[发明专利]二氧化硅垢的协同控制

说明书

技术领域

本发明涉及控制具有中性pH的水性体系中无定形二氧化硅垢(silica scale)沉积的方法。本方法包括添加有效量的至少一种羧酸或其盐聚合物和至少一种螯合剂的协同组合。

背景技术

在包含水性体系的水处理设备例如锅炉、冷却和净化系统的内表面上二氧化硅垢的沉积和累积是成问题的，因为它降低了通过这种设备的传热和流体流动。因此，防止二氧化硅垢的形成和沉积，以及当这种垢沉积和累积时的去除，是涉及水处理的行业极为关注的。

水性体系中二氧化硅垢的形成是通过所述水性体系的各种特性例如pH、温度、金属离子浓度等实现的。这些特性本身可以根据具体的工作环境(例如，冷却塔，锅炉，反渗透，地热等等)，在体系与体系之间广泛变化。这样的特性，尤其pH和温度，还决定了产生和沉积的两种主要的二氧化硅垢形式(胶态/无定形或硅酸盐)。所有二氧化硅垢类型都始于在溶液中形成胶态二氧化硅粒子，其然后可以聚合和作为胶态或无定形二氧化硅垢沉积，或者可以与存在的任何金属离子(例如镁或钙)结合，形成硅酸盐垢沉积。

更具体而言，二氧化硅垢的聚合速率通常是pH依赖性的，最高速率在大约8.0至8.5。II族金属，特别是钙、镁和铁，几乎总是与二氧化硅一起存在，并且这些金属离子还影响二氧化硅垢发展速率。此外，在pH高于约9.5的水性体系中，硅酸盐类型的垢，例如高度不可溶的硅酸镁，是形成的主要二氧化硅垢类型，无定形二氧化硅垢SiO₂极少。因此，硅酸盐垢倾向于在较高的温度和碱性pH下形成。在大约7.5的pH下，无定形二氧化硅垢，SiO₂，是形成和沉积的主要二氧化硅垢类型，在pH降到低于7.0时，形成的硅酸盐垢极少。因此，在较低的温度和pH下，即使在金属例如钙、镁和铁的存在下，也不可能形成硅酸盐垢，留下无定形二氧化硅垢作为主要的问题。在任一种情况下，二氧化硅垢一旦形成要除去它是很困难和昂贵的。

通常通过一种或多种技术包括抑制、分散、增溶和粒度降低来实现抑制二氧化硅垢的形成和沉积，所述技术减少或防止了二氧化硅垢的形成和沉积。对于倾向于在中性或轻度碱性的pH条件下发生的无定形二氧化硅垢的控制研究少于对硅酸盐垢的抑制和除去的研究。

已知几种聚丙烯酸酯化合物成功地表现为水性体系中的抑制剂，抑制各种类型的垢的形成和沉积。聚丙烯酸酯是源自于一种或多种丙烯酸酯单体例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈及其衍生物的聚合的一类聚合物。每种丙烯酸类单体包含高度反应性的乙烯基(-C＝C-)。由于所述乙烯基的碳双键的这种高反应性，丙烯酸酯单体容易聚合，产生可用于各种塑料、胶粘剂和化学粘合剂应用等的许多种类的聚丙烯酸酯聚合物。

例如，美国专利No.4,536,292描述了从不饱和羧酸、不饱和磺酸和不饱和季氨化合物制备的一类丙烯酸酯聚合物，它们是抑制水性体系中多种类型的垢的适当分散剂。美国专利No.4,510,059公开了减少水性体系中二氧化硅沉积形成的方法，所述方法通过添加有效量的聚两性电解质，即含有源自于至少一种羧酸或其盐单体和至少一种含阳离子单体的聚合单元的聚合物。美国专利No.5,658,465描述了在水体系中通过添加具有N,N-二取代酰胺官能团的聚合物来抑制二氧化硅和硅酸盐垢的方法。

另外，国际专利申请公布No.WO 2010005889描述了烷氧基化胺或聚(烷氧基化)胺对于抑制水性体系中的二氧化硅和硅酸盐垢是有效的。这些聚(烷氧基化)胺抑制剂具有基于环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)或其混合的主链，并且还可以包含源自于例如丙烯酸或马来酸的羧酸侧基。

国际专利申请公布No.WO 2011028662还提供了抑制二氧化硅和硅酸盐垢沉积的方法，所述方法通过向水性体系添加聚合物，所述聚合物包含源自于烷氧基化乙烯基醚和至少一种具有羰基、磺酸酯或磷酸酯基的单体的单元。

含有磺酸基(-SO₂OH)的羧酸共聚物，例如可从美国密歇根州Midland的The Dow Chemical Company以商品名ACUMER5000商购的那些，是公知的水性体系中硅酸镁的抑制剂以及胶态二氧化硅和硅酸镁垢的分散剂。所述行业中还已知，没有磺酸基(-SO₂OH)的羧酸酯均聚物和共聚物，例如同样可从The Dow Chemical Company以商品名ACUMER1000和ACUMER4300商购的那些，在避免二氧化硅垢沉积上通常有效性较低。