清潔加熱器管道的清潔劑和清潔方法
2023-06-16 19:29:56
專利名稱：清潔加熱器管道的清潔劑和清潔方法
技術領域：
本發明總體上涉及清潔加熱器管道的清潔劑和清潔方法。具體而言，本發明涉及用於清除沉積在工業加熱器、加熱爐和鍋爐的管道裡的沉積物如菸灰微粒的清潔劑，和用這種清潔劑在線(on-line)清潔加熱器管道的方法。
背景技術：
工業加熱器、加熱爐和鍋爐等(以下統稱「加熱器」)通常使用油、煤和煤氣，安裝在這些設備中的管道會聚集沉積物，如菸灰微粒。這些沉積物如果牢固地附著、集結在管道中時，則會抑制加熱器中的熱傳遞，引起大的經濟損失、能源浪費，加劇環境汙染，而且由於加熱器過載，還會引發事故，並降低生產效率。當不可燃碳如菸灰微粒通過硫氧化物或礬氧化物附著在加熱器管道內表面上時，形成這些沉積物，在此過程中，硫氧化物或礬氧化物起粘合劑作用。
可以在關閉或中斷主要處理過程之後，清除加熱器管道中的沉積物。但是，由於關閉、重啟和維持此過程需要高成本，這種清除沉積物的方法會帶來經濟損失。
為了清除沉積物，人們開發出了在線清潔技術，該技術利用氧化劑如硝酸鉀或硝酸銨在高溫下從運行中的加熱器中周期性地或連續地清除沉積物。
例如，GB專利1001772介紹了一種清潔覆蓋著菸灰或其他碳物種的管道的化學方法，該方法採用了包含硝酸鉀和一種或多種可燃物質的混合物的非爆炸性混合試劑，所述可燃物質包含單質碳或包含游離碳或化合物形式碳的物質，所述混合物中氧過平衡在8-35％內，單碳質或化合物碳的含量為1-4wt％。根據上述專利，將這種試劑噴射到鍋爐火焰的上部以後，它們燃燒並聚集在鍋爐管道內壁上，燃燒碳的化合物，並中和硫氧化物，從而消除了硫氧化物的粘結性質。
此外，瑞典公司「Bejs I Vaesteras」在1969年申請的GB專利1249371「清潔鍋爐中菸灰覆蓋的表面的化學方法」公開了一種提高鍋爐管道清潔效果的方法，它是將和GB專利1001772相同的化學組合物以粉末或微粒形式與空氣混合後，直接噴射到鍋爐火焰中。
法國CTP公司在1989年提出，可在運行的待清潔的加熱器表面，以100-250m/s的高速噴射氧化劑和砂子，以此進一步提高加熱器管道內的清潔效果，其中氧化劑選自鉻、錳、硫、氮或硼的氧化物、過氧化物和鹽，硝酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸銨，它們以0.5-2.5mm的細顆粒形式使用。
但是，常規清潔劑除了使氮氧化物(NOx)的產生量增加到超出法律許可限度，從而引起嚴重的環境問題之外，對於清除加熱器管道中的沉積物沒有太大效果。因此，需要研製各種有效的加熱器管道的清潔劑。
發明概述本發明者考慮到現有技術中遇到的各種問題，為研製對加熱器管道具有優異清潔效果的清潔劑，進行了獨特而全面的研究，得到了本發明。結果發現，包含粒狀硝酸銨並具有獨特物理性質的清潔劑對覆蓋了煙道灰等沉積物的加熱器管道具有提高了的清潔效果。
因此，本發明的目標是提供一種加熱器管道用清潔劑。這種清潔劑採用大粒徑固體顆粒，能提高對加熱器管道的機械清潔效果，通過這種顆粒的機械清潔功能和化學清潔功能的結合作用而縮短工作時間，減少清潔劑用量；由於避免了清潔劑的快速蒸發，顆粒可以到達遠離工人進行清潔工作的地方，因而擴大了清潔區域，提高了清潔劑的清潔效果；通過噴砂作用提高了清除加熱器管道中的菸灰等沉積物的效果；這種清潔劑還能穩定地控制氮氧化物(NOx)的產生。
本發明的另一個目標是提供用上述清潔劑清潔加熱器管道的方法。
本發明一方面提供了用於加熱器管道的清潔劑，它包含硝酸銨，配製成平均粒徑為2.5-8mm、顆粒密度為1.5-2g/cm3的顆粒。
本發明另一方面提供了清潔加熱器管道的方法，它包括利用沙噴技術將包含硝酸銨並平均粒徑為2.5-8mm、顆粒密度為1.5-2g/cm3的清潔劑顆粒，以1-20kg/cm2的注射壓力，用空氣或氮氣作載體介質，噴射到加熱器管道內壁上。
附圖簡介由下面結合附圖進行的詳細描述，可更好地理解本發明的上述及其他目標、特徵和其他優點。
圖1所示是按照用本發明，用加熱器管道清潔劑來清潔加熱器時，加熱器白熾部分(rodiant)的溫度隨時間下降的圖線；圖2所示是按照本發明，用加熱器管道清潔劑(實施例)和用傳統清潔劑(比較例)時，所產生的NOx的比較圖；圖3是用本發明的噴砂技術清潔加熱器管道的一個實施方式的示意圖。
本發明的最佳實施方式根據本發明，用於清除沉積在加熱器表面的菸灰等沉積物的清潔劑為顆粒形。粒形清潔劑可通過傳統的壓塑技術製備，並可用來清潔加熱器管道。這樣的清潔劑包含硝酸銨為主要成分，或者包含硝酸銨與氧化鎂、尿素、塗劑和粘合劑等任選組分的特定組合。
根據本發明，清潔加熱器管道的方法包括利用沙噴技術，用空氣或氮氣作載體介質，以1-20kg/cm2噴射壓力，將清潔劑噴射到加熱器管道壁上。此時，噴射壓力根據要清潔的加熱器部位由人工進行控制。上述噴射壓力範圍是獲得所需清潔效果的最佳範圍。
用於加熱器管道的清潔劑的製備方法是，將硝酸銨配製成平均粒徑為2.5-8mm、較好為4-5mm、顆粒密度為1.5-2g/cm3的顆粒。形成顆粒的方法是將硝酸銨加入壓塑裝置，然後在室溫和高壓，例如在5-100kg/cm2的壓力下進行壓塑，材料在壓模裝置中的溫度升高到其沸點。這樣，顆粒可以具有各種形狀，包括半球形、圓柱形、六邊形和球形，最好為球形。
當顆粒的平均粒徑小於2.5mm時，顆粒噴射到加熱器中後會在非常短的時間內蒸發掉，因此削弱了它們的清潔效果，縮短了它們在加熱器內部的遷移距離。當顆粒的平均粒徑大於8mm時，清潔效果也會降低，因為顆粒蒸發所需時間變長，因而顆粒掉落到加熱器底部。
如上所述，由於清潔劑配製成固體顆粒，其顆粒密度較高。與一直用作常規清潔劑的硝酸銨的約1.39g/cm3的顆粒密度相比，本發明顆粒密度約為1.5-2g/cm3。例如，根據本發明的一個實施方式，含硝酸銨和氧化鎂的顆粒的顆粒密度為1.76g/cm3，比常用硝酸銨1.39g/cm3的顆粒密度高約27％。這樣製備的清潔劑噴射到加熱器中後，能縮短工作時間，並因機械清潔效果的提高而減少其用量，這是由於配製而成的顆粒比傳統清潔劑具有更高的密度和更大的粒度。還由於清潔劑配製成顆粒形，可避免其快速蒸發，因而比噴射後很快蒸發的常規小粒度的顆粒相比，具有更好的清潔效果。而且，由於清潔劑在加熱器中需要相對較長的時間進行蒸發，因而在蒸發之前以固態和液態形式存在較長的時間，其由固態實施的機械清潔效果和由液態實施的反應效率得到提高，因此極大地提高了其清潔沉積物的效果。
根據本發明，以100重量份硝酸銨為基準計，清潔劑還可任選包含最多50重量份氧化鎂，最多50重量份無機清潔劑，最多200重量份尿素，最多5重量份塗劑，最多30重量份粘合劑和最多10重量份防腐劑，與硝酸銨混合。
任選用於本發明的氧化鎂可通過與礬氧化物反應，來降低礬氧化的粘結效果，已知礬氧化物能粘合菸灰，並將附著在加熱器內管道壁上的沉積物轉化為高熔點物質。因此，為了抑制這種粘結作用，以100重量份硝酸銨為基準計，在清潔劑中加入最多50重量份氧化鎂，較好加入5-15重量份，最好加入7-10重量份。
用來進一步提高本發明清潔劑的清潔效果的無機清潔劑是一種或多種選自硝酸鉀、過氧化物、氧化錳和氧化硫的物質，它們在清潔劑中的含量以100重量份硝酸銨為基準計最多為50重量份。
同時，如果採用常規類型的清潔劑清潔加熱器管道，作為硝酸銨的一個組成元素的氮在加熱器中將轉化為NOx，因而使NOx的釋放量增加到超過法律許可的限度。為解決這個問題，可在給定清潔劑中進一步加入尿素(CO(NH2)2)，並均勻混合。這是因為，通過選擇性非催化還原(SNCR)機理尿素能將NOx轉化為N2和H2O，從而減少了NOx的產生量。在這種情況下，以100重量份硝酸銨為基準計，清潔劑中尿素含量最多為200重量份，較好為20-150重量份，最好為40-120重量份。
根據本發明的另一個實施方式，為達到類似的減少NOx的效果，可將30-95wt％的包含硝酸銨而不含尿素、平均粒徑為2.5-8mm且顆粒密度為1.5-2g/cm3的顆粒清潔劑與5-70wt％的平均粒徑為1-5mm的尿素顆粒一起噴射到加熱器中。尿素顆粒的用量可達70wt％，較好為20-60wt％，更宜為40-60wt％。
在本發明中，為提高清潔劑的粘結能力而加入的粘合劑是一種或多種選自澱粉、凝膠、膠水、粘結劑和3-氨基丙基三乙氧基矽烷的物質，它們在清潔劑中的含量以100重量份硝酸銨為基準計可達30重量份。
為防止清潔劑在儲存或清潔過程中由於親水性而發生聚結，在清潔劑表面宜用塗劑進行塗敷。可用於本發明的塗劑選自甲醛和硬脂酸鎂，它在清潔劑中的含量以100重量份硝酸銨為基準計可達5重量份。
此外，本發明中用來防止加熱器發生腐蝕的抗蝕劑可選自碳酸鎂和碳酸鈣中的一種或多種，它們在化學組合物中的含量以100重量份硝酸銨為基準計可達10重量份。
因此，本發明用於加熱器管道的清潔劑可包含上述各種添加組分，但不限於這些組分。
根據本發明，用於加熱器管道的清潔劑可在加熱器的運行過程中使用。這樣，可用已知噴砂機將清潔劑噴射到加熱器中。例如，如圖3所示，以1-20kg/cm2的噴射壓力通過突起的噴嘴將清潔劑噴射到正在運行中的加熱器管道表面上，可以不中斷加熱器的運行來清潔加熱器管道，其中以空氣或氮氣用作清潔劑的載體介質。
下面參照實施例並結合和附圖更詳細地闡釋本發明。但是，以下實施例僅用於說明本發明，本發明不受這些實施例的限制。
實施例1均勻混合100重量份硝酸銨、10重量份氧化鎂、100重量份尿素、1重量份甲醛、2重量份澱粉、2重量份硝酸鉀和5重量份碳酸鎂，將該混合物噴射到一球形模中，在室溫和5kg/cm2的壓力下模塑該混合物，製備平均粒徑為5mm的顆粒。將1.6噸所得顆粒施用於韓國SK公司的日處理170,000桶汽油的#3油純化工藝所用加熱器內，結果示於圖1。如圖1所示，通過使用這種顆粒，加熱器上段白熾部位的管表面溫度迅速下降，這表明顆粒具有優異的清潔效果。
比較例1用傳統硝酸銨清潔劑和傳統清潔方法清潔加熱器，其中傳統清潔劑的噴射量為10噸，超過實施例1中清潔劑用量的4倍。所得結果示於圖1。
同樣，將顆粒組合物(實施例1)和傳統清潔劑(比較例1)各自噴射到正在運行的加熱器中，測定產生的NOx量，結果示於圖2。如圖2所示，在比較例中，產生的NOx量超過了法律許可的限度——250ppm。相反，當噴射顆粒時，則減少了NOx的產生。
工業應用從上述實施例和比較例可清楚看到，當用來清潔加熱器管道時，本發明的清潔劑具有更好的機械清潔效果，因此縮短了工作時間，減少了清潔劑的用量，並能防止清潔劑的快速蒸發，從而提高了清潔效果。此外，通過任選包含其他組分，包括鎂、尿素等，清潔劑可抑制加熱器管道中硫氧化物或礬氧化物的粘結作用，從而穩定控制NOx的釋放。
本發明已通過示例方式得到介紹，應當理解，所用術語僅為描述而用，不對本發明構成限制。根據上述介紹，可以對本發明進行多種修改和變化。因此，應當理解，只要在附屬權利要求範圍之內，本發明可以上面具體描述的方式以外的方式實施。
權利要求
1.一種用於加熱器管道的清潔劑，它包含硝酸銨；所述清潔劑呈顆粒形，平均粒徑為2.5-8mm、顆粒密度為1.5-2g/cm3。
2.如權利要求1所述的清潔劑，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-50重量份氧化鎂和1-50重量份無機清潔劑，所述無機清潔劑選自硝酸鉀、過氧化物、氧化錳和氧化硫中的一種或多種。
3.如權利要求1所述的清潔劑，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-200重量份尿素。
4.如權利要求1所述的清潔劑，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-50重量份氧化鎂，1-50重量份無機清潔劑，1-200重量份尿素，1-5重量份塗劑，1-30重量份粘合劑和1-10重量份抗蝕劑，其中所述無機清潔劑選自硝酸鉀、過氧化物、氧化錳和氧化硫中的一種或多種。
5.如權利要求4所述的清潔劑，其特徵在於，粘合劑選自澱粉、凝膠、膠水、粘結劑和3-氨基丙基三乙氧基矽烷中的一種或多種。
6.如權利要求4所述的清潔劑，其特徵在於，所述塗層劑選自甲醛和硬脂酸鎂中的一種或多種。
7.如權利要求4所述的清潔劑，其特徵在於，所述抗蝕劑選自碳酸鎂和碳酸鈣中挑選一種或多種。
8.一種在線清潔加熱器管道的方法，它包括利用噴砂技術，以1-20kg/cm2噴射壓力，用空氣或氮氣作載體介質，將包含硝酸銨並配製成平均粒徑為2.5-8mm、顆粒密度為1.5-2g/cm3的顆粒的清潔劑噴射到正在運行的加熱器管道內。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-50重量份氧化鎂和1-50重量份無機清潔劑，所述無機清潔劑選自硝酸鉀、過氧化物、氧化錳和氧化硫中的一種或多種。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-200重量份尿素。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-50重量份氧化鎂，1-50重量份無機清潔劑，1-200重量份尿素，1-5重量份塗劑，1-30重量份粘合劑，1-10重量份抗蝕劑，其中所述無機清潔劑選自硝酸鉀、過氧化物、氧化錳和氧化硫中的一種或多種。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述粘合劑選自澱粉、凝膠、膠水、粘結劑和3-氨基丙基三乙氧基矽烷中的一種或多種。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述塗劑選自甲醛和硬脂酸鎂中的一種或多種。
14.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述抗蝕劑選自碳酸鎂和碳酸鈣中的一種或多種。
15.一種在線清潔加熱器管道的方法，它包括利用噴砂技術，以1-20kg/cm2噴射壓力，將30-95wt％的包含硝酸銨而不含尿素、平均粒徑為2.5-8mm、顆粒密度為1.5-2g/cm3的顆粒形清潔劑與5-70wt％的平均粒徑為1-5mm的尿素顆粒混合一起噴射到正在運行的加熱器管道內，用空氣或氮氣作載體介質。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，以100重量份硝酸銨為基準計，所述清潔劑還包含1-50重量份氧化鎂，1-50重量份無機清潔劑，1-5重量份塗劑，1-30重量份粘合劑，1-10重量份抗蝕劑，其中所述無機清潔劑選自硝酸鉀、過氧化物、氧化錳和氧化硫中的一種或多種。
全文摘要
介紹了一種用於加熱器管道的清潔劑，它能消除安裝在工業加熱器中的管道內的沉積物如菸灰顆粒，這些工業加熱器通常使用油、煤或氣。本發明的清潔劑是通過將含硝酸銨的化學組合物配製成顆粒來製備。本發明還揭示了用所述清潔劑清潔加熱器管道的方法。當用來清潔加熱器管道時，清潔劑可提高機械和化學清潔效果，因而縮短了工作時間，並減少了化學組合物的用量，還防止化學組合物快速蒸發，從而提高清潔效果。此外，通過選擇包含其他組分，包括鎂、尿素等，清潔劑可消除加熱器管道中硫氧化物或礬氧化物的粘結作用，從而穩定控制NOx的釋放。
文檔編號C11D7/22GK1886495SQ03803562
公開日2006年12月27日 申請日期2003年2月6日 優先權日2002年2月8日
發明者吳全根, 閔華植, 樸三龍, 樸智垣 申請人:Sk株式會社