化工专利号5866032翻译

水系统中垢的形成及其控制

摘要

为了控制水溶液形成水垢这一过程的发生，在水溶液体系的形成、沉积和腐蚀的过程中，在亚化学计量规模上描述其中的一个组成成分在数量上的解决方案，阻垢剂或者腐蚀抑制剂可以结合来替代单一阻垢剂。阻垢剂或者缓蚀剂可以是磷酸盐，例如羟基膦二磷酸、二磷-1,2,4-三元酸、2-羟基膦酰基乙酸、氨基膦酸酯聚物、共聚物和丙烯酸均聚物、马来酸、环氧琥珀酸酸、聚环氧琥珀酸等酸或者是它们的混合物。本发明中与被取代的物质相结合的化合物的一般结构如下所示：R-Xm-Yn，其中R是一种碳氢化合物，有4至18碳；X代表-NH-，-NY1-，-N->O，-N-OC-Y-O-或者-S-；n要大于或者等于1，m指0或者1，Y和Y1分别独立代表自己，是不可以互相取代的不同的羧酸，这样来说被取代的物质应该至少有两个羧酸官能团。

发明领域

本发明涉及到一种用于水处理的，抑制水结垢和腐蚀等的药剂。更具体地说，本发明涉及一种用于水溶液处理的药剂，其中包括可以代替物质组合的阻垢剂或者缓蚀剂。

发明背景

虽然目前已经发明了的合成物（阻垢剂）一般可以适合任何特定的系统，但是它对于系统的腐蚀还有已经形成的沉淀却是仍有潜在的问题，本发明将进行详细的讨论，因为它涉及到了循环冷却水系统。在含水系统中，当前的发明涉及到可以增强阻垢剂阻垢性能成分的比例。在工业循环冷却水系统中,像是河流、湖泊、池塘等水都可以加到热交换器里面用来作为冷却水。像这样的自然界的水中都含有大量的悬浮物质泥沙、粘土和有机废料等杂质。循环冷却水通过热交换器来进行冷却的典型是通过一个冷却塔，顶部是喷雾，底部是蒸发系统，可以实现水体的排放和重复使用。在这种系统中, 通过蒸发其中一部分水经过整个系统来实现冷却。因为整个过程所要发生的蒸发和冷却水，使得悬浮材料在水中不断地浓缩。来自补给水中的污垢或者因蒸发浓缩而浓度变大的杂质可能导致水流速度变慢，还可能导致腐蚀和热传递效率变低。像聚丙烯酰胺和丙烯酸酯已经是被用

于去除凝聚成松散的絮状物的细颗粒状态的泥土凝聚剂。然而，这些絮凝物在循环冷却系统中会附着在塔底上，需要经常的把这些絮凝物从塔底清理掉。

用于工业循环冷却水系统的水中也常常含有可以溶解的盐类，如钙盐、镁盐等,它们都可能导致垢的生成。其中在工业循环冷却水系统中最常见的一种水垢是碳酸钙沉淀。它通常是来源于可溶性盐中的钙离子与碳酸氢根离子的自然互相分离。碳酸钙溶解性相对来说较低，它的溶解度随温度的上升和pH值的变化而发生相应的变化。因此,碳酸钙的沉淀速度会随着温度和pH值的增大而上升。

像是磷酸盐，膦酸酯，聚马来酸，丙烯酸酯沉积物等常被用做阻垢剂来抑制工业循环冷却水系统中的钙变成碳酸钙。单独使用聚丙烯酸酯或者聚马来酸，在钙离子浓度高时没有效果，因为聚丙烯酸酯以及聚丙烯酸酯与钙的加合物会降低阻垢效果。虽然磷酸盐可以有效地抑制碳酸钙结垢，但是它们可能产生不溶性的化合物，或者可能使磷酸钙的比例降低。磷酸盐既作为阻垢剂又作为缓蚀剂，而且它通过与共聚物是分散性较高聚羧酸的协同作用和水中钙离子、镁离子等二价离子配合，提高配方的缓蚀效果。从使用来看，该配方发展较快，对那些硬度较高、循环比大、浓缩倍数高的体系有很大发展前途的。

在工业循环冷却水系统中，防止工业传热设备的腐蚀和结垢是一种非常重要的且高效经济的手段。金属表面的过度腐蚀能导致工艺设备过早失效，从而需要占用时间为这些设备进行替换或者修理。另外,换热器表面腐蚀产物的增加,阻碍水流，减少热传递效率，从而限制了生产或需要清洗的时间。就是说，减少结垢效率也将导致传热缓慢，水流变慢。

垢也可能导致通过金属表面氧形成浓度差使金属表面迅速腐蚀，随后再渗透。这种方式所造成的局部腐蚀的氧分子是来源于垢，通常被称为“结垢腐蚀”。

其中，抑制工业循环冷却水污垢的形成的物质，像聚环氧琥珀酸（以下简称PESA），在美国专利中有介绍（第5062962纳入本协议的参考）。PESA的一般表达式为：

其中n从2到50不等，最好是2到25；M为氢或水溶性阳离子，如Na+，NH4+或K+；R是C1至C4的烷基或C1 - C4的取代烷基（最好R是氢）。PESA的被认为是非常有效的阻垢抑制剂。

用来抑制水结垢或其他材料腐蚀的阻垢剂包括诸如羟基亚乙基二膦酸（HEDP）、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷（PBTC）、正己基磷酸、氨基膦酸酯类磷酸盐抑制剂、三元共聚物、共聚物和丙烯酸酸、马来酸均聚物以及它们的混合物。

概要

本发明提供了一种有效的组成比例,可以混合来提高单独使用阻垢剂的阻垢效果，原理是在已知的沉淀控制剂中用一个或多个取代烷基聚羧酸系来控制水溶液中垢的形成。这些组合可以提高在水溶液中阻垢剂的阻垢率。本发明中的组合方式以及比例，在工业循环冷却水系统中，腐蚀形成的前提是在高pH值的条件下,而高比例的离子浓度和过高的pH值往往使其失效。本发明的成分控制规模或腐蚀的形成及污染的传热表面。只需要很低的浓度就可以用于需要处理的水。

本发明的成分可以有效的抑制垢的形成以及沉积,如草酸钙、硫酸盐、钡硫酸盐和更常见的碳酸钙。本发明的成分可以有效地控制如金钟黄铜，紫铜，不锈钢和碳钢以及如聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯等塑料沉积在金属表面的垢的比例。也可以适应于造纸厂在高pH值下仍要有效抑制碳酸钙的要求。

例如羟基膦二膦酸、二膦-1,2,4-三元酸、2-羟基膦酰基乙酸、氨基膦酸酯聚物、共聚物和丙烯酸均聚物、马来酸、环氧琥珀酸酸如聚环氧琥珀酸等酸或者是它们的混合物。一般公式如下：

其中n从2到50不等，最好是2至25；M为氢或一种水溶性阳离子如Na+，NH4+或K+；R是C1至C4的烷基或C1-C4的取代烷基（最好R是氢），以及取代物质。这种结合是以很小的比例添加到各级水系统，来抑制结垢沉积和腐蚀。

说明优选实施例

本发明跟接近于是描述抑制垢的形成沉积的小说一般，如循环水系统中钙的比例。具体来说，本发明的处理解决方案，包括如有机膦（羟基二磷酸、二磷-1,2,4-三羧酸、正己基磷酸、氨基膦等），三聚物混合或者单一的阻垢剂或腐蚀剂，共聚物、丙烯酸酸、马来酸、环氧酸均聚物或聚环氧琥珀酸等有机酸的一般公式如下：

其中n从2到50不等，最好是2到25；M为氢或一种水溶性阳离子如Na+，NH4+或K+。R是。C1至C4的烷基或C1- C4的取代烷基（最好R是氢），以及取代了的物质。

我们都知道，与已知能提供阻垢率的现有技术相比，聚环氧琥珀酸酸、磷酸盐、膦酸酯、丙烯酸酯都有局限性。在循环水系统中聚环氧琥珀酸酸是最有效的，尤其是在具有高Langelier饱和指数（LSI）的水系统中。美国专利第5062962（纳入了参考）概述了聚环氧琥珀酸在本发明中的有效使用方法。例如酒石酸二钠是在生产聚环氧琥珀酸的过程中产生的副产物，这个已经在生产过程中被认可。聚环氧琥珀酸可以很容易的从反应产物中提取出，因而它是从可行的、经济的材料中不经分离提纯来生产。当操作条件波动时，腐蚀控制仍较好，且可在更高的浓