專利名稱：無磷緩蝕阻垢劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于水處理設(shè)備中用于防止水垢的緩蝕阻垢劑。

背景技術(shù)：
在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理運(yùn)行中，投加緩蝕阻垢劑進(jìn)行水處理的技術(shù)現(xiàn)今已得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。在美國材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)《關(guān)于腐蝕和腐蝕實(shí)驗(yàn)術(shù)語的標(biāo)準(zhǔn)定義》中，緩蝕劑是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質(zhì))中時(shí)，可以防止或減緩腐蝕、結(jié)垢的化學(xué)物質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物或聚合物。一般來說，緩蝕阻垢劑是指那些用在金屬表面起防護(hù)作用的物質(zhì)，加入少量的這類化學(xué)物質(zhì)可使金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕、結(jié)垢速度明顯降低甚至為零。同時(shí)保持金屬材料原來的物理機(jī)械性能不變。緩蝕阻垢劑及其應(yīng)用技術(shù)由于具有良好的使用效果和較高的經(jīng)濟(jì)效益，已成為防止腐蝕、防止結(jié)生水垢技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的方法之一。尤其在石化產(chǎn)品生產(chǎn)加工、火力發(fā)電企業(yè)的熱交換循環(huán)冷卻水系統(tǒng)緩蝕阻垢技術(shù)已成為防腐蝕防結(jié)垢最主要的手段之一。通常用的水處理藥劑是化學(xué)合成的羧酸聚合物，羧基羥基化合物和有機(jī)磷酸鹽，無機(jī)磷酸鹽等復(fù)配的磷系產(chǎn)品。這類產(chǎn)品投入水體環(huán)境中不易降解，磷對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)，磷在一定溫度下形成的副營養(yǎng)化，可使水體中滋生大量的微生物和藻類，水質(zhì)不斷惡化，造成設(shè)備腐蝕，縮短設(shè)備運(yùn)行周期和使用壽命。目前國內(nèi)外常用的緩蝕阻垢劑均為磷系配方，包括聚磷酸鹽、磷酸脂和有機(jī)膦酸、有機(jī)膦羧酸，其中有機(jī)膦酸是有效的兼有緩蝕和阻垢雙重功能的水處理劑。據(jù)統(tǒng)計(jì)；全國每年用于緩蝕阻垢劑生產(chǎn)的磷用量近500萬噸，這些磷化合物最終將作為廢物排放，對(duì)環(huán)境造成污染。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)保部門已對(duì)磷的使用有了限制。因此開發(fā)無磷或低磷的綠色水處理藥劑已成為國內(nèi)外水處理藥劑研究的重要課題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種無磷緩蝕阻垢劑，以克服現(xiàn)有阻垢劑對(duì)環(huán)境污染問題，減小對(duì)水處理設(shè)備的腐蝕。
簡單的說，無磷緩蝕阻垢劑，其有效組分重量比為衣康酸-丙烯酸-丙烯酸脂共聚物9-10份；2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物4-5份；聚環(huán)氧琥珀酸4.5-5.5份；水解聚馬來酸酐5-6份。
本發(fā)明加入水作為溶劑，同時(shí)加入熒光素為示蹤劑。
無磷緩蝕阻垢劑，其組成為衣康酸-丙烯酸-丙烯酸脂共聚物18-20％；2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物8-10％；聚環(huán)氧琥珀酸9-11％；水解聚馬來酸酐10-12％；熒光素0.5-1.5％；水45-53％。
本發(fā)明機(jī)理為 1、衣康酸-丙烯酸-丙烯酸脂共聚物 衣康酸、丙烯酸、丙烯酸脂為單體，以過硫酸鈣為引發(fā)劑合成三元共聚物(IA-AA-AE)。對(duì)高溫、高硬度循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的碳酸鹽垢、硫酸鹽垢特別是對(duì)磷酸鹽垢有良好的分散抑制作用。與鋅鹽配伍時(shí)，能增強(qiáng)對(duì)鋅的穩(wěn)定性兼具阻垢、緩蝕的雙重作用。
2、2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物 2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物分子的主鏈為碳鏈結(jié)構(gòu)。2-甲級(jí)丙烷磺酸增強(qiáng)了分子鏈的剛性及聚合物的熱穩(wěn)定性，同時(shí)，在一定程度上抑制了酰胺基團(tuán)的水解作用，提高了聚合物的整體穩(wěn)定性，即使在部分水解的的情況下，也會(huì)由于水解產(chǎn)生的集團(tuán)的疏水性而產(chǎn)生疏水締合作用，抗水解性能優(yōu)異。含磺酸集團(tuán)的聚合物，分子中弱極性羧酸集團(tuán)又有強(qiáng)極性磺酸集團(tuán)，其對(duì)CaCO3、CaSO4、Mg(OH)特別是對(duì)磷酸鈣垢具有良好的抑制作用，對(duì)粘泥有良好的分散性能，并能穩(wěn)定金屬離子，對(duì)鐵垢也有很好的阻垢分散作用。
3、聚環(huán)氧琥珀酸 聚環(huán)氧琥珀酸是一種有效的螯合劑，使螯合作用下的金屬離子保持較長的溶解狀態(tài)。并且具有螯合多價(jià)金屬離子的性能。在高堿度、高硬度、高PH值條件下的阻垢性能仍優(yōu)于有機(jī)磷系藥劑。投加濃度≥10ppm時(shí)CaSO4晶格形狀發(fā)生嚴(yán)重畸變，改變了致垢離子分子排列結(jié)構(gòu)，有效防止致垢離子的沉積現(xiàn)象。聚環(huán)氧琥珀酸分子結(jié)構(gòu)中不含氮、磷，且與氯的相溶性好，阻垢效果不受氯濃度的影響，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品。
4、水解聚馬來酸酐 水解聚馬來酸酐系有機(jī)脂肪酸聚合物，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高。分解溫度在330℃以上。具有對(duì)碳酸鹽、磷酸鹽的抑制作用。即使在高溫和高PH值條件下也有明顯的溶限效應(yīng)。其有效阻垢衰減時(shí)限≥100h。
本發(fā)明主要組分為天然高分子化合物，具有天然環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有“外腔親水，內(nèi)腔疏水”的特性，其外側(cè)有對(duì)高價(jià)金屬離子螯合作用的活性基團(tuán)，此天然環(huán)狀聚合物就具有一定的緩蝕阻垢性能。通過技術(shù)人員對(duì)緩蝕機(jī)理的深入研究，進(jìn)一步探索出緩蝕劑成膜機(jī)理，以及各類膜(氧化膜、沉淀膜、吸附膜)的特性，充分利用電化學(xué)原理、量子化學(xué)理論和分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多元學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)對(duì)其改性，減少分子量，引入新的活性基團(tuán)，與多種自研生產(chǎn)的具有緩蝕效果的無磷、無毒的其它藥劑單體劑復(fù)配，大大地提高了其緩蝕阻垢性能，并具有無毒無害、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、不易腐蝕，原材料來源廣泛、在環(huán)境中易生物降解等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明緩蝕阻垢劑的技術(shù)特征 緩蝕阻垢劑的應(yīng)用條件具有非常高的選擇性，針對(duì)不同介質(zhì)、材質(zhì)有不同的緩蝕阻垢劑，甚至同一中介質(zhì)當(dāng)操作條件(如溫度、濃度、流速等)改變時(shí)，所應(yīng)用的緩蝕阻垢劑也會(huì)完全改變。為了正確選擇適用于特定系統(tǒng)的緩蝕阻垢劑，應(yīng)按實(shí)際使用條件進(jìn)行必要的腐蝕速率、阻垢性能進(jìn)行評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。為了保持緩蝕阻垢劑的有效性，應(yīng)以用于循環(huán)或半循環(huán)系統(tǒng)為宜。選用緩蝕阻垢劑的復(fù)配原材料時(shí)要注意其對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人類、動(dòng)植物的毒害作用。同時(shí)還應(yīng)注意其對(duì)工藝過程的影響(如影響催化劑的活性)和對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量的影響及原材料的來源和價(jià)格。在保證所要求的緩蝕阻垢效果的前提下，必須堅(jiān)持材料選擇易得、無毒、廉價(jià)的化學(xué)物質(zhì)這一原則。
無磷緩蝕阻垢劑應(yīng)具有以下明顯優(yōu)點(diǎn) 3.1無磷緩蝕阻垢劑的使用效果優(yōu)于磷系產(chǎn)品； 3.2無磷緩蝕阻垢劑在推廣應(yīng)用過程中不改變用戶原有的運(yùn)行工況條件； 3.3對(duì)于水質(zhì)季節(jié)波動(dòng)范圍較大，可以通過配方篩選或投加濃度調(diào)整來保證防蝕防垢效果； 3.4不增加用戶設(shè)備投資； 3.5同一配方可以防止多種金屬材質(zhì)在不同環(huán)境中的腐蝕。
3.6無毒、無害、無污染。
在水處理設(shè)備中采用本發(fā)明無磷緩蝕阻垢劑可以避免碳酸鈣、磷酸鈣、硫酸鈣的沉積、集中解決了常見的碳酸鈣水垢，使阻垢處理簡單且效果明顯，緩蝕性能優(yōu)異，而相對(duì)抑制磷酸鈣、硫酸鈣的析出沉淀效果較差的問題。同時(shí)無磷藥劑又可以有效避免水體富營養(yǎng)化的形成從而減少殺菌滅藻劑、粘泥剝離劑的用量，使水處理日常運(yùn)行費(fèi)用及日常維護(hù)工作量明顯降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。



附圖為本發(fā)明藥劑投加濃度/阻垢效果曲線圖。

具體實(shí)施例方式 1、配方 衣康酸-丙烯酸-丙烯酸脂共聚物18-20％；2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物8-10％；聚環(huán)氧琥珀酸9-11％；水解聚馬來酸酐10-12％；熒光素0.5-1.5％；水45-53％。以上配方只是參考用量，使用過程中需根據(jù)企業(yè)的具體水質(zhì)適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于高硬度和高濃縮倍率水可提高藥劑的投加量，以滿足水質(zhì)要求。
2、藥劑復(fù)配的操作程序 (1)將定量的室溫水打入釜中。(冷天將水加熱至26℃左右)。
(2)加入定量的2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物，攪拌開啟，不要關(guān)閉。
(3)加入定量的聚環(huán)氧琥珀酸溶攪20分鐘，控制溫度不要超過32℃。
(4)加入定量的水解聚馬來酸酐，攪拌。
(5)最后加入定量的衣康酸-丙烯酸-丙烯酸脂共聚物原液溶攪30分鐘，停止攪拌靜置10分鐘。
上述復(fù)配配方的藥劑，使用濃度400-600mg/L，室溫下運(yùn)行24小時(shí)。在實(shí)際現(xiàn)場預(yù)膜完成后無需排水，直接轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，可通過監(jiān)測(cè)水中熒光素的濃度來調(diào)整藥劑的投加量。
本發(fā)明無磷緩蝕阻垢劑產(chǎn)品可廣泛用于油田注水、煉油廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、化工廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鋼鐵廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、濁環(huán)水系統(tǒng)、核電站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、中央空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、冷凍、冷藏庫循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
藥劑投加量的日常監(jiān)測(cè) 分析循環(huán)冷卻水中的總磷含量是磷系藥劑投加量日常監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目之一。無磷藥劑投加量的監(jiān)測(cè)則是通過分析熒光素含量指標(biāo)與循環(huán)冷卻水濃縮倍率的比例關(guān)系判斷循環(huán)冷卻水中的藥劑濃度，以此作為藥劑投加量調(diào)整的依據(jù)。也就是說，無磷藥劑投加量的測(cè)定是通過利用熒光法測(cè)定循環(huán)冷卻水中示蹤劑的含量來完成的。
本發(fā)明無磷緩蝕阻垢劑的試驗(yàn)研究 1、BW-201A-A無磷緩蝕阻垢劑的質(zhì)量指標(biāo) 2無磷水處理劑復(fù)配藥劑使用性能 2.1腐蝕試驗(yàn) 2.1.1試驗(yàn)水質(zhì) 2.1.2試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1.2.1無磷復(fù)配藥劑使用濃度10mg/l時(shí)，對(duì)黃河水系、長江水系及高硬度水具有良好的緩蝕效果。
2.1.2.2復(fù)配藥劑使用濃度20mg/l時(shí)，對(duì)西北地表水地下水水質(zhì)條件的緩蝕效果均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.2阻CaCO3垢試驗(yàn) 2.2.1水質(zhì)條件 Ca2+225mg/l總硬度8.5mol/l PH8.50±0.02 2.2.2試驗(yàn)條件 溫度33±1℃，保溫168小時(shí)。
2.2.3試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論 無磷藥劑與有機(jī)磷藥劑阻垢效果對(duì)比 藥劑投加濃度/阻垢效果曲線圖(見附圖) 2.2.3.1無磷復(fù)配藥劑在低使用濃度下(＜10mg/l)阻CaCO3效果一般；在使用濃度＞10mg/l時(shí)，阻垢效果可以滿足要求，在30mg/l時(shí)，阻垢率幾乎達(dá)到100％。
2.2.3.2實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以考慮改變復(fù)合藥劑的配方與其他單體劑復(fù)配，利用其協(xié)同效應(yīng)可以大幅度降低無磷主藥劑使用量。
2.2.3.3該藥劑因?yàn)橥耆缓祝苊饬水a(chǎn)生磷酸鈣的危害，故無需考慮其阻磷酸鈣垢的性能。
3、無磷緩蝕阻垢劑與磷系藥劑的差異 3.1.磷系藥劑的優(yōu)點(diǎn) 3.1.1同時(shí)具備緩蝕和阻垢性能。
3.1.2可以和鋅鹽、聚丙烯酸分散劑等復(fù)配成多種系列的水處理藥劑。
3.1.3能夠針對(duì)不同系統(tǒng)水質(zhì)條件，可與有機(jī)磷系藥劑任意比例復(fù)配。
3.1.4PH值適應(yīng)范圍較寬。
3.2磷系藥劑的缺點(diǎn) 3.2.1各個(gè)國家對(duì)磷的排放已經(jīng)形成了嚴(yán)格的規(guī)定。我國規(guī)定(GB8978-1996)磷的排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)＜0.5ppm，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)＜1.0ppm(以磷計(jì))。
3.2.2磷的排放會(huì)形成水體的“富營養(yǎng)化問題”，導(dǎo)致微生物的繁殖、水藻的大量生長，降低了水中的溶解氧含量，致使魚蝦死亡、水質(zhì)變黑發(fā)臭，增加了對(duì)環(huán)境的污染。
3.2.3磷系藥劑的使用增加了循環(huán)水系統(tǒng)中的微生物、菌藻問題，使殺生劑的使用量加大，增加了用戶的運(yùn)行成本。
3.3無磷緩蝕阻垢除3.1-3.5表述的優(yōu)點(diǎn)外還具有以下特點(diǎn) 3.3.1無磷緩蝕阻垢劑復(fù)配性能測(cè)試結(jié)果表明，無磷藥劑與目前常用的丙烯酸聚合物、鋅鹽及銅緩蝕劑等均有良好的復(fù)配性能。
3.3.3.2無磷緩蝕阻垢劑與殺菌滅藻劑的配伍性測(cè)試無磷藥劑與異噻唑啉酮、季銨鹽、氧化性氯等均具有良好的配伍性。
權(quán)利要求
1.無磷緩蝕阻垢劑，其特征是有效組分重量比為衣康酸—丙烯酸—丙烯酸脂共聚物9-10份；2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸—二乙基丙烯酰胺聚合物4-5份；聚環(huán)氧琥珀酸4.5-5.5份；水解聚馬來酸酐5-6份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無磷緩蝕阻垢劑，其特征是加入水作為溶劑，同時(shí)加入熒光素為示蹤劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的無磷緩蝕阻垢劑，其特征是組成為衣康酸—丙烯酸—丙烯酸脂共聚物18-20％；2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸—二乙基丙烯酰胺聚合物8-10％；聚環(huán)氧琥珀酸9-11％；水解聚馬來酸酐10-12％；熒光素0.5-1.5％；水45-53％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水處理設(shè)備的無磷緩蝕阻垢劑，其有效組分重量比為衣康酸-丙烯酸-丙烯酸脂共聚物9-10份；2-丙烯酰胺-2-甲級(jí)丙烷磺酸-二乙基丙烯酰胺聚合物4-5份；聚環(huán)氧琥珀酸4.5-5.5份；水解聚馬來酸酐5-6份。本發(fā)明主要組分為天然高分子化合物，具有天然環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有“外腔親水，內(nèi)腔疏水”的特性，其外側(cè)有對(duì)高價(jià)金屬離子螯合作用的活性基團(tuán)，具有一定的緩蝕阻垢性能，充分利用電化學(xué)原理、量子化學(xué)理論和分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多元學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)對(duì)其改性，減少分子量，引入新的活性基團(tuán)，大大地提高了其緩蝕阻垢性能，并具有無毒無害、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、不易腐蝕，原材料來源廣泛、在環(huán)境中易生物降解等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F5/12GK101767885SQ20101001358
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者張文宇, 張立勇, 馮暉, 上文超, 羅瑞娟 申請(qǐng)人:張文宇