CN118125631A - 一种多功能无磷锅炉水处理剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道保护技术领域，具体提供了一种多功能无磷锅炉水处理剂及其应用，多功能无磷锅炉水处理剂包括处理剂A和处理剂B；多功能无磷锅炉水处理剂的应用为：按锅炉最高水位水量的0.9倍水量注水，并投放注水质量0.2倍的所述处理剂A，投放并启动1200W且40KHz的超声波震板，80℃加热7h；排水后静止2h，正常加水后投放加水质量0.1倍的所述处理剂B，130℃运行，一周后排水并循环重复上述步骤。本发明的多功能无磷锅炉水处理剂及其应用，兼顾阻垢和防腐蚀功效，在不添加磷酸盐的同时实现环保绿色化学。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉水处理技术领域，尤其涉及一种多功能无磷锅炉水处理剂及其应用。
背景技术
锅炉的使用伴随着经济建设的迅速发展而越来越多，作为特种设备锅炉是提供热水、蒸汽和其他热能的高能设备，因此锅炉用水的水质十分重要。贾裕在《工业锅炉新型无磷炉水处理剂的研究与应用》中阐述了炉水处理存在的问题：碱腐蚀、排污含磷高和管线结垢等，其中管线结垢问题的根源可能在锅炉水未能有效阻垢；龙会国等在《锅炉水冷壁管沉积物下氧化腐蚀特征及其机理》中详细阐述了在锅炉水环境下，即便是纯水也会分解出氧气，进一步氧化腐蚀锅炉内壁，且一旦形成疏松多孔的腐蚀结构时会加快后续腐蚀。广大乡镇地区铁锅炉受限于条件，缺少防锈、炉水的硬度高且溶解氧高，在100~150℃的运行环境下，会使锅炉产生结垢和腐蚀，在短期不能改变设备的条件下，就需要定期使用锅炉水的处理剂来改善锅炉运行环境。
现有锅炉水的处理剂大多为磷酸盐系配方，这无疑加大了后期的排放污染，也不符合目前的环保号召，且运行过程中存在磷酸盐隐藏现象，进一步导致水冷壁管腐蚀，发生汽水共腾现象。因此，需要开发一种无磷酸盐即“无磷”的、能够阻垢的且能够保护锅体防腐蚀的多功能锅炉水处理剂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的是提供一种多功能无磷锅炉水处理剂及其应用。
一方面，本发明提供了一种多功能无磷锅炉水处理剂，所述多功能无磷锅炉水处理剂包括处理剂A和处理剂B，所述处理剂A的制备方法如下：
准备20%含水量的质量分数为8~12%的未成熟君迁子果实、30%含水量的质量分数为6~9%的未成熟牛心柿果实、10%含水量的质量分数为2~4%的葡萄籽、质量分数为0.1~0.3%的纤维素酶、质量分数为0.4~0.8%的果胶酶和补足剩余质量的质量浓度为90%的乙醇水溶液；将所述未成熟君迁子果实和所述未成熟牛心柿果实切为1cm3碎块，将所述碎块、所述葡萄籽、所述纤维素酶和所述果胶酶加2倍质量的纯水，47℃搅拌90min得预分解物；将所述预分解物和所述乙醇水溶液加入闪式提取器，在15℃且转速4700r/min每次30s破碎4次后，用100目滤网过滤得粗滤提取液，将所述粗滤提取液于78~86℃且真空度800mbar的条件减压蒸馏至质量减为蒸馏前的0.3倍，收集剩余液200目过滤得所述处理剂A；
所述处理剂B由下述原料组成：
质量分数为18~30%的聚丙烯酸PAA、质量分数为10~15%的聚马来酸HPMA、质量分数为8~12%的七水硫酸锌和补齐其余质量分数的纯水；
另一方面，本发明提供了一种多功能无磷锅炉水处理剂的应用，所述多功能无磷锅炉水处理剂的应用为：
按锅炉最高水位水量的0.9倍水量注水，并投放注水质量0.2倍的所述处理剂A，投放并启动1200W且40KHz的超声波震板，80℃加热7h；排水后静止2h，正常加水后投放加水质量0.1倍的所述处理剂B，130℃运行，一周后排水并循环重复上述步骤。
进一步地，所述未成熟君迁子果实的质量分数为10%。
进一步地，所述未成熟牛心柿果实的质量分数为8%。
进一步地，所述葡萄籽的质量分数为3%。
进一步地，所述纤维素酶的质量分数为0.2%。
进一步地，所述果胶酶的质量分数为0.6%。
进一步地，所述减压蒸馏的温度为83℃。
进一步地，所述聚丙烯酸PAA的质量分数为26%。
进一步地，所述聚马来酸HPMA的质量分数为13%。
进一步地，所述七水硫酸锌的质量分数为10%。
通过本发明能够带来如下有益效果：
本发明的多功能无磷锅炉水处理剂及其应用，兼顾阻垢和防腐蚀功效，在不添加磷酸盐的同时实现环保绿色化学。
首先，本发明主要通过富含单宁尤其是缩合单宁的处理剂A来在锅炉内壁形成保护层，单宁能够与金属离子如铁和铜形成络合物，在金属表面形成一层保护膜即单宁-金属络合膜，从而防止金属腐蚀，单宁还能在锅炉金属表面形成电中性的单宁酸铁绝缘保护膜，消除金属表面与致垢物质间的静电吸引力，从而抑制结垢物质在金属受热面上的粘附，避免了结垢后的局部腐蚀；纤维素起到了分散效果，未成熟君迁子果实中的君迁子醌杀菌防腐避免微生物滋生，葡萄籽中的原花青素起到了抗氧化保护单宁的效果，使单宁顺利在金属表面形成络合物保护膜；
其次，本发明通过处理剂B含有PAA、HPMA和七水硫酸锌来阻垢，PAA是负离子聚合物，有絮凝、分散和晶格畸变作用，对钙、镁、铁、铜等易结垢离子有很好的螯合能力，HPMA与七水硫酸锌连用，对碳酸盐有长效的阻垢效果；
最后，本发明的多功能无磷锅炉水处理剂的应用方法采用适当的处理剂A和B的添加比例来达到有效防腐阻垢且浪费污染少的效果，采用特定功率超声波来配合加热成膜，既加速了成膜络合反应速度又避免水波动剧烈而剥离单宁-金属络合膜。
上述三方面共同作用，在形成单宁-金属络合膜之后絮凝易结垢离子和阻止结垢形成，最终保护锅体，减少腐蚀和结垢，进而也减少了锅炉管线的结垢。
本发明未成熟君迁子果实、未成熟牛心柿果实和葡萄籽的质量分数是实验验证的，三者都提供单宁，未成熟牛心柿尤其提供了缩合单宁，未成熟君迁子果实尤其提供了君迁子醌杀菌防腐避免微生物滋生提前覆盖金属表面而干扰单宁与金属络合，葡萄籽尤其提供了原花青素抗氧化保护单宁；三者的特定比例是为了达成后期的成膜防腐效果，比例失调则成膜不完全，裸露腐蚀多。
本发明纤维素酶和果胶酶的质量分数是实验验证的，二者的使用是为了解构纤维素和果胶，方便对单宁、君迁子醌和原花青素等植物成分的提取和得物的澄清，过少则提取率低且处理剂A浑浊，果胶污染锅炉，过多则不能保留足够的纤维素等植物来源的天然分散剂，影响后期处理剂A在锅炉的分散，成膜效果差；
本发明减压蒸馏的温度是实验验证的，过低则浓缩至质量减为蒸馏前的0.3倍的时间过长，对植物提取的单宁等活性物质热破坏时间过度，过高则蒸馏剧烈，不仅会流出高沸点的活性物质，对植物提取的单宁等活性物质热破坏强度过度；
本发明处理剂B的PAA、HPMA和七水硫酸锌的质量分数是实验验证的，目的是达到最佳的阻垢絮凝平衡，PAA絮凝过弱则富含易结垢离子的水汽进入管线后易结垢，HPMA和七水硫酸锌阻垢过弱则形成过多絮凝物甚至垢块，增大对前期形成的单宁-金属络合膜的物理磨损。
上述各条件协同作用，在本发明中参数的得到具有偶然性，最终达到阻垢且保护锅体防腐蚀的效果。
具体实施方式
此处为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面以实施例的方式对本发明的整体方案进行详细说明；在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解；然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施；在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
本发明中，闪式提取器购自北京金洋万达科技有限公司，型号JHBE-100A；减压蒸馏器购自郑州市亚荣仪器有限公司，型号RE-2000E；七水硫酸锌购自山东中宜化学科技有限公司，货号03611，有效物含量99%；聚马来酸HPMA购自广州穗欣化工有限公司，聚合度为7，有效物含量48%；聚丙烯酸PAA购自山东万化天合新材料有限公司，聚合度为10，有效物含量50%；未成熟牛心柿果实购自泰安开发区泰通园艺场，缩合单宁含量46.33 mg/g；未成熟君迁子果实购自重庆锐沃贸易有限公司，君迁子醌含量5.24 mg/g；葡萄籽购自亳州汉栀堂药业有限公司，原花青素含量208.69 mg/g；纤维素酶购自河南百盛化工产品有限公司，货号AL-1285340019，酶活10万u/g；果胶酶购自宁夏夏盛实业集团有限公司，货号FFY-3607，酶活2.1万u/ml；锅炉购自太康县银城阳光锅炉有限公司，立式0.5吨款，最大压力1.25MPa；超声波震板购自深圳市欣开达电子有限公司，F-24型。
如未特殊说明，下述实施例中各原料组分均可通过商业途径购得，所使用的实验仪器均为实验室常规实验仪器，性能测试方法为本领域已知测试方法。整体操作空间环境为25℃，空气湿度30%。
优选的实施方式如下：
实施例1：
采用以下制成的多功能无磷锅炉水处理剂：
所述处理剂A的制备方法如下：
准备20%含水量的质量分数为10%的未成熟君迁子果实、30%含水量的质量分数为8%的未成熟牛心柿果实、10%含水量的质量分数为3%的葡萄籽、质量分数为0.2%的纤维素酶、质量分数为0.6%的果胶酶和补足剩余质量的质量浓度为90%的乙醇水溶液；将所述未成熟君迁子果实和所述未成熟牛心柿果实切为1cm3碎块，将所述碎块、所述葡萄籽、所述纤维素酶和所述果胶酶加2倍质量的纯水，47℃搅拌90min得预分解物；将所述预分解物和所述乙醇水溶液加入闪式提取器，在15℃且转速4700r/min每次30s破碎4次后，用100目滤网过滤得粗滤提取液，将所述粗滤提取液于83℃且真空度800mbar的条件减压蒸馏至质量减为蒸馏前的0.3倍，收集剩余液200目过滤得所述处理剂A；
所述处理剂B由下述原料组成：
质量分数为26%的聚丙烯酸PAA、质量分数为13%的聚马来酸HPMA、质量分数为10%的七水硫酸锌和补齐其余质量分数的纯水；
所述多功能无磷锅炉水处理剂的应用为：
按锅炉最高水位水量的0.9倍水量注水，并投放注水质量0.2倍的所述处理剂A，投放并启动1200W且40KHz的超声波震板，80℃加热7h；排水后静止2h，正常加水后投放加水质量0.1倍的所述处理剂B，130℃运行，一周后排水并循环重复上述步骤。
实施例2~19：
实施例2与实施例1的区别仅在于，未成熟君迁子果实的质量分数为8%；
实施例3与实施例1的区别仅在于，未成熟君迁子果实的质量分数为12%；
实施例4与实施例1的区别仅在于，未成熟牛心柿果实的质量分数为6%；
实施例5与实施例1的区别仅在于，未成熟牛心柿果实的质量分数为9%；
实施例6与实施例1的区别仅在于，葡萄籽的质量分数为2%；
实施例7与实施例1的区别仅在于，葡萄籽的质量分数为4%；
实施例8与实施例1的区别仅在于，纤维素酶的质量分数为0.1%；
实施例9与实施例1的区别仅在于，纤维素酶的质量分数为0.3%；
实施例10与实施例1的区别仅在于，果胶酶的质量分数为0.4%；
实施例11与实施例1的区别仅在于，果胶酶的质量分数为0.8%；
实施例12与实施例1的区别仅在于，减压蒸馏的温度为78℃；
实施例13与实施例1的区别仅在于，减压蒸馏的温度为86℃；
实施例14与实施例1的区别仅在于，聚丙烯酸PAA的质量分数为18%；
实施例15与实施例1的区别仅在于，聚丙烯酸PAA的质量分数为30%；
实施例16与实施例1的区别仅在于，聚马来酸HPMA的质量分数为10%；
实施例17与实施例1的区别仅在于，聚马来酸HPMA的质量分数为15%；
实施例18与实施例1的区别仅在于，七水硫酸锌的质量分数为8%；
实施例19与实施例1的区别仅在于，七水硫酸锌的质量分数为12%。
对比例1~27：
对比例1与实施例1的区别仅在于，未成熟君迁子果实的质量分数为4%；
对比例2与实施例1的区别仅在于，未成熟君迁子果实的质量分数为16%；
对比例3与实施例1的区别仅在于，未成熟牛心柿果实的质量分数为3%；
对比例4与实施例1的区别仅在于，未成熟牛心柿果实的质量分数为12%；
对比例5与实施例1的区别仅在于，葡萄籽的质量分数为1%；
对比例6与实施例1的区别仅在于，葡萄籽的质量分数为8%；
对比例7与实施例1的区别仅在于，纤维素酶的质量分数为0.05%；
对比例8与实施例1的区别仅在于，纤维素酶的质量分数为0.6%；
对比例9与实施例1的区别仅在于，果胶酶的质量分数为0.2%；
对比例10与实施例1的区别仅在于，果胶酶的质量分数为0.12%；
对比例11与实施例1的区别仅在于，减压蒸馏的温度为68℃；
对比例12与实施例1的区别仅在于，减压蒸馏的温度为96℃；
对比例13与实施例1的区别仅在于，聚丙烯酸PAA的质量分数为10%；
对比例14与实施例1的区别仅在于，聚丙烯酸PAA的质量分数为40%；
对比例15与实施例1的区别仅在于，聚马来酸HPMA的质量分数为5%；
对比例16与实施例1的区别仅在于，聚马来酸HPMA的质量分数为25%；
对比例17与实施例1的区别仅在于，七水硫酸锌的质量分数为4%；
对比例18与实施例1的区别仅在于，七水硫酸锌的质量分数为18%；
对比例19与实施例1的区别仅在于，预分解物搅拌温度为40℃；
对比例20与实施例1的区别仅在于，预分解物搅拌温度为55℃；
对比例21与实施例1的区别仅在于，投放注水质量0.1倍的处理剂A；
对比例22与实施例1的区别仅在于，投放注水质量0.3倍的处理剂A；
对比例23与实施例1的区别仅在于，投放并启动800W且40KHz的超声波震板；
对比例24与实施例1的区别仅在于，投放并启动1600W且40KHz的超声波震板；
对比例25与实施例1的区别仅在于，投放加水质量0.05倍的所述处理剂B；
对比例26与实施例1的区别仅在于，投放加水质量0.2倍的所述处理剂B；
对比例27与实施例1的区别仅在于，未成熟君迁子果实和葡萄籽都换为等质量的未成熟牛心柿果实。
空白组：空白组不放多功能无磷锅炉水处理剂，直接130℃运行。
准备16MnR型厚长宽为0.5cm×25cm×10cm的无锈无垢的洁净钢板47个，各示例的锅炉于中下部悬置上述洁净钢板一个，循环运行70d；运行具体为：运行管线为15m长的输出蒸汽管线，蒸汽转接入小型冷却器冷凝后再经15m长的冷凝回流管线回流回锅炉中。
取出各钢板，在洗净晾干后称量并计算钢板减少的质量作为防腐蚀效果，单位为g，取小数点后3位数；收集、称量并计算各锅炉内壁结垢的质量作为阻垢效果，单位为g，取整数位。试验的结果见表1。
表1：各示例的多功能无磷锅炉水处理剂及其应用的阻垢和防腐蚀效果的测试结果：
由表1中的数据可知，相较于其他示例，本发明实施例尤其是本发明的实施例1的多功能无磷锅炉水处理剂及其应用结垢量较少且钢板减少量较少；本发明实施例尤其是本发明的实施例1的多功能无磷锅炉水处理剂及其应用在使用非磷酸盐材料的同时，阻垢和抗腐蚀的效果好。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明；对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述多功能无磷锅炉水处理剂包括处理剂A和处理剂B，所述处理剂A的制备方法如下：
准备20%含水量的质量分数为8~12%的未成熟君迁子果实、30%含水量的质量分数为6~9%的未成熟牛心柿果实、10%含水量的质量分数为2~4%的葡萄籽、质量分数为0.1~0.3%的纤维素酶、质量分数为0.4~0.8%的果胶酶和补足剩余质量的质量浓度为90%的乙醇水溶液；将所述未成熟君迁子果实和所述未成熟牛心柿果实切为1cm3碎块，将所述碎块、所述葡萄籽、所述纤维素酶和所述果胶酶加2倍质量的纯水，47℃搅拌90min得预分解物；将所述预分解物和所述乙醇水溶液加入闪式提取器，在15℃且转速4700r/min每次30s破碎4次后，用100目滤网过滤得粗滤提取液，将所述粗滤提取液于78~86℃且真空度800mbar的条件减压蒸馏至质量减为蒸馏前的0.3倍，收集剩余液200目过滤得所述处理剂A；
所述处理剂B由下述原料组成：
质量分数为18~30%的聚丙烯酸PAA、质量分数为10~15%的聚马来酸HPMA、质量分数为8~12%的七水硫酸锌和补齐其余质量分数的纯水；
所述多功能无磷锅炉水处理剂的应用为：
按锅炉最高水位水量的0.9倍水量注水，并投放注水质量0.2倍的所述处理剂A，投放并启动1200W且40KHz的超声波震板，80℃加热7h；排水后静止2h，正常加水后投放加水质量0.1倍的所述处理剂B，130℃运行，一周后排水并循环重复上述步骤。
2.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述未成熟君迁子果实的质量分数为10%。
3.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述未成熟牛心柿果实的质量分数为8%。
4.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述葡萄籽的质量分数为3%。
5.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述纤维素酶的质量分数为0.2%。
6.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述果胶酶的质量分数为0.6%。
7.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述减压蒸馏的温度为83℃。
8.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述聚丙烯酸PAA的质量分数为26%。
9.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述聚马来酸HPMA的质量分数为13%。
10.根据权利要求1所述的多功能无磷锅炉水处理剂，其特征在于，所述七水硫酸锌的质量分数为10%。
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