低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法、阻垢方法
阅读说明：本技术 低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法、阻垢方法 (Low-temperature non-solidification phosphorus-free corrosion and scale inhibitor, preparation method thereof and scale inhibition method ) 是由 钟毅轩 黄学森 于 2021-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及钢铁企业冲渣水系统缓蚀阻垢处理领域,提供一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法,用于解决传统阻垢剂在低温下易冻结的问题。本发明提供的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂,包括：聚天冬氨酸20～40%,聚环氧琥珀酸20～40%,水解聚马来酸酐10～30%,水10～30%。无需额外加入防冻剂即可耐-20℃极端天气,运输储存的方便,降低了生产成本；该低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂采用了无磷配方,相较于有机磷系阻垢剂,二次污染少,安全环保无污染。(The invention relates to the field of corrosion and scale inhibition treatment of slag flushing water systems of iron and steel enterprises, and provides a low-temperature non-solidification phosphorus-free corrosion and scale inhibitor and a preparation method thereof, which are used for solving the problem that the traditional scale inhibitor is easy to freeze at low temperature. The invention provides a low-temperature non-solidified phosphorus-free corrosion and scale inhibitor, which comprises the following components in percentage by weight: 20-40% of polyaspartic acid, 20-40% of polyepoxysuccinic acid, 10-30% of hydrolyzed polymaleic anhydride and 10-30% of water. The weather can be endured at the extreme temperature of-20 ℃ without adding an additional antifreezing agent, the transportation and the storage are convenient, and the production cost is reduced; compared with an organic phosphorus scale inhibitor, the low-temperature non-solidified phosphorus-free corrosion and scale inhibitor adopts a phosphorus-free formula, has less secondary pollution, is safe and environment-friendly, and has no pollution.)
技术领域
本发明涉及钢铁企业冲渣水系统缓蚀阻垢处理领域，具体涉及低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂。
背景技术
高炉冲渣水是高炉炼铁产生的一种副产品,经加工处理,主要用于制作建筑材料。由于高炉渣综合利用的发展，高炉渣多经水淬制成水渣，成为制作矿渣水泥或渣砖等建筑材料的原料。也可用来制造渣棉、铸石和膨球等。高炉冲渣水作为一种低温废热源，具有温度稳定、流量大的特点，如何让冲渣水发挥余热利用的效益，也逐渐成为一个研究课题。
目前对于高炉冲渣水的余热利用，主要还是直接利用显热提供冬季采暖，这种利用方式技术简单、改造成本很低，但存在一些严重问题：(1)采暖只适用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，而南方城市一年四季都不需要采暖；（2）冲渣水含有大量的杂质，进入管网后易造成堵塞，且供热管网系统庞大，清洗难度很高。
目前市面上阻垢剂大部分为有机磷系阻垢剂，含磷配方易在冲渣水系统中生成磷酸盐垢，并且易对水体造成二次污染，不符合绿色环保要求，北方冬季天气寒冷阻垢剂极易冻结，无法倒出添加，需额外加防冻剂造成成本的增加。为解决冲渣系统严重结垢且阻垢剂无法在北方冬天的运输储存问题，必须研制出一种适合低温运输储存的无磷阻垢剂。
发明内容
本发明解决的技术问题为传统阻垢剂在低温下易冻结的问题，提供一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法、一种阻垢方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂，包括：聚天冬氨酸20~40%，聚环氧琥珀酸20~40%，水解聚马来酸酐10~30%，水10~30%。
聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、水解马来酸酐复配，有一定的协同增效的效果，可以有效地降低系统结垢。
无需额外加入防冻剂即可耐-20℃极端天气，运输储存的方便，降低了生产成本；该低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂采用了无磷配方，相较于有机磷系阻垢剂，二次污染少，安全环保无污染。
聚天冬氨酸可以螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，尤其能够改变钙盐晶体结构，使其形成软垢，可以用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领域，在高硬度、高碱度、高pH值、高浓缩倍数系统中表现好。
聚环氧琥珀酸中的部分活性基团对成垢阳离子具有一定的螯合力，发生了螯合作用，可封锁部分成垢阳离子，抑制其与阴离子的反应，从而阻止结垢。
水解马来酸酐是一种低分子量聚电解质，一般相对分子量为400～800，无毒，易溶于水，化学稳定性及热稳定性高，分解温度在330℃以上。在高温（<350℃）和高pH下有明显的溶限效应。HPMA适用于碱性水质或同其它药物复配使用。水解马来酸酐在300℃以下对碳酸盐仍有良好的阻垢分散效果，阻垢时间可达100h。由于水解马来酸酐阻垢性能和耐高温性能优异，因此在海水淡化的闪蒸装置中和低压锅炉、蒸汽机车、原油脱水、输水输油管线及工业循环冷却水中得到广泛使用。另外水解马来酸酐有一定的缓蚀作用，与锌盐复配效果更好。
优选地，包括：聚天冬氨酸30~40%，聚环氧琥珀酸30~40%，水解聚马来酸酐20~30%，水20~30%。
优选地，包括：聚天冬氨酸30%，聚环氧琥珀酸30%，水解聚马来酸酐20%，水20%。
一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的制备方法，包括：
将聚天冬氨酸20~40%、聚环氧琥珀酸20~40%、水解聚马来酸酐10~30%、水10~30%混合均匀得到低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂。
一种阻垢方法，包括：
将上述的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入目标系统中，所述目标系统中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的含量为10~30mg/L。
优选地，所述目标系统中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的含量为15~20mg/L。
优选地，所述目标系统中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的含量为20mg/L。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：无无需额外加入防冻剂即可耐-20℃极端天气，运输储存的方便，降低了生产成本；该低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂采用了无磷配方，相较于有机磷系阻垢剂，二次污染少，安全环保无污染。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂，包括：聚天冬氨酸30%，聚环氧琥珀酸30%，水解聚马来酸酐20%，水20%。
将聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、水解聚马来酸酐、水混合均匀得到低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂。
聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、水解马来酸酐复配，有一定的协同增效的效果，可以有效地降低系统结垢。
无需额外加入防冻剂即可耐-20℃极端天气造成运输储存的不便，降低了生产成本；该低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂采用了无磷配方，相较于有机磷系阻垢剂，二次污染少，安全环保无污染。
本实施例中的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入清洗过的系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
实施例2
一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂，包括：聚天冬氨酸30%，水解聚马来酸酐20%，水50%。
将聚天冬氨酸、水解聚马来酸酐、水混合均匀得到低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂。
本实施例中的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入清洗过的系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
实施例3
一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂，包括：聚环氧琥珀酸30%，水解聚马来酸酐20%，水50%。
将聚环氧琥珀酸、水解聚马来酸酐、水混合均匀得到低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂。
本实施例中的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入清洗过的系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
实施例4
一种低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂，包括：聚天冬氨酸30%，聚环氧琥珀酸30%，水40%。
将聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、水混合均匀得到低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂。
本实施例中的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入清洗过的系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
实施例5
一种阻垢方法，包括：
对系统内管道进行清洗，去除水垢和水锈。
采用缓蚀剂对管道进行预处理；
将实施例1中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
所述缓蚀剂的制备方法包括：
配置前驱体溶液，前驱体溶液中：无水乙醇81%、钛酸正丁酯18%、二乙醇胺1%，将前述药剂按比例称取，混合均匀 ，搅拌2h，即得前驱体溶液；
将前驱体溶液与95%酒精溶液按1:1的体积比混合，搅拌30min，加入DMF和苯甲酸，使得DMF的质量分数为0.4%，苯甲酸的质量分数为0.1%，混合均匀，得到缓蚀剂。
所述清洗包括：
采用稀盐酸调节系统内pH为1~2，循环10~20次，排出循环水。再用清水清洗系统内管道1~2次，例如可以清水为循环水，循环1~2次。清洗后换清水进行预处理。
所述预处理包括：
将缓蚀剂加入清水水中，加入缓蚀剂后，缓蚀剂的质量分数为5%，循环10~20次。
实施例6
一种阻垢方法，包括：
对系统内管道进行清洗，去除水垢和水锈。
采用缓蚀剂对管道进行预处理；
将实施例2中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
所述缓蚀剂的制备方法包括：
配置前驱体溶液，前驱体溶液中：无水乙醇81%、钛酸正丁酯18%、二乙醇胺1%，将前述药剂按比例称取，混合均匀 ，搅拌2h，即得前驱体溶液；
将前驱体溶液与95%酒精溶液按1:1的体积比混合，搅拌30min，加入DMF和苯甲酸，使得DMF的质量分数为0.4%，苯甲酸的质量分数为0.1%，混合均匀，得到缓蚀剂。
所述清洗包括：
采用稀盐酸调节系统内pH为1~2，循环10~20次，排出循环水。再用清水清洗系统内管道1~2次，例如可以清水为循环水，循环1~2次。清洗后换清水进行预处理。
所述预处理包括：
将缓蚀剂加入清水水中，加入缓蚀剂后，缓蚀剂的质量分数为5%，循环10~20次。
实施例7
一种阻垢方法，包括：
对系统内管道进行清洗，去除水垢和水锈。
采用缓蚀剂对管道进行预处理；
将实施例3中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
所述缓蚀剂的制备方法包括：
配置前驱体溶液，前驱体溶液中：无水乙醇81%、钛酸正丁酯18%、二乙醇胺1%，将前述药剂按比例称取，混合均匀 ，搅拌2h，即得前驱体溶液；
将前驱体溶液与95%酒精溶液按1:1的体积比混合，搅拌30min，加入DMF和苯甲酸，使得DMF的质量分数为0.4%，苯甲酸的质量分数为0.1%，混合均匀，得到缓蚀剂。
所述清洗包括：
采用稀盐酸调节系统内pH为1~2，循环10~20次，排出循环水。再用清水清洗系统内管道1~2次，例如可以清水为循环水，循环1~2次。清洗后换清水进行预处理。
所述预处理包括：
将缓蚀剂加入清水水中，加入缓蚀剂后，缓蚀剂的质量分数为5%，循环10~20次。
实施例8
一种阻垢方法，包括：
对系统内管道进行清洗，去除水垢和水锈。
采用缓蚀剂对管道进行预处理；
将实施例4中低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂加入系统中，进行循环，所述低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂的投加量为15mg/L。
所述缓蚀剂的制备方法包括：
配置前驱体溶液，前驱体溶液中：无水乙醇81%、钛酸正丁酯18%、二乙醇胺1%，将前述药剂按比例称取，混合均匀 ，搅拌2h，即得前驱体溶液；
将前驱体溶液与95%酒精溶液按1:1的体积比混合，搅拌30min，加入DMF和苯甲酸，使得DMF的质量分数为0.4%，苯甲酸的质量分数为0.1%，混合均匀，得到缓蚀剂。
所述清洗包括：
采用稀盐酸调节系统内pH为1~2，循环10~20次，排出循环水。再用清水清洗系统内管道1~2次，例如可以清水为循环水，循环1~2次。清洗后换清水进行预处理。
所述预处理包括：
将缓蚀剂加入清水水中，加入缓蚀剂后，缓蚀剂的质量分数为5%，循环10~20次。
对比例1
将水作为对比。
实验例
某钢铁厂冲渣水系统：循环水量：2400m³/hr；保有水量：1500m³；补充水量：1500m³/日；水温：80℃；日处理渣量：3000T（吨渣水耗0.5m³）；补充水包括：高盐水、工业水、回用水。冲渣水硬度达：3700mg/L；碱度：55mg/L；pH：6.5-7。
仿照该冲渣水系统，建立中试反应器：循环水量：2.4m³/hr；保有水量：1.5m³；补充水量：1.5m³/日；水温：80℃；日处理渣量：30T（吨渣水耗0.5m³）；补充水包括：高盐水、工业水、回用水。冲渣水硬度达：3700mg/L；碱度：55mg/L；pH：6.5-7。
该中试系统使用上述实施例1~8及对比例1的无磷低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂配方及相应的阻垢方法，测试循环10天后，循环水的浊度。
浊度
实施例1
4.3NTU
实施例2
6.8NTU
实施例3
7.1NTU
实施例4
7.5NTU
实施例5
2.4NTU
实施例6
5.7NTU
实施例7
6.2NTU
实施例8
6.5NTU
对比例1
8.3NTU
可见，实施例1和5中的阻垢剂可以有效阻止水垢的产生。
采用实施例1~8及对比例1的的低温不凝固的无磷缓蚀阻垢剂配方及相应的阻垢方法，在冬季户外，运行中试系统，测试循环10天后，循环水的浊度。
浊度
实施例1
4.8NTU
实施例2
7.8NTU
实施例3
8.2NTU
实施例4
8.9NTU
实施例5
3.6NTU
实施例6
6.8NTU
实施例7
7.4NTU
实施例8
8.5NTU
对比例1
9.7NTU
可见，实施例1和5中的阻垢剂在低温条件下也可以有效阻止水垢的产生。
将实施例1中阻垢剂和阻垢方法用于上述某钢铁厂冲渣水系统经三个月运行，喷嘴、管道、水流通道只有轻微的水垢，不影响正常运行，金属管道亦无明显腐蚀。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
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