水体系中的铁的稳定制造技术

一种稳定溶液中的铁的有效的共聚物，它也可作为有溶解态铁存在时的防垢剂．此共聚物的用量是１－２００ｐｐｍ，分子量约１０００－５０，０００，是由４０－９５份（重量）的丙烯酸与５－６０份（重量）的取代的丙烯酰胺发生聚合而制备的．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
过去已用柠檬酸、葡糖酸和其它物质来稳定水溶液中的铁，从而防止铁以氢氧化铁和氧化铁这样的形式沉淀，在氢氧化铁和氧化铁中铁处于第三氧化态。柠檬酸等上述物质是通过形成可溶于水的络合物而有效地把铁保留在溶液中，从而使铁保持在水中溶解的状态。虽然柠檬酸及其同类物作为溶液中铁的增溶剂是有效的，但是它们不是防垢剂，而且不能有效地防止诸如碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、氢氧化镁等形成的污垢。题目为“水体系中的污垢抑制”的美国专利申请No 638，158，是1984年8月6日由专利技术者Amjad和Masler提出的。该专利申请揭示在水介质中使用丙烯酸和取代的丙烯酰胺的共聚物通过临介抑制(threshold inhibition)可以减少或抑制污垢的沉淀，特别是磷酸盐污垢的沉淀。该申请揭示了上述共聚物抗磷酸钙、碳酸钙、硫酸钙和氢氧化镁沉淀的效力。在该申请的第5页中间，也指出了其它污垢或沉淀，其中包括氧化铁。应当明白，在编号为638，158的申请中所提到的氧化铁是颗粒状的固体，而且该共聚物对氧化铁及类似物质有关的作用是悬浮剂的作用。这类悬浮剂的作用是分散和保存分散的氧化铁颗粒，以便使它们不在盛水溶液的装置的内表面上沉淀或沉积。本专利技术是利用同样的或类似的共聚物使溶解的三价铁离子保持在溶液中，以使它们不形成沉积在装置表面的沉淀。这些共聚物的作用是作为可溶性铁或三价铁离子的稳定剂，并将这些离子保持在溶液中。本专利技术是利用丙烯酸和取代的丙烯酰胺的共聚物使溶液中的铁稳定。这一目的是通过将共聚物加到PH值高于5的水溶液介质中来完成的，这样就使可溶性的铁保持在溶液中。本专利技术也是针对在含有少量可溶性铁的水介质中应用共聚物以阻止碱土金属污垢的生成。本专利技术所用的共聚物是40-95份(重量)丙烯酸与5-60份(重量)取代的丙烯酰胺(按单体总重量为100份计算)的可溶于水的共聚物。所用共聚物的量为大约1-500ppm不等。在水介质中可溶的二价铁离子被氧化成三价铁离子。在PH值低至约3-4时，三价铁离子在水介质中也是可溶的，但在PH约为5和高于5时，它就以氢氧化铁(Fe(OH)3)或氧化铁(Fe2O3)及其它铁化合物(其中铁的氧化态是3)形成沉淀出来。下文中将氧化态为3的铁称作铁(Ⅲ)。由氧化铁、硅酸铁等类似的含铁化合物造成的污垢是工业体系有效运转的一个经常性的危害。铁可以存在于给水中，也可在体系内部因管道和金属设备的腐蚀而生成。如所知当循环体系中存在大约1-5ppm的微量铁(Ⅲ)时，即可对聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯酸与乙酸乙烯酯的共聚物等这样的污垢控制剂产生有害的影响。虽然可以采用柠檬酸之类的螯合剂使含有溶解态铁(Ⅲ)的水体系稳定，但是这类螯合剂的性能强烈地依赖于诸如离子强度、PH、温度等水的化学特性。此外，像柠檬酸这样的一些螯合剂在浓度为2-20ppm时，对于常见的污垢表现不出临介抑制特性，因此不能有效地防止这类污垢。本专利技术所发现的丙烯酸与取代的丙烯酰胺的共聚物不仅能有效地稳定溶液中的铁，而且这类共聚物还可以在可溶性铁存在下有效地防止污垢。上述共聚物的这种性能是出乎人们预料的，因为类似的防垢剂对于溶液中的铁是无效的，它们对于水体系中常见污垢的防垢性能因溶解态铁的存在而破坏。正如已经指出的，本专利技术的一个方面是稳定溶液中的铁，它所涉及的是保持铁在溶液中可溶这样一个概念。这一概念与铁的增溶是有区别的，铁的增溶指的是使不溶的铁盐或铁的氧化物溶解。在通常的情况下，循环水体系含有大约1-3ppm的可溶性铁。根据防止铁和其它几种所指污垢的效力，柠檬酸、聚丙烯酸和丙烯酸(AA)与叔丁基丙烯酰胺(tBAm)的80/20共聚物的分等情况(分1-10级，以10为最有效)大致如下物质 柠檬酸 聚丙烯酸 共聚物AA/t BAm碳酸钙 0 7 7硫酸钙 0 9 7磷酸钙 0 2 9铁(Ⅲ) 9 0 6从上表可以明显地看到，丙烯酸和叔丁基丙烯酰胺的共聚物不仅有效地防止常见的污垢，而且对于稳定溶液中的铁，使其不致沉淀也是有效的。此外，虽然上表中没有指明，但上述共聚物即使在溶液中存在可溶性铁的情况下也能有效防止污垢，而聚丙烯酸在可溶性铁存在下则丧失了大部分防垢效力。与成垢物质相比，聚丙烯酸和其它防垢剂似乎优先与铁发生反应。因此，本专利技术所针对的是仅含可溶性铁或含可溶性铁同时还有成垢物质的典型的冷却水流的临介抑制。然而，采用本专利技术的共聚物也可对含各种离子浓度远大于典型冷却水流的其它工艺过程水流进行有效的污垢抑制处理，所用共聚物的浓度约1-200ppm，在某些情况下可高到500ppm，成本也不太高。所说的其它工艺过程水流包括脱盐工厂中特别是其多级蒸发装置中被处理的盐溶液，以及含有高浓度盐的半咸水，典型的是在反渗透过程中的膜装置中所遇到的水流。另外还有各种油田用水，用于管道循环盐水和含油水的污垢抑制，在这类场合，水以主要量(按重量计)存在，这方面的应用大多是在二级油回收操作中。这里所考虑的水体系含有钙、钡、镁等碱土金属阳离子，也含有碳酸氢根、碳酸根、硫酸根、磷酸根、硅酸根、氟等阴离子。一般而言，这些水体系所含的盐可以是磷酸钙、碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、磷酸镁、氢氧化镁、硅酸钙、硅酸镁、氧化铁、氢氧化锌、磷酸锌、氟化钙、草酸钙或这些盐的混合物。这些体系一般特定地含有诸如碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、氢氧化镁之类的盐及它们的混合物。按照这里所述的本专利技术，已经发现丙烯酸和取代的丙烯酰胺的共聚物在水体系中稳定铁和在可溶性铁存在下减少或抑制溶液中污垢的生成是有效的。有效的共聚物的分子量范围约1000-50，000，最好是约2000-20，000。这里给出的分子量是重均分子量(Mw)，是通过凝胶渗透色谱测定的。适合的共聚物是由40-95份(重量)丙烯酸和5-60份(重量)取代的丙烯酰胺聚合而制备的。在一个最佳实例中，共聚物是由50-90份(重量)取代的丙烯酰胺聚合而制备的，所用的量是根据共聚单体总重量为100份计算的。适合于本专利技术的共聚物是含有丙烯酸和取代的丙烯酰胺聚合单元的无规聚合物，可用下列结构式Ⅰ表示 式中m和n是范围约为0.1-700的数字，m是约10-700的范围，n是约0.1-350，根据分子量而定;R和R1可分别是氢或甲基;X是氢、碱金属、碱土金属，或铵，特别是氢、钠、钾、钙、铵和镁;R2和R3分别为氢、总碳原子数为1-8的烷基或取代的烷基，条件是R2和R3不能都是氢，但R2或R3中一个可以是氢。R2和R3上的取代基包括烷基、芳基、羟基、羟烷基和酮基，然而，在一个较好的实例中，R2和R3各自为1-8个碳原子的烷基(最好是1-6个碳原子)，或是1-8个碳原子(最好是1-6个碳原子)的含有一个酮基和低级烷基取代基的取代烷基。R2和R3的例子包括叔丁基、异丙基、异丁基、甲基、2-(2，4，4-三甲基戊基)、2-(2-甲基-4-氧戊基)和羟甲基。已经知道，在与丙烯酸共聚时，丙烯酰胺本身作为磷酸盐污垢抑制剂是无效的。同样，足够有效的污垢抑制剂既不是丙烯酸单体也不是聚合的丙烯酸，也不是取代的丙烯酰胺单体或聚合的取代的丙烯酰胺。适合于本专利技术目的的丙烯酸一般规定为含有3-4个碳原子的单不饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在含有可溶性铁的水体系中保持铁稳定的方法，此方法包括向上述水体系中加入有效量的一种共聚物这样一个步骤，此共聚物是４０－９５份（重量）的含３－４个碳原子的一种或多种单不饱和一元羧酸和５－６０份（重量）的一种或多种取代的丙烯酰胶的共聚物（重量份数是按所有参加聚合的单体的重量为１００份来计算的），上述共聚物的用量要足以至少部分保持上述铁在溶液中，上述共聚物的重均分子量约为１，０００－５０，０００，上述取代的丙烯酰胺的聚合单元由下式规定：＊＊＊式中ｎ的范围是约０．１－３５０，根据分子量而定；Ｒ↑［１］是氢或甲基；Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］分别为氢或含有总数为１－８个碳原子的取代的或未取代的烷基，条件是Ｒ↑［２］和／或Ｒ↑［３］中只有一个可以是氢。

【技术特征摘要】
US 1985-11-1 793.8151.一种在含有可溶性铁的水体系中保持铁稳定的方法，此方法包括向上述水体系中加入有效量的一种共聚物这样一个步骤，此共聚物是40-95份(重量)的含3-4个碳原子的一种或多种单不饱和一元羧酸和5-60份(重量)的一种或多种取代的丙烯酰胶的共聚物(重量份数是按所有参加聚合的单体的重量为100份来计算的)，上述共聚物的用量要足以至少部分保持上述铁在溶液中，上述共聚物的重均分子量约为1，000-50，000，上述取代的丙烯酰胺的聚合单元由下式规定式中n的范围是约0.1-350，根据分子量而定；R1是氢或甲基；R2和R3分别为氢或含有总数为1-8个碳原子的取代的或未取代的烷基，条件是R2和/或R3中只有一个可以是氢。2.在权利要求1的方法中，所述水体系是含有至少大约1ppm可溶性铁(Ⅲ)的循环水体系。3.在权利要求1的方法中，上述水体系中该共聚物的用量约为1-200ppm，该共聚物是水溶性的，主要是非交联的无规共聚物，其中所述取代的丙烯酰胺的重量比分别是50-90份(重量)(按共聚单体的总重量为100份计算)，该共聚物的分子量范围为2，000-20，000。4.在权利要求3的方法中，所述的酸是从各种丙烯酸选取的，其聚合单元由下式规定式中m的范围约为10-700，根据分子量而定;R是氢或甲基;X是氢、钠、钾、钙、铵或镁;取代的烷基R2和/或R3上的取代基是烷基、芳基、羟基、羟烷基或酮基。5.在权利要求3的方法中，所述的酸是丙烯酸本身或甲基丙烯酸;所说的取代的丙烯酰胺是双丙酮丙烯酰胺、N，N-二烷基丙烯酰胺或N-单烷基丙烯酰胺，每个烷基中含有1-8个碳原子。所说的水体系的PH值约为5或高于5。6.在权利要求3的方法中，所述的共聚物含有直达约30份(重量)(按所有单体的重量为100份计算)的一种或多种适合于与上述酸和取代的丙烯酰胺共聚的其他单体。7.抑制含碱土金属盐或其混合物的水体系中能形成污垢的盐发生沉淀的方法，该水体系中还含有溶解的铁，该方法包括向上述水体系中加入有效量的共聚物这样一个步骤，此共聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨希德阿姆扎德，威廉姆弗朗克马斯勒尔，威廉姆弗朗克马斯勒尔，
申请(专利权)人：BF古德里奇公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]