一种煤气化灰水分散剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水处理化学品，更具体的说是涉及一种煤气化灰水分散剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、气化炉是煤化工的关键设备，是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，水煤浆在气化剂夹带下由专门的喷嘴喷入炉内，瞬间气化，煤渣进入锁渣器和渣池，气体经洗涤塔后形成粗煤气，通过下级设备对合成气进行压缩、分离、提纯等化工工艺，形成化工产品如尿素、甲醇、乙醚、二甲醚等，洗涤水夹带着灰分形成灰水进入渣水处理系统。灰水系统是保障汽化炉稳定长周期运行的重要环节。

2、气化炉运行过程中产生渣水，一般渣水处理工艺流程为：来自洗涤塔洗涤合成气的高温黑水与来自气化炉激冷室的高温黑水，经过多级闪蒸降温进入沉降槽，向沉降槽中(或在进入沉降槽前)投加絮凝剂进行絮凝、沉降处理，沉降槽中的固体颗粒缓慢向下沉积，由锥底排出沉降槽，通过压滤机压滤后送出工段，沉降槽上部的清水溢流至灰水槽。灰水槽的灰水大部分经除氧、加压送往洗涤塔、文丘里洗涤器，循环使用，少量部分送废水处理装置处理后外排。

3、水煤浆气化装置适应的煤种较广，可以利用烟煤、次烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣等。为提高经济性，很多厂家都采用廉价的普通煤甚至劣质煤做气化原料，煤灰中主要有fe2o3、sio2、a12o3、cao、tio2、mgo及k2o、na2o、硫酸盐等物质，造成灰水水质差，灰水中含有大量硬度、碱度、硫酸盐、铁盐和铝盐等，在高温高压下容易造成黑水管线和灰水管线的结垢。

4、煤中的灰分增加了水煤浆气化黑水及灰水的处理负荷及难度，降低生产能力，磨蚀、冲刷设备、管道、阀门等设施，同时气化中的灰渣会带走大量的热，增加煤炭消耗、氧耗和水耗，降低热效率，增加生产成本。

5、灰水中含有一定量的钙、镁、铁、铝等金属离子和可溶性的硅化合物，随着灰水系统温度的升高，它们与水中的二氧化碳、硫化物或它们之间发生一系列复杂的化学反应，水煤浆气化技术中，在不同的位置有着不同的压力和温度，比如压力分布从沉降槽的常压到气化炉的6.5mpa不等，温度分布从灰水槽的50℃到气化炉激冷室的240℃不等，如此多变的环境，生成碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等单盐和复杂形式的盐类，附着在灰水管壁上，给灰水处理工段带来难度，这些水垢致密、坚硬，除了碳酸盐即使化学清洗也很难去除，严重影响生产安全。所以，在运行中需要投加灰水分散剂来控制管道及设备的结垢速度。

6、但是，目前市面上的灰水分散剂普遍存在处理效果不佳等弊端。

7、因此，如何开发一种能有效防止以碳酸钙、硫酸钙等为主的高硬度灰水结垢的灰水分散剂是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤气化灰水分散剂及其制备方法和应用，该煤气化灰水分散剂能有效防止以碳酸钙、硫酸钙等为主的高硬度灰水结垢。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种煤气化灰水分散剂，包括以下重量百分比的原料：聚天冬氨酸10％～35％，2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸2％～15％，水解聚马来酸酐6％～25％，膦酰基羧酸共聚物12％～30％，苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物0.5％～10％，余量为水。

4、优选为：聚天冬氨酸12％～30％，2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸4％～15％，水解聚马来酸酐8％～25％，膦酰基羧酸共聚物15％～30％，苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物1％～10％，余量为水。

5、更优选为：聚天冬氨酸25％，2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸7％，水解聚马来酸酐20％，膦酰基羧酸共聚物20％，苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物5％，水23％。

6、进一步，上述聚天冬氨酸的相对分子质量为1000～4000。

7、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，聚天冬氨酸(pasp)是一种聚氨基酸，含有肽键和羧基等活性基团，对离子具有极强的螯合、分散和吸附作用，在水垢生成过程中，它被吸附在晶粒表面，使之不能正常生长而发生晶格畸变，从而阻止了传热表面垢的生成。本发明所选聚天冬氨酸对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙等成垢盐类具有良好的阻垢效果。

8、进一步，上述2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸的活性组分含量在50％以上。

9、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸(pbtca)具有膦酸和羧酸的结构特性，使其具有良好的阻垢性能，适用于高温、高碱度、高硬度水质。

10、进一步，上述水解聚马来酸酐为马来酸酐经聚合再水解所得到的一类物质，外观为浅棕黄色液体，数均分子量为400～800，固含量在48％以上。

11、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选水解聚马来酸酐(hpma)化学稳定性好，耐温性高，能与水中钙、镁离子螯合并有晶格畸变能力，破坏结晶的规整性，使其变得较为松散而易被水流冲刷，提高淤渣的流动性，特别适用于高温水系统阻垢分散，且具有剥离老垢的作用。

12、此外，本发明所选膦酰基羧酸共聚物(poca)对灰水中碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙垢有很好的分散性能，并对硫酸钡和硫酸锶及硅垢的沉积有良好的抑制作用，化学稳定性好。

13、进一步，上述苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物的分子量为2000～4000。

14、进一步，上述苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物聚合时，苯乙烯磺酸与马来酸酐的摩尔比为3:1。

15、采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明所选苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物对碳酸盐等具有很强分散作用，苯环的存在提高了该聚合物的热稳定性，可保持灰水在高温高压下具有良好的分散性。

16、一种煤气化灰水分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

17、(1)按上述煤气化灰水分散剂的重量百分比称取各原料；

18、(2)在水中顺序加入聚天冬氨酸、2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸、水解聚马来酸酐、膦酰基羧酸共聚物和苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物，混合均匀，即得煤气化灰水分散剂。

19、本发明还请求保护一种如上述煤气化灰水分散剂或如上述制备方法制得的煤气化灰水分散剂在处理煤气化装置产生的高温、高压、高浊度、高硬度灰水中的应用。

20、进一步，上述煤气化灰水分散剂在灰水中的使用量为50～100mg/l。

21、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

22、1、本发明将各阻垢分散剂按一定比例配伍后组成性能优良的煤气化灰水分散剂，该煤气化灰水分散剂利用含有羧酸基、膦酰基、磺酸基、苯环等功能基团，通过晶格畸变、络合增容、凝聚分散等相互协同作用，使其在以碳酸盐、硫酸盐为主要复合盐垢的灰水中，有效地抑制了垢层的形成和增长，达到阻垢分散的效果。

23、2、本发明中，聚天冬氨酸与2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸复配具有协同效应，尤其在聚天冬氨酸比2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸比例大得多的情况下，大大增强了阻止硫酸钙垢的形成；膦酰基羧酸共聚物与2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸复配具有协同增效作用；水解聚马来酸酐、苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物和2-膦酰基丁烷-1,2,4三羧酸都适合在高温、高硬度、高浊度条件下发挥阻垢分散作用。配方中，各组分的选材和用量限定构成了本发明煤气化灰水分散剂效果的必要条件，当某一组分不足或超出范围，都会造成分散体系的失衡。

24、3、在本发明配方范围内，根据水煤浆气化装置产生的高硬度灰水中钙离子、硫酸根离子、碳酸根离子等各种成分的通常含量，结合本发明煤气化灰水分散剂中各组分的通常使用剂量及相互间的协同作用，确定出本发明配方的最佳组分及含量，作为高效灰水分散剂使用，其效果更佳。

25、4、本发明提供了一种具有高效分散作用的煤气化灰水分散剂，针对水煤浆气化装置产生的高硬度灰水，在3.5-6.5mpa、240～300℃的使用条件下具有良好的分散性能，尤其对以碳酸盐、硫酸盐为主的高硬度灰水分散效果最佳，解决了水煤浆气化装置产生的高硬度灰水造成的设备等结垢问题。