一种低磷高效缓蚀阻垢剂及其在工业循环冷却水阻垢方面的应用

摘要

本发明公开了一种低磷高效缓蚀阻垢剂及其在工业循环冷却水阻垢方面的应用；该缓蚀阻垢剂包含以重量份计的以下有效成分：1~3份的有机膦酸缓蚀阻垢剂、3~6份的低磷或无磷阻垢剂、3~8份的磺酸类聚合物阻垢剂、1~3份的锌盐。本发明缓蚀阻垢剂在水质条件Ca2+为120mg/L、Cl-为？60？mg/L、碱度为110？mg/L的工业循环水在浓缩3至6倍时，有着优异的阻CaCO3垢、阻Ca3（PO4）2垢及缓蚀率，药剂总含量8~20ppm，磷含量低于0.5ppm。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业循环冷却水缓蚀阻垢剂，具体涉及一种适合浓缩倍数3至6倍的工业循环冷却水系统阻CaCO₃垢率、阻Ca₃(PO₄)₂垢率及缓蚀率均大于90%，药剂总含量8~20ppm，且磷含量低于0.5ppm的缓蚀阻垢剂。

背景技术

工业生产中需要大量的水作为冷却介质来冷却产品和换热设备，冷却水的供需情况对整个企业工业用水、排水、节水乃至社会都有重大影响。因此，为减少冷却水系统的取水量，一般采取将直流冷却水改为循环冷却水并在高浓缩倍数下运行，减少排污水量，实现各种冷却水的高度重复利用。

然而，冷却水在循环使用过程中，由于水分的蒸发、空气中氧气的进入、水中营养物浓度增加等使冷却水系统加速发生结垢、腐蚀、菌藻滋生等水质问题。水垢在水冷却器传热面上沉积，使水冷器的传热效率大幅度降低，严重影响生产装置的正常运行；腐蚀造成水冷器和管线穿孔，给安全生产带来严重隐患。

为防止这些故障的发生，需向水中投加水处理药剂，达到缓蚀和阻垢等目的。有机膦处理方法是当前最为普遍的处理方法，药剂分子中含有羧酸基、酯基、磺酸基、膦酸基等多种特效官能团，对分散在水中的CaCO₃、Ca₃(PO₄)₂及氢氧化铁等溶性效果良好，并且水溶性好，与锌盐复配效果更佳。但使用量较大，致使磷含量在15ppm左右，耐氧化性差。目前上述处理方法中，排放废水中磷含量无法达到国家排放标准，易产生富营养化，破坏生态平衡。而使用铬酸盐、亚硝酸盐等无机缓蚀剂又具有较大的毒性。故需要开发一种高浓缩倍数的低磷高效缓蚀阻垢剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种低磷高效缓蚀阻垢剂，其应用于工业循环冷却水阻垢，加入该缓蚀阻垢剂后，工业循环水在浓缩3至6倍时阻CaCO₃垢率、阻Ca₃(PO₄)₂垢率及缓蚀率均大于90%，能显著降低腐蚀结垢等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种低磷高效缓蚀阻垢剂，包含以重量份计的以下有效成分：1~3份的有机膦酸缓蚀阻垢剂、3~6份的低磷或无磷阻垢剂、3~8份的磺酸类聚合物阻垢剂、1~3份的锌盐。

进一步的，所述的有机膦酸缓蚀阻垢剂为2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸或磷酰基羧酸共聚物中的一种或两种。

进一步的，所述的低磷或无磷阻垢剂为聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸中的一种或两种以任意比配成的混合物。

进一步的，所述的磺酸类聚合物阻垢剂为丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AA/AMPS）或丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-丙烯酸羟丙酯（AA/AMPS/HPA）其中的一种。

进一步的，所述的锌盐为醋酸锌或氯化锌。

制备所述的低磷高效缓蚀阻垢剂时，将所述有效成分加水进行混合，搅拌均匀即可得到低磷高效缓蚀阻垢剂。

本发明还涉及所得到的低磷高效缓蚀阻垢剂在工业循环冷却水阻垢方面中的应用。

本发明还涉及所得到的低磷高效缓蚀阻垢剂在工业循环冷却水高浓缩倍数时阻垢方面中的应用，尤其是浓缩倍数为3~6倍时。

使用时，每1吨工业循环冷却水中加入1~3g的有机膦酸缓蚀阻垢剂、3~6g的低磷或无磷阻垢剂、3~8g的磺酸类聚合物阻垢剂、1~3g的锌盐。

在本发明中，我们采取有机膦酸缓蚀阻垢剂、低磷或无磷阻垢剂、磺酸类聚合物阻垢剂、锌盐进行复配得到一种适用于工业循环冷却水的缓蚀阻垢剂。有机膦酸缓蚀阻垢剂具有膦酸和羧酸的结构，使其具有良好的阻垢和缓蚀性能，能提高锌的溶解度，复配协同效果好；低磷或无磷的缓蚀阻垢剂，缓蚀阻垢效果极佳，与有机膦复配有良好的协同增效作用；磺酸类聚合物阻垢剂分子结构中含有阻垢分散性能较好的羧基和强极性的磺酸基，能提高钙的容忍度，特别适用于高浓缩倍数循环冷却水。加入该缓蚀阻垢剂后，工业循环水在浓缩3至6倍时阻CaCO₃垢率、阻Ca₃(PO₄)₂垢率及缓蚀率均大于90%，药剂总含量8~20ppm，且磷含量低于0.5ppm；可提高冷却水的重复利用率，减少水资源消耗。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实例一：

该低磷高效缓蚀阻垢剂按重量百分比选取原料：

5%的2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸、3%的磷酰基羧酸共聚物、15%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、15%的聚天冬氨酸、5%的醋酸锌，其余为水。

实验水质（补充水水质）：钙硬度为120mg/L，总碱度为110mg/L，氯离子含量为60mg/L。

采用本发明的上述缓蚀阻垢剂和上述实验水（补充水水质）进行阻碳酸钙垢实验，药剂按补水量计总的加入量14mg/L，阻碳酸钙垢实验方法：取实验水（补充水水质），加入一定浓度的药剂，于80℃恒温水浴内蒸发浓缩至4倍，恒温静置10h，分析测定澄清液中的钙离子含量及磷含量。

阻碳酸钙垢率：98.83%，磷含量以P计：0.242ppm。

采用本发明的上述缓蚀阻垢剂和上述浓缩4倍的实验水（补充水水质）进行旋转挂片实验，实验方法参照GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》。

平均腐蚀速率：0.029mm/a，缓蚀率：96.17%。

实验水质（配水）：配水：Ca²⁺250ppm，PO₄^3-5ppm。

采用本发明的上述缓蚀阻垢剂和上述实验水（配水）进行阻磷酸钙垢性能测定。实验方法：在配置水中加入一定浓度的药剂，于80℃恒温水浴内静置10h，取样分析水中剩余的Ca²⁺和PO₄^3-的浓度，并计算阻磷酸钙垢率。

阻磷酸钙垢率：92.32%。

实例二：

缓蚀阻垢剂按重量百分比选取原料：

5%的2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸、8%的聚天冬氨酸、5%的醋酸锌、7%的聚环氧琥珀酸、15%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-丙烯酸羟丙酯，其余为水。

实验水质分别采用实例一中的补充水和配水。

采用本发明的上述缓蚀阻垢剂和上述浓缩3倍的补充水及配水按照实例一的方法分别进行阻碳酸钙垢实验、阻磷酸酸钙垢实验、旋转挂片实验及磷含量的测定，缓蚀阻垢剂按补水量计总的加入量8mg/L，结果如下：

阻碳酸钙垢率：95.22%；阻磷酸钙垢：91.33%；平均腐蚀率：0.064mm/a；缓蚀率：91.52%；磷含量：0.232ppm。

实例三：

缓蚀阻垢剂按重量百分比选取原料：

3%的磷酰基羧酸共聚物、5%的醋酸锌、20%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、18%的聚环氧琥珀酸、5%的2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸，其余为水。

实验水质分别采用实例一中的补充水和配水。

采用本发明的上述缓蚀阻垢剂和上述浓缩5倍的补充水及配水按照实例一的方法进行阻碳酸钙垢实验、阻磷酸酸钙垢实验、旋转挂片实验及磷含量的测定，缓蚀阻垢剂按补水量计总的加入量16mg/L结果如下：

阻碳酸钙垢率：93.75%；阻磷酸钙垢：92.64%；平均腐蚀率：0.037mm/a；缓蚀率：95.03%；磷含量：0.389ppm。

实例四：

缓蚀阻垢剂按重量百分比选取原料：

9%的磷酰基羧酸共聚物、9%的氯化锌、24%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-丙烯酸羟丙酯、18%的聚环氧琥珀酸，其余为水。

实验水质分别采用实例一中的补充水和配水。

采用本发明的上述缓蚀阻垢剂和上述浓缩6倍的补充水及配水按照实例一的方法进行阻碳酸钙垢实验、阻磷酸酸钙垢实验、旋转挂片实验及磷含量的测定，缓蚀阻垢剂按补水量计总的加入量20mg/L结果如下：

阻碳酸钙垢率：92.33%；阻磷酸钙垢：93.27%；平均腐蚀率：0.035mm/a；缓蚀率：96.24%；磷含量：0.423ppm。

通过上述的实验结果可以表明，采用本发明的低磷高效缓蚀阻垢剂，适用于高浓缩倍数的工业循环冷却水系统。当循环冷却水浓缩倍数在3至6倍时，阻碳酸钙和阻磷酸钙垢率及缓蚀性能都在90%以上，其中平均腐蚀速率低于国家腐蚀速率控制平均标准（0.075mm/a），表明复合配方有着优异的阻碳酸钙垢和阻磷酸钙垢性能，缓蚀效果较佳，并且工业循环冷却水中总磷含量低于0.5ppm，药剂含量8~20ppm。该复合配方属于高效低磷配方，所以水质的排放不会造成环境污染。

以上所述的实施例仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明的范围进行限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明设计精神的前提下，利用上述提示的技术内容作出的各种变形与改进，仍属于本发明技术方案的保护范围。