本發(fā)明涉及經(jīng)處理的含水系統(tǒng)和用于處理含水系統(tǒng)的方法，并且更具體地涉及向所述含水系統(tǒng)中添加水溶性聚合物以減少水垢沉積。

背景

水垢沉積、腐蝕和伴隨影響(如點狀腐蝕)的問題已經(jīng)困擾水系統(tǒng)多年。例如，水垢往往積聚在各種水系統(tǒng)的內(nèi)壁上，且進而大大降低系統(tǒng)的操作效率。以這種方式，特定系統(tǒng)的傳熱功能受到嚴(yán)重阻礙。

水系統(tǒng)通常具有用于將水流冷卻至較低溫度并且將熱量排放到大氣的冷卻水系統(tǒng)。冷卻水塔可使用水的蒸發(fā)來除去過程熱，并且將工作流體冷卻至接近濕球空氣溫度，或者在閉式回路干式冷卻塔的情況下可僅依靠空氣來將工作流體冷卻至接近干球空氣溫度。蒸發(fā)速率隨環(huán)境濕球溫度的變化而變化，且因此促成冷卻塔運行期間的水分增益和損失。

可通過使用水溶性聚合物抑制工業(yè)水系統(tǒng)中水垢和/或沉積物的形成。然而，使用此類水溶性聚合物作為阻垢劑或分散劑可能高度依賴于其濃度。如果將太少的一定濃度的聚合物添加至水系統(tǒng)中，則會發(fā)生結(jié)垢和沉積。另一方面，如果將太多的一定濃度的聚合物添加至水系統(tǒng)中，則可能不利地影響水系統(tǒng)的成本和性能效率。使用化學(xué)處理含水系統(tǒng)的其他方法，需要維持最佳的處理化學(xué)品濃度。由于希望優(yōu)化聚合物的濃度，因此確定聚合物的濃度可能是有益的。

存在確定含水水系統(tǒng)中水溶性聚合物濃度的幾種方法，如但不限于比色方法(例如使用硫氰酸鹽螯合法以便基于聚丙烯酸檢測標(biāo)度的哈希聚丙烯酸方法(hachpolyacrylicacidmethod))。然而，這些方法通常需要復(fù)雜的多步驟操作程序，并且難以在現(xiàn)場執(zhí)行。濁度法在確定水溶性聚合物的濃度時依賴于不溶性化合物的形成。這種方法漫長且很容易受到不準(zhǔn)確性的影響。

由于存在冷卻塔系統(tǒng)所固有的許多未知的變量和未知的體積變化，還試圖自動將化學(xué)品精確添加至冷卻水中。通過向冷卻水中添加熒光標(biāo)簽，獲得了多項技術(shù)專利。那些技術(shù)專注于測量系統(tǒng)的熒光標(biāo)簽的量，并且將所述量與阻垢劑的濃度相關(guān)聯(lián)。然而，由于許多因素影響系統(tǒng)中熒光標(biāo)簽的行為(例如熒光標(biāo)簽和可用阻垢劑的相互作用；熒光標(biāo)簽與形成的水垢的相互作用；熒光標(biāo)簽與不同水化學(xué)的相互作用)，其可能干擾熒光讀數(shù)，所以目前還需要開發(fā)監(jiān)測和控制冷卻水系統(tǒng)中水處理劑濃度的改進方法。

因此，如果能夠設(shè)計減少水垢、但使得人或使用者能夠確定這些水溶性聚合物在含水系統(tǒng)的化學(xué)處理中的實際濃度的方法和含水系統(tǒng)，則將是有希望的。還將希望具有用于檢測對干擾具有降低的響應(yīng)的水溶性聚合物的簡單方法，并且其中可在現(xiàn)場進行所述方法。

概述

在一種形式中，提供一種經(jīng)處理的含水系統(tǒng)，其可包括含水系統(tǒng)和至少一種水溶性聚合物，如但不限于聚馬來酸酯、聚丙烯酸酯、其共聚物及其組合。與不存在所述水溶性聚合物的其他相同的含水系統(tǒng)相比，所述經(jīng)處理的含水系統(tǒng)可具有減少量的水垢沉積。

在另一非限制性實施方案中提供所述經(jīng)處理的含水系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括熒光測定裝置以檢測所述水溶性聚合物的至少一種熒光性質(zhì)。

在另一種形式中，進一步提供一種用于減少含水系統(tǒng)中的水垢的方法。所述方法可包括使水基流體循環(huán)通過所述含水系統(tǒng)，并且與不存在水基聚合物的其他相同的水基流體相比減少所述含水系統(tǒng)內(nèi)的水垢沉積。所述含水系統(tǒng)可包括至少一種水基聚合物，如但不限于聚馬來酸酯、聚丙烯酸酯、其共聚物及其組合。

在另一非限制性實施方案中提供所述方法，其中所述方法還包括使所述水基聚合物發(fā)熒光并且檢測所述水基聚合物的熒光，以確定所述含水系統(tǒng)內(nèi)的水基聚合物的濃度。

附圖簡述

圖1是基于樣品內(nèi)的水溶性聚合物的濃度示出其熒光強度的圖；

圖2是基于樣品的ph示出水溶性聚合物的熒光強度的圖；并且

圖3是示出具有不同類型的水的樣品內(nèi)的水溶性聚合物的熒光強度的圖；并且

圖4是示出樣品內(nèi)的水溶性聚合物的熒光強度的圖，其中所述水溶性聚合物在每種樣品的總體積內(nèi)變化。

詳述

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可通過將分散劑(如至少一種水溶性聚合物)添加至含水系統(tǒng)中來減少或抑制所述含水系統(tǒng)內(nèi)的水垢沉積。所述水溶性聚合物可以是或包括聚馬來酸酯、聚丙烯酸酯、其共聚物及其組合。與不存在所述水溶性聚合物的其他相同的含水系統(tǒng)相比，所述經(jīng)處理的含水系統(tǒng)可具有或包括減少量的水垢沉積。在非限制性實施方案中，所述水溶性聚合物可以獨立地約200ppb至約20ppm或獨立地約500ppb至約12ppm范圍內(nèi)的量存在于水基流體中。

在非限制性實施方案中，所述水溶性聚合物可具有或包括在非限制性實施方案中待由熒光測定裝置(如熒光探針)檢測的熒光性質(zhì)。在非限制性實施方案中，所述熒光性質(zhì)可以是水溶性聚合物固有的，或者可將所述熒光性質(zhì)添加至水溶性聚合物(例如添加至水溶性聚合物中的熒光標(biāo)簽)。在替代的非限制性實施方案中，所述水溶性聚合物可在獨立地約200nm至約400nm或獨立地約250nm至約350nm范圍內(nèi)的波長下發(fā)熒光。水溶性聚合物的非限制性實例可以是或包括由bwawateradditives提供的belclene200^tm(一種聚馬來酸-碳酸鈣阻垢劑)、由dowchemicalcompany提供的optidose^tm(一種聚丙烯酸酯共聚物-磷酸鈣阻垢劑)及其組合。

在另一非限制性實施方案中，所述含水系統(tǒng)可包括至少一種腐蝕抑制劑，如但不限于三唑、膦基羧酸酯、含磷酸酯的腐蝕抑制劑、羥基羧酸及其組合。在替代的非限制性實施方案中，膦基羧酸酯可具有低分子量，如獨立地約300道爾頓至約20,000道爾頓、或獨立地約1,000道爾頓至約10,000道爾頓范圍內(nèi)的分子量。

在另一非限制性實施方案中，所述含水系統(tǒng)可包括至少一個單元，如但不限于鍋爐、冷卻塔、冷卻水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、氣體洗滌器、窯爐、脫鹽單元及其組合。

在替代的實施方案中，用于減少含水系統(tǒng)中的水垢的方法可包括使水基流體循環(huán)通過所述含水系統(tǒng)，其中所述含水系統(tǒng)包括至少一種水基聚合物。所述水基聚合物可被涂覆到含水系統(tǒng)內(nèi)的部件或單元上，或者所述水基聚合物可在使水基流體循環(huán)通過所述含水系統(tǒng)之前添加至所述水基流體。所述方法還可包括減少所述含水系統(tǒng)內(nèi)的水垢。

在所述方法的替代實施方案中，所述方法可包括使待由熒光測定裝置檢測的水基聚合物的熒光性質(zhì)發(fā)熒光。來自水基聚合物的熒光的濃度可從來自水基聚合物的熒光的量確定。

所述水溶性聚合物可抑制或減少含水系統(tǒng)內(nèi)的水垢沉積量。也就是說，雖然完全防止是期望的目標(biāo)，但是對于本文所討論的認(rèn)為有效的方法和含水系統(tǒng)來說，不需要完全防止水垢沉積。如果使用水溶性聚合物與水溶性聚合物不存在下相比發(fā)生較少水垢沉積，則獲得成功。或者，如果含水系統(tǒng)內(nèi)的水垢沉積存在至少50％減少，則所描述的方法和經(jīng)處理的含水系統(tǒng)被認(rèn)為是成功的。

水溶性聚合物和腐蝕抑制劑可與添加劑同時添加至含水系統(tǒng)中，或者所述兩種組分可在不同時間添加。水溶性聚合物與腐蝕抑制劑的比例可在獨立地約1:100至約1:0.1、或獨立地約1:25至約1:0.4的范圍內(nèi)。當(dāng)同時添加時，待添加至含水系統(tǒng)中的添加劑的量可在獨立地約4ppm至約500ppm、或獨立地約4ppm至約300ppm的范圍內(nèi)。

“含水系統(tǒng)”在本文中被定義為在添加水溶性聚合物之前在其中包括水基流體及任何組件(例如，水性流體可流過或并流的管或管道)。所述含水系統(tǒng)可包括流過其中的水基流體，其中含水流體可以是或包括但不限于水、鹽水、海水及其組合。在非限制性實施方案中，所述水基流體可循環(huán)通過含水系統(tǒng)的至少一個單元，如但不限于冷卻塔、冷卻水系統(tǒng)、鍋爐、蒸發(fā)器、氣體洗滌器、窯爐、脫鹽單元及其組合。冷卻塔可以是或包括開式回路冷卻塔、閉式回路冷卻塔及其組合?！伴_式回路”不同于“閉式回路”，在于“開式回路”系統(tǒng)具有通過其的再循環(huán)水。在另一非限制性實施方案中，含水系統(tǒng)的ph可以是大于約7，或者約7至約9，或約7.3至約8.5。

所述含水系統(tǒng)可以是在含氯組分如氯鹽存在下穩(wěn)定的。含氯組分可在添加水溶性聚合物之前存在于含水系統(tǒng)中。或者，在另一個非限制性實施方案中，含氯組分可以在約1ppm至約1,000ppm、或者獨立地約200ppm至約800ppm范圍內(nèi)的量、或大于約500ppm的量與生物水溶性聚合物同時或不同時間添加至含水系統(tǒng)。

將關(guān)于以下實施例進一步描述本發(fā)明，所述實施例不意在限制本發(fā)明，而是進一步說明各種實施方案。

實施例

實施例1

測量六個樣品中的每個內(nèi)的水溶性聚合物的強度。六個樣品包括相同的組分并且具有相同的特性(例如ph、粘度等)，除了每個樣品的水溶性聚合物的量不同。每個樣品的基液是去離子(di)水，并且水溶性聚合物是熒光聚馬來酸酯。如圖1中所示，增加量的水溶性聚合物與增加的熒光強度相關(guān)。

實施例2

測量五個樣品中的每個內(nèi)的水溶性聚合物的強度。五個樣品包括相同的組分并且具有相同的特性(例如粘度、水溶性聚合物濃度等)，除了每個樣品的ph不同。每個樣品內(nèi)的水溶性聚合物的濃度是4ppm。每個樣品的基液是di水，并且每個樣品的水溶性聚合物是熒光聚馬來酸酯。如圖2中所示，即使每個樣品的ph不同，來自每個樣品內(nèi)的水溶性聚合物的熒光的強度也保持大約相同。

實施例3

測量三個樣品中的每個內(nèi)的水溶性聚合物的強度。三個樣品包括相同的組分并且具有相同的特性(例如粘度、水溶性聚合物濃度等)，除了每個樣品的水基流體的類型不同。第一個樣品包括從得克薩斯煉油廠取得的“現(xiàn)場水”作為基液。“現(xiàn)場水”在本文中被定義為取自德克薩斯煉油廠的水，并且在使用現(xiàn)場水作為此組測試的基液之前為無摻雜的。第二個樣品包括去離子水。第三個樣品包括取自德克薩斯州的sugarland的城市水作為基液?！俺鞘兴痹诒疚谋欢x為取自得克薩斯州的sugarland的城市供水系統(tǒng)的水，并且在使用城市水作為此組測試的基液之前是無摻雜的。每個樣品的水溶性聚合物的濃度是4ppm。每個樣品的水溶性聚合物是熒光聚馬來酸酯。如圖3中所示，即使水的類型不同，來自每個樣品內(nèi)的水溶性聚合物的熒光的強度也保持大約相同。

實施例4

測量四個樣品中的每個內(nèi)的水溶性聚合物的強度。四個樣品包括相同的組分并且具有相同的特性(例如粘度、水溶性聚合物濃度等)，除了每個樣品的產(chǎn)物形成的量不同。添加至每個樣品的水溶性聚合物的濃度不同。第一個樣品包括1.1ppm的量的水溶性聚合物；第二個樣品包括2.3ppm的量的水溶性聚合物；第三個樣品包括4.5ppm的量的水溶性聚合物；第四個樣品包括9.1ppm的量的水溶性聚合物。每個樣品的基液是di水，并且每個樣品的水溶性聚合物是熒光聚馬來酸酯。每個樣品還包括腐蝕抑制劑和黃色腐蝕抑制劑。如圖4中所示，來自每個樣品內(nèi)的水溶性聚合物的熒光的強度隨著每個樣品的總體積內(nèi)的水溶性聚合物的量增加而增加。

實施例5

測量兩組樣品以確定水溶性聚合物減少水垢的能力。每組包括三個樣品，其中每個樣品包括相同的組分并且具有相同的特性(例如粘度、ph等)，除了每個樣品內(nèi)的水溶性聚合物的量不同。第一組樣品的基液是di水和500ppmca(ii)。第二組樣品的基液是di水和di水中的300ppmca(ii)。添加至每個樣品的水溶性聚合物是熒光聚馬來酸酯。

如表1中所示，通過增加每個樣品內(nèi)的水溶性聚合物的量，對于第一組樣品獲得增加量的caco3水垢抑制。不考慮水溶性聚合物濃度，第二組樣品的caso4抑制的量相對相同。

表1：聚合物濃度和水垢抑制效率

在前述說明書中，本發(fā)明已經(jīng)參照本發(fā)明的具體實施方案進行了描述，并且已被描述為與不存在水溶性聚合物的其他相同的含水系統(tǒng)相比，有效地提供經(jīng)處理的含水系統(tǒng)和用于減少所述含水系統(tǒng)內(nèi)的至少一種特性(如但不限于腐蝕、水垢沉積及其組合)的方法。然而，顯而易見的是，在不脫離如所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的更廣泛范圍的情況下，可對其進行各種修改和變化。因此，說明書被認(rèn)為是說明性的而不是限制性意義。例如，在所要求保護的參數(shù)內(nèi)、但未在特定含水系統(tǒng)或方法中具體鑒定或嘗試的特定含水流體、水溶性聚合物、羥基羧酸、阻垢劑、腐蝕抑制劑、殺生劑、含氯組分以及含水系統(tǒng)和/或含水系統(tǒng)單元的類型預(yù)期在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

本發(fā)明可適當(dāng)?shù)匕ㄋ_的要素或由所公開的要素組成或基本上由所公開的要素組成，并且可在不存在未公開的要素的情況下實踐。例如，經(jīng)處理的含水系統(tǒng)可由或基本上由含水系統(tǒng)和至少一種水溶性聚合物組成，所述水溶性聚合物如但不限于聚馬來酸酯、聚丙烯酸酯、其共聚物及其組合；與不存在所述水溶性聚合物的其他相同的含水系統(tǒng)相比，經(jīng)處理的含水系統(tǒng)可具有減少的水垢沉積量。

用于減少含水系統(tǒng)中的水垢的方法可由或基本上由水基流體循環(huán)通過含水系統(tǒng)并且與不存在水基聚合物的其他相同的水基流體相比減少所述含水系統(tǒng)內(nèi)的水垢沉積組成；所述含水系統(tǒng)可包括至少一種水基聚合物，如但不限于聚馬來酸酯、聚丙烯酸酯、其共聚物及其組合。

在整個權(quán)利要求書中使用的詞語“包括(comprising)”和“包括(comprises)”分別被解釋為意指“包括但不限于(includingbutnotlimitedto)”和“包括但不限于(includesbutnotlimitedto)”。