KR900006083B1 - Polymeric alkylene phosphoric acid piperazine derivatives for scale control in flue gas desulfurization - Google Patents
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Abstract
Description
본 도면은 개스 탈황공정에 사용되는 본 발명의 흡수탑과 이의 부속장치를 개략적으로 도시한 것이다.This figure schematically shows the absorption tower of the present invention and its accessories used in a gas desulfurization process.
본 발명은 연도 개스 탈황공정에서 스케일(scale)의 형성을 억제하는 방법에 관한 것이다. 좀더 상세히 설명하면, 본 발명은, N-아미노 에틸피페라진을 디할로 또는 에폭시할로 화합물과 반응시키고, 이것을 거의 포스포노메틸화시켜 제조된 신규의 중합체를 한계작용제(threshold agent)로 사용하여, 탈황공정의 접촉부에서 칼슘 스케일의 형성을 억제하고, 후속 단계에서 칼슘화합물을 침전시키는 것으로 이루어진 스케일 형성 억제 방법에 관한 것이다. 에너지원으로서 탄소질 원료, 특히 연탄을 연소시키는 발전소에서는, 대기 오염을 방지하기 위해, 가연성 연료로부터 개스를 세정하여 산화황을 제거해야 한다. 액상 슬러리로서의 석회석(CaC03)의 사용은 연도가스로부터 산화황을 제거할 목적으로 장기간 사용되어 왔다. 보통, 탑내에서 개스와 탄산칼슘 슬러리를 향류방식(countercurrrent)으로 접촉시키는 방법을 사용하여 왔다. 개스내에 함유되어 있는 산화황과 탄산칼슘의 액상 슬러리를 반응시켜 아황상칼슘 및 황상칼슘 침전물을 생성시키므로서, 개스 흐름으로부터 황을 제거한다.The present invention relates to a method for inhibiting the formation of scale in flue gas desulfurization processes. In more detail, the present invention utilizes a novel polymer prepared by reacting N-amino ethylpiperazine with a dihalo or epoxyhalo compound and nearly phosphonomethylated as a threshold agent, thereby desulfurization. It relates to a method for inhibiting the formation of a scale consisting of inhibiting the formation of a calcium scale at the contact portion of the process and precipitating the calcium compound in a subsequent step. In power plants that burn carbonaceous raw materials, particularly briquettes, as an energy source, in order to prevent air pollution, the gas must be cleaned from the combustible fuel to remove sulfur oxides. The use of limestone (CaC0 3 ) as a liquid slurry has long been used for the purpose of removing sulfur oxides from flue gases. Usually, a countercurrent method of contacting the gas and the calcium carbonate slurry in the column has been used. The sulfur is removed from the gas stream by reacting the liquid slurry of sulfur oxide and calcium carbonate contained in the gas to produce sulfite and calcium precipitates.
탄산칼슘 또는 그외의 가용성 알칼리토류금속염과의 반응에 의해 산화황을 제거하는 공정에 있어서의 문제점중의 하나는, 금속 황산염이 침전될때, 접촉표면상에 스케일(scale)이 형성된다는 것이다. 그러므로, 언급된 접촉공정중에는 스케일이 침적되는 것을 방지하고, 이어서 후속단계에서 침전되도록 하여 용액으로부터 분리하는 것이 바람직하다. 이렇게 하므로서, 용액을 재생할 수 있으며, 또한 스케일란트(scalant)대부분을 재순환시키지 않고, 용액을 연도개스로부터 이산화황을 제거하는 공정에 재순환시킬 수 있다.One of the problems in the process of removing sulfur oxides by reaction with calcium carbonate or other soluble alkaline earth metal salts is that scale forms on the contact surface when the metal sulphate precipitates. Therefore, it is desirable to prevent the scale from depositing during the mentioned contacting process and then to separate it from the solution by allowing it to settle in a subsequent step. In this way, the solution can be regenerated and the solution can be recycled to the process of removing sulfur dioxide from the flue gas, without recycling most of the scaleant.
종래에는, 스케일의 형성을 억제하거나 방지하기 위하여 여러가지 방법을 시도하여 왔다. 접촉표면의 간헐적인 세정법이 시도되었으나, 이것은 개스용량이 적거나 개스내의 황함량이 적은 경우에만 유용하였다. 킬레이트제(chelating agent) 또는 한계 작용제(threshould agent)를 사용할 경우, 접촉단계중에 스케일이 형성되는 것을 방지하긴 하지만, 한계 작용제나 킬레이트제를 과량 사용하지 않는다면 침강 탱크내에 쉽게 침전될 수가 없다. 그러므로, 이 경우, 스케일은 접촉단계 및 침강탱크 내에서 형성될 수가 있다.Conventionally, various methods have been tried to suppress or prevent the formation of scales. Intermittent cleaning of contact surfaces has been attempted, but this is only useful when the gas volume is low or the sulfur content in the gas is low. The use of chelating agents or thresholding agents prevents the formation of scale during the contacting step, but they do not readily precipitate in the settling tanks unless excess limiting agents or chelating agents are used. In this case, therefore, the scale can be formed in the contacting step and in the settling tank.
접촉단계에서는 스케일이 형성되는 것을 피하기 위해, 금속이온이 용액내에 존재하도록 한다음, 그다음 단계에서 침전시켜, 금속이온의 황산염을 제거하는 방법이 바람직하다.In order to avoid the formation of scale in the contacting step, a metal ion is present in the solution, and then precipitated in the next step to remove the sulfate of the metal ion.
본 발명에서는, 특히 메틸렌포스포네이트를 사용하여 접촉단계에서는 금속이온을 용액내에 존재하도록 하고, 그다음 단계에서 침전되도록 하는 방법을 제공한다.In the present invention, in particular, using methylene phosphonate provides a method for the metal ion to be present in solution in the contacting step and to be precipitated in the next step.
특히, N-아미노에틸피페라진 중합체의 폴리메틸렌포스폰산 유도체는 연도개스 탈황 공정에 유용하다. 상기 중합체는 탈황공정중의 개스-접촉단계에서는 금속이온을 조절하는 한계작용제로서 작용하지만, 그다음 단계에서는 이들 이온들을 황산염으로서 침전되도록하는 작용을 한다.In particular, polymethylenephosphonic acid derivatives of N-aminoethylpiperazine polymers are useful for flue gas desulfurization processes. The polymer acts as a limiting agent to control metal ions in the gas-contacting step during the desulfurization process, but in the next step it acts to precipitate these ions as sulfates.
본 발명에 유용한 메틸렌포스포네이트 아민 중합체, 주로 N-아미노에틸피페라진(AEP)의 다이머 및 트리머는, N-아미노에틸피페라진(AEP)을 디할로 또는 에폭시할로 화합물과 반응시킨후, 생성된 중합체를, 통상은 염산과 같은 무기산의 존재하에 낮은 pH에서 아인산 및 알칸일(알데하이드)과 반응시켜 제조한다. N-아미노에틸피페라진은 하기의 구조식을 가지며, 1-(2-아미노에틸)-피페라진으로 명명할 수도 있다.Methylenephosphonate amine polymers useful in the present invention, mainly dimers and trimers of N-aminoethylpiperazine (AEP), are produced after reacting N-aminoethylpiperazine (AEP) with a dihalo or epoxyhalo compound. Prepared polymers are usually prepared by reaction with phosphorous acid and alkanyl (aldehyde) at low pH in the presence of an inorganic acid such as hydrochloric acid. N-aminoethylpiperazine has the following structural formula and may be named 1- (2-aminoethyl) -piperazine.
이후 "AEP"로 약칭한다.Hereinafter abbreviated as "AEP".
다이머 또는 중합체를 제조하기 위하여, AEP를 디할로 또는 에폭시할로 화합물과 반응시킬 수 있다. 모든 적당한 에폭시할로알칸(에피할로하이드린)과 반응시킬 수 있지만, 1,2-에폭시-3-클로로프로판(에피클로로하이드린)이 바람직하다. 일반적으로 에폭시할로 화합물은 3 내지 10의 탄소수를 갖는다. 다른 에피클롤로하이드린-형 화합물에는, 1,2-에폭시-4-클로로부탄, 1,2-에폭시-5-클로로펜탄, 2,3-에폭시-5-클로로펜탄등이 포함된다. 통상적으로, 상응하는 브로모 또는 요오도 화합물을 사용할 수 있지만, 클로로유도체가 바람직하다. 에폭시할로알칸의 혼합물을 사용할 수도 있다.To prepare a dimer or polymer, AEP can be reacted with a dihalo or epoxyhalo compound. It can be reacted with all suitable epoxyhaloalkanes (epihalohydrin), but 1,2-epoxy-3-chloropropane (epichlorohydrin) is preferred. Generally the epoxyhalo compound has 3 to 10 carbon atoms. Other epichlorohydrin-type compounds include 1,2-epoxy-4-chlorobutane, 1,2-epoxy-5-chloropentane, 2,3-epoxy-5-chloropentane and the like. Typically, the corresponding bromo or iodo compounds can be used, but chloro derivatives are preferred. It is also possible to use mixtures of epoxyhaloalkanes.
탄소수 1 내지 20의 디할라이드를 사용할 수 있다. 하기 일반식의 포화 디할라이드를 사용할 수 있다.Dihalide having 1 to 20 carbon atoms can be used. Saturated dihalide of the following general formula can be used.
상기식에서, X는 염소, 브롬, 요드 또는 이들의 혼합라디칼이고, n은 1 내지 10의 정수, 바람직한 것은 2 내지 6의 정수이다. 따라서, 예를들면 디클로로메탄(메틸렌클로라이드), 1,2-디클로로에탄(에틸렌디클로라이드), 1,2-또는 1,3-디클로로프로판, 1,4-또는 1,2-디브로모부탄 등을 사용할 수 있다.Wherein X is chlorine, bromine, iodine or mixed radicals thereof, n is an integer from 1 to 10, preferably an integer from 2 to 6. Thus, for example, dichloromethane (methylene chloride), 1,2-dichloroethane (ethylenedichloride), 1,2- or 1,3-dichloropropane, 1,4- or 1,2-dibromobutane and the like Can be used.
상기식에서 Ar는 이고, R은 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 하이드록시 및 탄소수 1 내지 4의 하이드록시알킬이며, X는 할로겐 원자이다.Where Ar is R is hydrogen, halogen, alkyl having 1 to 4 carbon atoms, hydroxy and hydroxyalkyl having 1 to 4 carbon atoms, and X is a halogen atom.
디할로알킬렌 에테르, 예를들면 비스(클로로메틸)에테르 또는 비스(클로로에틸)에테르를 사용할 수도 있다. 언급된 에테르의 일반식에는 하기의 것도 포함된다 :Dihaloalkylene ethers such as bis (chloromethyl) ether or bis (chloroethyl) ether can also be used. General formulas of the ethers mentioned include the followings:
상기식에서, n는 1 내지 3이고, X는 할로겐 원자이다.Wherein n is 1 to 3 and X is a halogen atom.
언급된 디할라이드는 불포화일수도 있다. 따라서, 1,2-디클로로에텐, 1,4-디클로로-2-부텐 등을 사용할 수 있따.The dihalides mentioned may be unsaturated. Thus, 1,2-dichloroethene, 1,4-dichloro-2-butene and the like can be used.
폴리머 제조 조건은, 반응물로서 AEP 1몰당 약 0.2 내지 약 1.0몰, 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.6몰의 쇄 연신제 화합물, 즉 디에폭시-, 디할로- 또는 에폭시할로- 화합물을 사용하는 것이다. 반응 온도는, 반응물을 액상으로 유지하기에 충분한 압력하에서 약 50 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 80℃이다.The polymer preparation conditions are to use about 0.2 to about 1.0 mole, preferably about 0.25 to about 0.6 mole, of a chain extender compound, i.e., a diepoxy-, dihalo- or epoxyhalo- compound, per mole of AEP as a reactant. . The reaction temperature is about 50 to 100 ° C., preferably 70 to 80 ° C. under pressure sufficient to keep the reactants in the liquid phase.
이어서, 1미만의 pH를 유지시킬 수 있는 강산의 존재하에 반응물에 대해 포스포노메틸화(Mannich reaction)을 수행한다.The Mannich reaction is then carried out on the reactants in the presence of a strong acid capable of maintaining a pH of less than one.
상기의 반응은 광범위한 온도, 즉, 85 내지 150℃에서 수행하며, 반응 매질을 환류하에 유지시키는 것이 바람직하다. 필요시, 언급된 반응은 준대기압 초대기압하에서 수행할 수도 있지만, 대기압하에서 수행하는 것이 바람직하다. 반응시간은 다수의 인자에 따라 변화하지만, 1 내지 5시간이 바람직하며, 2 내지 4시간이 가장 바람직하다.The reaction is carried out over a wide range of temperatures, ie, 85 to 150 ° C. and it is preferred to keep the reaction medium under reflux. If desired, the reactions mentioned may be carried out under subatmospheric superatmospheric pressure, but are preferably carried out under atmospheric pressure. The reaction time varies depending on a number of factors, but is preferably 1 to 5 hours, most preferably 2 to 4 hours.
아인산과 알칸알은 함께 또는 별도로, 모든 순서로 반응 혼합물에 첨가시킬 수 있지만, 아인산을 폴리아민에 첨가시킨 다음, 알칸알을 환류하에 서서히 첨가하는 것이바람직하다.Phosphorous acid and alkanal may be added to the reaction mixture in any order together or separately, but it is preferred to add phosphorous acid to the polyamine and then slowly add alkanal under reflux.
언급된 포스포노메틸화에는 거의 등몰량의 알칸알과 아인산을 사용한다. 언급된 알칸알이나 산은 과량으로 사용할 수 있지만, 많은 과량은 비경제적이다. 바람직한 공정은, 가용한 아민수소에 상응하는 량의 알칸알과, 화학양론적 량보다 약간 과잉량의 아인산을 사용하는 것이다.Almost equimolar amounts of alkanal and phosphorous acid are used for the phosphonomethylation mentioned. The alkanal or acid mentioned can be used in excess, but many excesses are uneconomical. A preferred process is to use an amount of alkanal corresponding to the available amine hydrogen and slightly excess phosphorous acid than the stoichiometric amount.
메탄알(포름알데하이드)이 바람직하지만, 다른 알칸알(알데하이드)을, 에탄알(아세트알데하이드), 프로판알(프로피온알데하이드)등의 메탄알 대신 사용할 수 있으며, 언급된 알칸알은 탄소수 10이하의 직쇄 또는 측쇄를 함유할 수 있다.Although methanal (formaldehyde) is preferable, other alkanal (aldehyde) may be used instead of methanal such as ethanal (acetaldehyde) or propane (propionaldehyde), and the alkanal mentioned is a straight chain having 10 or less carbon atoms. Or side chains.
따라서, 본 별명의 화합물은 하기 구조식으로 나타낼 수 있다 :Thus, the compounds of the present nickname can be represented by the following structural formula:
상기식에서, A는 일반식또는[여기서, Z는 수소, 하이드록시에틸, 하이드록시프로필,또는 BA(여기서, M은, 수소, 알칼리금속 또는 암모늄이다)이며, Z그룹의 50%이상은그룹이다]의 유리 라디칼이고, B는, 일반식 -(CH2)n-, -(CH2)n'-O-(CH2)n' 또는[여기서, Ar은또는이고, n은 1내지 10이며, n'는 1 내지 3이고, R은 수소 또는 메틸이고, R'는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬라디칼 또는 하이드록시알킬 라디칼, 하이드록시라디칼 또는 할로겐원자이다]의 디할로, 디에폭시 또는 할로에폭시 유기 화합물로부터 유도된 2가 라디칼이며, m은 1 내지 10이다.Wherein A is a general formula or [Where Z is hydrogen, hydroxyethyl, hydroxypropyl, Or BA (wherein M is hydrogen, an alkali metal or ammonium) and at least 50% of the Z group Group is a free radical, and B is a general formula-(CH 2 ) n -,-(CH 2 ) n '-O- (CH 2 ) n ' or [Where Ar is or N is 1 to 10, n 'is 1 to 3, R is hydrogen or methyl, R' is hydrogen, an alkyl radical or hydroxyalkyl radical of 1 to 4 carbon atoms, hydroxy radical or halogen atom. Dihalo, is a divalent radical derived from a diepoxy or a haloepoxy organic compound, m is 1 to 10.
본 발명에 유용한 바람직한 화합물은, B잔기가 1,2-에폭시-3-클로로프로판(에피클로로히드린) 또는 1,2-디클로라이드로부터 유도되고, m이 1 또는 2이며, Z잔기가이고, M이 H, Na 또는 NH4인 것이다.Preferred compounds useful in the present invention are those in which the B residue is derived from 1,2-epoxy-3-chloropropane (epichlorohydrin) or 1,2-dichloride, m is 1 or 2, and the Z residue is And M is H, Na or NH 4 .
본 발명에 사용되는 한계작용제 활성화합물은, Ca와 같은 금속을 함유하는 수용성 화합물을, 황함유 탄화수소 연료의 연소로부터 생성된 연도 개스로부터 산화물을 정제하기 위해 사용된 수성 정제 용액중에 사용할 경우, Ca+2와 같은 금속 이온이 스케일로서 침적되는 것을 방지하는데 효과적이다.Threshold agents active compound used in the present invention, a water-soluble compound containing the metal such as Ca, when used in an aqueous purifying solution used to purify the oxides from the flue gas generated from the combustion of sulfur-containing hydrocarbon fuel, Ca + It is effective to prevent metal ions such as 2 from being deposited as the scale.
본 발명에 유용한 화합물은 약 70℃이하의 온도에서 금속이온 침전을 방지하는데 효과적이다. 약 70℃이상의온도에서, 이들 화합물은 효과가 감소되어 CaSO4가 SO4 =와 Ca++이온을 함유하는 용액중에서 침전될 것이다.Compounds useful in the present invention are effective in preventing metal ion precipitation at temperatures below about 70 ° C. At temperatures above about 70 [deg.] C., these compounds will diminish the effect such that CaSO 4 will precipitate in solutions containing SO 4 = and Ca ++ ions.
이와같은 예기치 못했던 특성은, 연도개스를, CaCO3또는 Ca(OH)2와 같은 칼슘화합물의 수용액 또는 슬러리와 접촉시키거나, 또는 접촉하는 개스 흐름으로부터 SO2와 SO3를 제거하는 다름 금속 화합물과 접촉시키는 전술된 연도 가스 탈황공정에 유용하다. 이러한 접촉후, 이들 이온은 본 발명에 따라 사용된 한계작용제로 인하여 접촉단계중에는 금속 황산염으로서 침전되지 않으며, 수용액의 일부를 급냉 탱크로 순환시킨다음, 한계작용제의 활성을 감소시키기에 충분한 온도, 통상은 약 70℃이상의 온도로 가열시키므로서, 금속이온이 황산염으로 침전된다. 침전된 황산염을 함유하는 측류를 회수하여 농화장치(thickener)로 이송시킨다음, 배출한다.Such unexpected properties include contacting flue gas with an aqueous solution or slurry of a calcium compound, such as CaCO 3 or Ca (OH) 2 , or other metal compounds that remove SO 2 and SO 3 from the gas stream in contact with it. It is useful in the above-described flue gas desulfurization process for contacting. After such contact, these ions do not precipitate as metal sulphates during the contacting step due to the limiting agents used according to the present invention, circulating a portion of the aqueous solution into the quench tank, and at a temperature sufficient to reduce the activity of the limiting agents, usually By heating to a temperature of about 70 ° C. or more, the metal ions precipitate into sulfates. The side stream containing the precipitated sulfate is recovered and transferred to a thickener and then discharged.
통상 사용되는 한계작용제, 즉 포스포노메틸화 AEP 중합 생성물의 량은, 작용제의 종류 및 용액중에 존재하는 금속이온의 양에 따라 약 0.5 내지 약 500rpm이며, 이 양은 이들 용액중의 황산화물 농도 및 개스 용량에 따라 상이하다.The amount of limiting agent commonly used, i.e., the phosphonomethylated AEP polymerization product, is about 0.5 to about 500 rpm, depending on the type of agent and the amount of metal ions present in the solution, which amounts to sulfur oxide concentration and gas capacity in these solutions. Depends on.
첨부된 도면에는 흡수탑 10과 공급 탱크 11이 도시되어 있다. 공급 탱크 11에는 모터 m에 의해 구동되는 교반장치 23이 장치되어 있다. 흡수탑 10의 내부에는 개스와 액체를 접촉시키기 위한 충진부 21과, 출구파이프 27을 통과하기 전에 개스를 탈무처리(demisting)하기 위한 제2충진부 22가 설비되어 있다. 탈황처리 시키려는 개스는 도입 파이프 26을 통해 흡수탑 10으로 도입시킨다. 액체 순환용 도관 31과 33은 공급 탱크 11로부터 흡수탑 10까지 연결되어 있고, 급냉 유수 탱크 (quench sump) 51로부터 액체를 재순환시키기 위한 도관 35가 흡수탑 10에 연결되어 있다. 액체 분산장치, 예를들어 스프레이 노즐(spray nozzels) 41, 42, 43 및 44는 각각 도관 31, 37, 33 및 35에 연결되어 있다. 분산장치 41과 43은 흡수용액(슬러리)를 충진부 21에 공급하여, 수집 장치(collector) 52에 도달하도록 하므로서, 파이프 26을 통해 탑 10에 도입된 개스와 접촉시킨다. 분산 장치42는 물을 충진부 22로 공급하므로서, 상 방향으로 유동하는 개스가 파이프 27을 통해 배출되기전에 미립화 습기를 제거한다. 분산 장치 44는 급냉 탱크 51로부터 슬러리를 분무하여, 파이프 26을 통해 탑의 하부로 도입되는 개스와 접촉시키고 냉각시킨다. 수집장치 52는 도관 31과 33을 통해 탑 10에 도입된 흡수용액의 거의 대부분을 수집하여 도관 34를 통해 공급 탱크 11로 이송시킨다. 익류(overflow) 도관 38은, 급냉 탱크 저부에서 도관 36을 통해 농화장치(도시되어 있지 않음)로 이송시킬 경우에 필요한 량만큼, 공급 탱크 11로부터 급냉 탱크 51로 용액을 이송시킨다. 시스템중의 펌프는 모두 P라는 문자로 도시되어 있다.In the accompanying drawings, the
전술된 장치내에서 연도 개스 탈황공정의 조작중에, 본 발명의 한계작용제를, 탱크 11중의 수성공급재에 첨가시키거나, 탑 10의 입구 직전의 위치에서 도관 파이프 31 및 33중의 공급재에 첨가시킨다. 언급된 CaCO3의 수용액 및/또는 슬러리는, 공급 탱크 11로부터 도관 31 및 33을 경유하여, 분산 장치 41과 43을 통해 탑10의 상부로 도입된다. 탈황처리하려는 개스흐름은, 약 85℃의 온도에서 파이프 26을 통하여 탑 10의 하부로 도입시키며, 여기서 도입된 개스는 도관 35를 경유하여 분산 장치 44에 도입된 급냉 유수 탱크 51로부터의 급냉 용액과 일차 접촉한다. 이어서, 개스는 상방향으로 유동하여 분산장치(분무노즐) 43과 41로부터 분무된 분무액과 접촉한다. 이어서, 거의 모든 산화황이 제거된 연도 개스는 제2충진층 22에 도달하여 분산장치 42를 통해 분무된 물과 접촉한다. 이와같은 단계는 개스 흐름중에 잔류하는 모든 슬러리와 모든 미립화 습기를 제거하는데 효과적이다. 이어서, 연도 개스를 탑 상부의 파이프 27을 통해 대기중으로 배기시킨다. 개스 흐름과 접촉하는 흡수 액체는 탑의 하방향으로 낙하하지만, 거의 대부분은 수집장치 52에 의해 수집되어 도관 34을 통해 공급탱크 11로 원복된다.During operation of the flue gas desulfurization process in the apparatus described above, the limiting agents of the present invention are added to the aqueous feedstock in
유수탱크 51의 수위는 공급탱크 11로부터 도관 38을 통하여 공급되는 흡수액체를 첨가시켜 조절한다. 이와같은 설비는, 도관 35를 통해 재순환되는 액체의 일부가 연속적 또는 간헐적으로 침강 탱크 또는 농화장치로 이송되어, 황상칼슘은 제거되고, 물은 도관 37을 통해 시스템으로 재순환되기 때문에 필요하다.The water level in the oil tank 51 is adjusted by adding the absorbing liquid supplied from the
전술된 개스 탈황공정에 있어서, 탑의 상부에서 접촉단계가 수행되는 동안의 온도는 통상 55 내지 60℃인 반면, 급냉 유수부 온도는 통생 70 내지 80℃이다. 이상적인 억제제는, 탐의 접촉부(충진부)에서는 침적을 방지하집만, 유수부에서는 침전을 일으킨다.In the above gas desulfurization process, the temperature during the contacting step at the top of the column is usually 55 to 60 ° C., while the quench water flow part temperature is 70 to 80 ° C. An ideal inhibitor would prevent deposition at the tom (fill) of the tom, but would cause precipitation at the runoff.
다음 실시예는 포스포노메틸화 아민의 한계작용제로서의 용도와 이의 제조방법 뿐 아니라, 이러한 목적의 용도로 당업계에 공지되어 있는 제품을 사용한 대조실시예를 설명한다.The following examples illustrate the use of phosphonomethylated amines as limiting agents and methods for their preparation, as well as control examples using products known in the art for this purpose.
[실시예 1]Example 1
[한계작용제의 제조]`[Manufacture of Limiting Agents] `
수-환류 냉각기, 기계적 교반기, 온도 조절기가 부착된 온도계 및 도입 깔때기가 장치된 500㎖들이 환저 플라스크내에서, N-아미노에틸 피페라진 22.7g(0.176몰), 1,2-디클로로에탄(DCE) 9.8g(0.099몰) 및 탈이온수 17.5g을 반응시켜 N-아미노에틸피페라진(AEP)-기본 아민을 제조한다(DCE/AEP몰비=0.56). 아민 수용액에 농염산 대략 75g 및 아인산 32.6g(0.40몰)을 가하여 반응 생성물을 포스포노메틸화한 다음, 반응 혼합물을 환류가열하여 1시간 동안 방치한다. 37% 메탄알(포름알데하이드) 수용액 28.1g(0.35몰)을 도입 깔때기를 통해 1.5시간에 걸쳐 가한 다음, 반응 혼합물을 추가로 3시간 더 가열시키고, 냉각시킨다.In a 500 ml round bottom flask equipped with a water-reflux cooler, a mechanical stirrer, a thermometer with a thermostat and an introduction funnel, 22.7 g (0.176 mole) N-aminoethyl piperazine, 1,2-dichloroethane (DCE) N-aminoethylpiperazine (AEP) -based amine was prepared by reacting 9.8 g (0.099 mole) and 17.5 g deionized water (DCE / AEP molar ratio = 0.56). Approximately 75 g of concentrated hydrochloric acid and 32.6 g (0.40 mol) of phosphorous acid are added to the aqueous amine solution to phosphonomethylate the reaction product, and the reaction mixture is then heated to reflux for 1 hour. 28.1 g (0.35 mole) of 37% aqueous methanol (formaldehyde) solution are added over an introduction funnel over 1.5 hours, and then the reaction mixture is heated for an additional 3 hours and cooled.
생성물을 실험실에서 하기의 순환장치를 사용하여 평가한다.The product is evaluated in the laboratory using the following circulator.
[실시예 A(대조)]Example A (Control)
전술된 탈황공정 조건을 하기의 모의 장치에서 실험실에서 시험한다 : 충진칼럼을, 황산칼슘의 과포화용액(초기 pH 3.5-4)을 함유하는 용기의 상단 및 하단에 도관으로 연결한다. 언급된 용액을 상단에 주입시키고 용기의 하단에 연결한 관을 통해 원복시켜 칼럼을 통해 순환시킨다. 칼럼을 길이 0.375"×직경0.375"(0.95㎝×0.95㎝)의 폴리에틸렌 튜브 조각으로 충진한다. 충전재상의 황산 칼슘 스케일의 침전을 시간에 따라 측정하고 ; 용액중에 잔류하는 칼슘은, 용액 샘플을 밀리포어여과기(4 내지 5.5㎛ 개구직경)를 통해 여과하고, 표준 이나트륨 에틸렌디아민 테트라아세테이트로 적정하여 측정한다. 54℃에서 스케일억제제를 사용하지 않고 순환시키는 동안, 30분 내지 1시간 이내에 스케일을 형성하면서 존재하는 황산 칼슘의 거의 반이 침전되었다. 시험시작시, 용액중의 CaSO4존재량은 3989ppm이고, 순환 30분 후에는 단지 2162ppm만이 남아있었고, 70분 후에는 2067ppm(54℃에서 CaSO4표화용액중의 대략치)이었다.The desulfurization process conditions described above are tested in the laboratory in the following simulation apparatus: The packed column is conduited to the top and bottom of the vessel containing the supersaturated solution of calcium sulfate (initial pH 3.5-4). The mentioned solution is injected at the top and circulated through the column by returning through a tube connected to the bottom of the vessel. The column is filled with a piece of polyethylene tube 0.30 "long by 0.375" diameter (0.95 cm by 0.95 cm). The precipitation of the calcium sulfate scale on the filler is measured over time; Calcium remaining in the solution is measured by filtering the solution sample through a Millipore filter (4 to 5.5 mu m opening diameter) and titrating with standard disodium ethylenediamine tetraacetate. During circulating at 54 ° C. without using a scale inhibitor, almost half of the calcium sulfate present precipitated while forming scale within 30 minutes to 1 hour. At the start of the test, the amount of CaSO 4 present in the solution was 3989 ppm, only 2162 ppm remained after 30 minutes of circulation, and 2067 ppm (approximate value in CaSO 4 labeled solution at 54 ° C.) after 70 minutes.
[실시예 2]Example 2
실시예 1의 생성물을, 54℃, 75℃ 및 90℃의 온도에서 10ppm(활성산)으로 실시예 A에서의 시험장치를 사용하여 평가한다. 데이타는 표 I에 요약되어 있다. 데이타는 DCE/AEP 포스포네이트 억제제의 효율을 나타낸다. 실시예 1의 생성물은, 54℃에서는 스케일의 침적을 방지하지만(접촉부에서), 가열시에는 황산 칼슘이 침전되도록(유수부에서), 대쉬선은 측정하지 않았음을 나타낸다.The product of Example 1 is evaluated using the test apparatus in Example A at 10 ppm (active acid) at temperatures of 54 ° C, 75 ° C and 90 ° C. The data is summarized in Table I. The data shows the efficiency of DCE / AEP phosphonate inhibitors. The product of Example 1 prevented the deposition of scale at 54 ° C. (at the contact) but did not measure the dashed line so that calcium sulfate precipitated (at the flowing water) upon heating.
[표 I]TABLE I
[실시예 B(대조)]Example B (Control)
시판되는 오가노포스폰산 억제제인 아미노 트리메틸렌포스폰산(ATMPA) 10ppm을 함유하는 황산칼슘의 과포화 용액을 제조한다. 언급된 용액을 54℃에서 순환시키고, 주기적으로 가용성 칼슘으로 걱정한다. 시판되는 아미노메틸렌 포스폰산/디에틸렌 트리아민펜타 메틸렌 포스폰산(DETA-MPA)을 용액의 중량기준으로 10ppm의 양으로 사용하여 상기와 동일하게 실시한다. 결과는 표 II에 수록되어 있다.A supersaturated solution of calcium sulfate containing 10 ppm of amino trimethylenephosphonic acid (ATMPA), a commercially available organophosphonic acid inhibitor, is prepared. The solution mentioned is circulated at 54 ° C. and periodically concerned with soluble calcium. A commercially available aminomethylene phosphonic acid / diethylene triaminepenta methylene phosphonic acid (DETA-MPA) is used in the same manner as above using an amount of 10 ppm by weight of the solution. The results are listed in Table II.
[표 II]TABLE II
상당량의 황산 칼슘이 1 내지 2시간후에 ATMPA와 함께 충진재상에 축적된다.A significant amount of calcium sulfate accumulates in the filler with ATMPA after 1-2 hours.
이 데이타를 보면, 사용된 억제제는, 용액내에서 칼슘을 유지시키는 작용, 즉, 상기 탈황공정의 충진 접촉부에서 스케일 형성을 방지하는 작용이 비-효율적임을 나타낸다. 54℃ 또는 75℃에서 DETA-MPA를 사용했을 경우, 충진재상에는 아주적은 황산칼슘 스케일이 형성된다는 점을 유의해야 한다. 이와같은 사실을 보면, 디에틸렌 트리아민 펜타메틸렌 포스폰산은, 동일한 충진 접촉부의 54℃에서 스케일 형성 조절에 효율적이지만, 상기 공정의 유수부에서와 같이 75℃로 가열하는 것에 의해서는 침전이 생성되지 않는다는 것을 알 수 있다. 90℃에서 반복 수행한 결과, 황산 칼슘이 침적되지 않았다.The data show that the inhibitor used is inefficient in maintaining calcium in solution, i.e. preventing scale formation at the filling contact of the desulfurization process. It should be noted that when DETA-MPA is used at 54 ° C or 75 ° C, very little calcium sulfate scale is formed on the filler. This fact shows that diethylene triamine pentamethylene phosphonic acid is effective for controlling scale formation at 54 ° C. of the same fill contact, but no precipitation is produced by heating to 75 ° C. as in the flowing part of the process. It can be seen that. When repeated at 90 ° C., calcium sulfate was not deposited.
[실시예 C(대조)]Example C (Control)
본 발명의 메틸렌 포스포네이트를 제조하는데 필요한 화합물인 아미노 에틸 피페라진을, 포름알데히드 및 아인산과 반응시켜 트리메틸렌포스폰산 유도체를 제조한다.Amino ethyl piperazine, a compound required to prepare the methylene phosphonate of the present invention, is reacted with formaldehyde and phosphorous acid to produce trimethylenephosphonic acid derivatives.
이것을 대조실시예 B에서와 같이 10ppm(활성산)으로 사용한다. 54 또는 75℃에서 황산칼슘스케일은, 존재하기는 하지만, 거의 관찰되지 않는다. 대조실시예 B에서와 마찬가지로, 아미노에틸피페라진 트리메틸렌포스폰산 억제제는 75℃에서 황산 칼슘을 침전시키지 않고, 언급된 두 온도에서 용액중에 잔류시키기 때문에, 탈황공정용으로 적합하지 않다.This is used at 10 ppm (active acid) as in Control Example B. Calcium sulfate scale at 54 or 75 ° C., although present, is rarely observed. As in Comparative Example B, the aminoethylpiperazine trimethylenephosphonic acid inhibitor is not suitable for the desulfurization process because it does not precipitate calcium sulfate at 75 ° C. and remains in solution at the two temperatures mentioned.
[실시예 3]Example 3
아미노에틸피페라진과 1,2-디클로로에탄을 DCE/AEP몰비 0.80으로 반응시켜, 아미노에틸 피페라진 유도-아민을 제조한다. 이 생성물을 염산 존재하에서 아인산 및 메탄알(포름알데하이드)로 포스포노메틸화시켜, 메틸렌포스폰산 유도체를 수득한다.Aminoethyl piperazine and 1,2-dichloroethane were reacted at a DCE / AEP molar ratio of 0.80 to prepare aminoethyl piperazine derivative-amine. This product is phosphonomethylated with phosphorous acid and methanal (formaldehyde) in the presence of hydrochloric acid to give a methylenephosphonic acid derivative.
실시예 2와 같이, 54℃ 및 75℃의 온도에서 10ppm(활성산)으로 생성물을 평가한다.As in Example 2, the product was evaluated at 10 ppm (active acid) at temperatures of 54 ° C and 75 ° C.
그 결과를 표 III에 나타내었다.The results are shown in Table III.
[표 III]TABLE III
본 공정에서 효과적인 것으로 나타난 화합물은 N-아미노에틸피페라진-1,2-디클로로에탄 반응 생성물의 포스포노메틸화로부터 유도된 메틸렌 포스폰산이다. 산 유도체 이외에도, 다양한 금속 및 알칼리 금속염, 암모늄 및 아민염, 메틸렌 포스폰산의 부분염, 및 이들의 혼합물을 사용할 수도 있다.Compounds that have been shown to be effective in this process are methylene phosphonic acids derived from phosphonomethylation of the N-aminoethylpiperazine-1,2-dichloroethane reaction product. In addition to acid derivatives, it is also possible to use various metal and alkali metal salts, ammonium and amine salts, partial salts of methylene phosphonic acid, and mixtures thereof.
바람직한 생성물은, 메틸렌포스폰산기로 완전치환된 아미노하이드로겐을 갖는것이다. 그러나, 경우에 따라서, 약간의 아미노하이드로겐을 미반응 상태로 남겨둘 수 있다. 50%이상의 아미노 하이드로겐을 반응시키는 것이 바람직하다. 또한, 메틸렌 포스폰산기 이외의 작용기를 화합물에 부여할 수도 있다. 대표적인 그룹은, 하이드록시알킬, 메틸렌술포네이트, 하이드록시프로필술포네이트, 카복시메틸등이다.Preferred products are those having aminohydrogens fully substituted with methylenephosphonic acid groups. However, in some cases, some aminohydrogen can be left unreacted. It is preferred to react at least 50% amino hydrogen. Moreover, functional groups other than a methylene phosphonic acid group can also be given to a compound. Representative groups are hydroxyalkyl, methylenesulfonate, hydroxypropylsulfonate, carboxymethyl and the like.
따라서, 본 발명은 개스를 칼슘염 또는 수산화물의 수용액 또는 슬러리와 접촉시켜, 개스에 함유된 산화황을 제거하는 개선된 개스 탈황 방법을 제공한다. 이와같은 접촉은, 접촉 표면상에 스케일(scale)로서 침적되는 황산 칼슘의 형성을 초래한다. 본 발명은, 접촉표면상에서는 스케일 형성을 억제하지만 시스템의 다른 부분에서는 허용하는 특수한 한계 작용제를 사용하는 탈황 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an improved gas desulfurization process in which the gas is contacted with an aqueous solution or slurry of calcium salt or hydroxide to remove sulfur oxides contained in the gas. Such contact results in the formation of calcium sulfate deposited as a scale on the contact surface. The present invention provides a desulfurization method using special limiting agents that inhibit scale formation on the contact surface but allow other parts of the system.
본 명세서에 기술된 시스템에 있어서, 접촉은 급냉부보다 낮은 온도에서 이루어지기 때문에, 이와같은 접촉온도에서 효과적인 특정한 한계 작용제는 급냉부보다 높은 온도에서는 효과가 감소되는 것을 알 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 작용제는, 스케일이 만족하게 제거 및 처리될 수 있도록 후속 단계에서는 스케일의 침적을 허용하기 때문에, 접촉 표면상에서 스케일이 형성되는 것을 방지하는데 유용한 작용제이다.In the system described herein, since the contact is made at a lower temperature than the quench section, it can be seen that certain limiting agents effective at such a contact temperature are diminished at higher temperatures than the quench section. In conclusion, the agents of the present invention are useful agents in preventing the formation of scale on the contact surface, as they allow deposition of the scale in subsequent steps so that the scale can be satisfactorily removed and processed.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019840005416A KR900006083B1 (en) | 1984-09-04 | 1984-09-04 | Polymeric alkylene phosphoric acid piperazine derivatives for scale control in flue gas desulfurization |
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KR1019840005416A KR900006083B1 (en) | 1984-09-04 | 1984-09-04 | Polymeric alkylene phosphoric acid piperazine derivatives for scale control in flue gas desulfurization |
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KR860002297A KR860002297A (en) | 1986-04-24 |
KR900006083B1 true KR900006083B1 (en) | 1990-08-22 |
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KR1019840005416A KR900006083B1 (en) | 1984-09-04 | 1984-09-04 | Polymeric alkylene phosphoric acid piperazine derivatives for scale control in flue gas desulfurization |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100848286B1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-25 | 한국동서발전(주) | Scale Preventer and Scale Preventing Method for Wastewater Disposal Facility in Flue Gas Desulfurization System Using Sodium Hypochlorite |
CN105180486A (en) * | 2015-08-11 | 2015-12-23 | 瓮福(集团)有限责任公司 | Method for comprehensively recycling waste heat of phosphate fertilizer plant |
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1984
- 1984-09-04 KR KR1019840005416A patent/KR900006083B1/en active IP Right Grant
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