JP2009285530A - ボイラ装置用水処理剤及びボイラ装置の水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラ水の着色及びＣＯＤ値の上昇を引き起こすことなく、腐食発生を防止できるボイラ装置用水処理剤及びボイラ装置の水処理方法を提供する。
【解決手段】エリソルビン酸、エリソルビン酸塩、アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩からなる群から選択された少なくとも１種の有機化合物からなる脱酸素剤と、アルキルアミン又はアルカノールアミンなどの中和性アミンとを含有する水処理剤を、ボイラ装置の給水中に連続的に添加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラ装置用水処理剤及びこの水処理剤を使用したボイラ装置の水処理方法に関する。より詳しくは、ボイラ装置の腐食を防止する技術に関する。

ボイラ装置の給水に添加される水処理剤には、給水中に含まれる溶存酸素を除去し、ボイラ缶体や配管などの腐食を防止するための脱酸素剤が添加されている。従来の水処理剤では、脱酸素剤としてヒドラジン及び亜硫酸塩などの無機化合物が使用されていた。しかしながら、ヒドラジンは発癌性など人体への影響が懸念されており、また、亜硫酸塩は給水中の濃度を厳密に管理しないと却って腐食を招くなどの問題点があった。

そこで、これら無機化合物に代えて、脱酸素剤に植物由来のポリフェノール又は糖類などの有機化合物を使用した水処理剤が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。例えば、特許文献１には、植物由来のポリフェノールの一種であるタンニンを、脱酸素剤として配合した水処理剤が提案されている。また、特許文献２，３には、脱酸素剤として、タンニン以外に、還元性糖類、エリソルビン酸、アスコルビン酸、ビタミンＣ又はこれらの塩を使用した水処理剤が提案されている。これらの有機化合物は、食品添加物としても使用されており、人体への安全性が高いことから、近年、ボイラ装置用脱酸素剤の主流となっている。

特開２００３−１４７５５４号公報 特開２００３−１２０９０４号公報 特開２００６−２７４４２７号公報

しかしながら、給水に植物由来のポリフェノール、還元性糖類、オキシカルボン酸類及び有機多塩基酸化合物などの有機化合物を添加すると、ボイラ水のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）が上昇し、ブロー水を排水する際の環境負荷が高くなるという問題点がある。近時、汚染物質を環境に排出することは厳しく制限されており、排水のＣＯＤ値についても厳しい基準が定められている。

また、植物由来のポリフェノール及びオキシカルボン酸類などの有機化合物を添加すると、ボイラ水が着色するという問題点がある。ボイラ水が着色すると、蒸気も着色してしまうため、その蒸気を使用して製造される製品の品質低下を招くことがある。また、着色したブロー水を排水すると、環境負荷が高まり、更に、ボイラ水が着色すると、水質分析の精度が低下することもある。

一方、特許文献２，３には、植物由来のポリフェノール及び還元性糖類以外の有機化合物を脱酸素剤として使用した水処理剤が開示されているが、特許文献２に記載の水処理剤は、必須の成分としてＣＯＤ値を上昇させる有機多塩基酸化合物が含まれており、環境負荷が大きいという問題点がある。また、特許文献３に記載の水処理剤は、シリカなどの珪素を含有する皮膜形成剤を使用しているため、この皮膜形成剤成分が蒸気に移行し、蒸気の純度が悪化するという問題点や、キャリーオーバーを助長するという問題点がある。

そこで、本発明は、ボイラ水の着色及びＣＯＤ値の上昇を引き起こすことなく、腐食発生を防止できるボイラ装置用水処理剤及びボイラ装置の水処理方法を提供することを主目的とする。

本発明に係るボイラ装置用水処理剤は、エリソルビン酸、エリソルビン酸塩、アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩からなる群から選択された少なくとも１種の化合物からなる脱酸素剤と、中和性アミンと、を含有するものである。
本発明においては、脱酸素剤として、従来のタンニンに代えて、エリソルビン酸、アスコルビン酸又はこれらの塩を使用しているため、ボイラ水が着色しない。また、これらの化合物は、従来脱酸素剤として使用されていた化合物と同等の脱酸素性能を有すると共に、ボイラ水中で分解するため、ＣＯＤ値を上昇させずに配管などの腐食を防止することができる。更に、中和性アミンを含有しているため、蒸気系に移行する炭酸ガスを中和することができる。
また、前記中和性アミンには、例えば、炭素数が６以下のアルキルアミン又はアルカノールアミンを使用することができる。
一方、本発明に係るボイラ装置の水処理方法では、ボイラ装置の給水配管内に、エリソルビン酸、エリソルビン酸塩、アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩からなる群から選択された少なくとも１種の化合物からなる脱酸素剤と、中和性アミンとを含有する水処理剤を、連続的に添加する。

本発明によれば、脱酸素剤としてエリソルビン酸、アスコルビン酸又はこれらの塩を使用すると共に、中和性アミンを含有しているため、従来の水処理剤と同等の防食効果を確保しつつ、ボイラ水の着色及びＣＯＤ値の上昇を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明のボイラ装置用水処理剤は、エリソルビン酸、エリソルビン酸塩、アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩からなる群から選択された少なくとも１種の化合物からなる脱酸素剤と、中和性アミンとを含有するものである。

本発明の水処理剤において脱酸素剤として使用しているエリソルビン酸及びその塩、並びにアスコルビン酸及びその塩は、ボイラ水に含まれている溶存酸素を除去し、ボイラ装置の配管などに発生する腐食を防止する効果がある。また、これらの化合物は、ボイラ水に含まれる溶存酸素と反応し、二酸化炭素となって蒸気に移行するため、ボイラ水中にＣＯＤ値を上昇させる要因となる有機物が残留しにくい。

例えば、エリソルビン酸は、下記化学式１に示す構造を有するが、水中においては、下記化学式２に示すように、酸化型であるデヒドロエリソルビン酸の形で存在している。そして、このデヒドロエリソルビン酸が酸素（Ｏ_２）２分子と反応して、炭酸ガス（ＣＯ_２）３分子とグリセリン酸とが生成する。そして、グリセリン酸の一部は熱分解して、炭酸ガスと、水と、アセトアルデヒドとなる。なお、下記化学式２に示す反応は、ボイラ水環境下で素早く進む。

また、溶存酸素とエリソルビン酸などとの反応で生成した炭酸ガス及びアセトアルデヒドは、蒸気側に移行するため、これらの添加量を増加しても、ボイラ水中のＣＯＤ値は上昇しない。更に、エリソルビン酸、アスコルビン酸及びこれらの塩は、植物由来ポリフェノールや糖類のようにボイラ水を着色することもない。

一方、上述したように、脱酸素剤にエリソルビン酸、アスコルビン酸及びこれらの塩を使用すると、炭酸ガスが生成するが、炭酸ガスを含む蒸気は弱酸性であるため、配管などに腐食が発生しやすい状態となる。そこで、本発明の水処理剤では、上述した脱酸素剤と共に、蒸気系に移行する炭酸ガスを中和する効果がある中和性アミンを配合している。これにより、ボイラ装置の蒸気及び復水のｐＨが中性に維持されるため、腐食抑制効果をより高めることができる。

このような中和性アミンとしては、炭素数が６以下のアルキルアミン又はアルカノールアミンであることが好ましく、例えば、シクロヘキシルアミン、モルホリン、エタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、アミノメチルプロパノール、アミノエチルプロパノール、ジエチルアミノエタノールなどが挙げられる。これらを使用すると、鋼材に対する腐食（アンモニアアタック）を軽減することができる。

更に、本発明の水処理剤は、アクリル酸系ポリマーなどのスケール分散剤、及び水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムなどのｐＨ調整剤が添加されていてもよい。このとき、ＥＤＴＡ（ethylenediaminetetraacetic acid：エチレンジアミン四酢酸）などようにスケール分散剤としてキレート能の高いものを使用すると、高温で接触する蒸発管や高濃度で接触する薬注点における鋼材を腐食させる可能性がある。このため、スケール分散剤を添加する場合は、腐食を招くおそれがなく、環境負荷も低いポリアクリル酸ナトリウムを使用することが望ましい。

次に、本発明の水処理剤を使用したボイラ装置の水処理方法について説明する。本発明の水処理方法においては、上述した水処理剤をボイラ装置の給水配管に連続的に添加する。その際、蒸気圧力が２．０ＭＰａを超えると、ボイラ水中に残留している未反応の脱酸素剤が分解し、これにより有機酸が生成してボイラ水のｐＨが低下するおそれがあるため、ボイラ装置の蒸気圧力は、２．０ＭＰａ以下であることが望ましい。

また、給水中の脱酸素剤濃度が２ｍｇ／リットル未満の場合、十分な脱酸素効果が得られず、また、給水中の脱酸素剤濃度が１０００ｍｇ／リットルを超えると、脱酸素反応によって生成する有機酸の濃度が高くなり、ボイラ水のｐＨが低下するおそれがある。このため、水処理剤を添加する際は、給水中の脱酸素剤濃度が２〜１０００ｍｇ／リットルとなるようにすることが好ましく、５０〜２０００ｍｇ／リットルとなるようにすることがより好ましい。

更に、本発明の水処理剤は、蒸気又は復水を回収している系に適用することが好ましく、その際の給水温度は７０℃以上であることがより好ましい。これにより、給水中の溶存酸素濃度を低く保つことができるため、上述した脱酸素剤濃度で薬剤を添加することにより、十分な脱酸素効果を実現することができる。

上述の如く、本発明の水処理剤は、脱酸素剤として、従来使用されていた植物由来ポリフェノール及び糖類に代えて、エリソルビン酸、アスコルビン酸又はこれらの塩を使用し、更に、中和性アミンを配合しているため、従来と同等の防食効果を確保しつつ、ボイラ水の着色及びＣＯＤ値の上昇を防止することができる。その結果、ボイラ装置の水処理に本発明の水処理剤を適用すると、従来の水処理剤を使用した場合に比べて、環境負荷を大幅に低減することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施例として、脱酸素剤としてエリソルビン酸カリウムを含有すると共に、中和性アミンとしてモノイソプロパノールアミンを含有する水処理剤（実施例１）を、ボイラ装置の給水（軟水処理したもの）中に、脱酸素剤濃度が所定量になるように調節しながら添加し、給水中の脱酸素剤濃度とボイラ装置からのブロー排水のＣＯＤ値との関係、及び給水中の脱酸素剤濃度とボイラ装置から発生する蒸気を凝縮させた水（蒸気凝縮水）中に残留する溶存酸素濃度との関係を調べた。その際、ボイラ装置の蒸気圧力は１．５ＭＰａ、ボイラ水のブロー率は５％とした。

また、本発明の比較例として、亜硫酸系の脱酸素剤（亜硫酸ナトリウム）を使用した従来の水処理剤（比較例１）、糖類系の脱酸素剤（Ｄ−グルコース）を使用した従来の水処理剤（比較例２）、及び植物由来ポリフェノール（タンニン）を脱酸素剤として使用した従来の水処理剤（比較例３）を、前述した実施例１と同様の方法及び条件でボイラ装置の給水中に添加し、給水中の脱酸素剤濃度とボイラ装置からのブロー排水のＣＯＤ値との関係、及び給水中の脱酸素剤濃度と蒸気凝縮水中に残留する溶存酸素濃度を調べた。

図１は横軸に脱酸素剤濃度をとり、縦軸にＣＯＤ値をとって、給水中の脱酸素剤濃度とボイラブロー排水のＣＯＤ値との関係を示すグラフ図である。図１に示すように、実施例１の水処理剤は、有機化合物を使用した比較例２，３の水処理剤に比べて、脱酸素濃度に対するＣＯＤ値の増加割合が低く、亜硫酸系脱酸素剤を使用した比較例１の水処理剤と同等のレベルであった。

また、図２は横軸に脱酸素剤濃度をとり、縦軸に溶存酸素濃度をとって、給水中の脱酸素剤濃度と蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度との関係を示すグラフ図である。図２に示すように、実施例１の水処理剤は、亜硫酸系脱酸素剤を使用した比較例１の水処理剤、及び脱酸素剤として植物由来ポリフェノールを使用した比較例３の水処理剤よりは劣っていたが、糖類系脱酸素剤を使用した比較例２の水処理剤と同等の脱酸素性能が得られた。

また、上記実施例及び比較例の水処理剤にスケール防止剤としてポリアクリルナトリウム、ｐＨ調製剤として水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを加えたものを、軟水処理をしていない給水中に添加して、前述した実施例及び比較例と同様の方法でＣＯＤ値への影響及び脱酸素性能を調べたところ、同様の結果が得られた。

以上の結果より、本発明の範囲内である実施例１の水処理剤は、従来の水処理剤と略同等の脱酸素力を有し、更に、その添加濃度を高めても、ブロー排水のＣＯＤ値が上昇しないことが確認された。

次に、本発明の第２実施例として、前述した実施例１及び比較例１〜３の各水処理剤を、それぞれボイラ装置の給水中に添加し、その蒸気凝縮水を回収した。そして、各蒸気凝縮水（水温：５０℃）に鋼材製テストピースを７日間浸漬し、その腐食速度を調べた。また、比較例４として、水処理剤を添加せずに回収した蒸気凝縮水（水温：５０℃）に鋼材製テストピースを７日間浸漬して、同様に腐食速度を調べた。

図３はテストピースの腐食速度を蒸気凝縮水毎に示すグラフ図である。図３に示すように、給水中に水処理剤を添加した蒸気凝縮水はいずれも、水処理剤を添加していない蒸気凝縮水（比較例４）より、テストピースの腐食速度が低かった。特に、実施例１の水処理剤を添加した蒸気凝縮水では、脱酸素剤に植物由来ポリフェノールを使用した比較例３の水処理剤を添加した蒸気凝縮水と腐食速度が同等であり、水処理剤を添加していないものに比べて、テストピースの腐食を大幅に抑制することができた。

なお、実施例１の水処理剤は、前述した第１実施例において、比較例３の水処理剤よりも脱酸素効果が劣っていたが、本実施例において同等の腐食抑制効果が得られたのは、中和性アミンにより蒸気及び復水中の炭酸ガスが中和されることで、防食効果がより高まったためと考える。

以上の結果より、本発明の範囲内である実施例１の水処理剤は、従来の水処理剤と同等以上の優れた腐食抑制効果を有することが確認された。

横軸に脱酸素剤濃度をとり、縦軸にＣＯＤ値をとって、給水中の脱酸素剤濃度とボイラブロー排水のＣＯＤ値との関係を示すグラフ図である。 横軸に脱酸素剤濃度をとり、縦軸に溶存酸素濃度をとって、給水中の脱酸素剤濃度と蒸気凝縮水中の溶存酸素濃度との関係を示すグラフ図である。 テストピースの腐食速度を蒸気凝縮水毎に示すグラフ図である。

Claims (4)

1. エリソルビン酸、エリソルビン酸塩、アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩からなる群から選択された少なくとも１種の化合物からなる脱酸素剤と、
   中和性アミンと、
   を含有するボイラ装置用水処理剤。
2. 前記中和性アミンが、炭素数が６以下のアルキルアミン又はアルカノールアミンであることを特徴とする請求項１に記載のボイラ装置用水処理剤。
3. ボイラ装置の給水配管内に、エリソルビン酸、エリソルビン酸塩、アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩からなる群から選択された少なくとも１種の化合物からなる脱酸素剤と、中和性アミンとを含有する水処理剤を、連続的に添加するボイラ装置の水処理方法。
4. 前記中和性アミンとして、炭素数が６以下のアルキルアミン又はアルカノールアミンを使用することを特徴とする請求項３に記載のボイラ装置の水処理方法。