KR20000016979A

KR20000016979A - 유인환풍기용 오염방지제인 양이온 계면활성제

Info

Publication number: KR20000016979A
Application number: KR1019990031016A
Authority: KR
Inventors: 리차르디프란체스코; 파오릴로살바토레; 파리주세페
Original assignee: 로날드 제이. 알레인, 지이 엠 브랜논, 더블유 이 패리; 날코케미칼컴파니
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2000-03-25
Also published as: JP2000073044A; AU4236399A; EP0978574A1; CA2279553A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 4급암모늄 형태의 양이온계면활성제에 관한 것이다. 또한 본 발명은 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 조성물 제조 및 강플랜트설비로부터 연소가스를 흡출하기 위한 유인환풍기용 오염방지제로의 용도를 제공한다.

본 발명에 의한 조성물은 알킬, 알킬아릴, 또는 에테로시클로로부터 선택된 적어도 하나 이상의 라디칼을 갖는 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하며, 상기 라디칼은 탄소원자 8∼18의 알킬사슬을 가지며 질소원자에 결합된다. 활성성분은 조성물 전체를 기준으로 통상 15∼60중량% 함유된다.

Description

유인환풍기용 오염방지제인 양이온 계면활성제{Cationic Surfactants as Antifouling Agents for Induced Draft Fans}

본 발명은 4급암모늄 또는 그 혼합물 형태의 양이온 계면활성제, 상기 하나 이상의 4급 암모늄을 포함하는 조성물, 및 강플랜트설비로부터 연소가스를 흡출하기 위한 유인환풍기용 오염방지제로서의 용도에 관한 것이다.

스틸을 제조하기 위한 세가지 기본적인 방법중의 하나는 산소창(완전 또는 부분연소용)이 있는 (LD)전로를 사용하는 것인데, BOF(염기성산소로)라 칭해진다. 이러한 전로(converter)는 전로, 산소창(oxygen lances) 및 그 냉각시스템, 열회수후드 및 냉각시스템뿐만 아니라 가스스크러빙시스템(스크러버) 및 냉각시스템으로 구성되어 있다.

BOF공정에서, 산소는 창을 통해 약 424,700ℓ/min의 속도로 스틸원재에 분사된다. 스틸원재는 용광로에서 나온 고열의 금속, 파쇠강 및 형석(fluorspar)으로 되어 있다. BOF공정은 파쇠강과 용광로의 철을 신속하게 정련하여 소정의 화학조성과 온도를 갖는 용융강으로 할 수 있다. 분사기간은 분순물이 용융 연소될 수 있도록 20∼25분 동안 진행한다.

산소분사공정 시에 로후드에서 나온 가스는 고열이 방출되기 때문에 매우 뜨겁다. 후드 바로 위에 장착된 폐열회수보일러에 의해 상기 가스로부터 일부의 열을 회수할 수 있다. 이 시스템에서 나오는 먼지는 다른 시스템보다 많은데, 스틸 톤당 27∼33kg이 나온다. 초미세한 미립자와 높은 아연함량(2∼5%)으로 인해 소결하기 어려운 먼지가 만들어 진다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 시스템에는 미립자와 가스의 열을 제거하는 가스스크러버 및 가스냉각기가 구비된다. 생성된 다량의 미립자는 최종 부피톤당 약 1∼2% 들어 있다. 상기 미립자의 크기는 극히 미세하며, 일반적으로 1∼2 마이크론(micron)이다. 또 공정이 격렬해질 수록 먼지량이 많아진다. 또한 먼지의 부피는 산소 연소율의 함수이며, 플럭스 분사 시에 가장 많은 먼지가 발생한다. 가스 흐름의 화학적성질은 공정 중에 발생되는 부하 및 생성 가스만큼 상당히 변하게 된다.

통상적으로 가스는 BOF공정 시에 정전집진기(BOF 건식유동계) 및/또는 고에너지의 벤튜리 스크러버(OG 습식공정계)에 의해 정제된다. 본 발명은 건식 또는 습식에 모두 사용할 수 있다.

일반적으로 습식 스크러버 플랜트는 급냉기(용기 또는 고정 스로트벤튜리), 및 가변 스로트벤튜리를 포함하는데, 여기에서 더러운 가스가 깨끗하게 되어 건조가스중 3g/㎥ 미만의 먼지가 배출된다.

약 1010℃의 온도로 후드부를 나온 가스는 급냉기를 지나면서 148℃ 미만으로 냉각된다. 이후 냉각된 가스는 분리엘보관으로 들어가는데, 엘보관에서는 고형물(solids)을 이송하는 물의 대부분은 가스 흐름과 분리된다. 이 흐름은 가변 스로트벤튜리시스템으로 들어가는데, 여기에서 오리프스의 치수를 조정하여 온도, 압력 및 가스속도를 변경함으로써 최적의 깨끗한 가스를 유지한다. 더러운 물은 다시 가스 흐름과 분리되고 선택적으로 가스냉각기로 들어간 후 출구팬에 도달하게 된다.

전기모터로 구동되는 강제환풍기는 가스를 스크러버 쪽으로 이동시켜 용광로 상부나 통풍구로 이동시킨다.

유인환풍기(IDF)는 전기모터로 구동되지 않는 것으로, 온도차, 연소된 가스의 농도 및 압력에 의한 시스템의 기하물리학적 작용에 의해 가스가 시스템으로부터 굴뚝으로 흡입되어 팬을 구동시키게 된다. 유인환풍기는 가스를 스크러버로부터 배출통풍구나 용광로 상부로 이송시킨다.

가스청정기(먼지포화기, 가스냉각기, 벤튜리 스크러버, 감습기)가 있음에도 불구하고, IDF에 도달하는 가스에는 아직도 일부 소형 입자가 포함되어 있어 부착물이 발생하고 장치에 문제를 야기할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

미입자가 팬날개에 충돌하게 되면 아직 깨끗한 상태인데도 마모가 되며 부착물이 쌓이게 된다. 사실 LD공정 중 산소를 포함하는 가스스크러빙시스템에서는 전로와 스크러버 사이에 강제환풍형 흡출장치가 있으나, 이 장치는 스크러버 하부와 굴뚝 상부로 유도하는 유도형이다.

팬날개에 형성된 비균질한 부착물로 인해 축이 진동하게 되고 다음과 같은 문제점이 발생한다:

- IDF의 효율감소;

- 예상치 못한 강플랜트 정지;

- 유지비용(날개 수동청소, 모래분사);

- 부품교체비용.

IDF와 통풍구로 들어가는 공기는 물로 적셔진다. 이로 인해 응축이 일어나게 되고 "수성매질"에서 발생하는 것과 같은 상대현상을 고려해야 한다.

현재, 가스내의 불순물에 의한 IDF의 오염문제를 해결할 수 있는 화학처리에 대해서 알려져 있지 않거나 이용되지 않고 있다. 현재 오염문제를 해결하기 위한 방법으로는 완전히 기계적인 방법으로 IDF를 정지시켜 손수 청소하는 방법이 있다. 팬날개는 모래송풍(샌드브라스팅)을 적용하기 쉽다.

또한 분순물오염은 강철공장, 주물공장, 및 발전소의 다른 시스템의 흡출팬에도 같은 문제를 야기할 수 있으며 본 발명은 여기에도 적용된다.

본 발명의 목적은 화학처리로 가스에 잔존하는 분순물로부터 야기될 수 있는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 양이온계면활성제를 팬 상부에 있는 집진기에 분사함으로써 상기 문제점을 해소하거나 적어도 상당히 줄일 수 있다는 것을 발견하였다.

도 1은 본 발명을 이해하기 위한 억제연소 BOF를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1. 전로 2. 가변후드

3. 산소창 4. 가스

5. 포화기 6. 물

7. 벤튜리 8. 가스

9. 데미스터 10. 굴뚝

11. 트랩 12. 가스개량기 쪽

13. 유량미터 14. IDF, 유인환풍기

15. 펌프 포화기 16. 펌프 벤튜리

17. 물 18. 벤튜리탱크

19. 디켄터

특히, 본 발명의 분야에서의 종래의 문제점을 해소하거나 적어도 줄이기 위하여 4급암모늄 또는 4급암모늄 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 4급암모늄은 하기의 화학구조식을 갖는다:

할로겐이온 -

식중, R₄= C₁₂∼C₁₄알킬, R₃/R₁= -CH₃, -C₂H₅, 또는 C₃H₇, 및

R₂= -CH₂-C₆H₅,

특히, 알킬디메틸 벤즈알코늄클로라이드, 또는

R₄= C₈∼C₁₈알킬기, R₁= -CH₃또는 C₈∼C₁₈알킬기, 및

R₂/R₃= -CH₃, -C₂H₅, 또는 C₃H₇,

특히, 디메틸디데실 암모늄클로라이드, 및 세틸트리메틸 암모늄브로마이드,

화학식 1의 화합물은 알킬벤질 이미도늄할로겐화물이다;

또는

할로겐 이온 -

식중, R= -CH₂-CH₂-OH, -CH₂-CH₂-NH₂, 또는 -(CH₂-CH₂-NH)nH,

및 Alk = -CH₃, -C₂H₅등의 알킬라디칼; 코코넛지방산 알킬라디칼; 쇠기름지방산 알킬라디칼; 등,

화학식 2의 화합물은 알킬벤질 이미도늄할로겐화물, 특히 2-메틸벤질이미도늄 클로라이드, 2-코코알킬-1-히드록시에틸-1-벤질이미다졸리늄 클로라이드, 및 2-탈로우알킬-1-히드록시에틸-1-벤질이미다졸리늄이다.

본 발명은 질소원자에 결합된 라디칼, 즉 알킬, 알킬아릴, 또는 에테로시클로(이미다졸리늄, 피리디늄 등)중 적어도 하나 이상을 가지며, 탄소원자 8∼18의 알킬사슬을 포함하는 하나 이상의 4급암모늄의 용도를 제공하는 것이다.

오염방지물(4급암모늄 또는 그 혼합물)은 액상, 특히 용액이 바람직하다. 이것이 가장 편리한 형태인데, 적절한 점도를 갖는 액상물은 용적식펌프, 예를 들어 피스톤급수펌프 등에 의해 시스템에 공급하기 용이하기 때문이다. 또 액상물을 시스템에 분사하는 지점은 흡출기 임펠러(팬) 바로 위의 연소 가스 덕트(duct)에다 하는 것이 가장 바람직하다. 액상물은 적절한 펌프와, 액적을 팬에 도달시키는 방식으로 액체를 에어로졸로 변환시키는 스프레이노즐과 적절한 펌프에 의해 가스 흐름에 분사한다.

조성물에는 4급암모늄 또는 혼합물이 전체 조성물 기준으로 15∼60중량%, 보다 바람직하게는 25∼45중량% 함유된다. 잔부는 물과 용매이다. 상기 용매로는 에틸렌글리콜, 이소부틸알코올, 또는 이소프로필알코올을 들 수 있으며, 또한 활성제가 액상매질에 분산되는 것을 방해하지 않는 한 다른 어떠한 것도 가능하다.

보다 바람직한 실시예에 있어서, 액상물은 활성성분 35.6%, 에틸렌글리콜 8% 및 물 56.4%를 함유하는 두개의 4급암모늄 혼합물이다. 특히, 본 실시예에서의 활성성분은 본 발명에 의한 두개의 4급암모늄 혼합물로, 염 A는 디메틸-디데실-암모늄클로라이드이고, 염 B는 2-코코알킬-1-히드록시에틸-벤질-이미다졸리늄클로라이드이며, A+B는 A 100%, B 0%에서 A 0%, B 100%까지 변화될 수 있다.

본 발명에 의한 액상물, 특히 바람직한 실시예에 의한 액상물에 있어서, 액상물의 권장량은 가스 1,000N㎥당 1∼100g이고, 활성성분은 가스 1,000N㎥당 1∼36g이다. 최적의 바람직한 양은 각각 가스 1,000N㎥당 15∼30g, 가스 1,000N㎥당 5∼11g이다.

그러나, 본 발명에 있어서, 안정한 용액을 얻기 위해 적합한 것이면 어느 용매나 혼합용매도 사용할 수 있다.

용액형태로의 물질투입량은 용액중 활성성분량의 한 요소로 지적된 만큼 1회 투여량 범위에 비례한다는 것은 자명할 것이다.

본 발명의 출원분야를 보다 잘 이해하기 위해서, 참고로 억제연소 BOF를 나타낸 도면을 도시하였으나 이에 한정된 것은 아니다. 그러나 이 도면은 발명의 범위에 어떠한 영향도 미치지 않는 단지 일예에 불과하다.

다량의 미립자가 가스를 오염시키는 만큼 강플랜트(산소전로) 또는 용광로의 연소가스흡출기는 중요한 작용을 한다. 강플랜트 가스, 예를 들어 산소전로에서 방출된 가스는 특히 고형 입자가 많이 들어 있다. 이로 인해 산소창에서 매우 거친 소리가 난다.

미립자는 원재료의 특성에 좌우되는데, 그 중에서 금속조각의 성질은 중요한 역활을 한다. 이 금속조각은 내부 또는 외부 재순환시에 나오기 때문에 전기도금강 조각이 비교적 다량 존재하는 경우 산화아연과 같은 다른 불순물을 포함할 수 있다.

어떠한 경우에도 잔류 미립자에 의한 문제점이 있다는 것을 주목해야 하며, 통상적으로 상부에 위치한 흡출기는 플랜트에 의해 깨끗해진 다량의 가스를 이동시킨다. 가스는 정전집진기나 습식 스크러버시스템(가스를 스크러빙하는 벤튜리시스템)으로 정화된다.

용광로 가스나 "억제연소" 산소전로에서 나온 가스에는 발열량을 가지고 있는데, 이러한 가스는 연료로 사용하기 적합하도록 하기 위해 정제되어야 한다.

클리닝플랜트 후에 IDF는 가스를 가스개량기로 보낸다.

가스가 산소의 완전 연소 시와 같은 발열량을 가지고 있지 않으면 IDF는 가스를 굴뚝으로 보낸다. 억제연소 BOF를 나타내는 도면을 보면, 여러 단계의 공정에 따라 흡출기가 적당량의 가스를 굴뚝이나 가스개량기로 보낼 수 있다는 것을 알 수 있다.

완전연소 산소강플랜트에서의 습식 스크러버의 목적은 대기를 공기오염관련법안에 따라 회복시킬 정도의 수준까지 가스를 정제하기 위한 것이다.

가스를 스크러빙한 후, 가스 부피를 감소시켜 흡출기 부피 및 동력소비를 줄이기 위해 수냉시킨다.

고안된 활성제, 조성물 및 그 용도는 본 발명의 개념 범위내에 있는 한 여러가지 변형 및 변화가 가능하며, 상세한 설명은 다른 기술적으로 동일한 것으로 대체될 수 있을 것이다.

본 발명의 결과는 하기의 실시예에 따라 보다 잘 이해될 것이나, 이것은 단지 일예에 불과한 것으로 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

비교예

이탈리아 남부의 대규모 강플랜트의 IDF현황을 다음 항목에 따라 정의하였다:

A. IDF 수명: 3년, 주물 23,000개

B. IDF 비용: 년간 $ 43,000;

C. 년간 샌드브라스팅 5개(주물 1,500개당 하나), 년간 $ 4,000 소비.

D. 과도한 진동에 의한 예기치 않은 정지에 따른 생산손실, 년간 주물 5개; 년간 $ 23,000 소비.

실시예 1

본 발명을 비교예에 따른 IDF에 사용함으로써 IDF 항목이 다음과 같이 바뀌었다:

A'. IDF 수명: 6년

B'. IDF 비용감소: 년간 $ 21,500;

C'. 주물 3,000개당 하나로 샌드브라스팅 감소, 년간 $ 2,000 비용절감.

D'. 생산손실 없음

실시예 2

본 발명을 IDF에 사용함으로써 다음과 같이 절감되었다:

- 가스흡출기 청소 = 년간 5,000만달러

- 가스흡출기의 샌드브라스팅 = 년간 1,600만달러

- 흡출기 균형잡기 = 년간 1억달러

총 년간 16,600만달러 절감.

이에 따라 화학처리비용(예를 들어, 본 발명)이 줄어들게 된다.

상기한 기술적 특징은 참조부호 다음에 나오는데, 이들 참조부호는 단지 청구범위의 이해를 돕기위한 것이며, 이러한 참조번호는 실시예 대신에 참조번호와 동일한 각 구성요소를 해석하는데 있어 어떠한 영향도 미치지 않는다.

본 발명에 의한 유인환풍기용 오염방지제인 양이온 계면활성제는 가스내의 불순물에 의한 IDF의 오염문제를 화학적인 방법에 의해 처리할 수 있게 하고, 아울러 IDF의 수명의 연장, 유지 비용의 절감 등의 효과를 수반한다.

Claims

알킬, 알킬아릴, 또는 에테로시클로로 이루어진 군으로부터 선택되며 탄소원자 8∼18개의 알킬사슬을 포함하고 질소원자에 결합되는 적어도 하나 이상의 라디칼을 갖는 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하며, 상기 적어도 하나 이상의 4급암모늄은 조성물 전체를 기준으로 15∼60중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 하는 조성물.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 4급암모늄은 조성물 전체를 기준으로 25∼45중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 식(Ⅰ)의 4급암모늄들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물:

X^-

식중, X^-= 할로겐이온

R₄= C₁₂∼C₁₄알킬, R₃/R₁= -CH₃, -C₂H₅, 또는 C₃H₇, 및

R₂= -CH₂-C₆H₅.
제1항 또는 제2항에 있어서, 식(Ⅰ)의 4급암모늄들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물:

X^-

식중, X^-= 할로겐이온

R₄= C₈∼C₁₈알킬기, R₁= -CH₃, 또는 C₈∼C₁₈알킬기, 및 R₂/R₃= -CH₃, -C₂H₅, 또는 C₃H₇.
제1항 또는 제2항에 있어서, 식(Ⅱ)의 4급암모늄들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물:

X^-

식중, X^-= 할로겐 이온

R= -CH₂-CH₂-OH, -CH₂-CH₂-NH₂, 또는 -(CH₂-CH₂-NH)nH,

및 Alk = 알킬라디칼, 코코넛지방산 알킬라디칼 및 쇠기름지방산 알킬라디칼.
제3항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 염은 알킬디메틸 벤즈알코늄클로라이드인 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제4항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 염은 디메틸 데실 암모늄클로라이드인 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제4항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 염은 세틸트리메틸 암모늄브로마이드인 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 염은 2-메틸벤질 이미도늄클로라이드인 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 염은 2-코코알킬-1-히드록시에틸-1-벤질이미다졸리늄 클로라이드인 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 염은 2-탈로우알킬-1-히드록시에틸-1-벤질이미다졸리늄 클로라이드인 적어도 하나 이상의 4급암모늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서, 4급암모늄, 디메틸디데실암모늄 클로라이드 및 2-코코알킬-1-히드록시에틸-1-벤질이미다졸리늄 클로라이드로서 활성성분 35.6%, 용매 8%, 및 물 56.4%를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
액상 형태의 적어도 하나 이상의 4급암모늄이 함유되는 것을 특징으로 하는 조성물.
연소가스를 강플랜트설비로부터 흡출하기 위한 유인환풍기가 구비된 플랜트에 오염방지제로서 사용되는 것인 전기 항중 어느 한 항 기재의 조성물의 용도.
제14항에 있어서, 상기 오염방지제는 팬 바로 위의 가스흐름에 분사되는 것을 특징으로 하는 조성물의 용도.
제15항에 있어서, 적어도 하나 이상의 4급암모늄의 사용량은 가스 1,000N㎥당 1∼36g인 것을 특징으로 하는 조성물의 용도.
제14항 또는 제15항에 있어서, 조성물 사용양은 가스 1,000N㎥당 1∼100g인 것을 특징으로 하는 조성물의 용도.