CN110627230A - 一种煤气化高硬高碱度渣水无磷阻垢分散剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤气化高硬高碱度渣水无磷阻垢分散剂，其由下述含量的组分组成：2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸1％～10％、丙烯酸1％～8％、烯丙基磺酸钠1％～20％、异丁烯/马来酸酐共聚物2％～10％、丙烯酸/2‑甲基‑2‑丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/三元共聚物10％～40％、马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物10％～40％，丙烯酸/丙烯磺酸/环氧琥珀酸三元共聚物1％～30％、聚天冬氨酸0.5％～40％、高温稳定剂1％～5％、余量为水。本发明无磷阻垢分散剂能在80℃～270℃温度下有效抑制煤气化总硬总碱均超过30mmol/L渣水系统的沉积结垢状况，阻垢率达到85％以上，使煤气化系统关键部位结垢倾向明显减轻，实现系统稳定运行，降低系统外排水含磷量，实现节能减排。

Description

一种煤气化高硬高碱度渣水无磷阻垢分散剂
技术领域：
本发明属于煤气化渣水系统水处理技术，具体涉及一种煤气化高硬高碱度渣水无磷阻垢分散剂，以及其在煤气化高硬高碱度渣水处理中的应用。
背景技术
煤气化技术是煤基化学品、煤基液体燃料、煤气化联合循环发电、多联产等过程工业的基础；是洁净煤技术领域的关键性共性技术；具有高效、超洁净特点，是当今世界煤技术发展的主流。煤气化技术中尤以气流床煤气化技术比较适宜大规模工业生产。
自从德士古第一套水煤浆加压气化装置在鲁南化肥厂投料开车以来，最近十几年国内又陆续上了十多套该类型装置，并且都已经取得成功。国外煤气化主要用于生产燃料气及循环发电，对合成气净化要求不是特别严格，渣水处理也相对简单，而国内合成气主要作为化工产品的原料气，对合成气的含尘量要求严格，因此煤气化高硬高碱度渣水系统是一个重要技术环节，渣水系统运行的正常与否，直接影响整个系统能否长周期安全稳定运行。针对该类装置国内各厂在渣水系统方面经过不断的革新、改造，渣水系统已经运行得比较稳定，但因近年来环保督查力度越来越大，对煤气化厂外排水量及指标要求越来越严格，气化灰水的总碱度和总硬度指标越来越高，除了工艺设备的改造之外，能够适应总硬度和总碱度都在 30mmol/L以上的无磷阻垢分散剂则是最为理想的处理方法。
目前由于煤质、环境等因素的影响，煤气化渣水系统的水质中悬浮物、碱度和硬度不断升高，对阻垢分散剂的要求也不断升高。因此开发一种高效无磷阻垢分散剂用于煤气化超高硬度碱度渣水循环处理是煤气化渣水处理领域的必然趋势。
发明内容
本发明是针对现有技术难以有效处理煤气化总硬度总碱度均在30mmol/L以上的高温渣水问题，提供一种能够高效处理煤气化高硬高碱度渣水的无磷阻垢分散剂。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤气化超高硬度碱度渣水无磷阻垢分散剂,其由下述组分含量的组分组成：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1％～10％、丙烯酸1％～8％、烯丙基磺酸钠1％～20％、摩尔比为1:0.3～0.6的异丁烯/马来酸酐共聚物2％～10％、摩尔比为3～4:1:2的丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/三元共聚物10％～40％、摩尔比为1:2～3:1:2 的马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物10％～40％，摩尔比为2～3:2:1的丙烯酸/丙烯磺酸/环氧琥珀酸三元共聚物1％～30％、聚天冬氨酸0.5％～40％、高温稳定剂浓硫酸 1％～5％、余量为水。
本发明还进一步提供了上述煤气化高硬高碱度渣水无磷阻垢分散剂的制备方法，具体包括：按比例将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、异丁烯/马来酸酐共聚物、丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/三元共聚物、马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/ 聚马来酸四元共聚物、丙烯酸/丙烯磺酸/环氧琥珀酸三元共聚物、聚天冬氨酸、高温稳定剂，水，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为50-60℃，控制压力为 0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到无色至琥珀色的无磷阻垢分散剂。
本发明煤气化超高硬度碱度渣水无磷阻垢分散剂，组分无磷单剂和多元共聚物均具有阻垢分散的作用，但实际很难在复配后能够对总碱度和总硬度均超过30mmol/L的高温高压渣水依旧起到较好的阻垢分散作用，因为多元共聚物在高温高压的煤气化系统中极易分解成为单体，从而失去了多元共聚物的阻垢分散作用，针对总碱度和总硬度都在30mmol/L以上的水质，本发明添加了高温稳定剂浓硫酸，该高温稳定剂成分及比例起到了至关重要的作用，浓硫酸的沸点为338℃，不易分解，它能够很好的稳定住多元共聚物在高温高压下的共聚形态，保证了单剂和共聚物的协同效应，共同抑制碳酸钙的结晶和灰分沉积。
本发明煤气化高硬高碱度渣水无磷阻垢分散剂与现有阻垢分散剂相比，其有益效果如下：本发明无磷阻垢分散剂能够在80℃～270℃温度下的煤气化渣水系统中有效抑制总硬和总碱均在30mmol/L以上的灰水系统的沉积结垢状况，实验室阻垢率能够达到85％以上，工业应用后煤气化系统激冷环外分布管、激冷水管线、黑水管线、粗合成气出口文丘里、碳洗塔塔盘等关键部位结垢倾向明显减轻，实现煤气化超高硬度碱度渣水系统连续三个月不停车的长周期稳定运行，同时实现了系统多股水资源的分级利用，优化企业水资源控制，有效降低了系统外排水含磷量，实现了企业节能减排目标。
具体实施方式
实施例1
按以下质量比配制高效无磷阻垢分散剂：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4％、丙烯酸2％、烯丙基磺酸钠8％、摩尔比为1:0.4的异丁烯/马来酸酐共聚物6％、摩尔比为3:1:2丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/ 三元共聚物20％、摩尔比为1:2.5:1:2马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物20％、摩尔比为3:2:1丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物15％、聚天冬氨酸10％、高温稳定剂1％、去离子水14％，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为 55℃，控制压力为0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到浅琥珀色的阻垢分散剂1。
实施例2
按以下质量比配制高效无磷阻垢分散剂：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4％、丙烯酸2％、烯丙基磺酸钠8％、摩尔比为1:0.4的异丁烯/马来酸酐共聚物6％、摩尔比为3:1:2丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/ 三元共聚物20％、摩尔比为1:2.5:1:2马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物20％、摩尔比为3:2:1丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物15％、聚天冬氨酸10％、高温稳定剂2％、去离子水13％，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为 55℃，控制压力为0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到浅琥珀色的阻垢分散剂2。
实施例3
按以下质量比配制高效无磷阻垢分散剂：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4％、丙烯酸2％、烯丙基磺酸钠8％、摩尔比为1:0.4的异丁烯/马来酸酐共聚物6％、摩尔比为3:1:2丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/ 三元共聚物20％、摩尔比为1:2.5:1:2马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物20％、摩尔比为3:2:1丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物15％、聚天冬氨酸10％、高温稳定剂3％、去离子水12％，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为 55℃，控制压力为0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到浅琥珀色的阻垢分散剂3。
实施例4
按以下质量比配制高效无磷阻垢分散剂：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4％、丙烯酸2％、烯丙基磺酸钠8％、摩尔比为1:0.4的异丁烯/马来酸酐共聚物6％、摩尔比为3:1:2丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/ 三元共聚物20％、摩尔比为1:2.5:1:2马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物20％、摩尔比为3:2:1丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物15％、聚天冬氨酸10％、高温稳定剂4％、去离子水11％，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为 55℃，控制压力为0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到浅琥珀色的阻垢分散剂4。
实施例5
按以下质量比配制高效无磷阻垢分散剂：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4％、丙烯酸2％、烯丙基磺酸钠8％、摩尔比为1:0.4的异丁烯/马来酸酐共聚物6％、摩尔比为3:1:2丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/ 三元共聚物20％、摩尔比为1:2.5:1:2马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物20％、摩尔比为3:2:1丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物15％、聚天冬氨酸10％、高温稳定剂5％、去离子水10％，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为55℃，控制压力为0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到浅琥珀色的阻垢分散剂5。
实施例6
按以下质量比配制高效无磷阻垢分散剂：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4％、丙烯酸2％、烯丙基磺酸钠8％、摩尔比为1:0.4的异丁烯/马来酸酐共聚物6％、摩尔比为3:1:2丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/ 三元共聚物20％、摩尔比为1:2.5:1:2马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物20％、摩尔比为3:2:1丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物15％、聚天冬氨酸10％、去离子水 15％，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为55℃，控制压力为 0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到浅琥珀色的阻垢分散剂6。
对实施例1-6制备得到的无磷阻垢分散剂1-6进行实验室阻垢性能测试，实验方法：实验室配水，80℃水浴8小时后，检测阻垢率，测试条件如下：水质条件：pH：8.3，总硬度30mmol/L，总碱度30mmol/L。加药浓度：50ppm
得到的实验阻垢率如下：
实施例编号 实验室阻垢率
阻垢分散剂1 86.8％
阻垢分散剂2 90.1％
阻垢分散剂3 95.2％
阻垢分散剂4 95.5％
阻垢分散剂5 96.1％
阻垢分散剂6 66.4％
以上实验数据可以看出，实施例1-5的无磷阻垢分散剂阻垢率均较好，尤其是实施例3-5 的无磷阻垢分散剂效果更佳。说明高温稳定剂浓硫酸的比例为1-5％以上时能够较好的稳定多元共聚物在高温高压下的形态，从而保证在总碱总硬均超过30mmol/L以上的渣水中达到协同效果，添加量大于3％时协同效果最佳。考虑到药剂成本的因素，高温稳定剂浓硫酸的成分添加量在3％即可，不添加高温稳定剂浓硫酸的实施例6的阻垢性能明显下降，因此本发明的高温稳定剂浓硫酸在无磷阻垢分散剂的成分组成中起到不可或缺的作用。
将制备的实施例3-5无磷阻垢分散剂应用于煤气化渣水系统水处理工艺，其水质特征在于总硬度总碱度均大于30mmol/L的煤气化的高温高压渣水系统，通过在沉降槽溢流堰，高低压灰水泵入口等处多点投加无磷阻垢分散剂的方法，控制加药浓度为50ppm，其有益效果在于：在80℃～270℃温度下的煤气化灰水系统中有效抑制超高硬度碱度灰水系统的沉积结垢状况，煤气化系统激冷环外分布管、激冷水管线、黑水管线、粗合成气出口文丘里、碳洗塔塔盘等关键部位结垢倾向明显减轻，实现煤气化高硬高碱度渣水系统连续三个月不停车的长周期稳定运行，同时实现了系统多股水资源的分级利用，优化企业水资源控制，降低系统外排水含磷量，实现了企业节能减排目标。

Claims (4)

1.一种煤气化高硬高碱渣水无磷阻垢分散剂，其特征在于：由下述质量百分含量的组分组成：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1％～10％、丙烯酸1％～8％、烯丙基磺酸钠1％～20％、摩尔比为1:0.3～0.6的异丁烯/马来酸酐共聚物2％～10％、摩尔比为3～4:1:2的丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/三元共聚物10％～40％、摩尔比为1:2～3:1:2的马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物10％～40％，摩尔比为2～3:2:1的丙烯酸/丙烯磺酸/环氧琥珀酸三元共聚物1％～30％、聚天冬氨酸0.5％～40％、高温稳定剂为浓硫酸1％～5％、余量为水。
2.根据权利要求1所述的煤气化高硬高碱渣水无磷阻垢分散剂，其特征在于：所述的煤气化高硬高碱渣水的总硬度和总碱度均超过30mmol/L，且渣水温度为80℃～270℃。
3.根据权利要求1所述的煤气化高硬高碱渣水无磷阻垢分散剂，其特征在于：高温稳定剂浓硫酸的添加量在3％～5％。
4.一种权利要求1所述的煤气化渣水无磷阻垢分散剂的制备方法，其特征在于：按比例将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、异丁烯/马来酸酐共聚物、丙烯酸/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯磺酸钠/三元共聚物、马来酸酐/丙烯酸/丙烯磺酸钠/聚马来酸四元共聚物、丙烯酸/丙烯磺酸/聚环氧琥珀酸三元共聚物、聚天冬氨酸、高温稳定剂、水，置于密闭或压力容器中，搅拌条件下，控制反应温度的条件范围为50℃～60℃，控制压力为0.1Mpa，搅拌均匀至完全溶解，得到无色或琥珀色的无磷阻垢分散剂。
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