[发明专利]二氧化硅和硅酸盐结垢的抑制方法

说明书

发明领域

本发明涉及控制二氧化硅在水性体系中结垢。更特别地，本发明涉及到在冷却和锅炉水系统中使用包括膦酸的协同组合物抑制二氧化硅/硅酸盐的结垢。

发明背景

许多年来，水垢形成的问题和它的伴随效应给供水系统带来了许多不便。例如水垢趋于积累在各种水系统(如锅炉和冷却水系统)的内壁上，从而降低传热性能并减少流体通过热交换器管的流动。

在某些系统中，一种特别类型的沉积物，二氧化硅，是特别令人讨厌的。其中用于冷却系统的水和制冷工业热交换器的水直接取自于湖，河、池塘或城市水资源，存在有各种含量的溶解和悬浮的固体，包括二氧化硅。在一些工艺例如冷却系统中，当浓缩水或使水循环时，问题就出现了。当水蒸发时，二氧化硅浓度增加，这既使沉积易发生，又加大了沉积的程度。二氧化硅浓度的增加也使单体二氧化硅聚合形成凝胶和/或胶体二氧化硅，胶体二氧化硅能形成粘滞的沉积物。

在冷却水系统中，二氧化硅和硅酸盐化合物在与流经整个系统的水相接触的内部金属表面上形成沉积物。这样，传热效率大大降低，这反过来对冷却水系统的整体操作效率也产生有害的影响。二氧化硅和硅酸盐的沉积既能在如阀、喷嘴和泵这些装置上引起问题，也能在其它导管和管道表面引起问题。

虽然当前的工业冷却系统在将水输入至水系统之前，对它进行了复杂的外部处理如絮凝、过滤、软化等，但是这些操作只是在一定程度上有效的。在所有情况下，外部处理本身并不提供足够的处理，因为泥浆、淤渣、粉沙和如硅酸盐之类的溶解固体能够逃脱这种处理，最终进入系统中。

在自然界中，二氧化硅以大量的结晶的和无定形的形式出现，在水中它们都是微溶的，这导致了不受欢迎的沉积物的形成。硅酸盐是由二氧化硅或硅酸衍生得到的盐，特别是原硅酸盐和偏硅酸盐，它们可化合形成聚硅酸盐。除了碱金属类硅酸盐，所有的这些物质在水中都是微溶的。有可能形成许多不同形式的二氧化硅和硅酸盐沉积物，在其它因素中，沉积物的形成形式依靠温度和水的PH值。

为了解决淤渣、粉沙及包括二氧化硅的沉积问题，已使用了各种方法。USP 5,378,638公开了使用聚醚聚氨基亚甲基膦酸酯控制工业水系统中的二氧化硅/硅酸盐沉积。可单独使用聚醚聚氨基亚甲基膦酸酯，也可与聚合物添加剂组合使用。

USP 5,078,879公开了单独使用2膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸盐或优选地与如羧基/磺基聚合物之类的阴离子聚合物组合使用，以控制水性体系中二氧化硅/硅酸盐沉积物的形成。

USP 4,933,090公开了使用选择性的膦酸酯和任选地使用羧基/磺基/聚环氧烷聚合物，以控制二氧化硅/硅酸盐的沉积。

USP 4,874,527公开了使用亚胺聚合物、膦酸酯和任选的含钼酸盐或硼酸盐离子的物质，以控制水性体系中二氧化硅/硅酸盐的沉积。

USP 5,158,685公开了使用羟基膦酰基乙酸和丙烯酸/烯丙基羟丙基磺酸醚聚合物的组合物控制冷却水系统中二氧化硅/硅酸盐的沉积。

USP 5,300,231公开了聚醚聚氨基亚甲基磷酸酯与羟基膦酰基乙酸或氨基三亚甲基膦酸酯的组合使用，以控制各种工业水系统中的二氧化硅/硅酸盐沉积。

USP 4,405,461公开了包含使用连接至少一对端基的胺或它们的氢卤化物的处理方法，以控制含二氧化硅的水垢的沉积，其中所述端基选自于糠基和由一个或多个羟基和羰基取代的饱和或不饱和烃基。

本发明的详细描述

根据本发明，已发现对减少水性体系中二氧化硅/硅酸盐的沉积来说，包括膦酸的协同组合物是有效的处理剂。本发明的方法包括向被处理的水性体系中加入有效量的包括膦酸的协同组合物。

本发明的对水性体系的处理剂是下列物质的协同组合物：膦酸(a)二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)与(b)2膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸；高分子量的、3∶1的、丙烯酸/烯丙基羟丙基磺酸醚；环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物；聚环氧丁二酸及其盐。

二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)是从Solutia购得的，商品名为Dequest2060。2膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸是从Bayer购得的，商品名为BayhibitAM。环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物是从BASF购得的，商品名为Pluronic L63和Pluronic L44。聚环氧丁二酸是从贝茨迪尔博恩公司购得的，商品名为Coag 129。