高效低磷緩蝕阻垢分散劑及其製備方法

2023-06-19 11:54:46

專利名稱：高效低磷緩蝕阻垢分散劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於環境保護技術領 域，涉及一種水處理劑及其製備方法，特別是涉及一種處理循環冷卻水的高效低磷阻垢分散劑及其製備方法。
背景技術：
在工業用水的重複使用率上，發達國家已達到80%_90%，水的濃縮倍率已達到6-8倍。而我國水的利用率平均不到50%，循環冷卻水的濃縮倍率絕大多數在2-3倍的水平，從節能節水上來說，無疑是資源的巨大浪費。為了節約水資源需要提高水的重複利用率，而在水的重複利用過程中會產生結垢、腐蝕、菌藻和粘泥繁殖等問題，一次必須投加一定量的水質穩定劑，如阻垢緩蝕劑、殺菌滅藻劑等。而目前國內循環冷卻水處理常用的緩蝕阻垢劑有聚磷酸鹽、磷酸酯、有機磷酸鹽和丙烯酸類共聚物等。其中，有機磷酸鹽類藥劑以其高效兼有緩蝕與阻垢雙重功能而應用最為普遍，但由於其含磷量高，排放時會有大量的磷酸鹽流入環境，易造成水系富磷而形成「赤潮」，使水中缺氧，影響水生物的生存。為此，目前我國已對磷的排放作出了嚴格的控制(廢水排放一級標準P < 0. 5mg/L, 二級標準P < I. Omg/L)。因此，從九十年代初一些發達的國家就開始研究水處理劑的低磷和無磷化技術，特別是無磷化水處理劑，有利於減少循環水中細菌、微生物的營養源，減少殺菌劑用量。

發明內容
本發明的目的在於提出一種環境友好的，處理循環冷卻水的低磷配方的緩蝕阻垢製劑，在工業應用中真正能做到低磷、環保、高效、易生產和易控制。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑由緩蝕劑組分、阻垢分散劑組分和穩定劑組分，再配合一定量的螢光示蹤劑及適量去離子水複合而成。實現本發明目的所採用的技術方案為，一種高效低磷緩蝕阻垢分散劑，由緩蝕劑組分、阻垢分散劑組分、穩定劑和螢光示蹤劑及適量去離子水複合而成，以質量百分數為計，其組成為2% 12%苯甲酸鈉、1% 5%鑰(鎢)酸鹽、1% 2%噻唑、3% 6%無水氯化鋅、8% 18%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、5% 15%丙烯酸一 2 -甲基一 2 —丙烯醯胺基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)、3% 6%穩定劑和3% 6%示蹤劑，餘量為去離子水。所述的緩蝕劑組分是由苯甲酸鈉、鑰(鎢)酸鹽、噻唑、無水氯化鋅、聚膦醯基羧酸鹽(PCM)組成。所述的阻垢分散劑組分是由丙烯酸一 2 —甲基一 2 —丙烯醯胺基丙磺酸(AA/AMPS)共聚物及苯甲酸鈉和聚膦醯基羧酸鹽(PCM)組成。上述組分中，苯甲酸鈉和聚膦醯基羧酸鹽(PCM)分子中含有多個羥基，在水溶液中對Fe3+、Cu2+、Ca2+等離子具有極好的絡合能力，並對這些離子的多種鹽類也有很好的去活化作用，因此，在本發明中它用做阻垢、緩蝕組分，同時也用做分散組分。本發明中選用的帶有磺酸基團的AA/AMPS共聚物同時含有強酸基團(一S03H)、弱酸基團(一C00H)、非離子基團(-C-0-R, -C=O, 一0H)，這些官能團在阻垢分散方面起著各不相同的作用。弱酸基團對難溶鹽微晶的活性部分有強吸附作用，從而起到低劑量效應抑制結晶產生，強酸基團則保持著輕微的離子特性，從而有助於難溶鹽解離，而非離子基團對固懸物有著較強的吸附作用，並將其分散在水中。這些基團經有效結合產生協同效應，使藥劑具有良好的緩蝕和阻垢分散性能。所述的聚膦醯基羧酸鹽(PCM)含有一個膦基(一PO3Na2)和多個羧基(一C00H)，膦羧酸可以有效的阻止碳酸鹽、硫酸鹽和鋅鹽的沉積，因此具有優異的阻垢和緩蝕性能，且耐高溫，耐氯分解，含磷量低，對環境的影響小。特別在高溫、高硬度、高PH值、高濃縮倍數的苛刻水質條件下也能發揮很強的阻垢作用。所述的噻唑選自苯丙噻唑、甲基苯丙噻唑或巰基苯丙噻唑。 所述的穩定劑選自二甲基甲醯胺。所述的示蹤劑是由含有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯醯胺、酯基、氨基和磺酸基團中的一種或幾種的混合物與含羥基吡啶衍生物在催化劑作用下合成得到的含羥基吡啶衍生物修飾的丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物，它具有螢光性、水溶性和分散性，它與本發明 的高效低磷緩蝕阻垢分散劑組分及其它各種水處理劑有優良的協同效應。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，其理化性能為
外觀無色或淡黃色或棕色液體，無沉澱
密度(20。0，g/cm3I. 00 I. 20
總磷酸鹽含量(以P0/_計)，% ( 5.0 pH值(1%水溶液)( 6.0
固體含量，％彡 20.0
正磷酸鹽(以P0/_計)含量，% ( 0. 5 亞磷酸(以PO33-計)含量，% ( 0. 5 唑類含量，％彡 0.8。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑所用的原料均要求符合國家相關的產品標準，配比計量是以質量百分比計量。本發明還提供一種所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑的製備方法在反應釜中加入適量蒸餾水，啟動攪拌器，一邊攪拌，一邊分別加入5% 15% AA/AMPS共聚物、2% 12%苯甲酸鈉、1% 5%鑰(鎢)酸鹽、8% 18%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、1% 2%噻唑、3% 6%無水氯化鋅、3% 6%穩定劑和3% 6%示蹤劑，原料加完後補足蒸餾水至定量，室溫下攪拌後過濾，過濾清液包裝。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，可依據水質不同採用不同配比。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑按照HG/T2024-91《水處理藥劑阻垢性能測定方法鼓泡法》以及中石化《冷卻水分析和試驗方法》、GB/T18175-2000《水處理藥劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》和HG/T2160-2008《冷卻水動態模擬試驗方法》進行阻垢性能和緩蝕性能正交評定試驗後確定配方中各單體最佳的投加比例。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑可廣泛地適用於硬度加鹼度小於1100mg/L，氯離子小於1000mg/L，pH6. 8 9. 5，濁度小於20NTYU的循環水的水質處理中；特別適用於長江中下遊水源水質的循環水5倍以上高濃縮倍數運行。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑在循環水中投加濃度按補充水量計為50 80mg/L,以突光強度計投加濃度3 4mg/L,循環水中控制膦酸鹽(以PO廣計)小於I. 5mg/L。為了精確控制循環水中的藥劑濃度，藥劑中添加3% 6%的示蹤劑，通過在循環水中的螢光強度的變化，配合螢光示蹤監測控制儀的控制，能夠直接反映水處理藥劑在循環水的濃度，便於實現在線自動化加藥，大大提高了水處理藥劑濃度的監測穩定性的可控制性和科學、經濟的管理。本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑與其他低磷或無磷配方產品相比具有如下一些優點.r:適用範圍廣，可以廣泛的適用於各種水源水質，僅需調節配方比例即可'z阻垢率高，本發明中選用的苯甲酸鈉和聚膦醯基羧酸鹽(PCM)分子中含有多個羥基， AA/AMPS共聚物同時含有強酸基團(一S03H)、弱酸基團(一C00H)、非尚子基團(一C一0一R, 一C=O, 一0H)，這些基團經有效結合產生協同效應，使藥劑具有良好的阻垢分散性能；特別在高溫、高硬度、高PH值、高濃縮倍數的苛刻水質條件下也能發揮很強的阻垢作用；.1緩蝕性能強，配方中選用聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、苯甲酸鈉、鑰(鎢)酸鹽和甲基苯丙噻唑等緩蝕劑可以有效的防止碳鋼、不鏽鋼、銅等多種材質的腐蝕；S抗氯離子性腐蝕能強，配方中選用了抗氯因子噻唑類化合物，循環水抗氯離子腐蝕性能，可以有效抗擊1100mg/L以內的氯離子對金屬的侵蝕可以實現智能化自動加藥控制，配方中添加的螢光示蹤劑，配合螢光檢測設備實現精確加藥和自動控制。綜上所述，本發明的高效低磷緩蝕阻垢分散劑用於循環冷卻水處理，緩蝕阻垢性能能夠滿足GB 50050-2007工業循環水設計規範規定要求，適用水源水質範圍廣，具有低磷、環保、抗氯性強，適用於精確加藥和自動控制、使用方便等優點。下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述。本發明的保護範圍並不以具體實施方式
為限，而是由權利要求加以限定。
具體實施例方式實施例I :適用於5倍濃縮倍數長江水系水源水質高效低磷緩蝕阻垢分散劑及製備和應用
+I:本發明配方I
適合某石化企業五倍濃縮倍數以上的水源水質的循環水高效低磷緩蝕阻垢分散劑的製備，根據正交試驗確定以下配方(質量百分比):1% 二甲基甲醯胺、10%AA/AMPS共聚物、10%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、10%苯甲酸鈉、4%的鑰酸鈉、1%甲基苯丙噻唑、3%無水氯化鋅和3%螢光示蹤劑的復配劑。.1產品質量指標
外觀淡黃色液體，無沉澱 密度(20。0，g/cm3 I. 199 總磷酸鹽含量(以P0/_計)，% ( I. 81 正磷酸鹽(以PO廣)含量％ ( 0.01 亞磷酸鹽(以PO/—)含量％ ( 0. 02 pH值(1%水溶液) ( 3. 78固體含量，％彡 23.34
鋅鹽(以Zn2+計)含量，％彡 1.45
唑類含量，％彡 1.32。:f.產品現場應用及效果
產品批號為090805的低磷緩蝕阻垢分散劑在某熱電廠二套循環水中應用，該熱電廠電I循系統循環水量35000m3/h，保有水量21000m3，材質為碳鋼、黃銅；電2循系統循環水量17500m3/h，保有水量10500m3，材質為碳鋼、黃銅。加藥控制採用NJS-III型螢光示蹤自動加藥系統，實現加藥量、補水、排汙、pH、電導率、濁度等項目的自動檢測控制。處理效果為循環水濃縮倍率大於5倍，總硬度200 400mg/L、總鹼度200 400mg/l,氯離子高達300mg/l,碳鋼掛片腐蝕速率小於0. 0142mm/a,銅掛片腐蝕速率小於 0. 0012mm/a,汙垢沉積率僅為I. 003mcm,循環水中膦酸鹽(以PO廣計)控制在I I. 5mg/L,排汙水中磷酸鹽含量(以P計)小於0. 5mg/L，符合一級環保排放要求。
實施例2 :適用於8倍濃縮倍數低硬度、低鹼度水源水質高效低磷緩蝕阻垢分散劑及製備和應用
X本發明配方2
適合某企業循環水系統低硬度、低鹼度八倍濃縮倍數以上的水源水質的循環水高效低磷緩蝕阻垢分散劑的製備，根據正交試驗確定以下配方(質量百分比)5% 二甲基甲醯胺、15%AA/AMPS共聚物、18%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、12%苯甲酸鈉、1%的鑰酸鈉、1%甲基苯丙噻唑、3%無水氯化鋅和2%螢光示蹤劑復配劑。f產品質量指標
外觀棕色液體，無沉澱
密度(20。0，g/cm3I. 178
總磷酸鹽含量(以P043_計)，%( 2. 11
正磷酸鹽(以PO廣)含量％( 0. 02
亞磷酸鹽(以PO/—)含量％( 0. 03
pH值(1%水溶液)(4.01
固體含量，％彡27.99
鋅鹽(以Zn2+計)含量，％彡 I. 28
唑類含量，％彡 1.40。:f.產品現場應用及效果
產品批號為081004的低磷緩蝕阻垢分散劑在某循環水中進行應用，系統循環水量5000m3/h，保有水量2000m3，材質為碳鋼、不鏽鋼。加藥控制採用NJS-III型螢光示蹤自動加藥系統，實現加藥量、補水、排汙、pH、電導率、濁度等項目的自動檢測控制。處理效果為循環水濃縮倍率大於8倍，總硬度高達750mg/L，鹼度150 250mg/1，氯離子小於300mg/l，碳鋼掛片腐蝕速率小於0. 0102mm/a,不鏽鋼掛片腐蝕速率小於0. 0001mm/a,汙垢沉積率僅為I. 123mcm,循環水中膦酸鹽(以PO43_計)控制在I I. 5mg/L,排汙水中磷酸鹽含量(以P計)小於0. 5mg/L，符合一級環保排放要求。
實施例3 :適用於高氯根水源水質高效低磷緩蝕阻垢分散劑及製備和應用 +X本發明配方3
適合某石化企業回收高氯根汙水5倍濃縮倍數以上的水源水質的循環水高效低磷緩蝕阻垢分散劑的製備，根據正交試驗確定以下配方(質量百分比)3% 二甲基甲醯胺、10%AA/AMPS共聚物、15%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、12%苯甲酸鈉、5%的鎢酸鈉、2%甲基苯丙噻唑、3%無水氯化鋅和2%螢光示蹤劑復配劑。f產品質量指標
外觀棕色液體，無沉澱
密度(20。0，g/cm3I. 188
總磷酸鹽含量(以P0/_計)，%≤2. 03
正磷酸鹽(以PO廣)含量％≤0. 02
亞磷酸鹽(以PO/—)含量％≤0. 03
pH值(1%水溶液)≤4. 54
固體含量，％≥30.11
鋅鹽(以Zn2+計)含量，％≥1.40
唑類含量，％≥1.98。I產品現場應用及效果
產品批號為090801的低磷緩蝕阻垢分散劑在某石化企業煉油II型循環水中進行應用，煉油II型系統循環水量8000m3/h，保有水量7000m3，材質為碳鋼、不鏽鋼。加藥控制採用NJS-III型螢光示蹤自動加藥系統，實現加藥量、補水、排汙、pH、電導率、濁度等項目的自動檢測控制。處理效果為循環水濃縮倍率大於4倍，總硬度高達600mg/L，氯離子小於850mg/L，COD小於60mg/l，碳鋼掛片腐蝕速率小於0. 0412mm/a,不鏽鋼掛片腐蝕速率小於
0.0021mm/a,汙垢沉積率僅為2. 23mcm,循環水中膦酸鹽(以P043_計)控制在I I. 5mg/L,排汙水中磷酸鹽含量(以P計)小於0. 5mg/L，符合一級環保排放要求。
實施例4 :適用於高硬度、高鹼度水源水質高效低磷緩蝕阻垢分散劑及製備和應用 :.D本發明配方4
適合某化肥廠高硬度、高鹼度4倍濃縮倍數以上的水源水質的循環水低磷緩蝕阻垢分散劑的製備，根據正交試驗確定以下配方(質量百分比):3% 二甲基甲醯胺、15%AA/AMPS共聚物、18%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、8%苯甲酸鈉、4%的鎢酸鈉、1%甲基苯丙噻唑、3%無水氯化鋅和3%螢光示蹤劑復配劑。2；產品質量指標
外觀棕色液體，無沉澱 密度(20。0，g/cm3 I. 178 總磷酸鹽含量(以P0/_計)，% ≤( 2. 23 正磷酸鹽(以PO廣)含量％ ≤( 0.01亞磷酸鹽(以PO33-)含量％≤ 0. 03
pH值(1%水溶液≤ 3. 98
固體含量，％≥ 28.11
鋅鹽(以Zn2+計)含量，％≥ 1.40
唑類含量，％≥0.98。f產品現場應用及效果
產品批號為090201的低磷緩蝕阻垢分散劑在某化肥廠循環水中進行應用，該化肥廠系統循環水量5000m3/h，保有水量1600m3，材質為碳鋼。加藥控制採用NJS-III型螢光示蹤自動加藥系統，實現加藥量、補水、排汙、pH、電導率、濁度等項目的自動檢測控制。處理效果為循環水濃縮倍率大於4倍，總硬度600mg/L，總鹼度500mg/l，氯離子高達700mg/L,碳鋼掛片腐蝕速率小於0. 0342mm/a,不鏽鋼掛片腐蝕速率小於0. 0022mm/a,汙垢沉積率僅為2. 58mcm，排汙水中磷酸鹽含量(以P計)小於0. 5mg/L，符合一級環保排放要求。
權利要求
1.一種高效低磷緩蝕阻垢分散劑，由緩蝕劑組分、阻垢分散劑組分、穩定劑和螢光示蹤劑及適量去離子水複合而成，以質量百分數為計，其組成為2% 12%苯甲酸鈉、1% 5%鑰酸鹽或鎢酸鹽、1% 2%噻唑、3% 6%無水氯化鋅、8% 18%聚膦醯基羧酸鹽、5% 15%丙烯酸一 2 —甲基一 2 —丙烯醯胺基丙磺酸共聚物、3% 6%穩定劑和3% 6%示蹤劑，餘量
2.根據權利要求I所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，其特徵在於理化性能為密度(20。0，g/cm3I. OO I. 20 總磷酸鹽含量(以PO/_計)，% ( 5.0 pH值(1%水溶液)( 6.0 固體含量，％彡 20.0 正磷酸鹽(以PO/_計)含量，% ( 0. 5 亞磷酸(以PO33-計)含量，% ( 0. 5 唑類含量，%彡 0.8 其中％皆為質量百分比。
3.根據權利要求I所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，其特徵在於所述的噻唑選自苯丙噻唑或甲基苯丙噻唑或巰基苯丙噻唑。
4.根據權利要求I所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，其特徵在於所述的穩定劑為二甲基甲醯胺。
5.根據權利要求I所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，其特徵在於所述的示蹤劑為含羥基吡啶衍生物修飾的丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物。
6.根據權利要求5所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑，其特徵在於所述的示蹤劑含羥基吡啶衍生物修飾的丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物是由含有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯醯胺、酯基、氨基和磺酸基團中的一種或幾種的混合物與含羥基吡啶衍生物在催化劑作用下合成得到。
7.—種權利要求I所述的高效低磷緩蝕阻垢分散劑的製備方法，其特徵在於' :在反應器中加入適量去離子水，啟動攪拌器，一邊攪拌，一邊加入8% 18%聚膦醯基羧酸鹽(PCM)、5% 15%丙烯酸一2 —甲基一2 —丙烯醯胺基丙磺酸(AA/AMPS)共聚物、2% 12%苯甲酸鈉、1% 5%鑰(鎢)酸鹽、1% 2%噻唑、3% 6%無水氯化鋅、3% 6%穩定劑和3% 6%示蹤劑，原料加完後補足水至定量，攪拌後過濾，即得高效低磷緩蝕阻垢分散劑。
全文摘要
本發明公開了一種高效低磷緩蝕阻垢分散劑及其製備方法。高效低磷緩蝕阻垢分散劑其組成為2%～12%苯甲酸鈉、1%～5%鉬(鎢)酸鹽、1%～2%噻唑、3%～6%無水氯化鋅、8%～18%聚膦醯基羧酸鹽、5%～15%丙烯酸－2－甲基－2－丙烯醯胺基丙磺酸共聚物、3%～6%穩定劑和3%～6%示蹤劑，餘量為去離子水。本發明可廣泛地適用於硬度加鹼度小於1100mg/L，氯離子小於1000mg/L，pH6.8～9.5，濁度小於20NTYU的循環水水質中，阻垢緩蝕性能能夠滿足工業循環水設計規範要求，適用水源水質範圍廣，具有低磷、環保、抗氯性強，適用於自動加藥控制、使用方便等優點。
文檔編號C02F5/14GK102745825SQ20111010095
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者樊恩亞, 沙志強, 童志武, 褚才全 申請人:中國石化揚子石油化工有限公司, 中國石油化工股份有限公司