JP2013516309A - スケールの除去及び低減のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、処理システム中の、スケールの改善された除去に関する。本方法は、堆積も解消しながら、既存のスケールを除去する。本発明はリン酸塩及び硫酸塩のスケールに関する。本発明は、いかなるｐＨ調整も必要としない、改良された抗スケール化を更に可能にする。本方法は、システムに使用可能な膜の品位を全く損ねることなく、記載された全ての因子を提供する。
【選択図】 なし

Description

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本発明は、処理システム中のリン酸カルシウムのスケールの改善された除去に関する。
本発明は、ｐＨ調整をすることなく、システム中の堆積を防止するための、改善された抗スケールも可能とする。更に、本発明は、システム内に膜が使用されている場合には、その品位を損ねることは全くない。

リン酸カルシウム付着物は、多くの産業において増大する懸念であるが、それがもっとも重要であるのは、精製及びろ過のために膜を用いる産業である。膜のオペレーターたちは、自治体における新たな用途、及び水源の変化に起因して、リン酸カルシウム・スケールの増大を目の当たりにしつつあり、かかるスケールの堆積の除去のための効果的かつ安全な方法を必要としている。リン酸カルシウムを含むスケールを制御する伝統的な方法は、酸を供給することであるが、これは効果的ではあるが、第一に、膜に対して障害をもたらすか、又はその交換時期までの使用時間を短くし、第二に、大規模なシステムにおいては法外な費用がかかり、最終的には、高流速、高圧の酸供給システムでは、その酸の使用に対する懸念がある、などの特定の欠点を有する。このことが、この産業分野が、抗スケール剤、特に抗リン酸塩スケール剤として使用できる新技術を発見するために注力しつつある理由である。

システム中のリン酸カルシウム・スケールの防止は、膜に基づいた水精製のプロセスにおいて例証されるが、この場合には、抗スケール剤を用いたリン酸カルシウム付着物の防止は、あるとしても、限られた成功しか達成されていない。この不成功に寄与する因子としては、リン酸カルシウムの多形、膜表面のわずかに陰性の電荷、及びリン酸カルシウムのスケールを生成する傾向を有する水へのホスホン酸塩及びリン酸塩添加の悪影響が上げられる。

本発明は、奏功するリン酸塩、硫酸塩、及びカルシウム阻害剤であり、これらは膜に基づく水精製と同様に、他の広範囲の用途において用い得る。一実施形態では、本発明は膜システムとともに用いられる。他の実施形態では、本発明は、トリメチルグリシン塩酸塩として、又はトリメチルグリシン−水酸化カリウム、若しくはトリメチルグリシン−クエン酸などの代替的な塩として、洗浄剤として用いられる。更なる実施形態では、膜性能増強剤として用いられる。
本発明は、スケールの堆積を除去するため、又は既存のスケールの堆積を削減するために有効な量の、トリメチルグリシン溶液をシステムに添加することから成る。この溶液は、トリメチルグリシン塩酸塩、カルボキシメチル、トリメチルアンモニウムクロリド、及びトリメチルグリシン塩酸塩などの、Ｃ_５Ｈ_１１ＮＯ_２・ＨＣｌの化学式を有する組成物を含む。

現在、トリメチルグリシンは、典型的には、甜菜モラセスから水により抽出される農業的な生産物として用いられている。今日までのトリメチルグリシンの主要な用途は、家畜飼料添加物、ヒト栄養補助食品、植物栄養剤、及び化学試薬である。

抗スケール組成物及びその使用プロセスの開発において、トリメチルグリシン塩酸塩が、リン酸濃度の用量に対し、さまざまな用量において、スケール形成を制御するために効果的であることが見出された。トリメチルグリシンは、トリメチルアンモニウム基（カチオン）及びカルボン酸陰イオン（アニオン）が単一のメチレン基により分離され、及びそれぞれが、クロリド（塩素イオン）及びプロトン（水素イオン）により平衡化されている、小さな双性イオン性分子（同一分子内の陽性及び陰性電荷が、形式的には合計の分子の電荷をゼロにしている）である。典型的には、古典的なカチオン性分子及びポリマーの付着ポテンシャルのために、カチオンを含む抗スケール剤は、膜システムでは用いられない。しかしながら、トリメチルグリシン中で、近接しているカチオンとアニオンは、分子内クーロン力による局所化した電荷の中和、及びそれに加えて、結合角及び結合距離に起因して、膜の適合性を支援する。実際の膜の適合性の研究の結果は、低用量及び高用量の両方における、膜の適合性を示した。本発明は以下の主要な態様を記載している：
１．システム中のスケール堆積を除去することは、本発明の利点である。
２．システムの脱スケールを支援することは、本発明の利点である。
３．膜、又はろ過システムの性能を妨害することなく、改善された抗スケール能力を提供することは、本発明の利点である。
４．リン酸カルシウムを含む広範囲のスケール形態に効果的に作用することは、本発明の利点である。
５．ｐＨの調整を必要とすることなく、システム中のスケール堆積を除去することは、本発明の利点である。

本発明は、トリメチルグリシン組成物をシステム中に添加して、スケール及びスケール堆積を削減することによる、スケールの低減及び／又は制御のための方法である。本方法に用いられる、トリメチルグリシン組成物は、１つ以上の以下のものを含み得る：トリメチルグリシン塩酸塩、カルボキシメチル、ベタイン塩酸塩、トリメチルアンモニウムクロリド、及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチルグリシン塩酸塩、トリメチルグリシン−水酸化カリウム及び／又はトリメチルグリシン−クエン酸。最も好適なトリメチルグリシン組成物は、トリメチルグリシン塩酸塩である。
本発明は、さまざまなシステムとともに用いることができ、一実施形態では、水精製システムにおいて用いることができる。このシステムは、プロセス内での膜の安全な使用を可能とする。本発明は、膜がその品位を保ちながら、膜に影響する可能性のある、いかなるスケールをも低下させることにより、膜の有効性を増大させることができる。

本方法では、システム内のスケールの濃度に比例した濃度のトリメチルグリシン組成物を添加する。この組成物は、好適には．２ｐｐｍ以上の濃度で添加される。本組成物は、２５ｐｐｍ以下の濃度で添加することもできる。本発明では、トリメチルグリシン組成物に加えて、１つ以上の抗スケール剤又は洗浄剤組成物を用いることもできる。本方法はリン酸塩又は硫酸塩スケールに対して用い得る。

請求される発明の、トリメチルグリシン組成物は、双性分子であってよい。この双性分子は、単一のメチレン基により連結されたトリメチルアンモニウム基、及びカルボキシレート基を有して、クロリド基を有することができる。請求される発明のトリメチルグリシン組成物は、連続して、又は間欠的に処理システムに添加され得る。本発明は、いかなる手段によるｐＨ調整も必要とせずに、トリメチルグリシン組成物の添加を可能ともする。

上述したことは、本発明を遂行する方法を説明することを意図し、本発明の範囲を限定することを意図していない、以下の実施例を参照することにより、よりよく理解され得る。この実験は摂氏２５度で、４５分の誘導期間によって実施された。このプロセスは、撹拌バーを装備したアーレンマイヤー・フラスコ中の１３０ｍＬの脱イオン水を使用して、それに１．０Ｍ ＮａＣｌ（２５ｍＬ）、０．１Ｍ Ｎａ_２ＨＰＯ_４（０．０１６ｍＬ）、及び０．１Ｍ ＣａＣｌ_２（４０．０ｍＬ）を含む標準溶液を加えることから構成されている。抗スケール剤が評価される場合、全体の容積を同一に、従ってイオン濃度を同一に保つように、この段階で適切な容積の脱イオン水とともに抗スケール剤が実験系に加えられる。手持ち式の濁度計で濁度が測定され（測定のために抜き出されたアリコートは母液に戻された）、及びｐＨはＶＷＲ ｓｙｍｐｈｏｎｙ ｐＨメーターにより測定された。４５分後に濁度及びｐＨを再度測定し、次いで０．１Ｍ Ｎａ_２ＨＰＯ_４を加えた。最終的に、４５分の期間の終わりに測定される濁度が２．０ＮＴＵを超えるようになるまで、このステップを繰り返し、そこで水質化学の実験を終了した。

最終的に、実験群からの集合的なデータは、ＡＴＭＰ（１及び１２．５ｐｐｍ）、ＡＡ／ＡＭＰＳ（８．２５ｐｐｍ）、及びＴＭＧ ＨＣｌ（０．８及び１０ｐｐｍ）の臨界リン酸塩濃度に対するスケール開始、及びスケール停止の特定を可能とした。表１は、ＴＭＧの有効性を実証する、及び一定の程度でＡＭＰの非有効性を実証するデータの集まりを与えている。ＡＡ／ＡＭＰＳは、冷却水及びボイラーの用途で用いられるリン酸カルシウムの抗スケール剤であり、保証された膜の適合性のためには、低濃度での膜の用途での使用が限定される。

最初のセットで示された効果が、リン酸カルシウム・スケールの緩和によるものか、溶液のｐＨへの変化によるものかを決定するために、追跡実験のセットが行われた。参照及びＴＭＧ ＨＣｌ実験の反復に加えて、１０ｐｐｍのＴＭＧ ＨＣｌのｐＨと同一のｐＨに調整して、三番目の実験が行われた。水の化学的性質及び実験プロトコルは実施例１の操作手順と同一である。これらの結果は、ＴＭＧ ＨＣｌがリン酸カルシウム・スケールの開始（核生成）を制御し、及び同様の様式で成長を軽減させること効果を有することを示した。

＜１０ｐｐｍのトリメチルグリシンでのリン酸塩の試験＞
１０ｐｐｍのＴＭＧ ＨＣｌの存在下での、スケール発現におけるリン酸塩の種類を決定するための試験が行われた。この実験では、５３．３ｐｐｍのリン酸塩を添加して、その結果ｐＨは６．９６、及び濁度は０．７４となった。リン酸カルシウム・スケールの阻害剤としてのＴＭＧの有効性は、測定された合計のリン酸塩の９５％がオルトリン酸塩であることを示すデータにより裏付けられた。このデータは、スケールは生じているが、その成長がトリメチルグリシンにより阻害されていることを示している。

＜トリメチルグリシンのＥＳＰＡ１膜に対する適合性試験＞
トリメチルグリシンを評価するために、Ｈｙｄｒｏｎａｕｔｉｃｓ社製ＥＳＰＡ１膜、及びＯｓｍｏｎｉｃｓ社製フラット・プレート膜システムを用いた膜適合性試験が行われた。今までに、１０、２０、及び４０ｐｐｍの用量のトリメチルグリシン塩酸塩に対して、全てのパラメータが参照水準に復するまで実験が行われた。トリメチルグリシンへの曝露の間、浸透導電率（ｐｅｒｍｅａｔｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の減少（２０ｐｐｍに対して２７％、及び４０ｐｐｍに対して４０％）、並びに２０ｐｐｍトリメチルグリシンではフラックスのわずかな増加（０．７％）、及び４０ｐｐｍトリメチルグリシンではフラックスの減少（１．８％）を伴った。全ての塩化ナトリウムの参照では、全てのパラメータが最初の状態に復した。これらの実験は、活性濃度を評価するために行われたことに注意することには価値がある。これは、ほとんどのシステムの排除水（ｒｅｊｅｃｔ ｗａｔｅｒ）及び水の化学的性質から予期されるものよりもはるかに高い。

Claims (15)

1. トリメチルグリシン組成物をシステム中に加えることによりスケール及び堆積を低減する、システム中のスケールの低減及び／又は制御のための方法。
2. 前記トリメチルグリシン組成物が、１つ以上の以下のものを含む、請求項１に記載の方法：トリメチルグリシン塩酸塩、カルボキシメチル、ベタイン塩酸塩、トリメチルアンモニウムクロリド及びＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチルグリシン塩酸塩、トリメチルグリシン−水酸化カリウム及び／又はトリメチルグリシン−クエン酸。
3. 前記トリメチルグリシン組成物がトリメチルグリシン塩酸塩である、請求項１に記載の方法。
4. 前記システムが、水精製システムである、請求項１に記載の方法。
5. 前記システムが、膜処理の使用を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記トリメチルグリシン組成物が、システム内のスケールの濃度に比例して添加される、請求項１に記載の方法。
7. 前記トリメチルグリシン組成物が、．２ｐｐｍ以上の濃度でシステムに加えられる請求項１に記載の方法。
8. 前記トリメチルグリシン組成物が、１つ以上の抗スケール物質又は洗浄組成物と組み合わせて用いられる、請求項１に記載の方法。
9. 前記トリメチルグリシン組成物が、２５ｐｐｍ以下の濃度でシステムに加えられる、請求項１に記載の方法。
10. 前記スケールが、リン酸塩又は硫酸塩のスケールである、請求項１に記載の方法。
11. 前記トリメチルグリシン組成物が、双性イオン性分子である、請求項１に記載の方法。
12. 前記双性イオン性分子、トリメチルアンモニウム基、及びカルボキシレート基が、単独のメチレン基により、クロリド基と結合される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記トリメチルグリシン組成物が、継続的にシステムに加えられる、請求項１に記載の方法。
14. 前記トリメチルグリシン組成物が、間欠的にシステムに加えられる、請求項１に記載の方法。
15. 前記トリメチルグリシン組成物が、ｐＨ調整を必要とすることなくシステムに加えられる、請求項１に記載の方法。