JP2002338254A - ケイ酸アルカリカレットの製造方法 - Google Patents

ケイ酸アルカリカレットの製造方法

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JP2002338254A
JP2002338254A JP2001152674A JP2001152674A JP2002338254A JP 2002338254 A JP2002338254 A JP 2002338254A JP 2001152674 A JP2001152674 A JP 2001152674A JP 2001152674 A JP2001152674 A JP 2001152674A JP 2002338254 A JP2002338254 A JP 2002338254A
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sulfur
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alkali silicate
heat exchanger
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Shinji Yamamoto
真治 山本
Toshio Adachi
敏夫 安達
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B5/235Heating the glass
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Abstract

(57)【要約】 【課題】排ガスの熱回収用熱交換器を備えた溶融炉の燃
料として硫黄含量が1000ppm以下の低硫黄燃料を
使用することによる該熱交換器内における腐食を極めて
効果的に防止する。 【解決手段】上記溶融炉から熱交換器に至る排ガス中に
硫黄成分を存在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料として硫黄成
分の含有量が1000ppm以下の燃料(以下、低硫黄
燃料)を使用してケイ酸原料とアルカリ原料とを溶融混
合する溶融工程と、該溶融工程より排出される排ガスか
らの熱回収を行う熱回収工程を含むケイ酸アルカリカレ
ットの新規な製造方法に関する。詳しくは、上記低硫黄
燃料を使用することによる該熱回収工程の熱交換器の腐
食を極めて効果的に防止することが可能なケイ酸アルカ
リカレットの製造方法である。
【0002】
【従来の技術】ケイ酸アルカリカレットの製造方法は、
ケイ酸原料とアルカリ原料とを溶融炉に投入し、燃料の
燃焼熱により1200〜1400℃の温度に加熱し、溶
融せしめる溶融工程と共に、該溶融工程から排出される
約1500℃の高温排ガスの熱を有効に利用するために
熱回収工程が設けられている。かかる熱回収工程では熱
交換器が設けられ、該排ガスと溶融工程に供給される空
気等との熱交換が行われる。
【0003】一方、上記溶融炉の熱源となる燃料として
は、C重油や特C重油などの粗石油製品が多用されてい
る。また、この場合、上記熱交換器の材質としては、比
較的安価で且つ耐熱性の良好な鉄系合金が使用されてい
た。
【0004】ところが、近年、粗石油製品を使用するこ
とにより排ガス中に生成する硫黄酸化物等による環境汚
染を低減するために、天然ガス、灯油、低硫黄A重油な
どの低硫黄燃料を使用する試みが成されつつあり、かか
る低硫黄燃料を使用して前記ケイ酸アルカリカレットの
製造を行うと、前記熱交換器の熱交換チューブ外壁で激
しく腐食が起こるという問題を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、溶融炉の燃料として低硫黄燃料を使用してケイ酸ア
ルカリカレットを製造し、鉄を含有する比較的安価な耐
熱合金を熱交換チューブの材質として使用した熱交換器
によって排ガスの熱回収を行う方法において、上記燃料
を使用することによる該熱交換器の腐食を防止し、長期
間安定した熱回収を実施することが可能なケイ酸アルカ
リカレットの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、熱交換器の腐食は、
排ガス中に含まれるケイ酸アルカリカレットを主成分と
するダストが700℃以上に加熱されている熱交換器の
熱交換チューブに付着して発生すること、及び燃料とし
て粗石油製品を燃料として使用した方法においては、該
粗石油製品中に含まれる硫黄成分により、上記高温域に
おけるケイ酸アルカリカレットによる腐食が防止されて
いたという知見を得た。
【0007】本発明者らは、上記知見に基づき、更に検
討を重ねた結果、前記低硫黄燃料を使用する場合、硫黄
成分を別途添加して溶融炉からの排ガス中に硫黄成分を
含有させることにより、上記熱交換器における熱交換チ
ューブの腐食を極めて効果的に防止し得ることを見い出
した。しかも、その添加量は、該粗石油製品に含まれる
硫黄成分の濃度より遥かに低濃度で十分な効果を有する
ことを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0008】即ち、本発明は、硫黄成分の含有量が10
00ppm以下の燃料(以下、低硫黄燃料という)を使
用した溶融炉で、ケイ酸原料とアルカリ原料とを溶融混
合してケイ酸アルカリカレットを製造する溶融工程と鉄
を含有する合金製の熱交換器を用いて該溶融炉で生成す
る排ガスの熱回収を行う熱回収工程とを含むケイ酸アル
カリカレットの製造方法において、上記溶融工程又は該
溶融工程から熱回収工程に至る排ガス中に硫黄成分を添
加することを特徴とするケイ酸アルカリカレットの製造
方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において、ケイ酸アルカリ
カレットの原料の一つであるケイ酸原料は、公知のもの
が特に制限なく使用されるが、珪砂が一般的である。
【0010】また、アルカリ原料も公知のものが特に制
限なく使用することができる。例えば、炭酸ソーダ等の
炭酸アルカリ、苛性ソーダ等の水酸化アルカリが一般に
使用される。
【0011】本発明において、上記ケイ酸原料とアルカ
リ原料とを溶融せしめてケイ酸アルカリカレットを生成
するための溶融炉は、公知の構造のものが特に制限なく
使用される。代表的な溶融炉を例示すれば、タンク窯が
挙げられる。
【0012】該溶融炉における溶融条件は特に制限され
るものではないが、1200〜1400℃の温度が一般
的であり、溶融時間は9〜12時間が好適である。
【0013】上記溶融炉がタンク炉の場合、炉内には、
複数のバーナーが取り付けられ、該バーナーにて低硫黄
燃料が燃焼される。
【0014】本発明において、上記低硫黄燃料として
は、硫黄成分の含有量が1000ppm以下の燃料が使
用される。特に、該硫黄成分の含有量が600ppm以
下の低硫黄燃料に対して本発明の方法は有効である。該
低硫黄燃料を具体的に示せば、天然ガス、灯油、低硫黄
A重油等が挙げられる。
【0015】また、該天然ガスとしては、生成された天
然ガスは勿論、海底或いは地底のガス井より取り出され
る天然ガスをそのまま使用することもできるし、簡易な
精製処理を行った天然ガスを使用することもできる。
【0016】本発明において、上記天然ガスの燃焼に伴
い発生する排ガスの熱回収を行うために熱交換器が設け
られる。かかる熱交換器の形式は、熱回収のための媒体
と熱交換部の壁を介して間接的に熱交換する方式が一般
的である。具体的には、チューブ式の熱交換器が挙げら
れる。
【0017】また、本発明において、熱交換器の熱交換
チューブの材質は、鉄を含有する合金である。例えば、
クロム、ニッケル、モリブデン等の合金元素の少なくと
も一種を成分として含有する鉄系合金が挙げられる。具
体的には、高クロムフェライト系ステンレス鋼、SUS
309S、SUS310S等のステンレス鋼などが一般
的である。そのうち、高クロムフェライト系ステンレス
鋼が好適であり、特に、クロム含量が23〜27重量%
の高クロムフェライト系ステンレス鋼が比較的安価であ
り、且つ、耐熱性、耐食性にも優れているため好適であ
る。
【0018】上記鉄を含有する合金製の熱交換器を使用
し、低硫黄燃料を燃焼して得られる溶融炉からの排ガス
から熱回収しようとした場合、該熱交換器の熱交換チュ
ーブの外壁で激しい腐食が起こる。
【0019】この腐食の機構については明らかでない
が、ケイ酸アルカリのダストが溶融炉からの排ガスに同
伴されて熱交換器の熱交換部表面に付着し、これが70
0℃付近の高温下において溶融し、該チューブ外壁を激
しく腐食するものと推定される。
【0020】上記現象に対して、本発明においては、上
記溶融炉から熱交換器に至る排ガス中に硫黄成分を存在
させることにより、熱交換器内の腐食を効果的に防止す
ることができる。しかも、かかる硫黄の添加量は従来か
ら使用されていた粗石油製品に含有される硫黄量より遥
かに少なくても十分な効果が発揮される。
【0021】本発明者らは熱交換部を構成する鉄を含有
する合金製の材料を使用し、その表面に存在させる物質
を種々変えて、高温ガス中での腐食の度合いを観察した
結果、ケイ酸アルカリカレットと共にボウ硝(Na
)の如き、アルカリ金属硫酸塩が僅かでも存在する
場合、上記条件下における腐食が著しく低減できるとい
う知見を得た。そして、溶融炉から排出される排ガス中
に、硫黄成分を存在させることにより、熱交換器の表面
の高温域でアルカリ金属硫酸塩が存在するようになり、
上記効果が再現性良く発揮されるのである。
【0022】上記効果の発現機構は明らかでないが、本
発明者らは、700℃以上の高温下において、熱交換器
の壁に付着したケイ酸アルカリにアルカリ金属硫酸塩が
何らかの作用をして材料の腐食を阻害するものと推定し
ている。
【0023】本発明において、上記溶融工程又は該溶融
工程から熱回収工程に至る排ガス中に添加する硫黄成分
は、アルカリ金属硫酸塩が生成し易い硫黄酸化物の形態
であることが好ましい。
【0024】本発明において、排ガス中に硫黄成分を添
加する具体的な方法を例示すれば、(1)溶融工程にお
いて、前記燃料を燃焼せしめるバーナーとは別に、補助
バーナーを設け、該補助バーナーで硫黄成分を5000
ppm以上含有する燃料を燃焼せしめることにより、硫
黄成分を添加する方法、(2)溶融炉から熱交換器に至
る配管に硫黄酸化物を吹き込む方法、(3)原料と共に
或いは原料とは別に硫黄又は硫黄酸化物を溶融炉に供給
する方法、(4)前記硫黄成分の多い燃料を低硫黄燃料
に添加して燃焼せしめる方法などが挙げられる。
【0025】本発明において、硫黄成分を存在させる量
は特に制限されないが、前記した如く、従来の粗石油製
品よりも著しく少ない量で十分であり、その量での使用
は、熱交換器の排ガスから硫黄成分が殆ど検出されるこ
とはない程度である。
【0026】硫黄成分の好適な添加量は、溶融工程から
熱回収工程に至る排ガス中において、硫黄成分とアルカ
リとのモル比((S/MO);但し、Mはアルカリ金
属を示す。)が0.1〜1、好ましくは0.2〜0.6
となるように調整することが好ましい。
【0027】即ち、上記硫黄成分の添加量があまり少な
い場合は、熱交換器における防食防止効果が十分でな
く、逆に、かかる量があまり多くなると、効果が頭打ち
となり、経済的でないばかりでなく、大気汚染を防止す
るための排ガス処理工程を必要とする。
【0028】本発明において、熱交換器で使用される熱
媒体は、公知のものが特に制限なく使用される。例え
ば、溶融工程に供給される燃料の燃焼用の空気等が挙げ
られる。
【0029】
【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明のケイ酸アルカリカレットの製造方法によれば、溶融
炉の燃料として低硫黄燃料を使用した場合でも、熱回収
のための熱交換器内における腐食を極めて効果的に防止
することが可能であり、鉄を含有する合金を使用した場
合、長期間にわたり安定した操業を行うことができ、そ
の工業的価値は極めて高い。
【0030】
【実施例】以下、本発明を更に具体的に説明するために
実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。
【0031】実施例1、2、比較例1 珪砂100重量部に対して、炭酸ソーダ粉末56重量部
を混合した混合物を溶融炉に供給し、燃料として硫黄成
分(S)を5ppmの濃度で含有する天然ガスを使用し
て、1300℃の最高温度で10時間溶融することによ
り珪酸ソーダカレットを製造した。
【0032】上記溶融炉から排出される排ガスを、SU
H446鋼を材質とする熱交換チューブを有する熱交換
器に導いて熱交換を行った。
【0033】その際、表1に示す硫黄成分を、排ガス中
の硫黄成分とアルカリとのモル比(S/NaO)が同
表に示す値となるように、同表に示す箇所に供給した。
【0034】上記運転を6ヶ月間連続して行った後、熱
交換器の腐食により減少した厚さを超音波厚さ計によっ
て調べた。結果を表1に併せて示す。
【0035】また、運転終了後、熱交換器の熱交換部に
付着していたスケールを分析した結果、ボウ硝が表1に
示す割合で存在していた。
【0036】実施例3 実施例1において、硫黄成分の供給を、溶融炉に補助バ
ーナーを設け、全燃料発熱量の7%の燃焼量となるよう
に硫黄成分(S)を3重量部の濃度で含有するC重油を
燃焼せしめた以外は、同様にしてケイ酸ソーダカレット
を製造した。
【0037】その際、表1に示す硫黄成分を、排ガス中
の硫黄成分とアルカリとのモル比(S/NaO)が同
表に示す値となるように、同表に示す箇所に供給した。
【0038】上記運転を6ヶ月間連続して行った後、熱
交換器の腐食により減少した厚さを超音波厚さ計によっ
て調べた 結果を表1に併せて示す。
【0039】また、運転終了後、熱交換器の熱交換部に
付着していたスケールを分析した結果、ボウ硝が表1に
示す割合で存在していた。
【0040】
【表1】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫黄成分の含有量が1000ppm以下
    の燃料を使用した溶融炉で、ケイ酸原料とアルカリ原料
    とを溶融混合してケイ酸アルカリカレットを製造する溶
    融工程と鉄を含有する合金製の熱交換器を用いて該溶融
    炉で生成する排ガスの熱回収を行う熱回収工程とを含む
    ケイ酸アルカリカレットの製造方法において、上記溶融
    工程又は該溶融工程から熱回収工程に至る排ガス中に硫
    黄成分を添加することを特徴とするケイ酸アルカリカレ
    ットの製造方法。
  2. 【請求項2】 燃料が天然ガス、灯油又は低硫黄A重油
    である、請求項1記載のケイ酸アルカリカレットの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 溶融工程において、前記燃料を燃焼せし
    めるバーナーとは別に、補助バーナーを設け、該補助バ
    ーナーで硫黄成分を5000ppm以上含有する燃料を
    燃焼せしめることにより、硫黄成分を添加する請求項1
    又は2記載のケイ酸アルカリカレットの製造方法。
  4. 【請求項4】 溶融工程から熱回収工程に至る排ガスに
    おいて、硫黄成分とアルカリとのモル比((S/M
    O);但し、Mはアルカリ金属を示す。)が0.1〜
    1となるように調整する請求項1〜3のいずれかに記載
    のケイ酸アルカリカレットの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012140304A (ja) * 2011-01-04 2012-07-26 Nippon Chem Ind Co Ltd 表面改質アルカリ金属珪酸塩及びその製造方法
JP2013006705A (ja) * 2011-06-22 2013-01-10 Nippon Chem Ind Co Ltd アルカリ金属珪酸塩原料の溶融方法及び溶融装置
JP5260060B2 (ja) * 2005-12-14 2013-08-14 株式会社 資生堂 微粒子酸化チタン分散物及びそれを含む化粧料

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