KR101316784B1 - 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정제수에 에탄올 에톡시 산화알콜과, 로릴 에테르 황산나트륨과, 1-프로폭시-2-프로판올의 혼합으로 조성된 열교환기 세정제 조성물 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실리카, 제올라이트 분자체, 탄소 분자체 등의 나노 구조체 제조시에 사용되는 구조 배양제인 폴리비닐알콜, p123(Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), 도데실 아민, 다이에탄올아민 등의 계면활성제를 포함하는 세척 폐수를 재활용하기 위하여, 로릴 에테르 황산나트륨, 에탄올 에톡시 산화알콜, 프로필렌글리콜N프로필에테르(1-프로폭시-2-프로판올)와 혼합조성하여 이루어지는, 열교환기, 배관 버너 및 오염이 심하게 발생하는 곳의 금속재료에 발생하는 침적물을 제거할 수 있는 액상의 세정제 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다.
다양한 열교환기 및 금속 표면에 침적되는 고상, 액상의 침적물로 인하여 열교환효율이 감소하게 되고, 이로 인하여 에너지 효율의 감소로 이어진다.
본 발명은 금속 표면에 형성되어 있는 다양한 형태의 오염물질을 제거하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 이러한 오염물의 제거 방법으로는 물리적 마찰을 이용한 방법이 사용되어왔으며, 일부 계면활성제를 사용하여 효율을 증진시킬 수도 있다.
다른 방법으로는 산을 이용하여 금속 표면에 형성된 오염물을 용해하여 제거하는 방법이 사용되고 있다.
이외에 최근에는 산과 양이온계, 비이온계 및 음이온계 계면활성제를 혼합하여 침적물의 성상에 따라 사용하고 있다.
이와 같은 침적물 제거는 열교환기의 가동 중단 후에 이루어지며, 예로서, 공랭식 열교환기의 경우 가동을 중단한 후에 작업자들에 의한 기계적 처리를 통해 침적물 제거가 이루어졌다. 이와 같이 침적물을 제거하기 위해서는 열교환기의 가동을 중단하여야 했기 때문에, 침적물에 의한 열전달 효율 감소에도 계속적인 조업이 이루어지곤 했다.
따라서, 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 공랭식 열교환기에서 운전 중단이 없이 침적물을 제거할 수 있는 기술이 시급하게 요구되는 실정이다.
또한, 침적물 제거를 위해 기존에 사용하던 세정제의 경우에는 세정제 사용 도중에 발생하는 규산나트륨 등에 의하여 세정제의 순환사용이 어렵다는 문제가 있었으며, 접촉 시설물에 부식 문제가 발생하여 적용시 주의가 요구되었다.
상기 세정제와 관련하여 개시된 기술로는 대한민국 등록특허 10-0939301(등록일자 2010년01월21일) '배열회수 보일러의 세정조성물 및 세정방법', 대한민국 등록특허 10-0688715(등록일자 2007년02월22일) '파울링 제거를 위한 화학적 세정공정', 대한민국 등록특허 10-0632536(등록일자 2006년09월28일) '파울링 제거용 세정제 조성물 및 이의 사용방법', 대한민국 등록특허 10-0099879(등록일자 1996년01월26일) '스케일제거방법' : 냉각수계에 있어서 신규의 스케일 제거방법에 관한 것', 대한민국 등록특허 10-0073223(등록일자 1994년04월19) '액체 세정 조성물'이 개시된 바 있다.
그러나 상기에 개시된 기술들은 비이온계 세정제를 사용하거나 또는 산을 사용하고 있다는 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 산을 사용하지 않고, 비이온계, 음이온계 및 양이온계를 동시에 사용하며, 양이온계와 음이온계간의 상호 응집작용을 배제시켜 다양한 침적 오염물에 대한 세정을 이룰 수 있는 기술을 개발함으로써 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
본 발명은 산(acid)을 사용하지 않으며, 양이온계와 음이온계 간의 상호 응집작용을 배제시켜 다양한 침적 오염물에 대한 세정을 이룰 수 있도록 하며, 세정제의 재순환시 노즐 및 관의 침적을 막고, 부식 방지력이 우수하며, 분해되는 물질로 조성되어 환경친화적인 세정제를 제공하는 것과,
나노입자의 제조공정에서 나노 구조 배양제로 사용되는 계면활성제를 함유하고 있는 세척폐수를 재활용함으로써 폐수 처리 비용의 절감과 자원 재활용에 의한 경제적인 이점을 가지며, 동시에 당업계에서 기존에 사용되던 비이온계 및 양이온계, 음이온계 계면활성제와 알코올류 사용 양을 감소시킴으로써 자원을 절약할 수 있는 세정제 및 이를 이용하여 효과적으로 세정할 수 있는 세정방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고자,
본 발명은 정제수 100 중량부에 대하여,
에탄올 에톡시 산화알콜 3~50 중량부;와
로릴 에테르 황산나트륨 3~50 중량부;와
1-프로폭시-2-프로판올 1~40 중량부;의 혼합으로 조성된 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물과,
상기 세정제 조성물을 이용한 열교환기 세정방법을 주요 기술적 구성으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 세정용 조성물은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 실리카, 제올라이트 분자체, 탄소 분자체 등의 나노구조체 제조공정에서 발생하는 다량의 폐수를 재활용할 수 있는 방안을 제시함으로써, 폐수처리공정을 별도로 두지 않아도 되고, 폐수를 유효자원으로 재활용함으로써 높은 경제성을 확보할 수 있다.
둘째, 에탄올 에톡시 산화알콜과 로릴 에테르 황산나트륨을 주 기재로 함으로써 폐수를 중화시키고 표면에서 발생하는 침적물을 용해시켜 침적물의 발생 및 제거효율을 높여, 표면세정 효율을 증진시킨다.
셋째, 1-프로폭시-2-프로판올의 사용에 의하여 제고된 침적물이 안정화되고 세정액을 순환 사용하여 세정 효과를 거둘 수 있다.
상기의 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 살펴보고자 한다.
앞서 살펴본 바와 같이,
본 발명에 따른 열교환기 세정제 조성물은
정제수 100 중량부에 대하여,
에탄올 에톡시 산화알콜 3~50 중량부;와
로릴 에테르 황산나트륨 3~50 중량부;와
1-프로폭시-2-프로판올 1~40 중량부;의 혼합으로 조성된다.
대부분의 침적물은 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물의 혼합물로서, 이중 무기물이 유기물과 함께 고화되어 각종 장치에 침적되어 문제를 일으키게 된다. 즉, 침적물은 열교환기 등의 순환과정에서 기계적 동력의 손실과 열교환 효율을 감소시킨다.
따라서 비이온계인 에탄올 에톡시 산화알콜을 사용함으로써, 유기물과 함께 침적된 침적물을 물에 용해될 수 있는 형태로 변화시키게 된다. 즉 침적된 유기물과 무기물의 혼합물 중 유기물이 용해되어 분리가 일어나게 됨으로써, 표면과의 분리가 발생하여 제거가 되는 것이다.
그리고 음이온계인 로릴 에테르 황산나트륨을 사용함으로써 이러한 용해와 표면으로부터 분리가 촉진된다. 또한 액상의 세정제 조성물 중 1-프로폭시-2-프로판올에 의하여 용해와 안정화가 촉진된다.
다시 말해, 본 발명에 따른 세정제 조성물은 음이온계, 비이온계 및 안정화제의 혼합으로 인해 기본 혼합이 이루어지게 되며, 또한 상기 3종류의 화학종이 가장 우수한 세정효과를 나타나게 된다.
상기 제시된 비이온계의 에탄올 에톡시 산화알콜과, 음이온계의 로릴 에테르 황산나트륨과, 안정화제의 1-프로폭시-2-프로판올로 성분을 한정하여 세정제를 조성할 때 세정효과가 가장 뛰어나기는 하나,
상기에 제시된 성분 외에,
음이온계로서, 로릴황산나트륨, Triethanol amine lauroyl sarcosinate, Sodium diethyl hexyl sulfosuccinate 등 다양한 계면활성제의 혼합 사용이 가능하고,
비이온계로서, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬아민옥사이드, 아미노프로필아민옥사이드, 코코넛디에탄올아마이드, 솔비탄지방산알킬에스테르 등 다양한 계면활성제의 혼합 사용이 가능하며,
안정화제로서, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르 및 디프로필렌글리콜 모노에틸에테르 등의 에테르의 혼합 사용이 가능하다.
즉, 세정효과가 상기 제시된 비이온계의 에탄올 에톡시 산화알콜과, 음이온계의 로릴 에테르 황산나트륨과, 안정화제의 1-프로폭시-2-프로판올 혼합 사용하는 것에 비해 떨어지기는 하나, 그 외에 제시된 계면활성제의 활용도 가능함을 제시한 것이다.
상기 정제수는 실리카, 제올라이트 분자체, 탄소 분자체 등의 나노 구조체 합성과정에서 사용되는 계면활성제가 포함된 폐수로서, 세정제 조성물로 제형화되는 각종 성분들을 용해시키는 용매의 역할을 하게 된다.
그리고, 경우에 따라서는 상기 폐수에 포함되어 있는 계면활성제의 함량을 높이기 위해서 폴리비닐알콜, 도데실 아민, 다이에탄올아민, p123(Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), 에탄올, 부탄올, 붕사, 유기산, 스테아린산, 트리블럭 코폴리머 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 양이온계 계면활성제를 0.01~5중량부를 더 첨가하여 세정액을 조성할 수도 있다.
상기 에탄올 에톡시 산화알콜은 비이온계로써 소수성 물질을 용해시켜 유기물과 무기물의 혼합상태로 침적된 고상 침적물질의 용해를 이루어 형성된 유기물, 슈트, 크랭커, 슬래그, 회분, 산화물의 혼합물을 아무런 지장 없이 제거하는 역할을 하는 것으로,
그 사용량이 3 중량부 미만이 경우에는 비이온계 계면활성제 함량의 부족에 따른 용해 작용의 부족으로 인하여 고형물의 제거 효과가 떨어질 우려가 있고,
50 중량부를 초과하게 되는 경우에는 용해 작용의 증가로 인한 고형물의 제거 효과가 향상되기는 하나, 상대적으로 다른 성분들의 함량이 줄어듦에 따른 세정력 저하의 우려가 있으므로, 상기 에탄올 에톡시 산화알콜의 사용량은 정제수 100중량부에 대하여 3~50 중량부의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 에탄올 에톡시 산화알콜 외에 동일한 기능을 갖는 화합물을 더 부가하여 사용할 수도 있으며, 그 사용량은 정제수 100 중량부에 대하여 0.5~10 중량부의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고 이는 주입 이후 유기물의 정제수에 용해 현상을 발생시키게 되는 것으로서, 즉, 물에 용해되지 않는 소수성 성질을 지닌 유기물이 비이온계 계면활성제의 의하여 탈리되고 물에 용해되어 세정이 일어난다.
상기 로릴 에테르 황산나트륨은 음이온계 계면활성제로 침적물의 용해를 가속시키는 것으로서, 그 사용량이 3 중량부 미만인 경우에는 침적물에 대한 세정기능을 충분히 발휘하지 못할 우려가 있고, 50 중량부를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 비이온계 계면활성제의 부족으로 인한 용해작용의 감소로 인하여 세정력이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 로릴 에테르 황산나트륨의 사용량은 정제수 100 중량부에 대하여 3~50 중량부의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 1-프로폭시-2-프로판올은 안정화제의 작용을 갖는 것으로서, 그 사용량이 1 중량부 미만인 경우에는 안정화제로서의 기능성이 떨어지고, 40 중량부를 초과하게 되는 경우에는 다른 성분들과의 안정적인 배합이 이루어지지 않아 세정제로서의 기능성이 떨어질 수 있으므로, 상기 1-프로폭시-2-프로판올의 사용량은 정제수 100 중량부에 대하여 1~40 중량부의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 세정제 조성물에 대한 구체적인 기술 구성을 실시 예를 통해 제시하고자 한다.
| H20 | P123 | DDA | 폴리비닐 알콜 | 에탄올 | Na | Si | |
| 정제수 1 (폐수 1) |
99.19 | 0.26 | 0 | 0.5 | 0.005 | 0.04 | 0.005 |
| 정제수 2 (폐수 2) |
98.13 | 0 | 1.32 | 0.4 | 0.144 | 0.01 | 0.003 |
상기 폐수의 조성성분은 상기 표 1에 나타낸 바와 같다.
상기 표 1의 정제수 1(폐수 1)은 실리카원으로 TEOS(Tetra ethoxy silane)를 사용한 경우이고, 상기 정제수 2(폐수 2)는 실리카원으로 물유리를 사용한 경우이다.
상기 표 1에 제시된 바와 같이, 본 발명의 세정제의 조성에 사용하는 정제수는 나노 구조체의 제조 또는 세척시에 사용된 세척폐수로서, 대부분의 물(H20) 외에 P123(Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), 도데실 아민(Dodecylamine:DDA), 폴리비닐알콜 등의 계면활성제를 포함하고 있다. 특히 계면활성제의 성능을 나타낼 에탄올이 정제수 1(폐수 1), 정제수 2(폐수 2)에 모두 존재하며, 정제수 2(폐수 2)가 정제수 1(폐수 1)에 비해 에탄올 조성이 높게 나타남을 알 수 있다.
본 발명에서는 상기 표 1의 조성을 갖는 폐수 1, 2를 정제수로 사용하고, 여기에 비이온계 계면활성제인 에탄올 에톡시 산화알콜과, 음이온계 계면활성제인 로릴 에테르 황산나트륨과, 안정화제인 1-프로폭시-2-프로판올을 추가 혼합하여 조성함으로써, 본 발명에 따른 세정제 조성물을 조성하게 된다.
이하에서는, 상기의 세정제 조성물을 이용한 열교환기 세척방법에 대해 살펴보고자 한다.
상기 열교환기 세척방법은 크게 3가지 형태로 구분된다.
먼저, 다관형 열교환기의 경우에는 열 교환기의 관 내부로 상기 세정제 조성물을 주입하여 순환시키면서 세정과정을 거치게 되며,
핀형 열교환기의 경우에는 핀형 열교환기 표면으로 상기 세정제 조성물을 노즐을 이용하여 분사하여 세정과정을 거치게 되며,
탈부착이 가능하여, 분해할 수 있는 소형 열교환기는 상기 세정제 조성물에 침지시킨 후 초음파 진동이나, 교반을 통해 세정과정을 거치게 된다.
보다 구체적으로 살펴보면,
상기 다관형 열교환기의 경우에는 물에 희석한 0.1~20% 농도의 세정제를 -10~80℃의 온도를 유지한 상태에서 관 내부로 주입하여 세정과정을 거치고, 세정과정을 마친 다량의 고체 침적물을 포함하는 세정제는 필터를 통과하여 고체 침적물이 분리된 후에 다시 관 내부로 주입시켜 재순환시키는 과정을 거쳐 이루어진다.
상기 세정제의 온도가 -10℃ 미만인 경우에는 세정제가 냉각되면서 고상으로 변하면서 세정이 제대로 이루어지지 않고, 80℃를 초과하게 되는 경우에는 세정제의 증발이 일어나게 되므로, 상기 문제를 피하면서 효과적인 세정작업이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 물에 희석한 0.1~20% 농도의 세정제를 -10~80℃의 온도를 유지한 상태에서 세정이 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 핀형 열교환기의 경우에는 상기 다관형 열교환기와 동일한 물에 희석한 0.1~20% 농도의 -10~80℃ 온도를 유지하는 세정제를 이용하여 세정과정을 거치되, 핀형 열교환기의 표면으로 상기 세정제를 노즐을 이용하여 분사한 후, 상기 핀형 열교환기를 세척하여 하부로 포집된 다량의 고체 침적물을 포함하는 세정제를 필터로 통과시켜 고체 침적물을 분리한 후, 노즐을 통해 재분사시키는 과정을 거쳐 이루어진다.
본 발명에 따른 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물은 나노구조체 제조공정에서 발생하는 다량의 폐수를 재활용할 수 있는 방안을 제시함으로써, 폐수처리공정을 별도로 두지 않아도 되고, 폐수를 유효자원으로 재활용함으로써 높은 경제성을 확보할 수기 때문에 산업상 이용가능성이 크다.
Claims (4)
- 정제수 100 중량부에 대하여,
에탄올 에톡시 산화알콜 3~50 중량부;와
로릴 에테르 황산나트륨 3~50 중량부;와
1-프로폭시-2-프로판올 1~40 중량부;의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
정제수는 실리카, 제올라이트 분자체, 탄소 분자체의 나노 구조체 합성과정에서 사용되는 양이온 계면활성제를 포함하는 폐수임을 특징으로 하는 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물.
- 청구항 2에 있어서,
양이온계 계면활성제는 P123, 도데실아민, 에탄올, 부탄올, 붕사, 유기산, 스테아린산, 트리블럭 코폴리머, 폴리알콜 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제 조성물.
- 다관형 열교환기의 관 내부로 청구항 1의 세정제를 주입하되, 물에 희석한 0.1~20% 농도의 세정제를 -10~80℃의 온도를 유지한 상태에서 관 내부로 주입하여 세정과정을 거치고, 세정과정을 마친 다량의 고체 침적물을 포함하는 세정제는 필터를 통과하여 고체 침적물이 분리된 후에 다시 관 내부로 주입시켜 재순환시키는 과정을 거쳐 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유기 폐기물을 이용한 열교환기 세정제를 이용한 세정방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR101796373B1 (ko) | 2016-03-09 | 2017-11-10 | 호서대학교 산학협력단 | 탈지면 폐공정수를 이용한 유리세정제 조성물 |
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| JP3002261B2 (ja) | 1994-10-19 | 2000-01-24 | 東芝シリコーン株式会社 | 洗浄剤、洗浄方法および洗浄装置 |
| KR20020068543A (ko) * | 2000-01-28 | 2002-08-27 | 헌츠만 페트로케미칼 코포레이션 | 고체 알킬벤젠 술폰산염 및 증진된 물 경도 내성을 갖는세척 조성물 |
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2012
- 2012-07-05 KR KR1020120073448A patent/KR101316784B1/ko not_active IP Right Cessation
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