CN111732210A - 一种复合缓蚀阻垢剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于缓蚀阻垢和循环水处理技术领域，具体涉及一种复合缓蚀阻垢剂及其应用，所述复合缓蚀阻垢剂所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、锌盐和水溶性聚合物。本发明主要针对总悬浮物≥500mg/L、总硬度≥4000mg/L和/或总氯根≥2000mg/L的水质，适用于冶金行业的硅酸盐高炉冲渣水、转炉焖渣水，防止各种垢的生成、减少对管道和设备腐蚀、提高设备使用寿命。使用时，在冲渣循环冷却水中加入该缓蚀阻垢剂、絮凝剂和助凝剂，防止了高炉冲渣水对设备的结垢腐蚀。
Description
技术领域
本发明属于缓蚀阻垢和循环水处理技术领域，具体涉及一种复合缓蚀阻垢剂及其应用。
背景技术
水是人类生存不可或缺的资源，我国水资源利用形势严峻，其中，工业冷却水占城市用水的55-65％，甚至更多，工业用水的巨大耗量致使水资源利用面临严重的挑战。近年来，由于循环冷却水系统具有明显的节水效果，因此该系统在各行各业均得到了广泛推广。在实际生产过程中，随着温度升高，大量的冷却水会被蒸发损失，而造成循环冷却水的浓缩，从而使成垢离子(钙离子、镁离子、钡离子等)和腐蚀离子(氯离子、硫酸根、碳酸氢根等)浓度升高，导致循环冷却水系统出现结垢和腐蚀，产生严重的经济和技术问题。
钢铁企业的冷却水系统较多，冷却水用量占总用水量的80％以上，其在使用过程中，主要有两大问题：其一由于循环水在冷却过程中不断地蒸发，使水中的盐浓度不断增高，其中的有些盐类因此而结晶沉淀，常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等，水垢的质地比较致密，大大的降低了传热效率，0.6毫米的垢就能使传热系数降低20％：其二是循环水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀。产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子以及微生物分泌的薪液所生成的污垢等因素，腐蚀的后果十分严重，不加控制极短的时间就会使换热器、输水管路等设备腐蚀结垢、甚至报废，增加运营成本。
目前，用于钢铁行业循环冷却水系统中的缓蚀阻垢剂种类很多，但其组分均单一，稳定性和生物降解性也不好，不适用于高悬浮物、高硬度、高氯根的水质，缓蚀阻垢效果较差，降低了循环冷却水系统的运行效率。并且，由于钢铁行业在循环冷却水系统中多使用碳钢、不锈钢和黄铜材质的管道，在循环水系统中加入缓蚀阻垢剂时，必须考虑管道材质。故有必要研发一种针对高悬浮物、高硬度、高氯根循环冷却水质并且稳定性和生物降解性更好的缓蚀阻垢剂。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，针对高悬浮物、高硬度、高氯根水质，提供一种复合缓蚀阻垢剂，以适用于冶金行业的硅酸盐高炉冲渣水、转炉焖渣水，防止各种垢的生成、减少对管道和设备腐蚀、提高设备使用寿命的缓蚀阻垢剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明实施例提供一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括缓蚀阻垢剂，所述缓蚀阻垢剂由次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、锌盐和水溶性聚合物组成。
可选的，所述次膦酸基聚丙烯酸、所述羟基乙叉二膦酸、所述锌盐和所述水溶性聚合物的摩尔比为(1-3)∶(1-3)∶(0.05-0.15)∶(1-3)。
可选的，所述次膦酸基聚丙烯酸、所述羟基乙叉二膦酸、所述锌盐和所述水溶性聚合物的摩尔比为2∶2∶0.1∶2。
可选的，所述水溶性聚合物选自甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物、丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物和甲基丙烯酸/磺化苯乙烯共聚物中的一种。
可选的，所述锌盐选自选自硫酸锌或碳酸锌。
可选的，所述复合缓蚀阻垢剂还包括絮凝剂和助凝剂。
可选的，所述絮凝剂为PAC，所述助凝剂为PAM。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种复合缓蚀阻垢剂的应用，应用于如下高垢高蚀溶液的阻垢和/或缓蚀：总悬浮物≥500mg/L、总硬度≥4000mg/L和/或总氯根≥2000mg/L。
可选的，所述高垢高蚀溶液为高炉冲渣水。
可选的，将所述复合缓蚀阻垢剂应用于所述高炉冲渣水的阻垢和/或缓蚀，包括如下步骤：
配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为5-8mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.5-1mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为30-40mg/L溶液。
与现有技术相比，本发明主要针对高悬浮物、高硬度、高氯根水质，适用于冶金行业的硅酸盐高炉冲渣水、转炉焖渣水，防止各种垢的生成、减少对管道和设备腐蚀、提高设备使用寿命。使用时，在冲渣循环冷却水中加入该缓蚀阻垢剂、絮凝剂PAC和助凝剂PAM，防止了高炉冲渣水对设备的结垢腐蚀。本发明提供的复合缓蚀阻垢剂具有良好的阻垢和缓蚀性能，应用于循环冷却水，不仅可满足循环冷却水对阻垢和缓蚀的要求，还可以避免现有含磷循环冷却水中的含磷药剂引起的环境问题。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明。
以下述实施例和对比例中，原料的来源如下：
次膦酸基聚丙烯酸，购自洛阳强龙股份有限公司；
羟基乙叉二膦酸，购自山东登诺新材料科技有限公司；
甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物，购自山东鑫泰水处理技术股份有限公司；
丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物，购自山东开普勒生物科技有限公司；
甲基丙烯酸/磺化苯乙烯共聚物，购自上海富激国际贸易有限公司；
硫酸锌和碳酸锌，均购自济南铭德化工有限公司。
对首钢迁钢高炉冲渣水系统应用本发明，采用中水作为循环水补水，补水量按每小时120m3/h计，高炉冲渣水的水质分析如下表1所示。
表1首钢迁钢厂中高炉冲渣水的水质分析表
表1中，悬浮物按照标准GB 11901-89《水质悬浮物的测定重量法》测定，钙硬度、总碱度、总硬度均以GaCO3计。钙硬度按照国家标准GB/T 6910-2006《锅炉用水和冷却水分析方法钙的测定络合滴定法》测定；总碱度按照国家标准GB/T 15451-2006《工业循环冷却水总碱及酚酞碱度的测定》测定；总硬度指水中Ca2+和Mg2+的总量，按照GB/T 15452-2006《工业循环冷却水中总硬度的测定EDTA滴定法》测定；总氯根Cl-按照标准GB/T 15453-2008测定。
以下实施例和对比例中，试验用水的水质均如表1所示。
实施例1
一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物；
所述次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物的摩尔比为2∶2∶0.1∶2。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，包括如下步骤：
S1.配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
S2.将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为5-8mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.5-1mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为30-40mg/L溶液。
按照测试例中的方法进行阻碳酸钙垢性能测定和缓蚀性能测定。
实施例2
一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、碳酸锌和丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物；
所述次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、碳酸锌和丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物的摩尔比为3∶1∶0.15∶1。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，包括如下步骤：
S1.配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
S2.将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为5-8mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.5-1mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为30-40mg/L溶液。
按照测试例中的方法进行阻碳酸钙垢性能测定和缓蚀性能测定。
实施例3
一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/磺化苯乙烯共聚物；
所述次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/磺化苯乙烯共聚物的摩尔比为1∶3∶0.05∶3。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，包括如下步骤：
S1.配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
S2.将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为8mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.5mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为30mg/L溶液。
按照测试例中的方法进行阻碳酸钙垢性能测定和缓蚀性能测定。
对比例1
一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物；
所述次膦酸基聚丙烯酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物的摩尔比为2∶0.1∶2。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，包括如下步骤：
S1.配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
S2.将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为6mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.8mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为32.5mg/L溶液。
按照测试例中的方法进行阻碳酸钙垢性能测定和缓蚀性能测定。
对比例2
一种复合缓蚀阻垢剂，包括羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物；
所述羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物的摩尔比为2∶0.1∶2。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，包括如下步骤：
S1.配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
S2.将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为5mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.5mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为38mg/L溶液。
对比例3
一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸和硫酸锌；
所述次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物的摩尔比为2∶2∶0.1。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，包括如下步骤：
S1.配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
S2.将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为7mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.8mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为40mg/L溶液。
对比例4
一种复合缓蚀阻垢剂，所述复合缓蚀阻垢剂包括次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物；
所述次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、硫酸锌和甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物的摩尔比为2∶2∶0.1∶2。
上述复合缓蚀阻垢剂应用在试验用水中，步骤如下：将复合缓蚀阻垢剂用水稀释成10％的溶液连续投加至试验用水中，使得有效浓度为40mg/L；
按照测试例中的方法进行阻碳酸钙垢性能测定和缓蚀性能测定。
测试例
本测试例用以评价上述的实施例1-3和对比例1-4的复合缓蚀阻垢剂的缓蚀阻垢性能。“空白样”表示未添加复合缓蚀阻垢剂，但其他处理步骤与试验(或测试)步骤相同的试验用水样。
(1)阻碳酸钙垢性能测定方法
将各实施例和对比例中投加有药剂的试验用水于80±1℃恒温水浴内采用容量瓶法静置10h，待冷却后取样分析水中剩余Ca2+的浓度，同时做空白样，并计算阻垢率。结果如下表2所示。阻垢率的定义为缓蚀阻垢剂的阻垢效率，阻垢率的计算公式为：阻垢率＝(C-C0)/(nC1-C0)×100％，其中，
C：冷却后水中剩余Ca2+的浓度(mg/L)
C0：空白样的Ca2+的浓度(mg/L)
C1：原水中的Ca2+的浓度(mg/L)
n：试验用水钙硬度和总碱度的浓缩倍数
(2)缓蚀性能测定方法：
将20#优质碳钢试片固定在挂片仪上，然后将试片完全浸入各实施例和对比例投加了药剂的试验用水中，恒定温度为40±1℃，保持转速为75rpm旋转72h，记录试验前后试片的重量，计算平均腐蚀速率。结果如下表2所示。平均腐蚀速率的定义为缓蚀阻垢剂的缓蚀效率，平均腐蚀速率(F)的计算公式为：F＝(C×△W)/(A×T×ρ)，其中，
C：计算常数，以mm/a(毫米/年)为单位时，C＝8.76×107mm/a
△W：试件的腐蚀失重(g)
A：试件的面积(cm2)
T：腐蚀试验时间(h)
ρ：试件材料的密度(kg/m3)，ρ＝7.85×103kg/m3
表2实施例和对比例的缓蚀阻垢性能测定结果
从表2中的数据可以看出，本发明的复合缓蚀阻垢剂具有优异的综合阻垢和缓蚀性能。具体地说，其不仅具有优良的阻CaCO3垢功能，并还有良好的缓蚀性能，能够满足循环冷却水对阻垢和缓蚀的要求。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述复合缓蚀阻垢剂包括缓蚀阻垢剂，所述缓蚀阻垢剂由次膦酸基聚丙烯酸、羟基乙叉二膦酸、锌盐和水溶性聚合物组成。
2.根据权利要求1所述的一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述次膦酸基聚丙烯酸、所述羟基乙叉二膦酸、所述锌盐和所述水溶性聚合物的摩尔比为(1-3)∶(1-3)∶(0.05-0.15)∶(1-3)。
3.根据权利要求2所述的一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述次膦酸基聚丙烯酸、所述羟基乙叉二膦酸、所述锌盐和所述水溶性聚合物的摩尔比为2∶2∶0.1∶2。
4.根据权利要求1所述的一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述水溶性聚合物选自甲基丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物、丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸共聚物和甲基丙烯酸/磺化苯乙烯共聚物中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述锌盐选自选自硫酸锌或碳酸锌。
6.根据权利要求1所述的一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述复合缓蚀阻垢剂还包括絮凝剂和助凝剂。
7.根据权利要求6所述的一种复合缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述絮凝剂为PAC，所述助凝剂为PAM。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的复合缓蚀阻垢剂的应用，其特征在于，应用于如下高垢高蚀溶液的阻垢和/或缓蚀：总悬浮物≥500mg/L、总硬度≥4000mg/L和/或总氯根≥2000mg/L。
9.根据权利要求8所述的一种复合缓蚀阻垢剂的应用，其特征在于，所述高垢高蚀溶液为高炉冲渣水。
10.根据权利要求9所述的一种复合缓蚀阻垢剂的应用，其特征在于，将权利要求1-7任意一项所述的复合缓蚀阻垢剂应用于所述高炉冲渣水的阻垢和/或缓蚀，包括如下步骤：
配制10％质量浓度的所述絮凝剂、1‰质量浓度的所述助凝剂和10％质量浓度的所述缓蚀阻垢剂；
将所述助凝剂进行水解，将所述絮凝剂和水解后的所述助凝剂分别连续投加至渣沟的前端和后端水溶液中，所述前端和所述后端相距20-30米，同时，控制所述絮凝剂的有效浓度为5-8mg/L，控制所述助凝剂的有效浓度为0.5-1mg/L；
将所述缓蚀阻垢剂连续投加至循环泵的吸口处，并控制所述缓蚀阻垢剂的有效浓度为30-40mg/L溶液。
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