阅读说明：本技术 一种阻垢分散剂及其制备方法 (Scale inhibition and dispersion agent and preparation method thereof ) 是由 匡建平 罗春桃 郭中山 黄斌 郭伟 马乐波 刘宁源 金政伟 刘水刚 张镓铄 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本申请技术方案提供的一种阻垢分散剂及其制备方法,阻垢分散剂采用马来酸酐、水、磺酸类单体、羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂几种原料,通过聚合反应制备而成,与其他方法不同的是,本申请中提供的方法,通过选用马来酸酐、磺酸类单体、羧酸类聚合单体、磷酸盐进行共聚,通过控制单体添加方式和添加量,调控引发剂的添加方式和添加量,稳定聚合过程,制备四元共聚物阻垢分散剂,所制得的阻垢分散剂分子结构中含羧酸基团、磺酸基团和膦酸基团,具有较强的阻垢分散性能和耐温性,将其应用于煤气化黑灰水处理,可以有效减缓系统结垢与沉积,延长设备运行时间。(The technical scheme of the application provides a scale inhibition and dispersion agent and a preparation method thereof, the scale inhibition and dispersion agent adopts several raw materials of maleic anhydride, water, sulfonic acid monomers, carboxylic acid polymerization monomers, phosphate and an initiator, prepared by polymerization, unlike other methods, the methods provided herein, by selecting maleic anhydride, sulfonic acid monomers, carboxylic acid polymerization monomers and phosphate for copolymerization, the quaternary copolymer scale inhibition dispersant is prepared by controlling the addition mode and the addition amount of the monomer, regulating and controlling the addition mode and the addition amount of the initiator and stabilizing the polymerization process, and the prepared scale inhibition dispersant contains carboxylic acid groups, sulfonic acid groups and phosphonic acid groups in the molecular structure, has strong scale inhibition dispersion performance and temperature resistance, can effectively slow down the scaling and deposition of a system and prolong the operation time of equipment when applied to the treatment of coal gasification black ash water.)

一种阻垢分散剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及煤气化黑灰水处理技术领域，尤其涉及一种阻垢分散剂及其制备方法。

背景技术

在煤气化装置黑灰水循环系统中，阻垢分散剂是一种重要的水处理剂。由于煤气化系统黑水装置高温高压区的温度为220℃左右，压力为4.0～6.5MPa，水质中含有较高的金属阳离子浓度，以及很多的固体悬浮颗粒、氧化铁、胶体颗粒等，高温区具有很强的结垢趋势，且形成的垢片十分坚硬。低温区温度为70～150℃，含有很多沉积物，容易造成废水换热器、管道等发生灰堵。

针对上述问题，通过添加阻垢分散剂来去除煤气化装置黑灰水循环系统中形成的水垢是一种常见的解决方法，这类阻垢分散剂通过分散水质中的悬浮物、灰分、氧化铁等，抑制碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等结垢，减缓颗粒物的沉积，从而延长设备运行时间，稳定生产，

常见的阻垢分散剂主要有天然高分子化合物、无机磷酸盐类和有机膦酸盐类以及有机聚合物类阻垢剂等。天然高分子化合物阻垢剂包括纤维素、木质素、单宁等，这类聚合物分子结构中含有羟基、苯环等，易通过物理、化学吸附和氢键作用力等，与微晶发生作用力，阻止晶体的生长，达到阻垢分散的作用；磷酸盐类阻垢剂，主要有无机聚磷酸盐和有机膦酸盐，无机聚磷酸盐阻垢剂比如三聚磷酸钠(NaP₃O₁₀)、六偏磷酸钠(NaP₆O₁₈)，这类聚磷酸盐有很强的螯合能力，能结合Ca²⁺，Mg²⁺等金属离子形成稳定的螯合物，破坏晶体生长，从而阻止水垢的形成。然而，以上两种阻垢分散剂均存在以下缺陷：天然高分子化合物阻垢剂具有廉价环保的优点，但是用量较大，且在高温高压下易分解，性能不是很稳定；而磷酸盐类阻垢剂，在高温或高钙离子浓度下，它很容易水解生成正磷酸盐，并与水中的钙离子生成磷酸钙水垢，因此，该类物质已经不能满足于煤气化装置黑灰水循环系统的除垢需求。

发明内容

本申请提供了一种阻垢分散剂及其制备方法，以解决采用天然高分子化合物阻垢分散剂存在性能不稳定，高温高压下易分解，磷酸盐类阻垢分散剂在高温或高钙离子浓度下，容易水解生成正磷酸盐，并与水中的钙离子生成磷酸钙水垢的问题，提供了一种具有耐高温、耐高压、高硬度、高碱度特征的阻垢分散剂及其制备方法。

本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，5-10份；水，80-120份；磺酸类单体，5-10份；羧酸类聚合单体，10-20份；磷酸盐，15-25份；引发剂，1-5份。

可选的，所述磺酸类单体为苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-3-甲基丙基磺酸、烯丙基磺酸和乙基丙烯磺酸中的一种。

可选的，所述羧酸类聚合单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯中的一种或几种；

所述磷酸盐为次磷酸钠或分子中含有PO₃H₂基团的物质。

可选的，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或几种。

一种阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：

按重量份称取马来酸酐、水、磺酸类单体、羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂；

将马来酸酐和水依次加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，所述反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，使马来酸酐溶解在水中；

通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温；

待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定，然后向反应瓶中加入磺酸类单体；

通过滴液漏斗向反应瓶中依次滴加羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂，控制羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂的滴加时间；

在引发剂滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌，搅拌完成后得到的产物即为阻垢分散剂。

可选的，所述机械搅拌装置的搅拌速度为200-300rpm。

可选的，所述通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温中，所述加热升温的温度范围为80-100℃。

可选的，所述待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定，然后向反应瓶中加入磺酸类单体中，所述温度恒定的温度范围为80-100℃。

可选的，所述通过滴液漏斗向反应瓶中依次滴加羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂，控制羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂的滴加时间中，所述羧酸类聚合单体、磷酸盐的滴加时间为1-4h，所述引发剂的滴加时间为1.5-5h。

可选的，所述在引发剂滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌，搅拌完成后得到的产物即为阻垢分散剂中，所述持续搅拌的搅拌时间为1-4h。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

本申请技术方案提供的一种阻垢分散剂及其制备方法，阻垢分散剂采用马来酸酐、水、磺酸类单体、羧酸类聚合单体、磷酸盐和引发剂几种原料，通过聚合反应制备而成，与其他方法不同的是，本申请中提供的方法，通过选用马来酸酐、磺酸类单体、羧酸类聚合单体、磷酸盐进行共聚，通过控制单体添加方式和添加量，调控引发剂的添加方式和添加量，稳定聚合过程，制备四元共聚物阻垢分散剂，所制得的阻垢分散剂分子结构中含羧酸基团、磺酸基团和膦酸基团，具有较强的阻垢分散性能和耐温性。本申请所制备的阻垢分散剂，将其应用于煤气化黑灰水处理，可以有效减缓系统结垢与沉积，延长设备运行时间，解决了采用天然高分子化合物阻垢分散剂存在性能不稳定，高温高压下易分解，磷酸盐类阻垢分散剂在高温或高钙离子浓度下，容易水解生成正磷酸盐，并与水中的钙离子生成磷酸钙水垢的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种阻垢分散剂的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1

本申请一示例性实施例提供的阻垢分散剂及其制备方法如下所示：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，5份；水：38份用于溶解马来酸酐，36份用于溶解次磷酸钠；烯丙基磺酸，5份；丙烯酸，13份；次磷酸钠，20份；过氧化氢，23份，浓度为6wt％。

一种阻垢分散剂的制备方法，请参考附图1，该图示出了本申请实施例提供的阻垢分散剂制备方法流程，包括以下步骤：

S1：按重量份称取马来酸酐、水、烯丙基磺酸、丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢；

S2：将马来酸酐和水依次加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，机械搅拌装置的搅拌速度为200rpm，使马来酸酐溶解在水中；

S3：通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温至95℃；

S4：待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定在95℃，然后向反应瓶中加入烯丙基磺酸；

S5：通过滴液漏斗向反应瓶中滴加丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢，丙烯酸的滴加时间为1h，次磷酸钠的滴加时间为1h，过氧化氢的滴加时间为1.5h；

S6：在过氧化氢滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌1h，搅拌完成后得到的黄色产物即为阻垢分散剂。

实施例2

本申请一示例性实施例提供的阻垢分散剂及其制备方法如下所示：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，5；水：38份用于溶解马来酸酐，36份用于溶解次磷酸钠；烯丙基磺酸，10份；丙烯酸，13份；次磷酸钠，15份；过氧化氢，23份，浓度为6wt％。

一种阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量份称取马来酸酐、水、烯丙基磺酸、丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢；

S2：将马来酸酐和水依次加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，机械搅拌装置的搅拌速度为200rpm，使马来酸酐溶解在水中；

S3：通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温至95℃；

S4：待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定在95℃，然后向反应瓶中加入烯丙基磺酸；

S5：通过滴液漏斗向反应瓶中滴加丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢，丙烯酸的滴加时间为1h，次磷酸钠的滴加时间为1h，过氧化氢的滴加时间为1.5h；

S6：在过氧化氢滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌1h，搅拌完成后得到的黄色产物即为阻垢分散剂。

实施例3

本申请一示例性实施例提供的阻垢分散剂及其制备方法如下所示：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，5；水：38份用于溶解马来酸酐，34份用于溶解次磷酸钠；烯丙基磺酸，5份；丙烯酸，13份；次磷酸钠，20份；过氧化氢，23份，浓度为6wt％。

一种阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量份称取马来酸酐、水、烯丙基磺酸、丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢；

S2：将马来酸酐和水依次加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，机械搅拌装置的搅拌速度为200rpm，使马来酸酐溶解在水中；

S3：通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温至90℃；

S4：待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定在90℃，然后向反应瓶中加入烯丙基磺酸；

S5：通过滴液漏斗向反应瓶中滴加丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢，丙烯酸的滴加时间为1h，次磷酸钠的滴加时间为1h，过氧化氢的滴加时间为1.5h；

S6：在过氧化氢滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌1h，搅拌完成后得到的黄色产物即为阻垢分散剂。

实施例4

本申请一示例性实施例提供的阻垢分散剂及其制备方法如下所示：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，5；水：38份用于溶解马来酸酐，36份用于溶解次磷酸钠；苯乙烯磺酸，5份；丙烯酸，13份；次磷酸钠，20份；过氧化氢，23份，浓度为6wt％。

一种阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量份称取马来酸酐、水、烯丙基磺酸、丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢；

S2：将马来酸酐和水依次加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，机械搅拌装置的搅拌速度为200rpm，使马来酸酐溶解在水中；

S3：通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温至95℃；

S4：待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定在95℃，然后向反应瓶中加入苯乙烯磺酸；

S5：通过滴液漏斗向反应瓶中滴加丙烯酸、次磷酸钠和过氧化氢，丙烯酸的滴加时间为1h，次磷酸钠的滴加时间为1h，过氧化氢的滴加时间为1.5h；

S6：在过氧化氢滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌1h，搅拌完成后得到的黄色产物即为阻垢分散剂。

实施例5

本申请一示例性实施例提供的阻垢分散剂及其制备方法如下所示：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，10；水：38份用于溶解马来酸酐，34份用于溶解次磷酸钠；烯丙基磺酸，5份；丙烯酸，13份；次磷酸钠，15份；过硫酸铵，25份，浓度为20wt％。

一种阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量份称取马来酸酐、水、烯丙基磺酸、丙烯酸、次磷酸钠和过硫酸铵；

S2：将马来酸酐和水依次加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，机械搅拌装置的搅拌速度为200rpm，使马来酸酐溶解在水中；

S3：通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温至95℃；

S4：待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定在95℃，然后向反应瓶中加入烯丙基磺酸；

S5：通过滴液漏斗向反应瓶中滴加丙烯酸、次磷酸钠和过硫酸铵，丙烯酸的滴加时间为1h，次磷酸钠的滴加时间为1h，过硫酸铵的滴加时间为1.5h；

S6：在过硫酸铵滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌1h，搅拌完成后得到的黄色产物即为阻垢分散剂。

实施例6

本申请一示例性实施例提供的阻垢分散剂及其制备方法如下所示：

一种阻垢分散剂，通过如下重量份的原料制备而成：

马来酸酐，10；水：38份用于溶解马来酸酐，34份用于溶解次磷酸钠；烯丙基磺酸，5份；丙烯酸，13份；次磷酸钠，15份；过硫酸铵，25份，浓度为20wt％。

一种阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量份称取马来酸酐、水、烯丙基磺酸、丙烯酸、次磷酸钠和过硫酸铵；

S2：将马来酸酐和水加入装有回流冷凝管，滴液漏斗，机械搅拌装置，氮气导管的反应瓶中，反应瓶底部设置有加热装置，开启机械搅拌装置，机械搅拌装置的搅拌速度为200rpm，使马来酸酐溶解在水中；

S3：通过氮气导管向反应瓶中通氮气，同时调节加热装置，对反应瓶进行加热升温至90℃；

S4：待马来酸酐溶解完全后，控制加热装置使其温度恒定在90℃，然后向反应瓶中加入烯丙基磺酸；

S5：通过滴液漏斗向反应瓶中依次滴加丙烯酸、次磷酸钠和过硫酸铵，丙烯酸的滴加时间为1h，次磷酸钠的滴加时间为1h，过硫酸铵的滴加时间为1.5h；

S6：在过硫酸铵滴加完毕后，控制机械搅拌装置持续搅拌1h，搅拌完成后得到的黄色产物即为阻垢分散剂。

将上述实施例1至6制备的阻垢分散剂产品用于煤气化黑水处理，步骤为：取适量煤气化黑水，加入10ppm的阻垢分散剂，加热至110℃，保温30h后，取出观察容器底部及内壁的沉积物，并取上层清液，通过电感耦合等离子体发射光谱仪分析水质中的元素含量降低率，并将其与市售聚丙烯酸马来酸酐共聚物阻垢分散剂进行比较，结果如表1。

表1水质经过110℃加热30h后的阻垢分散效果

从表1的结果可以看出，原水样中含有较高的钙、镁、硅含量，水样在110℃经过30h加热后，钙镁铝铁硅几种元素含量均有不同程度的降低，这些元素易形成沉淀沉积在容器底部、内壁，当与内壁的作用力较强时，形成的沉积物不易脱落，因此易造成设备管路的结垢堵塞。反之，通过添加合适的阻垢分散剂，一方面阻止沉积物的形成，另一方面减弱沉积物与容器的作用力，使形成的沉积物较蓬松，易被水流冲走。在未添加阻垢分散剂的水样中，各元素下降率均高于添加阻垢分散剂的水样，钙镁硅三种元素含量的降低比较明显，且形成的沉积物牢固粘附在容器底部和内壁。在添加阻垢分散剂的水样，虽然也形成较多沉积物，但是相对比较蓬松，其中添加实施例1-6中的阻垢分散剂水样，其沉积物经过轻轻晃动后易脱落，钙镁元素的降低率低于添加市售聚丙烯酸马来酸酐二元共聚物水样。因此，通过以上应用性能分析可以发现，本发明的阻垢分散剂对煤气化黑灰水具有较好的阻垢分散效果，对钙镁垢的形成和沉积有较强的抑制作用。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。