CN106219780B - 一种复合低磷缓蚀阻垢药剂及制备方法 - Google Patents

一种复合低磷缓蚀阻垢药剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合低磷缓蚀阻垢药剂及制备方法，所述药剂其组成成分及质量份数为：十七烯基羟乙基咪唑啉季铵盐15‑25份；十六烷基二甲基(2‑亚硫酸)乙基铵1‑15份；聚天冬氨酸10‑20份；锌盐10‑35份；2‑磷酸基‑1，2，4‑三羧酸丁烷5‑15份；助溶剂1‑10份；水30‑60份。一种复合低磷缓蚀阻垢药剂适合高温度、高浊度、强腐蚀性的复合低磷缓蚀阻垢药剂，具有总磷控制低，杀菌作用、能够自然降解、绿色环保、并具有优异的缓蚀阻垢和阻垢分散性。

Description

一种复合低磷缓蚀阻垢药剂及制备方法
技术领域
本发明涉及蚀阻垢药剂,特别涉及一种适合高温高浊水的复合低磷缓蚀阻垢药剂及制备方法
背景技术
在工业生产中循环冷却水的使用量越来越大，为节约用水、降低能耗、保证设备的安全稳定，出现了缓蚀阻垢处理技术。初期工业上使用的是铬酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐等水处理剂，其中有机磷系水处理剂应用最为广泛，它在抑制设备、金属管道腐蚀结垢方面起到了相当大的作用。
在高温高浊的水质条件下，采用有机磷缓蚀阻垢剂一般要维持更高的总磷，因为总磷会被高温及油污消耗，一般控制在10mg/L以上，才能起到缓蚀阻垢双重作用，而处理后的循环冷却水排放后因含大量磷，造成水体的富营养化，造成生态破环。目前部分地区对工业排放水的总磷含量做出要求以总磷计≤1.0mg/L(GB 13456—2012)，所以循环水的水处理剂正向低磷、环境绿色环保药剂发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服已有技术的缺点，提供一种适合高温度、高浊度、强腐蚀性的复合低磷缓蚀阻垢药剂，具有总磷控制低，杀菌作用、能够自然降解、绿色环保、并具有优异的缓蚀阻垢和阻垢分散性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种复合低磷缓蚀阻垢药剂，其组成成分及质量份数为：十七烯基羟乙基咪唑啉季铵盐15-25份；十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵1-15份；聚天冬氨酸10-20份；锌盐10-35份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷5-15份；助溶剂1-10份；水30-60份。
一种复合低磷缓蚀阻垢药剂，其组成成分及质量份数优选为：十七烯基羟乙基咪唑啉季铵盐17-23份；十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵3-12份；聚天冬氨酸13-18份；锌盐12-32份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷8-13份；助溶剂1-10份；水30-60份。
所述的聚天冬氨酸分子量为1000-5000。
所述十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵质量百分浓度为20％。
所述的锌盐为无水氯化锌或七水硫酸锌。
所述的助溶剂为二甲基甲酰胺。
一种复合低磷缓蚀阻垢药剂制备方法，具体操作如下：
1)在室温下，将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐15-25份、聚天冬氨酸10-20份和2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷5-15份和水30-60份依次加入容器内，再调整转速在100-120rpm混合搅拌，升温至40℃-50℃，持续搅拌20-30min，得到稳定的溶液A；
2)将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵1-15份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后在加入锌盐10-35份，继续搅拌至溶液清亮，最后将助溶剂二甲基甲酰胺1-10份加入，继续混合搅拌30min，保温2h后观察溶液清亮，既得成品。
一种复合低磷缓蚀阻垢药剂添加到液体中的用量为30-50mg/L。
十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐，是本缓蚀阻垢药剂中的主剂之一，不仅具有良好的生物降解性能，利于环保，还有良好的耐热稳定性，遇热不分解。本发明采用十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐替代有机磷磷酸盐及磷酸酯类药剂，在高温条件下，金属与酸性介质接触时，十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐能够吸附在金属表面上形成单分子膜，呈严密、均匀保护膜。
聚天冬氨酸(PASP)是本缓蚀阻垢药剂中的主剂之二，兼有阻垢、分散、缓蚀的作用。天冬氨酸分子中的氨基与羧基缩合后形成酰胺键，酰胺键的化学稳定性很高，高温不易分解，可被生物降解为无毒物质，它对环境无毒无害，不产生任何污染，是一种环境友好型高分子材料。在阻垢方面具有优良的分散水中多重无机和有机离子的性能，特别对CaCO3、CaSO4型沉淀有极好的作用，适用于高温度、高浊度、强腐蚀条件的冷却水系统，该类分散剂是一种兼具缓蚀性能的高效阻垢分散剂。
十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵是本缓蚀阻垢药剂中的主剂之三，它是一种两性离子内盐杀菌剂，集杀菌、清洗剥离、缓蚀于一体，具有易降解、高效、低毒等优点，可以与常用的水质稳定剂复配使用。
十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵能够有效的杀灭硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌等系列厌氧菌，还有抑制细菌繁殖的能力，将其与十七烯基羟乙基咪唑啉季胺和聚天冬氨酸(PASP)复配使用，能够在起到缓蚀阻垢作用的还同时具有杀菌灭藻作用，以上三种主剂之间有良好的协同增效作用，进一步提高了其复配后本发明药剂使用效果。
2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷(PBTC)，兼有缓蚀阻垢性能，化学稳定性强，低毒等优点，其在高温度、高浊度、强腐蚀性的水质条件下，比常用的有机多元膦酸阻垢性能更佳，与锌盐复配使用时可产生良好的协同作用。
所述的锌盐为无水氯化锌或七水硫酸锌，是常用的阴极型缓蚀剂，一般与水质稳定剂复配起增效作用。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、适用于高温度、高浊度、强腐蚀性水质，缓蚀和阻垢性能均优异。
2、本发明采用十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵，使该复合剂在保证缓蚀和阻垢性能同时具有了杀菌灭藻作用，有效的减少杀菌剂的使用量，且宜于生物降解，环保无污染。
3、本发明的复合剂总磷含量低，符合工业排放水中总磷含量≤1.0mg/L(以总磷计)要求，比常用的有机磷磷酸盐及磷酸酯类药剂总磷含量更低，还具有生物降解的能力，无污染，是一种环境友好型新药剂。
4、本发明的复合剂成本低，容易复配，稳定性好，用量少。
5、适用pH值在6.5—9.0范围内，具有自适自控功能。
6、各组分之间具有良好的协同性，性能稳定，具有优异的缓蚀阻垢性能。
7、本发明可用于化工、冶金、石油和电力等领域的浊环循环冷却水系统，且具有优异的抑制设备缓蚀阻垢抑菌性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。
实施例1：
将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐(秦皇岛胜利化工有限公司生产的OED)20份；聚天冬氨酸15份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷10份和水30份加入反应釜中，之后在转速100rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至45℃，持续搅拌20min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵(河北蓝清水处理科技有限公司生产)8份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后在加入无水氯化锌13份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺5份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，既得成品。
实施例2：
将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐(秦皇岛胜利化工有限公司生产的OED)17份；聚天冬氨酸18份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷8份和水38份加入反应釜中，之后在转速110rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至40℃，持续搅拌30min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵(河北蓝清水处理科技有限公司生产)5份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后在加入七水硫酸锌20份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺4份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，既得成品。
实施例3：
将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐(秦皇岛胜利化工有限公司生产的OED)23份；聚天冬氨酸13份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷13份和水35份加入反应釜中，之后在转速110rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至50℃，持续搅拌25min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵(河北蓝清水处理科技有限公司生产)10份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后在加入无水氯化锌11份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺5份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，既得成品。
实施例4：
将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐(秦皇岛胜利化工有限公司生产的OED)15份；聚天冬氨酸20份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷5份和水35份加入反应釜中，之后在转速120rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至45℃，持续搅拌25min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵(河北蓝清水处理科技有限公司生产)15份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后在加入七水硫酸锌20份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺6份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，既得成品。
模拟试验：
将上述实施例所得成品对模拟浊环水进行缓蚀试验，模拟运行72小时，按《水处理剂缓蚀性能的测定--旋转挂片法》(GB-T 18175-2000)标准执行。
模拟浊环水水温为50℃，水质条件见表1。
表1：
对比不同实施例成品在浊环水水质下的碳钢腐蚀率见表2。
表2：碳钢腐蚀率
从上表可以看出投加量越高碳钢腐蚀率越低，但从经济角度考虑，投加浓度30mg/l就能满足《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050--2007)的要求，并保证很好的使用效果，实施例1的碳钢腐蚀率略优于其他实施例。
进一步印证投加浓度30mg/l时，上述实施例的阻垢率，按《水处理剂阻垢性能的测定--碳酸钙沉积法》(GB-T 16632-2008)标准执行。测定结果见表3。
表3：
加药量30mg/l 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
阻垢率％ 90.31 84.15 87.75 89.60
从表3中数据结果显示，各组实施例都具有良好的阻垢效果，且完全符合国家标准要求。
工业试验：
在生产厂高温高浊循环水系统进行工业试验，生产现场水温40-50℃之间，水质条件见表4。
表4：
使用上述实施例的复合阻垢缓蚀剂，添加量为30mg/l，进行现场跟踪实际使用效果，并减少杀菌剂的投加量，运行时间30天，对碳钢腐蚀速率降低。检修期间现场板式换热器及循环水运行管道查看并未发现腐蚀结垢和微生物黏泥附着现象，水质并未出现恶化，现场使用效果良好。不同实施例对碳钢腐蚀速率见表5。
表5：
本发明是适合高温高浊水的复合低磷缓蚀阻垢药剂，针对水温大于40℃，PH值在6.5—9.0范围内的浊水，具有自适自控功能。经实验验证低磷缓蚀阻垢药剂具有优异的缓蚀和阻垢分散性能并能够有效减少杀菌剂的投加量。

Claims (4)

1.一种复合低磷缓蚀阻垢药剂，其特征在于，对于浊环条件为：水温为50℃，pH为8.63，Cond.768μs/cm；总硬度160mg/lCaCO3；钙硬度90mg/lCaCO3；Cl-含量95mg/l；总碱度120mg/lCaCO3；浊度40NTU；投加量为20mg/l，碳钢腐蚀率0.0459碳钢mm/a，投加量为30mg/l，碳钢腐蚀率0.0214碳钢mm/a，投加量为40mg/l，碳钢腐蚀率0.0138碳钢mm/a，投加量为30mg/l，阻垢率90.31％；
复合低磷缓蚀阻垢药剂的制备为将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐20份；聚天冬氨酸15份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷10份和水30份加入反应釜中，之后在转速100rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至45℃，持续搅拌20min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵8份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后再加入无水氯化锌13份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺5份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，即 得成品。
2.一种复合低磷缓蚀阻垢药剂，其特征在于，对于浊环条件为：水温为50℃，pH为8.63，Cond.768μs/cm；总硬度160mg/lCaCO3；钙硬度90mg/lCaCO3；Cl-含量95mg/l；总碱度120mg/lCaCO3；浊度40NTU；投加量为20mg/l，碳钢腐蚀率0.0513碳钢mm/a，投加量为30mg/l，碳钢腐蚀率0.0305碳钢mm/a，投加量为40mg/l，碳钢腐蚀率0.0215碳钢mm/a，投加量为30mg/l，阻垢率84.15％；
复合低磷缓蚀阻垢药剂的制备为将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐17份；聚天冬氨酸18份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷8份和水38份加入反应釜中，之后在转速110rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至40℃，持续搅拌30min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵5份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后再 加入七水硫酸锌20份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺4份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，即 得成品。
3.一种复合低磷缓蚀阻垢药剂，其特征在于，对于浊环条件为：水温为50℃，pH为8.63，Cond.768μs/cm；总硬度160mg/lCaCO3；钙硬度90mg/lCaCO3；Cl-含量95mg/l；总碱度120mg/lCaCO3；浊度40NTU；投加量为20mg/l，碳钢腐蚀率0.0496碳钢mm/a，投加量为30mg/l，碳钢腐蚀率0.0286碳钢mm/a，投加量为40mg/l，碳钢腐蚀率0.0197碳钢mm/a，投加量为30mg/l，阻垢率87.75％；
复合低磷缓蚀阻垢药剂的制备为将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐23份；聚天冬氨酸13份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷13份和水35份加入反应釜中，之后在转速110rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至50℃，持续搅拌25min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵10份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后再 加入无水氯化锌11份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺5份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，即 得成品。
4.一种复合低磷缓蚀阻垢药剂，其特征在于，对于浊环条件为：水温为50℃，pH为8.63，Cond.768μs/cm；总硬度160mg/lCaCO3；钙硬度90mg/lCaCO3；Cl-含量95mg/l；总碱度120mg/lCaCO3；浊度40NTU；投加量为20mg/l，碳钢腐蚀率0.0469碳钢mm/a，投加量为30mg/l，碳钢腐蚀率0.0272碳钢mm/a，投加量为40mg/l，碳钢腐蚀率0.0184碳钢mm/a，投加量为30mg/l，阻垢率90.31％；
复合低磷缓蚀阻垢药剂的制备为将十七烯基羟乙基咪唑啉季胺盐15份；聚天冬氨酸20份；2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷5份和水35份加入反应釜中，之后在转速120rpm下搅拌，待溶液混合均匀后，升温至45℃，持续搅拌25min，得溶液A；
将十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵15份加入溶液A中，调整转速150rpm混合搅拌，使其完全溶解后再 加入七水硫酸锌20份，继续搅拌至溶液清亮，再加入二甲基甲酰胺6份持续搅拌30min，保温2h混匀后冷却静置，即 得成品。
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