申请日2000.01.19
公开(公告)日2001.05.30
IPC分类号C23F11/12
摘要
本发明提供了可以抑制给水系统和蒸汽发生系统的腐蚀和结垢以及蒸汽冷凝水系统腐蚀的水处理药剂,该水处理药剂的安全性高,可以利用挥发性转移到蒸汽和冷凝水中,少量添加即可显示出对含有碳酸盐或碳酸氢盐的给水具有高的防腐蚀性,并且该水处理药剂是水溶性的,用水稀释后也不会分离、析出,可以制成单一剂型添加到给水中,不会在系统内聚集。上述水处理剂含有丁子香酚、异丁子香酚或下式[1]所示的内酯,必要时含有中和性胺和异抗坏血酸或其盐,另外还可以含有碱性试剂和/或水溶性高分子化合物。式中,n是4—9的整数。
摘要附图
权利要求书
1.一种水处理药剂，其特征在于，含有选自丁子香酚、异丁子 香酚和下式[1]所示的内酯化合物中的1种或2种以上的化合物，
式中，n是4-9的整数
2.一种水处理药剂，其特征是，含有选自丁子香酚、异丁子香 酚以及下式[1]所示的内酯化合物中的1种或2种以上的化合物以及中 和性胺和异抗坏血酸或其盐，
式中，n是4-9的整数。
3.权利要求2所述的水处理药剂，其中，丁子香酚和/或异丁子 香酚和/或内酯化合物∶中和性胺∶异抗坏血酸或其盐(重量比)是 1∶0.1∶0.1-1∶500∶500。
4.权利要求2或3所述的水处理药剂，其中，还含有碱性试剂。
5.权利要求4所述的水处理药剂，其中，丁子香酚和/或异丁子 香酚和/或内酯化合物∶碱性试剂(重量比)是1∶0.01-1∶500。
6.权利要求2-5中任一项所述的水处理药剂，其中，还含有水 溶性高分子化合物。
7.权利要求6所述的水处理药剂，其中，丁子香酚和/或异丁子 香酚和/或内酯化合物∶水溶性高分子化合物(重量比)是1∶0.01- 1∶300。
8.一种水处理方法，其特征是，将含有选自丁子香酚、异丁子 香酚和下式[1]所示的内酯化合物中的1种或2种以上化合物的水处理 药剂添加到被处理水系统中，
式中，n是4-9的整数
9.一种水处理方法，其特征是，将含有选自丁子香酚、异丁子 香酚和下式[1]所示的内酯化合物中的1种或2种以上化合物以及中和 性胺和异抗坏血酸或其盐的水处理药剂添加到被处理水系统中，
式中，n是4-9的整数。
10.权利要求9所述的水处理方法，其中，水处理药剂中的丁子 香酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶中和性胺∶异抗坏血酸或其盐 (重量比)是1∶0.1∶0.1-1∶500∶500。
11.权利要求9或10所述的水处理方法，其中，所述的水处理 药剂还含有碱性试剂。
12.权利要求11所述的水处理方法，其中，水处理药剂的丁子 香酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶碱性试剂(重量比)是1∶0.01 -1∶500。
13.权利要求9-12中任一项所述的水处理方法，其中，所述的 水处理药剂还含有水溶性高分子化合物。
14.权利要求13所述的水处理方法，其中，水处理药剂中的丁 子香酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶水溶性高分子化合物(重量 比)是1∶0.01-1∶300。
说明书
水处理药剂及水处理方法
发明领域
本发明是关于水处理药剂及使用该药剂的水处理方法，该水处理 药剂可用于例如锅炉和蒸汽发生器等产生蒸汽的装置和设备，可以抑 制给水系统和蒸汽发生系统的腐蚀、结垢以及蒸汽冷凝水系统中的腐 蚀，具有很高的安全性。
发明背景
在例如锅炉、蒸汽发生器等产生蒸汽的装置或设备(以下有时简 称蒸汽发生装置)中，由于供水中含有的氧和二氧化碳以及给水中的 碳酸盐或碳酸氢盐等热分解而产生的二氧化碳转移到蒸汽系统中，因 此，与蒸汽和蒸汽冷凝而产生的冷凝水接触的冷凝系统的金属表面常 常发生腐蚀。另外，近年来在罐内处理时不进行任何脱氧处理的情况 逐渐增多，在这种情况下，给水中溶存的氧几乎全都转移到蒸汽冷凝 水系统中，因此蒸汽冷凝水系统发生腐蚀的可能性进一步增大。结 果，由于蒸汽泄漏而造成能量损失，另外，对配管或热交换器等的损 伤部位进行修复需要花费很多时间和经费。
作为防止这类腐蚀的方法，人们采用在给水或蒸汽冷凝水系统的 管道中添加兼有挥发性和防腐蚀性的中和性胺或长链脂肪族胺的方 法。特别是，近年来由于对于蒸汽的安全性的要求越来越高，因而所 使用的药剂必须是安全性高的物质。因此，在美国的FDA标准和加 拿大的FDBCS标准中，作为锅炉水用的防腐添加剂广泛地使用中 和性胺例如环已胺、二乙醇胺、吗啉等以及长链脂肪族胺例如十八烷 基胺。中和性胺是通过使蒸汽冷凝水系统中的二氧化碳中和而防止腐 蚀，而长链脂肪族胺则是通过在蒸汽冷凝水系统的配管内表面上形成 拒水性的防腐蚀膜而达到防腐蚀的目的。另外，还有一种方法是使用 兼有这些效果的、将中和性胺和成膜性胺二者制成单一液化的复合防 腐剂。
但是，在罐内处理时不进行脱氧处理致使大量的氧进入蒸汽冷凝 水系统的场合，由于蒸汽冷凝水系统配管的腐蚀是按氧反应速率进行 的，因而即使用中和性胺中和溶解的二氧化碳，也不能得到充分的防 腐蚀效果。在单独使用中和性胺的情况下，为了获得充分的防腐蚀效 果，必须添加大量的中和性胺，使冷凝水的pH值达到9以上。可是， 在美国的FDA标准中，对蒸汽中的中和性胺规定了最小允许浓度， 在日本国内也是采用这一标准。因此，在给水是软化或原水的场合， 给水中碳酸盐或碳酸氢盐热分解而产生的二氧化碳进入蒸汽系统 中，在FDA标准规定的浓度下，pH大大升高，结果得不到充分的防 腐蚀效果。另外，在使用比FDA标准中规定的浓度更高浓度的中和 性胺的场合，蒸汽冷凝水系统中产生高浓度的碳酸胺盐，该碳酸胺盐 在压力计或排水阻气阀等的配管中积存的冷凝水中浓缩，达到较高浓 度，致使配管发生堵塞。
在使用长链脂肪族胺的场合，长链脂肪族胺吸附在蒸汽冷凝水系 统的配管的内表面上形成防腐蚀皮膜，起到防腐蚀作用，但是，在配 管的外围或末端形成这种防腐蚀皮膜需要很长时间，特别是在蒸汽冷 凝水系统配管等内表面积较大或蒸发量较小的设备中，需要相当长的 时间(三个月以上)。因此，在防腐蚀皮膜尚未形成之前，腐蚀已经 发生。此外，在不进行脱氧处理的罐内水处理时，大量的氧进入蒸汽 冷凝水系统，由于蒸汽冷凝水系统配管明显腐蚀，形成防腐蚀皮膜需 要更长的时间，并且，在防腐蚀皮膜形成之后，也无法充分抑制由于 氧而引起的腐蚀，不能得到足够的防腐蚀效果。再有，长链脂肪族胺 在常温下是固体并且不溶于水，因此，通常以乳化分散液使用。虽然 该乳化分散液本身是非常稳定的，但在稀释倍率较高的场合，长期放 置后有时会分离、析出，在某些场合下，添加到给水配管中后，长链 脂肪族胺析出、凝集，造成给水的滤网等堵塞。另外，即使在蒸汽完 全冷凝成液相的冷凝水系统配管中，有时长链脂肪族胺也会析出、凝 聚，导致配管堵塞。
作为安全性高的锅炉用水处理剂，特开平10-130874中提出了， 与脂肪族羧酸一起使用庚糖或已糖的糖醛酸、其盐或者δ内酯。但 是，单独使用庚糖或已糖的糖醛酸、其盐或者δ内酯时不能得到满意 的防腐蚀效果，同时向蒸汽中转移的程度较低，以致不能用来作为蒸 汽冷凝水系统的腐蚀抑制剂。
本发明的第一个目的是，提供一种水处理药剂及使用该药剂的水 处理方法，该水处理药剂可以代替以往的中和性胺和长链脂肪族胺， 安全性高，利用其高挥发性可以转移到蒸汽和冷凝水中，对于含有碳 酸盐或碳酸氢盐的给水显示出高的防腐蚀性，而且不会在系统内聚 集。
本发明的第二个目的是，提供可以抑制给水系统和蒸汽发生系统 的腐蚀并且防止结垢以及抑制蒸汽冷凝水系统腐蚀的水处理药剂及 使用该药剂的水处理方法，该水处理药剂的安全性高，可以通过挥发 进入蒸汽和冷凝水中，少量添加即可对含有碳酸盐或碳酸氢盐的给水 产生较高的防腐蚀作用，而且由于它是水溶性的，用水稀释后不会分 离、析出，可以作为单一液化剂添加到给水中，不会在系统内聚集。
发明概述
本发明是下述水处理药剂及水处理方法。
(1)水处理药剂，含有选自丁子香酚、异丁子香酚和下列[1]式 所示的内酯化合物中的1种或2种以上的化合物。
式中，n是4-9的整数
(2)水处理药剂，含有选自丁子香酚、异丁子香酚以及上述[1] 式所示的内酯化合物中的1种或2种以上的化合物以及中和性胺和异 抗坏血酸或其盐。
(3)上述第(2)项所述的水处理药剂，其中，丁子香酚和/或 异丁子香酚和/或内酯化合物∶中和性胺∶异抗坏血酸或其盐的重量比 是1∶0.1∶0.1-1∶500∶500。
(4)上述第(2)项或第(3)项所述的水处理药剂，其中，还 含有碱性试剂。
(5)上述第(4)项所述的水处理药剂，其中，丁子香酚和/或 异丁子香酚和/或内酯化合物∶碱性试剂(重量比)是1∶0.01-1∶500。
(6)上述第(2)至(5)项中任一项所述的水处理药剂，其中， 还含有水溶性高分子化合物。
(7)上述第(6)项所述的水处理药剂，其中，丁子香酚和/或 异丁子香酚和/或内酯化合物∶水溶性高分子化合物(重量比)是1∶0.01 -1∶300。
(8)水处理方法，其特征是，将含有选自丁子香酚、异丁子香 酚和上述[1]式所示的内酯化合物中的1种或2种以上化合物的水处理 药剂添加到被处理水系统中。
(9)水处理方法，其特征是，将含有选自丁子香酚、异丁子香 酚和上述[1]式所示的内酯化合物中的1种或2种以上化合物以及中和 性胺和异抗坏血酸或其盐的水处理药剂添加到被处理水系统中。
(10)上述第(9)项所述的方法，其中，水处理药剂的丁子香 酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶中和性胺∶异抗坏血酸或其盐 (重量比)是1∶0.1∶0.1-1∶500∶500。
(11)上述第(9)项或(10)项所述的水处理方法，其中，所 述的水处理药剂还含有碱性试剂。
(12)上述第(11)项所述的方法，其中，水处理药剂的丁子香 酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶碱性试剂(重量比)是1∶0.01 -1∶500。
(13)上述第(9)-(12)中任一项所述的水处理方法，其中， 所述的水处理药剂还含有水溶性高分子化合物。
(14)上述第(13)项所述的方法，其中，水处理药剂的丁子香 酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶水溶性高分子化合物(重量比) 是1∶0.01-1∶300。
在本发明中，作为处理对象的被处理水系统是产生腐蚀和水垢的 系统，特别是锅炉、蒸汽发生器等产生蒸汽且所产生的蒸汽冷凝形成 冷凝水的装置和设备等的蒸汽发生系统、给水系统及冷凝水系统，这 些系统包含有易产生腐蚀和水垢的钢、铁等金属材料。被处理水系统 不受锅炉形式、给水种类等的限制。在这些被处理水系统中，特别适 合于中低压锅炉、蒸汽发生器等的包括供给含有碳酸盐或碳酸氢盐的 软水、原水等的给水系统、蒸汽发生系统和冷凝水系统的水系统。
在本发明中，这些被处理水系统的水处理药剂中所使用的内酯化 合物是上述[1]式所示的化合物，丁子香酚是下述[2]式所示的化合 物，异丁子香酚是下述[3]式所示的化合物，所有这些化合物是无毒 的，在日本作为食品添加剂都已得到认可，是安全的药剂。
上述药剂都是挥发性的，因此添加到被处理水系统特别是给水系 统中时进入蒸发水系统中，防止给水系统和蒸发水系统的器壁和配管 腐蚀，同时，在这些部位被加热，挥发到蒸汽中，然后通过冷凝而转 移到冷凝水系统中，防止蒸汽冷凝水系统的器壁和配管腐蚀。在以防 止蒸汽冷凝水系统腐蚀为目的的场合，这些药剂可以分别单独使用或 者二种以上组合使用，将其添加到从给水系统到冷凝水系统的任意位 置中，优选的是添加到给水系统中。
在这种场合，上述化合物可以分别添加达到防腐蚀有效的浓度， 其添加量根据各系统及要求达到的防腐蚀水准来确定，一般地说，相 对于处理对象的给水，各药剂的添加量可以是0.001-400mg/l，优 选的是0.01-200mg/l，最好是0.02-100mg/l。上述药剂在低浓 度时可溶于水，因此最好是预先制成低浓度的溶液，然后将其注入给 水，达到上述浓度。另外，根据情况，可以使用乳化剂使之分散于水 中，也可以使用溶剂使其溶解于水中，并注入给水。
上述的化合物安全性都很高，将其混入蒸汽或冷凝水中对于卫生 和环境没有任何损害，可以放心地使用。这些药剂不需要与其它药剂 并用即可显示充分的防腐蚀性，在广泛的使用场所中可以得到高度的 安全性。
以往所使用的中和性胺等是通过中和环境介质来达到防腐蚀目 的，据推测，上述化合物是基于与之不同的防腐蚀基理，这些化合物 少量添加就可以获得良好的腐蚀抑制效果，而且不会因为聚集而造成 例如配管堵塞等问题。
上述化合物单独注入蒸汽冷凝水系统中就可以产生抑制蒸汽冷 凝水系统腐蚀的效果，在主要目的是防止这类蒸汽冷凝水系统腐蚀的 场合可以单独使用这些化合物，不过最好是将它们与例如中和性胺、 异抗坏血酸和/或其盐及其它成分组合起来制成复合的水处理药剂。
在本发明中，作为上述化合物以外的成分使用的中和性胺具有挥 发性，进入蒸汽和冷凝水中后可以将由二氧化碳等气化性成分产生的 酸中和而达到防腐蚀的目的，可以直接使用以往所使用的中和性胺， 优先选用上述FDA标准或FDBCS标准中确认可以使用的中和 性胺。优选的中和性胺可以举出环已胺、2-氨基-2-甲基-1-丙 醇、二乙醇胺、吗啉以及它们的混合物等，但不限于这些。
本发明中使用的异抗坏血酸是以往被用来作为还原剂的异抗坏 血酸。本发明中使用的异抗坏血酸的盐有：用氢氧化钠中和异抗坏血 酸而产生的盐，用氢氧化钾中和异抗坏血酸而产生的盐，用氨中和异 抗坏血酸而产生的盐，以及用各种中和性胺中和异抗坏血酸而产生的 盐等。异抗坏血酸或异抗坏血酸盐可以单独使用，也可以2种以上混 合使用。
本发明的水处理药剂的因有组分即丁子香酚和/或异丁子香酚和 /或内酯化合物对胺组分即中和性胺和对还原组分即异抗坏血酸或其 盐的配合比例为，丁子香酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合物∶中和性 胺∶异抗坏血酸或其盐(重量比)是1∶0.1∶0.1-1∶500∶500，即1∶(0.1 -500)∶(0.1-500)，优选的是1∶1∶1-1∶100∶100，即1∶(1-100) ∶(1-100)，最好是1∶2∶2-1∶50∶50，即1∶(2-50)∶(2-50)。
本发明中水处理药剂的配比及添加浓度可以根据处理对象的水 系统例如锅炉系统的锅炉给水中的溶存氧浓度和M碱度以及其它水 质条件适当改变，通常，确定添加配比和剂量时最好是相对于给水来 说使丁子香酚、异丁子香酚或内酯化合物、中和性胺、异抗坏血酸或 其盐分别达到0.001-400mg/l，优选的是0.01-200mg/l，最好是 0.02-100mg/l。
本发明中水处理药剂，除了上述3种成分外最好是还含有碱性试 剂。所述的碱性试剂可以举出氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾 等，但不限于这些。碱性试剂的配比为，丁子香酚和/或异丁子香酚 和/或内酯化合物∶碱性试剂(重量比)是1∶0.01-1∶500，优选的是 1∶0.1-1∶200，最好是1∶1-1∶100。碱性试剂的添加量可以根据锅炉 的形式和给水的水质适当改变。
本发明的水处理药剂，除了丁子香酚、异丁子香酚或内酯化合物 或者它们与碱性试剂的配合之外，最好是还含有水溶性高分子化合 物。所述的水溶性高分子化合物例如可以举出聚丙烯酸、聚马来酸、 聚甲基丙烯酸、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、丙烯酸与羟基烯丙氧基 丙磺酸的共聚物、丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物以 及它们的盐等，但不限于这些。这些水溶性高分子化合物的数均分子 量是100-100000，优选的是200-50000，最好是500-10000。
水溶性高分子化合物的配比为，丁子香酚和/或异丁子香酚和/或 内酯化合物∶水溶性高分子化合物(重量比)是1∶0.01-1∶300，优选 的是1∶0.1-1∶100，最好是1∶1-1∶50。水溶性高分子化合物的添加 量，以给水中的浓度计算，在确定添加配比时应使其达到0.1-500mg /l，优选的是1-200mg/l，最好是5-100mg/l。
本发明的水处理药剂，除了上述各成分之外还可以配入肼、亚硫 酸钠、糖类、二乙基羟胺、1-氨基吡咯烷等其它脱氧剂、腐蚀抑制 剂、分散剂、螯合剂、水垢抑制剂或它们的混合物。
本发明的水处理剂只要在添加时能保持各组分在给水中的有效 成分浓度即可，可以分别添加，也可以配合起来一次添加，作为一种 简便的方法，希望将它们配合成单一溶液添加。
本发明的水处理药剂对于水的溶解性较高，因而可以将各成分溶 解于水制成单一溶液。在这种场合，单一溶液为1.80%(重量)、优 选的是10-70%(重量)、最好是20-60%(重量)的水溶液，将 其添加到给水中。本发明的水处理药剂最好是添加到给水中。
丁子香酚、异丁子香酚和内酯化合物的溶解度较低，在本发明的 水处理药剂中，通过与中和性胺并用可以提高其对于水的溶解性，无 论稀释成怎样的浓度都不会分离或析出。因此，可以预先制成高浓度 的水溶液，用水稀释，然后用注药泵添加到蒸汽发生装置的给水管路 中，形成单一溶液。另外，丁子香酚和/或异丁子香酚和/或内酯化合 物和中和性胺转移到蒸汽冷凝水系统中，将蒸汽冷凝水中的二氧化碳 中和，使pH值升高，减轻了蒸汽冷凝水系统配管的酸腐蚀，两者并 用可以提高腐蚀抑制效果。此外，异抗坏血酸或其盐可以迅速除去给 水中的溶存氧，降低进入蒸汽冷凝水系统的氧浓度，减轻蒸汽冷凝水 系统配管的酸腐蚀。通过这些中和性胺与异抗坏血酸或其盐的作用， 可以提高丁子香酚、异丁子香酚或内酯化合物的防腐蚀作用，得到协 同促进效果。
本发明的水处理药剂中的异抗坏血酸或其盐，当温度较低时，在 碱性条件下比在中性条件下脱氧反应速度要快，因此，通过并用碱性 试剂，在低温的给水配管中也可以发挥良好的脱氧作用。这样，可以 抑制在作为蒸汽发生装置的锅炉本体的前段配置的热交换器或废气 预热器等给水系统配管的腐蚀，同时减少带入锅炉内的氧化铁颗粒， 因而减轻了铁附着在传热面上而引起的二次腐蚀。
在这种配合中进一步并用水溶性高分子化合物，通过其淤渣分散 作用，抑制水垢和氧化铁粒子附着到锅炉罐体内的传热面上，可以防 止由于所谓氧浓差电池机理引起的腐蚀。结果，用单一溶液就可以抑 制蒸汽冷凝水系统配管、锅炉本体和设置在锅炉前段的热交换器或废 气预热器等的给水系统配管的腐蚀。
如上所述，本发明通过使用上述丁子香酚和/或异丁子香酚和/或 内酯化合物，可以得到能抑制蒸汽冷凝水系统腐蚀的水处理药剂，它 可以代替以往的中和性胺或长链脂肪族胺，安全性高，通过挥发性可 以进入蒸汽和冷凝水中，对含有碳酸盐或碳酸氢盐的给水具有高的防 腐蚀性并且不会在系统内聚集。
另外，根据本发明，通过含有丁子香酚和/或异丁子香酚和/或内 酯化合物以及中和性胺和异抗坏血酸或其盐，可以得到能抑制给水系 统和蒸汽发生系统的腐蚀、防止结垢以及抑制蒸汽冷凝水系统腐蚀的 水处理药剂，该水处理药剂的安全性高，通过挥发性可以进入蒸汽和 冷凝水中，少量添加就可以对含有碳酸盐或碳酸氢盐的给水显示出高 的防腐蚀性，而且，该水处理药剂是水溶性的，用水稀释后不会分离、 析出，可以制成单一溶液添加到给水系统中，在系统中不会聚集。
当上述药剂中进一步含有碱性试剂时，可提高低温条件下的脱氧 效果，因此，将其添加到在锅炉本体的前段设置的热交换器等的给水 系统中进行脱氧，可以降低腐蚀量。
当在上述组合物中进一步含有水溶性高分子化合物时，可以防止 传热面结垢，进一步提高腐蚀抑制效果。