[发明专利]在含水系统中抑制二氧化硅污垢形成和沉积的方法

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及二氧化硅污垢的抑制剂。更具体地，本发明涉及在水系统中使用低分子量阴离子聚合物抑制二氧化硅和硅酸盐化合物的形成和沉积的方法。

发明的背景技术

在世界的很多地方，当工业用水含有大量二氧化硅时，无定形的二氧化硅污垢会引起严重的结垢问题。对于大多数情况来说，大量的二氧化硅意味着工业用水含有至少5ppm甚至高至约500ppm的溶解二氧化硅并且可含有更大量的溶解、分散或胶体形式的二氧化硅。

在工业用途中，例如在冷却、锅炉、地热、反渗透以及造纸用途中，二氧化硅的溶解度不利地限制了水的有效使用。具体地，由于在处理过程中当矿物被浓缩时，可能超过约150ppm的二氧化硅的溶解度限制了水处理操作。这种过量可导致无定形二氧化硅和硅酸盐的沉淀和沉积，从而造成设备效率相应的损失。另外，在水处理设备内表面上的二氧化硅累积降低了通过换热管和膜的热传递和流体流，所述设备可以为锅炉、冷却和净化系统。

一旦二氧化硅污垢在水处理设备上形成，则这类污垢的去除非常困难并且成本高。因此，使用二氧化硅含量高的水时，冷却和反渗透系统通常以低的水使用效率运行以确保不会超过二氧化硅的溶解度。但是在这些条件下，反渗透系统必须限制其纯净水回收率并且冷却系统必须限制水的循环使用。在这两种情况下，水的排放体积是大量的。

已经使用了各种添加剂以抑制二氧化硅沉积。在工业冷却系统中用于二氧化硅污垢控制的现有技术涉及胶体二氧化硅分散剂或二氧化硅阻聚剂的使用。分散剂技术显示出很低的效能，仅能够稳定塔(tower)中总二氧化硅的轻度地升高。例如，通过加入分散剂，二氧化硅含量从150～200ppm升高至180～220ppm，这在二氧化硅循环中通常是不易发觉的。

另一方面，对二氧化硅污垢沉积而言，二氧化硅阻聚剂表现得更为有效。例如，Dubin的美国专利No.4,532,047涉及使用水溶性低分子量多极性有机化合物以抑制在与工业用水接触的表面上的无定形的二氧化硅污垢的形成。同样地，Nicholas等人的美国专利No.5,658,465涉及使用聚唑啉作为二氧化硅污垢的抑制方法。这些阻聚剂能够允许可溶性二氧化硅提升至高于300ppm而没有污垢的形成。

因此，工业上存在对于具有性能高于现存技术的污垢控制剂的需求。

发明概述

相应地，本公开提供了一种在水系统中抑制二氧化硅和硅酸盐化合物形成和沉积的方法。本发明人发现，在水系统中，某些低分子量聚合物是可溶性二氧化硅聚合和污垢沉积的有效抑制剂。在本发明的实施方式中，该方法包括向水系统的水中加入有效抑制量的一种或多种相对低分子量的阴离子聚合物。该聚合物优选选自包括以下物质的组：丙烯酸均聚物、甲基丙烯酸和聚乙二醇烯丙基醚(polyethylene glycol allyl ether)的共聚物、甲基丙烯酸均聚物、丙烯酸和聚乙二醇烯丙基醚的共聚物以及丙烯酸和1-烯丙氧基-2-羟基丙烷磺酸的共聚物、马来酸酐均聚物、马来酸酐和聚乙二醇烯丙基醚的共聚物及其组合。这类聚合物公开于，例如JP2138319(A)，Yasukochi Toru等人的“烯丙基醚-马来酸酐共聚物(Allyl Ether-Maleic Anhydride Copolymer)”之中。

本发明的优点是使聚合的二氧化硅和单体的二氧化硅的分散度相对于现有技术提升了>50%。

本发明的另一个优点是所公开的化学物质以一种减缓了二氧化硅的自聚合的方式起作用，保持了一部分单体形式的二氧化硅。

本发明的另一个优点是使存在的二氧化硅污垢软化并且易于去除。

本发明的另一个优点是该化学物质在超过300℃的温度下超过5小时的条件下是热稳定的。

本发明的另一个优点是其可以与示踪功能相结合，使其能够与例如技术(获得自Company,Naperville,Illinois,USA)的荧光示踪技术相兼容。

为了本发明的详述能够被更好地理解，前述内容已经相当宽泛地概括了本发明的特点和技术优点。本发明的其它特点和优点将在下面进行描述，其形成本发明的权利要求主题。对于本领域技术人员来说，应当理解的是所公开的理论和具体实施方式可以易于用作为了实施本发明的相同目的其它实施方式的修改或设计的基础。本领域技术人员还应当认识到这些等价的具体实施方式并不背离如附加权利要求所阐述的本发明的精神和范围。

发明详述