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工业循环冷却水处理阻垢剂发展现状与趋势分析

2015-11-17 11:18
路过的码农
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  对工业循环冷却水中常用阻垢剂的种类及性能进行了综述,重点介绍了有机多元磷酸阻垢缓蚀剂和水溶性聚合物阻垢分散剂,并简单介绍了几种其他类型的阻垢剂。指明了磷系配方存在的问题,对阻垢剂的发展前景做了展望,认为未来的阻垢剂将向着绿色环保型方向发展。

  冷却水在使用时不断循环和浓缩,水中的矿物质含量也会不断增加,从而引起设备管道结垢,腐蚀。污垢的存在不但会影响传热效率,还会产生垢下腐蚀。因此,循环水中防垢十分重要。目前,在工业循环冷却水处理过程中,大多采用投加化学药剂的方法控制污垢的形成。一般将能够防止水垢和污垢产生或者抑制其沉积生长的化学药剂统称为阻垢剂。阻垢剂在工业上常用的形式主要有阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂两种。阻垢缓蚀剂主要有以下类型:无机聚合磷酸盐,有机多元磷酸,葡萄糖酸和单宁酸等。目前循环水系统中多采用磷系配方,其中用的最多的是有机多元磷酸。阻垢分散剂主要是中,低相对分子质量的水溶性聚合物,包括均聚物和共聚物两大类,其中均聚物有聚丙烯酸及其钠盐,水解聚马来酸酐等,共聚物的品种较多,以丙烯酸系和马来酸系的两元或三元共聚物为主。

  1、有机多元磷酸阻垢缓蚀剂

  有机磷酸是一类阴极型缓蚀剂,它们又是一类非化学当量阻垢剂,具有明显的溶限效应(ThresholdEffect)。当它们和其他水处理剂复合使用时,可表现出理想的协同效应。它们对许多金属离子(如钙,镁,铜,锌等)具有优异的螯合能力,甚至对这些金属的无机盐类如硫酸钙,碳酸钙,硅酸镁等也有较好的去活化作用,因此大量应用于水处理中。目前它的品种还在不断的发展,所以是一类比较先进且有发展前途的药剂。但是磷的存在会对环境造成一定的影响。

  1.1 亚甲基膦酸型

  亚甲基膦酸型化合物是在水处理剂中应用较早的药剂之一。由于它能在水中与Ca2+,Mg2+,Zn2+,Fe2+等金属离子形成双五元环螯合物,因此它具有较好的阻碳酸钙垢的效果和对碳钢的缓蚀性能。常见的有氨基三亚甲基膦酸(ATMP),乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP),二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DETPMP),己二胺四亚甲基膦酸(HDTMP),甘氨酸二亚甲基膦酸(GDMP),甲胺二亚甲基膦酸(MADMP)。

  1.2 同碳二膦酸型

  同碳二膦酸型化合物中常见的有1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(HEDP)和1-氨基亚乙基-1,1-12二膦酸(AEDP)。其中HEDP是开发较早并用于水处理中的药剂之一。它能与金属离子形成六元环螯合物,其抗氧化性好于亚甲基膦酸型化合物,除对碳酸钙外,还对水合氧化铁和磷酸钙等水垢有较好的抑制效果。美国贝茨公司开发的羟基亚丙基二磷酸(HPDP)是国外20世纪80年代报道的性能优异的缓蚀阻垢剂,虽然在分子结构上只比HEDP增加了一个亚甲基,但它对Ca2+离子的控制能力却远远超过HEDP,并能有效的防止冷却水中产生碳酸钙,磷酸钙和硫酸钙垢,这对提高冷却水的浓缩倍数是有利的。艾仕云等对HPDP进行了系统研究,也证明HPDP是一种有开发和应用前途的兼具阻垢缓蚀性能的有效水质稳定剂。

  1.3 羧酸膦酸型

  在一些特殊场合,如高硬水,高pH水,换热表面温度比较高等苛刻工况条件,或在高浓缩倍数下运行的冷却水介质中,上述几种有机磷酸很难满足工艺要求。国内外水处理公司先后开发了更高效的羧酸膦酸型缓蚀阻垢剂,它们优异的缓蚀阻垢性能适用于各种苛刻工艺条件下运行。其中最具代表性的产品2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)和1,1'-二膦酸丙酸基膦酸钠(BPBP)。其中PBTCA是20世纪70年代初由德国的H。Geffers等首先研制并在20世纪80年代后期开发应用的。分子中有三个羧基和一个膦酰基,具有对金属离子较强的螯合能力,显示出了较强的缓蚀和阻垢能力。近几年来,华东化工学院和南京化工学院对其合成和应用进行了系统研究,实验表明PBTCA能耐酸,碱和氧化剂作用,在pH>14时仍不发生水解,热稳定性好,在高硬,高碱,高温情况下,其阻垢性能优于HEDP,ATMP,是优良的阴极型缓蚀剂。特别是在高剂量使用时,是一种高效缓蚀剂。

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