一種用於循環冷卻海水的複合阻垢劑的製作方法
2023-07-06 17:21:56 1
一種用於循環冷卻海水的複合阻垢劑的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，由聚環氧琥珀酸溶液和水解聚馬來酸酐溶液組成，所述複合阻垢劑中聚環氧琥珀酸和水解聚馬來酸酐的質量比為1:0.8～1.2，該複合阻垢劑阻垢效果比單一阻垢劑單體的效果好，且降解容易，成本低。
【專利說明】一種用於循環冷卻海水的複合阻垢劑
【技術領域】
[0001] 本發明屬於海水阻垢劑【技術領域】，具體涉及一種用於循環冷卻海水的複合阻垢 劑。
【背景技術】
[0002] 海水循環冷卻是以海水為冷卻介質，經換熱設備完成一次冷卻後，海水經冷卻塔 冷卻並循環使用的過程。70年代以來，人們在探索無公害防腐、防生物附著海水直流冷卻技 術的同時，借鑑淡水循環冷卻的有關工藝和技術，開展了海水循環冷卻技術的研究和開發 工作。海水循環冷卻技術與海水直流冷卻技術、淡水循環冷卻技術相比，取水量小、水價低， 經濟上更具有優勢。海水循環冷卻技術比海水直流冷卻技術的排汙量減少了 95%以上，有 利於保護環境、防止汙染，維護生態平衡。
[0003] 應用海水循環冷卻技術的主要問題是：海水含鹽量高且成分複雜，電導率比一般 淡水的高兩個數量級，腐蝕時海水的電阻性阻滯比淡水的小得多，且海水所含鹽分中氯化 物比例很大，海水的氯度高達19%。，因此大多數金屬如鐵、鋼、鑄鐵等在海水中不能建立鈍 態，海水較淡水有更強的腐蝕性。同時，海水中微生物和大生物的種類多、含量高，容易產生 生物汙損，進而導致危害較大的微生物腐蝕或垢下腐蝕。另外，海水中的成垢離子如Ca2+、 Mg2+、HCCV、SO廣等的濃度遠高於淡水，隨濃縮倍數提高，結垢傾向加大，普通阻垢分散劑不 能有效控制化學汙垢沉積。因此，採用海水作循環冷卻水存在著嚴重的腐蝕、結垢和汙損生 物附著問題以及海水冷卻塔的鹽沉積、鹽霧飛濺等問題。海水循環冷卻水處理較之淡水循 環具有更大的難度。
[0004] 目前，在循環冷卻水系統中加入阻垢緩蝕劑仍然是控制結垢及腐蝕的常用方法， 海水阻垢分散劑技術是防止海水循環冷卻系統結垢的關鍵技術。
[0005] 阻垢劑的開發與研究經歷了無機鹽、聚合電解質、天然高分子、有機磷酸、聚羧酸 共聚物等階段。
[0006] 隨著全球環境問題的日益嚴峻和環保力度的加大，隨著科學技術的發展，保護環 境、治理汙水和節約用水具有同等重要意義，阻垢劑的研究不斷深入並日趨成熟，阻垢劑的 研究開發從有毒、難生物降解型逐漸發展到無毒、易生物降解型，即研究和開發適合環境保 護需求的無磷或低磷、非氮和可生物降解的環境友好型阻垢劑，也就是對環境更友好、對人 體更安全的新型綠色阻垢劑。綠色阻垢劑在阻垢的同時，不但可以節水和提高水的有效利 用率，避免和減少有害物質排放對水體的汙染，還可以減輕水體因富營養化引起的赤潮公 害，給遭受破壞和不堪重負的生態環境帶來休養生息的機會，有利於保護環境，緩解日益嚴 峻的環境問題，創造更多的經濟效益和社會效益，對於循環經濟和可持續發展非常重要，將 成為工業水處理領域中最主流的研究方向。
[0007] 綠色阻垢劑是隨著綠色化學的興起而開發出的新型阻垢劑，它是一類具有良好阻 垢效果又幾乎不汙染環境的水溶性高分子聚合物。目前國內外研究開發的主要有聚天冬氨 酸和聚環氧琥珀酸，對聚丙烯酸和水解聚馬來酸酐也有研究和應用。
[0008] 聚天冬氨酸和聚環氧琥珀酸，不但具有阻垢分散性，而且具有可生物降解性，成為 公認的兩種綠色阻垢劑，聚天冬氨酸還因結構與自然界的胺基酸類似，在海上油田水處理 和農業生產上獲得了應用。
[0009] 聚環氧琥珀酸是以馬來酸酐為原料，在催化劑作用下聚合而製得的；是20聚 世紀90年代初由美國Betz實驗室和Betzdearbon公司首先開發的；其化合物通式為 C. -(9- C, -，n -般為2?50左右，最好在25左右，Me為H+或水溶性陽 COOMe COOMe 離子，如Na+、NH4+或K+ ;因為它在聚羧酸類阻垢劑分子中插入氧原子，使之具有了可生物降 解性，因而被公認為是一種"環境友好"的綠色化學品，國內已有關於聚環氧琥珀酸阻垢活 性測試結果的報導。聚環氧琥珀酸型水處理劑具有良好的生物降解性能，適用於高鹼高固 水系等，其阻垢活性較高，極小劑量（3mg/L)即可達到很好的阻垢效果。近年來國內聚環氧 琥珀酸的研究很熱，有很多相關的研究報告和專利問世，也有一些聚環氧琥珀酸商品投放 市場，但實際應用的認可度不高。
[0010] 聚天冬氨酸是受動物代謝過程啟發於近年開發成功的一種綠色阻垢劑，A P Wheele和C S Siked在對碳酸鈣有機體的研究中發現，從滲入牡蠣殼的蛋白母體得到的糖 蛋白具有阻止碳酸鈣沉積的作用，是一種潛在的阻垢劑。由於製備聚天冬氨酸的原料之一 L-天冬氨酸可從自然界提取，聚天冬氨酸具有良好的可生物降解性和優異的阻垢分散性 能，因而聚天冬氨酸是公認的綠色水處理劑。
[0011] 對聚天冬氨酸研究最多的是美國、德國和日本，特別是美國的Doular公司已就此 獲得多項專利。國外一些水處理公司對聚合物加以改性，引入羥基、醚、羥烷基胺、羥基烷 氧基烴、羧基、磺烷基、磷酸等基團來改善它們對各種不溶垢的抑制能力。國外已開始工業 化生產聚天冬氨酸，而國內起步較晚，近幾年才有相關的報導。周曉蔚、周柏青經研究發現， 採用不同方法合成的聚天冬氨酸中，以馬來酸酐為原料合成的聚天冬氨酸，對硫酸鈣、硫酸 鋇、硫酸鍶的阻垢率接近100%，對氟化鈣也具有較高的阻垢率。熊蓉春等人的工作給出了 聚天冬氨酸的結構表徵，研究了相對分子量、pH值、鹼度等因素對阻碳酸鈣效果的影響，得 出聚天冬氨酸在高鈣、高鹼、高pH值條件下對碳酸鈣仍具有良好的阻垢效果。
[0012] 聚丙烯酸是一種性能優良的阻垢分散劑，廣泛應用於循環冷卻水、油田注水和鍋 爐水處理，具有良好的抑制水垢生成和剝離老垢的作用。聚丙烯酸無毒，易溶於水，可在鹼 性和中等濃縮倍數條件下運行而不結垢。
[0013] 水解聚馬來酸酐是一種棕黃色的透明液體，與帶有羥基或磺酸基的聚合物一樣， 溶於水後能離解成氫離子和酸根陰離子等帶有大量電荷的鏈狀離子。水解聚馬來酸酐作為 一種低相對分子質量的聚電解質，由於具有比較高的化學穩定性和熱穩定性，且在較高溫 度下仍能保持良好的阻垢效果，近年來在工業水處理研究中倍受關注。此類阻垢劑中的羧 基官能團對Ca 2+、Mg2+、Fe2+、Ba2+等離子具有較強的螯合能力，與聚丙烯酸相比，不僅具有較 好的分散、凝聚作用，還能更好地在無機垢結晶過程中幹擾晶格的正常排列而起到阻垢作 用。但單一阻垢劑存在用量大和部分難降解等缺點。
[0014] 因此，目前急需研究和開發出用於苛刻循環濃縮海水的、更為有效的綠色阻垢劑， 對海水循環冷卻安全、經濟運行有重要意義。
【發明內容】
[0015] 本發明的目的在於提供一種用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，該複合阻垢劑阻垢 效果比阻垢劑單體的阻垢劑效果好，且降解容易，成本低。
[0016] 本發明的上述目的是通過以下技術方案來實現的：一種用於循環冷卻海水的複合 阻垢劑，由聚環氧琥珀酸（英文縮寫為PESA)溶液和水解聚馬來酸酐（英文縮寫為HPMA) 溶液組成，所述複合阻垢劑中聚環氧琥珀酸和水解聚馬來酸酐的質量比為1:0. 8?1. 2。
[0017] 作為本發明的一種較佳的實施方式，本發明所述複合阻垢劑中聚環氧琥珀酸和水 解聚馬來酸酐的質量比為1:1。
[0018] 本發明複合阻垢劑用於循環冷卻海水阻垢時，所述聚環氧琥珀酸溶液的用量為每 1L原始海水中0. 25?lmg、循環時再被濃縮1?3. 5倍，所述水解聚馬來酸酐溶液的用量 為每1L原始海水中0. 25?lmg、循環時再被濃縮1?3. 5倍。
[0019] 作為本發明一種較佳的實施方式，本發明複合阻垢劑用於循環冷卻海水阻垢時， 所述聚環氧琥珀酸溶液的用量為每1L原始海水中0. 5mg，循環時再被濃縮1?2. 5倍，所述 水解聚馬來酸酐溶液的用量為每1L原始海水中0. 5mg，循環時再被濃縮1?2. 5倍。
[0020] 本發明所述聚環氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量優選為30?50%。
[0021] 本發明所述聚環氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量較佳為40%。
[0022] 本發明所述水解聚馬來酸酐溶液的初始質量百分含量優選為30?50%。
[0023] 本發明所述水解聚馬來酸酐溶液的初始質量百分含量較佳為40%。
[0024] 與現有技術相比，本發明具有如下優點：
[0025] (1)阻垢劑單體的劑量相同時，複合阻垢劑的阻垢效果比單體單獨的好，即複合阻 垢劑的阻垢效果好；
[0026] (2)為了起到好的阻垢效果，明確了阻垢劑單體在複合阻垢劑中的配比和應加的 劑量，即複合阻垢劑實用性強；
[0027] (3)由於聚環氧琥珀酸的阻垢效果比水解聚馬來酸酐的好，但價格比水解聚馬來 酸酐的高，因此阻垢劑劑量相同時，複合阻垢劑價格明顯低於聚環氧琥珀酸單體的，即複合 阻垢劑的成本低。
【具體實施方式】
[0028] 下面列舉一部分具體實施例對本發明進行說明，有必要在此指出的是以下具體實 施例只用於對本發明作進一步說明，不代表對本發明保護範圍的限制。其他人根據本發明 做出的一些非本質的修改和調整仍屬於本發明的保護範圍。
[0029] 實施例1
[0030] 本實施例用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，由聚環氧琥珀酸溶液和水解聚馬來酸 酐溶液組成，二者的質量比為1: 1，其中聚環氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量為40%，水 解聚馬來酸酐溶液的初始質量百分含量為40 %，複合阻垢劑用於循環冷卻海水阻垢時，聚 環氧琥珀酸溶液的用量為每1L原始海水中0. 5mg(即在原始海水中聚環氧琥珀酸溶液的初 濃度），循環時再被濃縮2. 5倍，水解聚馬來酸酐溶液的用量為每1L原始海水中0. 5mg，循 環時再被濃縮2. 5倍。
[0031] 實施例2
[0032] 本實施例用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，由聚環氧琥珀酸溶液和水解聚馬來酸 酐溶液組成，二者的質量比為1:0. 8,其中聚環氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量為30%, 水解聚馬來酸酐溶液的初始質量百分含量為30%，複合阻垢劑用於循環冷卻海水阻垢時， 聚環氧琥珀酸溶液的用量為每1L原始海水中0. 35mg，循環時再被濃縮2倍，水解聚馬來酸 酐溶液的用量為每1L原始海水中0. 28mg、循環時再被濃縮2倍。
[0033] 實施例3
[0034] 本實施例用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，由聚環氧琥珀酸溶液和水解聚馬來酸 酐溶液組成，二者的質量比為1:1. 2,其中聚環氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量為50%， 水解聚馬來酸酐溶液的初始質量百分含量為50%，複合阻垢劑用於循環冷卻海水阻垢時， 聚環氧琥珀酸溶液的用量為每1L原始海水中0. 8mg，再被濃縮3倍，水解聚馬來酸酐溶液的 用量為每1L原始海水中0. 96mg，再被濃縮3倍。
[0035] 實施例4
[0036] 用碳酸鈣沉積法（中華人民共和國國家標準《水處理劑阻垢性能的測定一碳酸鈣 沉積法》（GB/T 16632-1996))測得的不同濃度複合阻垢劑及其組成單體的阻垢性能，如表 1所示。其中聚環氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量為40%，水解聚馬來酸酐溶液的初始 質量百分含量為40%,二者的質量比為1:1。
[0037] 表1不同濃度複合阻垢劑及其組成單體的阻垢效果
【權利要求】
1. 一種用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：由聚環氧琥珀酸溶液和水解聚馬 來酸酐溶液組成，所述複合阻垢劑中聚環氧琥珀酸和水解聚馬來酸酐的質量比為1:0. 8? 1. 2。
2. 根據權利要求1所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：所述複合阻垢 劑中聚環氧琥珀酸和水解聚馬來酸酐的質量比為1:1。
3. 根據權利要求1或2所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：所述的 複合阻垢劑用於循環冷卻海水阻垢時，所述聚環氧琥珀酸溶液的用量為每1L原始海水中 0. 25?lmg，循環時再被濃縮1?3. 5倍，所述水解聚馬來酸酐溶液的用量為每1L原始海 水中0. 25?lmg，循環時再被濃縮1?3. 5倍。
4. 根據權利要求3所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：複合阻垢劑用 於循環冷卻海水阻垢時，所述聚環氧琥珀酸溶液的用量為每1L原始海水中0. 5mg，循環時 再被濃縮1?2. 5倍，所述水解聚馬來酸酐溶液的用量為每1L原始海水中0. 5mg，循環時再 被濃縮1?2. 5倍。
5. 根據權利要求1或2所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：所述聚環 氧琥珀酸溶液的初始質量百分含量為30?50%。
6. 根據權利要求5所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：所述聚環氧琥 珀酸溶液的初始質量百分含量為40%。
7. 根據權利要求1或2所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：所述水解 聚馬來酸酐溶液的初始質量百分含量為30?50%。
8. 根據權利要求7所述的用於循環冷卻海水的複合阻垢劑，其特徵是：所述水解聚馬 來酸酐溶液的初始質量百分含量為40%。
【文檔編號】C02F5/10GK104291454SQ201410432588
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】付強, 謝學軍, 蘇偉, 陳天生, 範聖平, 馬存仁, 劉世念, 錢藝華, 盧國華, 羅超, 楊學才, 李清華, 梁華傑, 鄭穎曦 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 武漢大學