專利名稱：高效無磷緩蝕阻垢分散劑及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，涉及一種處理循環(huán)冷卻水的高效無磷 阻垢分散劑及其定制化生產工藝及成套應用技術。
背景技術：
在工業(yè)用水的重復使用率上發(fā)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(huán)冷卻水的濃縮倍率絕大多數在2-3 倍的水平，從節(jié)能節(jié)水來說，這無疑是資源的巨大浪費。為了節(jié)約水資源需要提供水的重復 利用率，而在水的重復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(wěn)定劑，如阻垢緩蝕劑、殺菌滅藻劑。而目前國內循環(huán)冷卻水處理常用的阻 垢緩蝕劑有聚磷酸鹽、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被應用的最為普遍，但由于其含磷量高，排污時會有 大量的磷酸鹽排入環(huán)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 < 1. Omg/L)。因此，從九十年代初一些發(fā)達的國家就開始研究水處理劑的無磷和無磷化 處理技術，特別是無磷化處理，有利于減少循環(huán)水中細菌、微生物的營養(yǎng)源，減少殺菌劑用 量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提出一種符合環(huán)保排放要求的前提下，易于水解的 處理循環(huán)冷卻水無磷配方的阻垢緩蝕制劑，并在工業(yè)應用中真正能做到無磷、環(huán)保、高效、 易生產、易控制。本發(fā)明的一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑它是由不同比例的緩蝕劑、阻垢分散劑和 穩(wěn)定劑、再配合一定量的熒光示蹤劑及適量去離子水復合而成的配方產品。該產品以質量 百分數為基準，其組成為 10% N-月桂?；彼帷?5%鉬(鎢)酸鹽、 2% 噻唑(苯丙噻唑或甲基苯丙噻唑或巰基苯丙噻唑)、1% 10%無水氯化鋅、 30%丙 烯酸-2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AA/AMPS)共聚物及 10%聚丙烯酸鈉(PAA)、
5% 二甲基甲酰胺、 10%的示蹤劑，余量為去離子水。其中緩蝕劑是由 10% N-月桂酰基氨酸、 5%鉬(鎢)酸鹽、 2%噻唑(苯丙噻唑或甲基苯丙噻唑 或巰基苯丙噻唑)、1 % 10 %無水氯化鋅組成；阻垢分散劑是由1 % 30 %丙烯酸-2-甲 基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AA/AMPS)共聚物及 10%聚丙烯酸鈉(PAA)組成；穩(wěn)定劑 是由 5%二甲基甲酰胺組成。示蹤劑是由含有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、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，它具有熒光性、水溶性和分 散性，它與各水處理劑有優(yōu)良的協(xié)同效應，能與金屬離子形成穩(wěn)定的五元環(huán)。本發(fā)明一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑是一種復合配方制劑，具體配比需要依據水 質不同采用不同配比。本發(fā)明的一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑理化性能為外觀無色或淡黃色或棕色液體，無沉淀密度(20°C)，g/cm31. 00 1. 20鉬(鎢)酸鹽含量，％^ 5.0
PH值(1%水溶液)彡6.0固體含量，％^ 15. 0唑類含量，%彡0.8本發(fā)明一種高效無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(fā)明的生產工藝為在反應釜中加入適量蒸餾水， 啟動攪拌器，一邊攪拌，一邊按下列次序分別加入 5%二甲基甲酰胺、 30% AA/ AMPS共聚物、 10% N-月桂?；彼?、 5%鉬(鎢)酸鹽、 10%聚丙烯酸鈉 (PAA)、1% 2%噻唑(苯丙噻唑或甲基苯丙噻唑或巰基苯丙噻唑)、1% 10%無水氯化鋅 和 10%示蹤劑，原料加完后補足蒸餾水至定量，室溫下攪拌1小時-過濾，過濾清液 包裝。本發(fā)明一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑按照HG/T20M-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(tài)模擬試驗方法》進行阻垢性能和緩 蝕性能正交評定試驗確定配方中各單體最佳投加比例。本發(fā)明的一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑可廣泛地適用于硬度加堿度小于1 IOOmg/ L，氯離子小于1000mg/L，pH6. 8 9. 5，濁度小于20NTYU的循環(huán)水水質中。本發(fā)明的一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑在循環(huán)水中投加濃度按補沖水量計為 50 80mg/L，循環(huán)水中控制鉬(鎢)酸鹽小于1 5mg/L，為了精確控制循環(huán)水中本發(fā)明的 藥劑濃度，藥劑中添加 10%的示蹤劑，通過在循環(huán)水中的熒光強度的變化，配合熒光 示蹤監(jiān)測控制儀的控制，能夠直接反映水處理藥劑在循環(huán)水的濃度，便于實現(xiàn)在線自動化 加藥，大大提高了水處理藥劑濃度的監(jiān)測穩(wěn)定性的可控制性和科學、經濟的管理。本發(fā)明的一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑與其他無磷或無磷配方產品相比具有如 下一些優(yōu)點①適用范圍廣，可以廣泛的適用于各種水源水質，僅需調節(jié)配方比例即可；② 阻垢率高，本發(fā)明中選用的N-月桂酰基氨酸分子中含有多個極性基團，在水溶液中對狗3+、 Cu2+、Ca2+等離子具有極好的絡合能力形成穩(wěn)定的五元環(huán)或六元環(huán)的螯合型防腐蝕保護膜， 并對這些離子的許多鹽類也有很好的去活化作用。因此，在本發(fā)明中它用做阻垢、緩蝕劑， 同時也用做分散劑，本發(fā)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 (-SO3H)、弱酸基團(-C00H)、非離子基團(-C-0-R，-C = 0，_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著強的吸附作用，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，從而有助于難溶鹽解離，而 非離子基團對固懸物有著較強的吸附作用，并將其分散在水中。這些基團經有效結合產生 協(xié)同效應，使藥劑具有良好的阻垢分散性能。本發(fā)明中選用的N-月桂?；彼岷卸鄠€羧基(-C00H)，AA/AMPS共聚物同時含 有強酸基團(-SO3H)、弱酸基團(-C00H)、非離子基團(-C-0-R，-C = 0，-0H)可以有效的阻 止碳酸鹽、硫酸鹽和鋅鹽的沉積，因此具有優(yōu)異的阻垢和緩蝕性能，且耐高溫，耐氯分解，含 磷量低，對環(huán)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(fā)揮很強的阻垢作用；③緩蝕性能強，配方中選用N-月桂?；彼?、鋅鹽、鉬(鎢)酸鹽 和甲基苯丙噻唑等緩蝕劑具有協(xié)同作用，可以有效的防止碳鋼、不銹鋼、銅等多種材質的腐 蝕；④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(huán)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；⑤可以實現(xiàn)智能化自動加藥控 制，配方中添加的熒光示蹤劑，配合熒光檢測設備實現(xiàn)精確加藥、自動控制。綜上所述，本發(fā)明一種高效無磷緩蝕阻垢分散劑用于循環(huán)冷卻水處理，緩蝕阻垢 性能能夠滿足GB 50050-2007工業(yè)循環(huán)水設計規(guī)范規(guī)定要求，適用水源水質范圍廣，具有 無磷、環(huán)保、抗氯性強，適用于自動加藥控制使用方便等優(yōu)點。本發(fā)明的實施例。1.實施例 1 適用于5倍濃縮倍數長江水系水源水質高效無磷緩蝕阻垢分散劑制備及應用①本發(fā)明配方1適合某石化企業(yè)五倍濃縮倍數以上的水源水質的循環(huán)水高效無磷緩蝕阻垢分散 劑的制各根據正交試驗確定以下配方(質量百分比)二甲基甲酰胺、10%AA/AMPS共 聚物、5 % PAA聚合物、10 % N-月桂?；彼?、3 %無水氯化鋅、4 %的鉬酸鈉、1 %苯丙噻唑和 3%熒光示蹤劑的復配劑。②產品質量指標
外觀淡黃色至淡藍色液體，無沉淀
密度(20 0C )，g/cm31. 199
總磷酸鹽含量(以PO43_計)，% ^ 0. 81
正磷酸鹽(以PO33_)含量％彡 0. 01
亞磷酸鹽(以Po33-)含量％彡 0. 02
PH值(1%水溶液)彡 5. 78
固體含量，<%彡 23. 34
鋅鹽(以Si2+計)含量，％彡 1. 45
唑類含量，％彡 1. 32
③產品現(xiàn)場應用及效果
研發(fā)的產品批號為090805的無磷緩蝕阻垢分散劑在揚子石化熱電廠熱電廠
循環(huán)水中進行應用，揚子石化熱電廠電1循系統(tǒng)循環(huán)水量35000m3/h，保有水量21000m3， 材質為碳鋼、黃銅；電2循系統(tǒng)循環(huán)水量17500m3/h，保有水量10500m3，材質為碳鋼、黃銅。 加藥控制采用NJS-III型熒光示蹤自動加藥系統(tǒng)，實現(xiàn)加藥量、補水、排污、pH、電導率、濁 度等項目的自動檢測控制。處理效果為循環(huán)水濃縮倍率大于5倍，總硬度200 400mg/L、總堿度200 400mg/l，氯離子高達300mg/l，碳鋼掛片腐蝕速率小于0. 0142mm/a,銅掛片腐蝕速率小于 0. 0012mm/a，污垢沉積率僅為1. OO^icm，循環(huán)水中膦酸鹽(以PO43I+ )控制在1 1. 5mg/ L，排污水中磷酸鹽含量(以P計)小于0. 5mg/L符合一級環(huán)保排放要求。2.實施例 2 適用于8倍濃縮倍數低硬度、低堿度水源水質高效無磷緩蝕阻垢分散劑制備及應 用①本發(fā)明配方2適合某企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)低硬度、低堿度八倍濃縮倍數以上的水源水質的循環(huán)水高 效無磷緩蝕阻垢分散劑的制備
根據正交試驗確定以下配方(質量百分比)5%二甲基甲酰胺、15% AA/AMPS共 聚物、10 % PAA聚合物、15 % N-月桂?；彼帷? %的鉬酸鈉、1 %苯丙噻唑、3 %無水氯化鋅 和2%熒光示蹤劑復配劑。②產品質量指標
外觀淡黃色至淡藍色液體，無沉淀
密度(20 0C )，g/cm31. 178
總磷酸鹽含量(以PO43_計)，％^ 0. 11
正磷酸鹽(以PO33_)含量％彡 0. 01
亞磷酸鹽(以Po33-)含量％彡 0. 01
PH值(1%水溶液)彡 5. 01
固體含量，<%彡 25. 99
鋅鹽(以Si2+計)含量，％彡 1. 28
唑類含量，％彡 1. 40
③產品現(xiàn)場應用及效果
研發(fā)的產品批號為081004的無磷緩蝕阻垢分散劑在某循環(huán)水中進行應用，系統(tǒng)
循環(huán)水量5000m7h，保有水量2000m3，材質為碳鋼、不銹鋼。加藥控制采用NJS-III型熒 光示蹤自動加藥系統(tǒng)，實現(xiàn)加藥量、補水、排污、PH、電導率、濁度等項目的自動檢測控制。處理效果為循環(huán)水濃縮倍率大于8倍，總硬度高達750mg/L，堿度150 250mg/ 1，氯離子小于300mg/l，碳鋼掛片腐蝕速率小于0. 0102mm/a,不銹鋼掛片腐蝕速率小于 0. OOOlmm/a，污垢沉積率僅為1. 123mcm，循環(huán)水中瞵酸鹽(以PO43I+ )控制在1 1. 5mg/ L，排污水中磷酸鹽含量(以P計)小于0. 5mg/L符合一級環(huán)保排放要求。3.實施例 3 適用于高氯根水源水質高效無磷水處理制劑制備及應用①本發(fā)明配方3適合某石化回收高氯根污水倍5倍濃縮倍數以上的水源水質的循環(huán)水高效無磷 緩蝕阻垢分散劑的制備根據正交試驗確定以下配方(質量百分比)5%二甲基甲酰胺、 10% AA/AMPS共聚物、IOPAA聚合物、15% N-月桂?；彼帷?%的鎢酸鈉、2%甲基苯丙噻 唑、4%無水氯化鋅和2%熒光示蹤劑復配劑。②產品質量指標外觀淡黃色至淡藍色液體，無沉淀密度(20°C)，g/cm31. 188總磷酸鹽含量(以P043_計)，％ 彡0. 73正磷酸鹽(以PO33O含量，％ ^ 0.01亞磷酸鹽(以PO33O含量，％ ^ 0.01pH值(1 %水溶液)彡4. M固體含量，％彡28. 11鋅鹽(以Si2+ 計)含量，%^ 1.40唑類含量，%^ 1.98③產品現(xiàn)場應用及效果
研發(fā)的產品批號為090801的無磷緩蝕阻垢分散劑在某石化煉油II型循環(huán)水中進 行應用，煉油II型系統(tǒng)循環(huán)水量8000m7h，保有水量7000m3，材質為碳鋼、不銹鋼。加藥 控制采用NJS-III型熒光示蹤自動加藥系統(tǒng)，實現(xiàn)加藥量、補水、排污、pH、電導率、濁度等 項目的自動檢測控制。處理效果為循環(huán)水濃縮倍率大于4倍，總硬度高達600mg/L，氯離子小于850mg/ L，COD小于60mg/l，碳鋼掛片腐蝕速率小于0. 0412mm/a,不銹鋼掛片腐蝕速率小于 0. 0021mm/a,污垢沉積率僅為2. 23mcm,循環(huán)水中膦酸鹽(以P043_計)控制在1 1. 5mg/ L，排污水中磷酸鹽含量(以P計)小于0. 5mg/L符合一級環(huán)保排放要求。4.實施例 4 適用于高硬度、高堿度水源水質高效無磷水處理制劑制備及應用①本發(fā)明配方4適合某化肥廠高硬度、高堿度4倍濃縮倍數以上的水源水質的循環(huán)水無磷緩蝕阻 垢分散劑的制備根據正交試驗確定以下配方(質量百分比)3%二甲基甲酰胺、15% AA/ AMPS共聚物、15% PAA聚合物、18% N-月桂酰基氨酸、4%的鎢酸鈉、1 %甲基苯丙噻唑、4% 無水氯化鋅和3%熒光示蹤劑復配劑。②產品質量指標外觀密度(20°C)，g/cm3總磷酸鹽含量(以P043_計)，正磷酸鹽(以P033_)含量，%亞磷酸鹽(以PO33O含量，%pH值(1%水溶液)固體含量，％鋅鹽(以Si2+計)含量，％唑類含量，％③產品現(xiàn)場應用及效果研發(fā)的產品批號為090201的無磷緩蝕阻垢分散劑在某化肥廠循環(huán)水中進行 應用，該化肥廠系統(tǒng)循環(huán)水量5000m7h，保有水量1600m3，材質為碳鋼。加藥控制采用 NJS-III型熒光示蹤自動加藥系統(tǒng)，實現(xiàn)加藥量、補水、排污、pH、電導率、濁度等項目的自動 檢測控制。處理效果為循環(huán)水濃縮倍率大于4倍，總硬度600mg/L，總堿度500mg/l，氯離子 高達700mg/L，碳鋼掛片腐蝕速率小于0. 0342mm/a，不銹鋼掛片腐蝕速率小于0. 0022mm/a, 污垢沉積率僅為2. 58mcm,排污水中磷酸鹽含量(以P計)小于0. 5mg/L符合一級環(huán)保排放 要求。
淡黃色至淡藍色液體，無沉淀 1. 178 % 彡 0. 63 彡 0. 01 彡 0. 01 彡 4. 98 ^ 28. 11
彡 1. 40 彡 0. 98
權利要求
1.高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于該高效無磷緩蝕阻垢分散劑由緩蝕劑、阻垢 分散劑、穩(wěn)定劑、熒光示蹤劑及去離子水復合配制成，該產品以質量百分數為基準，其組成 為 10% N-月桂?；彼?、 5%鉬或鎢酸鹽、 2%噻唑、 10%無水氯 化鋅、 30%丙烯酸-2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸共聚物及 10%聚丙烯酸鈉、 5%二甲基甲酰胺、 10%的示蹤劑，余量為去離子水。
2.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于理化性能為以下％皆 為質量百分比外觀無色或淡黃色或棕色液體，無沉淀密度(20°C )，g/cm31.00 1.20鉬(鎢)酸鹽含量，％^ 5.0PH值(1%水溶液)彡6.0固體含量，％^ 15.0唑類含量，％^ 0.8
3.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于緩蝕劑是由質量百分比 10% N-月桂?；彼帷?5%鉬或鎢酸鹽、 2%噻唑、 10%無水氯化鋅組成。
4.如權利要求1或3所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于噻唑為苯丙噻唑或 甲基苯丙噻唑或巰基苯丙噻唑。
5.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于阻垢分散劑是由 30%丙烯酸-2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸共聚物及 10%聚丙烯酸鈉組成。
6.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于穩(wěn)定劑是由 5%二 甲基甲酰胺組成。
7.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑，其特征在于示蹤劑是含羥基吡啶衍 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、丙烯酰胺、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，具有熒光性、水溶性和分散性，與各水處理劑有優(yōu)良的協(xié)同效應。
8.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑的制備方法，其特征在于在反應器中 加入適量去離子水，啟動攪拌器，一邊攪拌，一邊按下列次序分別加入3% 6%二甲基甲 酰胺、 10% N-月桂?；彼?、5% 15%丙烯酸-2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸共聚 物、 10%聚丙烯酸鈉、 5%鉬或鎢酸鹽、 2%噻唑、3% 6%無水氯化鋅、和 3% 6%示蹤劑，原料加完后補足去離子水至定量，攪拌后過濾，過濾清液包裝即得高效無 磷緩蝕阻垢分散劑。
9.如權利要求1所述的高效無磷緩蝕阻垢分散劑的應用，其特征在于分散劑用于硬度 加堿度小于1100mg/L，氯離子小于1000mg/L，pH6. 8 9. 5，濁度小于20NTYU的循環(huán)水水 質中，在循環(huán)水中投加濃度按補充水量計為50 80mg/L，循環(huán)水中投加濃度以熒光強度計 3 4mg/L。
10.如權利要求9所述的分散劑的應用，其特征是廣泛的適用于長江、黃河、松花江水 源及沿海中低等硬度、中低堿度、中高氯根水源水質的循環(huán)水5倍以上高濃縮倍數運行。
全文摘要
高效無磷緩蝕阻垢分散劑及其制備方法和應用，屬環(huán)境保護技術領域。是依據水源水質不同，由緩蝕劑、阻垢分散劑、穩(wěn)定劑、熒光示蹤劑及去離子水復合配制成不同配方的無磷緩蝕阻垢分散劑，本發(fā)明在循環(huán)水中投加濃度按補充水量計為50～80mg/L，以熒光強度計投加濃度3～4mg/L，可廣泛地適用于硬度加堿度小于1100mg/L，氯離子小于1000mg/L，pH6.8～9.5，濁度小于20NTYU的循環(huán)水水質中；特別適用長江中下游水源水質的循環(huán)水5倍以上高濃縮倍數運行，阻垢緩蝕性能能夠滿足GB 50050-2007工業(yè)循環(huán)水設計規(guī)范規(guī)定要求，具有易于水解、無磷、環(huán)保、抗氯性強，適用于自動加藥控制使用方便等優(yōu)點。
文檔編號C02F5/12GK102139967SQ201110030130
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權日2011年1月28日
發(fā)明者孫軼民, 曾玉, 馬俊 申請人:南京工大開元化學有限公司