阻垢剂协同效应及阻垢复配方案的研究.pdf

燃辩与化工 F n I L h e m w a JP M M 2 0 1 2 V 0 1 4 3N o 2 阻垢剂协同效应及阻垢复配方案的研究 吴俊1魏松波z 颜家保1孙立卢1 ( 1 煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室，武汉4 3 0 0 8 1 ； 2 武汉钢铁( 集团) 公司，武汉4 3 0 0 8 0 ) 擒要：对羟基乙叉二膦酸( H E D P ) 、2 - 膦酸基丁烷一l ，2 ，4 一三羧酸( P B T C A ) 、聚马来酸酐( H P M A ) 和2 一丙 烯酰胺一2 一甲基丙基磺酸( A M P S ) 进行复配，研究药剂问的阻碳酸钙垢协同效应。结果表明，H P M A 与H E D P 、 A M P S 与P B T C A 、H P M A 与P B T C A 两两之间存在明显的协同效应；P B 7 r c A 与H E D P 之间存在一定的协同效应； A M P S 与H E D P 、A M P S 与H P M A 两两之间不存在协同效应。H E D P 、H P M A 和P B T C A 按l ：1 ：1 复配。阻垢率高 达9 8 4 。 关键词：循环冷却水阻垢剂协同效应 中圈分类号：T q l l 0 3 文献标识码：A文章编号：1 0 0 l 3 7 0 9 ( 2 0 1 2 ) 0 2 - ( 1 0 4 0 0 3 S t u d yo ns y n e r g i s t i ce f f e c to fs c a l ei n h i b i t o r a n dc o m p o u n df o r m u l a t i o n p r o p o s a lf o rs c a l ei n h a b i t a t i o n W uJ u n lW e iS o n g b 0 2Y a hJ i a b a 0 1S u nL i h ( 1 H u b e iK e yL a b o r a t o r yo fC o a lC o n v e r s i o na n dN e wC d l r b o nM a t e r i a l ，W u h a n4 3 0 0 81 ，C h i n a ； 2 W u h a nI r o na n dS t e e l ( G r o u p ) C o r p o r a t i o n ，W u h a n4 3 0 0 8 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：H E D P ，P B T C A ，H P M Aa n dA M P sa r ec o m p o u n d e d 1 1 h es y n e r g i s t i ce f f e c to ft h ei n h i b i t i n g s c a l eo fc a l c i u mc a r b o n a t eb e t w e e nc h e m i c a l si Ss t u d i e d T h er e s u l ts h o w st h a tt h eo b v i o u ss y n e r g i s t i ce f - f e c t se x i s tb e t w e e nH P M Aa n dH E D P b e t w e e nA M I x 5a n dP B T C Aa n db e t w e e nH P M Aa n dP B T C A T h e r e i Sac e r t a i ns y n e r g i s t i ce f f e c tb e t w e e nP B T C Aa n dH E D P ；t h e r ei sn os y n e r 百s t i ce f f e c tb e t w e e nA M P Sa n d H E D Pa n db e t w e e nA M P Sa n dH P M A T h ec o m p o u n df o r m u l a t i o no fH E D Pa n dH P M Aa n dP B T C Aa r e d o n ea c c o r d i n gt or a t i oo fl ：l ：la n dt h es c a l ei n h a b i t i n gr a t eC a nb eu pt o9 8 4 K e yw o r d s ：C i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r S c a l ei n h i b i t o r S y n e r 6 s t i ce f f e c t 工业冷却水循环利用是城市节约用水的重要措 施之一而解决循环冷却水系统的腐蚀和结垢问题 是工业冷却水循环利用的关键。水垢会大幅降低冷 却器的传热效率。同时沉积的水垢会加速换热器的 表面腐蚀影响装置的正常运行【l - 3 1 。循环水处理 的重要任务之一就是控制结垢，而不同阻垢剂之 间可能存在协同效应。运用协同效应既可提高药 剂的功效。又可降低运行成本，故研究阻垢剂之间 的协同效应进而开发出高效复合阻垢剂成为循环水 处理药剂研究的重点和热点。本研究以羟基乙叉二 膦酸( H E D P ) 、2 一膦酸基丁烷一1 ，2 ，4 一三羧酸 收稿日期：2 0 1 I - 0 6 - 2 6 作者简介：吴俊( 1 9 8 6 - ) 。男，硕士研究生 ( P B T C A ) 、聚马来酸酐( H P M A ) 、2 一丙烯酰胺一2 一 甲基丙基磺酸( A M P S ) 进行复配，对药剂之间的阻 垢协同性能进行研究，筛选出性能良好的复合阻垢 剂配方，为研究高效阻垢剂配方提供了技术依据。 1 实验 按照G B f I 1 6 6 3 2 - - 1 9 9 6 水处理剂阻垢性能 的测定M 中的碳酸钙沉积法，评定阻垢剂的阻 垢性能。将含有一定浓度的药剂、7 3 2 m g LH C O ，一 和2 4 0 m g L C a 2 的5 0 0 m L 配制水置于8 0 的恒温水 浴锅中l O h 。冷却至室温后用中速定量滤纸过滤。 万方数据 2 0 1 2 年3 月 第4 3 卷第2 期 燃辩与化工 F u e l & C h e m i c a lP r o c e s s e s 4 1 测定C a 2 + 含量，同时做空白实验，计算对碳酸钙的 沉积抑制能力。 2 结果与讨论 2 1 单组分的阻垢性能 分别对H E D P 、H P M A 、A M P S 、P B T C A4 种水 处理剂的阻碳酸钙垢性能进行测试，结果见图1 。 水处理剂浓度，( m g L - ) 图1 各单组分的阻垢性能 由图l 可知。P B T C A 有优异的阻垢性能，当 投加量1 0 m g L 时阻垢率就可达到9 0 ，但增大投 加量并不能提高其阻垢性能。H E D P 、。H P M A 和 A M P S 的阻垢性能明显低于P B T C A 。即使投加量增 至4 5 m g L 其阻垢率也仅在8 0 左右。H E D P 、 H P M A 和A M P S 的阻垢率均随投加浓度的增大而提 高。其中。A M P S 的阻垢性能随浓度增加提高的幅 度最大。 2 2 两两复配的阻垢性能 药剂复配的目的一方面是利用单剂之间存在的 协同效应提高其阻垢效率。另一方面则是通过复 配降低药剂的成本。本文研究了H P M A 、H E D P 、 P B T C A 、A M P S 两两之间复配的协同效应( 阻垢剂 总浓度均设定为2 5 m g L ) 。研究表明，H P M A 与 H E D P 、A M P S 与P B T C A 、H P M A 与P B T C A 两两之 间( 图2 。图4 ) 存在明显的协同效应；P B T C A 与 H E D P 之间( 图5 ) 存在一定的协同效应；A M P S 与H E D P 、A M P S 与H P M A 两两之间( 图5 、图6 ) 不存在协同效应。 由图2 图4 可看出H P M A 与H E D P 、A M P S 与P B T C A 及H P M A 与P B T C A 复配时均表现出明 显的阻碳酸钙垢协同增效作用。其中5 m g L H P M A 与2 0 m g LH E D P 复配时，即H P M A 与 H E D P 的复配比为1 ：4 时阻垢效果最好，最高阻垢 率可达9 2 ：5 m g LA M P S 与2 0 m g LP B T C A 复配 时即A M P S 与P B T C A 复配比例为1 ：4 时阻垢效 果最佳。最高阻垢率在8 0 左右；2 0 m g L H P M A 与 5 m g L P B T C A 复配时即H P M A 与P B T C A 复配比 例为4 ：1 时阻垢效果最好，最高阻垢率在9 5 左 右。 一 水处理剂浓度( r a g L 4 ) 图2I 珀M A 与I D P 单组分及复配时的阻垢性能 木处理剂浓度( n a g L - ) 图3A M P S 与P B T C A 单组分及复配时的阻垢性能 水处理剂浓度K i n g L - I ) 图4I I P M A 与P B T C A 单组分及复配时的阻垢性能 图5 是P B T C A 与H E D P 复配的阻垢性能结果。 由图5 可以看出。P B T C A 与H E D P 复配协同增效 并不明显。只是当H E D P 为1 0 m g L ，P B T C A 为 1 5 m g L 时。两者表现出较明显的协同增效作用， 即两者的浓度比为2 ：3 时，阻碳酸钙垢的效果较 好但其阻垢率也仅为8 1 。而在其他浓度配比 复合协同效应并不显著。 图6 和图7 分别为A M P S 和H E D P 、A M P S 和 H P M A 复配时的阻垢性能结果。从图6 和图7 中可 以看出。A M P S 和H E D P 、A M P S 和H P M A 复配时， 无论以何种浓度配比均不存在协同效应。可能由于 万方数据 4 2 燃辩与化工 F u e l & C h e m i c a lP l o o e s g e g M R F 2 0 1 2 V 0 1 4 3N o 2 A M P S 中的一S O 挪官能团与H P M A 中的一C O O H 官 能团的阻垢作用均主要表现为分散作用，以分散颗 粒较大的晶体阻碍其向传热面沉积为主。故两者复 配后在阻垢作用方面不存在协同效应；同时A M P S 中含有的强极性的磺酸基团对H E D P 中极性相对 较弱的- - P O ( O n ) ：官能团造成影响，从而它们复配 表现不出复配增效作用。 水处理删浓度，( 。曙p ) 图5P B T C A 与腿D P 单组分及复配时的阻垢性能 术处理荆维度，( n 塔p ) 圈6A 姗与衄D P 单组分及复配时的阻垢性能 水处理荆浓度，( “g p ) 图7A M P S 与瑚P M A 单组分及复配时的阻垢性能 2 3 阻垢配方优化 复合配方选用阻垢性能优良的P B T C A 、H E D P 和H P M A3 种阻垢剂，分别以A 、B 、C 表示。鉴 于H E D P 与H P M A 的阻碳酸钙垢有明显的协同效 应考虑B 、C 之间的交互作用，同时为了避免试 验规模过于庞大、复杂。采用三因素二水平正交试 验。表l 为正交试验因素水平安排，表2 为正交试 验结果。 裹1正交试验因素水平衷 m g L - t 编号 l 2 A 5 1 0 B l O 1 5 C l O 1 5 裹2正交试验结果与分析 由表2 可知。各因素对阻垢率的影响程度大小 依次是：B B x