CN1304306C - 工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，由12～18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、吗啉、环己胺和/或氨、适量水组成。该缓蚀剂为乳状液体，具有成膜、中和、合理的汽液相分配比、微量加剂及系统中浓度指示功能，缓蚀效率高于98%，节能显著，使用简便，稳定的高效缓蚀剂，可广泛用于各种工业锅炉凝结水系统。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉水处理技术领域，特别是涉及工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂及其制造方法。
背景技术
蒸汽凝结水特别是锅炉蒸汽凝结水是含有热能的高品质锅炉给水，回收蒸汽凝结水是锅炉节水、节能最有效的措施。凝结水中含有的热量可达蒸汽总热量的20％～30％，如回收加以利用，可明显减少锅炉燃料消耗，减少软化水用量，降低蒸汽生产成本，改善锅炉水质状况。由于锅炉水质状况的改善，还可以大大减少锅炉排污及排污造成的热能损失，提高锅炉效率，使锅炉运行更加安全。但是，由于蒸汽中含有氧和游离二氧化碳，在换热后蒸汽冷凝时，二氧化碳溶解在凝结水中形成碳酸，从而破坏金属表面的保护膜并引起酸性腐蚀，金属的腐蚀速度取决于温度和酸浓度，当pH＜6.2时碳钢在凝结水中的腐蚀速度与碳酸浓度成正比。当凝结水的pH较低时，腐蚀产物溶解，造成凝结水被铁离子污染。未经处理的凝结水作为锅炉补充水时，水中所含大量铁离子会在锅炉传热面发生二次结垢及垢下腐蚀，造成更大的危害，使得蒸汽凝结水直接回收利用有一定的难度。因此，有很多工业锅炉在系统和用汽装置设计、安装时就没有考虑凝结水的回收，将品质良好的蒸汽凝结水排至地沟而白白浪费。有些用户虽然将凝结水回收作锅炉给水，但由于缺乏有效的管道防腐措施和凝结水处理技术，凝结水回收管道腐蚀严重，凝结水中铁离子含量较高，直接影响锅炉的安全运行。现有的除铁措施主要是曝气过滤除铁，虽然能够使凝结水中铁离子浓度降低，但污染仍然存在，腐蚀仍然发生，一般凝结水管道二、三年会因腐蚀穿孔出现泄漏，导致凝结水管道百孔千疮无法修复的状况。而且此方法存在的问题是投资大、占地面积大，且不能彻底防止凝结水管道的腐蚀。目前工业锅炉凝结水达标回收利用率不到20％。
目前我国在用锅炉达50多万台，每天产生蒸汽上百万吨。对于我国这样一个严重缺水、能源缺乏、生态环境脆弱的国家，实现凝结水的充分回收利用，其节约用水、节约能源和保护环境，产生巨大的社会效益和直接的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于克服上述工业锅炉凝结水存在的问题，经发明人长期从事工业锅炉用水，尤其工业锅炉蒸汽凝结水处理的开发、研究和实践积累，开发一种简便、稳定、高效的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂。
本发明另一目的提供一种工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂的制造方法。
本发明提供的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂包括10-100重量份12-18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺，0.01-0.03重量份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(商品名称为吐温)，0.001-0.005重量份失水山梨醇脂肪酸酯(商品名称为斯潘)，0-500重量份吗晽，70-400重量份环己胺和/或氨，以及适量水。优选包括15-70重量份12-18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺，0.01-0.02重量份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，0.0015-0.004重量份失水山梨醇脂肪酸酯，100-300重量份吗晽，100-350重量份环己胺和/或氨，适量水。更优选包括20-50重量份12-18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺，0.015-0.02重量份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，0.002-0.003重量份失水山梨醇脂肪酸酯，100-200重量份吗晽，150-300重量份环己胺和/或氨，适量水。
本发明提供的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂中，所述12-18个碳原子的烷基胺为直链胺、支链胺，第一胺(伯胺)、第二胺(仲胺)、第三胺(叔胺)，例如十二烷基胺、十三烷基胺、十四烷基胺、十五烷基胺、十六烷基胺、十七烷基胺、十八烷基胺，3-甲基-6-丙基-辛胺，4-乙基-6-丙基-壬胺，2-乙基-5-丙基-癸胺，3-乙基-6-丁基十一烷胺，三丁胺((CH3CH2CH2CH2)3N)，三戌胺，三己胺、二己胺、二辛胺，十七烷二胺、十八烷二胺等，优选为16-18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺，例如十六烷胺、十六烷二胺、十七烷胺、十八烷胺、二辛胺、3-乙基-6-丁基十一烷胺、三己胺4-乙基-6-戊基-癸胺，，3-乙基-6-丁基十一烷胺等。这些胺可单独使用或者混合使用，混合使用比没有严格要求，可按任何比例，在本发明提供的缓蚀剂中一般用量为10-100重量份，优选为10-70重量份，更优选为20-50重量份。
所述环氧化烷基胺是指12-18个碳原子的烷基胺与环氧乙烷或环氧丙烷，优选与环氧乙烷进行环氧化反应的产物，例如
R-NH-CH2-CH2(CH2CH2O)n-2-OCH2CH2OH和
最终反应物实际上是同系物和异构体混合物，上述12-18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺都可市售得到。这些烷基胺中的氨基(-NH2)在金属表面吸附，形成具有憎水作用的单分子层保护膜，保护膜将金属表面与水隔离；由于膜分子间的空隙比O2和CO2的截面小，从而防止了O2和CO2对金属的腐蚀，保护膜致密且稳定。
所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯是指商品名称为吐温的各种聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(下简称为吐温)，根据所用的脂肪酸的种类和所形成的环氧乙烷数目，而有不同品种，例如单月桂酸，环氧乙烷数为21-22时称为吐温20；单棕榈酸，环氧乙烷数为18-22时称为吐温40；单硬脂酸，环氧乙烷数为18-22时称为吐温60；单油酸，环氧乙烷数为21-26时称为吐温80；三油酸，环氧乙烷数为22时称为吐温85等等；还有吐温61(聚氧乙烯(4)失水山梨醇单硬脂酸酯)，吐温81(聚氧乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯)，吐温21(聚氧乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯)等。优选为吐温60-85，例如吐温60，吐温61、吐温80、吐温81，吐温85。这些聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯在缓蚀剂中用量为0.01-0.03重量份，优选为0.01-0.02重量份，更优选为0.0150.02重量份。所述失水山梨醇脂肪酸酯是指商品名称为斯潘的各种失水山梨醇脂肪酸酯，根据所用的脂肪酸种类不同有各种不同品种，例如斯潘20(失水山梨醇单月桂酸酯)，斯潘40(失水山梨醇单棕榈酸酸酯)，斯潘60(失水山梨醇单硬脂酸酯)，斯潘65(失水山梨醇三硬脂酸酯)，斯潘80(失水山梨醇单油酸酯)，斯潘85(失水山梨醇三油酸酯)等，优选为斯潘40-80，例如斯潘40，60，65，80等，这些失水山梨醇脂肪酸酯在缓蚀剂中用量为0.001-0.005重量份，优选为0.0015-0.004，更优选为0.002-0.003重量份。
所述环己胺和/或氨可各自单独使用或混合使用，混合使用时混合比没有严格要求，可任意比例。在本发明缓蚀剂中还可使用能释放出NH3的化合物，如NH4OH等，只要对本系统不产生不良影响为准。
所述适量水是指根据用户的要求，制造缓蚀剂乳液产品具有不同浓度，加入不同量的水以满足市场要求而言。
本发明提供的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂的制造方法包括：
1、在带有搅拌的容器中，加入适量水升温至50-70℃，加入0.01-0.03重量份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，0.001-0.005重量份失水山梨醇脂肪酸酯，10-100重量份12-18碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺，搅拌5-10分钟，均质后冷却至室温。
2、在反应釜中加入100-400重量份环己胺和/或氨水，进行搅拌，再加入0-300重量份吗啉及步骤1得到的物料，搅拌2-15分钟后得乳状液体的缓蚀剂产物。
本发明提供的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂具有成膜、中和、合理的汽液相分配比、微量加缓蚀剂及系统中缓蚀剂浓度指示功能。
1、成膜功能：
缓蚀剂加入工业锅炉蒸汽系统后，产生所谓成膜剂的胺基(-NH2)在金属表面吸附，形成具有憎水作用的单分子层保护膜，该保护膜将金属表面与水隔离；由于“成膜剂”分子间的空隙比O2和CO2的截面小，从而防止了O2和CO2对金属的腐蚀。保护膜致密且稳定，但为保持其完整需要连续补充修复。
2、中和功能：
缓蚀剂PH值＞12，呈碱性，具有“中和剂”作用且易挥发，既中和了凝结水中的碳酸，又为在线检测凝结水中缓蚀剂的浓度提供依据。
3、汽液相功能：
缓蚀剂在系统汽液相中具有合理的汽液相分配比，在凝结水不足未充满管道时，可有效保护凝结水输送管道的汽相空间。
4、指示功能：
由于缓蚀剂在系统汽液相中具有合理分配比，因此系统中汽液相缓蚀剂浓度有一合理确定分配，为在线检测和缓蚀剂的投加自动化提供了控制依据，保证了缓蚀剂投加的精确控制。
本发明提供的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂具有下列特点：
1、系统中缓蚀剂的乳液珠粒随蒸汽携带，换热变成凝结水，其中胺(-NH2)被吸附在管道或容器金属材料表面形成保护膜，NH3中和CO2，防止酸性腐蚀，可有效解决凝结水系统腐蚀及因腐蚀造成的凝结水被污染问题。
2、系统中缓蚀剂用量小，为30-50ppm。
3、凝结水温度70-80℃，直接返回锅炉用水，回收热量，节能效果显著，投入运行费用与节能费用比为1∶10。
| 参数 | 凝结水回收前 | 凝结水回收后 |
| 生产每吨蒸汽用水(吨) | 1.4 | 0.2～0.3 |
| 锅炉排污热损失(％) | 20 | 5 |
| 凝结水排放热损失(％) | 100 | 0 |
4、运行稳定，适合于不同运行工况及负荷变化大的场合。
5、本发明缓蚀剂属于源前处理，不让腐蚀发生的处理方法，而目前工业锅炉蒸汽凝结水为酸性凝结水与管道金属发生腐蚀后进行过滤式处理。
6、适合于多种材质如碳钢、铜、不锈钢的锅炉凝结水管道或换热器等。
7、缓蚀率高于98％，对钢、铜等材质缓蚀效果显著。
8、不影响凝结水品质，可直接返回锅炉用水。
9、凝结水中的铁离子含量≤50μg/升，而国家标准锅炉给水为≤300μg/升。
本发明提供的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂广泛应用于350℃以下的各种工业蒸汽锅炉及凝结水系统。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，保本发明的保护范围并不限于实施例。
实施例1
在带有搅拌的容器中，加入80毫升去离子水，加热至55℃，依次加入0.016克吐温80，0.004克斯潘60，搅拌混合均匀后加入16克18碳原子的直链烷基胺和4克16碳原子的直链烷基胺，搅拌5-10分钟均质后冷却到室温得中间产物。在反应釜中加入60克环己胺和40克氨水(指氨重量计)，开始搅拌，再加入300克吗啉，搅拌1-5分钟，加入上述中间产物，再搅拌3分钟得到乳状液体缓蚀剂，该缓蚀剂的缓蚀率98-99％。
实施例2-13
实施例2-13的制造步骤及条件相同于实施例1，不同是各原材料及原材料用量由表1所示，所得缓蚀剂产品为乳状液体。
表1
| 实施例(克) | ||||||||||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
| 12烷基胺 | 80 | |||||||||||
| 12烷基胺 | 50 | |||||||||||
| 4-乙基-6-丙基壬胺 | 30 | |||||||||||
| 15烷基胺 | 15 | |||||||||||
| 16烷基胺 | 20 | 20 | 10 | |||||||||
| 二辛胺 | 40 | 10 | ||||||||||
| 3-乙基6-丁基十一烷胺 | 40 | |||||||||||
| 17烷基胺 | 30 | |||||||||||
| 18烷基胺 | 30 | 20 | 20 | |||||||||
| 三辛胺 | 40 | |||||||||||
| 吐温20 | 0.01 | 0.018 | ||||||||||
| 吐温40 | 0.02 | 0.016 | ||||||||||
| 吐温60 | 0.015 | 0.02 | 0.017 | |||||||||
| 吐温80 | 0.015 | 0.03 | 0.018 | |||||||||
| 吐温85 | 0.02 | 0.014 | ||||||||||
| 斯潘20 | 0.004 | 0.001 | ||||||||||
| 斯潘40 | 0.003 | 0.003 | 0.004 | |||||||||
| 斯潘65 | 0.004 | 0.002 | ||||||||||
| 斯潘80 | 0.005 | 0.005 | 0.004 | |||||||||
| 斯潘85 | 0.003 | 0.003 | ||||||||||
| 吗啉 | 0 | 300 | 400 | 400 | 200 | 500 | 300 | 300 | 300 | 300 | 200 | |
| 环己胺 | 200 | 100 | 100 | 300 | 200 | 300 | 20 | 150 | 200 | |||
| 氨 | 300 | 100 | 200 | 100 | 100 | 200 | 400 | |||||
| 适量水 | 100 | 150 | 80 | 50 | 100 | 100 | 50 | 100 | 50 | 100 | 50 | 150 |
| 缓蚀率(％) | 98.0 | 98.8 | 99.0 | 98.7 | 98.1 | 98.0 | 98.2 | 98.8 | 98.9 | 98.5 | 98.6 | 98.8 |
Claims (8)
1、一种工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于由下列组分按以下方法所制得：
①在带有搅拌的容器中，加适量水，升温至50℃～70℃，加入0.01～0.03重量份聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，0.001～0.005重量份失水山梨醇脂肪酸酯，10～100重量份12～18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺，搅拌均质后冷却至室温；
②在反应釜中加入70～400重量份环己胺和/或氨，进行搅拌，再加入0～500重量份吗啉及步骤①中得到的物料，搅拌2～15分钟后得乳状液体产物缓蚀剂。
2、根据权利要求1的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于所述12～18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺为15～70重量份，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯为0.01～0.02重量份，所述失水山梨醇脂肪酸酯为0.0015～0.004重量份，所述吗啉为100～300重量份，所述环己胺和/或氨为100～350重量份。
3、根据权利要求2的工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于所述12～18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺为20～50重量份，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯为0.015～0.02重量份，所述失水山梨醇脂肪酸酯为0.002～0.003重量份，所述吗啉为100～200重量份，所述环己胺和/或氨为150～300重量份。
4、根据权利要求1～3任一项所述工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于所述烷基胺为16～18个碳原子的烷基胺或其环氧化烷基胺。
5、根据权利要求1～3任一项所述工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于所述烷基胺为十六烷胺、十七烷胺、十八烷胺、4-乙基-6-戊基-癸胺、3-乙基-6-丁基十一烷胺、三己胺、二辛胺、3-乙基-6-丙基十三烷胺，或它们的环氧乙烷化形式。
6、根据权利要求1～3任一项所述工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯为聚氧乙烯(18～20)失水山梨醇单棕榈酸酯，聚氧乙烯(18～22)失水山梨醇单硬脂肪酸酯，聚氧乙烯(21～26)失水山梨醇单油酸酯或三油酸酯。
7、根据权利要求1～3任一项所述工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂，其特征在于所述失水山梨醇脂肪酸酯为失水山梨醇单棕榈酸酯，失水山梨醇单硬脂肪酸酯或三硬脂肪酸酯，失水山梨醇单油酸酯或三油酸酯。
8、根据权利要求1～7任一项所述工业锅炉蒸汽凝结水系统缓蚀剂在各种工业蒸汽锅炉凝结水系统中的用途。
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