[其他]水系统中垢的抑制

说明书

多数工业用水中含有碱土金属阳离子，例如钙、钡、镁等，以及一些阴离子，象碳酸氢根、碳酸根、硫酸根、磷酸根、硅酸根及氟离子等。当这些阳离子和阴离子的结合物以超过其反应产物的溶解浓度存在时产生沉淀，直到这些产物的溶解浓度不再超过时为止。例如，当钙和碳酸根的产物超过碳酸钙的溶解度时就会形成固相碳酸钙。

溶解物浓度超过的原因很多，例如水相的局部蒸发、PH、压力或温度等的变化，以及与溶液中已存在的离子一起形成不溶性化合物的外界离子的进入等。

当这些反应产物沉积于输水系统表面时，便形成水垢或沉积物。该种沉积物会阻碍热的有效传递、影响流体流动、加速腐蚀过程并藏匿细菌。在许多工业水系统中垢是一个严重的问题，并会因为清除它而延误工时和停止运转。

通过阳离子与螯合剂或多价螯合剂复合沉淀，可阻止垢盐形成使得反应产物的溶解度不被超过。一般说来，就成垢阳离子的螯合剂或多价螯合剂而论，要求的化学计算量不总是所理想的或经济的数量。

25年多前，发现当某些无机多磷酸盐以比生成多价螯合物或螯合物所需的浓度低得多的量加入时，可阻碍这种沉淀。当一种沉淀抑制剂以明显低于螯合成垢阳离子所需的浓度存在于潜在的成垢体系中时，则说它是以“临界”量存在。临界抑制描述了亚化学计量成垢抑制剂可以使含有无数成垢离子的溶液对沉淀稳定的现象。临界抑制一般发生在这样的条件下，即有很少的（例如1～10ppm）的聚合抑制剂会使从大约100到几千ppm的成垢矿物溶液得以稳定。

如同上述讨论的那样，尽管临界抑制发生在抑制剂与成垢阳离子的亚化学计量比时，但螯合作用要求螯合剂与成垢阳离子的化学计量比以保存溶液中的阳离子。一般说来，多价螯合发生在临界活性化合物与成垢阳离子成伤的重量比大于大约10比1，这要取决于水中的阴离子成伤。然而，临界抑制一般发生在临界活性化合物与成垢阳离子成伤的重量比小于0.5～1.0的情况下。例如，含有1820ppm钙离子和4440ppm硫酸根离子的硫酸钙溶液在热力学上是不稳定的。除非加入一种垢抑制剂，否则在这样一个系统中，一个半小时内就会产生沉淀。为控制过饱和溶液中的硫酸钙的沉淀，下述两种方法是有效的。

（a）将钙离子与配位剂，例如乙二胺四乙酸（EDTA）或次氮基三乙酸（NTA）配合或螯合。其要求完全配合钙离子的量为化学计量的，例如Ca∶EDTA为1∶1或大约13300ppmEDTA螯合1820ppm钙离子。

（b）在临界基础上，需要大约2ppm亚化学计量的聚丙烯酸酯以完全抑制硫酸钙的沉淀。

因此，依据上述讨论，螯合和临界抑制之间的极大差别反映出后者优于前者的明显优点。

过去，是把铬酸盐化合物和强无机酸加入到工业用水系统中以减少铁的腐蚀和垢的形成。铬酸盐化合物被用于减轻腐蚀，而强无机酸被用于减少垢的形成，因为在酸性PH下垢的形成一般较少。而现在，不许排放含有铬酸盐化合物的流出物，其原因是铬酸盐化合物看来是有毒的，因而对环境有害。

为了提供前述铬酸盐化合物的抗腐蚀功能，多磷酸盐和磷酸盐类物质可以并且现在也正作为抗腐蚀剂而使用着。因此，就过去而言，重点是在减少诸如碳酸钙及硫酸钙类垢的形成;现在重点是减少诸如磷酸钙，磷酸锌及磷酸镁类磷酸盐垢的形成。已知的，最接近的先有技术是Booth等人关于在水系统中防止垢形成的美国专利3，463，730号。更准确地说，该专利是关于通过向含有不溶性盐，特别是金属的碳酸盐和硫酸盐，例如钙或其它碱土金属和/或铁，以及泥土或硅石颗粒的水系统中加入高达100ppm的水解聚丙烯酰胺以抑制垢的形成。聚丙烯酰胺有大约10～50%未水解的酰胺基，分子量约为1000～8000。它可用若干不同的方法制备，包括丙烯酸和丙烯酰胺的共聚。通过说明可知，在Booth等人专利中所描述的聚丙烯酰胺有50～90%的酰胺基水解成酸或盐的形式。

其它有关磷酸盐抑制的先有技术包括美国专利3，928，196号，4，029，577号，4，209，398号，4，253，968号，4，324，664号和4，326，980号。一般说来，这些专利揭示了建立在不饱和羧酸及其它不饱和单体聚合物基础上的聚合抑制物组合物。不饱和羧酸的实例包括丙烯酸，甲基丙烯酸以及顺丁烯二酸。其它不饱和单体是各种各样的，包括羟烷基丙烯酸酯类，乙酸烯丙基酯，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等。

本发明主要是关于在水系统中抑制水垢的形成和/或成垢磷酸盐的形成的方法，该方法包括往该系统中加入少量根据在单体总量为100单位基础上的40～95重量单位丙烯酸与5～60重量单位取代丙烯酰胺的水溶性聚合物的步骤。