多元复合水处理剂 【技术领域】
本发明涉及一种多元复合水处理剂，尤其是一种以三元共聚物为主的工业循环水处理剂。
背景技术
工业上一般在冷却水中加入水处理剂来降低腐蚀及结垢。对于以较高硬度及碱度水(硬度或碱度＞200mg/L，硬度或碱度以CaCO3计，下同)为补充水的冷却水系统，目前虽有较多的水处理配方，但主要问题是：1)选用的组分及组分配比没有将药剂的协同性得到更大的体现；2)组分的选择没有有效地体现综合阻垢缓蚀及稳定性的要求；3)应符合环保的趋势，使排水尽量做到无磷或低磷，药剂低毒或无毒；4)应体现低量及高效的原则。CN1258649公开了一种多元复配阻垢缓蚀剂，包括有机膦酸(4～15mg/l)、含磺酸基共聚物(4～15mg/l)、锌盐(1.5～5mg/l)以及视具体情况而存在的铜材缓蚀剂(0.5～1.5mg/l)。适宜在浓缩倍数为2.3±0.2的条件下使用。由于环境、人口及工业化等因素，水资源的承载能力面临严峻的考验。目前工业用水占城市用水量的70％左右，冷却水约占工业用水的60～70％。浓缩倍数K是循环水的一个重要指标，它的大小决定了节水的水平，决定水的重复利用率的高低，浓缩倍数与节水率的关系见表1。因此，在保证水处理剂抗腐蚀及阻垢效果的同时最大限度地提高浓缩倍数从而节约用水是极具意义的。
表1 浓缩倍数与节水率
浓缩倍数K 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 4.0 5.0补充水量m3/hr 1020 595 453 382 340 255 227 212排污水量m3/hr 840 415 273 202 160 75 47 32K＝1.2为基准的节水量节水量m3/hr 425 567 638 680 765 792 808节水率％ 42 56 63 66.6 75 78 80K＝1.2为基准的排污降低量排污量m3/hr 425 567 638 680 765 792 808排污降低率％ 50 67.5 76 81 91 94.4 96
注：条件为循环水量10000m3/hr；循环水蒸发损失1.7％，飞溅损失0.1％；生产泄漏为零。
【发明内容】
本发明地目的在于提供一种改进的多元复合水处理剂，在保持防腐及阻垢效果的同时最大限度地提高节水率。本发明多元复合水处理剂主要由含磺酸基的三元共聚物、有机膦酸、锌盐及金属缓蚀剂组成，其重量(有效浓度)比为20～40∶1～10∶0.5～4∶0～3，对于较高硬度及碱度的水质，建议比例范围为25～35∶1～10∶0.5～1∶0～2，锌盐重量以锌计。适宜本发明的含磺酸基的三元共聚物包括丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基膦酸(AA/AMPS/AMPP)、丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/丙烯酰胺(AA/AMPS/AM)、丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/丙烯酸羟丙酯(AA/AMPS/HPA)、丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸/苯乙烯磺酸(AA/AMPS/SS)等，其不仅对碳酸钙，而且对磷酸钙、硫酸钙等垢有较优异的抑制作用。适宜本发明的有机膦酸包括羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、2-膦酰基丁烷-1，2，4三羧酸(PBTCA)、亚乙基二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)等，它有较好的稳定性及抗氧化性。适宜本发明的锌盐包括硫酸锌、氯化锌，能够在金属表面形成保护膜。适宜本发明的金属缓蚀剂包括巯基苯并噻唑(MBT)、苯并三氮唑(BTA)、甲基苯并三氮唑(MBTA)，对有色金属有较好的缓蚀作用，因此在循环水系统中有有色金属换热器时使用。本发明多元复合水处理剂适宜在pH大于7.2，最好在8.0～9.0之间的水系，这样能够保证各组份均能发生作用，建议浓缩倍数在3.0～3.7之间，更适宜于3.5。当水处理剂有效浓度为30％时，在硬度及碱度均不高，浓缩倍数小于3.5的条件下，水处理剂投加浓度控制在30～40mg/L，高硬度及碱度的水质，或浓缩倍数大于3.5时，投加浓度为40～50mg/L。
本发明多元复合水处理剂可用常规方法配制。例如按最终水处理剂有效浓度计，根据配比算出各组份用量，倒入水及各组分，搅拌，将温度升至70～75℃，保持10～15分钟后冷却至常温即可，得到产品为半透明液体。
本发明由于调整了组份含量，尤其是将含磺酸基三元共聚物的有效浓度提高到20～40mg/l，再配合其它组份从而在保证防腐及阻垢效果的同时大大提高了水处理剂的浓缩倍数。采用中石化的《冷却水分析和实验方法》中静态阻垢评定实验方法，通过实验分析得出阻垢率80％以上，腐蚀速度0.04mm/a以内。
【具体实施方式】
改变含磺酸基三元共聚物、有机磷酸、锌盐、金属缓蚀剂的种类及用量进行实施例1-7，原料配比及试验结果见表2。
表2 原料配比及试验结果
序号 腐蚀速度 mm/a 阻垢率 ％ 药剂配比实施例1 0.040 80.6 AA/AMPS/HPA∶HEDP∶Zn2+＝20∶6∶1实施例2 0.019 87.20 AA/AMPS/HPA∶HEDP∶Zn2+＝30∶5∶1实施例3 0.040 81.60 AA/AMPS/HPA∶PBTCA∶Zn2+＝20∶10∶1实施例4 0.040 80.36 AA/AMPS/AM∶HEDP∶Zn2+＝20∶8∶1实施例5 0.037 80.23 AA/AMPS/AMPP∶HEDP∶Zn2+＝20∶5∶1实施例6 0.023 91.80 AA/AMPS/HPA∶HEDP∶BTA∶Zn2+＝30∶5∶1∶1实施例7 0.030 92.10 AA/AMPS/HPA∶HEDP∶BTA∶Zn2+＝35∶5∶1∶2
上述试验所用水质见表3，
表3 实验用水水质
项目PH电导率μS/cm总碱mg/L总硬mg/L钙离子mg/L氯离子mg/L总溶固mg/L浊度mg/L分析值8.34801652301366032.23
腐蚀速度、阻垢率试验均采用中石化的《冷却水分析和实验方法》中的相关方法进行。相关计算公式为：
：试件的腐蚀矢量(g)
A：试件的面积(cm2)
T：腐蚀试验时间(hr)
ρ：试件材料的密度(kg/m3)
阻垢率按下式计：
Ca02+-试液试验前实测的Ca22+浓度再乘以浓缩倍数而得的理论Ca2+浓度
Ca12+-加阻垢剂的浓度，试验后的Ca2+浓度
Ca22+-不加阻垢剂试液(空白)在相同试验条件下的Ca2+浓度
根据实施例2配比制备有效浓度30％的水处理剂，应用于一原油催裂化装置，其保有水量800m3，循环量2000m3，换热器均为碳钢，系统有少量的油泄漏。补充水水质情况见表4。
表4：水质分析结果
项目PH电导率μS/cm总碱mg/L总硬mg/L钙离子mg/L氯离子mg/L总溶固mg/L浊度mg/L分析值8.3520165272126213203.5
在自然浓缩状态下，pH范围在8.0～9.0内，浓缩倍数为3.1～3.2，异养菌数小于1×105个/ml，使用浓度为50mg/L，腐蚀速度见表5。
表5：腐蚀速度 单位：mm/a
根据实施例6配比制备有效浓度30％的水处理剂，应用于一年产30万吨合成氨的化肥厂循环水系，其保有水量10000m3，循环量为30000m3，材质以碳钢为主，有少量铜及白钢，其补充水水质同表4。
在自然浓缩状态下，pH范围在8.0～9.0内，浓缩倍数为3.3～3.5，浊度小于10，异养菌数小于1×105个/ml，使用浓度为50mg/L，腐蚀速度及粘附速率见表6
表6：各材质的粘附速率与腐蚀速度