专利名称：一种纯碱母液阻垢剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种阻垢剂，特别涉及ー种在纯碱母液生产中用于阻止CaC03、CaSO4等杂质在设备和管路中结垢的组合物，属于精细化工产品技术领域。
背景技术：
现有纯碱生产エ艺主要分天然碱法和合成碱法，天然碱法产制碱产量低，所得产品杂质多，所以合成生产碱法是主要的纯碱生产エ艺。目前国内合成碱法主要采用氨碱法和联喊法。氨碱法目前在国内仍有ー些大型碱厂(如大化和天碱、潍坊、唐山等)采用。氨碱法主要生产过程包括盐水制备、石灰石煅烧、氨盐水制备、及其碳酸化、重碱的分离与煅烧、氨的回收等。其反应过程如下 CaCO3 = CaCHCO2 丨一QCaCHH2O=Ca (OH) 2 + QNaCl+NH3+H20+C02 = NaHCO3 I +NH4Cl + QNaHCO3 = Na2C03+C02 f +H2O + QNH4C1+Ca(OH)2=CaCl2+NH3+H20 + Q其主要优点主要有原料价廉易得，产品质量好，可以生产低NaCl盐碱，硫酸盐的含量也非常低，氨可以循环利用(损失较少，适用于大规模生产，易于机械化和自动化)。主要缺点有石灰制备和蒸馏エ序中，原材料消耗高，原NaCl盐的利用率低，转化率只能达到73 76%，Cl—的利用率为零，总利用率只有28%，产品成本高，生产副产品氯化钙处理难度大，产生的废液量也较大。所以氨碱法生产纯碱现已逐步被淘汰。联碱法在目前国内新建的ー些大型碱厂基本都采用，前半部分エ艺和氨碱法一样。联碱法以食盐、氨及合成氨エ业副产的ニ氧化碳为原料，同时生产纯碱及氯化铵，即联合产纯碱与氯化铵，简称“联合制碱”或称“联碱”主要反应为NaCl+NH3+H20+C02=NaHC03 I +NH4ClNaHC03=Na2C03+C02 f +H2O 根据加入原料的次数及析出氯化铵温度的不同，联合制碱有多种エ艺流程。我国多采用一次碳化，两次吸氨，一次加NaCl盐，低温析铵流程。联碱法生产纯碱的エ艺流程如附图I。联碱法主要优点主要有減少了石灰和蒸馏エ序，生产废液排放少，环保，原盐利用率高，可以达到93%左右，产品成本低。主要缺点有产品质量差，纯碱盐分最好只能控制在O. 6%左右，母液内部循环，硫酸根无法排出，硫酸盐的含量偏大。在联碱法生产纯碱过程中，由于主要原料エ业NaCl盐的质量存在差异，尤其是Ca2+、Mg2+、S042_含量较高的エ业盐，对纯碱生产产生较大影响，根据生产エ艺特性其主要表现在换热器、碳化塔、结晶器、母液泵、母液管线等结垢导致减产或停产清洗。一般连续生产3个月 6个月必须停产除垢。现有技术中采用化学清洗(一般都采用盐酸酸洗)的方法除去纯碱母液生产过程中的结垢。这不仅影响生产的正常进行，而且在酸洗的过程中设备容易受到损伤，酸洗面也变得越来越粗糙，从而导致结垢越来越严重。保证纯碱母液生产系统长周期、稳定运行，解决纯碱母液生产过程中的结垢问题，是广大纯碱企业一直渴望解决的难题。目前，尚未有适用于纯碱母液的阻垢剂，而国内用于循环水的阻垢剂有磷系、钥系、硅系等，这些阻垢剂均为复配药剂。钥系、硅系受价格和水质的制约而很少使用，目前常用阻垢剂主要是磷系配方阻垢剂。然而磷系阻垢剂含磷，如果在纯碱母液中使用磷系阻垢剂，则纯碱产品将引入含磷杂质，并且现有的磷系阻垢剂对纯碱母液这种含盐量高的溶液，阻垢率低，无法达到预期目的，故磷系阻垢剂不适用于纯碱母液生产。中国专利CN101759303A公布了一种芒硝生产用阻垢剂，该阻垢剂应用于芒硝生产中，芒硝生产用阻垢剂由以下成分按比例组成
HX-105 阻垢齐Ij60% 80%，
聚马来酸6% 15%，
丙烯酸丙烯醛共聚物 5% 10%，
稳定剂2% 10%，所述HX-105阻垢剂由以下原料合成丙烯酸、衣康酸、甲基丙烯酸甲酷、引发剂过硫酸钠、分子量调节剂异丙醇。其中，丙烯酸、衣康酸、甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为2 5 :I 4 :: I 2。稳定剂为=NaS2O3或者NaOH0上述芒硝生产用的阻垢剂，由于芒硝生产中硫酸根离子居多，成垢物质主要为CaSO4,芒硝生产用阻垢剂主要是对钙离子形成络合物，阻止硫酸钙的大量生成，而碳酸钙作为不溶于水的垢类，极易生成，上述阻剂在纯碱母液中作用不明显。芒硝的生产中PH值一般在9 12，而纯碱母液的pH值一般在8 9，如果直接将芒硝生产阻垢剂应用于纯碱 母液，由于PH差异，阻垢效果也有所影响。而且，试验证明，该阻垢剂应用于纯碱母液阻垢的达不到预期效果。故上述芒硝生产用阻垢剂不适用于纯碱母液。因此，研发ー种阻垢效果好、不影响纯碱产品质量的纯碱母液阻垢剂具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有纯碱母液生产过程中结垢的难题，提供ー种适用于纯碱母液的阻垢剂，以保证纯碱母液生产系统的长周期、稳定运行。为了实现上述发明目的，本发明人经过一系列试验研究，提供了以下技术方案一种纯碱母液阻垢剂，其包括以下组分(质量比例)HK-IOl阻垢剂50 70份，
葡萄糖酸钠 5 15份，
聚环氧琥珀酸 10 20份，
pH调节剂 3 7份，所述HK-101阻垢剂由以下原料制得丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酷、引发剂过硫酸铵、分子量调节剂异丙醇，其中丙烯酸(AA)、马来酸(MA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)的摩尔比为2 5:1 4:1 2，引发剂的用量为AA、MA、HPA总质量的6% 12%，分子量调节剂的用量为AA、MA、HPA总质量的5% 15%。 所述的pH调节剂为Na2CO3或者NaOH。HK-101阻垢剂是发明人经反复试验研制而成，其原料及原料的用量，是通过大量试验确定的，上述组合及用量范围能较好地控制阻垢剂的分子量并使其具有优良的阻垢性能。经检测，HK-101阻垢剂具有较强晶格畸变能力，对CaC03、CaS04和Mg(OH)2均具有较好的分散作用。葡萄糖酸钠是ー种多羟基羧酸型的阻垢缓蚀剂，因分子中含有多个羟基，在水溶液中对钙、镁、铁、铜离子等具有极好的络合能力，尤其对钙、镁、铁等离子具有较强的络合能力。并对这些离子的许多盐类也有很好的去活化作用。因此具有优异的缓蚀阻垢作用，能与HK-101阻垢剂产生良好的协同阻垢作用。聚环氧琥珀酸的相对分子量为400 3000，与葡萄糖酸钠生成聚环氧琥珀酸钠，聚环氧琥珀酸钠对水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氟化钙和硅垢有良好的阻垢分散性能，尤其适用于高碱、高硬、高PH条件下。同时具有一定的缓蚀作用，是ー种无磷、非氮的“绿色”环保型多元阻垢缓蚀剂，与氯的相溶性好，与其它药剂配伍性好，与HK-101阻垢剂产生良好的协同阻垢作用。pH调节剂为Na2CO3或者NaOH，可调节阻垢剂溶液的pH值，使得阻垢剂溶液在加入纯碱母液时不会对纯碱母液的PH产生影响。采用上述pH调节剂不会引入其它杂质元素。本发明的纯碱母液阻垢剂的这些组分的组合具有强的协同增效作用，按照上述配比复配后，阻垢剂与水中钙、镁等离子螯合，減少成垢离子。并具有使沉淀物质晶格畸变能力，可提高淤渣的流动性，使阻垢剂的阻垢性能大幅增强。各组分及配比，对阻垢剂的阻垢效果均有重要影响，组分的改变或用量的改变均会对阻垢效果产生较大的影响。优选的，所述纯碱母液阻垢剂包括以下组分(质量比例)HK-IOl阻垢剂55 65份，
葡萄糖酸钠 8 12份，
聚环氧琥珀酸 14 16份，
pH调节剂 4 6份，所述HK-101阻垢剂，其数据如下固含量≥30. 0%，密度(20°C)≥I. 08g/cm3, pH值(1%水溶液)≤3. 5，分子量3000 8000，游离单体(以CH2=CHC00H计)≤O. 3%。所述HK-101阻垢剂的制备方法为将丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯按比例混合，加入反应釜中；将引发剂过硫酸铵配制成质量百分比为15 20%的水溶液后与异丙醇混合，加入反应釜中；使混合物在75°C 125°C的温度下反应2 4h，降温至10°C 40°C，出料，得到HK-101阻垢剂。进ー步优选的，上述HK-101阻垢剂反应的温度为90°C 110°C;反应时间为3. O 3. 5h。此反应条件下可控制聚合物的分子量，从而得到所需分子量的HK-101阻垢剂。优选的，上述纯碱母液阻垢剂中加入溶剂水。进ー步优选的，溶剂水加入的比例纯碱母液阻垢剂与水的质量之比为4 99 :
Io与现有技术相比，本发明的有益效果HK-101阻垢剂是发明人经反复试验研制而成，其原料及原料的用量，是通过大量试验确定的，上述组合及用量范围能较好地控制阻垢剂的分子量并使其具有优良的阻垢性能。经检测，HK-101阻垢剂具有较强晶格畸变能力，对CaC03、CaS04和Mg(OH)2均具有较好的分散作用。葡萄糖酸钠是ー种多羟基羧酸型的阻垢缓蚀剂，因分子中含有多个羟基，在水溶液中对钙、镁、铁、铜离子等具有极好的络合能力，尤其对钙、镁、铁等离子具有较强的络合能力。并对这些离子的许多盐类也有很好的去活化作用。因此具有优异的缓蚀阻垢作用，能与HK-101阻垢剂产生良好的协同阻垢作用。聚环氧琥珀酸的相对分子量为400 3000，与葡萄糖酸钠生成聚环氧琥珀酸钠，聚环氧琥珀酸钠对水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氟化钙和硅垢有良好的阻垢分散性能，尤其适用于高碱、高硬、高PH条件下同时具有一定的缓蚀作用，是ー种无磷、非氮的“緑色”环保型多元阻垢缓蚀剂，与氯的相溶性好，与其它药剂配伍性好，与HK-101阻垢剂产生良好的协同阻垢作用。本发明的阻垢剂用于纯碱母液中，对碳酸盐类成垢物质具有良好的阻垢作用。一方面，阻垢剂与水中钙、镁等离子螯合，使得游离成垢离子減少。另ー方面，晶格畸变，在碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁等晶体形成的早期阶段，药剂吸附在结晶表面，使晶体不能正常生长而发生晶格畸变，晶粒变得细小呈流沙型，从而阻止了紧密型垢的生成。再一方面，静电斥力，阻垢剂中的聚羧酸在处理液中电离生成的带负电荷的阴离子具有強烈的吸附作用，它会吸附到处理液中的ー些碳酸钙细小晶粒、泥砂、粉尘等杂质的粒子上，使其表面带有相同的负电荷。由于静电斥力作用，这些粒子就不会聚集，而是呈分散状态，大大降低其在系统运行设备表面的附着能力，使其成为稳定的悬浮液。使纯碱生产设备、管道化学清洗频率从2 4次/年減少到I次/2 3年，保证了纯碱母液生产系统的长周期、稳定运行；还大大减轻了化学清洗对设备的损伤。
图I是联喊法生广纯喊的エ艺流程图。
具体实施例方式下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进ー步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本发明列举的纯碱母液阻垢剂，所述HK-101阻垢剂的合成方法为将丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯混合，将1/3混合物加入反应釜中；将引发剂过硫酸铵配制成15 20%的水溶液后与异丙醇混合，升温，当釜内温度升到75°C时，分别向釜内滴加剰余的2/3単体混合物、引发剂和分子量调节剂溶液。继续升温，分别控制各实施例的反应温度为90±2°C、100±2°C、108±2°C，反应3 ;降温至室温，出料，得HK-101阻垢剂。再将所得的HK-101阻垢剂与葡萄糖酸钠、聚环氧琥珀酸、PH调节剂混合即得本发明提供的纯碱母液阻垢剂。本发明列举HK-101阻垢剂和纯碱母液阻垢剂配比如下实施例IHK-101阻垢剂的配比AA, MA, HPA 的摩尔比为 AA:MA HPA=5. O: I. 0:2. O,引发剂过硫酸铵的用量为AA、MA、HPA总质量的12%，分子量调节剂异丙醇的用量为AA、MA、HPA总质量的5%，得到HK-101阻垢剂I ;纯碱母液阻垢剂组分
HK-101 阻垢剂 10.0kg (50 份)，
葡萄糖酸钠 2.0kg (10份)，
聚环氧琥珀酸 2.5kg (12.5份)， pH调节剂 0.6kg (3份)，
去离子水， 4.9kg (24.5份)，得到纯碱母液阻垢剂I。实施例2
HK-101 的配比AA, MA, HPA 的摩尔比为 AA:MA HPA=2. 5:3. 5:2,
引发剂过硫酸铵的用量为AA、MA、HPA总质量的9%，分子量调节剂异丙醇的用量为AA、MA、HPA总质量的10%，得到HK-101阻垢剂2 ;纯碱母液阻垢剂组分
HK-101 阻垢剂 11.0kg (55 份)，
葡萄糖酸钠 2.4kg (12份)，聚环氧琥珀酸 2.8kg (14份)，
pH调节剂 0.8 (4份)，
去离子水 3.0 (15份)，得到纯碱母液阻垢剂2。实施例3HK-101 的配比AA, MA, HPA 的摩尔比为 AA:MA HPA=3. 5:3.0:1. 5，引发剂过硫酸铵的用量为AA、MA、HPA总质量的7%，分子量调节剂异丙醇的用量为AA、MA、HPA总质量的15%，得到HK-101阻垢剂3 ；纯碱母液阻垢剂组分
HK-101 阻垢剂 12.0kg (60 份)，葡萄糖酸钠 2.4kg (12份)，聚环氧琥珀酸 3.0kg (15份)，pH调节剂 1.0kg (5份)，去离子水， 1.6kg (8份)，得到纯碱母液阻垢剂3。实施例4HK-101 的配比AA, MA, HPA 的摩尔比为 AA:MA HPA=4. 5:1. 5:2，
引发剂过硫酸铵的用量为AA、MA、HPA总质量的10%，分子量调节剂异丙醇的用量为AA、MA、HPA总质量的8%，得到HK-101阻垢剂4 ； 纯碱母液阻垢剂组分
HK-101 阻垢剂 I4.0kg (70 份)，
葡萄糖酸钠 3.0kg (15份)，
聚环氧琥珀酸 2.0kg (10份)，pH调节剂 1.0kg (5份)， 不加入去离子水，得到纯碱母液阻垢剂4。实施例5HK-101 的配比AA, MA, HPA 的摩尔比为 AA:MA HPA=2. 0:4. 0:2. O,引发剂过硫酸铵的用量为AA、MA、HPA总质量的6%，分子量调节剂异丙醇的用量为AA、MA、HPA总质量的15%，得到HK-101阻垢剂5 ；纯碱母液阻垢剂组分
HK-101 阻垢剂 12.0kg (60 份)，
葡萄糖酸钠 2.0kg (10份)，
聚环氧琥珀酸 3.0kg (15份)，pH调节剂 1.0kg (5份)，
去离子水2.0kg (10份)，得到纯碱母液阻垢剂5。本发明列举的实施例I 5中所得到HK-101阻垢剂检测数据如表I所示
权利要求
1.一种纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述纯碱母液阻垢剂包括以下组分(质量比例) HK-IOl阻垢剂50 70份， 葡萄糖酸钠 5 15份， 聚环氧琥珀酸10 20份， pH调节剂 3 7份； 所述HK-101阻垢剂由以下原料制得丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酷、引发剂过硫酸铵、分子量调节剂异丙醇，其中丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯的摩尔比为2 5 :1 4:1 2，引发剂的用量为丙烯酸、马来酸、 丙烯酸羟丙酯总质量的6% 12%，分子量调节剂的用量为丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯总质量的5% 15% ； 所述PH调节剂为Na2CO3或NaOH。
2.如权利要求I所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述纯碱母液阻垢剂包括以下组分(质量比例) HK-101阻垢剂55 65份， 葡萄糖酸钠 8 12份， 聚环氧琥珀酸14 16份， pH调节剂 4 6份。
3.如权利要求I或者2所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于所述HK-101阻垢剂的固含量彡30. 0%，20°C下密度彡I. 08g/cm3，l%水溶液pH值彡3. 5，分子量为3000 8000，以CH2=CHC00H计游离单体彡O. 3%。
4.如权利要求I或者2所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述HK-101阻垢剂的制备方法将丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯混合，加入反应釜中；将引发剂过硫酸铵配制成质量百分比为15 20%的水溶液后与异丙醇混合，加入反应釜中；使混合物在75°C 125°C的温度下反应2 4h，降温至10°C 40°C，出料，得HK-101阻垢剂。
5.如权利要求3所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述HK-101阻垢剂的制备方法将丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯混合，加入反应釜中；将引发剂过硫酸铵配制成质量百分比为15 20%的水溶液后与异丙醇混合，加入反应釜中；使混合物在75°C 125°C的温度下反应2 4h，降温至10°C 40°C，出料，得HK-101阻垢剂。
6.如权利要求4所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述HK-101阻垢剂合成反应的温度为90°C 110°C。
7.如权利要求4所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述HK-101阻垢剂合成反应的反应时间为3. O 3. 5h。
8.如权利要求I 7任一所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在于，所述纯碱母液阻垢剂中加入溶剂水。
9.如权利要求8所述的纯碱母液阻垢剂，其特征在干，所述纯碱母液阻垢剂与水的质量之比为4 99 :1。
10.如权利要求I 7任一所述的纯碱母液阻垢剂的应用，其特征在于，所述的纯碱母液阻垢剂用于纯碱母液阻垢。
全文摘要
本发明公开了一种阻垢剂，属于精细化工产品技术领域。本发明的阻垢剂组分(质量比例)为HK-101阻垢剂50份～70份，葡萄糖酸钠5份～15份，聚环氧琥珀酸10份～20份，pH调节剂3份～7份。所述HK-101阻垢剂由丙烯酸、马来酸、丙烯酸羟丙酯、引发剂、分子量调节剂制备而成。本发明的阻垢剂用于纯碱母液中，能延长母液中钙、镁离子的成垢时间，使纯碱母液生产系统化学清洗频率从2～4次/年减少到1次/2～3年，保证了纯碱母液生产的长周期、稳定运行，也大大减轻了化学清洗对设备的损伤；并且在纯碱母液中使用阻垢剂对纯碱产品质量无影响。
文档编号C02F5/10GK102649605SQ201210145450
公开日2012年8月29日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者叶军, 李平, 殷捷, 赵永祥 申请人:自贡市鸿康实业有限公司