JP2011236547A - スケール防止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】少ない薬剤の添加量で効果的にスケールを防止することができ、ボイラ缶内、鉄鋼転炉集塵水系、パルプ製造工程の蒸解釜内や黒液濃縮工程などにおけるスケール防止に有効なスケール防止方法を提供する。
【解決手段】パルプ製造工程のスケール防止方法であって、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下において、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸とマレイン酸の共重合体、アクリル酸とマレイン酸と酢酸ビニルの共重合体及びマレイン酸とイソブチレンの共重合体から選択された一つのカルボキシル基を有するポリマーとともにホスホノ基を有する化合物を添加するにあたり、前記カルボキシル基を有するポリマー、及び、ホスホノ基を有する化合物の重量比０.４／０.６〜０.８／０.２の比率で、前記カルボキシル基を有するポリマー及びホスホノ基を有する化合物を、該水系に添加するスケール防止方法。
【選択図】なし
【解決手段】パルプ製造工程のスケール防止方法であって、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下において、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸とマレイン酸の共重合体、アクリル酸とマレイン酸と酢酸ビニルの共重合体及びマレイン酸とイソブチレンの共重合体から選択された一つのカルボキシル基を有するポリマーとともにホスホノ基を有する化合物を添加するにあたり、前記カルボキシル基を有するポリマー、及び、ホスホノ基を有する化合物の重量比０.４／０.６〜０.８／０.２の比率で、前記カルボキシル基を有するポリマー及びホスホノ基を有する化合物を、該水系に添加するスケール防止方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、スケール防止方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、高温（５０℃以上２５０℃以下）、高アルカリ（ｐＨ≧９）条件下の水系において、少ない薬剤の添加量で効果的にスケールを防止することができ、ボイラ缶内、鉄鋼転炉集塵水系、パルプ製造工程の蒸解釜内や黒液濃縮工程などにおけるスケール防止に有効なスケール防止方法に関する。
スケールは、水中に溶解又は懸濁している物質が、固体表面に析出又は沈殿して固化したものである。スケールの種類は水系によって異なり、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、リン酸亜鉛、水酸化亜鉛、塩基性炭酸亜鉛などがある。スケールは、ボイラ、冷却水系の機器、ゴミ焼却場、鉄鋼集塵水系の機器、排煙脱硫装置、海水淡水化装置などの多くの装置において、熱交換面、配管、器壁などに付着し、熱交換率低下、装置の破損、ポンプ圧上昇、流量低下、生産量の低下、運転操業の中断、エネルギーの浪費などの種々の障害を引き起こす。高温、高アルカリ条件下では、スケールが発生しやすく、スケールの除去が容易ではない。このために、操業を停止させることなく、連続的にスケール付着を防止することが望まれており、さまざまなスケール防止方法が提案されている。
例えば、クラフトパルプの製造工程において、蒸解釜の内部で発生するスケーリング現象を効果的に防止するスケール付着防止方法として、蒸解釜に供給する白液又は黒液にポリマレイン酸又はその塩を添加する方法が提案されている（特許文献１）。また、クラフトパルプ製造工程の蒸解釜内やその周辺の配管、設備などに付着するスケールを連続的に防止する方法として、蒸解釜内の蒸解液にアクリル酸−イタコン酸共重合体若しくはその塩を添加する方法が提案されている（特許文献２）。同様に、クラフトパルプ製造工程の蒸解釜内やその周辺の配管、設備などに付着するスケールを連続的に防止するスケール付着抑制剤として、マレイン酸−アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸三元共重合体を含有するスケール付着抑制剤が提案されている（特許文献３）。さらに、化学パルプ化プロセスにおけるカルシウム塩スケールの形成抑制を改良する方法として、ホスホン酸誘導体塩を蒸解釜に添加する方法が提案されている（特許文献４）。
しかし、これらの方法では、十分なスケール防止効果を得るためには、多量の薬剤を必要としていた。こうした現状から、より効果の高いスケール防止方法が望まれている。また、スケール防止処理の対象が高アルカリであるために、ホスホン酸を直接添加すると中和熱が発生して危険である。これを回避するために、ホスホン酸を中和して塩とした中和製剤を使用することが行われているが、中和製剤はコストが高いという問題がある。さらに、カルボキシル基を有するポリマーのみでスケール防止をすると、高濃度の薬品が必要であるという問題がある。
例えば、クラフトパルプの製造工程において、蒸解釜の内部で発生するスケーリング現象を効果的に防止するスケール付着防止方法として、蒸解釜に供給する白液又は黒液にポリマレイン酸又はその塩を添加する方法が提案されている（特許文献１）。また、クラフトパルプ製造工程の蒸解釜内やその周辺の配管、設備などに付着するスケールを連続的に防止する方法として、蒸解釜内の蒸解液にアクリル酸−イタコン酸共重合体若しくはその塩を添加する方法が提案されている（特許文献２）。同様に、クラフトパルプ製造工程の蒸解釜内やその周辺の配管、設備などに付着するスケールを連続的に防止するスケール付着抑制剤として、マレイン酸−アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸三元共重合体を含有するスケール付着抑制剤が提案されている（特許文献３）。さらに、化学パルプ化プロセスにおけるカルシウム塩スケールの形成抑制を改良する方法として、ホスホン酸誘導体塩を蒸解釜に添加する方法が提案されている（特許文献４）。
しかし、これらの方法では、十分なスケール防止効果を得るためには、多量の薬剤を必要としていた。こうした現状から、より効果の高いスケール防止方法が望まれている。また、スケール防止処理の対象が高アルカリであるために、ホスホン酸を直接添加すると中和熱が発生して危険である。これを回避するために、ホスホン酸を中和して塩とした中和製剤を使用することが行われているが、中和製剤はコストが高いという問題がある。さらに、カルボキシル基を有するポリマーのみでスケール防止をすると、高濃度の薬品が必要であるという問題がある。
本発明は、高温（５０℃以上２５０℃以下）、高アルカリ（ｐＨ≧９）条件下の水系において、少ない薬剤の添加量で効果的にスケールを防止することができ、ボイラ缶内、鉄鋼転炉集塵水系、パルプ製造工程の蒸解釜内や黒液濃縮工程などにおけるスケール防止に有効なスケール防止方法を提供することを目的としてなされたものである。
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を併用することにより、高温、高アルカリの条件下の水系において、効果的にスケールの発生を防止し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を併用することにより、高温、高アルカリの条件下の水系において、効果的にスケールの発生を防止し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）パルプ製造工程のスケール防止方法であって、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下において、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸とマレイン酸の共重合体、アクリル酸とマレイン酸と酢酸ビニルの共重合体及びマレイン酸とイソブチレンの共重合体から選択された一つのカルボキシル基を有するポリマーとともにホスホノ基を有する化合物を添加するにあたり、前記カルボキシル基を有するポリマー、及び、ホスホノ基を有する化合物の重量比０.４／０.６〜０.８／０.２の比率で、前記カルボキシル基を有するポリマー及びホスホノ基を有する化合物を、該水系に添加するスケール防止方法、
（２）前記パルプ製造工程が蒸解釜又は黒液濃縮工程である(１)に記載のスケール防止方法、及び
（３）前記ホスホノ基を有する化合物が、１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸である(１)又は(２)に記載のスケール防止方法、
を提供するものである。
（１）パルプ製造工程のスケール防止方法であって、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下において、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸とマレイン酸の共重合体、アクリル酸とマレイン酸と酢酸ビニルの共重合体及びマレイン酸とイソブチレンの共重合体から選択された一つのカルボキシル基を有するポリマーとともにホスホノ基を有する化合物を添加するにあたり、前記カルボキシル基を有するポリマー、及び、ホスホノ基を有する化合物の重量比０.４／０.６〜０.８／０.２の比率で、前記カルボキシル基を有するポリマー及びホスホノ基を有する化合物を、該水系に添加するスケール防止方法、
（２）前記パルプ製造工程が蒸解釜又は黒液濃縮工程である(１)に記載のスケール防止方法、及び
（３）前記ホスホノ基を有する化合物が、１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸である(１)又は(２)に記載のスケール防止方法、
を提供するものである。
本発明のスケール防止方法によれば、高温、高アルカリの条件下の水系において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を併用することにより、それぞれを単独で使用する場合に比べて、高いスケール防止効果を発現することができ、薬剤の使用量を低減することができる。
本発明のスケール防止方法は、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下の水系におけるスケール防止方法であって、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩、及び、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を該水系に添加する。本発明のスケール防止剤は、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下の水系におけるスケールを防止するためのスケール防止剤であって、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩、及び、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を含有する。
本発明方法又は本発明薬剤を適用する５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下の水系としては、例えば、ボイラ缶内、鉄鋼転炉集塵水系、パルプ製造工程の蒸解釜や黒液濃縮工程などを挙げることができる。５０〜２５０℃の高温かつｐＨ≧９の高アルカリの水系においては、固体表面にスケールが強固に付着しやすく、付着したスケールの除去作業が容易でないので、本発明方法又は本発明薬剤を好適に適用することができる。
本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、３−ブテン酸、イタコン酸、ソルビン酸、マレイン酸、フマル酸、ｐ−ビニル安息香酸、これらの塩、これらの無水物、マレイン酸、フマル酸などのモノエステルなどの単独重合体、これらの共重合体、これらと共重合可能な他の単量体との共重合体などを挙げることができる。共重合体可能な他の単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルホスホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、２−ヒドロキシ−２−アリロキシプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸２−ヒドロキシエチル、グリセリンモノアリルエーテル、アリルアルコール、(メタ)アクリルアミド、Ｎ−アルキル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、スチレン、イソブチレンなどを挙げることができる。本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーの塩としては、例えば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などを挙げることができる。
本発明方法又は本発明薬剤を適用する５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下の水系としては、例えば、ボイラ缶内、鉄鋼転炉集塵水系、パルプ製造工程の蒸解釜や黒液濃縮工程などを挙げることができる。５０〜２５０℃の高温かつｐＨ≧９の高アルカリの水系においては、固体表面にスケールが強固に付着しやすく、付着したスケールの除去作業が容易でないので、本発明方法又は本発明薬剤を好適に適用することができる。
本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、３−ブテン酸、イタコン酸、ソルビン酸、マレイン酸、フマル酸、ｐ−ビニル安息香酸、これらの塩、これらの無水物、マレイン酸、フマル酸などのモノエステルなどの単独重合体、これらの共重合体、これらと共重合可能な他の単量体との共重合体などを挙げることができる。共重合体可能な他の単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルホスホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、２−ヒドロキシ−２−アリロキシプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸２−ヒドロキシエチル、グリセリンモノアリルエーテル、アリルアルコール、(メタ)アクリルアミド、Ｎ−アルキル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、スチレン、イソブチレンなどを挙げることができる。本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーの塩としては、例えば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などを挙げることができる。
本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーの重量平均分子量は、３００〜５０,０００であることが好ましく、５００〜２０,０００であることがより好ましい。カルボキシル基を有するポリマーの重量平均分子量が３００未満であっても、５０,０００を超えても、スケール防止効果が低下するおそれがある。また、カルボキシル基を有するポリマーの重量平均分子量が５０,０００を超えると、その水溶液の粘度が高くなり、取り扱いが容易でなくなるおそれがある。本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーの重量平均分子量は、分子量既知のポリエチレングリコールを標準物質として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより求めることができる。
本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーの製造方法に特に制限はなく、溶液重合、塊状重合などにより製造することができる。カルボキシル基を有するポリマーは、原料の単量体が水溶性である場合が多いので、水を溶媒とする水溶液重合を好適に用いることができる。水溶液重合においては、単量体の５〜５０重量％の水溶液を調製し、不活性ガスにより雰囲気を置換し、５０〜１００℃に加熱し、水溶性重合開始剤を添加することにより重合を行うことができる。水溶性重合開始剤としては、例えば、４,４'−アゾビス(４−シアノ吉草酸)、２,２'−アゾビス(２−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩などのアゾ系開始剤、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩系開始剤、過酸化水素、過ヨウ素酸ナトリウムなどの過酸化物系開始剤などを挙げることができる。また、必要に応じて、アルコール類やリン酸類などを連鎖移動剤として用いることができる。重合は、通常は３〜６時間で終了し、放冷することによりカルボキシル基を有するポリマーの水溶液を得ることができる。
本発明に用いるカルボキシル基を有するポリマーの製造方法に特に制限はなく、溶液重合、塊状重合などにより製造することができる。カルボキシル基を有するポリマーは、原料の単量体が水溶性である場合が多いので、水を溶媒とする水溶液重合を好適に用いることができる。水溶液重合においては、単量体の５〜５０重量％の水溶液を調製し、不活性ガスにより雰囲気を置換し、５０〜１００℃に加熱し、水溶性重合開始剤を添加することにより重合を行うことができる。水溶性重合開始剤としては、例えば、４,４'−アゾビス(４−シアノ吉草酸)、２,２'−アゾビス(２−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩などのアゾ系開始剤、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩系開始剤、過酸化水素、過ヨウ素酸ナトリウムなどの過酸化物系開始剤などを挙げることができる。また、必要に応じて、アルコール類やリン酸類などを連鎖移動剤として用いることができる。重合は、通常は３〜６時間で終了し、放冷することによりカルボキシル基を有するポリマーの水溶液を得ることができる。
本発明に用いるホスホノ基を有する化合物は、式［１］により表される構造を有する化合物である。
ホスホノ基を有する化合物としては、例えば、イミノジ(メチレンホスホン酸)、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸、２−ホスホノ−１,２,４−ブタントリカルボン酸などを挙げることができる。また、(メタ)アクリル酸３−ホスホノプロピルなどのホスホノ基を有する単量体の単独重合体、共重合体なども、ホスホノ基を有する化合物として用いることができる。これらの中で、１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸はスケール防止効果が大きいので、特に好適に用いることができる。
本発明において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の添加量の比に特に制限はないが、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の重量比が４０：６０〜９５：５であることが好ましく、５０：５０〜８５：１５であることがより好ましい。カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩とホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の重量比を４０：６０〜９５：５とすることにより、高いスケール防止効果を発現させることができる。
本発明において、水系に添加するカルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩及びホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の量は、水質に応じて適宜選択することができる。通常は、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩及びホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の合計の濃度が０.１〜１,０００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、０.５〜５００ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。
本発明において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の水系への添加方法に特に制限はなく、例えば、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を予め混合して一剤として水系に添加することができ、あるいは、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を水系に別々に添加することもできる。
本発明において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の水系への添加場所に特に制限はなく、例えば、ボイラ缶内の処理においては、給水又は汽水ドラムに直接添加することができる。鉄鋼転炉集塵水系の処理においては、シックナー処理水ピットに添加することができ、循環水中に直接添加することもでき、あるいは、ダストキャッチャー後のスラリーピットに添加することもできる。また、パルプ製造工程の蒸解釜の処理においては、釜に直接添加することができ、釜内循環ラインに添加することもできる、あるいは、釜に補給する白液に添加することもできる。また、パルプ製造工程の黒液濃縮工程での処理においては、希黒液タンクや希黒液送液ラインに添加することができる。
本発明において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の添加量の比に特に制限はないが、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の重量比が４０：６０〜９５：５であることが好ましく、５０：５０〜８５：１５であることがより好ましい。カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩とホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の重量比を４０：６０〜９５：５とすることにより、高いスケール防止効果を発現させることができる。
本発明において、水系に添加するカルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩及びホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の量は、水質に応じて適宜選択することができる。通常は、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩及びホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の合計の濃度が０.１〜１,０００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、０.５〜５００ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。
本発明において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の水系への添加方法に特に制限はなく、例えば、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を予め混合して一剤として水系に添加することができ、あるいは、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を水系に別々に添加することもできる。
本発明において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩の水系への添加場所に特に制限はなく、例えば、ボイラ缶内の処理においては、給水又は汽水ドラムに直接添加することができる。鉄鋼転炉集塵水系の処理においては、シックナー処理水ピットに添加することができ、循環水中に直接添加することもでき、あるいは、ダストキャッチャー後のスラリーピットに添加することもできる。また、パルプ製造工程の蒸解釜の処理においては、釜に直接添加することができ、釜内循環ラインに添加することもできる、あるいは、釜に補給する白液に添加することもできる。また、パルプ製造工程の黒液濃縮工程での処理においては、希黒液タンクや希黒液送液ラインに添加することができる。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、実施例において、カルボキシル基を有するポリマーとして第１表に示すポリカルボン酸Ａ〜Ｆを用い、ホスホノ基を有する化合物として第１表に示すホスホン酸Ａ〜Ｃを用いた。
なお、実施例において、カルボキシル基を有するポリマーとして第１表に示すポリカルボン酸Ａ〜Ｆを用い、ホスホノ基を有する化合物として第１表に示すホスホン酸Ａ〜Ｃを用いた。
実施例１
パルプ製造の蒸解工程を想定し、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）２５,０００ｍｇ／Ｌ、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）１５,０００ｍｇ／Ｌ、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）２５,０００ｍｇ／Ｌ及び塩化カルシウム二水和物（ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）３７０ｍｇ／Ｌを水に溶解して、模擬白液を調製した。この模擬白液のｐＨは１３を超えており、カルシウム濃度は１００ｍｇＣａ／Ｌであった。
圧力容器に模擬白液１００ｍＬを入れ、１６０℃のオイルバスに１時間浸漬したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、１０ｍｇＣａ／Ｌであった。
圧力容器に、ホスホン酸Ａ（ニトリロトリ(メチレンホスホン酸)三ナトリウム）５０ｍｇ／Ｌを添加した模擬白液１００ｍＬを入れ、同様にして、１６０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定した。カルシウム濃度は２４ｍｇＣａ／Ｌであり、スケール防止率は{１−(１００−２４)／(１００−１０)}×１００＝１６（％）であった。
模擬白液へのポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ａ（ニトリロトリ(メチレンホスホン酸)三ナトリウム）の合計濃度が５０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、同様にして、１６０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定し、スケール防止率を求めた。結果を、第２表に示す。
パルプ製造の蒸解工程を想定し、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）２５,０００ｍｇ／Ｌ、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）１５,０００ｍｇ／Ｌ、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）２５,０００ｍｇ／Ｌ及び塩化カルシウム二水和物（ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）３７０ｍｇ／Ｌを水に溶解して、模擬白液を調製した。この模擬白液のｐＨは１３を超えており、カルシウム濃度は１００ｍｇＣａ／Ｌであった。
圧力容器に模擬白液１００ｍＬを入れ、１６０℃のオイルバスに１時間浸漬したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、１０ｍｇＣａ／Ｌであった。
圧力容器に、ホスホン酸Ａ（ニトリロトリ(メチレンホスホン酸)三ナトリウム）５０ｍｇ／Ｌを添加した模擬白液１００ｍＬを入れ、同様にして、１６０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定した。カルシウム濃度は２４ｍｇＣａ／Ｌであり、スケール防止率は{１−(１００−２４)／(１００−１０)}×１００＝１６（％）であった。
模擬白液へのポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ａ（ニトリロトリ(メチレンホスホン酸)三ナトリウム）の合計濃度が５０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、同様にして、１６０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定し、スケール防止率を求めた。結果を、第２表に示す。
実施例２
ポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第３表に示す。
ポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第３表に示す。
実施例３
ポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第４表に示す。
ポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第４表に示す。
実施例４
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第５表に示す。
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第５表に示す。
実施例５
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第６表に示す。
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第６表に示す。
実施例６
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ａ（ニトリロトリ(メチレンホスホン酸)三ナトリウム）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第７表に示す。
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ａ（ニトリロトリ(メチレンホスホン酸)三ナトリウム）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第７表に示す。
実施例７
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第８表に示す。
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第８表に示す。
実施例８
ポリカルボン酸Ｄ（アクリル酸／２−ヒドロキシ−３−アリロキシプロパンスルホン酸共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第９表に示す。
ポリカルボン酸Ｄ（アクリル酸／２−ヒドロキシ−３−アリロキシプロパンスルホン酸共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第９表に示す。
実施例９
ポリカルボン酸Ｅ（アクリル酸／マレイン酸／酢酸ビニル共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１０表に示す。
ポリカルボン酸Ｅ（アクリル酸／マレイン酸／酢酸ビニル共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１０表に示す。
実施例１０
ポリカルボン酸Ｆ（マレイン酸／イソブチレン共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１１表に示す。
ポリカルボン酸Ｆ（マレイン酸／イソブチレン共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１１表に示す。
第２〜１１表に見られるように、実施例１〜１０のすべての組み合わせにおいて、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩とホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を単独で使用した場合に比較して、両者を併用した場合の方がスケール防止効果が向上し、両者の重量比が６０：４０又はその近傍において、スケール防止率が最大となっている。
参考例１１
鉄鋼製造の転炉集塵水を想定し、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）１,３４４ｍｇ／Ｌと塩化カルシウム二水和物（ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）７３.５ｍｇ／Ｌを水に溶解した後、硫酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ調整を行い、模擬集塵水を調製した。この模擬集塵水のｐＨは９.５、酸消費量（ｐＨ４.８）は８００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、カルシウム濃度は２０.０ｍｇＣａ／Ｌであった。
密閉容器に模擬集麈水１００ｍＬを入れ、７０℃の恒温槽で１時間加熱したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、３.２ｍｇＣａ／Ｌであった。
密閉容器に、ホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）１.０ｍｇ／Ｌを添加した模凝集塵水１００ｍＬを入れ、同様にして、７０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定した。カルシウム濃度は１０.９ｍｇＣａ／Ｌであり、スケール防止率は{１−(２０.０−１０.９)／(２０.０−３.２)}×１００＝４６（％）であった。
模擬集塵水へのポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）の合計濃度が１.０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、同様にして、７０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定し、スケール防止率を求めた。結果を、第１２表に示す。
鉄鋼製造の転炉集塵水を想定し、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）１,３４４ｍｇ／Ｌと塩化カルシウム二水和物（ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ）７３.５ｍｇ／Ｌを水に溶解した後、硫酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ調整を行い、模擬集塵水を調製した。この模擬集塵水のｐＨは９.５、酸消費量（ｐＨ４.８）は８００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、カルシウム濃度は２０.０ｍｇＣａ／Ｌであった。
密閉容器に模擬集麈水１００ｍＬを入れ、７０℃の恒温槽で１時間加熱したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、３.２ｍｇＣａ／Ｌであった。
密閉容器に、ホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）１.０ｍｇ／Ｌを添加した模凝集塵水１００ｍＬを入れ、同様にして、７０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定した。カルシウム濃度は１０.９ｍｇＣａ／Ｌであり、スケール防止率は{１−(２０.０−１０.９)／(２０.０−３.２)}×１００＝４６（％）であった。
模擬集塵水へのポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）の合計濃度が１.０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、同様にして、７０℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定し、スケール防止率を求めた。結果を、第１２表に示す。
参考例１２
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、参考例１１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１３表に示す。
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、参考例１１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１３表に示す。
参考例１３
ポリカルボン酸Ｄ（アクリル酸／２−ヒドロキシ−３−アリロキシプロパンスルホン酸共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、参考例１１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１４表に示す。
ポリカルボン酸Ｄ（アクリル酸／２−ヒドロキシ−３−アリロキシプロパンスルホン酸共重合体）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、参考例１１と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１４表に示す。
第１２〜１４表に見られるように、参考例１１〜１３のすべての組み合わせにおいて、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩とホスホノ基を有する化合物の塩を単独で使用した場合に比較して、両者を併用した場合の方がスケール防止効果が向上し、両者の重量比が６０：４０のとき、スケール防止率が最大となっている。
実施例１４
パルプ製造の黒液濃縮工程を想定し、実際の連続蒸解釜抽出黒液を用いた試験を行った。カルシウム濃度９００ｍｇ・Ｃａ／Ｌの抽出黒液に塩化カルシウム二水和物を添加して、カルシウム濃度が５６０ｍｇ・Ｃａ／Ｌ（６倍濃縮相当濃度）の模擬濃縮黒液を調整した。
圧力容器に模擬濃縮黒液１００ｍＬを入れ、１００℃のオイルバスに１時間浸漬したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、９５ｍｇ・Ｃａ／Ｌであった。
圧力容器にホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）１００ｍｇ／Ｌを添加した模擬濃縮黒液１００ｍＬを入れ、同様にして、１００℃で１時間浸漬したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、１５５ｍｇ・Ｃａ／Ｌであり、スケール防止率は{１−(５６０−１５５)／(５６０−９５)}×１００＝１３（％）であった。
模擬濃縮黒液へのポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）の合計濃度が１００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、同様にして１００℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定し、スケール防止率を求めた。結果を、第１５表に示す。
パルプ製造の黒液濃縮工程を想定し、実際の連続蒸解釜抽出黒液を用いた試験を行った。カルシウム濃度９００ｍｇ・Ｃａ／Ｌの抽出黒液に塩化カルシウム二水和物を添加して、カルシウム濃度が５６０ｍｇ・Ｃａ／Ｌ（６倍濃縮相当濃度）の模擬濃縮黒液を調整した。
圧力容器に模擬濃縮黒液１００ｍＬを入れ、１００℃のオイルバスに１時間浸漬したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、９５ｍｇ・Ｃａ／Ｌであった。
圧力容器にホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）１００ｍｇ／Ｌを添加した模擬濃縮黒液１００ｍＬを入れ、同様にして、１００℃で１時間浸漬したのち、冷却し、５Ｃろ紙を用いてろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を原子吸光法により測定した。ろ液中のカルシウム濃度は、１５５ｍｇ・Ｃａ／Ｌであり、スケール防止率は{１−(５６０−１５５)／(５６０−９５)}×１００＝１３（％）であった。
模擬濃縮黒液へのポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）の合計濃度が１００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、同様にして１００℃で１時間加熱したのち、冷却、ろ過し、ろ液中のカルシウム濃度を測定し、スケール防止率を求めた。結果を、第１５表に示す。
実施例１５
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１６表に示す。
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１６表に示す。
実施例１６
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１７表に示す。
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｂ（１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１７表に示す。
実施例１７
ポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１８表に示す。
ポリカルボン酸Ａ（ポリアクリル酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１８表に示す。
実施例１８
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１９表に示す。
ポリカルボン酸Ｂ（ポリマレイン酸）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第１９表に示す。
実施例１９
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第２０表に示す。
ポリカルボン酸Ｃ（アクリル酸／マレイン酸共重合体のナトリウム塩）とホスホン酸Ｃ（２−ホスホノブタン−１,２,４−トリカルボン酸）を用いて、実施例１４と同じ操作を行い、スケール防止率を求めた。結果を、第２０表に示す。
本発明のスケール防止方法及びスケール防止剤によれば、高温、高アルカリの条件下の水系において、カルボキシル基を有するポリマー若しくはその塩と、ホスホノ基を有する化合物若しくはその塩を併用することにより、それぞれを単独で使用する場合に比べて、高いスケール防止効果を発現することができ、薬剤の使用量を低減することができる。
Claims (3)
- パルプ製造工程のスケール防止方法であって、５０〜２５０℃及びｐＨ≧９の条件下において、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸とマレイン酸の共重合体、アクリル酸とマレイン酸と酢酸ビニルの共重合体及びマレイン酸とイソブチレンの共重合体から選択された一つのカルボキシル基を有するポリマーとともにホスホノ基を有する化合物を添加するにあたり、前記カルボキシル基を有するポリマー、及び、ホスホノ基を有する化合物の重量比０.４／０.６〜０.８／０.２の比率で、前記カルボキシル基を有するポリマー及びホスホノ基を有する化合物を、該水系に添加するスケール防止方法。
- 前記パルプ製造工程が蒸解釜又は黒液濃縮工程である請求項１に記載のスケール防止方法。
- 前記ホスホノ基を有する化合物が、１−ヒドロキシエチリデン−１,１−ジホスホン酸である請求項１又は２に記載のスケール防止方法。
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