一种煤气化系统的组合式阻垢分散剂及其应用方法与流程

本发明属于水处理领域，尤其涉及一种用于煤气化系统水处理的组合式阻垢分散剂及其应用方法。

背景技术：

工业水处理中的一个重要任务就是防止水体结垢，控制结垢就是控制工业水运行过程中产生的碳酸钙垢、硫酸钡垢、硫酸锶垢、氧化铁垢，以及各种胶体颗粒、不溶杂质（细泥沙）等引起的沉积结垢等。

目前市场上常用的阻垢分散剂产品对防止工业水的结垢虽起到了一定的作用，但仍存在许多缺陷和不足，例如对水中钙离子、铁离子和硅酸根离子的容忍度不高。尤其在煤气化行业，由于煤气化系统水质具有高温、高硬、高ph和高碱度的特点，结垢趋势非常强，在高温（＞250℃）、高压（4.0～8.0mpa）条件下，一般水处理药剂的阻垢和分散性能不甚理想，在高温、高压及水质较差的复杂工况中难以真正发挥作用，达不到预期的水处理效果，且添加方式单一，没有针对性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用范围广、经济和水处理性能优异的阻垢分散剂产品配方，同时根据煤气化工艺不同工段设计不同的添加方法，使本发明的阻垢分散剂具有良好的阻垢和分散性能，在高温、高压、高碱等复杂的运行条件下仍能使水体中成垢元素分散、不聚集，有效控制垢体的形成，从而实现煤气化水系统的长周期稳定运行。

本发明的煤气化系统的组合式阻垢分散剂包括分工段添加的阻垢分散剂ⅰ和阻垢分散剂ⅱ；其中，阻垢分散剂ⅰ包括有机多元膦酸、聚羧酸型多元聚合物，阻垢分散剂ⅱ包括有机多元膦酸、聚羧酸型多元聚合物和聚醚。

所述的煤气化系统的组合式阻垢分散剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将一种或多种不饱和羧酸或其衍生物100～105g溶解于200g水中，搅拌并加热，同时加入10～15g引发剂，于温度70～120℃下反应5～6h；

步骤二、将反应物温度降至40～80℃，滴加30～100g有机多元磷酸和60～200g水，继续搅拌30min得到阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、取1/2上述阻垢分散剂ⅰ，向其中加入5～10g聚醚，搅拌30min得到阻垢分散剂ⅱ。

本发明的组合式阻垢分散剂以有机多元膦酸和羧酸类物质为为基础，将羧酸类原料进行共聚或均聚后，形成聚羧酸型多元聚合物，该聚合物再与有机多元膦酸进行混合复配形成阻垢分散剂ⅰ，阻垢分散剂ⅰ再与聚醚类原料进行复配形成阻垢分散剂ⅱ。

所述不饱和羧酸或其衍生物包括以下结构式的化合物：

（1）chr1=cr2-coor7，

（2）chr3=cr4-cor8，

（3）chr5=cr6-r9so3r10，

其中，r1，r3，r5=h、ch3、羧基或羧烷基；

r2，r4，r6=h、ch3；

r7=h、k⁺、na⁺、c1~3烷基或c1~3羟烷基；

r8=or’、nhr’、ar，其中，r’=h、k⁺、na⁺、c1~3烷基或c1~3羟烷基；

r9=（ch2）n、c6h4、-co-n（r”）2，其中，n=0或1，r”=c1~6烷撑基；

r10=h、k⁺、na⁺、c1~3烷基或c1~3羟烷基。

进一步地，优选的所述不饱和羧酸为丙烯酸、马来酸、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、苯乙烯磺酸、丙烯酰胺磺酸。

所述有机多元磷酸选自乙二胺四甲叉膦酸、1-羟基乙基-1,1-二膦酸、2-膦酸基丁基-1,2,4-三羧酸、氨基三亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸以及多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或两种以上的组合。

所述聚醚选自聚乙二醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种或两种以上的组合。

本发明的组合式阻垢分散剂中的聚羧酸型药剂、有机多元膦酸和聚醚类物质配合使用，具有很好的络合增溶、溶限效应、晶格畸变和消泡等性能，能阻止水中各种细灰及无机盐类的累积，从而防止和缓解垢片的生成，各药剂复合使用时，具有理想的协同效应。

进一步地，所述步骤二中或步骤三中的阻垢分散剂ⅰ、阻垢分散剂ⅱ还可与锌盐、钼酸盐、亚硝酸盐、多唑类、噻唑类药剂进行复配使用，进一步发挥协同增效作用。

本发明还涉及所述的煤气化系统的组合式阻垢分散剂的应用方法，本发明的应用方法中，所述阻垢分散剂ⅰ添加在煤气化水系统循环的非气体洗涤区，阻垢分散剂ⅱ添加在气体洗涤区；所述非气体洗涤区包括循环水罐、低温循环水泵区域，所述气体洗涤区包括气化炉激冷室、文丘里和洗涤塔区域。

进一步地，所述的阻垢分散剂ⅰ、阻垢分散剂ⅱ的添加量分别为10～60mg/l。

进一步地，所述非气体洗涤区的工艺条件为：温度60～80℃，压力为-0.8～1.5mpa；所述气体洗涤区的工艺条件为：温度180～220℃，压力为3.8～4.6mpa。

在应用工艺上，本发明阻垢分散剂ⅰ设计添加在煤气化水系统循环的非气体洗涤区（如循环水罐和低温循环水泵区域），阻垢分散剂ⅱ设计添加在气体洗涤区（如气化炉激冷室、文丘里和洗涤塔等区域）。本发明针对煤气化系统不同工段的水质特点，选用合适的药剂、按一定的比例进行聚合和复配使用，通过不同功能团的配伍和协调，对系统不同工段的水中的成垢元素进行阻垢和分散，从而提高了煤气化系统整体水处理的效果和性能。此外，本发明的组合式阻垢分散剂具有良好的化学稳定性，不易水解和降解，进一步配合不同药剂添加点的应用工艺，使得本发明的组合式阻垢分散剂在较高温度和压力下不仅不失活，还能起到协调促进作用。此外，不同的药剂添加点设计使得阻垢分散剂的用量减小，在水处理中兼具阻垢和分散的特点，可广泛应用于煤气化等各种高温、高压、高碱、高悬浮物、高溶固和ph范围变化宽的工业水处理。

进一步地，所述非气体洗涤区为循环灰水罐，所述的阻垢分散剂ⅰ的添加量为10～30mg/l；所述气体洗涤区为洗涤塔，阻垢分散剂ⅱ的添加量为10～30mg/l。

将药剂添加点设置在灰水罐及洗涤塔洗涤水入口处，不仅可以提高整个煤气化系统的水处理效果，减少设备的结垢和堵塞，还可以减少药剂用量，降低成本的同时也有利于环保。

分析本发明的组合式阻垢分散剂的作用机理为：羧酸类聚合物分子链上的强酸基团（磺酸基）、弱酸基团（羧基）和非离子基团（酯基、羰基和羟基）在阻垢分散方面起着各不相同的作用，对水中的氧化铁、硅酸钙和碳酸钙有独特的分散能力；有机多元膦酸中膦酸基团对钙、镁等金属离子具有鳌合作用，能吸附在碳酸钙晶体的表面活性生长点上，这种吸附作用会改变结晶的正常状态，阻碍其成为较大的晶体，同时由于晶体规整性被破坏，导致水垢结晶的强度降低，变得松散而易被水冲刷；而加入聚醚类药剂的作用就是利用其良好的抑泡效果、乳化能力和洗涤作用，以及稳定性高、不具毒性、ph应用范围广、与多数溶剂的相溶性好的特性。工业应用表明，在气体洗涤过程中由于气流因素会产生众多气泡，而气泡会携带大量的细灰进入后续系统，从而一方面降低气体洗涤效果，另一方面会使循环水中携有大量细灰。这些细灰在水循环过程中会逐渐沉积在管道及设备中，造成设备及管道的结垢和堵塞。因此将阻垢分散剂ⅰ应用在相对低压、低温和非气体接触区，利用羧酸类物质和有机多元膦酸的分散、阻垢作用减少和缓解设备的沉积和结垢；在阻垢分散剂ⅰ的基础上加入聚醚类物质做为阻垢分散剂ⅱ，并添加在气体接触区（该区域一般为高温、高压），通过消除气泡的作用增加药剂的阻垢性能。通过阻垢分散剂ⅰ和阻垢分散剂ⅱ的协同作用，本发明所述的组合式阻垢分散剂在高温、高压和高碱等复杂条件下仍能有效地控制水中各种细灰及难溶盐的沉积，提高水处理的浓缩倍数和利用率。

附图说明

图1是本发明的阻垢分散剂应用方法示意图。

具体实施方式

实施例1

步骤一、将100g马来酸酐溶解在200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入引发剂硫酸亚铁铵12g，控制反应温度在100℃，进行聚合反应，反应5小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至60℃时，向溶液中逐渐加入50g乙二胺四甲叉膦酸和100g水，搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入5g聚乙二醇醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例2

步骤一、将100g马来酸酐溶解在200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入引发剂硫酸亚铁铵12g，控制反应温度在120℃，进行聚合反应，反应5小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至80℃时，向溶液中逐渐加入50g乙二胺四甲叉膦酸和100g水，搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入5g聚乙二醇醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例3

步骤一、将50g丙烯酸、50g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入引发剂过硫酸铵10g，控制反应温度在70℃，进行聚合反应，反应6小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至40℃时，向溶液中逐渐加入100g1-羟基乙基-1,1-二膦酸和200g水，搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入10g聚乙二醇醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例4

步骤一、将50g丙烯酸、50g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入引发剂过氧化氢12g，控制反应温度在100℃，进行聚合反应，反应6小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至60℃时，向溶液中逐渐加入100g1-羟基乙基-1,1-二膦酸和200g水，搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入10g聚乙二醇醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例5

步骤一、将60g马来酐、15g丙烯酰胺、10g六聚偏磷酸钠及20g丙烯酸羟乙酯溶于200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入由过硫酸钾6g和亚硫酸氢钠6g组成的氧化还原引发剂，控制反应温度在80℃，进行聚合反应，反应5小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至40℃时，向溶液中逐渐加入30g2-膦酸基丁基-1,2,4-三羧酸和60g水，继续搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入10g聚氧丙烯甘油醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例6

步骤一、将60g马来酐、15g丙烯酰胺、10g六聚偏磷酸钠及20g丙烯酸羟乙酯溶于200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入由过硫酸钾6g和亚硫酸氢钠6g组成的氧化还原引发剂，控制反应温度在100℃，进行聚合反应，反应5小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至60℃时，向溶液中逐渐加入30g2-膦酸基丁基-1,2,4-三羧酸和60g水，继续搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入10g聚氧丙烯甘油醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例7

步骤一、将60g马来酐、15g丙烯酰胺、10g六聚偏磷酸钠及20g丙烯酸羟乙酯溶于200g水中，进行搅拌、加热，同时逐渐加入由过硫酸钾6g和亚硫酸氢钠6g组成的氧化还原引发剂，控制反应温度在100℃，进行聚合反应，反应5小时；

步骤二、将系统降温，待温度降至60℃时，向溶液中逐渐加入30g2-膦酸基丁基-1,2,4-三羧酸、5g苯并三氮唑和60g水，继续搅拌30min后得阻垢分散剂ⅰ；

步骤三、将阻垢分散剂ⅰ平分为两份，在其中一份中加入10g聚氧丙烯甘油醚，继续搅拌30min得阻垢分散剂ⅱ。

实施例8

将实施例6产品在西北某粉煤气化装置上进行应用，对产品的阻垢性能进行应用评价，组合式阻垢分散剂的应用工艺如图1所示。

根据工艺装置灰水系统的水质状况及工艺特点，阻垢分散剂ⅰ在灰水罐的入口添加，阻垢分散剂ⅱ在洗涤塔的洗涤水入口添加，添加量均为30mg/l。灰水罐的工艺条件为温度70℃，压力为常压；洗涤塔的工艺条件为温度200℃，压力为4.3mpa。以往常规药剂的添加点为灰水罐的入口处，投加量为80mg/l。

应用结果表明，使用常规药剂单一在灰水罐入口处添加80mg/l的情况，系统使用周期一般为70天，设备便开始出现结垢和堵塞；而使用本发明所设计的组合式阻垢分散剂及添加工艺，在设备使用100天后，设备仍能正常运行，阻垢分散效果显著。

虽然以上描述了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。