CN106517545A - 高效低磷大分子阻垢缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为高效低磷大分子阻垢缓蚀剂及其制备方法，其各组分的质量份数为：2‑羟基膦酰基乙酸40‑60份，2‑膦酸丁烷‑1,2,4三羧酸80‑120份，多元丙烯酸酯类‑AMPS共聚物280‑320份，多氨基多醚基甲叉膦酸70‑100份，锌盐60‑85份，盐酸10‑30份，马来酸酐共聚物30‑60份，葡萄糖酸钠10‑30份，去离子水295‑320份；其制备方法：首先，用往复式真空泵抽入2‑羟基膦酰基乙酸、2‑膦酸丁烷‑1,2,4三羧酸、多元丙烯酸酯类‑AMPS共聚物和多氨基多醚基甲叉膦酸到反应釜内，搅拌20分钟，再抽入马来酸酐共聚物继续搅拌，然后，在另一容器内加入锌盐、去离子水和盐酸，使之溶解完全后抽入反应釜中，再搅拌10分钟，最后，加入葡萄糖酸钠密封后开始搅拌15‑30分钟后出料。本发明能达到节水、低成本、低磷环保的技术目的。

Description

高效低磷大分子阻垢缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业循环水处理工艺，属于阻垢缓蚀技术，特别是高效低磷大分子阻垢缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
工业循环水系统是工业企业正常运行的基本保证，循环水的结垢、腐蚀、生物粘泥堵塞等是换热设备损坏和效率降低的主要危害。在系统换热设备中普遍存在的结垢、腐蚀、污垢现象会降低生产效率，消耗燃料，轻者会降低换热器的传热效率影响生产。严重时则需停产检修甚至换热面腐蚀穿孔，引起一系列的经济安全等问题。根据各地方区域水质情况不同及各行业用户系统工艺条件和换热设备的种类材质的不同，用户系统管理的方法及特点的不同，有必须要针对各地区域水质系统的不同结合用户现场水质状况合理配制出不同类型的药剂来满足用户的需要。
由于新疆多属于严重结垢型水质地区。因此必须采用阻垢分散性能强的药剂产品，而同时随着浓缩倍数的不断提高腐蚀性离子也在不断的升高，更需要加强药剂的缓蚀性能。而工业循环冷水系统在对药剂的使用和选择不仅取决于药剂本身的结构和复合配制后的协同效应，也取决于循环水的水质腐蚀介质的组成和操作运行等因素。磷系阻垢缓蚀剂是目前使用最为广泛的药剂之一。但随着国家环保政策的加强，绿色低磷阻垢缓蚀剂赿来赿受到人们的重视。
有关文件检索披露：中海油天津化工研究设计院郑书忠、杨业新等人发明的一种低磷高浓缩倍数循环水处理工艺方法(专利申请号：CN102050526A)。其中低磷缓蚀阻垢剂的制备方法：主要是由聚环琥珀酸、苯丙三氮唑、丙烯酸-2-甲基-2-丙烷磺酸、顺丁烯二酸酐、2-羟基-2-磷酰基乙酸、四元共聚物、柠檬酸三钠、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、硫酸锌和水组成。此药剂主要用于江河水或者湖泊、地下水、超低更度腐蚀性水质特点的水系。从以上药剂组成分析来看只是符合在内地各水系为主的循环冷却水处理系统使用，在新疆地区使用没有特别说明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效低磷大分子阻垢缓蚀剂及其制备方法，有效保障循环水系统设备的安全稳定运行，符合当前环保达标排放要求，是取代高磷系配方效果较好的缓蚀阻垢剂。
本发明的目的是这样实现的：一种高效低磷大分子阻垢缓蚀剂，各组分的质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸40-60份，2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸80-120份，多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物280-320份，多氨基多醚基甲叉膦酸70-100份，锌盐60-85份，盐酸10-30份，马来酸酐共聚物30-60份，葡萄糖酸钠10-30份，去离子水295-320份。
本发明的目的是这样实现的：一种高效低磷大分子阻垢缓蚀剂的制备方法，首先，用往复式真空泵抽入2-羟基膦酰基乙酸、2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物和多氨基多醚基甲叉膦酸到反应釜内，搅拌20分钟，再抽入马来酸酐共聚物继续搅拌，然后，在另一容器内加入锌盐、去离子水和盐酸，使之溶解完全后抽入反应釜中，再搅拌10分钟，最后加入葡萄糖酸钠密封后开始搅拌15-30分钟后出料，即得到大分子阻垢缓蚀剂。
本发明介绍了一种《高效低磷大分子阻垢缓蚀剂DA-1106》的配方和制备方法。本发明主要根据新疆地区高含盐量水质持点在药剂中添加了一种新型大分子有机膦酸和多种优质原科料，其通过科学配比复合而成且多方位增加药剂的协同效应。在本药剂配方中主要添加了多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP作为新一代大分子有机膦水处理剂，其化学分子式为：
由于其分子结构基团主要有两个醚基和四个膦酸基构成。使其大分子有机膦PAPEMP同时具有很高的螯合分散性能和极强的阻垢性能，它相对分子量大分子间引入亲水基团不仅含磷量低而且有很好的钙容忍度。可承受水系统中碱度加钙硬之和大于1500ppm。该药作为循环冷却水系统的阻垢缓蚀剂，能很好地稳定铁、锌、锰的氧化物，对硫酸盐、硅及硅酸盐也十分有效，并且能适应高含盐量、高pH、高浊度、高温系统的水质。可广泛用于工业循环冷却水处理系统、油田污水回注系统、印染、反渗透水处理等多个行业。能很好的适用于新疆地区大部分水质条件对应的浓缩倍数可以达到5-10倍。
本发明主要由有机膦羧酸类、2-羟基膦酰基乙酸、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物类、马来酸酐共聚物、大分子有机膦多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP、锌盐类、盐酸、去离子水和其它助剂复合配制而成。它能较好的适应新疆地区特有的高含盐量、高浊度、高温系统的水质。可广泛用于多种工业循环冷却水处理、油田污水回注系统印染、反渗透水处理等多个行业。
本发明主要针对新疆地区特别适应高pH、高温、高钙、高碱度、高氯离子苛刻性水质，并能满足高浓缩倍数运行要求的水质持点配制而成的水质稳定剂，具有优异的阻碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙的性能，同时对循环水中的氧化铁具有良好的分散稳定性能，该产品对碳钢、铜及合金等多种金属材质均有优异的缓蚀效果。并且对系统中含氯型杀菌剂有稳定作用。该产品可用于化肥、冶金、炼钢、炼油、电厂等工业循环冷却水处理、油田污水回注系统、印染、反渗透水处理等多个行业。本发明有效保障循环水系统设备的安全稳定运行，从而能达到节水、低成本、低磷环保的技术目的，符合当前环保达标排放要求，是取代高磷系配方效果较好的缓蚀阻垢剂，也能更适应高pH、高温、高钙、高碱度、高氯离子苛刻性水质，并且能满足高浓缩倍数运行要求的水质持多提高经济效益和社会效益，能很好适用于新疆地区水质特点的水系，是试点研制而成的水质稳定剂。
具体实施方式
一种高效低磷大分子阻垢缓蚀剂，其各组分的质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸40-60份，2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸80-120份，多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物280-320份，多氨基多醚基甲叉膦酸70-100份，锌盐60-85份，盐酸10-30份，马来酸酐共聚物30-60份，葡萄糖酸钠10-30份，去离子水295-320份。还包括多氨基多醚基甲叉膦酸，其分子式为：
高效低磷大分子阻垢缓蚀剂的制备方法：首先，用往复式真空泵抽入2-羟基膦酰基乙酸、2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物和多氨基多醚基甲叉膦酸到反应釜内，搅拌20分钟，再抽入马来酸酐共聚物继续搅拌，然后，在另一容器内加入锌盐、去离子水和盐酸，使之溶解完全后抽入反应釜中，再搅拌10分钟，最后，加入葡萄糖酸钠密封后开始搅拌15-30分钟后出料，即得到大分子阻垢缓蚀剂；在常温常压和搅拌速度为85转/分钟的状态中制得大分子阻垢缓蚀剂；按日常投加的剂量为10-30mg/L(以补水量计)；还可根据水系统情况自行调整剂量，用计量泵加入到注水入口处。
原料以重量百分数制备：
第1组：取2-羟基膦酰基乙酸60份、2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸80份、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物300份、多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP 100份、锌盐60份、盐酸20份、马来酸酐共聚物30份、葡萄糖酸钠30份、去离子水320份；
第2组：取2-羟基膦酰基乙酸50份、2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸100份、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物320份、多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP 80份、锌盐65份、盐酸10份、马来酸酐共聚物50份、葡萄糖酸钠20份、去离子水295份；
第3组：取2-羟基膦酰基乙酸40份、2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸120份、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物280份、多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP 70份、锌盐85份、盐酸30份、马来酸酐共聚物60份、葡萄糖酸钠10份、去离子水305份。
复合制备实施步骤如下：
选1组、2组或3组中的一组开始投料：先按顺序用W-3自吸泵抽入2-羟基膦酰基乙酸、二膦酸丁烷-1,2,4三羧酸、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物、多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP、到反应釜内同时开动搅拌器，搅拌速度为85转/分钟，在常温下均匀搅拌20分钟，再抽入马来酸酐共聚物继续搅。在另一溶器内加入锌盐去离子水及盐酸使之溶解完全后抽入反应釜中再搅拌10分停止搅拌，打开投料口加入葡萄糖酸钠密封后开始搅拌15-30分钟后出料即得到高效低磷大分子阻垢缓蚀剂DA-1106产品。
本发明的高效低磷大分子阻垢缓蚀剂DA-1106是以复配合成的方法得到的黄色透明液体。无刺激气味可与水任意互溶。pH(1％)≤3.0；密度(g/cm3)≥1.15；阻垢率＞93％；碳钢腐蚀率均小于0.07mm/a；铜合金腐蚀率均小于0.005mm/a；不锈钢腐蚀率均小于0.005mm/a；该产品于化肥、冶金、炼钢、炼油、电厂等工业循环冷却水处理、油田污水回注系统、印染、反渗透水处理等多个行业。
一、阻垢率实验：
实验目的：用新疆用户众和一电厂现场地表水和几个不同供应商的常规药剂与高效低磷大分子阻垢缓蚀剂DA-1106做阻垢率性能对比实验。
实验方法：实验用水水质状况为：Ca2+：133.99mg/L；HCO—：138.65mg/L；Cl—：56.52mg/L；pH 8.52；浊度20.20NTU；温度70℃；浓缩6.75倍；恒温保温32小时。
在做好标记的五个高型烧怀中加入1350mL以上水质及以下四种不同厂家的药剂和相同投加浓度的药剂量，用玻璃棒搅拌均匀。以5号杯不加药剂作空白对照实验放入6孔水浴锅内温度升到70℃，在此温度下恒温浓缩至200mL时长是32小时。转移到200mL容量瓶中冷却却至室温定容至刻度摇均过滤后测水中的：Ca2+并计算阻垢率。在相同条件下做阻垢实验：第一组投加10ppm(见表1)，第二组投加15ppm(见表2)。
实验用药剂来源：
1号杯为：自主生产的高效大分子低磷阻垢缓蚀剂DA-1106
2号杯为：从石河子天业公司取来的某内地供应商药剂。
3号杯为：从石河子天富热电厂取来某的内地供应商药剂。
4号杯为：从石河子农八师147团小火电厂取来的某本地供应商药剂。
5号杯为：不加药剂的空白对照试验。
表1第一组阻垢实验
序号 药剂名称 样品来源 投加浓度 阻垢率％
1#杯 DA-1106 自主生产 10ppm 93.36
2#杯 某内地供应商药剂 源自石河子天业公司 10ppm 67.73
3#杯 某内地供应商药剂 源自天富热电厂 10ppm 74.28
4#杯 某本地供应商药剂 源自147团小火电厂 10ppm 82.31
5#杯 不加药剂(空白) ----- ------ 0
表2第二组阻垢实验
序号 药剂名称 样品来源 投加浓度 阻垢率％
1#杯 DA-1106 自主生产 15ppm 97.62
2#杯 某内地供应商药剂 源自石河子天业公 15ppm 79.46
3#杯 某内地供应商药剂 源自天富热电厂 15ppm 83.09
4#杯 某本地供应商药剂 源自147团小火电厂 15ppm 88.98
5#杯 空白不加药剂 ----- ----- 0
实验结论：从以上两组不同投加浓度阻垢实验表中可以看出DA-1106药剂在同等条件下的和其它几种药剂对比结果来看突显了其优异的阻垢性能。
二.腐蚀率实验：
实验目的：用以上与阻垢实验相同水质和相同厂家的药剂做腐蚀率性能对比实验，见表3。
实验方法：分别按顺序在做好标记的五个2000mL的烧怀加入2000mL的以上水质和以上四种不同厂家的药剂和相同的投加浓度，用玻璃棒搅拌均匀以5#号杯不加药剂作空白对照放各挂入一片碳钢、一片不锈钢、和黄铜挂片(事先处理称重好)放入RCC-Ⅲ旋转挂片腐蚀仪上，恒温45±10C；转速75±1(r/min)：实验72小时，实验期间补水1250mL。取出按操作规程挂片处理后称重并计算腐蚀率。
挂片材质：1型挂片A3碳钢；不锈钢、黄铜H62；缓蚀实验投加浓度60ppm。
表3腐蚀率实验
实验结论：从以上缓蚀实验表中可以看出DA-1106药剂在同等条件下的和其它几种药剂对比从实验结果来看碳钢＜0.075mm/a。铜＜0.005mm/a。不锈钢＜0.005mm/a。突显出其具有优异的缓蚀性能。该产品磷含量≤5.0(以PO4 3+计)含磷量低、使用量少、操作简单使用投加方便，可与水任意互溶。用户并可以自行根据水系统情将药剂直接加入循环水系统中。其阻垢缓蚀性能优于石化要求，污水排放符合国家标准GB8978-1996技术要求。
新疆作为水资源严重缺乏的地区，伴随着一个个大化工、大炼油项目的建成，水资源缺乏的矛盾显得更为突出，由于水资源短缺矛盾日益突出，工业用水的价格也随之上涨，节约用水成为当务之急，而循环冷却水占到工业用水的80％以上。所以循环冷却水循环利用和节约就成为重要课题。高效低磷大分子阻垢缓蚀剂DA-1106的应用，无疑将使石油化工及多种工业循环冷却水处理企业的循环冷却水系统浓缩倍数及阻垢缓蚀状况提高到一个全新的水平，同时给企业带来很高的经济效益。

Claims (4)

1.一种高效低磷大分子阻垢缓蚀剂，其特征在于：其各组分的质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸40-60份，2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸80-120份，多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物280-320份，多氨基多醚基甲叉膦酸70-100份，锌盐60-85份，盐酸10-30份，马来酸酐共聚物30-60份，葡萄糖酸钠10-30份，去离子水295-320份。
2.根据权利要求1所述的大分子阻垢缓蚀剂，其特征是：还包括多氨基多醚基甲叉膦酸，其分子式为：
。
3.一种制备如权利要求1所述的高效低磷大分子阻垢缓蚀剂的方法，其特征在于：首先，用往复式真空泵抽入2-羟基膦酰基乙酸、2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸、多元丙烯酸酯类-AMPS共聚物和多氨基多醚基甲叉膦酸到反应釜内，搅拌20分钟，再抽入马来酸酐共聚物继续搅拌，然后，在另一容器内加入锌盐、去离子水和盐酸，使之溶解完全后抽入反应釜中，再搅拌10分钟，最后，加入葡萄糖酸钠密封后开始搅拌15-30分钟后出料，即制得大分子阻垢缓蚀剂。
4.根据权利要求3所述的制备高效低磷大分子阻垢缓蚀剂的方法，其特征是：在常温常压和搅拌速度为85转/分钟的状态中制得大分子阻垢缓蚀剂。
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