TWI516639B - 鍋爐用抗蝕劑 - Google Patents

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Description

鍋爐用抗蝕劑
本發明是有關於一種鍋爐水處理用的藥劑，更詳細而言，是有關於適合於鍋爐設備(boiler plant)之防蝕劑，前述鍋爐設備使用主要具有過熱器或蒸汽渦輪機(steam turbine)的鍋爐，或混合具有過熱器、蒸汽渦輪機的鍋爐與處理水的鍋爐等。
鍋爐為使鍋爐水達到高溫而產生蒸氣的機構，為了防止構成鍋爐的金屬的腐蝕而使用抗蝕劑。尤其，於發電用鍋爐或垃圾焚燒用鍋爐等具有過熱器或蒸氣渦輪機的鍋爐中，主要使用離子交換水或脫鹽水作為補給水。因此，該這些鍋爐的水質管理項目的濃縮倍數以30倍~200倍左右來運轉的情況為多。此種鍋爐中，不使用苛性鹼，而是添加磷酸鹽，以調整鍋爐水的pH值而抑制腐蝕，並且添加中和胺(counteractive amine)或氨(ammonium)而提高給復水系統的pH值，抑制鐵的溶出，減少進入至鍋爐罐內的鐵。
然而，近年來，因原水的多樣化或水質惡化造成有機物於鍋爐罐內進入量的增加，為了省能-節水而減少吹出量，由於為了非肼化而應用有機系脫氧劑，從而產生許多鍋爐罐水的pH值下降的困擾。作為其對策，存在提高鍋爐水中的磷酸鹽濃度，或使用Na/PO4的莫耳比高於3的磷酸鹽系清罐劑(磷酸鈉與氫氧化鈉的混合品)的情況，但 於此情況下，恐怕有磷酸鹽的隱藏(hideout)現象或鹼腐蝕的產生。
作為上述系統中所使用的代表性之給復水系統的抗蝕劑，可舉例2-胺基乙醇(2-aminoethanol，MEA)，但其使鍋爐水的pH值提高的效果並不充分。此外，作為其替代物，專利文獻1中提出了甲基二乙醇胺(methyldiethanolamine，MDEA)。
專利文獻1中記載的MDEA若用作防蝕劑，則少量的藥劑量下高溫腐蝕環境中的pH值易提高，揮發性低而向蒸氣的轉移少，因此不僅對於反應系統的影響少，而且於併用脫氧劑的情況下可提高脫氧能力，以少添加量獲得高抗蝕效果。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-231980號公報
然而，專利文獻1中記載的使用MDEA的抗蝕劑，由於在給水中的較佳添加量為50~200mg/L(段落[0012])，因而謀求一種更少量添加即有效果的抗蝕劑。
本發明是為了解決如上所述的習知課題而潛心研究的結果，目的在於提供一種在上述鍋爐中，不添加更多磷酸鹽，或使Na/PO4的莫耳比不大於3.0，而更有效率地維持鍋爐水的pH值，不僅可使鍋爐罐內抗蝕，且亦可使包含給復水的整個鍋爐系統抗蝕的藥劑。
即，本發明提供以下[1]~[4]。
[1]一種包含二乙醇胺(diethanolamine)的鍋爐用抗蝕劑。
[2]一種包含二乙醇胺以及脫氧劑的鍋爐用抗蝕劑。
[3]如上述[2]的抗蝕劑，其中上述脫氧劑是選自肼(hydrazine)、卡肼(carbohydrazide)、1-胺基吡咯啶(1-aminopyrrolidine)、1-胺基-4-甲基哌嗪(1-amino-4-methylpiperazine)、N,N-二乙基羥胺(N,N-diethylhydroxylamine)、異抗壞血酸(erythorbic acid)及其鹽、以及抗壞血酸(ascorbic acid)及其鹽中的一種以上的化合物。
[4]如上述[1]~[3]中任一項的抗蝕劑，更添加中和胺(counteractive amine)及/或氨。
依據本發明的鍋爐用抗蝕劑，不添加較多的磷酸鹽，或使Na/PO4的莫耳比不大於3，而更有效率地維持鍋爐水的pH值，不僅可使鍋爐罐內抗蝕，且亦可使包含給復水系統的整個鍋爐系統抗蝕。
本發明的鍋爐用抗蝕劑之特徵在於包含二乙醇胺(以下亦稱為「DEA」)。
二乙醇胺為HOCH2CH2NHCH2CH2OH所表示之化合物，因其為熱安定性高、解離度高的低揮發性胺，故於鍋 爐內所發生的向蒸氣側轉移的量少，而積存於鍋爐罐水中，因此維持鍋爐罐水的pH值的能力高。
因此，亦可將二乙醇胺單獨作為抗蝕劑，但藉由將二乙醇胺與其他揮發性胺例如高揮發度的胺併用，可調整向蒸氣中轉移的胺量，包含給復水的pH值，而可使整個鍋爐系統抗蝕。此外，亦可併用其他抗蝕劑、形成吸附於金屬表面皮膜的皮膜性抗蝕劑、安定劑其他補助劑。
於本發明中，較佳為併用二乙醇胺與脫氧劑的抗蝕劑。作為脫氧劑，可使用公知的抗蝕劑，較佳為選自肼、卡肼(carbohydrazide)、對苯二酚(hydroquinone)、1-胺基吡咯啶、1-胺基-4-甲基哌嗪、N,N-二乙基羥胺、異丙基羥胺、異抗壞血酸(erythorbic acid)及其鹽、以及抗壞血酸(ascorbic acid)及其鹽中的化合物的至少一種，更佳為1-胺基-4-甲基哌嗪(以下亦稱為「1A4MP」)。
此外，於併用非肼系有機脫氧劑的情況下，可添加不發生鍋爐pH值下降的充分量。
如上所述，於本發明中，對有機物的流入強而可實施鍋爐的濃縮提昇。
包含二乙醇胺或是包含二乙醇胺與脫氧劑兩者之複合劑的抗蝕劑可為僅由這些成分組成，亦可為包含水與其他溶劑、其他成分的複合劑。於作為複合劑使用的情況，各個成分可分別注入至鍋爐中複合，此外亦可預先作為調配劑添加鍋爐中。
本發明中二乙醇胺(DEA)於給水中的添加量一般為 0.01mg/L~100mg/L，較佳為0.05mg/L~50mg/L，特佳為0.1mg/L~10mg/L。
另外，本發明的鍋爐用抗蝕劑以復水系統的抗蝕為目的，可併用選自氨及中和胺中的至少一種。
中和胺為與鍋爐內產生的蒸氣一起揮發，並於蒸氣凝縮的同時溶解於復水中，中和復水系統的二氧化碳，使凝集水的pH值提高而抑制鋼材的腐蝕。氨亦具有與中和胺相同的效果。
中和胺較佳為列舉如單乙醇胺(monoethanolamine，MEA)、環己胺(cyclohexylamine，CHA)、嗎啉(morpholine，MOR)、二乙基乙醇胺(diethylethanolamine，DEEA)、單異丙醇胺(monoisopropylamine，MIPA)、3-甲氧基丙基胺(3-methoxypropylamine，MOPA)、2-胺基-2-甲基-1-丙醇(2-amino-2-methyl-1-propanol，AMP)等。該些胺中，更佳為3-甲氧基丙基胺(MOPA)。
該些[中和胺及/或氨]與二乙醇胺(DEA)的比率[DEA：〔中和胺及/或氨〕](重量比)較佳為0.01：100~100：0.01，更佳為0.01：10~10：0.01，尤佳為0.1：10~10：0.1。
此外，本發明的鍋爐用抗蝕劑較佳為包含二乙醇胺及脫氧劑，但脫氧劑的添加量為因應給水中的溶氧量而添加所需量。存在脫氣裝置的情況下，因應其性能而添加。
另外，於抗蝕劑包含二乙醇胺及脫氧劑的情況，兩者 的調配比例是為了將二乙醇胺調整成鍋爐水規定的pH值(一般為pH 8.8~10.8)所必需的比例，且脫氧劑的比例為足以去除在該pH值的給水中溶存的氧的比例。具體而言，二乙醇胺一般為0.1wt%~99.9wt%，較佳為0.5wt%~95wt%，更佳為1wt%~90wt%，脫氧劑為99.9wt%~0.1wt%，較佳為99.5wt%~5wt%，更佳為99wt%~10wt%。
其他抗蝕劑及其他藥劑的添加量可在其目標範圍內任意決定。水與其他溶劑的調配比例可任意決定，但亦可完全不包含，亦可根據藥劑自身的吸濕性而在吸濕的範圍內包含該溶劑。
對於適用本發明的抗蝕劑的鍋爐並無特別限制，特別適合作為(i)具有過熱器或蒸氣渦輪機的鍋爐，或(ii)具有過熱器、蒸氣渦輪機的鍋爐與給復水混合的鍋爐等的抗蝕劑。
藉由將本發明的抗蝕劑以添加於上述鍋爐的鍋爐水中的狀態而發揮抗蝕效果。作為添加至鍋爐水的方法，較佳為藉由添加至給水系統中，使抗蝕劑與給水一起到達鍋爐，於該處與鍋爐水混合的方法，亦可直接添加至鍋爐水。 於鍋爐內，二乙醇胺(DEA)與部分揮發的蒸氣一併被帶出，此外由於藉由脫氧作用而消耗脫氧劑，藉由添加規定量的給水，而使鍋爐水中的抗蝕劑濃度可保持一定。
[實例]
以下，藉由實例對本發明進行更詳細的說明，但本發明不受此些實例的限定。
實例1
(1)於壓力4MPa、吹出率(blow rate)1%、復水回收率20%、純水(離子交換水)給水、加熱脫氣器[出口脫氣能力(溶氧量：DO值)0.03mg/L]的條件下，使用試驗用測試鍋爐來實施抗蝕試驗。此外，本實例中，對於給水，以Na/PO4莫耳比2.7添加作為磷酸離子的0.1mg/L的磷酸鈉，以及1mg/L的2-胺基乙醇(MEA)，結果給復水的pH值成為9.1、鍋爐水的pH值成為10.0。此處，設想來自補給水的有機物在鍋爐水中熱分解而產生的有機酸，向給水中添加0.06mg/L的蟻酸。此時，鍋爐水的pH值(25℃)下降至9.0，低於該壓力級別的JIS基準值的下限值9.4。
於相同藥注量的狀態下，即便改為添加1mg/L的甲基二乙醇胺(MDEA)來代替MEA，鍋爐水的pH值(25℃)亦為9.0。
(2)此處，若由MDEA改為二乙醇胺(DEA)，則鍋爐水的pH值(25℃)提高至JIS基準值以上的9.4。
根據上述，判斷即便為相同的添加量，二乙醇胺(DEA)容易使鍋爐水的pH值進一步提高。
實例2
(1)於壓力4MPa、吹出率1%、復水回收率20%、純水(離子交換水)給水、加熱脫氣器〔出口脫氣能力(溶氧量：DO值)0.03mg/L〕的條件下，使用試驗用測試鍋爐來實施抗蝕試驗。本實例中，對於給水，以Na/PO4莫耳比2.7添加作為磷酸離子的0.1mg/L的磷酸鈉，添加作為 來自補給水的有機物在鍋爐水中熱分解所產生之有機酸的0.1mg/L的蟻酸、4mg/L的2-胺基乙醇(MEA)，結果給復水的pH值(25℃)成為9.4、鍋爐水的pH值(25℃)成為9.6，給復水的pH值上升至所需的pH值以上。此處，使用甲基二乙醇胺(MDEA)來代替MEA，對於將鍋爐水的pH值(25℃)維持在9.4而言，MDEA的添加量增加至4.3mg/L。此外，若以MIPA來代替MDEA，對於同樣將鍋爐水的pH值(25℃)維持在9.4而言，MIPA的添加量增加至7.1mg/L。
(2)此處，若由單異丙醇胺(MIPA)改為二乙醇胺(DEA)，對於同樣地將鍋爐水的pH值(25℃)維持在9.4而言，DEA的添加量減低至2.5mg/L。然而，由於此時給復水的pH值(25℃)降低至9.1，其中追加添加0.8mg/LMEA，故藥品的總添加量可減低為3.3mg/L，從而施予其鍋爐水的pH值(25℃)為9.5，且給復水的pH值(25℃)為9.3之滿足JIS基準的處理。
同樣地，追加添加MIPA 1.4mg/L至二乙醇胺(DEA)2.5mg/L，藥品的總添加量與MIPA單獨時或MEA單獨時相比可減低至3.9mg/L，從而施予其鍋爐水的pH值(25℃)為9.4，且給復水的pH值(25℃)為9.3之滿足JIS基準的處理。
實例3
於壓力4MPa、吹出率1%、復水回收率20%、純水(離子交換水)給水、加熱脫氣器〔出口脫氣能力(溶氧量： DO值)0.03mg/L〕的條件下，使用試驗用測試鍋爐、包含二乙醇胺(DEA)與脫氧劑1-胺基-4-甲基哌嗪(1A4MP)的系統、以及甲基二乙醇胺(MDEA)來實施抗蝕試驗。 試驗條件與結果示於表1。
由表1，可知僅使用甲基二乙醇胺(MDEA)的試驗No.5中，鍋爐水的pH值(25℃)為較低的8.8，而對於鐵濃度減低的效果並不充分。
相對於此，由MDEA改為二乙醇胺(DEA)的試驗No.1中，可知雖用量相同，其對於鐵濃度減低的效果提昇。
再者，併用DEA以及脫氧劑1A4MP的試驗No.2中，可知其對於鐵濃度減低的效果更為提昇。
此外，比較試驗No.1以及試驗No.2與試驗No.3以及試驗No.4，DEA的添加量雖為少量，但藉由併用DEA與其他胺[試驗No.3中為2-胺基乙醇(MEA)、試驗No.4中為單異丙醇胺(MIPA)]，可知對於鐵濃度減低的效果 更為提昇
[產業上之可利用性]
本發明的抗蝕劑較佳為可用於主要具有過熱器或蒸氣渦輪機的鍋爐、或混合具有過熱器、蒸汽渦輪機的鍋爐與處理水的鍋爐等。

Claims (4)

  1. 一種鍋爐用抗蝕劑，其包含二乙醇胺，並添加選自氨以及中和胺(counteractive amine)中的至少一種。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐用抗蝕劑，更包含脫氧劑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之鍋爐用抗蝕劑，其中上述脫氧劑是選自肼、卡肼(carbohydrazide)、1-胺基吡咯啶、1-胺基-4-甲基哌嗪(1-amino-4-methylpiperazine)、N,N-二乙基羥胺、異抗壞血酸及其鹽、以及抗壞血酸及其鹽中的一種以上的化合物。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之鍋爐用抗蝕劑，其中上述中和胺是選自單乙醇胺(monoethanolamine，MEA)、環己胺(cyclohexylamine，CHA)、嗎啉(morpholine，MOR)、二乙基乙醇胺(diethylethanolamine，DEEA)、單異丙醇胺(monoisopropylamine，MIPA)、3-甲氧基丙基胺(3-methoxypropylamine，MOPA)以及2-胺基-2-甲基-1-丙醇(2-amino-2-methyl-1-propanol，AMP)中的一種以上的化合物。
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