專利名稱：工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鍋爐水處理技術領域，特別是涉及工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑及其制造方法。
背景技術：
蒸汽凝結水特別是鍋爐蒸汽凝結水是含有熱能的高品質鍋爐給水，回收蒸汽凝結水是鍋爐節(jié)水、節(jié)能最有效的措施。凝結水中含有的熱量可達蒸汽總熱量的20％～30％，如回收加以利用，可明顯減少鍋爐燃料消耗，減少軟化水用量，降低蒸汽生產成本，改善鍋爐水質狀況。由于鍋爐水質狀況的改善，還可以大大減少鍋爐排污及排污造成的熱能損失，提高鍋爐效率，使鍋爐運行更加安全。但是，由于蒸汽中含有氧和游離二氧化碳，在換熱后蒸汽冷凝時，二氧化碳溶解在凝結水中形成碳酸，從而破壞金屬表面的保護膜并引起酸性腐蝕，金屬的腐蝕速度取決于溫度和酸濃度，當pH＜6.2時碳鋼在凝結水中的腐蝕速度與碳酸濃度成正比。當凝結水的pH較低時，腐蝕產物溶解，造成凝結水被鐵離子污染。未經處理的凝結水作為鍋爐補充水時，水中所含大量鐵離子會在鍋爐傳熱面發(fā)生二次結垢及垢下腐蝕，造成更大的危害，使得蒸汽凝結水直接回收利用有一定的難度。因此，有很多工業(yè)鍋爐在系統(tǒng)和用汽裝置設計、安裝時就沒有考慮凝結水的回收，將品質良好的蒸汽凝結水排至地溝而白白浪費。有些用戶雖然將凝結水回收作鍋爐給水，但由于缺乏有效的管道防腐措施和凝結水處理技術，凝結水回收管道腐蝕嚴重，凝結水中鐵離子含量較高，直接影響鍋爐的安全運行?，F有的除鐵措施主要是曝氣過濾除鐵，雖然能夠使凝結水中鐵離子濃度降低，但污染仍然存在，腐蝕仍然發(fā)生，一般凝結水管道二、三年會因腐蝕穿孔出現泄漏，導致凝結水管道百孔千瘡無法修復的狀況。而且此方法存在的問題是投資大、占地面積大，且不能徹底防止凝結水管道的腐蝕。目前工業(yè)鍋爐凝結水達標回收利用率不到20％。
目前我國在用鍋爐達50多萬臺，每天產生蒸汽上百萬噸。對于我國這樣一個嚴重缺水、能源缺乏、生態(tài)環(huán)境脆弱的國家，實現凝結水的充分回收利用，其節(jié)約用水、節(jié)約能源和保護環(huán)境，產生巨大的社會效益和直接的經濟效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述工業(yè)鍋爐凝結水存在的問題，經發(fā)明人長期從事工業(yè)鍋爐用水，尤其工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水處理的開發(fā)、研究和實踐積累，開發(fā)一種簡便、穩(wěn)定、高效的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑。
本發(fā)明另一目的提供一種工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑的制造方法。
本發(fā)明提供的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑包括10-100重量份12-18個碳原子的烷基胺或其環(huán)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(商品名稱為吐溫)，0.001-0.005重量份失水山梨醇脂肪酸酯(商品名稱為斯潘)，0-500重量份嗎晽，70-400重量份環(huán)己胺和/或氨，以及適量水。優(yōu)選包括15-70重量份12-18個碳原子的烷基胺或其環(huán)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重量份嗎晽，100-350重量份環(huán)己胺和/或氨，適量水。更優(yōu)選包括20-50重量份12-18個碳原子的烷基胺或其環(huán)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重量份嗎晽，150-300重量份環(huán)己胺和/或氨，適量水。
本發(fā)明提供的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑中，所述12-18個碳原子的烷基胺為直鏈胺、支鏈胺，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，優(yōu)選為16-18個碳原子的烷基胺或其環(huán)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。這些胺可單獨使用或者混合使用，混合使用比沒有嚴格要求，可按任何比例，在本發(fā)明提供的緩蝕劑中一般用量為10-100重量份，優(yōu)選為10-70重量份，更優(yōu)選為20-50重量份。
所述環(huán)氧化烷基胺是指12-18個碳原子的烷基胺與環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷，優(yōu)選與環(huán)氧乙烷進行環(huán)氧化反應的產物，例如R-NH-CH2-CH2(CH2CH2O)n-2-OCH2CH2OH和 最終反應物實際上是同系物和異構體混合物，上述12-18個碳原子的烷基胺或其環(huán)氧化烷基胺都可市售得到。這些烷基胺中的氨基(-NH2)在金屬表面吸附，形成具有憎水作用的單分子層保護膜，保護膜將金屬表面與水隔離；由于膜分子間的空隙比O2和CO2的截面小，從而防止了O2和CO2對金屬的腐蝕，保護膜致密且穩(wěn)定。
所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯是指商品名稱為吐溫的各種聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(下簡稱為吐溫)，根據所用的脂肪酸的種類和所形成的環(huán)氧乙烷數目，而有不同品種，例如單月桂酸，環(huán)氧乙烷數為21-22時稱為吐溫20；單棕櫚酸，環(huán)氧乙烷數為18-22時稱為吐溫40；單硬脂酸，環(huán)氧乙烷數為18-22時稱為吐溫60；單油酸，環(huán)氧乙烷數為21-26時稱為吐溫80；三油酸，環(huán)氧乙烷數為22時稱為吐溫85等等；還有吐溫61(聚氧乙烯(4)失水山梨醇單硬脂酸酯)，吐溫81(聚氧乙烯(5)失水山梨醇單油酸酯)，吐溫21(聚氧乙烯(4)失水山梨醇單月桂酸酯)等。優(yōu)選為吐溫60-85，例如吐溫60，吐溫61、吐溫80、吐溫81，吐溫85。這些聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯在緩蝕劑中用量為0.01-0.03重量份，優(yōu)選為0.01-0.02重量份，更優(yōu)選為0.015-0.02重量份。所述失水山梨醇脂肪酸酯是指商品名稱為斯潘的各種失水山梨醇脂肪酸酯，根據所用的脂肪酸種類不同有各種不同品種，例如斯潘20(失水山梨醇單月桂酸酯)，斯潘40(失水山梨醇單棕櫚酸酸酯)，斯潘60(失水山梨醇單硬脂酸酯)，斯潘65(失水山梨醇三硬脂酸酯)，斯潘80(失水山梨醇單油酸酯)，斯潘85(失水山梨醇三油酸酯)等，優(yōu)選為斯潘40-80，例如斯潘40，60，65，80等，這些失水山梨醇脂肪酸酯在緩蝕劑中用量為0.001-0.005重量份，優(yōu)選為0.0015-0.004，更優(yōu)選為0.002-0.003重量份。
所述環(huán)己胺和/或氨可各自單獨使用或混合使用，混合使用時混合比沒有嚴格要求，可任意比例。在本發(fā)明緩蝕劑中還可使用能釋放出NH3的化合物，如NH4OH等，只要對本系統(tǒng)不產生不良影響為準。
所述適量水是指根據用戶的要求，制造緩蝕劑乳液產品具有不同濃度，加入不同量的水以滿足市場要求而言。
本發(fā)明提供的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑的制造方法包括1、在帶有攪拌的容器中，加入適量水升溫至50-55℃，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環(huán)氧化烷基胺，攪拌5-10分鐘，均質后冷卻至室溫。
2、在反應釜中加入100-400重量份環(huán)己胺和/或氨水，進行攪拌，再加入0-300重量份嗎啉及步驟1得到的物料，攪拌2-15分鐘后得乳狀液體的緩蝕劑產物。
本發(fā)明提供的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑具有成膜、中和、合理的汽液相分配比、微量加緩蝕劑及系統(tǒng)中緩蝕劑濃度指示功能。
1、成膜功能緩蝕劑加入工業(yè)鍋爐蒸汽系統(tǒng)后，產生所謂成膜劑的胺基(-NH2)在金屬表面吸附，形成具有憎水作用的單分子層保護膜，該保護膜將金屬表面與水隔離；由于“成膜劑”分子間的空隙比O2和CO2的截面小，從而防止了O2和CO2對金屬的腐蝕。保護膜致密且穩(wěn)定，但為保持其完整需要連續(xù)補充修復。
2、中和功能緩蝕劑PH值＞12，呈堿性，具有“中和劑”作用且易揮發(fā)，既中和了凝結水中的碳酸，又為在線檢測凝結水中緩蝕劑的濃度提供依據。
3、汽液相功能緩蝕劑在系統(tǒng)汽液相中具有合理的汽液相分配比，在凝結水不足未充滿管道時，可有效保護凝結水輸送管道的汽相空間。
4、指示功能由于緩蝕劑在系統(tǒng)汽液相中具有合理分配比，因此系統(tǒng)中汽液相緩蝕劑濃度有一合理確定分配，為在線檢測和緩蝕劑的投加自動化提供了控制依據，保證了緩蝕劑投加的精確控制。
本發(fā)明提供的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑具有下列特點1、系統(tǒng)中緩蝕劑的乳液珠粒隨蒸汽攜帶，換熱變成凝結水，其中胺(-NH2)被吸附在管道或容器金屬材料表面形成保護膜，NH3中和CO2，防止酸性腐蝕，可有效解決凝結水系統(tǒng)腐蝕及因腐蝕造成的凝結水被污染問題。
2、系統(tǒng)中緩蝕劑用量小，為30-50ppm。
3、凝結水溫度70-80℃，直接返回鍋爐用水，回收熱量，節(jié)能效果顯著，投入運行費用與節(jié)能費用比為1∶10。

4、運行穩(wěn)定，適合于不同運行工況及負荷變化大的場合。
5、本發(fā)明緩蝕劑屬于源前處理，不讓腐蝕發(fā)生的處理方法，而目前工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水為酸性凝結水與管道金屬發(fā)生腐蝕后進行過濾式處理。
6、適合于多種材質如碳鋼、銅、不銹鋼的鍋爐凝結水管道或換熱器等。
7、緩蝕率高于98％，對鋼、銅等材質緩蝕效果顯著。
8、不影響凝結水品質，可直接返回鍋爐用水。
9、凝結水中的鐵離子含量≤50μg/升，而國家標準鍋爐給水為≤300μg/升。
本發(fā)明提供的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑廣泛應用于350℃以下的各種工業(yè)蒸汽鍋爐及凝結水系統(tǒng)。
具體實施例方式
本發(fā)明用下列實施例來進一步說明本發(fā)明，保本發(fā)明的保護范圍并不限于實施例。
實施例1在帶有攪拌的容器中，加入80毫升去離子水，加熱至55℃，依次加入0.016克吐溫80，0.004克斯潘60，攪拌混合均勻后加入16克18碳原子的直鏈烷基胺和4克16碳原子的直鏈烷基胺，攪拌5-10分鐘均質后冷卻到室溫得中間產物。在反應釜中加入60克環(huán)己胺和40克氨水(指氨重量計)，開始攪拌，再加入300克嗎啉，攪拌1-5分鐘，加入上述中間產物，再攪拌3分鐘得到乳狀液體緩蝕劑，該緩蝕劑的緩蝕率98-99％。
實施例2-13實施例2-13的制造步驟及條件相同于實施例1，不同是各原材料及原材料用量由表1所示，所得緩蝕劑產品為乳狀液體。
表1

權利要求
1.一種工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，包括10～100重量份12～18個碳原子的烷基胺或環(huán)氧化12～18個碳原子的烷基胺，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，0～500重量份嗎啉，70～400重量份環(huán)己胺和/或氨，適量水。
2.根據權利要求1的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，包括15～70重量份12～18個碳原子的烷基胺或環(huán)氧化12～18個碳原子的烷基胺，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重量份嗎啉，100～350重量份環(huán)己胺和/或氨，適量水。
3.根據權利要求2的工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，包括20～50重量份12～18個碳原子的烷基胺或環(huán)氧化12～18個碳原子的烷基胺，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重量份嗎啉，150～300重量份環(huán)己胺和/或氨，適量水。
4.根據權利要求1～3任一項所述工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，其特征在于所述烷基胺為16～18個碳原子的烷基胺或環(huán)氧化16～18個碳原子的烷基胺。
5.根據權利要求1～3任一項所述工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，其特征在于所述12～18個碳原子的烷基胺或環(huán)氧化12～18個碳原子的烷基胺為十六烷胺、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、三己胺或二辛胺或3-乙基-6-丙基十三烷胺及其環(huán)氧乙烷化烷基胺。
6.根據權利要求1～3任一項所述工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，其特征在于所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯為聚氧乙烯(18～20)失水山梨醇單棕櫚酸酯，聚氧乙烯(18～22)失水山梨醇單硬脂酸酯，聚氧乙烯(21～26)失水山梨醇單油酸酯或三油酸酯。
7.根據權利要求1～3任一項所述工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，其特征在于所述失水山梨醇脂肪酸酯為失水山梨醇單棕櫚酸酯，失水山梨醇單硬脂酸酯或三硬脂酸酯或失水山梨醇單油酸酯或三油酸酯。
8.根據權利要求1～3任一項所述工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑的制造方法包括下列步驟①在帶有攪拌的容器中，加適量水，升溫至50℃～70℃，按所述重量份加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，失水山梨醇脂肪酸酯，12～18個碳原子的烷基胺或其環(huán)氧化烷基胺攪拌均質后冷卻至室溫；②在反應釜中按所述重量份加入環(huán)己胺，進行攪拌再加入嗎啉及步驟①中得到的物料，攪拌2～15分鐘后得乳狀液體產物緩蝕劑。
9.根據權利要求1～3任一項所述工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑在各種工業(yè)蒸汽鍋爐及凝結水系統(tǒng)中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)鍋爐蒸汽凝結水系統(tǒng)緩蝕劑，包括12～18個碳原子的烷基胺或其環(huán)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、嗎啉、環(huán)己胺和/或氨、適量水。該緩蝕劑為乳狀液體，具有成膜、中和、合理的汽液相分配比、微量加劑及系統(tǒng)中濃度指示功能，緩蝕效率高于98％，節(jié)能顯著，使用簡便，穩(wěn)定的高效緩蝕劑，可廣泛用于各種工業(yè)鍋爐凝結水系統(tǒng)。
文檔編號C02F5/12GK1557746SQ20041000314
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權日2004年2月6日
發(fā)明者張文利, 張曉麗, 魏剛, 陶月明, 袁適安 申請人:張文利, 張曉麗, 魏剛, 陶月明, 袁適安