KR20070028797A

KR20070028797A - 보일러용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법

Info

Publication number: KR20070028797A
Application number: KR1020050083154A
Authority: KR
Inventors: 최동진; 최성용; 신정주
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-13

Abstract

본 발명은 보일러용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카보하이드라자이드에 휘발성이 서로 다른 2종 이상의 휘발성아민 화합물을 사용하고 물을 잔부로 포함하여 안정한 조성물을 형성하는 보일러용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.

상기 보일러용 수처리제 조성물은 휘발성이 서로 다른 아민 화합물을 사용함으로써 저장 안정성이 우수하고, 보일러수에 대한 용존산소 제거 효과가 뛰어나며, pH 조절이 용이하여 보일러 시스템에서 발생 가능한 부식 관련 문제점들을 보다 효과적으로 해결할 수 있다.

수처리, 카보하이드라자이드, 휘발성 아민

Description

보일러용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법{WATER TREATMENT COMPOSITION FOR BOILER AND WATER TREATMENT METHOD USING THE SAME}

[산업상 이용 분야]

본 발명은 보일러용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휘발성이 서로 다른 아민 화합물을 사용함으로써 저장 안정성이 우수하고, 보일러수의 용존 산소 제거 효과가 뛰어나며, pH 조절이 용이하여 보일러 시스템에서 발생 가능한 부식 관련 문제점들을 보다 효과적으로 해결할 수 있는 보일러용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

보일러 시스템은 보일러수를 필요로 하는 각종 산업용 설비 또는 보일러수를 난방용으로 사용하는 건물 등에 사용되고 있으며, 그 보일러 시스템을 구성하고 있는 재질은 대부분 금속이다.

일반적으로 금속은 산화물 상태로 존재하던 것을 재련이라는 과정을 통해 만든 물질이므로, 열역학적으로 더 안정한 산화물 상태로 되돌아가려는 성질이 매우 강한 특성을 지니고 있다.　 따라서 이러한 금속으로 제조된 보일러 배관에 부식이 발생하는 것은 지극히 자연적인 현상이다.

전기전도체인 금속이 이온 전도체인 전해질과 접촉하게 되면 전위차로 인해 금속표면에 양극과 음극이 형성되고, 이에 따라 보일러 배관에 부식 및 스케일이 생성된다.　 생성된 부식 및 스케일은 보일러수의 원활한 순환을 방해하여 보일러의 열효율을 저하시켜 경제적 손실이 커질 뿐만 아니라, 심하면 배관이 파열되는 심각한 상황을 초래하기도 한다.

특히, 보일러수에 용존산소가 포함되어 있으면 부식속도는 더욱 빨라지게 된다.

또한, 각종 보일러 시스템에서 발생하는 스팀은 다시 응축되어 보일러수로 재활용되는데, 응축과정에서 이산화탄소가 함유되어 응축수의 pH가 낮아지기 때문에 응축부위의 부식 현상을 더욱 가속화시킨다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 보일러수에 함유된 용존산소를 제거하는 탈산소제, 및 이산화탄소에 의한 보일러수의 pH 하락을 중화시킬 수 있는 응축수 처리제에 대한 연구가 이루어져 왔으며, 현재 산업체 현장에서 탈산소제와 응축수 처리제가 널리 사용되고 있다.

탈산소제로는 아황산나트륨, 하이드라진, 하이드로퀴논 등이 사용되고, 응축수 처리제는 휘발성아민 화합물이 사용되어 왔다(미국특허 제5,094,814호).　 또한, 하이드록시아민 유도체를 이용한 탈산소제(미국특허 제4,067,690호), 및 지방족 하이드록시카르복실산(미국특허 제5,169,563호) 등이 사용되어 왔다.

그러나 상기와 같은 종래의 수처리제 조성물들은 각각 따로 투입해야 하는 불편함이 있고, 아황산나트륨은 용존산소 제거 후 염이 생성되어 스케일을 유발할 수 있으며, 하이드라진은 발암물질로 규정되어 있어 인체에 유해한 문제점이 있다.　 또한 적정농도의 하이드로퀴논을 적용한 보일러수는 색상이 검게 짙어져 수질 분석의 정확성을 떨어트려 보일러 시스템의 진단을 어렵게 하는 문제점이 있다.

특히, 카보하이드라자이드를 단독으로 이용한 수처리제 조성물은 저장안정성이 떨어지기 때문에 저장기간이 변함에 따라 조성물의 pH가 변할 수 있으며, 초기 조성물과 비교하여 변색이 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 수처리제 조성물의 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 보일러수에 대한 용존산소 제거 효과가 뛰어나며, pH 조절이 용이한 보일러용 수처리제 조성물을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 보일러용 수처리제 조성물의 안정화 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 상기 보일러용 수처리제 조성물을 이용한 수처리 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카보하이드라자이드, 아민 화합물 및 물을 포함하는 보일러용 수처리제 조성물에 있어서, 상기 아민 화합물이 휘발성이 서로 다른 2종 이상의 휘발성아민 화합물인 것인 보일러용 수처리제 조성물을 제공한다.

상기 휘발성 아민 화합물로는 몰포린, 디에틸에탄올아민 및 싸이클로헥실아민이 있으며, 이들로 이루어진 군으로부터 2종 이상 선택하여 사용하여 보일러용 수처리제 조성물을 안정화한다.

또한 본 발명은 상기 조성물의 농도가 보일러수에 대하여 0.001 내지 500,000 ppm이 유지되도록 보일러 배관에 투입하여 금속 부식을 억제하는 수처리 방법을 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 수처리제 조성물은 카보하이드라자이드와 휘발성이 서로 다른 휘발성아민 화합물과 물을 포함한다.

먼저, 카보하이드라자이드는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로, 보일러수 내에 존재하는 용존산소를 제거함으로써 금속 재질의 보일러 배관에서 발생하는 부식을 억제하는 역할을 한다:

상기 카보하이드라자이드는 저장 안정성이 낮은 단점이 있으나, 본 발명에서는 전체 수처리제 조성물 내 카보하이드라자이드의 적정함량을 조절하여 용존산소의 제거효과를 최대화함과 동시에 저장 안정성을 증가시킨다.

바람직하기로, 상기 카보하이드라자이드의 함량은 수처리제 조성물에 대하여 0.1 내지 50 중량%, 더욱 바람직하기로는 0.2 내지 45 중량% 내에서 사용한다. 만 약, 사용 함량이 상기 범위 미만이면 용존산소 제거 효과가 저하되고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 저장 안정성이 저하되어 pH가 변화하고, 초기 조성물과 비교하여 변색이 되는 문제점이 발생한다.

특히 본 발명은 수처리제 조성물에 휘발성이 서로 다른 휘발성아민 화합물을 사용함에 따라 카보하이드라자이드로부터 야기될 수 있는 pH 변화를 억제하여 조성물의 안정성을 향상시킨다.

휘발성아민 화합물에 의한 pH 조절 효과는 휘발성아민의 기체/액체 비율(V/L distribution ratio) 및 염기도(pH 중화능력)에 따라 다르게 나타나며, 구체적으로 휘발성아민 화합물의 기체/액체 비율이 클수록 휘발성이 크고, 염기도가 클수록 pH 상승 효과가 크다.

사용 가능한 휘발성아민 화합물은 휘발성이 서로 다른 몰포린, 디에틸에탄올아민, 및 싸이클로헥실아민으로 이루어진 군으로부터 2종 이상 선택되는 것이 바람직하며, 몰포린과 디에틸에탄올아민, 몰포린과 싸이클로헥실아민, 디에틸에탄올아민과 싸이클로헥실아민의 조합 또는 3종류의 휘발성아민 화합물이 동시에 사용될 수 있다.

이러한 휘발성아민 화합물의 기체/액체 비율 및 염기도를 하기 표 1에 나타내었다.

구　　　 분	V/L distribution ratio	염기도 (K_b× 10⁶)
구　　　 분	V/L distribution ratio	25℃	150℃	170℃
몰 포 린	0.4 : 1	3.4	4.9	3.8
디에틸에탄올아민	1.7 : 1	68.0	11.3	9.2
싸이클로헥실아민	4.0 : 1	489.0	61.0	32.0

상기 휘발성아민 화합물의 함량은 수처리제 조성물에 대하여 0.1 내지 80 중량%가 바람직하고, 0.2 내지 75 중량%가 더욱 바람직하다.　 더욱 상세하게는 전체 조성물 100 중량%에 대해, 몰포린 0.1 내지 80 중량%, 디에틸에탄올아민 0.1 내지 50 중량%, 또는 사이클로헥실아민 0.1 내지 50 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 수처리제 조성물의 저장 안정성 효과를 증대시키지 못하고 보일러수의 pH 조절효과가 저하되며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 휘발성 아민 화합물 자체의 휘발성으로 인하여 수처리제 조성물의 대량 생산시 작업상 어려움이 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 수처리제 조성물은 휘발성이 서로 다른 휘발성아민 화합물을 2종 이상 선택 사용하여 냉각탑, 열교환기, 각종 보일러 배수관에 투입하여 수처리에 사용한다. 특히, 공정의 길이가 매우 길거나 복잡한 구조를 갖는 보일러 시스템의 초기, 중기, 및 말기의 모든 응축부분에서 효과적인 pH 조절이 가능하다.

이러한 수처리시 수처리제 조성물의 농도는 상기한 효과를 충분히 얻기 위해 보일러수에 대하여 0.001 내지 500,000 ppm인 것이 바람직하다. 만약 수처리제 조성물의 농도가 상기 범위 미만이면 금속 부식 억제 기능이 미미하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 투입한 수처리제 조성물의 농도에 비례하여 효과가 증가하지 않아 경제적이지 못한 문제점이 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.

특히 카보하이드라자이드 및 휘발성아민 화합물의 함량범위를 보일러 시스템의 특성에 맞게 조절하여야 효과적인 수처리가 가능해진다. 일 예로 보일러 시스템에 탈기기가 있는 경우에는 카보하이드라자이드의 함유량을 낮추는 것이 바람직하고, 응축수의 초기, 중기, 말기의 보호 중요도에 따라 휘발성아민 화합물의 함량과 종류를 다르게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수처리제 조성물을 이용하여 보일러수를 처리함으로써 보일러수 내의 용존산소를 완전히 제거하고, 응축부분의 모든 영역에서 응축수의 pH를 8.5 내지 9.5로 유지시켜 보일러 배관에 생성되는 부식 및 스케일을 방지하여 보일러수의 순환을 원활하게 한다. 이에 따라 보일러의 열효율을 상승시킬 뿐만 아니라 보일러의 수명을 증가시킨다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 1 ~ 3　 및　 비교예 1 ~ 3

하기 표 2와 같은 조성과 함량을 가지는 실시예 1 ~ 3, 및 비교예 1 ~ 3의 보일러용 수처리제 조성물을 각각 제조하였다.

성　　　 분	함　 량　 (중량%)
성　　　 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
카보하이드라자이드	6.5	10	15	6.5	-	-
몰　 포　 린	10	10	20	-	-	10
디에틸에탄올아민	5	-	20	-	-	-
싸이클로헥실아민		10	10	-	-	-
물	잔부	잔부	잔부	잔부	100	잔부

[ 실험예 ]

실험예 1 :　 수처리제 조성물의 안정성 실험

상기 실시예 1 ~ 3, 및 비교예 1에 대하여 조성물의 pH 및 색상 변화(초기값과 10일 경과 후 값 비교)를 측정하였다.

조성물의 pH 및 색상 변화가 없는 것을 안정한 조성물로 판단하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

(수처리제 조성물의 안정성 실험 결과)

구분	실시예 1		실시예 2		실시예 3		비교예 1
구분	초기값	10일 후	초기값	10일 후	초기값	10일 후	초기값	10일 후
조성물 pH	10.8	10.8	11.8	11.8	12.4	12.4	7.8	9.3
조성물 색상	무색	무색	무색	무색	무색	무색	무색	분홍색

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ~ 3의 수처리제 조성물은 비교예 1에 비하여 pH 및 색상의 변화가 없어 안정성이 우수함을 알 수 있다.

실험예 2 :　 용존산소 제거 효과 실험

하기 표 4에 나타낸 수질조건을 갖는 테스트용 보일러수에 대하여 상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3의 수처리제 조성물을 100 ppm의 농도로 유지되도록 한 후 보일러수의 용존산소 제거 효과를 실험하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

(테스트용 보일러수의 수질조건)

수질 분석 항목	분석 수치
pH	5.8
전기 전도도 (μS/㎝)	0.5
칼슘 경도 (ppm, as CaCO₃)	0
염소이온 (ppm, as Cl)	0
실리카 (ppm, as SiO₂)	0
용존산소 (ppm, as O₂)	4

(용존산소 제거 효과 실험 결과)

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
용존산소 (ppm)	0.005	0.002	0	0.005	4	4
제거율(%)	99	99	100	99	0	0

상기 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ~ 3의 수처리제 조성물은 우수한 용존산소 제거 효과를 나타내었다.　 반면에, 비교예 2와 3 은 용존산소 제거가 전혀 이루어지지 않았으며, 비교예 1는 양호한 결과를 보였으나 상기 표 3에 나타난 바와 같이 조성물의 안정성이 실시예들에 비해 미흡하다는 것을 알 수 있다.

실험예 3 :　 pH 조절 효과 실험

상기 표 4에 나타낸 수질조건을 갖는 테스트용 보일러수에 대하여 상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3의 수처리제 조성물을 100 ppm의 농도로 유지시킨 후 응축수를 포집하여 pH 조절 효과를 실험하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

(pH 조절 효과 실험 결과)

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
응축수 pH	8.9	9.1	9.4	5.8	5.8	8.8

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ~ 3의 수처리제 조성물은 우수한 pH 조절 효과를 나타내었다.　 반면에, 비교예 1과 2의 수처리제 조성물은 실시예들에 비해 pH 조절 효과가 떨어졌으며, 비교예 3은 양호한 결과를 보였으나 상기 표 5에 나타난 바와 같이 용존산소 제거 효과가 실시예들에 비해 미흡하다는 것을 알 수 있다.

한편, 실시예 3은 휘발성이 서로 다른 세종류의 휘발성아민 화합물을 사용함에 따라 두종류의 휘발성아민 화합물을 사용한 실시예 1에 비하여 pH 조절효과가 우수하며, 초기, 중기, 말기 전 응축부위의 pH 조절이 가능하여 매우 길거나 복잡한 구조의 보일러 시스템에서도 그 효과를 나타낼 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러용 수처리제 조성물은 저장 안정성이 우수하고, 보일러수에 대한 용존산소 제거 효과가 뛰어나며, pH 조절이 용이하여 상기 조성물을 이용한 수처리 방법을 통해 보일러 시스템에서 발생 가능한 부식 관련 문제점들을 보다 효과적으로 해결할 수 있다.

Claims

카보하이드라자이드, 아민 화합물 및 물을 포함하는 보일러용 수처리제 조성물에 있어서,

상기 아민 화합물이 휘발성이 서로 다른 2종 이상의 휘발성아민 화합물인 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 휘발성아민 화합물은 몰포린, 디에틸에탄올아민 및 싸이클로헥실아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 2항에 있어서,

상기 몰포린은 전체 조성물에 대하여 0.1 내지 80 중량%로 포함하는 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 2항에 있어서,

상기 디에틸에탄올아민은 전체 조성물에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 포함하는 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 2항에 있어서,

상기 싸이클로헥실아민은 전체 조성물에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 포함하는 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 카보하이라자이드는 전체 조성물에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 포함하는 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 물은 전체 조성물에 대하여 잔부로 포함하는 것인 보일러용 수처리제 조성물.
제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 보일러용 수처리제 조성물을 보일러수에 대하여 0.001 내지 500,000 ppm의 농도를 유지하도록 첨가하는 보일러 수처리 방법.
카보하이드라자이드를 포함하는 보일러용 수처리제 조성물에

휘발성이 서로 다른 몰포린, 디에틸에탄올아민 및 싸이클로헥실아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 휘발성아민 화합물을 2종 이상 혼합하여 사용하는 보일러용 수처리제 조성물의 안정화 방법.