抑垢剂组合物以及使用方法技术

技术编号:16385836 阅读:36 留言:0更新日期:2017-10-16 03:11
披露了衍生自聚(伯胺)的含硅聚胺抑垢剂。这些抑垢剂可以用来减少在工业过程流(如氧化铝回收法流、核废物流和牛皮纸造纸厂流出物流)中的硅质积垢形成。

Scale inhibitor composition and its using method

A silicone containing polyamine inhibitor derived from poly (primary amine) is disclosed. These anti scaling agent can be used to reduce the flow in industrial process (such as alumina recovery process flow, nuclear waste, logistics and logistics in kraft paper mill outflow) siliceous deposit formation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抑垢剂组合物以及使用方法本专利申请要求于2014年12月17日提交的未决的专利申请62/092950的优先权,以其全文并入本申请。
技术介绍

.本专利技术涉及防止或减少在易于硅质积垢形成的工业过程中的硅质积垢形成的聚合物、组合物、和方法。相关技术说明.存在两种用于从原矾土矿或矾土中回收氧化铝的主要方法;即,拜耳法和烧结法。氧化铝回收方法也包括这两种方法的混合,以及对每种方法的修改。在两种方法中,从原矾土矿或矾土中回收氧化铝。所使用的回收方法的类型由从其中回收氧化铝的矾土的类型(红土型矾土或喀斯特(karst)矾土)决定。大致九十百分比的世界的可利用的矾土储藏是红土型的,这比喀斯特矾土更易于消解并且典型地通过拜耳法变体进行处理。在矿物学上,矾土主要由铝氧化物(aluminumoxide)(Al2O3)(通常被称为氧化铝(alumina))、以及氧化铁和其他杂质(通常由于氧化铁造成的红色而被称为“红泥”)构成。在矿中少量存在的这些额外杂质包括二氧化硅、铝硅酸盐矿物以及有机材料。烧结法是对拜耳法的替代或辅助,并且常用于处理含高二氧化硅的矾土(例如,喀斯特矾土)。在烧结法中,在用NaOH溶液浸滤之前,将矾土(或“红泥”)用苏打和/或石灰在1200℃下煅烧,从而产生铝酸钠液(又常称为“过饱和绿液”)和不可溶性“烧结泥”。拜耳法是用于从在世界各地的矾土回收氧化铝的主要方法。在拜耳法中,首先加热或用称作消解液的高苛性溶液消解磨碎的原矾土矿。消解液通常包括氢氧化钠(NaOH)连同由氧化铝沉淀法再循环的废液的苛性溶液。此溶解过程在高温下进行从而完全溶解所有含铝矿物,尤其是三水合氧化铝(三水铝矿)和一水合氧化铝(勃姆石和/或水铝石),从而产生过饱和的铝酸钠(Al(OH)4-+Na+)溶液或“母液”。用来溶解铝矿物的苛性溶液还可以溶解存在于矾土中的二氧化硅(尤其是以铝硅酸盐粘土形式存在的二氧化硅)含量的部分或全部。进一步地,红泥铁氧化物在此消解液中仍未被溶解,并且必须在分离纯化的氧化铝之前被去除。所溶解的材料在该母液中的所得到的浓度非常高,其中氢氧化钠浓度典型地为150克/升(‘g/L’)或更大,并且溶解的氧化铝为120g/L或更大。以用来加速细小固体颗粒的去除的一种或多种聚合物絮凝剂从铝酸盐溶液中物理分离出任何剩余的未溶解的固体。在过滤步骤期间去除这些残余的悬浮固体。一旦过滤,然后冷却该澄清的母液并且用三水合氧化铝加晶种从而以三水合氧化铝(Al(OH)3)形式沉淀溶解的氧化铝的一部分,然后将这部分在煅烧前通过沉降和/或过滤分离。在该氧化铝沉淀步骤后,将剩余的低固体溶液(又称“废液”)再加热并且再循环至消解步骤。在消解期间,存在于磨碎的矾土中的一些硅酸盐矿物迅速溶解在苛性溶液中以形成用二氧化硅过饱和的溶液。然后此溶解的二氧化硅的至少一部分与溶液中存在的铝酸钠(Al(OH)4-)反应以形成不可溶性复合水合硅酸铝钠,通常被指定为脱硅产物或“DSP”。DSP物种包括方钠石、以及钙霞石和黝方石,并且总体上被称为铝硅酸钠。DSP在铝酸钠液中具有低溶解度并且主要从溶液中沉淀出来,由此从该溶液中去除不希望的二氧化硅。随着再加热耗尽氧化铝的液,由于更快的动力学呈方钠石形式的二氧化硅沉淀的速率随着温度增加而显著增加。随着在热交换管内部上结垢这种沉淀发生并且显著的热传递损失发生。除了清理在这些热交换器上的积垢所要求的明显的维护和劳动成本外,还可以看出在增加的能量消耗、降低的液流动、降低的生产能力、降低的蒸发作用以及甚至降低的生产方面积垢的影响。在运行“双流法”的氧化铝回收工厂中,从沉淀步骤中再循环的低固体废液在消解步骤中将其加入矾土矿中之前被加热。由于该废液仍然含有溶解的铝酸根和硅酸根阴离子,进一步处理此液(尤其是加热)经常造成铝硅酸盐积垢沉积在如以上指出的氧化铝回收法设备(如热交换器)的表面上。在运行“单流法”的氧化铝回收工厂中,新鲜矾土矿在到消解的途中在加热之前与再循环的废液混合。这样,在单流法中暴露于热交换器表面的该液还含有源自新鲜填充的矾土的红泥固体。因此,在单流法中,易于结垢的拜耳法流进一步被显著量的未溶解的红泥固体(即,显著较高固体含量)污染,这明显地降低了现有技术的抑垢方法(如以上所描述的双流法)的效力。在单流工厂中存在于热交换器液中的未溶解的红泥固体的量可以是与低固体双流法中的10mg/L或更少相比多达30-150g/l或更多。因此,存在对改进的抑制在单流工厂中拜耳法设备表面上形成积垢的方法的需求。已经开发了包括含有-Si(OR)n基团的那些的各种阻垢剂或抑垢剂以及其使用方法。一种这样的方法是投料含有二氧化硅的抑垢剂。除投料含-Si(OR)n基团的抑垢剂外,其他技术包括向氧化铝回收法液中直接添加(大量投料)甲基硅醇盐(siliconate)和乙基硅醇盐,以及各种其他化合物,如铵、芳香胺、胺化合物、聚合季铵化合物、聚胺聚合物、丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物、以及聚丙烯酰胺。拜耳液中二氧化硅颗粒的大量投料和具有羧酸基团的水溶性聚合物的投料也是已知的。除了大量投料之外,用于在氧化铝回收法中减少铝硅酸盐积垢的其他方法描述于US2015/0175844。另一种方法传授了用热固性环氧/氨基甲酸乙酯树脂预处理氧化铝回收法设备的表面以抑制积垢的形成。这种涂覆方法涉及既费劲又耗时的固化反应,并且进一步要求使用可能损害热传递的厚层树脂。如在单流拜耳法中发现的,目前可获得的阻垢剂中的许多在大量悬浮固体存在下不会良好地起作用。在单流法的消解加热器中,加入到过程流中以减少或防止壁垢的阻垢剂的最小剂量(最小抑制剂浓度,或MIC)随着过程流中固体量的增加而增加。对于具有高水平(例如10%)的固体的流,MIC可以是如此高使得阻垢剂的加入变得不切实际和/或不经济。尽管如此,含Si聚合物阻垢剂如含Si的聚胺基的阻垢剂以及使用它们的方法代表在本领域中在有效抑制工业过程流中积垢形成中的显著进步。此类阻垢剂通过用含有硅烷醇或硅烷醇前体基团的胺反应性化合物改性常规聚胺如简单的二胺(例如乙二胺、己二胺、异佛尔酮二胺、二甲苯二胺、双(氨基甲基)环己烷、三甲基己二胺)或具有更高官能度的聚胺(例如二亚乙基三胺、四亚乙基五胺、和聚乙烯亚胺(PEI))来产生。具有更高官能度的聚胺通过缩聚产生,其中简单的二胺与双官能共聚单体例如二卤代烷反应。PEI典型地通过乙烯亚胺的开环聚合来制造。基于PEI的阻垢剂目前是在工业中的现有技术水平,但是制造昂贵并且要求使用毒性单体乙烯亚胺。应注意,所有这些现有技术阻垢剂需要N基团存在于该分子的主链内,因为迄今为止该特征被认为是在该领域中必需的。出人意料地,现在已经发现在分子主链内不含有N基团的硅烷改性的聚胺是有用的抑垢剂。与现有技术聚胺抑垢剂不同,本专利技术的硅烷改性的聚胺常规地由含有胺基团或胺前体基团以及通过自由基引发可聚合的基团(如乙烯基、烯丙基、丙烯酰胺基或丙烯酰基)的化合物的自由基聚合制造。这种制备方法可能产生更高的分子量、更低毒性原料的使用、以及更低的制造成本,这些全部是高度希望的特征。
技术实现思路
现在已经开发了衍生自聚(伯胺)如聚乙烯胺和聚烯丙胺的新颖的官能化的含Si聚胺以抑制在工业过程流中的积垢形成。这些聚(伯胺)可以用胺反应性化合物以本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种抑垢聚合物,包含:根据式(I)的A链节

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 US 62/0929501.一种抑垢聚合物,包含:根据式(I)的A链节以及根据式(II)的B链节其中:每个R独立地是羟基、任选取代的C1-20烷氧基、任选取代的C1-20氧亚烷基、任选取代的C6-12芳氧基、或-OM;M是第I族金属离子、第II族金属离子、或N(R4)4+;每个R’基团是任选取代的C1-20烷基、C6-12芳基、或C7-12芳烷基;n=1、2或3;m=0、1或2;R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地是H或第一任选取代的烃基,该烃基包含从约1至约20个碳;A1和A3各自独立地是直接键或任选取代的烃基,该烃基包含从约1至约20个碳;J1和J2各自独立地是H或任选取代的烃基,该烃基包含从约1至约20个碳;A2是直接键或包含从约1至约20个碳的有机连接基团;并且Q是第一任选取代的烃基,该烃基包含从约1至约20个碳。2.如权利要求1所述的抑垢聚合物,其中根据式(I)的该A链节以基于该聚合物中的总链节按摩尔计约1%至约99%的量存在。3.如权利要求1或2所述的抑垢聚合物,其中根据式(II)的该B链节以基于该聚合物中的总链节按摩尔计约2%至40%的量存在。4.如权利要求1所述的抑垢聚合物,其中R1、R2、R3、R5、R6、R7是H;A1是直接键,并且A3是直接键。5.如权利要求1所述的抑垢聚合物,其中R1、R2、R3、R5、R6、R7是H;A1是-CH2-,并且A3是-CH2-。6.如权利要求4或5所述的抑垢聚合物,其中M是Na+或NH4+或其任何组合。7.如权利要求1所述的抑垢聚合物,其中n=3并且m=0。8.聚胺与硅烷化合物和含疏水基的化合物的一种聚合反应产物,其中该硅烷化合物包含-SiRnR’m基团和胺反应性基团;其中每个R独立地是羟基、任选取代的C1-20烷氧基、任选取代的C1-20氧亚烷基、任选取代的C1-12芳氧基、或-OM;n=1、2或3;m=0、1或2;M是第I族金属离子、第II族金属离子、或N(R4)4+;每个R4独立地是H或C1-6烷基;并且每个R’基团独立地是任选取代的C1-20烷基、C6-12芳基、或C7-12芳烷基;其中该含疏水基的化合物包含胺反应性基团以及选自任选取代的C1-20亚烷基、任选取代的C7-20芳烷基和任选取代的C1-20氧亚烷基的至少一个任选取代的烃基;并且其中该聚胺包含根据式(III)的C链节——其中R8、R9和R10各自独立地是H或C1-6烷基;A4是直接键或任选取代的C1-6亚烷基;并且J3是H或选自任选取代的C1-20亚烷基、任选取代的C7-20芳烷基和任选取代的C1-20氧亚烷基的任选取代的烃基。9.如权利要求8所述的聚合反应产物,其中R8、R9和R10各自独立地是H;A4是-CH2-基团;并且J3是H。10.如权利要求8或9所述的聚合反应产物,其中该硅烷化合物是卤素官能硅烷、环氧官能硅烷、或异氰酸酯官能硅烷。11...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋爱容张磊D塞沃HLT陈M泰勒
申请(专利权)人:塞特工业公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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