[发明专利]抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中沉积的方法

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。本发明更具体涉及通过将聚合物添加到含水系统中来抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。

背景技术

水垢的形成、沉淀和沉积在含水系统，例如蒸汽发生系统、冷却水系统、膜分离系统等中是成问题的。已开发出许多方法以力求防止含水系统中的水垢沉积。

含水系统中水垢的形成源于几个原因。通常，天然存在或出于其它目的添加到含水系统中的水中的硫酸盐、二氧化硅、硅酸盐、高浓度磷酸盐以及钙和镁的碳酸盐反应形成水垢。水垢包含钙、镁、二氧化硅和/或硅酸盐化合物和其它化合物。

一种特定类型的水垢，即硅垢，包含二氧化硅和/或硅酸盐化合物。二氧化硅和/或硅酸盐天然存在于水中。当水在含水系统中循环时，二氧化硅和/或硅酸盐的浓度提高至从含水系统的水中发生硅垢沉淀的点。有时，硅垢的沉淀通过二氧化硅本身的聚合进行，导致产生硅胶(即硅酸盐化合物)。通常，为了发生硅垢沉淀，二氧化硅和/或硅酸盐的浓度必须大于200ppm。但是，水的pH值的变化影响硅垢的沉淀。具体而言，硅垢的沉淀在8.0至8.5的pH值下最有利。此外，当含水系统中存在阳离子时，在二氧化硅和/或硅酸盐的浓度小于200ppm时可发生硅垢沉淀。此外，阳离子可促进硅垢从具有大于8.0的pH值的含水系统中沉淀。促进硅垢沉淀的阳离子包括，但不限于，Al²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺和Fe³⁺。

在硅垢形成和沉淀后，硅垢沉积在含水系统的内部部件，例如管道、膜、填充材料和类似部件的表面上。通常，在内部部件的表面上发生硅垢沉积，造成硅垢结硬壳。内部部件上的硅垢沉积限制含水系统的水的循环。在一些情况下，含水系统要求出于各种目的将水加热和/或冷却。在其它情况中，内部部件上的硅垢沉积阻碍含水系统的传热功能。在另一些情况下，内部部件上的硅垢沉积造成水品质不足。因此硅垢沉积降低含水系统的运行效率。

一旦硅垢沉积在含水系统的内部部件上，除去硅垢的方式是用酸洗。在许多情况下，硅垢的沉积使得必须更换含水系统的内部部件。

防止含水系统中的硅垢沉积的一种方法利用水的外部处理。通常，外部处理包括如在含水系统中使用之前进行水的凝结、过滤和软化之类的方法。外部处理的使用在防止含水系统中的硅垢形成、沉淀和沉积方面仅中等有效。在所有情况下，外部处理不防止硅垢的形成、沉淀和沉积，因为泥、淤渣和赋予硬度的离子逃脱该外部处理并被引入含水系统中。

防止含水系统中的硅垢沉积的另一方法利用水的内部处理。通常，该内部处理包括将硅垢抑制剂添加到含水系统的水中。硅垢抑制剂的添加使二氧化硅和/或硅酸盐保持溶解在含水系统的水中。

已将各种单体、低聚物和聚合物作为硅垢抑制剂添加到含水系统中。已将聚合物型硅垢抑制剂，例如包含环氧乙烷和环氧丙烷的反应产物的聚合物，添加到含水系统中。其它已知的聚合物型硅垢抑制剂包括具有聚醚骨架并具有沿该聚醚骨架布置的规则或无规间隔开的疏水基团的聚合物，和具有聚羧酸酯骨架并具有烯丙基醚或酯连接的聚醚侧链的聚合物。但是，由于如上所述较高的硅垢沉淀发生率和进一步由于该聚合物在碱性pH值下的不稳定性，烯丙基醚或酯键在其中含水系统的水具有大于8.0的碱性pH值的某些条件下可能不合适。

考虑到上文，仍有机会提供不同于已知硅垢抑制剂并减轻与已知聚合物型硅垢抑制剂相关的一些问题的硅垢抑制剂。

发明内容

发明概述和优点

本发明提供抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。该方法包括将聚合物添加到该含水系统中的步骤。该聚合物包含至少一种结构单元(i)和至少一种附加结构单元(ii)。结构单元(i)由下式表示：

其中R是具有至少2个碳原子的烷基；R¹选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺；k是2至4；且n为至少约10。附加结构单元(ii)含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团。

该聚合物表现出优异的稳定性和硅垢抑制作用，由此对现有硅垢抑制剂的性能加以改进。

附图说明

当与附图相关地考虑时，通过参照下述详述，本发明的其它优点将容易意识到，因为其变得更好理解。

图1是例示聚合物1-3和对比聚合物1-10在pH值7.0和40℃下22小时后的稳定化的二氧化硅浓度的条形图。

发明详述