KR101190519B1 - 개방 순환 냉각시스템의 전처리용 수처리제 조성물 및수처리 방법 - Google Patents

개방 순환 냉각시스템의 전처리용 수처리제 조성물 및수처리 방법 Download PDF

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Abstract

개방 순환 냉각시스템에서 발생할 수 있는 금속재질의 초기 부식을 억제하는데 특히 유용한 수처리제 조성물 및 수처리 방법이 개시된다. 상기 수처리제 조성물은 몰리브데이트염, 아질산염, 글루코네이트염, 포스포네이트, 및 아졸계 화합물을 포함하며, 상기 수처리 방법은 상기 수처리제 조성물을 1ppm 내지 500,000ppm의 농도로 수배관에 첨가하는 단계를 포함한다.
개방 순환, 냉각시스템, 금속, 부식, 수처리제, 몰리브데이트염

Description

개방 순환 냉각시스템의 전처리용 수처리제 조성물 및 수처리 방법 {Water treating composition and method for open recirculating cooling system}
본 발명은 개방 순환 냉각시스템의 전처리용 수처리제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개방 순환 냉각시스템에서 발생할 수 있는 금속재질의 초기 부식을 억제하는데 특히 유용한 수처리제 조성물 및 수처리 방법에 관한 것이다.
개방 순환 냉각시스템의 주요 재질은 금속이고, 냉매로는 물이 사용되므로, 항상 부식에 의한 문제점이 발생한다. 일반적으로, 부식이란 금속 재질에 녹이 형성되는 현상을 말하며, 전기화학적으로 표현하면, 금속과 수용액이 산화 환원반응을 일으켜, 금속이 본연의 산화물 상태로 전환되는 지극히 정상적인 자연현상을 말한다. 구체적으로, 전기 전도체인 금속과 이온 전도체인 전해질 물질이 접촉하면, 금속 재질의 표면에 전위차로 인한 양극과 음극이 형성되고, 궁극적으로는 양극과 음극의 상호 반응에 의하여, 금속의 부식이 발생된다. 실제로 산업현장에 설치된, 냉각탑을 이용한 개방 순환 냉각시스템에서 부식이 발생하는 것을 쉽게 발견할 수 있는 데, 부식이 발생하면, 설비의 수명 단축, 생산품의 불량, 조업 중단 등을 유발하여, 막대한 경제적 손실이 발생한다.
종래에는, 개방 순환 냉각시스템의 초기 부식 발생을 억제하기 위해, 무기 인산염을 고농도로 포함하는 전처리용 수처리제가 사용되었으나, 상기 수처리제는 스케일을 발생시키는 단점이 있을 뿐만 아니라, 최근 P(인) 사용량의 규제에 따라, 인산염을 고농도로 포함하는 수처리제의 사용이 사실상 제한되고 있다. 또한, 1960년대에는 크롬염을 포함하는 수처리제 조성물이 널리 사용되었으나, 크롬염은 중금속에 의한 환경오염을 유발시키고, 인체에 대한 독성이 매우 강하므로, 그 사용이 규제되고 있다. 최근에는 무기 인산염, 아졸계 화합물, 아크릴계 중합체, 말레익계 중합체 등을 이용하는 수처리제가 개발되어, 산업 현장에서 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 미합중국 특허 제4,303,568호에는 무기 인산염과 유기 인산염을 포함하는 수처리제 조성물이 기술되어 있고, 미합중국 특허 제5,589,106호에는 하이드로카르복실산, 규산염, 수용성 중합체를 함유한 조성물이 개시되어 있고, 미합중국 특허 제4,497,713호에는 아연염, 셀루로스검, 포스포네이트(phosphonate) 등을 포함하는 조성물이 개시되어 있으며, 미합중국 특허 제4,411,865호에는 아연염, 크롬염, 인산염, 아크릴레이트 공중합체를 이용한 냉각수 처리 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 수처리제 조성물들은 개방 순환 냉각시스템의 초기 부식을 어느 정도 방지할 수는 있으나, 스케일 및 그에 따른 문제점을 발생시킬 가능성이 매우 높으므로, 개방 순환 냉각시스템의 상태에 따라 사용되는 전처리제로는 적합하지 않을 뿐만 아니라, P(인)의 폐수 방류 환경기준치를 고려하면, 초기 부식 방지 효능도 충분하지 못한 단점이 있다.
본 발명자들은, 상술한 문제를 해결하기 위하여, 수년간 연구를 진행하여 왔으며, 그 결과 개방 순환 냉각시스템의 초기 부식을 효과적으로 억제할 수 있는 전처리용 수처리제 조성물을 개발하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 개방 순환 냉각시스템에서 발생 가능한 초기 부식에 관련된 문제점을 해결할 수 있는 수처리제 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 정상 가동 중에 있는 개방 순환 냉각시스템뿐 만 아니라, 냉각수의 정수 또는 교환 후, 초기 운전 상태에 있는 개방 순환 냉각시스템에 특히 적합한 수처리제 조성물 및 수처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 몰리브데이트염, 아질산염, 글루코네이트염, 포스포네이트, 및 아졸계 화합물을 포함하는 수처리제 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 수처리제 조성물을 1ppm 내지 500,000ppm의 농도로 수배관에 첨가하는 단계를 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수처리제 조성물에 포함되는 몰리브데이트(molybdate)염으로는 소디움 몰리브데이트, 포타슘 몰리브데이트, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 몰리브데이트염의 사용량은 전체 수처리제 조성물에 대하여, 몰리브데이트 이온의 함량이 바람직하게는 1 내지 25중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 15중량%가 되도록 사용한다. 상기 몰리브데이트 이온의 함량이 1중량% 미만이면, 부식방지 효과가 저하되므로 다량의 수처리제를 사용하여야 하는 문제가 있고, 25중량%를 초과하면, 과방식(過防蝕)에 의한 문제가 발생할 우려가 있을 뿐만 아니라, 수처리제의 저장안정성이 저하되고, 경제적으로 바람직하지 못하다.
상기 아질산염(nitrite)으로는 소디움 나이트라이트, 포타슘 나이트라이트, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 아질산염의 사용량은 전체 수처리제 조성물에 대하여, 나이트라이트 이온(NO2 -)의 함량이 바람직하게는 1 내지 25중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 15중량%가 되도록 사용한다. 상기 나이트라이트 이온의 함량이 1중량% 미만이면, 부식방지 효과가 저하되므로 다량의 수처리제를 사용하여야 하는 문제가 있고, 25중량%를 초과하면, 과방식에 의한 문제가 발생할 우려가 있을 뿐만 아니라, 수처리제의 저장안정성이 저하되고, 경제적으로 바람직하지 못하다. 또한, 상기 몰리브데이트염과 상기 아질산염은 각각의 이온 농도를 기준으로 1:25 내지 25:1의 중량비로 혼합되어 사용되면 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 몰리브데이트염 또는 아질산염의 사용량이 상기 범위를 벗어나면, 부식 방지 효과가 상대적으로 저하되는 문제가 있다. 상기 몰리브데이트염과 아질산염은 철 화합물로 구성된 금속 재질에 대한 부식방지 능력이 탁월하고, 높은 온도의 전열면에서도 스케일 및 그에 따른 문제를 발생시키지 않으므로, 열부하가 존재하는 정상가동(on-line) 중의 개방 순환 냉각시스템 등 다양한 공정에 광범위하게 적용될 수 있다.
상기 글루코네이트염(Gluconate)으로는 소디움 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 글루코네이트염의 사용량은 전체 수처리제 조성물에 대하여, 글루코네이트 이온의 함량이 0.5 내지 20중량%가 되도록 사용하는 것이 바람직하다. 상기 글루코네이트 이온의 함량이 0.5중량% 미만이면, 수처리제의 부식 방지 효과가 저하되므로 다량의 수처리제를 사용하여야 하며, 20중량%를 초과하면, 수처리제의 저장안정성이 저하되고, 경제적으로도 바람직하지 못하다.
상기 포스포네이트(phosphonate)로는 하이드록시 에틸리딘 디포스포닉산(hydroxyethylidene diphosphonic acid), 포스포노부탄 트리카르복실산(phosphonobutane tricarboxylic acid), 하이드록시 포스포노 카르복실산 (hydroxyl phosphono carboxylic acid), 아미노 트리메틸렌 포스포닉산, 에틸렌디아민 테트라메틸리딘 포스포닉산, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 포스포네이트의 사용량은 전체 수처리제 조성물에 대하여, 오르가닉 포스페이트의 함량이 0.1 내지 20중량%가 되도록 사용하는 것이 바람직하다. 상기 포스포네이트 이온의 함량이 0.1중량% 미만이면, 수처리제의 부식 방지 효과가 저하되므로 다량의 수처리제를 사용하여야 하며, 20중량%를 초과하면, 경제적으로 바람직하지 못하다.
상기 아졸계 화합물로는 톨릴트리아졸(tolyltriazole), 벤조트리아졸, 머캅토벤조씨아졸, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 아졸계 화합물의 사용량은 전체 수처리제 조성물에 대하여, 0.01 내지 10중량%인 것이 바람직하다. 상기 아졸계 화합물의 사용량이 0.01중량% 미만이면, 수처리제의 부식 방지 효과가 저하되므로 다량의 수처리제를 사용하여야 하며, 10중량%를 초과하면, 경제적으로 바람직하지 못하다. 상기 아졸계 화합물은 구리 또는 구리 화합물을 포함하는 금속 재질에 대하여 우수한 방식능력을 나타낸다.
본 발명에 따른 수처리제 조성물의 나머지 성분은 물이다. 본 발명에 따른 수처리제 조성물은 금속 표면에서 발생하는 전기화학 반응인 양극반응과 음극반응을 억제하여, 부식이 일어날 수 있는 조건을 최대한 축소시킴으로써 우수한 방식효과를 나타낸다. 본 발명의 수처리제 조성물은 개방 순환 냉각시스템의 초기 부식을 방지하여 정상적인 운전조건을 유지할 수 있으므로, 냉각수의 정수 또는 교환 후, 초기 운전 상태에 있는 개방 순환 냉각시스템에 특히 적합하며, 정상 운전 중의 개 방 순환 냉각시스템뿐 만 아니라, 밀폐 순환 냉각시스템의 부식방지제로도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 수처리제 조성물을 목적하는 농도가 되도록, 예를 들면, 1ppm 내지 500,000ppm의 농도로, 냉각탑, 열교환기 등의 각종 수배관에 첨가함으로서 냉각시스템의 수처리를 수행할 수 있다. 만일 상기 수처리제 조성물의 농도가 너무 낮으면, 충분한 방식 효과를 얻을 수 없고, 너무 높으면 과방식에 의한 문제가 발생될 수 있을 뿐 만 아니라, 경제적으로도 불리하다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 - 5] 부식 억제 시험
하기 표 1에 나타낸 특성을 가지는 시험수(#1 - 3)에, 하기 표 2에 나타낸 성분의 수처리제 조성물을 1,000ppm의 농도로 첨가한 후, 부식 억제 시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다. 부식 억제 시험 방법은 다음과 같이, NACE CORROSION TM 016-95를 변형하여 실시하였다.
부식 억제 시험: 온도 30℃, 170rpm, 10ml/min의 공기주입 상태에서 회전 부식측정기(Rotating corrosion tester)에 탄소강을 투입하고, 5일 후 탄소강의 부식속도를 측정하였다. 표 4에 나타낸 값은, 각각의 수질 및 수처리제를 사용한 경 우에 있어서, 탄소강의 무게 감량에 따른 부식속도(mdd: mg/(dm2?day)) 측정치이다.
Figure 112005073311273-pat00001
상기 표 1에서, pH는 0.1N 수산화나트륨 수용액과 0.05N 황산 수용액으로 조절하였으며, Ca-H는 칼슘경도(염화칼슘으로 조절)를 나타내고, Mg-H는 마그네슘경도 (황산마그네슘으로 조절)를 나타낸다.
Figure 112005073311273-pat00002
상기 표 2에서, 물은 순수를 사용한 것이고, 몰리브데이트염으로는 소디움몰리브데이트를 사용하였으며(몰리브데이트 이온의 농도를 함량에 표시), 아질산염으로는 소디움나이트라이트를 사용하였고(나이트라이트 이온의 농도를 함량에 표시), 글루코네이트로는 소디움 글루코네이트를 사용하였으며(글루코네이트 이온의 농도를 함량에 표시), 포스포네이트로는 PBTC (2-포스포노부탄-1,2,4- 트리카르복실 산, Bayer社)를 사용하였으며 (오르가닉 포스페이트 이온의 농도를 함량에 표시), 아졸계 화합물로는 벤조트리아졸을 사용하였다(벤조트리아졸의 농도를 함량에 표시).
[비교예 1 - 5] 부식 억제 시험 방법
상기 표 1에 나타낸 특성을 가지는 시험수(#1 - 3)에, 하기 표 3에 나타낸 성분의 수처리제 조성물을 1,000ppm의 농도로 첨가한 후, 실시예와 동일한 방법으로, 부식 억제 시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 4에 함께 나타내었다.
Figure 112005073311273-pat00003
상기 표 3에서, 물은 순수를 사용한 것이고, 몰리브데이트염으로는 소디움몰리브데이트를 사용하였으며(몰리브데이트 이온의 농도를 함량에 표시), 아질산염으로는 소디움나이트라이트를 사용하였고(나이트라이트 이온의 농도를 함량에 표시), 글루코네이트로는 소디움 글루코네이트를 사용하였으며(글루코네이트 이온의 농도를 함량에 표시), 포스포네이트로는 PBTC (2-포스포노부탄-1,2,4- 트리카르복실 산, Bayer社)를 사용하였으며(오르가닉 포스페이트 이온의 농도를 함량에 표시), 아졸계 화합물로는 벤조트리아졸을 사용하였다(벤조트리아졸의 농도를 함량에 표시).
Figure 112005073311273-pat00004
상기 표 4로부터, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5의 조성물이 비교예 1 내지 5의 조성물 보다, 현저한 부식방지 효과를 보임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 수처리제는 초기 부식 방지 기능이 매우 우수함을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리제 조성물은 금속 표면에서 발생할 수 있는 전기화학 반응인 양극과 음극반응을 억제하여, 부식이 일어날 수 있는 조건을 최대한 축소시킴으로써, 뛰어난 방식효과를 나타낸다.

Claims (5)

  1. 몰리브데이트염, 아질산염, 글루코네이트염, 포스포네이트, 및 아졸계 화합물을 포함하며, 인산염을 포함하지 않는 수처리제 조성물에 있어서,
    전체 수처리제 조성물에 대하여, 몰리브데이트 이온의 함량은 1 내지 25중량%이고, 나이트라이트 이온(NO2 -)의 함량은 1 내지 25중량%이고, 글루코네이트 이온의 함량은 0.5 내지 20중량%이고, 오르가닉 포스페이트 이온의 함량은 0.1 내지 20중량%이며, 상기 아졸계 화합물의 함량은 0.01 내지 10중량%인 것인 수처리제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데이트염과 아질산염은 각각의 이온 농도를 기준으로 1:25 내지 25:1의 중량비로 사용되는 것인 수처리제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데이트염은 소디움 몰리브데이트, 포타슘 몰리브데이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 아질산염은 소디움 나이트라이트, 포타슘 나이트라이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 글루코네이트염은 소디움 글루코네이트, 포타슘 글루코네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 포스포네이트는 하이드록 시 에틸리딘 디포스포닉산, 포스포노부탄 트리카르복실산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌 포스포닉산, 에틸렌디아민 테트라메틸리딘 포스포닉산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 아졸계 화합물은 톨릴트리아졸, 벤조트리아졸, 머캅토벤조씨아졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 수처리제 조성물.
  5. 제1항에 따른 수처리제 조성물을 1ppm 내지 500,000ppm의 농도로 수배관에 첨가하는 단계를 포함하는 수처리 방법.
KR1020050123649A 2005-12-15 2005-12-15 개방 순환 냉각시스템의 전처리용 수처리제 조성물 및수처리 방법 KR101190519B1 (ko)

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