专利名称：用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物及其制造方法，更具体地，涉及下述用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物及其制造方法，作为用于去除在例如锅炉、加热炉、燃烧炉等的热传递装置的燃烧区域(combustion zone)中产生的灰(ash)、结垢(scale)、残渣(slag)等的燃烧残留物(combustion residues)的水基洗涤剂及其制造方法。本发明的水基洗涤剂组合物包括表面活性剂、分散剂、水以及其他添加剂成分，具体地包括离子型表面活性剂、水、无机盐添加剂。其对在锅炉、加热炉、燃烧炉等的热传递装置的燃烧区域内部表面沉积的灰、结垢、残渣等的燃烧残渣污染源具有高的洗涤能力。
背景技术：
对于锅炉、加热炉、燃烧炉等的热传递装置，不仅是装置的高效率设计、而且其高效率的运转也非常重要。特别是，在使用煤等固态燃料、或者使用柴油或船用锅炉燃料等石油类液体燃料而运行时，在位于加热炉的线圈和管外侧表面形成的燃料燃烧残留物会大大降低加热炉的效率。即，因为在锅炉、加热炉或燃烧炉的内部存在灰、结垢、残渣等的燃烧残留物，所以向锅炉、加热炉或燃烧炉的内表面的热传递无法有效地进行。
另外，比热损失更重要的是，由于在燃烧区域内部形成并蓄积燃料残留物而使热效率降低，所以运行时的温度持续上升，存在锅炉和加热炉内部过热的危险，由此可能破坏管道或燃烧区域内部。
这种状态的最终结果会导致降低正常效率和高费用的维修作业和/域运行停止。
因此，对于防止、缓解或者持续去除这样的燃烧残留物的形成进行了各种研究。
其中，作为现有技术，在USP4,375,359中提出了下述的方法，将Mn、Cu、Mg、Al、Fe、Pb、Zn或者这些物质的混合物混入水中，采用均化器(homogenizer)装置而将其注入到加热炉内部。这样的洗涤剂虽然在加热炉中具有某种程度的洗涤能力，但是因为对洗涤方法的依赖性较大，所以存在难以维持规定的洗涤性能的缺点。
另外，在USP4,796,548中提出了这样的方法，利用具有至少150微米(micron)以上的粒子大小的MgO(氧化镁)防止燃烧残留物吸附在加热炉的内部表面。但是，这种方法主要适用于煤等固态燃料中，其方法为将MgO作为直接原料来添加，由此调节燃烧残渣物的吸附作用，所以可能在燃烧效率方面带来问题，并存在必须预先与燃料混合的问题。
另外，在USP4,190,421中提出了这样的方法，利用含有NH4Cl、MgO、氧化铝(alumina)、以及碳酸铜的添加剂，使加热炉的燃烧残留物达到最小。但是，该方法也是与固体燃料直接混入而调节燃烧残留物的方法，从而存在上述问题。同时，在去除由各种石油类原料所产生的燃烧残留物方面存在洗涤效率差的问题。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述的现有技术问题而提出的。本发明的第一目的在于，提供一种洗涤剂，该洗涤剂可有效地、容易地去除在燃料燃烧时所产生的诸如灰、结垢、残渣等固体残留物等。
本发明的第二目的在于，提供一种洗涤剂，该洗涤剂不仅对原料为诸如煤等固体燃料所产生的燃烧残留物、而且对如石油类燃料等所产生的燃烧残留物等也具有有效的洗涤能力。
本发明的第三目的在于，提供一种洗涤剂，该洗涤剂在喷洒、均匀化、超声波、振动等各种洗涤方法或装置中也可有效地适用。
本发明的第四目的在于，提供一种洗涤剂，该洗涤剂在利用上述本发明的第三目的所提及的洗涤方法或装置投入到锅炉和加热炉中时，其安全性优良。
本发明的第五目的在于，提供一种高性能洗涤剂，该洗涤剂在对利用上述本发明的第一目的所提及的洗涤剂进行洗涤的锅炉和加热炉中的燃烧残渣物的去除前后进行比较时，热效率改善效果显著。
本发明的第六目的在于，提供一种洗涤剂，该洗涤剂对人体的毒性低，所以作业环境性良好。
本发明的第七目的在于，提供一种如上所述的本发明的第一至第六目的的洗涤剂的制造方法。
根据实现上述本发明的第一至第六目的所用的本发明的优选实施方式，提供一种高性能的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，该组合物包括(a)0.1～20％体积比的、碳原子数为4～21的离子型表面活性剂；(b)0.1-10％体积比的、碳原子数为3～15的表面活性剂辅助剂；(c)0.5～15％重量比的无机盐添加剂。
根据实现上述本发明的第一至第六目的所用的本发明的优选的其他实施方式，提供一种高性能的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，在上述第一方式的组合物中，该组合物进一步包括30～95％体积比的水。
根据实现上述本发明的第七目的所用的本发明的优选的实施方式，提供一种高性能的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物的制造方法，其方法由(a)、(b)步骤构成，(a)在30～95％体积比的水中混合0.1～20％体积比的、碳原子数为4～21的离子型表面活性剂，使其混合均匀；然后，(b)在上述的(a)步骤中的混合物中同时或者以任意顺序混合0.1～10％体积比的、碳原子数为3～15的表面活性剂辅助剂和0.5～15％重量比的、无机盐添加剂，使其混合均匀。
如上所述，包括离子型表面活性剂、表面活性剂辅助剂、无机盐添加剂和水的本发明的高性能的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物对于如燃料燃烧时所产生的灰、结垢、残渣等固体残留物具有优良的洗涤能力，作业环境性良好，且将其投入到锅炉和加热炉时安全性优良。特别是，对比洗涤前和洗涤后，其热效率改善效果明显。
图1为本发明的水基洗涤剂所适用的工业用加热炉的例图。
图2表示在使用本发明的水基洗涤剂时，在图1所示的工业用加热炉中产生的燃烧残留物的去除前后的热效率改善程度的图表。
具体实施例方式
下面，对本发明进行更详细的说明。
首先，对本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物的主要构成成分之一的离子型表面活性剂进行说明。优选的是对难溶性添加剂和燃烧残留物的分散效果优异、且对环境安全性和人体安全性优良的表面活性剂。
作为在本发明中可使用的离子型表面活性剂的代表例，可使用烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、烷基芳基醚磷酸盐等磷酸盐类表面活性剂的阴离子型表面活性剂；烷基二甲基苄基氯化季铵、烷基三甲基氯化季铵、烷基二乙基苄基氯化铵、异硬脂酰丙基吗啉乳酸酯、氯化吡啶、十二烷基氯化吡啶、烷基胺等咪唑啉(imidazoline)类、β-丙氨酸类、胺类、季铵盐类或胺盐类表面活性剂的阳离子型表面活性剂；甜菜碱(betaine)等阴性表面活性剂；或者它们的任意混合物。作为优选的离子型表面活性剂的例子，可使用烷基芳基醚磷酸盐、烷基二甲基苄基氯化季铵、烷基三甲基氯化季铵、烷基二乙基苄基氯化铵、异硬脂酰丙基吗啉乳酸酯、氯化比啶、十二烷基氯化吡啶，或者它们的任意混合物。更优选的是异硬脂酰丙基吗啉乳酸酯、氯化吡啶、十二烷基氯化吡啶，或者它们的任意混合物。上述离子型表面活性剂的范围(以整个组合物为基准)为0.1～20％体积比，优选为2～15％体积比的范围，更优选为5～10％体积比的范围。
其次，对本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物的主要构成成分中的另一成分的表面活性剂辅助剂进行说明。表面活性剂辅助剂的添加不仅对所产生的粉末灰尘污染源、而且对在油类污染源中的阳离子型表面活性剂和水的三组分系统中产生的油污染源可增加乳化的形成。另外，表面活性剂辅助剂对提高洗涤能力也起到重要作用。
作为在本发明中可使用的表面活性剂辅助剂的例子，可使用尿素、乙烯碳酸盐、丙烯碳酸盐、二甲基醚、二甲基己二酸醚、二甲基戊二酸醚、二甲基琥珀酸醚、乙基乳酸醚、二甘醇、三甘醇、乙二醇独丁醚、二甘醇独丁醚、三乙烯独丁醚、乙二醇独己醚、二甘醇独己醚、三甘醇独己醚，或这些物质的任意混合物，但是作为优选的表面活性剂辅助剂的例子，可使用尿素、乙烯碳酸盐、丙烯碳酸盐、二甲基醚、二甲基己二酸醚、二甲基戊二酸(glutaric)醚、二甲基琥珀酸醚、乙基乳酸醚，或这些的任意混合物，更优选的是尿素、乙烯碳酸盐、丙烯碳酸盐、二甲基醚，或这些物质的任意混合物。
上述表面活性剂辅助剂占整个组合物的体积比为0.1～10％的范围，优选体积比为0.5～5％的范围，更优选体积比为1～3％的范围。
再次，对本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物中主要构成成分中的另一成分——无机盐添加剂进行说明。
无机盐添加剂可增加灰、结垢、残渣等的燃烧残渣物的电阻系数(electrical resistivity)，所以对洗涤能力起着重要作用。
作为在本发明中可使用的无机盐添加剂的例子，可使用NH4NO3、KNO3、[Cu(NH3)4]SO4·H2O、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2、Mn(NO3)2、Ce(NO3)3、BaCl2、MgCl2、MnCl2、AlCl3、Al(NO3)3、MgSO4、Ca(NO3)2、CaCl2、铝的硅酸盐、钙的硅酸盐、镁的硅酸盐、钠的氧化物、钾的氧化物、钙的氧化物、镁的氧化物、二氧化钛、铝的氧化物、Cu的氯氧化物、Cr2O3、CaCrO4、Cr(NO3)3、Cr2(SO4)3、Cr(C2H3O2)3、Cr(CO)6、Cr(OH)2、CrO3、Cr(C5H7O2)3、MnCr2O4、MgCr2O4、CuCr2O7、BaCr2O7、NH4Cl、(NH4)2Cr2O7、SiO2、氧化铝(alumina)碳酸铜，或者是它们的任意混合物。作为优选的无机盐添加剂的例子是，NH4NO3、KNO3、[Cu(NH3)4]SO4·H2O、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2、Mn(NO3)2、Ce(NO3)3、铝的硅酸盐(silicates)、钙的硅酸盐、镁的硅酸盐、钠的氧化物、钾的氧化物、钙的氧化物、镁的氧化物、二氧化钛、铝的氧化物、Cu氯氧化物。更优选的是NH4NO3、KNO3、[Cu(NH3)4]SO4·H2O、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2、Mn(NO3)2、Ce(NO3)3，或者是它们的任意混合物。上述无机盐添加剂与组合物的整体的重量比为0.5～15％的范围，优选重量比为1～10％的范围，更优选的重量比为3～7％的范围。
从上述结果可知，在制造本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂时，以组合物的整体为基准，水的添加量为25～99％体积比的范围，优选为30～95％体积比的范围，更优选为70～90％体积比的范围。特定地可为65～95％体积比的范围。
在本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂的基本组成中，在不影响洗涤剂的稳定性和不对洗涤剂带来较大物性变化的范围内，可确定表现出最佳洗涤能力的组成比。当然，根据被洗涤物的种类和目的以及洗涤方式，可以变化其配比。
在制造本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂时，优选的是以组合物的整体为基准，在25～99％体积比的水中添加0.5～15％重量比的上述无机盐添加剂。然后，同时或者以任意顺序添加0.1～20％体积比的、碳原子数为4～21的离子型表面活性剂，和0.1～10％体积比的、碳原子数为3～15的表面活性剂辅助剂。但是，本发明并不限于此，当然可以按任意顺序混合，或者全部同时混合，或者也可以将一部分同时混合。
下面，通过实施例更详细地说明本发明。但是，下述的实施例只是用来为本发明提供例证的，并不限定本发明。
实施例1～10及比较例1～6测试片的准备将工业用加热炉中存在的煤和石油的燃烧物、结垢和船用C级锅炉燃料油混合而形成污染源。将该污染源4克与10毫升IPA混合，将其涂在7.5×2.5×0.2cm3大小的不锈钢测试片(SUS plate)上。在室温放置5小时，蒸发除去IPA。然后，在70℃～90℃的烤箱(oven)中放置12小时。
洗涤能力的评价采用洗涤方法为1)超声波洗涤方法和2)喷洒洗涤方法，洗涤温度确定为60℃。1)在采用超声波方法的情况下，在以上述组成来制备的50毫升洗涤剂中，使以上述方法制造的污染测试片沉积在设有超声波(40kHz)装置的洗涤组中，由此在超声波条件下分别洗涤2分钟。然后，使用常温的蒸馏水(电导率为18μS/cm左右)在冲洗液中将污染测试片再分别沉积2分钟。之后，暖风干燥2分钟左右，然后测定从测试片中被去除的污染源的重量，来评价洗涤能力。2)在采用喷洒洗涤方法的情况下，使用所制造的喷洒枪(spray gun)将洗涤液分别以2分钟为间隔进行喷洒，然后，使用常温的蒸馏水(电导率为18μS/cm左右)在冲洗液中使用喷洒枪再冲洗2分钟。之后，暖风干燥2分钟左右，然后测定从测试片中被去除的污染源的重量而评价洗涤能力。
洗涤能力的评价方法和评价基准去除率(％)＝(A-B)/A×100(式中，A为测试前所附着的污染源的重量，B为洗涤能力测试后所附着的污染源的重量)表1
表2
表3
在上述的表3的比较例1～2的情况下，将其与实施例相比较时，虽然在仅使用离子型表面活性剂和辅助剂时相稳定性优良，但是洗涤能力和冲洗性差。比较例3～6虽然看起来具有与实施例相似的组成成分，但是，在使用不溶性无机盐添加剂的情况下，虽然洗涤能力和冲洗性提高，但是相稳定性差、贮藏稳定性和作业性差。本发明的实施例1～10的组成是使用离子型表面活性剂、辅助剂和无机盐成分的情况，这些均在超声波洗涤和喷洒洗涤方法中对污染源表现出优良的洗涤能力和冲洗性，而且表示出优良的相稳定性和作业性。下面是用上述实施例中所示的组合物的一例来对设置在实际工业现场中的加热炉内部的燃烧残留物的去除情况进行的测试。
图1表示本发明的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物所适用的加热炉1的一个例子。在图中的例子中显示上述的加热炉1由上方的对流管(convection tube)2和下方的辐射管(radiant tube)5、护罩(shield)3、后部(hip)4、侧壁6、端壁7构成。但是很显然，本发明的组合物并不局限用于上述例的加热炉。
洗涤方法使用了高压喷洒方式。通过观察向火焰喷洒后是否有因洗涤剂引起的火焰变化来确认组合物的稳定性。通过观察是否去除附着在加热炉的燃烧区域中的燃烧残留物来确认洗涤能力是否优良。最后通过测定在加热炉的对流管2和辐射管5中燃烧残留物被去除前和去除后的燃烧室(fire box)的温度和气体排出部的气体温度之差以及导入量，确认热效率提高的情况。即，如图2所示，在加热炉的对流管2部分(在图2中用“A”表示)和辐射管5(在图2中用“B”表示)中的洗涤前后的热效率被确认为提高了7％。
权利要求
1.用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，其特征在于，该组合物包括(a)0.1～20％体积比的、碳原子数为4～21的离子型表面活性剂；(b)0.1～10％的体积比、碳原子数为3～15的表面活性剂辅助剂；(c)0.5～15％重量比的无机盐添加剂。
2.如权利要求1所述的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，其特征在于，所述组合物进一步包括(d)30～95％体积比的水。
3.如权利要求1所述的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，其特征在于，所述成分(a)的离子型表面活性剂选自以下化合物中的至少一种烷基二甲基苄基氯化季铵、烷基三甲基氯化季铵、烷基二乙基苄基氯化铵、异硬脂酰丙基吗啉乳酸酯、氯化吡啶、十二烷基氯化吡啶。
4.如权利要求1所述的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，其特征在于，所述成分(b)的表面活性剂辅助剂选自以下化合物中的至少一种尿素、乙烯碳酸盐、丙烯碳酸盐、二甲基醚、二甲基己二酸醚、二甲基戊二酸醚、二甲基琥珀酸醚、乙基乳酸醚、二甘醇、三甘醇、乙二醇独丁醚、二甘醇独丁醚、三乙烯独丁醚、乙二醇独己醚、二甘醇独己醚、三甘醇独己醚。
5.如权利要求1所述的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物，其特征在于，所述成分(c)的无机盐添加剂选自以下化合物中的至少一种NH4NO3、KNO3、[Cu(NH3)4]SO4·H2O、Cu(NO3)2、Mg(NO3)2、Mn(NO3)2、Ce(NO3)3、BaCl2、MgCl2、MnCl2、AlCl3、Al(NO3)3、MgSO4、Ca(NO3)2、CaCl2、铝的硅酸盐、钙的硅酸盐、镁的硅酸盐、钠氧化物、钾氧化物、钙氧化物、镁氧化物、二氧化钛、铝氧化物、Cu的氯氧化物、Cr2O3、CaCrO4、Cr(NO3)3、Cr2(SO4)3、Cr(C2H3O2)3、Cr(CO)6、Cr(OH)2、CrO3、Cr(C5H7O2)3、MnCr2O4、MgCr2O4、CuCr2O7、BaCr2O7、NH4Cl、(NH4)2Cr2O7、SiO2、氧化铝、铜的碳酸盐。
6.用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物的制造方法，其特征在于，包括(a)在占整个组合物的25～99％体积比的水中添加0.5～15％重量比的无机盐添加剂，然后(b)同时地或者以任意顺序添加0.1～20％体积比的、碳原子数为4～21的离子型表面活性剂，和0.1～10％体积比的、碳原子数为3～1 5的表面活性剂辅助剂。
全文摘要
本发明提供一种高性能的用于去除燃烧残留物的水基洗涤剂组合物及其制造方法，该组合物对于如原料燃烧时所产生的灰、结垢、残渣等固体残留物具有优良的洗涤能力，其作业环境性优良，且将其投入到锅炉、加热炉或燃烧炉等中时安全性优良。特别是在对洗涤前后加以比较时，热效率改善效果明显。本发明的水基洗涤剂组合物的特征在于，该组合物包括(a)0.1～20％体积比的、碳原子数为4～21的离子型表面活性剂；(b)0.1～10％的体积比、碳原子数为3～15的表面活性剂辅助剂；(c)0.5～15％重量比的无机盐添加剂；(d)30～95％体积比的水。
文档编号C11D3/20GK1724625SQ20051000508
公开日2006年1月25日 申请日期2005年1月31日 优先权日2004年7月20日
发明者蔡明秀, 李明珍, 尹铜寅 申请人:Kam生物技术亚洲株式会社, 株式会社新药