CN110563167B - 一种阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种阻垢剂及其制备方法，属于阻垢技术领域。一种阻垢剂，按照重量份数计包括以下原料：10～30份聚羧酸和10～30份聚马来酸，以及10～50份聚甲基丙烯酸酯和10～40份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。阻垢剂通过上述聚合物协同配合达到较佳的阻垢效果，更好的控制水中碳酸钙晶体和硅酸盐晶体的析出，能够较好的防止煤气化灰水或黑水系统设备管道结垢，控制无机盐垢、金属氧化物和胶状沉积，确保设备的正常运行。

Description

一种阻垢剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及阻垢技术领域，具体而言，涉及一种阻垢剂及其制备方法。
背景技术
阻垢剂普遍使用在各种水系统上：灰水，反渗透，循环冷却水，锅炉水等，现在普遍使用有机磷或含磷阻垢剂的复配药剂，在使用过程中，这些有机磷或含磷阻垢剂随水的排放也排到环境中，导致环境的水体富磷化而产生了水污染的问题。
发明内容
本申请提供了一种阻垢剂，此阻垢剂在不含有磷的情况下，可以达到和含磷阻垢剂相当的效果。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种阻垢剂，按照重量份数计，阻垢剂包括以下原料：
10～30份聚羧酸和10～30份聚马来酸，以及10～50份聚甲基丙烯酸酯和10～40份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。
在上述技术方案中，此阻垢剂能够应用于煤气化灰水或黑水系统，通过上述聚合物协同配合达到较佳的阻垢效果，更好的控制水中碳酸钙晶体和硅酸盐晶体的析出，能够较好的防止煤气化灰水或黑水系统设备管道结垢，控制无机盐垢、金属氧化物和胶状沉积，确保设备的正常运行。即此阻垢剂在不含有磷的情况下，可以达到和含磷阻垢剂相当的效果。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，上述阻垢剂包括以下原料：
10～25份聚羧酸和10～25份聚马来酸，以及10～40份聚甲基丙烯酸酯和10～30份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述阻垢剂包括以下原料：
15～25份聚羧酸和15～25份聚马来酸，以及20～40份聚甲基丙烯酸酯和20～30份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述阻垢剂包括表面活性剂，表面活性剂包括阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂；
非离子表面活性剂包括聚丙二醇、聚乙二醇和聚醚中任意一种或多种；
阴离子表面活性剂包括烷基苯磺酸钠和/或烷基硫酸钠。
在上述示例中，在阻垢剂中加入表面活性剂有利于改变黑水和/或灰水中悬浮物表面的活性，让阻垢剂中聚合物成分能够更好的结合在煤灰等悬浮物表面，同时这些表面活性剂能够清洗出管线内部的沉积，从而减少煤灰等悬浮物在黑水和灰水管线内的沉积，从而彻底解决气化水系统的问题。
由于阳离子表面活性剂会与阻垢剂中聚合物成分反应而导致聚合物成分阻垢性能下降，影响其阻垢效果，阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂不会与阻垢剂中聚合物成分反应而导致聚合物成分阻垢性能下降。因此，选用阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂的阻垢剂的阻垢性能较好。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述阻垢剂包括0.1～20份表面活性剂；
可选地，阻垢剂包括0.1～15份表面活性剂；
可选地，阻垢剂包括1～15份表面活性剂。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，上述聚甲基丙烯酸酯包括Acumer 1850。
在上述示例中，Acumer 1850是一种耐高温阻垢剂，能够与其他阻垢剂配合达到良好的阻垢效果。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第六种可能的示例中，上述聚苯乙烯磺酸盐包括Versa-TL4和/或Versa-TL500。
在上述示例中，Versa-TL4是一种阿克苏诺贝尔公司生产的分子量为20000的聚苯乙烯磺酸钠，Versa-TL500是一种阿克苏诺贝尔公司生产的分子量为100000的聚苯乙烯磺酸钠。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第七种可能的示例中，上述聚羧酸包括Belsperse 164和/或XF 325。
在上述示例中，Belsperse 164是一种博格华纳公司生产的聚羧酸阻垢剂；XF 325是一种南通联膦化工有限公司生产的聚羧酸阻垢剂。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第八种可能的示例中，上述聚马来酸包括XF 321。
在上述示例中，XF 321是一种南通联膦化工有限公司生产的聚马来酸阻垢剂。
在第二方面，本申请示例提供了一种阻垢剂的制备方法，其包括将聚羧酸和聚马来酸，以及聚甲基丙烯酸酯和聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种按照配比混合均匀。
在上述技术方案中，阻垢剂的制备方法简便，制得的阻垢剂性能稳定，能够应用于防止煤气化灰水或黑水系统设备管道结垢和沉积。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的煤化气的生产设备示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
请参阅图1，煤和水配成煤浆，在气化炉加氧气燃烧并发生气化反应，生成合成气(H2+CO+CO2)。煤渣从气化炉底部排出气化炉；合成气和含少量煤灰的水汽出气化炉，通过洗涤后，进入下游装置；气化炉外排的水和洗涤合成气的水(黑水)经过多级闪蒸降温后，从200度以上降低到50度～80度左右，添加絮凝剂进入沉浆槽脱除煤灰，澄清的水(灰水)进入灰水槽，回用到气化炉洗涤煤气和作为气化炉的冷却水。在气化的黑水和灰水水循环过程中，黑水中有大量的悬浮煤灰同时溶解了大量的饱和的钙离子，镁离子，钠离子等阳离子，碳酸根和重碳酸根离子、氯离子，硫酸根，硅酸根等阴离子等等，这些离子在循环过程中，水中的饱和离子容易在悬浮物表面生长出结垢的碳酸钙晶体和硅酸盐晶体，这些碳酸钙和硅酸盐晶体会在管线，泵，过滤器等工艺过程中析出来，在管线和设备的表面结垢，导致装置运行的不稳定，甚至停车，灰水的循环过程也存在同样的问题。现在工厂普遍使用有机磷复配的阻垢剂，能够干扰、阻止、控制无机盐的析出，并将无机盐微小晶体分散在水体中，保持溶解状态药剂，从而减少垢的生成。这些有机磷会在装置中降解成磷酸根而导致磷酸钙的结垢和沉积，同时外排的灰水进入污水处理系统后，过多的磷导致外排污水的磷的超标。
黑水系统中的悬浮物特别高，能高到5000mg/l,对应浊度在3000NTU以上，这么高的悬浮物会吸附阻垢剂，导致系统的沉积和结垢，现在市场上的有磷阻垢剂和少量的无磷阻垢剂只能处理灰水系统的结垢，不能有效的控制黑水系统的结垢和沉积。
以下针对本申请实施例的一种阻垢剂及其制备方法进行具体说明：
本申请提供一种阻垢剂，按照重量份数计，其包括以下原料：
10～30份聚羧酸和10～30份聚马来酸，以及10～50份聚甲基丙烯酸酯和10～40份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。
甲基丙烯酸酯聚合物能够耐高温和较高pH，即能够在碱性溶液中生效，能有效控制碳酸根晶体、硫酸根晶体的析出，以及控制黑水和灰水中悬浮物和煤灰的沉积。
聚苯乙烯磺酸盐具有高效的浸润分散作用，在有高效的阻垢的同时，具有高效的分散作用，可以将煤灰等悬浮物分散到水中，从而降低煤灰在系统的沉积。
聚羧酸系列聚合物可以耐受黑水和灰水系统高温，对碳酸钙，硫酸钙有很好的阻垢作用。
聚马来酸聚合物可以在高温状况下有良好的阻垢性能。
本申请通过多种聚合物配合协同达到较佳的阻垢效果，更好的控制水中碳酸钙晶体和硅酸盐晶体的析出，能够较好的防止煤气化灰水或黑水系统设备管道结垢，控制无机盐垢、金属氧化物和胶状沉积，确保设备的正常运行，能够适应于不同的系统和不同的水质。
可选地，阻垢剂包括以下原料：
10～25份聚羧酸和10～25份聚马来酸，以及10～40份聚甲基丙烯酸酯和10～30份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。
可选地，阻垢剂包括以下原料：
15～25份聚羧酸和15～25份聚马来酸，以及20～40份聚甲基丙烯酸酯和20～30份聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种。
需要说明的是，聚甲基丙烯酸酯和聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种包括只有聚甲基丙烯酸酯，或只有聚苯乙烯磺酸盐，或聚甲基丙烯酸酯和聚苯乙烯磺酸盐的混合物。
聚甲基丙烯酸酯包括Acumer 1850。Acumer 1850是一种陶氏化学生产的弱碱性阻垢剂，pH约为10，密度(25℃)为1.19，布式粘度(25℃)为225mPa·s/cps。
聚苯乙烯磺酸盐包括Versa-TL4和/或Versa-TL500。Versa-TL4是一种阿克苏诺贝尔公司生产的分子量为20000的聚苯乙烯磺酸钠。Versa-TL500是一种阿克苏诺贝尔公司生产的分子量为100000的聚苯乙烯磺酸钠。
需要说明的是，可以同时使用Versa-TL4和Versa-TL500作为聚苯乙烯磺酸盐，也可以单独使用Versa-TL4作为聚苯乙烯磺酸盐，或单独使用Versa-TL500作为聚苯乙烯磺酸盐。
聚羧酸包括Belsperse 164和/或XF 325。Belsperse 164是一种博格华纳公司生产的聚羧酸分散剂，稀释后pH约为3.5～4.5，粘度(25℃)为75～200平方毫米/秒。XF 325是一种南通联膦化工有限公司生产的聚羧酸阻垢剂。
需要说明的是，可以同时使用Belsperse 164和XF 325作为聚羧酸，也可以单独使用Belsperse 164作为聚羧酸，或单独使用XF 325作为聚羧酸。
聚马来酸包括XF 321，XF 321是一种南通联膦化工有限公司生产的聚马来酸阻垢剂。
按照重量份数计，阻垢剂还包括0.1～20份表面活性剂。
在阻垢剂中加入表面活性剂有利于改变黑水和/或灰水中悬浮物表面的活性，让阻垢剂中聚合物成分能够更好的结合在煤灰等悬浮物表面，同时这些表面活性剂能够清洗出管线内部的沉积，从而减少煤灰等悬浮物在黑水和灰水管线内的沉积，从而彻底解决气化水系统的问题。
表面活性剂包括阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂会与阻垢剂中聚合物成分反应而导致聚合物成分阻垢性能下降，影响其阻垢效果，阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂不会与阻垢剂中聚合物成分反应而导致聚合物成分阻垢性能下降。因此，选用阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂的阻垢剂的阻垢性能较好。
非离子表面活性剂包括聚丙二醇、聚乙二醇和聚醚中任意一种或多种。
阴离子表面活性剂包括烷基苯磺酸钠和/或烷基硫酸钠。
需要说明的是，选用表面活性剂时，可以将一种或多种阴离子表面活性剂和一种或多种非离子表面活性剂配合使用，也可以单独使用一种或多种阴离子表面活性剂，或单独使用一种或多种非离子表面活性剂。且本申请并不限定非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的具体种类，除了本申请列举的以外，其他的非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂也可以。
可选地，阻垢剂包括0.1～15份表面活性剂。
可选地，阻垢剂包括1～15份表面活性剂。
本申请还提供一种阻垢剂的制备方法，其包括将聚羧酸和聚马来酸，以及聚甲基丙烯酸酯和聚苯乙烯磺酸盐组成的组中的至少一种按照配比混合均匀。
阻垢剂的制备方法简便，制得的阻垢剂性能稳定，能够应用于防止煤气化灰水或黑水系统设备管道结垢和沉积。
以下结合实施例对本申请的一种阻垢剂及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将30重量份Acumer 1850聚甲基丙烯酸酯、30重量份Versa-TL4聚苯乙烯磺酸盐、20重量份Belsperse 164聚羧酸、20重量份XF 321聚马来酸混合均匀制得阻垢剂。
实施例2
本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将30重量份Acumer 1850聚甲基丙烯酸酯、30重量份Versa-TL4聚苯乙烯磺酸盐、20重量份Belsperse 164聚羧酸、20重量份XF 321聚马来酸和10重量份聚醚混合均匀制得阻垢剂。
实施例3
本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将50重量份Acumer 1850聚甲基丙烯酸酯、40重量份Versa-TL500聚苯乙烯磺酸盐、30重量份XF 325聚羧酸、30重量份XF 321聚马来酸和20重量份烷基苯磺酸钠混合均匀制得阻垢剂。
实施例4
本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将10重量份Acumer 1850聚甲基丙烯酸酯、10重量份Versa-TL4聚苯乙烯磺酸盐和Versa-TL500聚苯乙烯磺酸盐的混合物、10重量份Belsperse164聚羧酸和XF 321聚马来酸的混合物、10重量份XF 321聚马来酸和0.1份烷基硫酸钠混合均匀制得阻垢剂。
实施例5
本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将40重量份Acumer 1850聚甲基丙烯酸酯、30重量份Versa-TL4聚苯乙烯磺酸盐和Versa-TL500聚苯乙烯磺酸盐的混合物、25重量份Belsperse164聚羧酸、25重量份XF 321聚马来酸和15重量份聚丙二醇混合均匀制得阻垢剂。
实施例6
本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将20重量份Acumer 1850聚甲基丙烯酸酯、20重量份Versa-TL500聚苯乙烯磺酸盐的混合物、15重量份Belsperse 164聚羧酸和XF 321聚马来酸的混合物、15重量份XF 321聚马来酸和1重量份聚乙二醇和聚丙二醇的混合物混合均匀制得阻垢剂。
对比例1
本申请对比例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将30重量份TH-3100羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物、30重量份Versa-TL4聚苯乙烯磺酸盐、20重量份Belsperse 164聚羧酸、20重量份XF321聚马来酸和10重量份聚醚混合均匀制得阻垢剂。
对比例2
本申请对比例提供一种阻垢剂及其制备方法。
将30重量份聚苯烯酸、30重量份Versa-TL4聚苯乙烯磺酸盐、20重量份Belsperse164聚羧酸、20重量份XF 321聚马来酸和10重量份聚醚混合均匀制得阻垢剂。
对比例3
本申请对比例提供一种阻垢剂及其制备方法。
提供一种现有的含磷的阻垢剂，其包括羟基亚乙基二膦酸30％氨基三亚甲基膦酸20％聚丙烯酸聚合物25％水25％。
试验例1
以含有一定量碳酸氢根和钙离子的配制水和水处理剂制备成试液。在加热条件下，促使碳酸氢钙加速分解为碳酸钙。达到平衡后测定试液中的钙离子浓度。钙离子浓度愈大，则该水处理剂的阻垢性能愈好。
1、试样溶液的制备
在500mL容量瓶中加入250mL水，用滴定管加入一定体积的氯化钙标准溶液，使钙离子的量为120mg。用移液管加人5.0mL稀释200倍的阻垢剂溶液，摇匀。然后加入20mL硼砂缓冲溶液，摇匀。用滴定管缓慢加入一定体积的碳酸氢钠标准溶液(边加边摇动)，使碳酸氢根离子的量为366mg,用水稀释至刻度，摇匀。
2、空白溶液的制备
在另一500mL容量瓶中，除不加水处理剂试样溶液外，按试样溶液的制备步骤操作。
3、分析步骤
将试样溶液和空白溶液分别置于两个洁净的锥形瓶中，两锥形瓶浸入80±1℃的恒温水浴中(试液的液面不得高于水浴的液面)，恒温放置10h。冷至室温后用中速定量滤纸干过滤。各移取25.00ml滤液分别置于250mL锥形瓶中，加水至约80mL，加5mL氢氧化钾溶液和约0.1g钙-羧酸指示剂。用乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液滴定至溶液由紫红色变为亮蓝色即为终点。
4、分析结果的表述
以百分率表示的水处理剂的阻垢性能(η)按式(1)计算:
Figure BDA0002205776080000101
式中:X4—加入水处理剂的试液试验后的钙离子(Ca2+)浓度mg/mL；
X3—未加水处理剂的空白溶液试验后的钙离子(Ca2+)浓度，mg/mL；
0.240—试验前配制好的试液中钙离子(Ca2+)浓度，mg/mL。
分别测试实施例1～6和对比例1～3制得的阻垢剂的阻垢性能，如表1所示：
表1实施例1～6和对比例1～3制得的阻垢剂的阻垢性能
Figure BDA0002205776080000102
由表1实施例2和对比例1对比可知，由羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物代替聚甲基丙烯酸酯得到的阻垢剂阻垢性能较差；
由表1实施例2和对比例2对比可知，由聚苯烯酸代替聚甲基丙烯酸酯得到的阻垢剂阻垢性能较差；
由表1实施例1～6和对比例3对比可知，实施例1～6的阻垢剂的阻垢性能能够达到含磷阻垢剂的阻垢性能。
试验例2
取煤化气的生产废水包括“黑水”和“灰水”，分别测定“黑水”和“灰水”中的浊度(单位NTU)、碳酸钙(单位mg/L以碳酸钙计)的浓度。
取20组煤化气的生产废水“黑水”和“灰水”，每组500mL，其中“黑水”10组，“灰水”10组，“黑水”10组中2～10组分别加入0.015g实施例1～6和对比例1～3的阻垢剂，“灰水”10组中2～10组分别加入0.015g实施例1～6和对比例1～3的阻垢剂，第1组“黑水”和第1组“灰水”不作任何处理，分别测定1～10组“黑水”和“灰水”中的悬浮液/上清液浊度、钙硬度(碳酸钙计)的浓度，如表2、表3所示：
表2“黑水”浊度、钙硬度浓度
Figure BDA0002205776080000111
表3“灰水”浊度、钙硬度浓度
Figure BDA0002205776080000112
Figure BDA0002205776080000121
由表2、表3实施例1和实施例2对比可知，没有加表面活性剂的阻垢剂的分散性较差，上清液浊度较低；
由表2、表3实施例2和对比例1对比可知，由羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物代替聚甲基丙烯酸酯得到的阻垢剂处理后的“黑水”、“灰水”钙硬度较低，阻垢性能较差；
由表2、表3实施例2和对比例2对比可知，由聚苯烯酸代替聚甲基丙烯酸酯得到的阻垢剂处理后的“黑水”、“灰水”钙硬度较低，阻垢性能较差；
由表2、表3实施例1～6和对比例3对比可知，实施例1～6的阻垢剂的阻垢性能能够达到含磷阻垢剂的阻垢性能。
综上所述，本申请实施例提供一种阻垢剂及其制备方法，聚甲基丙烯酸酯和聚苯乙烯磺酸盐中的至少一种、聚羧酸和聚马来酸协同配合达到较佳的阻垢效果，更好的控制水中碳酸钙晶体和硅酸盐晶体的析出，能够较好的防止煤气化灰水或黑水系统设备管道结垢，控制无机盐垢、金属氧化物和胶状沉积，确保设备的正常运行。阻垢剂的制备方法简便，制得的阻垢剂性能稳定，能够适应于不同的系统和不同的水质。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计，所述阻垢剂包括以下原料：
10~30份聚羧酸、10~30份聚马来酸、10~50份聚甲基丙烯酸酯和10~40份聚苯乙烯磺酸盐；
所述聚甲基丙烯酸酯包括陶氏化学生产的Acumer 1850；
所述聚羧酸包括博格华纳公司生产的Belsperse 164和/或南通联膦化工有限公司生产的XF 325。
2.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计，所述阻垢剂包括以下原料：
10~25份聚羧酸、10~25份聚马来酸、10~40份聚甲基丙烯酸酯和10~30份聚苯乙烯磺酸盐。
3.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计，所述阻垢剂包括以下原料：
15~25份聚羧酸、15~25份聚马来酸、20~40份聚甲基丙烯酸酯和20~30份聚苯乙烯磺酸盐。
4.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂包括表面活性剂，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂；
所述非离子表面活性剂包括聚丙二醇、聚乙二醇和聚醚中任意一种或多种；
所述阴离子表面活性剂包括烷基苯磺酸钠和/或烷基硫酸钠。
5.根据权利要求4所述的阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计，所述阻垢剂包括0.1~20份所述表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计，所述阻垢剂包括0.1~15份表面活性剂。
7.根据权利要求6所述的阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计，所述阻垢剂包括1~15份表面活性剂。
8.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于，所述聚苯乙烯磺酸盐包括阿克苏诺贝尔公司生产的Versa-TL4和/或Versa-TL500。
9.根据权利要求1所述的阻垢剂，其特征在于，所述聚马来酸包括南通联膦化工有限公司生产的XF 321。
10.一种权利要求1~9任一项所述的阻垢剂的制备方法，其特征在于，将所述聚羧酸、所述聚马来酸、所述聚甲基丙烯酸酯和所述聚苯乙烯磺酸盐按照配比混合均匀。
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