第四章 防垢剂.doc

第四章 防垢剂 基本性质 一、 定义 防垢剂是指能防止或延缓水中无机物形成垢沉积的化学药剂。 常用化学防垢剂 1.1 无机缩聚磷酸盐 无机缩聚磷酸盐是最早使用的防垢剂，国外30年代就开始使用，其结构式如下： 其中M为一价金属元素如Na、K、NH4。当n为3，M为Na时即为三聚磷酸钠(Na5P3O10)。常用还有六偏磷酸钠(Na6P6O18)其结构式如下： 无机缩聚磷酸盐在温度超过50℃时易发生部分水解，水解率随温度升高、pH值增大和时间延长而增加，水解后产生正磷酸盐，与水中的二价金属离子如钙离子，发生反应而结垢。使用时温度最高为40～50℃，pH值一般不超过7～7.5为宜。聚磷酸盐具有溶限效应，即加入少量的防垢剂可防止大量的垢生成，当达到极限值后，加药浓度增加不再提高。 1.2 氨基多羧酸盐 氨基多羧酸盐是一种热稳定性较好的防垢剂，如EDTA的使用温度可为200℃，可用作防垢剂的氨基多羧酸盐见表4-1、表4-2。 表4-1 常用氨基多羧酸盐防垢剂 代号 结构式 代号 结构式 1.3 有机磷酸脂 60年代人们开始开发含磷有机防垢剂，10年后就获得了工业应用，其中有机膦酸脂类防垢剂有： 磷酸脂盐 磷酸二脂盐 焦磷酸脂盐 聚氧乙烯基磷酸脂盐 聚氧乙烯基磷酸二脂盐 聚氧乙烯基焦磷酸脂盐 其中R为C2～C17的烷基，也可以带有苯环，n均为2～12。在有机磷酸脂盐结构中，引入氧乙烯基提高了对钙垢的阻垢性能，通常认为其对硫酸钙垢有较好的防垢效果，而对碳酸钙效果较差，使用浓度为6～10mg/l。磷酸脂盐比缩聚磷酸盐稳定，但在90℃时也发生水解，水解产物中的正磷酸于二价金属离子反应而结垢。 1.4 有机多元膦酸盐 有机多元膦酸盐是目前应用广泛，效果较好的一类防垢剂，有机多元膦酸盐防垢剂具有良好的化学稳定性，它们基本上不被酸碱破坏，也不易水解和降解，能耐较高的温度，如EDTMP能够耐200℃的温度，HEDP能耐250℃的高温。它们的阻垢性能优异，具有溶限效应，加药浓度很低，一般为0.1～30mg/l；还具有很好的协同效应，所谓协同效应是指在复配使用时，保持加药总量不变的情况下，复配药剂的效果大大高于单独使用的效果。有机多元膦酸盐防垢剂同时具有一定的缓蚀效果。这类药剂中目前使用的都是无毒或低毒的。 1.5 低分子聚合物 70年代前后，低分子聚合物开始作为防垢剂使用，这类防垢剂相对分子量一般小于5×104，一般分为阴离子型、阳离子型、非离子型，常用低分子聚合物防垢剂及分类见表3-1-2。低分子聚合物防垢剂具有很好的阻垢效果，在现场使用时通常只要几个mg/l就能将结垢情况很好的控制，其使用浓度一般在0.1～20mg/l的范围。它们都具有较好的热稳定性，如聚丙烯酸盐可耐温120℃。它们同EDTMP或HEDP等防垢剂复合使用时，阻垢效果会因协同效应得到提高。目前来说，低分子聚合物防垢剂也是一种很理想，具有很好的发展前景的防垢剂。 防垢机理 各种防垢剂可以通过不同的机理起到防垢作用，防垢剂防垢的主要机理有反应＋络合(螯合)机理和吸附机理。 2.1 反应＋络合(螯合)机理 防垢剂在水中解离后的阴离子与成垢的阳离子通过反应＋络合(螯合)产生稳定的水溶性的环状结构，起到防垢效果。如HEDP与钙离子形成的结构如下。 2.2 吸附机理 防垢剂的吸附可通过两种机理起防垢作用：一是晶格畸变机理，这是由于防垢剂的吸附，使垢表面的正常结垢状态受到干扰(畸变)，抑制或部分抑制了晶体的继续长大，使成垢离子处在饱和状态或形成松散的垢为水流带走；另一是静电排斥机理，这是由于防垢剂(非离子型防垢剂除外)在垢表面吸附，能形成如图9-2-12所示的扩散双电层，使垢表面带电，抑制了晶体间的聚结，防垢剂也可在结垢表面吸附，形成同样的扩散双电层，使结垢表面带电，从而使晶体也不能在结垢表面沉积，达到防垢的目的。 类型 名称 结构物 阴 离 子 型 聚丙烯酸 聚甲基丙烯酸 聚马来酸酐 富马酸－丙烯酸共聚体 中 性 型 聚丙烯酰胺 阳 离 子 型 聚顺酐乙醇胺加成物 表4-2 常用低分子聚合物防垢剂及分类 影响因素 油田水结垢通常只有少数几种盐，常见的垢的类型有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶等，它们的溶解度曲线见图4-2。 碳酸钙 碳酸钙是海上油田结垢的最常见的物质，其在水中的溶解度很低。碳酸钙垢是由水中的钙离子与碳酸根或碳酸氢根离子结合而生成的。反应式如下： Ca2＋＋CO32－→CaCO3↓（1） Ca2＋＋2HCO3－→CaCO3↓＋CO2↑＋H2O