CN107473408B - 应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂及制备方法 - Google Patents

应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其组成成分及质量份数为：2‑羟基膦酰基乙酸：8份‑27份、羧乙基硫代丁二酸：13份‑31份、十水合四硼酸钠：5份‑20份、聚甲基丙烯酸：7份‑25份、氯化锌：1份‑18份、去离子水：29份‑60份。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：适用于低温循环冷却水系统，对于抑制低温垢效果优异的缓蚀阻垢剂。本发明复合剂在低温条件下，随着用量的提高对碳酸钙、膦酸钙和锌盐沉积抑制效果较好。本发明的复合剂具有磷含量低，符合国家环保要求。本发明的复合剂各组分具有协同增效作用，同时通过本发明的方法配制的药剂更稳定，有效使用期更长。

Description

应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂及制备方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂及制备方法。
背景技术
工业低温循环冷却水系统冷却设备供水水温一般≤10℃以内，主要为特殊的换热器、冷凝器、空冷塔等设备冷却，为抑制换热设备和制冷设备的结垢腐蚀，维持设备的正常运行，针对这种低温循环冷却水系统目前主要使用的是磷系复合缓蚀阻垢剂。
在工业循环水中普遍采用磷系水处理药剂，适用于低温循环冷却水系统的水处理药剂相对较少，目前大多数还在继续使用磷系水处理药剂，为了抑制结垢腐蚀水中总磷普遍都比较高，在运行初期换热设备和制冷设备运行状况良好，但随着水中浓缩倍数的提高，水中盐分接近饱和大量的磷酸盐开始析出，又由于共沉淀作用碳酸盐也伴随析出，最终形成以磷酸钙和碳酸钙为主的垢体，严重影响设备的正常运行，所以采用过高总磷的磷系水处理药剂在抑制结垢方面并不理想，并不能满足生产需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点提供一种应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂及制备方法，该药剂能够克服磷酸钙、碳酸钙和锌盐析出带来结垢的问题，具有抑制低温垢效果明显，缓蚀效果优异，低磷环保等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其组成成分及质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸：8份-27份、羧乙基硫代丁二酸：13份-31份、十水合四硼酸钠：5份-20份、聚甲基丙烯酸：7份-25份、氯化锌：1份-18份、去离子水：29份-60份。
应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其组成成分及质量份数优选为：2-羟基膦酰基乙酸：10份-20份、羧乙基硫代丁二酸：17份-25份、十水合四硼酸钠：8份-16份、聚甲基丙烯酸：9份-18份、氯化锌：3份-12份、去离子水：29份-60份。
一种应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂的制备方法，具体方法如下：
1)将去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到90℃-120℃，此时饱和蒸汽压为70kPa-199kPa，使去离子水全部汽化；
2)再将2-羟基膦酰基乙酸、羧乙基硫代丁二酸和聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌，搅拌时间20-80min，过程中持续加热使去离子水保持汽化状态；
3)将承压式反应釜中温度冷却至40-60℃，再将氯化锌和十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌30-60min，混匀后冷却静置，即得应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)适用于低温循环冷却水系统，对于抑制低温垢效果优异的缓蚀阻垢剂。
2)本发明复合剂在低温条件下，随着用量的提高对碳酸钙、膦酸钙和锌盐沉积抑制效果较好。
3)本发明的复合剂具有磷含量低，符合国家环保要求。
4)本发明的复合剂各组分具有协同增效作用，同时通过本发明的方法配制的药剂更稳定，有效使用期更长。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其组成成分及质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸：8份-27份、羧乙基硫代丁二酸：13份-31份、十水合四硼酸钠：5份-20份、聚甲基丙烯酸：7份-25份、氯化锌：1份-18份、去离子水：29份-60份。
应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其组成成分及质量份数优选为：2-羟基膦酰基乙酸：10份-20份、羧乙基硫代丁二酸：17份-25份、十水合四硼酸钠：8份-16份、聚甲基丙烯酸：9份-18份、氯化锌：3份-12份、去离子水：29份-60份。
2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)是本发明中的主剂之一，具有化学稳定性好，不易水解，无毒无污染等优点，对高硬度水和低硬度水都具有良好的缓蚀效果，它能够与多种水处理剂复合使用，具有非常突出的协同作用。
羧乙基硫代丁二酸(CETSA)是本发明中的主剂之二，对于抑制磷酸盐和碳酸盐效果优异，具有生物分解性、乳化分散性、螯合性等多种优异性能，适用于低温循环冷却水系统应用。
十水合四硼酸钠适用于金属材料的缓蚀，在本发明的药剂中复配使用能够起到协同增效的作用。
聚甲基丙烯酸能够与水中的钙、镁离子形成稳定的络合物，具有优良的阻垢分散性能，与羧乙基硫代丁二酸复配使用能大大减少其用量，节约了成本。
氯化锌可以快速成膜，由于其单独使用时稳定性较差，在本发明中复配使用，可提高其稳定性，缓蚀效果优异。
本发明创新性的采用羧乙基硫代丁二酸抑制低温结垢问题，它具有乙酸和磺酸的性质，其对碳酸钙的阻垢率可达99.09％，对膦酸钙的阻垢率可达99.39％，对锌盐的阻垢率可达96.97％，其阻垢性能优异。由2-羟基膦酰基乙酸、羧乙基硫代丁二酸、十水合四硼酸钠、聚甲基丙烯酸、氯化锌组分组成的复合剂有效的解决了低温循环冷却水系统出现的低温结垢问题，该复合剂对于抑制磷酸盐和锌盐析出性能显著，碳钢缓蚀率也能够达到0.075mm/a以下，符合《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050--2007)的要求。
一种应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂的制备方法，具体方法如下：
1)将去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到90℃-120℃，此时饱和蒸汽压为70kPa-199kPa，使去离子水全部汽化；
2)再将2-羟基膦酰基乙酸、羧乙基硫代丁二酸和聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌，搅拌时间20-80min，过程中持续加热使去离子水保持汽化状态；
3)将承压式反应釜中温度冷却至40-60℃，再将氯化锌和十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌30-60min，混匀后冷却静置，即得应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂。
本发明应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂的使用方法如下：
1)初次使用本发明低磷缓蚀阻垢剂需要按照30mg/L投加。
2)连续3天检测循环水中总磷维持在1.0mg/L-1.5mg/L时，说明低磷缓蚀阻垢剂在循环水系统中已经起到稳定的缓蚀阻垢作用，这时将投加量降至20mg/L，并连续投加即可起到很好的缓蚀阻垢效果。
本发明制备的低磷环保缓蚀阻垢剂可用于工业低温水、制氧厂和冷冻机组等领域的低温循环冷却水系统。
下面通过实验室和现场配方进一步说明本发明特点。
配方1：
1)将40份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到100℃，此时饱和蒸汽压为101kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将10份2-羟基膦酰基乙酸、25份羧乙基硫代丁二酸和9份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌60min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至45℃，再将8份氯化锌和10份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌30min，混匀后冷却静置，即得本配方。
配方2：
1)将32份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到115℃，此时饱和蒸汽压为170kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将18份2-羟基膦酰基乙酸、20份羧乙基硫代丁二酸和12份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌20min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至50℃，再将5份氯化锌和13份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌40min，混匀后冷却静置，即得本配方。
配方3：
1)将35份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到120℃，此时饱和蒸汽压为199kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将15份2-羟基膦酰基乙酸、18份羧乙基硫代丁二酸和15份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌80min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至60℃，再将10份氯化锌和16份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌50min，混匀后冷却静置，即得本配方。
配方4：
1)将45份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到95℃，此时饱和蒸汽压为86kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将20份2-羟基膦酰基乙酸、17份羧乙基硫代丁二酸和18份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌70min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至55℃，再将3份氯化锌和8份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌60min，混匀后冷却静置，即得本配方。
配方5：
1)将60份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到120℃，此时饱和蒸汽压为199kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将27份2-羟基膦酰基乙酸、31份羧乙基硫代丁二酸和25份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌60min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至30℃，再将18份氯化锌和20份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌50min，混匀后冷却静置，即得本配方。
配方6：
1)将29份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到90℃，此时饱和蒸汽压为70kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将8份2-羟基膦酰基乙酸、13份羧乙基硫代丁二酸和7份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌55min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至40℃，再将1份氯化锌和5份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌45min，混匀后冷却静置，即得本配方。
配方7：
1)将40份去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到100℃，此时饱和蒸汽压为101kPa，使的去离子水全部气化。
2)再将12份2-羟基膦酰基乙酸、20份羧乙基硫代丁二酸和13份聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌65min，过程中持续加热使去离子水保持气化状态。
3)将承压式反应釜中温度冷却至45℃，再将12份氯化锌和16份十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌55min，混匀后冷却静置，即得本配方。
实施例1：
将按上述方法配置的本发明复合剂进行阻垢性能实验，参照中石化《冷却水分析和试验方法》中静态阻垢评定试验方法，制冷恒温水浴锅中温度控制在10±1℃条件下进行碳酸钙沉积实验、磷酸钙沉积实验、锌盐沉积实验，实验时间为10小时。实验结束后检测前后Ca2+、PO4 3-、Zn2+质量浓度，计算出相应的阻垢率，实验结果见表1。
表1：静态阻垢实验结果
Figure GDA0002915066350000051
Figure GDA0002915066350000061
从表1可以看出，各组复合剂配方均具有良好的阻垢效果，其中配方1效果最佳，碳酸钙阻垢率为98.85％，膦酸钙阻垢率为99.45％，锌盐阻垢率为96.39％。
实施例2：
某制氧厂低温循环冷却水系统循环水量为15000m3/h，总保有水量为9000m3，设备材质主要为碳钢，冷冻机组供水温度在8-10℃，低温循环冷却水水质见表2。
表2：
Figure GDA0002915066350000062
将每组配方按照30mg/L投加，当连续3天检测循环水中总磷维持在1.0mg/L-1.5mg/L时，将投加浓度降至20mg/L，分别进行1个月现场工业模拟实验，冷冻机组进出口温度及碳钢挂片腐蚀率测定结果见表3。
表3：
Figure GDA0002915066350000063
注：制冷效率按下式计算：
Figure GDA0002915066350000071
ρ-----进口温度的数值(℃)
ρ1----出口温度的数值(℃)
ρ2----基准出口温度的数值10(℃)
从表3可以看出使用本发明的复合剂配方制冷机组制冷效率和碳钢腐蚀率都能够满足生产要求，其中配方1效果最佳，并符合《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050--2007)的要求。检修期间打开冷冻机组进出口端也没有发现结垢现象，说明使用本发明的复合剂效果较好。

Claims (2)

1.应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其特征在于，其组成成分及质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸：8份-27份、羧乙基硫代丁二酸：13份-31份、十水合四硼酸钠：5份-20份、聚甲基丙烯酸：7份-25份、氯化锌：1份-18份、去离子水：29份-60份，工业低温循环冷却水系统冷却设备供水水温≤10℃；
所述的应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂的制备方法，具体方法如下：
1)将去离子水注入承压式反应釜中，开启加热搅拌，使温度达到90℃-120℃，此时饱和蒸汽压为70kPa-199kPa，使去离子水全部汽化；
2)再将2-羟基膦酰基乙酸、羧乙基硫代丁二酸和聚甲基丙烯酸依次注入承压式反应釜，并开启搅拌，搅拌时间20-80min，过程中持续加热使去离子水保持汽化状态；
3)将承压式反应釜中温度冷却至40-60℃，再将氯化锌和十水合四硼酸钠依次注入，并继续搅拌30-60min，混匀后冷却静置，即得应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂。
2.根据权利要求1所述的应用于低温循环水系统的低磷环保缓蚀阻垢剂，其特征在于，其组成成分及质量份数为：2-羟基膦酰基乙酸：10份-20份、羧乙基硫代丁二酸：17份-25份、十水合四硼酸钠：8份-16份、聚甲基丙烯酸：9份-18份、氯化锌：3份-12份、去离子水：29份-60份。
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