专利名称：清洁加热器管道的清洁剂和清洁方法
技术领域：
本发明总体上涉及清洁加热器管道的清洁剂和清洁方法。具体而言，本发明涉及用于清除沉积在工业加热器、加热炉和锅炉的管道里的沉积物如烟灰微粒的清洁剂，和用这种清洁剂在线(on-line)清洁加热器管道的方法。
背景技术：
工业加热器、加热炉和锅炉等(以下统称“加热器”)通常使用油、煤和煤气，安装在这些设备中的管道会聚集沉积物，如烟灰微粒。这些沉积物如果牢固地附着、集结在管道中时，则会抑制加热器中的热传递，引起大的经济损失、能源浪费，加剧环境污染，而且由于加热器过载，还会引发事故，并降低生产效率。当不可燃碳如烟灰微粒通过硫氧化物或矾氧化物附着在加热器管道内表面上时，形成这些沉积物，在此过程中，硫氧化物或矾氧化物起粘合剂作用。
可以在关闭或中断主要处理过程之后，清除加热器管道中的沉积物。但是，由于关闭、重启和维持此过程需要高成本，这种清除沉积物的方法会带来经济损失。
为了清除沉积物，人们开发出了在线清洁技术，该技术利用氧化剂如硝酸钾或硝酸铵在高温下从运行中的加热器中周期性地或连续地清除沉积物。
例如，GB专利1001772介绍了一种清洁覆盖着烟灰或其他碳物种的管道的化学方法，该方法采用了包含硝酸钾和一种或多种可燃物质的混合物的非爆炸性混合试剂，所述可燃物质包含单质碳或包含游离碳或化合物形式碳的物质，所述混合物中氧过平衡在8-35％内，单碳质或化合物碳的含量为1-4wt％。根据上述专利，将这种试剂喷射到锅炉火焰的上部以后，它们燃烧并聚集在锅炉管道内壁上，燃烧碳的化合物，并中和硫氧化物，从而消除了硫氧化物的粘结性质。
此外，瑞典公司“Bejs I Vaesteras”在1969年申请的GB专利1249371“清洁锅炉中烟灰覆盖的表面的化学方法”公开了一种提高锅炉管道清洁效果的方法，它是将和GB专利1001772相同的化学组合物以粉末或微粒形式与空气混合后，直接喷射到锅炉火焰中。
法国CTP公司在1989年提出，可在运行的待清洁的加热器表面，以100-250m/s的高速喷射氧化剂和砂子，以此进一步提高加热器管道内的清洁效果，其中氧化剂选自铬、锰、硫、氮或硼的氧化物、过氧化物和盐，硝酸盐、亚硝酸盐和硝酸铵，它们以0.5-2.5mm的细颗粒形式使用。
但是，常规清洁剂除了使氮氧化物(NOx)的产生量增加到超出法律许可限度，从而引起严重的环境问题之外，对于清除加热器管道中的沉积物没有太大效果。因此，需要研制各种有效的加热器管道的清洁剂。
发明概述本发明者考虑到现有技术中遇到的各种问题，为研制对加热器管道具有优异清洁效果的清洁剂，进行了独特而全面的研究，得到了本发明。结果发现，包含粒状硝酸铵并具有独特物理性质的清洁剂对覆盖了烟道灰等沉积物的加热器管道具有提高了的清洁效果。
因此，本发明的目标是提供一种加热器管道用清洁剂。这种清洁剂采用大粒径固体颗粒，能提高对加热器管道的机械清洁效果，通过这种颗粒的机械清洁功能和化学清洁功能的结合作用而缩短工作时间，减少清洁剂用量；由于避免了清洁剂的快速蒸发，颗粒可以到达远离工人进行清洁工作的地方，因而扩大了清洁区域，提高了清洁剂的清洁效果；通过喷砂作用提高了清除加热器管道中的烟灰等沉积物的效果；这种清洁剂还能稳定地控制氮氧化物(NOx)的产生。
本发明的另一个目标是提供用上述清洁剂清洁加热器管道的方法。
本发明一方面提供了用于加热器管道的清洁剂，它包含硝酸铵，配制成平均粒径为2.5-8mm、颗粒密度为1.5-2g/cm3的颗粒。
本发明另一方面提供了清洁加热器管道的方法，它包括利用沙喷技术将包含硝酸铵并平均粒径为2.5-8mm、颗粒密度为1.5-2g/cm3的清洁剂颗粒，以1-20kg/cm2的注射压力，用空气或氮气作载体介质，喷射到加热器管道内壁上。
附图简介由下面结合附图进行的详细描述，可更好地理解本发明的上述及其他目标、特征和其他优点。
图1所示是按照用本发明，用加热器管道清洁剂来清洁加热器时，加热器白炽部分(rodiant)的温度随时间下降的图线；图2所示是按照本发明，用加热器管道清洁剂(实施例)和用传统清洁剂(比较例)时，所产生的NOx的比较图；图3是用本发明的喷砂技术清洁加热器管道的一个实施方式的示意图。
本发明的最佳实施方式根据本发明，用于清除沉积在加热器表面的烟灰等沉积物的清洁剂为颗粒形。粒形清洁剂可通过传统的压塑技术制备，并可用来清洁加热器管道。这样的清洁剂包含硝酸铵为主要成分，或者包含硝酸铵与氧化镁、尿素、涂剂和粘合剂等任选组分的特定组合。
根据本发明，清洁加热器管道的方法包括利用沙喷技术，用空气或氮气作载体介质，以1-20kg/cm2喷射压力，将清洁剂喷射到加热器管道壁上。此时，喷射压力根据要清洁的加热器部位由人工进行控制。上述喷射压力范围是获得所需清洁效果的最佳范围。
用于加热器管道的清洁剂的制备方法是，将硝酸铵配制成平均粒径为2.5-8mm、较好为4-5mm、颗粒密度为1.5-2g/cm3的颗粒。形成颗粒的方法是将硝酸铵加入压塑装置，然后在室温和高压，例如在5-100kg/cm2的压力下进行压塑，材料在压模装置中的温度升高到其沸点。这样，颗粒可以具有各种形状，包括半球形、圆柱形、六边形和球形，最好为球形。
当颗粒的平均粒径小于2.5mm时，颗粒喷射到加热器中后会在非常短的时间内蒸发掉，因此削弱了它们的清洁效果，缩短了它们在加热器内部的迁移距离。当颗粒的平均粒径大于8mm时，清洁效果也会降低，因为颗粒蒸发所需时间变长，因而颗粒掉落到加热器底部。
如上所述，由于清洁剂配制成固体颗粒，其颗粒密度较高。与一直用作常规清洁剂的硝酸铵的约1.39g/cm3的颗粒密度相比，本发明颗粒密度约为1.5-2g/cm3。例如，根据本发明的一个实施方式，含硝酸铵和氧化镁的颗粒的颗粒密度为1.76g/cm3，比常用硝酸铵1.39g/cm3的颗粒密度高约27％。这样制备的清洁剂喷射到加热器中后，能缩短工作时间，并因机械清洁效果的提高而减少其用量，这是由于配制而成的颗粒比传统清洁剂具有更高的密度和更大的粒度。还由于清洁剂配制成颗粒形，可避免其快速蒸发，因而比喷射后很快蒸发的常规小粒度的颗粒相比，具有更好的清洁效果。而且，由于清洁剂在加热器中需要相对较长的时间进行蒸发，因而在蒸发之前以固态和液态形式存在较长的时间，其由固态实施的机械清洁效果和由液态实施的反应效率得到提高，因此极大地提高了其清洁沉积物的效果。
根据本发明，以100重量份硝酸铵为基准计，清洁剂还可任选包含最多50重量份氧化镁，最多50重量份无机清洁剂，最多200重量份尿素，最多5重量份涂剂，最多30重量份粘合剂和最多10重量份防腐剂，与硝酸铵混合。
任选用于本发明的氧化镁可通过与矾氧化物反应，来降低矾氧化的粘结效果，已知矾氧化物能粘合烟灰，并将附着在加热器内管道壁上的沉积物转化为高熔点物质。因此，为了抑制这种粘结作用，以100重量份硝酸铵为基准计，在清洁剂中加入最多50重量份氧化镁，较好加入5-15重量份，最好加入7-10重量份。
用来进一步提高本发明清洁剂的清洁效果的无机清洁剂是一种或多种选自硝酸钾、过氧化物、氧化锰和氧化硫的物质，它们在清洁剂中的含量以100重量份硝酸铵为基准计最多为50重量份。
同时，如果采用常规类型的清洁剂清洁加热器管道，作为硝酸铵的一个组成元素的氮在加热器中将转化为NOx，因而使NOx的释放量增加到超过法律许可的限度。为解决这个问题，可在给定清洁剂中进一步加入尿素(CO(NH2)2)，并均匀混合。这是因为，通过选择性非催化还原(SNCR)机理尿素能将NOx转化为N2和H2O，从而减少了NOx的产生量。在这种情况下，以100重量份硝酸铵为基准计，清洁剂中尿素含量最多为200重量份，较好为20-150重量份，最好为40-120重量份。
根据本发明的另一个实施方式，为达到类似的减少NOx的效果，可将30-95wt％的包含硝酸铵而不含尿素、平均粒径为2.5-8mm且颗粒密度为1.5-2g/cm3的颗粒清洁剂与5-70wt％的平均粒径为1-5mm的尿素颗粒一起喷射到加热器中。尿素颗粒的用量可达70wt％，较好为20-60wt％，更宜为40-60wt％。
在本发明中，为提高清洁剂的粘结能力而加入的粘合剂是一种或多种选自淀粉、凝胶、胶水、粘结剂和3-氨基丙基三乙氧基硅烷的物质，它们在清洁剂中的含量以100重量份硝酸铵为基准计可达30重量份。
为防止清洁剂在储存或清洁过程中由于亲水性而发生聚结，在清洁剂表面宜用涂剂进行涂敷。可用于本发明的涂剂选自甲醛和硬脂酸镁，它在清洁剂中的含量以100重量份硝酸铵为基准计可达5重量份。
此外，本发明中用来防止加热器发生腐蚀的抗蚀剂可选自碳酸镁和碳酸钙中的一种或多种，它们在化学组合物中的含量以100重量份硝酸铵为基准计可达10重量份。
因此，本发明用于加热器管道的清洁剂可包含上述各种添加组分，但不限于这些组分。
根据本发明，用于加热器管道的清洁剂可在加热器的运行过程中使用。这样，可用已知喷砂机将清洁剂喷射到加热器中。例如，如图3所示，以1-20kg/cm2的喷射压力通过突起的喷嘴将清洁剂喷射到正在运行中的加热器管道表面上，可以不中断加热器的运行来清洁加热器管道，其中以空气或氮气用作清洁剂的载体介质。
下面参照实施例并结合和附图更详细地阐释本发明。但是，以下实施例仅用于说明本发明，本发明不受这些实施例的限制。
实施例1均匀混合100重量份硝酸铵、10重量份氧化镁、100重量份尿素、1重量份甲醛、2重量份淀粉、2重量份硝酸钾和5重量份碳酸镁，将该混合物喷射到一球形模中，在室温和5kg/cm2的压力下模塑该混合物，制备平均粒径为5mm的颗粒。将1.6吨所得颗粒施用于韩国SK公司的日处理170,000桶汽油的#3油纯化工艺所用加热器内，结果示于图1。如图1所示，通过使用这种颗粒，加热器上段白炽部位的管表面温度迅速下降，这表明颗粒具有优异的清洁效果。
比较例1用传统硝酸铵清洁剂和传统清洁方法清洁加热器，其中传统清洁剂的喷射量为10吨，超过实施例1中清洁剂用量的4倍。所得结果示于图1。
同样，将颗粒组合物(实施例1)和传统清洁剂(比较例1)各自喷射到正在运行的加热器中，测定产生的NOx量，结果示于图2。如图2所示，在比较例中，产生的NOx量超过了法律许可的限度——250ppm。相反，当喷射颗粒时，则减少了NOx的产生。
工业应用从上述实施例和比较例可清楚看到，当用来清洁加热器管道时，本发明的清洁剂具有更好的机械清洁效果，因此缩短了工作时间，减少了清洁剂的用量，并能防止清洁剂的快速蒸发，从而提高了清洁效果。此外，通过任选包含其他组分，包括镁、尿素等，清洁剂可抑制加热器管道中硫氧化物或矾氧化物的粘结作用，从而稳定控制NOx的释放。
本发明已通过示例方式得到介绍，应当理解，所用术语仅为描述而用，不对本发明构成限制。根据上述介绍，可以对本发明进行多种修改和变化。因此，应当理解，只要在附属权利要求范围之内，本发明可以上面具体描述的方式以外的方式实施。
权利要求
1.一种用于加热器管道的清洁剂，它包含硝酸铵；所述清洁剂呈颗粒形，平均粒径为2.5-8mm、颗粒密度为1.5-2g/cm3。
2.如权利要求1所述的清洁剂，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-50重量份氧化镁和1-50重量份无机清洁剂，所述无机清洁剂选自硝酸钾、过氧化物、氧化锰和氧化硫中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的清洁剂，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-200重量份尿素。
4.如权利要求1所述的清洁剂，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-50重量份氧化镁，1-50重量份无机清洁剂，1-200重量份尿素，1-5重量份涂剂，1-30重量份粘合剂和1-10重量份抗蚀剂，其中所述无机清洁剂选自硝酸钾、过氧化物、氧化锰和氧化硫中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的清洁剂，其特征在于，粘合剂选自淀粉、凝胶、胶水、粘结剂和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
6.如权利要求4所述的清洁剂，其特征在于，所述涂层剂选自甲醛和硬脂酸镁中的一种或多种。
7.如权利要求4所述的清洁剂，其特征在于，所述抗蚀剂选自碳酸镁和碳酸钙中挑选一种或多种。
8.一种在线清洁加热器管道的方法，它包括利用喷砂技术，以1-20kg/cm2喷射压力，用空气或氮气作载体介质，将包含硝酸铵并配制成平均粒径为2.5-8mm、颗粒密度为1.5-2g/cm3的颗粒的清洁剂喷射到正在运行的加热器管道内。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-50重量份氧化镁和1-50重量份无机清洁剂，所述无机清洁剂选自硝酸钾、过氧化物、氧化锰和氧化硫中的一种或多种。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-200重量份尿素。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-50重量份氧化镁，1-50重量份无机清洁剂，1-200重量份尿素，1-5重量份涂剂，1-30重量份粘合剂，1-10重量份抗蚀剂，其中所述无机清洁剂选自硝酸钾、过氧化物、氧化锰和氧化硫中的一种或多种。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述粘合剂选自淀粉、凝胶、胶水、粘结剂和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述涂剂选自甲醛和硬脂酸镁中的一种或多种。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述抗蚀剂选自碳酸镁和碳酸钙中的一种或多种。
15.一种在线清洁加热器管道的方法，它包括利用喷砂技术，以1-20kg/cm2喷射压力，将30-95wt％的包含硝酸铵而不含尿素、平均粒径为2.5-8mm、颗粒密度为1.5-2g/cm3的颗粒形清洁剂与5-70wt％的平均粒径为1-5mm的尿素颗粒混合一起喷射到正在运行的加热器管道内，用空气或氮气作载体介质。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，以100重量份硝酸铵为基准计，所述清洁剂还包含1-50重量份氧化镁，1-50重量份无机清洁剂，1-5重量份涂剂，1-30重量份粘合剂，1-10重量份抗蚀剂，其中所述无机清洁剂选自硝酸钾、过氧化物、氧化锰和氧化硫中的一种或多种。
全文摘要
介绍了一种用于加热器管道的清洁剂，它能消除安装在工业加热器中的管道内的沉积物如烟灰颗粒，这些工业加热器通常使用油、煤或气。本发明的清洁剂是通过将含硝酸铵的化学组合物配制成颗粒来制备。本发明还揭示了用所述清洁剂清洁加热器管道的方法。当用来清洁加热器管道时，清洁剂可提高机械和化学清洁效果，因而缩短了工作时间，并减少了化学组合物的用量，还防止化学组合物快速蒸发，从而提高清洁效果。此外，通过选择包含其他组分，包括镁、尿素等，清洁剂可消除加热器管道中硫氧化物或矾氧化物的粘结作用，从而稳定控制NOx的释放。
文档编号C11D7/22GK1886495SQ03803562
公开日2006年12月27日 申请日期2003年2月6日 优先权日2002年2月8日
发明者吴全根, 闵华植, 朴三龙, 朴智垣 申请人:Sk株式会社