CN107265677A

CN107265677A - 一种高效循环水处理药剂及其应用

Info

Publication number: CN107265677A
Application number: CN201710591503.4A
Authority: CN
Inventors: 郑义海
Original assignee: Guizhou Kailin Group Mineral Fertilizer LLC
Current assignee: Guizhou Kailin Group Mineral Fertilizer LLC
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2017-10-20

Abstract

本发明提供了一种高效循环水处理药剂及其应用，该药剂由膦羧酸盐为主剂，配以含磺酸、弱酸及非离子性团多元高分子聚合物复合而成，配以高性能的均聚物、聚环氧琥珀酸、高性能的分散剂、抗氧化性能好的缓蚀剂为主要组份。对高温、高硬度、高浓缩倍数水质阻垢性能优异，并且可以有效稳定水中碳酸盐、锌盐及其它浊度物质。

Description

一种高效循环水处理药剂及其应用

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种高效循环水处理药剂及其应用。

背景技术

循环冷却水在日常运行过程中，由于不断蒸发浓缩，水中的有害离子成倍增加，会导致结垢、腐蚀和粘泥滋生现象，造成降低换热设备的换热效率，缩短使用寿命；产生堵塞输水管线、压抗增大、腐蚀穿孔等危害，影响装置正常运行。为防止以上水质障碍，确保装置安全、高效、满负荷运转，必须对循环水进行水质稳定处理。硫酸循环冷却水系统，水冷器设备一般发生以下几种情况：

1.腐蚀问题：

腐蚀即金属和它所在的环境之间的化学或电化学反应而引起金属的破坏现象。阳极反应是铁的溶解过程：2Fe→2Fe2++4e，阴极反应氧的还原：O2+2H2O+4e→4OH-；在冷却水系统中，腐蚀主要以氧腐蚀为主，这种腐蚀反应在敞开式循环冷却水系统中引起的危害，除了使水冷设备的寿命减少及损坏之外，还有由于腐蚀造成水冷器泄漏而引起工艺介质的污染或造成计划外的停车事故。另外由于腐蚀产生的锈瘤，也会引起水冷器传热效率下降或管线阻塞等结垢障碍，一般在冷却水系统中，如不使用化学处理方法，碳钢的腐蚀速率，一般平均腐蚀率在70～150mg/dm2.day范围之内，但发生点蚀的部位腐蚀速度可达到平均腐蚀速率的2～10倍。

2、结垢问题：

结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因而沉积在金属表面，敞开式循环冷却水系统的结垢主要成份有CaCO3和腐蚀产物两种，由于缓蚀剂使用后腐蚀产物大大减少，而以碳酸钙、磷酸钙垢及锌垢为主要成份。

由于垢的产生引起水冷设备换热效率下降，管线的阻力增大，导致循环水量减少或列管的堵塞等，敞开式循环冷却水系统中影响结垢的主要因素是冷却水PH、钙硬、总碱度、水温、流速及金属表面状况等。

3、粘泥问题：

粘泥主要指金属列管等内壁附着的粘性的膜，生物粘泥主要由于细菌及藻类等微生物分泌产物，同时粘附了水中悬浮杂质而形成，生物粘泥产生的后果与结垢一样，会影响传热、堵塞列管引起局部的腐蚀等危害，影响粘泥生成主要因素与水温、PH、溶解氧、营养源、油类及金属表面特性等有关。工艺物料泄漏对生物粘泥繁殖更为有利，这点应引起足够的重视。

现有技术的水处理药剂含磷高，解决大型磷复肥硫酸装置循环水高浓缩倍数、高硬、高碱、高PH值的四高水系统问题效果不明显，同时生产装置存在结垢和腐蚀倾向、污泥附着多，成本也高。

发明内容：

本发明为了解决上述问题，提供了一种高效循环水处理药剂及其应用，该药剂由膦羧酸盐为主剂，配以含磺酸、弱酸及非离子性团多元高分子聚合物复合而成，配以高性能的均聚物、聚环氧琥珀酸、高性能的分散剂、抗氧化性能好的缓蚀剂为主要组份。对高温、高硬度、高浓缩倍数水质阻垢性能优异，并且可以有效稳定水中碳酸盐、锌盐及其它浊度物质。

具体地，本发明提供了一种高效循环水处理药剂，其由阻垢缓蚀剂、软水缓蚀剂、杀菌灭藻剂组成，其按质量百分数计，所述的阻垢缓蚀剂由2-4％磺酸、1-5％羟基乙叉二膦酸二钠(HEDP·Na2)、12-31％羟基乙叉二膦酸HEDP、0.5-2％聚丙烯酸(PAA)、3-15％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％；所述的软水缓蚀剂由1-5％聚丙烯酸(PAA)、4-8％氯化钠(NaCl)、2-10％膦酰基丁烷三羧酸钠(PBTCA)、1-6％羟基乙叉二膦酸(HEDP)及水制成，各组分质量百分数之和为100％；所述的杀菌灭藻剂由4-12％ZnSO₄、8-16％氨基三甲叉膦酸(ATMP·4Na)、0-2％聚丙烯酸(PAA)3-15％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％。

进一步地，上述所述的阻垢缓蚀剂，按质量百分数计，由3％磺酸、3％羟基乙叉二膦酸二钠(HEDP·Na2)、16％羟基乙叉二膦酸(HEDP)、1.3％聚丙烯酸(PAA)、9％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％；

上述所述的软水缓蚀剂，按质量百分数计，由3％聚丙烯酸(PAA)、6％氯化钠(NaCl)、6％膦酰基丁烷三羧酸钠(PBTCA)、3％羟基乙叉二膦酸(HEDP)及水制成，各组分质量百分数之和为100％；

上述所述的杀菌灭藻剂由8％ZnSO₄、12％氨基三甲叉膦酸(ATMP·4Na)、1％聚丙烯酸(PAA)9％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％。

本发明所述的高效循环水处理药剂其在运用时，其高效循环水处理药剂，所述的阻垢缓蚀剂投药量为30-120mg/l，所述的软水缓蚀剂投药浓度为200—1000PPm。所述的杀菌灭藻剂投药量为30-120mg/l。

进一步地，上述所述的阻垢缓蚀剂投药量优选为100mg/l；上述所述的软水缓蚀剂投药量优选为100mg/l；上述所述的杀菌灭藻剂投药量优选为100mg/l。

本发明的有益效果为：

本发明的处理药剂提供低磷药剂和解决循环水高浓缩倍数、高硬、高碱、高PH值的四高水系统问题，为工业企业的节水、节能、减少废水排放多做贡献，同时可使生产装置做到减少结垢和腐蚀、减少污泥附着，提高运行效果，做到长周期运行，延长设备的使用寿命、成本控制得也比较低。而且具有以下特点：

(1)低磷环保，可达到国家直接排放标准；在药剂中引入了聚环氧琥珀酸等高性能环保型单剂，提高了药剂的自然降解能力，加强了药剂的环保性。

(2)适用范围宽，适用pH范围为7.0～9.3，该药剂对钙硬+M-碱度具有很高的容忍度，适用于以高、中、低不同硬度、碱度的水为补充水的循环冷却水系统，能有效控制热交换器的结垢、腐蚀和污垢的沉积。

(3)对碳酸钙、硫酸钙等成垢粒子有优良分散作用，能适应各种水质。

(4)对铁氧化物等金属氧化物具有优良分散作用。

(5)对难溶磷酸钙及硅酸盐垢具有抑制、分散能力。

(6)对碳钢、铜、不锈钢有良好的缓蚀作用。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面通过实施例和实验例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是本实施例只用于对发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，若该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。

实施例1：高效循环水处理药剂的制备：

阻垢缓蚀剂制备：按重量百分比计，将2％磺酸、1％羟基乙叉二膦酸二钠(HEDP·Na2)、12％羟基乙叉二膦酸(HEDP)、0.5％聚丙烯酸(PAA)、3％琥珀酸及水溶解混合均匀制成，各组分质量百分数之和为100％。

软水缓蚀剂制备：由1％聚丙烯酸(PAA)、4％氯化钠(NaCl)、2％膦酰基丁烷三羧酸钠(PBTCA)、1％羟基乙叉二膦酸(HEDP)及水溶解混合均匀制成，各组分质量百分数之和为100％。

杀菌灭藻剂制备：由4％ZnSO₄、8％氨基三甲叉膦酸(ATMP·4Na)、1％聚丙烯酸(PAA)3％琥珀酸及水溶解混合均匀制成，各组分质量百分数之和为100％。

实施例2：高效循环水处理药剂的制备：

阻垢缓蚀剂制备：按质量百分数计，由3％磺酸、3％羟基乙叉二膦酸二钠(HEDP·Na2)、16％羟基乙叉二膦酸(HEDP)、1.3％聚丙烯酸(PAA)、9％琥珀酸及水溶解混合制成，各组分质量百分数之和为100％；

软水缓蚀剂制备，按质量百分数计，由3％聚丙烯酸(PAA)、6％氯化钠(NaCl)、6％膦酰基丁烷三羧酸钠(PBTCA)、3％羟基乙叉二膦酸(HEDP)及水溶解混合制成，各组分质量百分数之和为100％；

杀菌灭藻剂制备：按质量百分数计，由8％ZnSO₄、12％氨基三甲叉膦酸(ATMP·4Na)、1％聚丙烯酸(PAA)9％琥珀酸及水溶解混合制成，各组分质量百分数之和为100％。

实施例3：高效循环水处理药剂的制备：

阻垢缓蚀剂的制备：按质量百分数计，由4％磺酸、5％羟基乙叉二膦酸二钠(HEDP·Na2)、31％羟基乙叉二膦酸HEDP、2％聚丙烯酸(PAA)、5％琥珀酸及水溶解混合制成，各组分质量百分数之和为100％；

软水缓蚀剂的制备：按质量百分数计，由5％聚丙烯酸(PAA)、8％氯化钠(NaCl)、10％膦酰基丁烷三羧酸钠(PBTCA)、6％羟基乙叉二膦酸(HEDP)及水溶解混合制成，各组分质量百分数之和为100％；

杀菌灭藻剂的制备：由12％ZnSO₄、16％氨基三甲叉膦酸(ATMP·4Na)、2％聚丙烯酸(PAA)15％琥珀酸及水溶解混合制成，各组分质量百分数之和为100％。

实验例：水稳试验考察：

1、静态阻垢试验(鼓泡法)：参照中华人民共和国化工行业标准HG/T2024—91之标准。

1.1方法提要：冷却水中的结垢，通常是由于水中的碳酸氢钙在受热和曝气条件下分解，生成难溶解的碳酸钙垢而引起的，其反应式可以表示为：

Ca(HCO3)2——CaCO3↓+CO2↑+H2O

本方法以含有Ca(HCO3)2的配制水和水处理药剂制备成试液(模拟冷却水)。为了模拟冷却水在换热器中受热和在冷却塔中曝气两个过程，本方法在升高了的温度下，向试液中鼓入一定流量的空气，以带走其中的二氧化碳，使上述反应式的平衡向右侧移动，促使碳酸氢钙加速分解为碳酸钙，试液迅速达到其自然平衡PH，然后测定试液中钙离子的稳定浓度，钙离子的稳定浓度愈大，则该药剂的阻垢性能愈好。

1.2试验条件：

1.2.1试验水质：按循环水质配制，将Ca2+提高到400mg/L、碱度500mg/L做强化实验，PH值不循环水质配制，将Ca2+提高到400mg/L、碱度500mg/L做强化实验，PH值不调，另配(PO4)₂ ^-3—5mg/l测定阻磷酸钙垢的能力。

1.2.2试验药剂：阻垢缓蚀剂和软水缓蚀剂20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L。按商品浓度(100％)计，称取试样2g，分别移入1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度，即该溶液为2mg/mL的试液。

1.2.3试验温度：50℃；

1.2.4试验时间：持续10小时；

1.3阻垢试验测定：

取11只500ml三颈烧瓶，另取水样(1.2.1)450ml 7份，分别移入7只烧瓶中，其中一只空白，另十只分别加入阻垢缓蚀剂、软水缓蚀剂20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L将烧瓶浸入50±1℃的恒温水浴中，同时鼓入空气，经10小时后，停止鼓入空气取出烧瓶，放至室温，用蒸馏水补至原始水位刻度，测水中稳定钙离子含量。

1.4阻垢率试验结果

1.4.1浓缩倍数大于3倍时的阻垢率见表1：

表1：阻CaCO3和Ca3(PO4)2垢率试验结果

1.4.2杀菌灭藻剂对阻垢率的影响

表2：杀菌剂对阻垢缓蚀剂阻CaCO3的影响

杀菌剂浓度mg/L	100	100	100	100	50	100
							阻垢率％	89.8	92.0	89.1	89.6	80.2	89.1

表3：杀菌剂对软水缓蚀剂阻Ca3(PO4)2的影响

杀菌剂型号	KF-101	KF-102	KF-103	KF-104	KF-105	KF-106
							浓度mg/L	100	100	100	100	50	100
阻垢率％	89.3	94.6	93.9	95.6	95.1	94.1

1.5结论讨论：

从表1结果可知：阻垢缓蚀剂和软水缓蚀剂在强化循环水质的情况下，投加浓为80mg/L以上时，阻垢率均大于90％。从表2、表3结果可知：杀菌剂对阻垢缓蚀剂影响不大，其配伍性能较好，均可运用于该循环冷却水系统中作杀菌灭藻处理。

2、动态模拟试验结果(见表4)

表4：动态模拟试验结果(浓缩倍数大于3倍)

结果讨论：

通过动态模拟试验结果(表4：数据)可知：阻垢缓蚀剂和软水缓蚀剂在投加量100mg/l，A3钢腐蚀率0.0161mm/a，不锈钢腐蚀率0.0025mm/a，污垢附着为2.15mcm，其阻垢和缓蚀效果是十分理想的，各项指标都在设计规范控制范围内，GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》控制指标：A3钢腐蚀率＜0.075mm/a；铜、不锈钢腐蚀率＜0.005mm/a；年污垢热阻值：＜4×10—4m2·h·℃/kcal；污垢附着量(mcm)＜15mg/cm2·月；细菌总数：＜1×105个/ml(冬)，＜5×105个/ml(夏)。

Claims

1.一种高效循环水处理药剂，其特征在于：该药剂由膦羧酸盐为主剂，配以含磺酸、弱酸及非离子性团多元高分子聚合物，配以高性能的均聚物、聚环氧琥珀酸、高性能的分散剂、抗氧化性能好的缓蚀剂为主要组份制成。

2.根据权利1所述的高效循环水处理药剂，其特征在于：由阻垢缓蚀剂、软水缓蚀剂、杀菌灭藻剂组成，其按质量百分数计，所述的阻垢缓蚀剂由2-4％磺酸、1-5％羟基乙叉二膦酸二钠、12-31％羟基乙叉二膦酸、0.5-2％聚丙烯酸、3-15％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％；所述的软水缓蚀剂由1-5％聚丙烯酸、4-8％氯化钠、2-10％膦酰基丁烷三羧酸钠、1-6％羟基乙叉二膦酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％；所述的杀菌灭藻剂由4-12％ZnSO₄、8-16％氨基三甲叉膦酸、0-2％聚丙烯酸、3-15％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％。

3.根据权利要求2所述的高效循环水处理药剂，其特征在于：所述的阻垢缓蚀剂，按质量百分数计，由3％磺酸、3％羟基乙叉二膦酸二钠、16％羟基乙叉二膦酸、1.3％聚丙烯酸、9％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％。

4.根据权利要求2所述的高效循环水处理药剂，其特征在于：所述的软水缓蚀剂，按质量百分数计，由3％聚丙烯酸、6％氯化钠、6％膦酰基丁烷三羧酸钠、3％羟基乙叉二膦酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％。

5.根据权利要求2所述的高效循环水处理药剂，其特征在于：上述所述的杀菌灭藻剂由8％ZnSO₄、12％氨基三甲叉膦酸、1％聚丙烯酸、9％琥珀酸及水制成，各组分质量百分数之和为100％。

6.根据权利要求1-5任一所述的高效循环水处理药剂其在运用时，所述的阻垢缓蚀剂投药量为30-120mg/l，所述的软水缓蚀剂投药浓度为200—1000PPm。所述的杀菌灭藻剂投药量为30-120mg/l。

7.根据权利要求6所述的运用，所述的阻垢缓蚀剂投药量为100mg/l；所述的软水缓蚀剂投药量为100mg/l；所述的杀菌灭藻剂投药量优选为100mg/l。