KR20240007756A - 소포성 수산화마그네슘 현탁액 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a) 현탁액의 총 중량에 대하여 적어도 40 중량%의 수산화마그네슘 입자; b) 수산화마그네슘의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%의 적어도 하나의 분산제 및 c) 현탁액의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%의 적어도 하나의 소포제를 포함하는 수성 수산화마그네슘 현탁액에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 선상 습식 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템에서의 가스 세척수의 처리, 도시 또는 산업 폐수 처리 설비에서, 산업적 변형 공정, 또는 발효 또는 호흡 프로세스를 수반하는 바이오프로세스에서, 또는 제지 공정 또는 농업에서의 폐수 처리를 위한 이러한 수성 현탁액의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 수산화마그네슘의 현탁액 및 이의 용도에 관한 것으로서, 특히 농업, 식품 산업, 섬유, 잉크 및 코팅제, 윤활제, 제지 산업, 생명공학, 및 물 및 가스 처리 산업과 같은 알칼리제의 사용을 필요로 하고 발포 문제가 발생하는 산업 공정에서, 보다 구체적으로는 도시 및 산업 폐수의 처리 분야 또는 산업 공정에서 공정 용수 또는 세척수의 처리 분야에서의 용도에 관한 것이다. 이는 특히 습식 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템(semi-wet flue gas desulfurization system)에서의 가스 세척수(gas washing water) 처리 분야 및 도시 또는 산업 폐수 처리 설비(plant)에서, 특히 폭기(정화, 질화/탈질화 등), 생물학적 미생물(인 제거, 생물학적, 메탄화 등) 또는 중합체 또는 소독제와 같은 화학 제품의 첨가를 수반하는 단계에서 폐수 처리 분야에 관한 것이다. 이 현탁액의 다른 응용 분야는, 예를 들면, 산업적 변형 공정이거나 발효(포도주 양조, 맥주 생산 등) 또는 호흡 프로세스를 수반하는 바이오프로세스(bioprocess)이다. 마지막으로, 이 현탁액은 종이의 생산 동안, 종이 펄프의 생산에서부터 이의 표백 단계까지 공정으로부터의 폐수의 처리 또는 심지어 폐수의 재활용을 위한, 특히 잉크 제거 단계 동안의 폐수의 처리를 포함하는 종이를 제조하는 모든 단계에서 잠재적으로 사용될 수 있다.
선행 기술은 수산화마그네슘 현탁액의 제형 및 용도의 다양한 예를 포함한다. 이들은 일반적으로 현탁액의 단위 중량 당 약 40 내지 65 중량%의 작은 입자에 집중된 현탁액이다. 현탁액을 제형화하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 선행 기술에서는 두 가지 주요 제조방법이 두드러진다: 수중 Mg(OH)2(또는 이전에 수화된 MgO)의 고체 입자의 현탁, 또는 Mg(OH)2가 마그네슘염으로부터 직접 침전되는 방법.
수산화마그네슘 현탁액은, 예를 들면, 산업용 산 배출의 중화, 종이 펄프의 표백 동안 폐수 또는 가스 세척 공정 용수 등의 처리시 pH 조정과 같이 많은 응용 분야에서 알칼리 또는 알칼리성 제제(염기성 물질)로서 사용된다. 분말 제품을 사용하는 경우와 달리 현탁액을 사용하면 몇 가지 장점이 있다. 그 중 취급(투여, 운송)이 더 용이하고 최종 사용자의 현장에서 제형화된 제품에 비해 일정한 기능을 가진 제품을 사용할 수 있다는 보장이 있다.
수산화마그네슘 현탁액의 성능은 반응성 및 안정성이라는 두 가지 주요 기준에 비추어 판단된다. 이 두 매개변수는 본질적으로 전구체의 특성과 현탁액의 물리화학적 매개변수에 직접적인 영향을 미치는 현탁액의 제조 방법과 관련이 있으며, 가장 중요한 매개변수는 고형분의 농도와 크기, 모양 및 입자 다공성이다.
수산화마그네슘 현탁액의 반응성은 제품의 단위 중량당 활성 부위 수와 비교할 수 있으며 더 넓게는 분말의 비표면적(SSA)과 비교할 수 있다. 일반적으로, 이는 역학적 접근 방식의 범주 하의 반응성에 관한 것이다. Mg(OH)2는 본질적으로 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 위의 모든 응용 분야에서 현탁액에 대한 높은 반응성이 요구된다.
수산화마그네슘 현탁액의 안정성은 몇 가지 하위 기준을 포함하며, 상기 기준은 거의 독점적으로 이의 구현, 이의 용도 및 제조, 포장, 운송, 흐름, 펌핑 등을 포함한 이의 취급과 관련이 있다. 문헌은 현탁액의 점도 수준이 교반(침전 없이 현탁액의 유지, 재균질화, 재현탁) 및 이동(파이프 라인에서의 운송, 펌핑)이 촉진 되는 정도일 때 현탁액을 펌핑할 수 있다고 지시한다. 경험적으로, 펌핑할 수 있는 수산화마그네슘 현탁액이라고 불리는 수산화마그네슘 현탁액은 용이하게 펌핑할 수 있도록 동점도(1.7 s-1에서 20 ℃에서 Brookfield 점도계를 사용하여 측정)가 1,000 mPa.s 미만, 바람직하게는 700 mPa.s 미만인 것으로 확인되었다.
따라서, 현탁액의 유변학적 안정성은 일반적으로 점도 값으로 감소된다. 일반적으로, Mg(OH)2 현탁액의 점도는 현탁액의 건조 물질 농도가 증가함에 따라 증가하며, Mg(OH)2 입자의 크기가 감소하고 이의 비표면이 증가한다.
일반적으로, 수산화마그네슘 현탁액의 점도는 고체 농도가 40 중량% 미만으로 유지될 때 증가하지 않는다. 이 경우 현탁액은 뉴턴 유체처럼 거동한다. 그러나, 점도 수준은 수산화마그네슘 입자를 현탁액 중에 유지하기에 충분하지 않다. 그런 다음 현탁액이 매우 빠르게 이동하고 컨테이너 바닥에 입자 층이 형성된다. 이 침전물은 사용된 입자가 미세하고 반응성이 높기 때문에 훨씬 더 서로 밀착하고 분산하기 어렵다. 이러한 결과는 현탁액이 이후 사용할 수 없게 되기 때문에 불가능하다.
건조 물질의 농도가 40 중량%를 초과하면 점도가 갑자기 증가하여 점탄성 또는 Bingham 거동을 하는 비뉴턴 전단 박화 및 틱소트로픽 유체가 생성된다. 이러한 현탁액의 거동은 그 안에 3D 구조가 존재하는 것과 관련이 있다. 이를 제자리에 놓으면, 이는 입자가 너무 빨리 침전되지 않도록 충분한 점도를 보장한다. 그런 다음, 이 구조는 흐르게 하기 위해 재료의 임계 응력보다 큰 기계적 응력의 인가에 의해 파괴된다. 이러한 변환은 가역적이다.
그러나, 광물 부하가 계속 증가하면, 고체와 액체 담체 간의 상호 작용도 생성된 3D 구조가 더 이상 마음대로 파괴 및 구조화될 수 없는 단계까지 계속 증가한다. 그런 다음, 형성된 제품은 매우 점성이 높아 사용할 수 없게 된다. 유변학적 거동의 이러한 변화는 강한 전단 응력을 가함에도 불구하고 현탁액을 교반하고 운반할 수 없는 것을 포함하여 수많은 기술적 단점의 원인이다.
건조 물질의 양을 증가시킬 때 이러한 효과를 감소시키기 위한 분산제(dispersant)의 첨가는 선행 기술에서 잘 알려진 관행이다. 분산제를 첨가하면 고체 입자 간의 상호 작용이 감소하여 점도가 감소한다. 특허 출원 US2017/0225961에는 수산화마그네슘 현탁액에 대해 특히 기능성인 분산제의 목록이 개시되어 있다. 이러한 분산제는 점도를 낮추므로 높은 점도 값과 관련된 부정적인 영향을 줄여 현탁액이 흥미로운 유변학적 특성을 회복할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 상기 분산제는 현탁액 제형에 사용되는 주요 유변학적 첨가제이다.
특정 경우에는 저속 구배에서 점도를 높이기 위해 비회합 겔화제 또는 증점제를 첨가할 수도 있다. 이러한 첨가 후 매체에 제공되는 특성은, 예를 들면, 악화된 전단 박화 및 틱소트로픽 거동 및 더 큰 흐름 임계값이다. 이러한 첨가제의 장점은 높은 구배 효과가 없다는 것이다. 이들은 종종 저장 안정성을 향상시키는 데 사용된다. 이러한 제제 중 셀룰로오스 유도체, 크산탄 검, 알기네이트, 폴리 비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 폴리옥시에틸렌(POE), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 아크릴계 (공)중합체(ASE) 계열의 특정 구성원을 찾을 수 있다.
제형에 이러한 제제를 첨가하면 새로운 복합 용매/입자, 입자/입자, 입자/제제, 제제/제제, 제제/용매 상호작용 메커니즘이 발생한다. 따라서, 최적의 용량을 결정하는 것은 일반적으로 신중한 실험에 의거한 작업이다. 그런 다음, 현탁액은 연속적인 조작 중에 발생할 수 있는 유변학적 변화와 관련하여 평형을 이루고 안정적이라고 한다. 특히, 특정 현탁액에서 관찰되는 에이징(ageing) 현상에 덜 민감하다.
실제로, 수산화마그네슘 현탁액의 에이징은 일반적으로 입자의 비표면적 또는 결정계의 변화뿐만 아니라 입자 침전도 이끄는 입자의 재응집과 관련이 있다. 수산화마그네슘 현탁액의 안정성은 일반적으로 시간이 지남에 따라 평가된다. 에이징에 크게 의존하지 않는 현탁액은 시간이 지남에 따라 점도가 거의 변하지 않는다.
현탁액의 에이징은 정지 상태(휴지기), 동적 상태(교반기) 또는 혼합 상태(휴지-교반 교대)에서 발생할 수 있다. 정지 상태에서의 에이징은 일반적으로 건조 물질 농도가 더 높은 입자 생성 영역의 크기에 따라 다소 빠른 침전을 특징으로 한다.
현탁액의 에이징 단계는 일반적인 산업 관행(저장 및 운송 주기의 교대)을 반영한다. 이러한 단계에서 교반은 제품 최적화에 해로운 침전을 방지한다. (이전에 정의된 조건에서) 현탁액이 더 안정적일수록 이 현탁액이 침전을 보상하는 데 필요한 에너지가 줄어든다. 또한, 현탁액의 안정성이 향상되면 난류가 낮은 영역, 특히 펌프의 캐비티 또는 유압 경로에서 만나는 굴곡부에서 막힐 위험이 줄어들 것이다.
결론적으로, 높은 반응성 및 안정성을 갖는 수산화마그네슘 현탁액의 제형은 특히 원료 및 첨가제의 선택, 이들의 양, 이들의 첨가 순서 및 현탁 동안 적용되는 모든 물리적 처리(교반, 분쇄, 희석 등)의 관점에서 상기 현탁액의 제형을 완벽하게 제어할 것을 요구한다. 이러한 작업의 결과는 화합물의 생산 후 첨가와 관련된 모든 교란이 이러한 평형을 방해하고 제품의 반응성 및/또는 안정성 성능을 감소시킬 수 있는 평형 현탁액이다.
발포 문제는 업계에서 자주 발생한다. 여기서 발생하는 발포체는 상이한 성질(수성, 유기 또는 생물학적 성질)일 수 있다. 모든 경우에 액체에 기포(O2, CO2, 공기 등)가 분산되는 것이 특징이다. 표면에 새로운 기포의 도착과 이들의 지속 사이의 균형은 기포의 축적이 가능한 지 여부와 발포체의 형성이 가능한 지 여부를 결정한다. 이러한 발포체의 지속성은 기포를 서로 분리하는 가스/액체 계면의 안정성에 의해 조절된다. 열역학적으로 발포체는 불안정하다. 다른 한편으로, 이들은 주어진 기간 동안 준안정일 수 있다. 발포체의 안정성에 직접적인 영향을 미치는 요인은 다음과 같다:
A - 중력에 의한 기포 표면의 배수;
B - 기포를 통한 가스 확산;
C - 거품 사이의 인력 및 반발력의 균형;
D - 가스/액체 계면 내에서 모세관에 의한 액체 수송.
특정 화합물은 발포체의 지속 시간을 증가시키는 능력이 있다. 이를 발포제(foaming agent)라고 한다. 이러한 제제는 상이한 물리화학적 성질을 가질 수 있다. 발포제에는 3가지 주요 계열이 있다.
- 계면활성제는 일반적으로 친수성 극성 헤드와 소수성 극성 테일로 구성된 분자이다(A, B, C 및 D에 대해 작용).
- 거대 분자는 중합체 또는 유기 분자일 수 있으며, 이들은 일반적으로 전해질 또는 점도 조절제로서의 역할로 A 및 C에 작용한다.
- 고체 입자는 액체의 표면 장력을 감소시켜 발포체의 안정화에 기여할 수 있다. 가스, 액체 및 고체 입자의 조합은 거품을 발생시킨다. 입자는 가스/액체 계면에 부착되어 발포체 또는 거품의 유착(기계적 교반, 압축 공기 주입 등)으로 이어질 수 있는 파괴력에 대한 강화에 기여한다. 또한 계면의 배수를 줄여 발포체의 안정화에 더욱 기여한다.
발포 문제는 산업 공정 또는 처리 공정의 적절한 작동에 유해한 결과를 초래할 수 있다. 가장 확인된 문제는 발포 액체를 내장하는 반응기의 범람으로 안전 문제(오염된 폐수 처리) 또는 생산 손실(발효 탱크)을 유발하는 것이다. 이러한 범람과 관련된 후속 정리는 종종 지겹다.
알칼리(또는 알칼리성 제제)의 사용을 수반하는 처리 공정 또는 산업 공정의 맥락에서, 특히 선상(on-board) 습식 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템에서 가스 세척수를 처리하는 공정 내에서 발포 문제를 다양한 방식으로 해결할 수 있다.
쉽게 구현할 수 있는 해법에는 캐스케이드 작업 감소, 누출 밀봉, 가스 속도 감소, 팽창 탱크 통합 등이 포함된다.
다른, 더 제한적인 해결책, 특히 (잠재적으로) 발포 액체를 운반하거나 내장하기 위하여 요구되는 장비 크기의 수정이나 범람 또는 보유 수조와 같은 보조 구조물의 추가가 고려될 수 있다.
분무 장치, 진공 탈기 장치, 원심 분리, 파동 발생기 또는 정전기 먼지 제거 장치의 설치와 같은 기계적 방법도 구현할 수 있다. 또한, 액체의 온도를 수정하는 것도 고려된다. 실제로, 액체 온도의 증가는 액체의 표면 장력을 낮춘다. 마지막으로, 건조한 공기의 주입은 추가의 발포체를 생성하지 않도록 잘 제어된다면 잠재적인 해법이다.
그러나, 이러한 방법은 구현하기 어려울 수 있으며, 특히 선상 습식(on-board wet) 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템의 가스 세척수 처리 공정 분야에서 발포 문제를 효과적이고 최적으로 해결하기에 항상 충분하지는 않다.
실제로, 이러한 시스템의 대부분은 장치 내에서 발생할 수 있는 잠재적인 발포 문제를 고려하지 않고 가스 처리를 최적화하기 위해 크기를 조정했다. 따라서, 공정 매개변수를 수정하는 것은 간단하지 않다.
마찬가지로, 상선이나 유람선의 선상에 설치된 이러한 장치는 일반적으로 보트의 좁고 제한된 영역에 배치된다. 발포체의 안정화를 방해하기 위해 보조 구조물 또는 물리적 장치를 설치하는 것은 너무 큰 기술적, 물류적, 경제적 제약을 가한다. 시스템 내 발포체의 수준을 제어하고 소포제(anti-foaming agent)를 연속적으로 또는 주기적으로 주입하여 발포 문제를 극복할 수 있는 장치에도 동일하게 적용된다.
또 다른 해결책은 소포제를 공정에 직접 첨가하는 것이다.
그러나, 본 발명자들은 놀랍게도 반응성 및/또는 안정성 성능을 잃지 않으면서 소포 기능을 갖는 특정한 수산화마그네슘 현탁액을 제조함으로써 수산화마그네슘 현탁액으로 대표되는 알칼리제가 소포제로서 사용될 수 있음을 깨달았다.
그러므로, 본 발명은 하기 성분:
a) 현탁액의 총 중량에 대하여 적어도 40 중량%, 유리하게는 적어도 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 53 중량%의 수산화마그네슘 입자;
b) 수산화마그네슘의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%, 유리하게는 0.01 내지 4 중량%, 보다 유리하게는 0.1 내지 3 중량%의 적어도 하나의 분산제, 유리하게는 아크릴산 또는 메타크릴산의 단독중합체 또는 공중합체 및 이들의 염 및 이들의 혼합물 및 리그노설포네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 분산제, 특히 폴리카복실레이트, 폴리에테르 폴리카복실레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 공중합체, 아크릴계 및/또는 메타크릴계 공중합체, 이들의 염(특히 폴리아크릴레이트 염) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 분산제, 및
c) 현탁액의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%, 유리하게는 0.005 내지 1 중량%, 보다 유리하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 적어도 하나의 소포제, 유리하게는 실리콘(silicone) 오일(특히 Kurita 사 또는 ArrMaz 사에 의해 판매되는 폴리디메티실록산) 또는 유기(organic) 오일, 폴리글리콜, 지방산 에스테르 또는 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 상기 오일 또는 폴리글리콜은 현탁액 중에 유기 또는 무기 입자를 함유할 수 있는 적어도 하나의 소포제
를 포함하는 수성 수산화마그네슘 현탁액에 관한 것이다.
그러므로, 본 발명에 따른 현탁액은 (a) 현탁액의 총 중량에 대하여 적어도 40 중량%, 유리하게는 적어도 50 중량%, 보다 유리하게는 적어도 53 중량%의 함량의 수산화마그네슘 입자를 포함한다. 이러한 입자 (a)의 함량은 최대 58 중량%까지 올라갈 수 있으며 심지어 최대 65 내지 70 중량%까지 올라갈 수 있다.
한 양태에서, 수산화마그네슘 입자는 레이저 입도 분석기(laser particle size analyzer), 구체적으로는 Malvern Instruments의 Mastersizer 2000에 의해 측정되고, 보다 구체적으로는 현탁액을 20000번 희석하고 상기 입도 분석기에 통과시킨 후 수득한 부피 평균 크기(volume average size), 구체적으로는 부피 평균 직경, D90이 200 μm 미만, 바람직하게는 100 μm 미만, 특히 45 μm 미만, 보다 바람직하게는 25μm 미만, 보다 더 바람직하게는 15μm 미만이다.
또 다른 양태에서, 수산화마그네슘 입자는 레이저 입도 분석기, 구체적으로는 Malvern Instruments의 Mastersizer 2000에 의해 측정되고, 보다 구체적으로는 현탁액을 20000번 희석하고 상기 입도 분석기에 통과시킨 후 수득한 부피 평균 크기, 구체적으로는 부피 평균 직경, D50이 40 μm 미만, 바람직하게는 20 μm 미만, 특히 7 μm 미만, 보다 더 바람직하게는 2.5 μm 미만이다.
또 다른 양태에서, 수산화마그네슘 입자의 비표면적은 특히 Micromeritics Gemini VII 장비에 의해 N2 흡착에 의해 멀티포인트 BET 방법에 의해 측정된 5 내지 100 m2/g로 구성된다.
그러므로, 본 발명에 따른 현탁액은 추가로 (b) 적어도 하나의 분산제를 수산화마그네슘의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%, 유리하게는 0.01 내지 5 중량%, 특히 0.01 내지 4 중량%, 보다 유리하게는 0.1 내지 5 중량%, 특히 0.1 내지 3 중량%의 함량으로 포함한다.
특정 양태에서, 적어도 하나의 분산제는 아크릴산 또는 메타크릴산의 단독중합체 또는 공중합체 및 이들의 염 및 이들의 혼합물 및 리그노설포네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 특히 폴리카복실레이트, 폴리에테르 폴리카복실레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 공중합체, 아크릴계 및/또는 메타크릴계 공중합체, 이들의 염(특히 폴리아크릴레이트 염), 예를 들면, 나트륨 염(특히 나트륨 폴리아크릴레이트) 및 이들의 혼합물으로부터 선택된다. 구체적으로, 적어도 하나의 분산제는 폴리에테르 폴리카복실레이트 또는 폴리아크릴레이트, 특히 폴리에테르 폴리카복실레이트 또는 폴리아크릴레이트 염, 특히 폴리아크릴레이트 염, 보다 구체적으로는 나트륨 폴리아크릴레이트이다. 분산제는 수용액의 형태일 수 있으며, 특히 분산제 수용액의 총 중량에 대해 40 중량%의 고형분 함량을 갖는다. 유리하게는, 상기 분산제는 알킬벤젠설포네이트가 아니거나 이를 포함하지 않으며, 보다 유리하게는 이소프로필아민 도데실 벤젠 설포네이트가 아니다.
본 발명에 따른 현탁액은 추가로 (c) 적어도 하나의 소포제를 현탁액의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%의 함량으로, 유리하게는 0.005 내지 1 중량%, 보다 유리하게는 0.01 내지 0.5 중량%, 더욱 더 유리하게는 0.01 내지 0.05 중량%, 특히 0.01 내지 0.04 %의 함량으로 포함한다.
유리한 양태에서, 적어도 하나의 소포제는 실리콘 오일(예를 들면, 특히 Kurita 사 또는 ArrMaz사에 의해 판매되는 폴리디메틸실록산) 또는 실리콘 제품 또는 폴리디메티실록산 또는 실리콘에 기초한 제품 또는 실리콘 오일에 기초한 제품을 포함하지 않으며, 보다 특정하게는 실리카 입자의 유무에 관계 없고, 보다 유리하게는 상기 소포제는 실리카 입자의 유무에 관계 없이 실리콘 오일이 아니며, 더욱 특정하게는 소포제는 실리카 입자의 유무에 관계 없이 폴리디메티실록산이 아니다.
특정 양태에서, 적어도 하나의 소포제는 유기 오일(예를 들면, 특히 탄화수소 오일), 폴리글리콜, 지방산 에스테르 또는 폴리에스테르(예를 들면, ArrMaz 사에 의해 판매되는 천연 지방산으로 에스테르화된 폴리에스테르 폴리올, 특히 ArrMaz 사에 의해 판매되는 천연 지방산의 에스테르, 및 특히 SNF사에 의해 FlofoamTM H라는 이름으로 판매되는 천연 지방산으로 에스테르화된 폴리에테르 폴리올) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 오일 또는 폴리글리콜은 현탁액에 유기 입자(예를 들면, 왁스(wax) 입자) 또는 광물 입자(예를 들면, 이산화규소 입자)를 함유할 수 있다.
또 다른 특정 양태에서, 적어도 하나의 소포제는 유기 오일(예를 들면, 탄화수소 오일), 지방산 에스테르 또는 폴리에스테르(예를 들면, 특히 ArrMaz 사에 의해 특별히 판매되는 천연 지방산으로 에스테르화된 폴리에스테르 폴리올, 특히 ArrMaz 사에 의해 판매되는 천연 지방산의 에스테르, 및 특히 SNF사에 의해 FlofoamTM H라는 이름으로 판매되는 천연 지방산으로 에스테르화된 폴리에테르 폴리올) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 오일은 현탁액에 유기 입자(예를 들면, 왁스 입자)를 함유할 수 있다.
또 다른 특정 양태에서, 적어도 하나의 소포제는 유기 오일(예를 들면 탄화수소 오일), 천연 지방산으로 에스테르화된 폴리에테르 폴리올(예를 들면, 20℃에서의 점도가 200 mPa.s이고/이거나 20℃에서의 밀도가 0.92 g/cm3이며, 특히 SNF사에 의해 FlofoamTM H라는 명칭으로 판매되는 것), 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 오일은 현탁액에 유기 입자(예를 들면, 왁스 입자)를 함유할 수 있다.
또 다른 특정 양태에서, 적어도 하나의 소포제는 유기 오일, 특히 탄화수소 오일 중의 유기 입자, 특히 왁스(wax)의 분산액, 유리하게는 탄화수소 오일 중의 왁스 입자의 분산액이다. 보다 특정하게는, 적어도 하나의 소포제는 20 ℃에서의 점도가 350 mPa.s이고/이거나 20 ℃에서의 밀도가 0.855 g/cm3이고, SNF사로부터 FlofoamTM D라는 명칭으로 상업적으로 입수 가능할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수성 수산화마그네슘 현탁액은 유리하게는 물(d)을 유일한 용매로서 포함한다.
본 발명에 따른 현탁액은 임의로 특히 상술한 바와 같이 비회합성 증점제 또는 겔화제(예를 들면, 셀룰로오스 유도체, 잔탄검, 알기네이트, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 폴리옥시에틸렌(POE), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 또는 아크릴계 (공)중합체(ASE) 계열의 특정 구성원), 알칼리염(예를 들면, 마그네슘 아세테이트, 질산칼륨), 및 산성 컨디셔너(예를 들어, 아세트산, 구연산) 또는 이들의 혼합물을 추가로 함유할 수 있다.
유리한 양태에서, 본 발명에 따른 수성 수산화마그네슘 현탁액은 본질적으로 상기에 지시된 내용 중 수산화마그네슘(a), 분산제(b), 소포제(c) 및 물(d)의 입자에 의해 구성되고, 특정하게는 이들로 구성된다.
한 양태에서, 본 발명에 따른 수성 수산화마그네슘 현탁액의 점도는, 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer)로 20℃에서 1.7s-1로 측정하고, 1000 mPa.s 미만, 바람직하게는 700 mPa.s 미만, 특히 300 mPa.s 미만이다.
유리한 양태에서, 본 발명에 따른 수성 수산화마그네슘 현탁액은 실온에서의 휴지상(rest phase)에서 안정하다. 유리하게는, "7일째 2차 부어넣기 시험(pour test)"의 결과는 적어도 90 % 이다.
특허 출원 US2017/0225961와 같은 선행 기술은 수산화마그네슘 현탁액의 안정성이 부어넣기 시험 방법을 사용하여 평가될 수 있음을 지시한다. 이것은 7일 또는 14일 후에 주어진 컨테이너에서 추출할 수 있는 제품의 양을 중량 기준으로 평가할 수 있는 방법이다.
이 시험에서는 50 g의 수산화마그네슘 현탁액 샘플을 60 mL PP(폴리프로필렌) 또는 HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 병에 붓는다. 그런 다음, 어셈블리의 총 중량과 컨테이너 바닥에 대한 현탁액의 매니스커스 높이를 측정한다. 이후, 샘플을 7일 또는 14일 동안 방치한다.
7일 또는 14일이 지나면 퇴적물 수준이 표시되고 퇴적물 높이가 베이스를 기준으로 측정된다. 그런 다음, 컨테이너를 열고 제품을 30초 동안 흐르게 한다. 이후, 샘플을 닫고 잔류 중량을 평가한다. 생성된 중량은 "7일째 또는 14일째 - 1차 부어넣기 시험"의 중량에 해당한다. 그런 다음, 이를 샘플의 초기 중량과 비교한 후, 추출%를 계산한다. 이후, 컨테이너를 다시 교반하고 제품을 30초 동안 다시 흐르게 한다. 샘플이 닫히고 잔류 중량이 평가된다. 생성된 중량은 "7일째 또는 14일째 2차 부어넣기 시험"의 중량에 해당하며 샘플의 초기 중량과 비교된다. 그런 다음, 결과는 "7일째 또는 14일째 2차 부어넣기 시험"의 중량과 샘플의 초기 중량 사이의 비율(%)로 표현된다.
추가로, 본 발명은 선상 습식 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템에서의 가스 세척수 처리에서, 도시 또는 산업 폐수 처리 설비에서의 폐수 처리, 특히 폭기(정화, 질화/탈질화 등), 생물학적 미생물(인 제거, 생물학적, 메탄화 등) 또는 중합체 또는 소독제와 같은 화학 제품의 첨가를 수반하는 단계에서의 폐수 처리에서, 산업적 변형 공정, 또는 발효(포도주 양조, 맥주 생산 등) 또는 호흡 프로세스와 관련된 바이오프로세스에서, 또는 제지 공정에서, 특히 종이 펄프의 생산에서부터 이의 표백 단계까지 공정으로부터의 폐수의 처리 또는 심지어 폐수의 재활용을 위한, 특히 잉크 제거 단계 동안의 폐수의 처리를 포함하는 종이를 제조하는 모든 단계에서, 또는 농업에서 본 발명에 따른 수성 수산화마그네슘 현탁액의 용도에 관한 것이다. 특히, 이러한 용도는 알칼리성 소포제이다. 따라서, 유리하게는 본 발명에 따른 수성 수산화마그네슘 현탁액은 농업, 식품 산업, 섬유, 잉크 및 코팅제, 윤활제, 제지 산업, 생명공학, 및 물 및 가스 처리 산업, 보다 특정하게는 도시 및 산업 폐수의 처리 또는 산업 공정 내에서 공정 용수 또는 세척수의 처리 분야에서 사용된다.
본 발명은 정보를 제공하는 비제한적인 목적으로 주어지는 도면 및 하기 실시예의 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 실시예 2.1의 조건 하에서 폐소를 중화시키기 위해 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH1, MH2 및 MH3) 또는 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4, MH2AM4 및 MH3AM4)을 첨가한 산성화된 물의 시간 함수로서 pH 곡선을 나타낸다.
도 2는 선상 탈황 시스템의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 선상 탈황 시스템의 블록 다이어그램을 나타낸다.
실시예
실시예 1: 다양한 소포제 시험
시험은 선상 습식 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템에서 발생하는 발포 조건에 최대한 근접하기 위해 수행되었다.
사용된 재료는 다음과 같다:
- 산성화된 해수(pH = 2)(EDMA);
- 수산화마그네슘 현탁액(MH1)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 폴리에테르 폴리카복실레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 0.25 중량% 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH1);
- 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH2)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 2.36 μm, D50 = 16.2 μm 및 D90 = 66.4 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 58 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 나트륨 폴리아크릴레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 2.3 중량% 함유하는, 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH2);
- 수산화마그네슘 현탁액(MH3)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.96 μm, D50 = 4.86 μm 및 D90 = 37.424 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 리그노설포네이트 및 이들의 혼합물의 범주에 속하는 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 5.0 중량% 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH3);
- 5 가지 소포제;
- 용적이 80 mL이고 실린더 높이 h = 8.3 cm인 ¼ 충전된 플라스틱 교반 컨테이너.
컨테이너의 모양과 첨가된 액체의 양은 발포 현상을 강조하도록 선택되었다.
사용되는 다양한 소포제는 아래 표 1에 나와 있다.
시험 방법은 다음과 같다.
1. 20mL의 EDMA를 컨테이너에 첨가한다.
2. 이어서, 6 내지 24 mg/L의 양의 수산화마그네슘 현탁액을 첨가하여 물을 pH 6으로 중화시킨다.
3. 소포제의 매체 중에 존재하는 액체의 양의 5ppm의 양이 상기 시스템에 첨가된다.
4. 컨테이너를 밀봉한 다음 30초 동안 수동으로 흔든다.
5. 형성된 발포체의 높이는 실린더의 총 높이의 %로 측정된다.
6. 이후, 소포제 매체 중에 존재하는 액체의 양에 대해 15ppm의 두 번째 용량을 첨가한 다음 단계 4와 단계 5를 반복한다.
7. 그런 다음, 소포제 매체 중에 존재하는 액체의 양에 대해 30ppm의 세 번째 용량을 첨가한 다음 단계 4 및 단계 5를 반복한다.
결과는 다음 표 2에 수집된다.
발포가 발생하지 않도록 훨씬 더 많은 소포제 AM7(30ppm)을 사용해야 한다. 따라서, 이는 적어도 효과적인 소포제이다. 다른 모든 소포제가 효과가 있었지만 이 시험에서는 소포제 AM4 및 AM6이 최적의 효과를 보여주었다. 실제로, 이들은 폐수에 첨가된 최소 투여량으로 발포 발생을 방지한다. 따라서, 이러한 소포제의 효과가 실제에 가까운 맥락에서 유지되는지 여부를 평가하기 위해 이전에 산성화된 공정 용수(pH = 5, 황산염의 존재 및 중유의 불완전 연소 잔류물)를 사용하여 이러한 소포제를 사용한 실험을 반복했다. 그 결과를 하기 표 3에 요약하였다.
따라서, 소포제 AM4는 상기 시스템에 대해 가장 높은 소포력을 가진 소포제인 것으로 보인다. 다른 실시예들은 이 소포제를 사용하여 수행하였다.
실시예 2: 소포제 AM4를 함유하는 본 발명에 따른 현탁액의 반응성 및 안정성 시험
이러한 시험은 소포제 AM4를 함유하는 발명에 따른 현탁액의 소포 특성을 평가하면서 이 소포제의 첨가가 반응성 및 안정성에 미치는 영향을 정량화하는 것을 목표로 한다.
실시예 2.1: 현탁액의 반응성
사용된 재료는 다음과 같다.
- pH = 3에서 산성화된 음용수;
- 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH1)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 폴리에테르 폴리카복실레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 0.25 중량% 함유하는, 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH1);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4)로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 폴리에테르 폴리카복실레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 0.25 중량% 함유하고 소포제 AM4를 1000 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4);
- 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH2)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 2.36 μm, D50 = 16.2 μm 및 D90 = 66.4 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 58 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 나트륨 폴리아크릴레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 2.3 중량% 함유하는, 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH2);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH2AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 2.36 μm, D50 = 16.2 μm 및 D90 = 66.4 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 58 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 나트륨 폴리아크릴레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 2.3 중량% 함유하고 소포제 AM4를 1000 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH2AM4);
- 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH3)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.96 μm, D50 = 4.86 μm 및 D90 = 37.42 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 리그노설포네이트의 범주에 속하는 분산제 및 이들의 혼합물의 입자를 상기 중량에 대해 5.0 중량% 함유하는, 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH3);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH3AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.96 μm, D50 = 4.86 μm 및 D90 = 37.42 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 리그노설포네이트의 범주에 속하는 분산제 및 이들의 혼합물의 입자를 상기 중량에 대해 5.0 중량% 함유하고 소포제 AM4를 1000 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH3AM4);
- pH 측정기.
시험 방법은 다음과 같다: 폐수를 중화하기 위해 1700mg/L의 용량의 수산화마그네슘 현탁액을 첨가한다. 용액의 pH의 추이는 시간의 함수로 추적되고 표시된다.
결과는 도 1에 나와 있다. 결과를 고려할 때, 소포제 AM4를 1000 ppm 함유하는 본 발명에 따른 현탁액의 반응성은 그 존재에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 두 현탁액의 동적 거동은 반응 3.5분 후에 다시 동일해진다. 산업 시스템 내에서 알칼리가 반응하는 데 할당된 시간은 훨씬 더 길다.
실시예 2.2: 현탁액 안정성
사용된 재료는 다음과 같다:
- 실시예 2.1에 기재된 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH1);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 폴리에테르 폴리카복실레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 0.25 중량% 함유하고 소포제 AM4를 200 내지 500 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4);
- 실시예 2.1에 기재된 바와 같은 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH2);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH2AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 2.36 μm, D50 = 16.2 μm 및 D90 = 66.4 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 58 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 나트륨 폴리아크릴레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 2.3 중량% 함유하고 소포제 AM4를 200 내지 500 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH2AM4);
- 실시예 2.1에 기재된 바와 같은 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH3);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH3AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.96 μm, D50 = 4.86 μm 및 D90 = 37.42 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 리그노설포네이트의 범주에 속하는 분산제 및 이들의 혼합물의 입자를 상기 중량에 대해 5.0 중량% 함유하고 소포제를 200 내지 500 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH3AM4);
- Brookfield "RV 시리즈" 점도계.
시험된 현탁액의 점도는 1.7 s-1 및 20℃에서 측정된다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
본 발명에 따른 현탁액의 점도는 제형 후에 수득한 바람직한 점도 범위 내에서 유지된다.
실시예 2.3: 현탁액에 통합된 소포제를 사용한 발포 시험
사용된 재료는 다음과 같다:
- 1L 비커;
- 높은 전단 속도 믹서;
- 실시예 2.1에 기재된 바와 같은 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH1);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 폴리에테르 폴리카복실레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 0.25 중량% 함유하고 소포제 AM4를 300 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH1AM4);
- 분산제가 없는 수산화마그네슘 현탁액(MH1')으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH1');
- 물의 중량에 대하여 2 중량%로 농축된 수용액 중에 폴리에테르 폴리카복실레이트를 함유하는 분산제 용액(D1);
- 실시예 2.1에 기재된 바와 같은 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH2);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH2AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 2.36 μm, D50 = 16.2 μm 및 D90 = 66.4 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 58 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 나트륨 폴리아크릴레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 2.3 중량% 함유하고 소포제 AM4를 300 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH2AM4);
- 물의 중량에 대하여 2 중량%로 농축된 수용액 중에 나트륨 폴리아크릴레이트를 함유하는 분산제 용액(D2);
- 실시예 2.1에 기재된 바와 같은 표준 수산화마그네슘 현탁액(MH3);
- 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액(MH3AM4)으로서, (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.96 μm, D50 = 4.86 μm 및 D90 = 37.42 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 리그노설포네이트 범주에 속하는 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 5.0 중량% 함유하고 소포제 AM4를 300 ppm 함유하는, 수산화마그네슘 현탁액(MH3AM4);
- 물의 중량에 대해 4 중량%로 농축된 수용액 중에 나트륨 리그노설포네이트 를 함유하는 분산제 용액(D3).
시험 방법은 다음과 같다.
- 현탁액의 희석은 10으로 평가되었다. 이 용액의 pH는 pH = 10이다.
- 400mL의 현탁액 또는 용액을 10 분 동안 격렬하게 교반한다.
- 증분 부피 비율은 부피 %로 측정되고 결정된다.
- 교반 종료 후 증분 부피의 추이를 정성적으로 평가한다.
그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
상기 결과는 소포제 AM4가 수산화마그네슘 현탁액의 과다 투여 상황에 해당할 수 있는 시스템에서 고체 입자와 분산제 분자의 동시 존재로 인한 발포 현상을 감소시키는 데 효과적임을 보여준다.
더욱이, 본 발명에 따른 현탁액의 소포 특성의 에이징 효과가 처음 2개월 동안 없다.
실시예 3: 소포제 AM4를 함유하는 본 발명에 따른 현탁액의 풀 스케일 시험
프로토콜은 다음과 같다: 선박 A는 길이 400m, 너비 60m의 컨테이너 운반선이다. 중유(황 > 2중량%)를 소비하며, 이는 배기 가스 세척, 폐쇄 루프 운전 사이클을 통한 습식 탈황을 수행함으로써 국제해사기구(IMO)의 규정을 준수한다.
따라서, 선박 A는 세척수에서 SO2의 흡수로 인한 산성을 중화할 수 있도록 알칼리성 제제가 필요하다. 선택된 알칼리성 물질은 수산화마그네슘 현탁액이다.
작동 중에 세척 용액 저장 탱크("저장 탱크"로 표시됨)의 범람이 도 2의 다이어그램에서 관찰되었다. 이러한 범람의 원인을 조사하고 결정하였다. 실제로, 저장 탱크에는 통풍구가 장착되어 있어서 탱크의 감압을 허용하여 완전히 침지되지 않은 파이프 내의 운송으로 인한 탱크 내의 공기 도착을 허용한다. 이 통풍구의 추출 능력은 캐리어 액체보다 밀도가 훨씬 낮은 발포체를 탱크 외부로 추출할 수 있다. 이 발포체는 범람하여 배의 갑판에 가라앉는다. 일단 침전되면, 이는 합체되어 승객과 승무원에게 위험을 초래하는 오염된 액체로 변한다.
복원을 위한 수단으로서 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액을 사용하기 전에, 납득할 만한 결과를 주지 않으면서 몇 가지 해법을 조사하였다. 이러한 해법은 선상 탈황 시스템의 수정에 해당한다.
- 탱크 내 수위 설정값 수정.
- 탱크 내에 도착하는 세척 용액의 속도를 감소시키면서 처리 효과 보존의 보장.
- 과다 투여 문제를 최소화하기 위해 pH 임계값에서 조절 알고리즘 수정.
이러한 해법의 구현은 고무적인 결과를 낳았지만 선상 탈황 시스템의 모든 사용 시나리오에서 발포 문제를 제거하기에는 충분하지 않았다. 범람 문제는 메인 스크러버가 메인 모터가 최대 속도의 20 % 이상으로 작동하는 경우 메인 모터에서 나오는 배기 가스를 처리할 때 항상 관찰되었다.
따라서, 소포 특성을 갖는 수산화마그네슘 현탁액의 사용이 고려되었으며, 상기 현탁액은 (상기 현탁액을 20000번 희석하고 Malvern Instruments의 레이저 입도 분석기 Mastersizer 2000을 통과시킨 후 상기 입도 분석기에 의해 측정된) 입도 분포가 D10 = 0.67 μm, D50 = 2.18 μm 및 D90 = 10.34 μm인 수산화마그네슘 입자를 상기 현탁액의 총 중량에 대해 53 중량% 함유하고 고형분 함량이 40 %인 수용액 중의 폴리에테르 폴리카복실레이트 분산제의 입자를 상기 중량에 대해 0.25 중량% 함유하고 소포제 AM4를 300 ppm 함유한다.
시험 결과
본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액의 용도는 이전에 문제가 되었던 사용 조건(모터 부하 > 20 %) 뿐만 아니라 메인 모터에 대한 응력의 극한 시나리오(최대 모터 부하 > 65%)에서도 발포 문제를 제거하게 하였다.
또한, 이러한 현탁액의 용도는 다음에 큰 영향을 미치지 않았다:
- 소비된 수산화마그네슘 현탁액의 양;
- 탱크에 도달한 pH 수준;
- 탈황 공정의 효율성 및
- 사용 후 수처리 작업의 원활한 실행.
따라서, 본 발명에 따른 수산화마그네슘 현탁액은 선상 습식 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템에서 가스 세척수의 처리 중 발포 문제에 효과적으로 대응한다는 결론을 내릴 수 있다.
Claims (11)
- a) 현탁액의 총 중량에 대하여 적어도 40 중량%, 유리하게는 적어도 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 53 중량%의 수산화마그네슘 입자;
b) 수산화마그네슘의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%, 유리하게는 0.01 내지 4 중량%, 보다 유리하게는 0.1 내지 3 중량%의 적어도 하나의 분산제(dispersant), 유리하게는 아크릴산 또는 메타크릴산의 단독중합체 또는 공중합체 및 이들의 염 및 이들의 혼합물 및 리그노설포네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 분산제, 특히 폴리카복실레이트, 폴리에테르 폴리카복실레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 공중합체, 아크릴계 및/또는 메타크릴계 공중합체, 이들의 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 분산제, 및
c) 현탁액의 총 중량에 대하여 0.001 내지 5 중량%, 유리하게는 0.005 내지 1 중량%, 보다 유리하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 적어도 하나의 소포제(anti-foaming agent), 유리하게는 실리콘(silicone) 또는 유기(organic) 오일, 폴리글리콜, 지방산 에스테르 또는 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 상기 오일 또는 폴리글리콜은 현탁액 중에 유기 또는 무기 입자를 함유할 수 있는 적어도 하나의 소포제
를 포함하는 수성 수산화마그네슘 현탁액. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분산제는 폴리에테르 폴리카복실레이트 또는 폴리아크릴레이트, 특히 폴리에테르 폴리카복실레이트 또는 폴리아크릴레이트염, 보다 특히 나트륨 폴리아크릴레이트임을 특징으로 하는. 수성 현탁액.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 소포제는 유기 오일, 특히 탄화수소 오일 중의 유기 입자, 특히 왁스(wax)의 분산액, 유리하게는 탄화수소 오일 중의 왁스 입자의 분산액임을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수산화마그네슘 입자는 레이저 입도 분석기(laser particle size analyzer)로 측정한 부피 평균 크기(volume average size) D90이 200 μm 미만, 바람직하게는 45 μm 미만, 보다 더 바람직하게는 15 μm 미만임을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수산화마그네슘 입자는 레이저 입도 분석기로 측정한 부피 평균 크기 D50이 40 μm 미만, 바람직하게는 7 μm 미만임을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer)로 20℃에서 1.7 s-1로 측정된 점도가 1000 mPa.s 미만, 바람직하게는 700 mPa.s 미만임을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 실온에서의 휴지상(rest phase)에서 안정하고, 특히 이의 "7일째 2차 부어넣기 시험(pour test)"의 결과가 적어도 90 %임을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 수산화마그네슘 입자의 비표면적이 5 내지 100 m2/g임을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 소포제는 실리콘 오일을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 수성 현탁액.
- 선상 습식(on-board wet) 또는 반습식 연도 가스 탈황 시스템(semi-wet flue gas desulfurization system)에서의 가스 세척수(gas washing water)의 처리, 도시 또는 산업 폐수 처리 설비(plant)에서, 산업적 변형 공정, 또는 발효 또는 호흡 프로세스를 수반하는 바이오프로세스(bioprocess)에서, 또는 제지 공정 또는 농업에서의 폐수 처리를 위한, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 수성 현탁액의 용도.
- 제10항에 있어서, 알칼리성 소포제로서의 용도.
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