利用共混有酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂的螯合剂抑制二氧化硅结垢制造技术

一种通过以下方式抑制二氧化硅和硅酸盐结垢形成的方法：用有效量的螯合剂与聚合物分散剂的混合剂处理含二氧化硅的水性体系，试剂与分散剂的重量比为大于1.0：0.5至小于1.0：3.0的，包括重量比为1：1的混合物。具体地，螯合剂是EDTA或DTPA，而聚合物分散剂是酸和环氧烷衍生的分散剂。衍生的分散剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用共混有酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂的螯合剂抑制二氧化硅结垢
[0001]交叉引用
[0002]本国际专利申请要求于2018年8月6日递交的印度专利申请201841029480号；于2018年6月1日递交的印度专利申请201841020598号；于2018年6月1日递交的印度专利申请201841020613号；和于2019年1月21日递交的印度专利申请201941002455号的优先权。


[0003]本专利技术涉及结垢抑制。特别地，本专利技术涉及螯合剂如乙二胺四乙酸(EDTA)或二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)与酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂，例如酸接枝的EO-PO共聚物或瓶刷聚合物的混合物在抑制二氧化硅结垢形成中的应用。

技术介绍

[0004]二氧化硅和金属硅酸盐结垢在许多使用含水体系的工业中引起问题。受影响最大的部分是工业水处理，特别是反渗透(RO)、冷却塔、锅炉以及油气应用，尤其是地热能收集和蒸汽辅助重力排水(SAGD)应用。采矿操作(例如，利用拜耳法精炼氧化铝)在二氧化硅和硅酸盐结垢方面也存在重大问题。
[0005]二氧化硅和硅酸盐结垢的形成取决于操作条件，例如pH、温度、二氧化硅浓度以及在此类系统中使用的水中存在的多价金属离子的存在。根据这些条件，可能会形成不同类型的二氧化硅或硅酸盐结垢。例如，在pH值高于8.5时，取决于多价离子(如Mg
2+
、Ca
2+
、Al
3+
或Fe
3+
)的存在和操作温度，二氧化硅结垢主要为金属硅酸盐形式，而胶体二氧化硅(聚合的二氧化硅颗粒)在pH值介于6.5和8.5之间更为常见。结垢会沉积在水处理或生产设备上，并最终限制流量，从而导致昂贵的工艺停机时间。典型的除结垢处理包括机械清洁或危险和腐蚀性的酸洗，例如氢氟酸洗。
[0006]本领域已知的防结垢剂包括例如美国公开专利申请号2015/0076074，其公开了使用丙烯酸(AA)的均聚物与AA和2-丙烯酸酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)的共聚物，或AA、AMPS和叔丁基丙烯酰胺(t-BAM)的三元共聚物以及EDTA的混合物，以控制冷却和锅炉水系统中的二氧化硅和硅酸盐结垢。美国专利第6,166,149号公开了一种制备包含亲水性接枝聚合物和聚醚化合物的防结垢剂的方法，该防结垢剂还任选包含不饱和羧酸型聚合物。美国专利第5,378,368号公开了使用聚醚聚氨基亚甲基膦酸酯来控制二氧化硅/硅酸盐的沉积，其可以单独使用或与聚合物添加剂结合使用。美国专利第4,618,448号公开了使用羧酸/磺酸/聚环氧烷聚合物作为结垢抑制剂，而美国专利第4,933,090号公开了使用选择的膦酸酯和任选的羧酸/磺酸/聚环氧烷聚合物来控制二氧化硅/硅酸盐的沉积。另外，美国专利第6,051,142号公开了使用环氧乙烷-环氧丙烷(EO-PO)嵌段共聚物在冷却和锅炉水系统中控制二氧化硅和硅酸盐结垢。最后美国专利第7,316,787号公开了使用疏水改性的环氧乙烷聚合物作为胶体二氧化硅结垢抑制剂。
[0007]尽管存在多种结垢抑制剂，但是二氧化硅和金属硅酸盐的结垢仍然是水性体系中
是由三种不同类型的单体制备的聚合物。
[0018]“水系统”通常是指任何包含水的系统，包括但不限于二氧化硅盐水、冷却水、脱盐、过滤、反渗透、糖蒸发器、纸加工、采矿回路、地热能系统和SAGD等。
[0019]术语“二氧化硅结垢”通常是指含有二氧化硅的固体材料，其沉积并堆积在水处理设备的内表面上，例如RO膜、热交换器、生产管道和生产管道。二氧化硅结垢通常包括多种类型的二氧化硅结垢，例如胶体或无定形二氧化硅(SiO2)和硅酸盐(例如硅酸镁)。累积的二氧化硅结垢可能是，并且有时是指二氧化硅和硅酸盐类型的结垢的组合，通常其中一种或另一种类型的结垢占主导。胶体/无定形二氧化硅结垢是下文中通常用来指主要是胶体/无定形类型的二氧化硅结垢沉积物的术语。除二氧化硅类型外，还可能存在其他类型的结垢，例如碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、膦酸钙、草酸钙、硫酸钡、冲积沉积物、金属氧化物和金属氢氧化物，具体取决于哪种金属和其他离子存在于水系统中。
[0020]形成胶态/无定形氧化硅结垢的化学反应机理通常涉及硅酸的缩聚，其被氢氧根离子催化。此反应机制通常如下进行：
[0021]Si(OH)4+OH-→
(OH)3SiO-+H2O(I)
[0022]Si(OH)
3-+Si(OH)4+OH-→
(OH)3Si
–
O
–
Si(OH)3(二聚体)+OH-(II)
[0023](OH)3Si
–
O
–
Si(OH)3(二聚体)
→
环
→
胶体
→
无定型(结垢)(III)
[0024]由于反应机理是由氢氧根离子催化的，因此在低pH值时反应缓慢进行，但在pH值高于约7时会显著增加。因此，特别关注在具有“中性”pH例如6.5至8.5的水性体系中防止二氧化硅结垢的形成。
[0025]本专利技术的方法适用于在20℃至250℃的温度下控制胶体/无定形二氧化硅结垢在pH为6.0至10.0的水性体系中的沉积。该方法包括以与聚合物分散剂混合的有效量的螯合剂处理含有二氧化硅的水系统，其重量比为大于1.0：0.5至小于1.0：3.0。具体而言，螯合剂可以是EDTA或DTPA，而聚合物分散剂可以是酸接枝的EO-PO共聚物，也可以是由阴离子单体和含聚氧亚烷基的单体聚合而成的瓶刷聚合物。
[0026]螯合剂
[0027]螯合剂是一种物质，其分子可以与一个金属离子形成多个键。因此，螯合剂通常用于从系统中除去不需要的金属离子。已经确定对于本专利技术有用的螯合剂是EDTA和DTPA。EDTA的有用性在于它在形成六齿(“六个齿”)配体，其充当超级螯合剂用于多价阳离子，尤其是螯合金属离子如Ca
2+
、Mg
2+
、Fe
3+
和Al
3+
。同样，DTPA的作用来自其形成八齿形配体，它们也是超级螯合剂用于多价阳离子，例如Ca
2+
、Mg
2+
、Fe
3+
和Al
3+
。
[0028]聚合物分散剂
[0029]聚合物分散剂是酸和环氧烷衍生的分散剂。聚合物分散剂可以是液体分散剂。聚合物分散剂的数均分子量为500道尔顿至40,000道尔顿(例如，从2,000道尔顿至20,000道尔顿，从2,000道尔顿至15,000道尔顿，从2,000道尔顿至13,000道尔顿，2,500道尔顿至12,000道尔顿等)。
[0030]接枝聚合物分散剂
[0031]接枝聚合物是包含(1)线性骨架聚合物和(2)另一种聚合物的无规分布分支的嵌段共聚物。
[0032]用于制备接枝共聚物的聚(环氧烷)化合物通常是通过使依次或组合加入醇的环...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种抑制二氧化硅和金属硅酸盐结垢形成的方法，所述方法包括以下步骤：用有效量的螯合剂和酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂的混合物处理含二氧化硅的水性体系；其中所述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)或二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)；其中所述酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂的数均分子量为500道尔顿至40,000道尔顿；和其中所述螯合剂与所述酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂以大于1.0∶0.5至小于1.0∶3.0试剂：分散剂的重量比混合。2.如权利要求1所述的方法，其中所述酸和环氧烷衍生的聚合物分散剂是可聚合酸接枝的聚合物，包含3.0％至35％(重量)的不饱和接枝酸和环氧烷聚合物主链，所述环氧烷聚合物主链具有下式：其中每个R
′
独立地选自氢，甲基，乙基和胺基；其中R”独立地选自氢，甲基，乙基和胺基；其中每个“Z”独立地具有4至约1,800的值；其中“a”的值为1至4；和其中每个“n”独立地具有2-4的值，使得所述环氧烷聚合物主链包含环氧乙烷重复单元，环氧丙烷重复单元，环氧丁烷重复单元或其共聚物。3.如权利要求2所述的方法，其中所述接枝酸选自丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，马来酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸(AMPS)，2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸，苯乙烯磺酸，乙烯基磺酸酸，乙二醇甲基丙烯酸甲酯磷酸盐，乙烯基膦酸及其混合物。4.如权利要求3所述的方法，其中所述环氧烷聚合物主链是环氧乙烷和环氧丙烷聚合物的共聚物，环氧乙烷与环氧丙烷的重量比为约45∶55至约55∶45；和其中10％所述环氧烷聚合物主链的所述重复单元的被所述丙烯酸接枝。5.如权利要求1所述的方法，其中所述酸和环氧烷衍生聚合物分散剂是包含侧链A，主链B和任选的侧链C的瓶刷聚合物；其中A是在一种或多种选自羧酸，羧酸酯，磺酸，磺酸酯，丙烯酸磷酸酯，及其混合物的阴离子单体聚合后获得的重复单元；其中B是在一种或多种具有以下化学式的含聚氧亚烷基的单体聚合后获得的重复单元：
其中R1为H或CH3；其中R2具有化学式：其中R3为H、CH3或其混合物；其中R4为H，或C1至C4烷基，或其混...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：