JPS5948679B2 - 熱交換器などへのスケ−ル付着防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地熱熱水を有効利用するのに有効な熱交換器な
どへのスケール付着防止方法に関する。

一般に、地熱熱水にはヒ素などの有害成分が含まれてお
り、そのまま利用できるものは少ない。

また、これらの有害成分を除去するためにはかなり高度
な水処理が必要となり、その際の放熱が大きいため実際
上不可能である。

一方、清水や有機液体などの熱媒体と熱交換して地熱熱
水の保有する熱量を有効に利用しようとすると、地熱熱
水に含まれる硅酸が重合し、酸などによっても容易に溶
解しないスケールとなり、伝熱面や管壁に付着し、伝熱
効率を減少させるのみならず、配管の閉塞にまで至るこ
とがある。

本発明は熱交換時において、難溶なスケールの生成を防
止し、地熱熱水の保有する熱量を最大限に利用できる方
法を提供するものである。

発明者らは、すでに、熱交換器入口でＯａ 系化合物
を添加し、スケールの主因となる硅酸をカルシウム塩に
転換し、熱交換後、このカルシウム塩を除去するシステ
ムについて提案した。

この発明は、これらのシステムにおいて、特に効果的で
かつ経済的なＣａ２＋系化合物の添加量を特定したもの
を提案するものである。

地熱熱水を実験的に検討した結果、地熱熱水に含まれる
硅酸には、高分子化したゾル状態あるいはゲル状態の硅
酸と単量体硅酸とがあり、これらの硅酸を含んだ熱水を
熱交換して温度を下げると単量体硅酸としての溶解度が
下がり、過飽和の単量体硅酸が高分子状の硅酸をも架橋
するような状態で重合し、熱交換器などに付着し、強固
なスケールを生成することがわかった。

したがって、単量体硅酸の重合を防止すれば、スケール
の生長を防止できることになる。

そこで、Ｃａ２＋系化合物を添加することによりこの硅
酸を付着性のないカルシウム塩へ転換する方法が考えら
れる。

そこで、この単量体硅酸を効率的にカルシウム塩に転換
する方法を検討した結果、単に化学量論的なＣａ２＋系
化合物を添加するのみではカルシウム塩に転換できず、
さらに０．００２〜０．００４ｍｏ ｌ ／１ の過剰
量の添加が最良であることが判明し本発明がなされたの
である。

このように過剰のＣａ２＋系化合物の添加を要するのは
、高分子化した硅酸も１部Ｃａ２＋系化合物を消費する
ためと考えられる。

Ｃａ２＋系化合物を大過剰に添加することにより、硅酸
をカルシウム塩に転換することは可能であるが、これに
よると高カルシウム含量の硅酸カルシウム塩が生成し、
熱水中の懸濁成分が増加し、これらが沈着などを起すた
め、かえって配管の閉塞などや熱交換器の伝熱性能の劣
化を生ぜしめ逆効果となる場合もある。

本発明でいうＣａ２＋系化合物とは、 Ｏａ （ＯＨ） ２ ・Ｏａ ０１２などの水中でＯａ
イオンを生ずる化合物をさし、これらを添加すると
同時に、酸またはアルカリを加えｐＨ調整などをするこ
ともできる。

また本発明でいう化学量論量のＣａ２＋系化合物とは、
ＣａＯ／５ｉ０２が１である硫酸カルシウムを形成する
に必要なＣａ２＋系化合物の量をいう。

本発明によれば、最も少量のＣａ２＋系化合物の添加で
最も少量の懸濁物質しか含まない状態でスケールの生成
を防止して熱交換ができる。

また、懸濁質である硅酸カルシウムはシリカスケールと
は異なって酸に可溶であり、沈着などした場合において
も洗浄が可能である。

さらに、熱交換後に熱水に含まれるカルシウム塩を除去
すれば、この化合物と共に有害成分がかなり吸着除去さ
れることが予想され、放流あるいは農水産業などに利用
することも可能になる。

また、必要に応じて、この熱水に高度な水処理を行なっ
ても、熱交換後であるため熱損失は問題にならず、目的
に応じた水処理も可能となり、場合によれほこの処理水
を熱媒体として使用するシステムも可能となる。

また、Ｃａ２＋系化合物の添加量を減少させて、さらに
経済性を高めるシステムとしてもう一つの発明がある。

すなわち、単量体硅酸の量を極力減少させた後Ｃａ２＋
系化合物を添加し熱交換する方法である。

ｐＨを５〜９に調整した地熱熱水を０．５〜３時間滞留
させると、さきにも述べたように、過飽和の硅酸が重合
するため単量体硅酸の量は熱交換器入口温度での飽和濃
度に近ずく。

したがって、滞留後Ｃａ２＋系化合物を熱交換器入口で
の単量体硅酸に対する化学量論量よりも０．００２〜０
．００４ｍｏｌ／Ｉ過剰量を添加することによって単量
体硅酸を完全にカルシウム塩に転換させ得る。

そしてその添加量は大巾に減少されたものとなる場合が
多い。

ここで、ｐＨを５〜９に、滞留時間を０．５〜３時間に
限定した理由について説明する。

硅酸の水に対する溶解度は温度とｐＨに関係する。

温度が高いほど溶解度が高く、またｐＨが高くなるｃ！
＝（Ｈ２Ｃ１’）Ｓｉ（ＯＨ）５ＦＳｉ（ＯＨ）ｊ−な
ど（Ｄ陰イオンとして水中に存在することができ溶解度
が高くなる。

すなわち硅酸は次式の反応によって水に溶解する。

水中のｐＨが高いと、ＯＨ−イオン量が多いと次式のよ
うに解離するので溶解度がさらに増える。

ところで、単量体硅酸の重合反応（１）式の逆反応は、
ＯＨ−イオンを触媒として起こる反応であるから、ｐＨ
が低くＯＨ−イオンが少ないと重合しないのでｐＨを５
以上とし、またｐＨが高くなりすぎると、（２）及び（
３）式の解離が起こり、溶解度が大きくなって重合しな
くなるので、ｐＨを９以下とした。

また滞留時間すなわち重合時間については、地熱水のｐ
Ｈや溶解物の量によって重合速度が異なるが、重合がほ
ぼ完了するためには０．５時間は必要と考えられ、また
３時間以上滞留させても重合しない硅酸であれば、熱交
換時にスケールとして重合することはないと考えられる
ため、上記のような時間範囲を設定した。

なお、滞留槽はその構造を十分検討することによって、
滞留時間中の放熱を極力小さくすること困難でない。

また、この発明により、単量体硅酸を計測することなく
、熱交換入口温度によって、Ｃａ２一系化合物の添加量
をコントロールすることもできる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば地熱熱
水を熱源として有効利用することができ、その場合に、
熱交換器の伝熱面等に対するスケールの付着を防止し得
るものであり、加えて懸濁成分の発生も最小限に抑える
ことができる。

また懸濁物質が生成したとしてもこれは酸に可溶である
ため容易に洗浄が可能であり、伝熱性能を劣化せしめる
ことはない。

さらに本発明において地熱熱水に添加するＣａ２一系物
質は必要かつ十分な量に限定されるので、経済的でもあ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地熱熱水との熱交換において、熱交換器入口で地熱
   熱水中の単量体硅酸に対する化学量論量よりも０．００
   ２〜０．００４ ｍｏｌ／１過剰のＯａ 系化合物を
   該地熱熱水に添加して、硅酸を非付着性のカルシウム化
   合物として除去することを特徴とする熱交換器などへの
   スケール付着防止方法。 ２ 地熱熱水との熱交換において、熱交換器入口で、地
   熱熱水をｐＨ５〜９の範囲で０．５〜３時間滞留させ、
   その後、熱交換器の入口温度における単量体硅酸の飽和
   溶解量に対して化学量論量よりも０、 ＯＯ２〜０．０
   ０４ ｍｏｌ／１過剰のＣａ２＋系化合物を該地熱熱水
   に添加して、硅酸を非付着性のカルシウム化合物として
   除去することを特徴とする熱交換器などへのスケール付
   着防止方法。