- 제1항에 있어서,
상기 연소 촉진제는,
산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
- 제1항에 있어서,
상기 리그노술폰산염은 칼슘-리그노술폰산염(Ca-lignosulfonate) 및 나트륨-리그노술폰산염(Na-lignosulfonate)으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
- 제1항에 있어서,
상기 연소 촉진제는 분산제를 더 포함하고,
상기 분산제는 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.
[화학식]
(상기 화학식에서, R1과 R2는 각각 수소(H), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)
- 삭제
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- 2019-01-23 WO PCT/KR2019/000952 patent/WO2019156392A1/ko active Application Filing
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Also Published As
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| WO2019156392A1 (ko) | 2019-08-15 |
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