專利名稱：二氧化硅和硅酸鹽結(jié)垢的抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制二氧化硅在水性體系中結(jié)垢。更特別地，本發(fā)明涉及到在冷卻和鍋爐水系統(tǒng)中使用包括膦酸的協(xié)同組合物抑制二氧化硅/硅酸鹽的結(jié)垢。
在某些系統(tǒng)中，一種特別類型的沉積物，二氧化硅，是特別令人討厭的。其中用于冷卻系統(tǒng)的水和制冷工業(yè)熱交換器的水直接取自于湖，河、池塘或城市水資源，存在有各種含量的溶解和懸浮的固體，包括二氧化硅。在一些工藝?yán)缋鋮s系統(tǒng)中，當(dāng)濃縮水或使水循環(huán)時(shí)，問題就出現(xiàn)了。當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，二氧化硅濃度增加，這既使沉積易發(fā)生，又加大了沉積的程度。二氧化硅濃度的增加也使單體二氧化硅聚合形成凝膠和/或膠體二氧化硅，膠體二氧化硅能形成粘滯的沉積物。
在冷卻水系統(tǒng)中，二氧化硅和硅酸鹽化合物在與流經(jīng)整個(gè)系統(tǒng)的水相接觸的內(nèi)部金屬表面上形成沉積物。這樣，傳熱效率大大降低，這反過來對(duì)冷卻水系統(tǒng)的整體操作效率也產(chǎn)生有害的影響。二氧化硅和硅酸鹽的沉積既能在如閥、噴嘴和泵這些裝置上引起問題，也能在其它導(dǎo)管和管道表面引起問題。
雖然當(dāng)前的工業(yè)冷卻系統(tǒng)在將水輸入至水系統(tǒng)之前，對(duì)它進(jìn)行了復(fù)雜的外部處理如絮凝、過濾、軟化等，但是這些操作只是在一定程度上有效的。在所有情況下，外部處理本身并不提供足夠的處理，因?yàn)槟酀{、淤渣、粉沙和如硅酸鹽之類的溶解固體能夠逃脫這種處理，最終進(jìn)入系統(tǒng)中。
在自然界中，二氧化硅以大量的結(jié)晶的和無定形的形式出現(xiàn)，在水中它們都是微溶的，這導(dǎo)致了不受歡迎的沉積物的形成。硅酸鹽是由二氧化硅或硅酸衍生得到的鹽，特別是原硅酸鹽和偏硅酸鹽，它們可化合形成聚硅酸鹽。除了堿金屬類硅酸鹽，所有的這些物質(zhì)在水中都是微溶的。有可能形成許多不同形式的二氧化硅和硅酸鹽沉積物，在其它因素中，沉積物的形成形式依靠溫度和水的PH值。
為了解決淤渣、粉沙及包括二氧化硅的沉積問題，已使用了各種方法。USP 5,378,638公開了使用聚醚聚氨基亞甲基膦酸酯控制工業(yè)水系統(tǒng)中的二氧化硅/硅酸鹽沉積?？蓡为?dú)使用聚醚聚氨基亞甲基膦酸酯，也可與聚合物添加劑組合使用。
USP 5,078,879公開了單獨(dú)使用2膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸鹽或優(yōu)選地與如羧基/磺基聚合物之類的陰離子聚合物組合使用，以控制水性體系中二氧化硅/硅酸鹽沉積物的形成。
USP 4,933,090公開了使用選擇性的膦酸酯和任選地使用羧基/磺基/聚環(huán)氧烷聚合物，以控制二氧化硅/硅酸鹽的沉積。
USP 4,874,527公開了使用亞胺聚合物、膦酸酯和任選的含鉬酸鹽或硼酸鹽離子的物質(zhì)，以控制水性體系中二氧化硅/硅酸鹽的沉積。
USP 5,158,685公開了使用羥基膦酰基乙酸和丙烯酸/烯丙基羥丙基磺酸醚聚合物的組合物控制冷卻水系統(tǒng)中二氧化硅/硅酸鹽的沉積。
USP 5,300,231公開了聚醚聚氨基亞甲基磷酸酯與羥基膦酰基乙酸或氨基三亞甲基膦酸酯的組合使用，以控制各種工業(yè)水系統(tǒng)中的二氧化硅/硅酸鹽沉積。
USP 4,405,461公開了包含使用連接至少一對(duì)端基的胺或它們的氫鹵化物的處理方法，以控制含二氧化硅的水垢的沉積，其中所述端基選自于糠基和由一個(gè)或多個(gè)羥基和羰基取代的飽和或不飽和烴基。
本發(fā)明的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)對(duì)減少水性體系中二氧化硅/硅酸鹽的沉積來說，包括膦酸的協(xié)同組合物是有效的處理劑。本發(fā)明的方法包括向被處理的水性體系中加入有效量的包括膦酸的協(xié)同組合物。
本發(fā)明的對(duì)水性體系的處理劑是下列物質(zhì)的協(xié)同組合物膦酸(a)二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸)與(b)2膦?；⊥?1,2,4-三羧酸；高分子量的、3∶1的、丙烯酸/烯丙基羥丙基磺酸醚；環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物；聚環(huán)氧丁二酸及其鹽。
二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸)是從Solutia購(gòu)得的，商品名為Dequest2060。2膦?；⊥?1,2,4-三羧酸是從Bayer購(gòu)得的，商品名為BayhibitAM。環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物是從BASF購(gòu)得的，商品名為Pluronic L63和Pluronic L44。聚環(huán)氧丁二酸是從貝茨迪爾博恩公司購(gòu)得的，商品名為Coag 129。
可將有效量的協(xié)同組合物加入被處理的水性體系中。這里所用的術(shù)語有效量是為控制被處理系統(tǒng)中二氧化硅/硅酸鹽的沉積所必要的數(shù)量。一般來說，實(shí)際基于被處理的水性體系的總重量，有效量在大約1至100ppm的范圍內(nèi)。
這里所用的術(shù)語控制二氧化硅/硅酸鹽的沉積包括抑制二氧化硅聚合，二氧化硅、硅酸鹽、硅酸鈣、硅酸鎂和硅離子的閾值沉淀抑制，穩(wěn)定，分散，增溶和/或粒度減小。本發(fā)明的處理劑是閾值硅酸鹽沉淀抑制劑，它也穩(wěn)定、分散、增溶二氧化硅和硅酸鹽，并且通常減少任何沉淀物質(zhì)的粒度。
這里所用的水性體系意味著包括含有水的任何類型的系統(tǒng)，包括但并不限于，冷卻水系統(tǒng)、鍋爐水系統(tǒng)、脫鹽系統(tǒng)、氣體洗滌器水系統(tǒng)、蒸發(fā)器系統(tǒng)、造紙系統(tǒng)、采礦系統(tǒng)和類似的系統(tǒng)。
本發(fā)明的協(xié)同組合物的組分是熟悉水處理技術(shù)的人所熟知的，可從市場(chǎng)上購(gòu)得?？梢匀魏畏奖愕姆绞綄⒈景l(fā)明的處理物質(zhì)加入水性體系中。將本發(fā)明的處理物質(zhì)可同時(shí)分為一批或兩批處理或連續(xù)地加入水性體系中以在現(xiàn)場(chǎng)形成協(xié)同組合物。優(yōu)選的加入方法是補(bǔ)充水流。另外，其它傳統(tǒng)的水處理劑如緩蝕劑可與本發(fā)明的處理劑組合使用。
下面參照許多具體的實(shí)施例，進(jìn)一步描述了本發(fā)明，實(shí)施例是闡述性的，并不限制本發(fā)明的范圍。
將含有100ppm二氧化硅的合成的輸入水加入有和無處理劑的裝置中。在30-40分鐘內(nèi)，將輸入水濃縮近似10倍，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水中含有大約1000ppm的二氧化硅。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，移去逆向滲透膜，并分析二氧化硅以確定沉積在膜上的二氧化硅。將有化學(xué)處理的試驗(yàn)與對(duì)照試驗(yàn)(無化學(xué)處理)比較，計(jì)算二氧化硅抑制百分比。表1總結(jié)了所得結(jié)論。下列說明標(biāo)記了處理物質(zhì)。
說明符號(hào) 物質(zhì)A亞乙基三胺五(亞甲基膦酸)B2膦?；⊥?1,2,4-三羧酸C高分子量，3∶1，丙烯酸/烯丙基羥丙基磺酸醚D環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物，HLB=8-12E環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物，HLB=1-7F聚環(huán)氧丁二酸表1處理輸入速率(ppm活性)％二氧化硅抑制A 10.053A/F7.5/2.5 57A/F5.0/5.0 46A/F2.5/7.5 47F 10 49A/D7.5/2.5 56A/D5.0/5.0 50A/D2.5/7.5 59D 10 45A/E7.5/2.5 58A/E5.0/5.0 40A/E2.5/7.5 59E 10 37A/C7.5/2.557A/C5.0/5.054A/C2.5/7.523C 10 23A/B7.5/2.564A/B5.0/5.062A/B2.5/7.556B 10 27表1中數(shù)據(jù)表明協(xié)同組合物對(duì)二氧化硅的控制作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其中每個(gè)組分對(duì)二氧化硅有望達(dá)到的控制。
雖然參照具體的實(shí)施方案描述本發(fā)明時(shí)，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的許多其它形式和修改方案是很明顯的。所附的權(quán)利要求書和本發(fā)明意欲包括在本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有的明顯形式和修改方案。
權(quán)利要求
1.一種抑制二氧化硅/硅酸鹽化合物在與水性體系相接觸的表面沉積的方法，其包括向水性體系中加入有效量的下列物質(zhì)的協(xié)同組合物(a)二亞乙基三胺五亞甲基膦酸；和(b)選自于2膦?；⊥?1,2,4-三羧酸；高分子量的、比值為3∶1的、丙烯酸/烯丙基羥丙基磺酸醚共聚物；環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物；和聚環(huán)氧丁二酸及其鹽的材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以大約1至100ppm的劑量加入所述的協(xié)同組合物。
3.一種在水性體系中增溶二氧化硅和硅酸鹽的方法，其包括向水性體系中加入下列物質(zhì)的協(xié)同組合物(a)二亞乙基三胺五亞甲基膦酸；和(b)選自于2膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸；高分子量的、比值為3∶1的、丙烯酸/烯丙基羥丙基磺酸醚共聚物；環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物；和聚環(huán)氧丁二酸及其鹽的材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中以大約1ppm至100ppm的劑量加入所述的協(xié)同組合物。
5.一種在水性體系中分散二氧化硅和硅酸鹽化合物的方法，其包括加入下列物質(zhì)的協(xié)同組合物(a)二亞乙基三胺五亞甲基膦酸；和(b)選自于2膦?；⊥?1,2,4-三羧酸；高分子量的、比值為3∶1的、丙烯酸/烯丙基羥丙基磺酸醚共聚物；環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物；和聚環(huán)氧丁二酸及其鹽的材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中以大約1ppm至100ppm的劑量加入所述的協(xié)同組合物。
全文摘要
公開了一種控制含二氧化硅水垢的沉積和它們粘附到與水性體系相接觸的表面的方法,其包括在水性體系中加入下列物質(zhì)的協(xié)同組合物:(a)二亞乙基三胺五亞甲基膦酸和(b)一種選自于下列物質(zhì)的材料:2膦?；⊥椋?,2,4－三羧酸;高分子量的、比值為3∶1的、丙烯酸烯丙基羥基－丙基磺酸醚共聚物;環(huán)氧乙烷－環(huán)氧丙烷嵌段共聚物;聚環(huán)氧丁二酸及其鹽。
文檔編號(hào)C23F11/10GK1307649SQ99808074
公開日2001年8月8日 申請(qǐng)日期1999年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月30日
發(fā)明者唐納德·C·羅 申請(qǐng)人:貝茨迪爾博恩公司