KR101087815B1

KR101087815B1 - 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제

Info

Publication number: KR101087815B1
Application number: KR1020090133706A
Authority: KR
Inventors: 이종규
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-11-30
Also published as: KR20110077208A

Abstract

본 발명은 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 상기 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제는 아민계 화합물 12 ~ 40 부피%, 비이온 계면활성제 8 ~ 30 부피% 및 C1 ~ C3의 저급 알콜 30 ~ 80 부피%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제 에 관한 것이다.

상술한 본 발명은 탄소계 부착물질을 용해할 수 있는 세정제를 사용하여 열교환기 내부에 공급함으로써 열교환기에 부착된 물질이 용해되어 제거되고, 열교환기의 분해, 세정, 조립의 공정을 거치지 않으므로 공정상의 운영비가 감소하고, 안전사고 발생을 방지할 수 있으며, 작업환경 개선을 가져올 수 있는 월등한 효과가 있다.

탄소계 부착물질, 열교환기, 세정제, 비이온 계면활성제, 아민계 화합물, 메탄올

Description

열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제{CLEANING MATERIAL FOR REMOVING CARBON TYPE ADHERED SUBSTANCE IN HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기 내부에 공급함으로써 열교환기에 부착된 물질이 용해되어 제거되는 세정제로서 아민계 화합물 12 ~ 40 부피%, 비이온 계면활성제 8 ~ 30 부피% 및 C1 ~ C3의 저급 알콜 30 ~ 80 부피%를 포함하여 이루어지는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제 에 관한 것이다.

일반적으로, 석탄 혹은 석유화학공정내 열회수를 위한 열교환기공정에서 타르 및 피치와 같은 탄소계 부착물질이 열교환기에 부착하게 된다. 이와 같이 탄소계 부착물질이 열교환기 표면에 부착함에 따라 열교환 효율이 저하되어 공정상의 열수지가 맞지 않아 공정효율이 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 또한 공정효율뿐만 아니라 열교환기내 부착물질을 제거하기 위하여 열교환기 분해 및 조립등과 같은 수작업에 의한 열교환기 세정작업으로 인하여 제품생산에 영향을 미치게 되며, 세정작업에 따라 운영비가 증가하게 된다.

종래에는 상기에서 언급한 바와 같이 열교환기내 부착물질을 제거하기 위하여 열교환기 공정의 운전을 정지하여 열교환기를 수작업으로 분해하여 고압수 및 기계적인 방법으로 부착물질을 제거하고 나서 열교환기를 조립하여 재가동하여 사용하고 있다. 그러나, 수작업에 의한 열교환기 부착물질 제거는 생산성 저하뿐만 아니라 열교환기 표면이 손상될 수 있는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 공정효율 및 생산성 저하 문제가 없으면서 열교환기 표면 손상이 없는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제를 제공하여, 열교환기의 열교환 효율을 높이는 것에 그 주된 해결 과제가 있다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은

아민계 화합물 12 ~ 40 부피%,

비이온 계면활성제 8 ~ 30 부피% 및

C1 ~ C3의 저급 알콜 30 ~ 80 부피%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제를 제공한다.

본 발명의 탄소계 부착물질을 용해할 수 있는 세정제를 사용하여 열교환기 내부에 공급함으로써 열교환기에 부착된 물질이 용해되어 제거됨으로써 열교환효율을 향상시킬 수 있으며, 동시에 열교환기의 분해, 세정, 조립의 공정을 거치지 않으므로 공정상의 운영비가 감소하고, 안전사고 발생을 방지할 수 있으며, 작업환경 개선을 가져올 수 있는 월등한 효과가 있다.

본 발명의 일실시예로는

아민계 화합물 12 ~ 40 부피%,

비이온 계면활성제 8 ~ 30 부피% 및

본 발명은 열교환기 표면에 부착된 부착물질을 효과적으로 제거하기 위하여 수작업이 아닌 세정제를 이용하는 방법을 제안하고자 한다. 즉, 탄소계 부착물질을 용해할 수 있는 세정제를 열교환기 내부에 공급함으로써 열교환기에 부착된 물질이 용해되어 제거되는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제를 제공한다.

이때, 상기 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제는 20℃ 에서 pH가 7 ~ 9인 것이 바람직하다.

본 발명에서 제시한 액체 세정제의 주요 대상은 열교환기 표면에 부착된 탄소계 물질을 용해하는 세정제로서, 메탄올을 기반으로 하는 액체세정제이다. 탄소계 물질의 표면이 수소기이온(-H)을 가지고 있어 하이드록시기(-OH)를 가지고 있는 메탄올에 용해하기 쉬운 특성을 가지고 있다. 또한 메탄올은 물과 같이 유동성을 가지고 있어 취급용이성을 갖추고 있다.

또한, 상기 세정제의 메탄올은 탄소계 물질의 수소기이온과 반응성이 좋은 하이드록시기를 가졌지만, 상기 탄소계 물질의 메탄올로의 용해속도를 촉진하기 위하여 아민계 화합물을 첨가한다.

상기 아민계 화합물의 구체적인 예로는 메틸디에탄올아민, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민 및 1,2-에틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것을 예로 들 수 있으나, 상기 탄소계 물질의 메탄올로의 용해속도를 촉진하는 목적을 달성하는 한 이에 한정하지 않는다.

상기 아민계 화합물중에서 pH가 높은 염기성을 가지고 있어 탄소계 물질 표면이 산성인 수소기와의 반응성이 뛰어나다는 점에서 메틸디에탄올아민, 트리메틸아민, 1,2-에틸렌디아민이 바람직하며, 그 중 메틸디에탄올아민이 보다 바람직하다.

상기 아민계 화합물은 상기 세정제 중 12 ~ 40 부피%로 함유하는 것이 세정제의 최적 pH를 맞추기 위한 관점에서 바람직하다. 즉, 상기 아민계 화합물은 상기 범위보다 높은 비율이거나 낮은 비율로 함유되는 경우 세정제의 pH가 7 ~ 9 인 최적 pH를 벗어나게 된다.

여기서, 상기 세정제의 최적 pH는 20℃ 에서 pH가 7 ~ 9인 것이 바람직하다. 그러나 그에 한정하지 않고 상기 세정제의 구성성분인 상기 아민계의 사용함량에 의해 변동가능하다.

또한, 상기 비이온 계면활성제는 하이드록시 작용기 또는 에틸렌옥사이드 작용기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 비이온 계면활성제는 하이드록시 작용기나 에틸렌옥사이드 작용기에 의해 물과 수소결합을 하고, 상기 수소결합에 의한 친수성을 갖는 계면활성제로서 탄소계 물질의 표면을 구성하고 있는 수소기이온과의 반응성이 우수한 특성을 가지고 있다.

여기서, 상기 비이온 계면활성제는 지방산 모노글리세린 에스테르, 지방산 폴리글리콜에스테르, 지방산 소르비탄에스테르, 지방산 자당에스테르, 지방산 알칸올아미드 및 폴리에틸렌 글리콜 축합형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것이 바람직하다.

상기 비이온 계면활성제는 8 ~ 30부피%로 포함하는 것이 탄소계 물질과 반응시 부반응을 최소화하기 위해 바람직하다. 상기 비이온 계면활성제가 상기보다 높은 비율이거나 낮은 비율로 함유하게 되면 탄소계물질 표면에서 부반응이 일어나서 탄소계 물질이 하이드록시기를 띠게 되어 pH가 9를 초과하여 높아지므로 탄소계 물질 제거에 적합한 조건이 이루어지지 않게 된다.

상기와 같이 탄소계 물질과 반응성이 우수한 상기 메탄올, 상기 아민계 화합물 및 상기 비이온 계면활성제를 포함한 세정제를 혼합하면 탄소계 물질을 효과적으로 용이하게 용해할 수 있는 액체 세정제를 제조할 수가 있다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예로는

타르 또는 피치를 포함하는 탄소계 부착물질이 표면에 부착된 열교환기를 상기 세정제에 침지하여 저압하에 순환시키는 단계를 포함하여 이루어지는 열교환기의 세정방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 열교환기의 세정방법은 열교환기에 상기 세정제를 스프레이하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.

여기서, 저압 순환 단계의 압력이 0.5 ~ 2kgf/cm² 인 것이 바람직하다.

상기 단계에서 압력은 0.5 ~ 2kgf/cm² 인 것이 세정의 효과를 증가시킬 수 있어 바람직하며, 압력이 0.5kgf/cm² 보다 낮으면 세정시간이 길어지는 단점이 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

판형열교환기의 플레이트에 일정량의 탄소계 물질인 타르를 코팅한 후에 열교환기의 열교환 효율을 측정하고 이를 기준으로 실시예 또는 비교예의 액체 세정제를 이용하여 세정한 후에 열교환 효율을 측정하여 실시예 또는 비교예의 액체 세정제로 인한 열교환효율의 증감비율을 비교하였다.

실시예 1

메탄올 70부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 10부피% 및 메틸디에탄올아민 20부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 7인 본 발명의 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 87% 증가하였다.

실시예 2

메탄올 50부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 20부피% 및 메틸디에탄올아민 30부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 8인 본 발명의 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 95% 증가하였다.

실시예 3

메탄올 45부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 25부피% 및 메틸디에탄올아민 30부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 9인 본 발명의 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 97% 증가하였다.

실시예 4

메탄올 50부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 25부피% 및 메틸디에탄올아민 25부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 7.5인 본 발명의 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 92% 증가하였다.

실시예 5

메탄올 60부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 20부피% 및 메틸디에탄올아민 20부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 8인 본 발명의 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 95% 증가하였다.

비교예 1

메탄올 65부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 5부피% 및 메틸디에탄올아민 30부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 8.5인 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 38% 증가하였다.

비교예 2

메탄올 70부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 25부피% 및 메틸디에탄올아민 5부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 10인 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 16% 증가하였다.

비교예 3

메탄올 80부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 15부피% 및 메틸디에탄올아민 5부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 8.5인 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 13% 증가하였다.

비교예 4

메탄올 70부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 5부피% 및 메틸디에탄올아민 25부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 10인 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 22% 증가하였다.

비교예 5

메탄올 80부피%, 비이온 계면활성제인 지방산 소르비탄에스테르 10부피% 및 메틸디에탄올아민 10부피%로 이루어져 있으면서 20℃에서 pH가 6.9인 액체 세정제를 사용하여 열교환기를 세정하였다. 그 결과 세정한 후, 열교환 효율은 15% 증가하였다.

실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 열교환 효율은 각각 87% 증가, 95% 증가, 97% 증가, 92% 증가, 95% 증가하여 비교예 1 내지 비교예 5의 11% 증가 ~ 38% 증가에 비하여 매우 큰 증가율의 열교환 효율을 나타내었다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

아민계 화합물 12 ~ 40 부피%,

비이온 계면활성제 8 ~ 30 부피% 및

C1 ~ C3의 저급 알콜 30 ~ 80 부피%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제.
제1항에 있어서, 상기 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제는 20℃ 에서 pH가 7 ~ 9인 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제
제1항에 있어서, 상기 아민계 화합물은 메틸디에탄올아민, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민 및 1,2-에틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제.
제1항에 있어서, 상기 비이온 계면활성제는 하이드록시 작용기 또는 에틸렌옥사이드 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 비이온 계면활성제는 지방산 모노글리세린 에스테르, 지방산 폴리글리콜에스테르, 지방산 소르비탄에스테르, 지방산 자당에스테르, 지방산 알칸올아미드 및 폴리에틸렌 글리콜 축합형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 열교환기내 탄소계 부착물질 제거용 세정제.