JP2005034803A - 脱酸素処理方法及び脱酸素処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単に且つ確実に脱酸素水が得られる脱酸素方法及び脱酸素装置を提供する。
【解決手段】 脱酸素処理方法において、次亜リン酸またはその塩と蟻酸又はその塩とを被処理水に添加した後、この被処理水を酸化触媒充填層に通水して得られる脱酸素水をボイラにおいてボイラ給水として利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、脱酸素処理方法及び脱酸素処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は少量の薬剤を用いて被処理水中の溶存酸素を除去し、特にボイラの給水処理に好適に用いることができる脱酸素処理方法及び脱酸素処理装置に関する。

従来、酸素を含有しない脱酸素水が様々なところで必要とされており、例えば設備の防食が必要とされるボイラ等で使用されている。脱酸素水の製造方法としては、機械的方法と化学的方法が用いられている。

機械的方法としては、加熱式、真空式、それらを併用した方法がある。しかし、これらの方法では、加熱源の熱の変動や真空ポンプの不調等によって安定した脱酸素能力が得られにくい。その他、脱気膜法もあるが、被処理水の水温や汚れの影響を受けやすいので、脱酸素能力が低下しやすい。

化学的方法としては、ヒドラジンや亜硫酸ナトリウムが使用されている。しかし、ヒドラジンは安全の面で、その使用が問題視されている。また亜硫酸ナトリウムは、亜硫酸イオンが不足すると、その生成物である硫酸イオンによって逆に腐食が加速される欠点があった。

上記問題を解決するため、特許文献１には、酸化触媒充填層に水素供与体となる有機物を添加した被処理水を通水し、被処理水中の溶存酸素を除去する技術が開示されている。しかしこの方法では、ボイラ内部の伝熱面において発生するスケールを防止するため、別途スケール防止剤を添加する必要があった。
特開平６−３９３号公報

本発明者らはこれらの課題を解決して、簡単且つ確実に脱酸素水を得ることができる水処理方法、および水処理方法において使用される脱酸素装置を先に提案した（特願２００３−１８０７６１）。

しかし、この発明においては、被処理水中の溶存酸素が多い時やボイラの運転を高濃縮で行う時には、脱酸素するために必要な水素の量を確保するには、大量の亜リン酸又はその塩を使用しなければならず、その結果、生成したリン酸塩を被処理水に添加すると、ＪＩＳで規定される濃度よりも過剰量のリン酸塩が供給される可能性があった。
本発明の課題は、被処理水中の溶存酸素が多い時やボイラの運転を高濃縮で行う時にでも、被処理水にＪＩＳに規定された適量のリン酸塩を提供できる水処理方法および水処理方法において使用される脱酸素装置を提案することである。

本発明は次の脱酸素処理方法及び脱酸素処理装置である。

（１） 溶存酸素を含む被処理水に次亜リン酸またはその塩及び蟻酸又はその塩とを添加した後、酸化触媒充填層に通水して被処理水中の溶存酸素を除去することを特徴とする脱酸素処理方法。

（２） 被処理水がボイラ給水である請求項１記載の脱酸素処理方法。

（３） 溶存酸素を含む被処理水に次亜リン酸またはそらの塩及び蟻酸又はその塩とを添加する手段と、前記手段からの水を酸化触媒充填層に通水して脱酸素手段する手段とを有する脱酸素処理装置。

（４） 被処理水がボイラ給水である請求項３記載の脱酸素処理装置。

本発明の脱酸素処理方法及び脱酸素処理装置においては、溶存酸素を含む被処理水に次亜リン酸またはその塩と蟻酸またはその塩とを添加し、酸化触媒充填層に通水することで被処理水を脱酸素することができる。

本発明の脱酸素処理方法及び脱酸素処理装置で脱酸素処理される被処理水としては、どのような水であってもよいが、特にボイラ給水をあげることができる。

本発明の脱酸素反応においては、次亜リン酸またはその塩と、蟻酸またはその塩とを酸化触媒下で溶存酸素と接触させて脱酸素する。

本発明において用いられる次亜リン酸またはその塩としては、次亜リン酸、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、次亜リン酸リチウム、次亜リン酸アンモニウムなどが例示される。これらのうち、1種または2種以上を用いることができる。

本発明において用いられる蟻酸又はその塩としては、特に制限されてないが、具体的には蟻酸、蟻酸ナトリウム、及び蟻酸カリウム等をあげることができる。

上記の次亜リン酸またはその塩と、蟻酸又はその塩とを任意の割合で混合し、被処理水中の溶存酸素との反応モル当量の0.1〜2倍が好ましい。また被処理水中の蟻酸またはその塩の濃度は、被処理水中の溶存酸素との反応モル当量の1〜4倍が好ましい。

上記の薬剤を添加した被処理水を脱酸素反応槽の酸化触媒充填層に通水させる。このとき、酸化触媒によって被処理水中の薬剤は、溶存酸素と反応し、溶存酸素が消失する。

本発明において酸素触媒充填層に充填される酸化触媒としては、具体的には、鉄、コバルト、モリブデン、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、白金、銅、金タングステンなどの金属や、三二酸化鉄、四二酸化鉄、一酸化コバルト、一酸化ニッケル、二酸化ルテニウム、三二酸化ロジウム、一酸化パラジウム、二酸化イリジウム、酸化第二銅、二酸化タングステン、二塩化ルテニウム、二塩化白金、硫化ルテニウム、硫化ロジウム等をあげることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。これらの中でも白金やパラジウムを用いることが好ましい。上記酸化触媒は、アルミナ、活性炭、ゼオライト、チタニア等の無機系担体、アニオン樹脂等のイオン交換樹脂等の担体に担持されて使用されることが好ましい。

酸化触媒充填層において、反応容積は通常５〜８００Ｌ、好ましくは１０〜５０Ｌ、触媒充填高さは通常０．５〜３ｍ、好ましくは１〜２ｍ、空間速度は通常５〜２００ｈｒ^-1、好ましくは１０〜１００ｈｒ^-1となるように設定することが望ましい。

本発明においては、次亜リン酸またはその塩と蟻酸又はその塩とを被処理水に添加し、その被処理水を、酸化触媒充填層に通水させて脱酸素することができる脱酸素処理装置により、簡単且つ確実に脱酸素水を得ることができる。これにより本発明の脱酸素処理方法では、溶存酸素濃度が低い脱酸素水を得ることができ、特に上記した好ましい各条件において脱酸素処理を行うと、酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下の脱酸素水を安定して得ることができる。

本脱酸素処理法で得られたボイラ給水は、ボイラ内において優れた防食効果とスケール防止効果を有する。

本処理法により発生するリン酸塩によりスケールの生成が抑制されるので、高いスケール防止効果を得ることができる。また蟻#酸または蟻#酸塩が酸化して生成する重炭酸塩は、ボイラ内で熱分解して水酸化物となり、スケールの生成を抑制することができる。

本処理法は特にボイラ給水処理系に好適であり、被処理水は水道水、工業用水などの軟化水や、純水などが適する。この場合、ボイラや蒸気復水配管の腐食を防止することができ、またボイラのスケールを防止することができる。

上記のように本発明の脱酸素処理方法又は脱酸素処理装置をボイラに適用した場合、ボイラ設備の腐食やスケールを防止できるだけではなく、ボイラから発生する水蒸気は不純物が非常に少なく、人体にとって安全性の高いものとなる。よって、本発明の脱酸素処理方法又は脱酸素処理装置は食品工場や病院など高い安全性が必要とされる箇所で好ましく使用される。

なお本発明の脱酸素処理方法又は脱酸素処理装置は、どのようなボイラにも適用可能であり、具体的には丸ボイラ、水管ボイラ、貫流ボイラ、特殊ボイラ等をあげることができる。これらボイラは低圧、中圧、高圧のいずれのボイラでもよい。

以上の通り、本発明の水処理方法によれば、次亜リン酸またはその塩と蟻酸又はその塩とを被処理水に添加し、これを酸化触媒が充填された酸化触媒充填層に通水させ、被処理水中の溶存酸素を脱酸素するので、溶存酸素濃度が低い脱酸素水を確実に安定して得ることができる。

さらに本発明の水処理方法によれば、人体に対する安全性に問題があるヒドラジンや亜硝酸ナトリウムなどを使用した従来の方法による脱酸素水と同等若しくはそれ以上の脱酸素水を得ることができる。

本発明の本発明の脱酸素処理方法又は脱酸素処理装置では、脱酸素水を使用することによって被処理系、特にボイラ及び蒸気凝縮水系配管が腐食されにくくなる。
また、ボイラから発生した蒸気は不純物が非常に少なく人体にとって安全性が高い。

更に、本発明の脱酸素処理方法において使用される本発明の脱酸素処理装置は、簡単且つ確実に脱酸素水を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面により説明する。

図１は、本発明の脱酸素処理方法をボイラに適用した実施形態を示すフロー図であり、本発明の脱酸素処理方法を用いる脱酸素装置（水処理装置）１、被処理水（軟化水）槽２、薬剤槽３、酸化触媒充填層４、給水槽５、およびボイラ６である。

被処理水としての軟化水に薬剤槽２から、次亜リン酸またはその塩と蟻酸又はその塩とが供給され、次いで被処理水は給水槽に送られる。そこで、一部の給水は循環ポンプで酸化触媒充填槽４に送られ、そこで脱酸素される。次いで、脱酸素された給水は給水ポンプによりボイラ６に送られる。

以下、脱酸素において用いられる次亜リン酸塩として、次亜リン酸ナトリウムを、蟻酸塩として蟻酸ナトリウムを用いた場合を例にあげて説明する。

薬注装置から適量の次亜リン酸ナトリウムと蟻酸ナトリウムとを被処理水に添加する。この被処理水は酸化触媒を充填した酸化触媒充填層に通水され、次式（１）（２）（３）によって被処理水中の溶存酸素を除去し、脱酸素水とする。
ＮａＨＰＯ_２＋１／２Ｏ_２→ＮａＨ_２ＰＯ_３・・・（１）
ＮａＨ_２ＰＯ_３＋１／２Ｏ_２→ＮａＨ_２ＰＯ_４・・・（２）
ＨＣＯＯＮａ＋１／２Ｏ_２→ＮａＨＣＯ_３・・・（３）
脱酸素された被処理水は、給水タンクに貯留されたのち、ボイラへ供給される。酸化触媒充填層には酸化触媒として白金が酸化チタン粒子に担持された状態で充填しており、添加した薬剤と溶存酸素との酸化反応を促進する。
上記によって脱酸素された被処理水はボイラに供給され、ボイラの腐食とスケールの防止を行う。詳細を述べると、脱酸素水は溶存酸素が存在しないので金属が腐食しにくい。また生成した重炭酸塩は次式（４）のようにボイラ内で熱分解を起こし、アルカリを生成し、ボイラ水のｐＨを上昇させるとともに、次式（５）のようにスケールを防止する。さらに生成したリン酸ナトリウムにより、次式（６）によりカルシウムイオンのスケール化を防止する。
ＮａＨＣＯ_３→ＮａＯＨ＋ＣＯ_２↑・・・（４）
ＭｇＣＯ_３＋２ＮａＯＨ→Ｍｇ（ＯＨ）_２＋Ｎａ_２ＣＯ_３・・・（５）
５Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２＋３Ｎａ_３ＰＯ_４＋ＮａＯＨ
→Ｃａ_５（ＯＨ）（ＰＯ_４）_３＋５Ｎａ_２ＣＯ_３＋５ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ・・・（６）

以下、本発明の実施例について説明する。
（比較例1）
保有水量4L、圧力1MPa、給水量５L/h、蒸発量4.5L/h、ブロー水量0.5L/hのボイラ設備を用いて、次亜リン酸ナトリウム単独処理におけるカラム通水後の給水中溶存酸素（以下、ＤＯ）量をＤＯメータ（Orbisphere Laboratories 社製）で測定した。またこのときのブロー水中のリン酸濃度をイオンクロマトグラフィにより測定した。なお、給水は４０℃の軟化水を用い、これに次亜リン酸ナトリウムを20mg/Lとなるように添加し、Ｐｔを０．５％濃度で担持したＴｉＯ_２触媒を充填した酸化触媒充填層にＳＶ１５ｈｒ^-1で通水後にＤＯを測定すると共に、ボイラへ給水した。

結果を表１に示す。この結果より、給水中の溶存酸素は十分に処理できたが、ブロー水中のリン酸濃度即ちボイラ水のリン酸濃度が180mg/Lであり、ＪＩＳ−Ｂ８２２３の推奨値を大きく超えていることが分かった。

（実施例２）
上記のボイラ設備を用いて、次亜リン酸塩と蟻酸塩を併用したときのにおけるカラム通水後の給水中溶存酸素量を比較例１と同様に測定した。また、このときのブロー水中のリン酸濃度をイオンクロマトグラフィにより測定した。なお、給水は40℃の軟化水を用い、これに次亜リン酸ナトリウム3mg/L、蟻酸ナトリウム22mg/Lとなるように添加し、Ptを０．５％濃度で担持したＴｉＯ２触媒を充填した酸化触媒充填層にSV15ｈｒ^-1で通水後にDOを測定すると共に、ボイラへ給水した。

結果を表２に示す。この結果、給水中のＤＯは十分に処理できた。また、ブロー水中のリン酸濃度即ちボイラ水のリン酸濃度が32mg/Lであり、ＪＩＳ−Ｂ８２２３の規格値を確保できることが分かった。

（実施例３）
上記のボイラ設備を用いて、給水中のDOを0.1mg/Lに処理したときの糖類系脱酸素剤、あるいは次亜リン酸ナトリウム及び蟻酸ナトリウム混合での添加濃度と、このときの蒸気凝縮水中アセトアルデヒド濃度を測定した。給水は40℃の軟化水を使用した。糖類系脱酸素剤を薬剤槽７から添加したときは酸化触媒充填層に通水しないでボイラに供給し、次亜リン酸ナトリウム及び蟻酸ナトリウムを添加したときは酸化触媒充填層に循環通水後にボイラに供給した。

結果を表３に示す。この結果、糖類系脱酸素剤で処理したときのアセトアルデヒド濃度は1mg/Lであったが、触媒を利用する本発明ではアセトアルデヒド濃度は0.1mg/L以下であり、より安全な蒸気を供給できることが分かった。

本発明の脱酸素方法を用いた本発明の水処理方法を、ボイラに適用した実施形態を示すフロー図である。

符号の説明

１ 脱酸素処理装置
２ 被処理水槽
３ 薬剤槽
４ 酸化触媒充填層
５ 給水槽
６ ボイラ

Claims (4)

1. 溶存酸素を含む被処理水に次亜リン酸またはその塩及び蟻酸又はその塩とを添加した後、酸化触媒充填層に通水して被処理水中の溶存酸素を除去することを特徴とする脱酸素処理方法。
2. 被処理水がボイラ給水である請求項１記載の脱酸素処理方法。
3. 溶存酸素を含む被処理水に次亜リン酸またはそらの塩及び蟻酸又はその塩とを添加する手段と、前記手段からの水を酸化触媒充填層に通水して脱酸素手段する手段とを有する脱酸素処理装置。
4. 被処理水がボイラ給水である請求項３記載の脱酸素処理装置。
   

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