CN103896414B - 海水淡化热法用阻垢剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海水淡化热法用阻垢剂，海水淡化热法阻垢剂含有去离子水、醇类、唑类、水解聚马来酸酐、乙二胺四亚甲基膦酸盐、羧乙基硫代丁二酸、丙烯酰吗啉共聚物，去离子水、醇类、唑类、水解聚马来酸酐、乙二胺四亚甲基膦酸盐、羧乙基硫代丁二酸、丙烯酰吗啉共聚物的质量百分比为30～60：2～8：0.5～1.5：5～35：5～10：2～15：15～30。本发明可用于多效蒸馏和多级闪蒸系统中，对碳酸钙、硫酸钙等多种垢具有优良的抑制作用和良好的分散作用，具有良好的铜缓蚀效果，不影响产品水的气味和颜色。

Description

海水淡化热法用阻垢剂
技术领域
    本发明属于海水淡化领域，特别涉及一种用于海水淡化多级闪蒸或多效蒸馏的复合型阻垢剂。
背景技术
    联合国关于非常规水源的研究报告指出，从1950～1985年的35年间，海水淡化的发展经历了三个阶段，即发现阶段，开发阶段和商业化阶段。在这期间研究开发的精力主要集中在蒸馏、冷冻、电渗析和反渗透。在此后的十多年中蒸馏法和反渗透法都发挥了更大的作用，形成了当代海水淡化和苦咸水淡化技术与市场的主体。
    按分离原理和方法，海水淡化技术可分为相变法和非相变法两大类。相变法包括：蒸馏法、冷冻法、气体水化物法；非相变法包括：膜法、其他方法。目前应用最为广泛的、形成产业化规模的是蒸馏法中的低温多效法（MED）、多级闪蒸法（MSF）、膜法中的反渗透法（RO）以及热膜耦合法，是现在国际海水淡化市场所采用的主流海水淡化技术。
多级闪蒸系指经过加热的海水,依次在多个压力逐级降低的闪蒸室进行蒸发,将蒸汽冷凝而得到淡水。目前多级闪蒸法技术最成熟,运行安全性高,适合于大型和超大型淡化装置,主要在海湾国家采用。多级闪蒸总是与火力电站联合建设与运行,以汽轮机低压抽汽做为热源。加热后的海水进入低压闪蒸室,蒸汽冷凝后即为淡化水 (蒸馏水),盐水逐级闪蒸逐级降温, 直到排放温度。
多效蒸馏系指加热后的海水经多个蒸发器串联运行的蒸发过程,也主要与火电站联运。一般包括两种类型,一类是各效分列式,70～80年代较盛行,称为竖管蒸发，操作温度一般较高,顶温100～120℃,欧洲和亚洲一些火力电厂都有使用；另一类是低温多效蒸馏,顶温 70℃左右。后者较前者较具竞争力, 是蒸馏法中最节能的方法。
无论是多级闪蒸还是多效蒸馏都会产生传热管结垢，设备在高温下运行易腐蚀等问题。而海水是一个复杂的稀溶液体系，含有80 多种化学元素，总固溶物(TDS)含量高达34500mg/L，随着海水温度和浓度的升高，海水中的成垢离子达到析出浓度会沉积在换热管表面形成盐垢，这些盐垢通常分为硫酸钙垢( 硬垢)和碱性垢( 软垢) 两类，硫酸钙垢用一般无机酸不能溶解，一旦成垢往往要用机械或昂贵的处理方法才能清除，而碱性垢一般以碳酸钙为主，可通过定期酸洗的方式去除。因此为防止海水在蒸馏过程中结碳酸钙等碱性垢和硬垢，目前国际上普遍采用的方法是在进料的新鲜海水中加入适量阻垢剂，使水体中的小晶体或悬浮粒子稳定分散在水体中，破坏碳酸盐和硫酸盐的晶体结构，保持碳酸盐和硫酸盐溶解在水中而不是在换热管表面沉积。
    目前多级闪蒸和多效蒸馏设备及其配套的阻垢剂多由国外进口，由于国外生产厂家对阻垢剂成分及制作工艺均严格保密，国内用户一直面临进货渠道单一且价格变化幅度大的窘境。
专利号为201010207164.3名称为一种低温多效蒸馏海水淡化装置的阻垢剂及其制备方法中提到了一种低成本阻垢剂,该阻垢剂中许多原料系选用食品级，不易挥发，生产过程中无有毒害有机物通过蒸馏带入产品水中，产品水饮用口感好。同时该阻垢剂还具有更好的缓蚀性能，可延长金属的使用寿命，能有效保证同类型海水淡化设备的安全稳定运行。但该阻垢剂专用于低温多效蒸馏海水淡化工艺过程中，此工艺的最高蒸发温度不超过70℃，它不适用于多级闪蒸和多效蒸馏中的竖管蒸发。
本发明提供的海水淡化热法阻垢剂，在多效蒸馏和多级闪蒸过程中均可使用；在钙离子浓度高的海水中，对碳酸钙、硫酸钙等多种垢具有很强的抑制作用及良好的分散作用；同时它兼具缓蚀作用；且不影响产品水气味和颜色的海水淡化热法专用阻垢剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在多效蒸馏和多级闪蒸均可使用的阻垢剂；对碳酸钙、硫酸钙等多种垢具有优良的抑制作用和良好的分散作用；具有良好的缓蚀效果；不影响产品水气味和颜色的阻垢剂。
本发明所采用的技术方案如下：
一种海水淡化热法用阻垢剂，含有醇类、唑类、水解聚马来酸酐、乙二胺四亚甲基膦酸盐、羧乙基硫代丁二酸、丙烯酰吗啉共聚物和去离子水。各组分的重量百分比为：
去离子水                   30～60%
醇类                       2～8%
唑类                       0.5～1.5%
水解聚马来酸酐             5～35%
乙二胺四亚甲基膦酸盐       5～10%
羧乙基硫代丁二酸           2～15%
丙烯酰吗啉共聚物           15～30%
所述的醇类为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇的一种。
所述的唑类为苯并三氮唑、甲基苯三唑、巯基苯并噻唑的一种。
所述的水解聚马来酸酐为合成聚马来酸酐后再水解的水解聚马来酸酐。
所述的水解聚马来酸酐的分子量为 500～2000。
所述的乙二胺四亚甲基膦酸盐为乙二胺四亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸钠的一种。
所述的丙烯酰吗啉共聚物为马来酸酐-丙烯酰吗啉共聚物、衣康酸-丙烯酰吗啉共聚物、丙烯酸-丙烯酰基吗啉共聚物、丙烯基磺酸钠-丙烯酰基吗啉共聚物的一种或几种。
所述的一种海水淡化热法用阻垢剂的制备方法：在反应釜中加入30 ～ 60％的去离子水；
然后向反应釜中加入2 ～ 8％的醇类，混合搅拌10～20分钟；向上述搅拌后的溶液中加入0.5～1.5％的唑类，并搅拌20～60分钟；向上述搅拌后的溶液中加入5～35％的水解聚马来酸酐，并搅拌10～30分钟；向上述搅拌后的溶液中加入5～ 10％的乙二胺四亚甲基膦酸盐，并搅拌5～15分钟；向上述搅拌后的溶液中加入2～15％的羟乙基硫代丁二酸，并搅拌5～15分钟 ；向上述搅拌后的溶液中加入15～30％的丙烯酰吗啉共聚物，并搅拌15～45分钟。
实施例一
按重量百分比选取原料
去离子水                             38.5%
异丙醇                               5%
苯并三氮唑                           1%
水解聚马来酸酐                       25%
乙二胺四亚甲基膦酸                   7.5%
羧乙基硫代丁二酸                     3%
苯乙烯磺酸钠-丙烯酰基吗啉共聚物      20%
在反应釜中加入38.5％的去离子水；然后向反应釜中加入5％的异丙醇，混合搅拌10～20分钟；向上述搅拌后的溶液中加入1％的苯并三氮唑，并搅拌20～60分钟；向上述搅拌后的溶液中加入25％的水解聚马来酸酐，并搅拌10～30分钟；向上述搅拌后的溶液中加入7.5%的乙二胺四亚甲基膦酸，并搅拌5～15分钟；向上述搅拌后的溶液中加入3％的羟乙基硫代丁二酸，并搅拌5～15分钟 ；向上述搅拌后的溶液中加入20％的苯乙烯磺酸钠-丙烯酰基吗啉共聚物，并搅拌15～45分钟。
    实施例二
按重量百分比选取原料
去离子水                             36%
乙二醇                               8%
甲基苯并三氮唑                       1%
水解聚马来酸酐                       15%
乙二胺四亚甲基膦酸                   5%
羧乙基硫代丁二酸                     5%
苯乙烯磺酸钠-丙烯酰基吗啉共聚物      30%
在反应釜中加入36％的去离子水；然后向反应釜中加入8％的乙二醇，混合搅拌10～20分钟；向上述搅拌后的溶液中加入1％的甲苯并三氮唑，并搅拌20～60分钟；向上述搅拌后的溶液中加入15％的水解聚马来酸酐，并搅拌10～30分钟；向上述搅拌后的溶液中加入5%的乙二胺四亚甲基膦酸，并搅拌5～15分钟；向上述搅拌后的溶液中加入5％的羟乙基硫代丁二酸，并搅拌5～15分钟 ；向上述搅拌后的溶液中加入30％的苯乙烯磺酸钠-丙烯酰基吗啉共聚物，并搅拌15～45分钟。
实施例三 阻碳酸钙垢性能实验
本发明的阻垢性能测定采用威海经区海水浓缩2倍后，在500mL容量瓶中加入250mL浓缩后海水，用移液管加人1.0mL阻垢剂试样溶液（浓度为5000mg/L），使阻垢分散剂的量为5mg，摇匀。用海水稀释至刻度，摇匀。将试液置于 (80±1)℃的恒温水浴中，恒温放置10小时后取出，冷却至室温后用中速滤纸过滤，滤液用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定测定残余Ca2+浓度，按下式计算阻垢率：
阻垢率=（C1-C2)/(C0-C2)     
式中C1为加入阻垢剂的试液试验后的Ca2+浓度，mg／L，C2 为未加阻垢剂的空白试液试验后的Ca2+浓度，mg／L，C0为试验所取海水中Ca2+浓度，mg／L。
表1 实施例一、二所得阻垢剂的阻碳酸钙垢性能
   
实施例四 缓蚀挂片实验
本发明的缓蚀挂片实验采用威海经区海水，在烧杯中加入1800mL所取海水，用移液管加入20.0mL阻垢剂试样溶液（浓度为5000mg/L），使阻垢分散剂的量为100mg，搅匀将烧杯置于 (80±1)℃的旋转挂片腐蚀试验仪中。
注：挂片面积28cm2；HSn70-1酸洗空白质量损失0.0002；BFe10-1-1酸洗空白质量损失0.0001.
    从腐蚀挂片试验数据结果看，实施例1和实施例2锡黄铜的年腐蚀率分别为0.002512和0.002261；实施例1和实施例2铁白铜的年腐蚀率分别为0.001293和0.001035。在对锡黄铜和欣铁白铜的缓蚀性能上，本发明阻垢剂的缓蚀性能较优异。

Claims (8)

1.一种海水淡化热法用阻垢剂，含有醇类、唑类、水解聚马来酸酐、乙二胺四亚甲基膦酸盐、羧乙基硫代丁二酸、丙烯酰吗啉共聚物和去离子水。
2.根据权利要求1所述海水淡化热法用阻垢剂，各组分的重量百分比为：
去离子水                         30～60%
醇类                               2～8%
唑类                               0.5～1.5%
水解聚马来酸酐                5～35%
乙二胺四亚甲基膦酸盐       5～10%
羧乙基硫代丁二酸             2～15%
丙烯酰吗啉共聚物             15～30% 。
3.根据权利要求1所述海水淡化热法用阻垢剂，其特征在于：所述的醇类为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇的一种。
4.根据权利要求1所述海水淡化热法用阻垢剂，其特征在于：所述的唑类为苯并三氮唑、甲基苯三唑、巯基苯并噻唑的一种。
5.根据权利要求1所述海水淡化热法用阻垢剂，其特征在于：所述的水解聚马来酸酐为合成聚马来酸酐后再水解的水解聚马来酸酐。
6.根据权利要求4所述海水淡化热法用阻垢剂，其特征在于：所述的水解聚马来酸酐的分子量为 500～2000。
7.根据权利要求1所述海水淡化热法用阻垢剂，其特征在于：所述的丙烯酰吗啉共聚物为马来酸酐-丙烯酰吗啉共聚物、衣康酸-丙烯酰吗啉共聚物、丙烯酸-丙烯酰基吗啉共聚物、丙烯基磺酸钠-丙烯酰基吗啉共聚物的一种或几种。
8.根据权利要求1所述海水淡化热法用阻垢剂，其特征在于：所述的一种海水淡化热法用阻垢剂的制备方法：在反应釜中加入30 ～ 60％的去离子水；然后向反应釜中加入2 ～ 8％的醇类，混合搅拌10～20分钟；向上述搅拌后的溶液中加入0.5～1.5％的唑类，并搅拌20～60分钟；向上述搅拌后的溶液中加入5～35％的水解聚马来酸酐，并搅拌10～30分钟；向上述搅拌后的溶液中加入5～ 10％的乙二胺四亚甲基膦酸盐，并搅拌5～15分钟；向上述搅拌后的溶液中加入2～15％的羟乙基硫代丁二酸，并搅拌5～15分钟 ；向上述搅拌后的溶液中加入15～30％的丙烯酰吗啉共聚物，并搅拌15～45分钟 。
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