一种除垢剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于清洁技术领域，具体涉及一种除垢剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.锅炉是一种常用的能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能或电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。
3.近年来，部分企业开始充分利用生产过程中的反应余热，因地制宜在热反应塔出口搭建高台支架，支架上再放置高碳钢材质焊接的锅炉，水箱设置进、出水口，进出水口之间在水箱内部又分成很多支细弯管，扩大受热面积。水箱外面直接接触热源，通过热传导、幅射和对流加热。进水口进冷水，出水口出热水用于为员工提供生活热水。因受热面内外温差大，加上自来水硬度高，尤其是北方部分地区水硬度甚至达到了600～800mg/l，锅炉水箱使用一周后便会产生几公分的水垢，严重影响热传递，导致热水产能低，严重的还会使水箱受热不均变形开裂，造成停车检修影响工厂正常生产。水垢的主要成份为碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等，因为给水中钙、镁等的盐类受热后析出并粘结于金属表面而形成。水垢的导热系数很小，约为普通钢材2～5％，结于受热面上会大大恶化传热效果，影响效率。
4.目前工业锅炉清洗方法主要分两类，1)无机酸体系，如公开号为cn103602997a的专利申请文件公开了一种锅炉腐蚀污垢用清洗剂，具体公开了采用氯化-1，3-二烷基吡啶、浓度为0.1mol/l～0.5mol/l的硫酸、苯并三氮唑、酒石酸、丁二酮肟、氢氟酸、氢氧化铵和水制备成清洗剂，该清洗剂虽有一定的清洗效果，但其需要使用硫酸、氢氟酸等强腐蚀性的酸，这不仅会导致其对锅炉本身的材质过腐蚀量大，影响锅炉的使用寿命；同时还会导致人体易对无机酸产生过敏。2)有机酸体系，如公开号为cn108795604a的专利申请文件公开了一种大型锅炉清洗剂，具体公开了由以下质量份数的成分组成清洗剂：丁酸3-8份、丙酸4-9份、甲酸15-23份、五倍子5-10份、贯仲3-10份、海泡石5-11份和水80-90份，尽管该清洗剂对锅炉不存在明显腐蚀，但清洗水垢速度太慢，效率极低，无法满足实际需要。
5.基于此，提供一种既能有效清洁去除水垢，又不会对设备造成损伤的除垢剂具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种除垢剂，既能有效清洁去除水垢，又不会对设备造成损伤。
7.本发明还提出一种上述除垢剂的制备方法。
8.本发明还提出一种上述除垢剂的应用。
9.根据本发明的一个方面，提出了除垢剂，包括如下原料：主缓蚀剂和辅助缓蚀剂，所述主缓蚀剂包括中性盐，所述辅助缓蚀剂包括烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和阳离子表面活性剂，其中，所述中性盐由硫酸、盐酸和二甲硫脲反应制备得到。
10.根据本发明的一种优选的实施方式的除垢剂，至少具有以下有益效果：本发明方案的除垢剂中，中性盐为除垢和主缓蚀剂，其在溶于水后ph值在7左右，在清洗加热条件下与钢铁反应时，中性盐缓慢分解产生无机酸硫酸和盐酸，同时，释放出二甲基硫脲，整个清洗体系始终保持在中性环境，少量无机酸的产生有力地加快了清洗速度，同时，释放出二甲基硫脲又可产生优异的缓蚀效果；烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和阳离子表面活性剂作清洗和辅助缓蚀剂，其均具有优异的缓蚀效果。为此，本发明提供的一种工业锅炉无毒速效除垢剂，通过在碳钢材质锅炉中添加本发明的工业锅炉无毒速效除垢剂，能提高锅炉表面油污水垢锈垢清除速度，对基材腐蚀小，处理后的高碳钢表面形成的防锈膜致密紧凑，除垢剂成份对人体无毒无害，安全友好，从而一定程度上弥补现有技术的缺陷。
11.在本发明的一些实施方式中，所述中性盐的制备方法，包括如下步骤：将二甲基硫脲加热至70～80℃，加入盐酸，再滴加硫酸，反应8～12min后，调节温度至55～65℃，当液体由黄色变为乳白色时，停止加热。
12.在本发明的一些优选的实施方式中，所述中性盐的制备方法，包括如下步骤：将二甲基硫脲加热至约75℃，加入盐酸，再滴加硫酸，反应10min后，调节温度至约60℃，将反应体系由黄色变为乳白色时，停止加热。
13.在本发明的一些优选的实施方式中，所述中性盐的制备过程中，硫酸、盐酸和二甲基硫脲的物质的量之比为：(2.5～3.5):(1.5～2.5)：1。
14.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述中性盐的制备过程中，硫酸、盐酸和二甲基硫脲的物质的量之比约为3：2：1。
15.在本发明的一些实施方式中，所述反应在冷凝回流状态下反应。
16.在本发明的一些实施方式中，所述中性盐的制备方法，还包括如下步骤：制备过程在搅拌下进行直至停止加热后的产物变成白色块状物。
17.在本发明的一些实施方式中，所述中性盐的制备方法，还包括将白色块状物用醇洗处理的步骤。
18.在本发明的一些优选的实施方式中，所述烤胶为树皮烤胶。
19.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述烤胶为兴安落叶松树皮烤胶。
20.在本发明的一些优选的实施方式中，所述阳离子表面活性剂选自阳离子季铵盐型表面活性剂。
21.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述阳离子季铵盐型表面活性剂选自十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基乙基溴化铵或十四烷基二甲基苄基氯化铵中的至少一种。十二烷基二甲基苄基氯化铵又被称之为1227，具有杀菌、去油、除臭、分散、渗透和缓蚀作用。
22.在本发明的一些实施方式中，所述中性盐：烤胶：3，5-二氨基苯甲酸：阳离子表面活性剂的重量份数之比为5～15：1～5：1～4：0.5～2.5。
23.在本发明的一些实施方式中，所述除垢剂由按重量份数计的如下原料制得：
[0024][0025]
根据本发明的另一个方面，提出了上述除垢剂的制备方法，包括如下步骤：
[0026]
将中性盐、烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和阳离子表面活性剂混合得混合物，加热，得到所述除垢剂。
[0027]
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：该制备方法操作简便，无需复杂设备，易于工业化大规模生产，具有良好的工业应用前景。
[0028]
在本发明的一些实施方式中，所述加热温度为30～65℃。反应条件温和，易于实现，生产成本低廉。
[0029]
在本发明的一些实施方式中，所述除垢剂的制备方法还包括对混合物进行加热的同时，还进行搅拌的步骤。
[0030]
在本发明的一些优选实施方式中，所述搅拌时间为10～60min。
[0031]
根据本发明的再一个方面，提出了上述除垢剂在锅炉清洁中的应用。
[0032]
根据本发明的一种优选的实施方式的应用，至少具有以下有益效果：本发明方案的除垢剂能够快速清除碳钢锅炉表面的油污水垢锈垢，对基材腐蚀微乎其微，而且处理后的碳钢表面形成的防锈膜致密紧凑，对人体无毒无害，从而一定程度上弥补了现有技术中的不足。
具体实施方式
[0033]
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。
[0034]
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0035]
本发明的描述中，如无特殊规定，所述“约”的含义是指正负2％。
[0036]
下述实施例1～4中的中性盐制备过程如下：按物质的量的比3：2：1取分析纯硫酸、盐酸和二甲基硫脲，将二甲基硫脲加入500ml三颈圆底烧瓶中，用恒温磁力搅拌器控制温度
为75℃开动搅拌，先加入一定量盐酸，再慢慢滴加硫酸完毕后，盖上玻璃冷凝回流管冷凝回流，反应10分钟后温度调至60℃继续反应，再约15min后反应物开始由黄色变为乳白色牛奶状，此时停止加热，利用余热继续搅拌反应直至变成白色块状物时停止搅拌。取出白色块状物用无水乙醇漂洗2次备用。
[0037]
烤胶为兴安落叶松树皮烤胶；3，5-二氨基苯甲酸为化学纯；阳离子表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵，又叫1227。上述原料均为市购所得。
[0038]
实施例1
[0039]
本实施例制备了一种除垢剂，由如下重量的原料制成：
[0040][0041]
具体过程为：将水、中性盐、烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和1227混合，30℃加热搅拌10min(30～45℃加热下搅拌10～45min均可)，即得。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例制备了一种除垢剂，由如下重量的原料制成：
[0044][0045]
具体过程为：将水、中性盐、烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和1227混合，65℃下搅拌60min(35～65℃搅拌20～60min均可)，即得。
[0046]
实施例3
[0047]
本实施例制备了一种除垢剂，由如下重量的原料制成：
[0048]
[0049]
具体过程为：将水、中性盐、烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和1227混合，38℃下搅拌40min(30～38℃搅拌30～50min均可)，即得。
[0050]
实施例4
[0051]
本实施例制备了一种除垢剂，由如下重量的原料制成：
[0052][0053][0054]
具体过程为：将水、中性盐、烤胶、3，5-二氨基苯甲酸和1227混合，45℃下搅拌45min(30～45℃搅拌10～45min均可)，即得。
[0055]
实施例5
[0056]
本实施例制备了一种除垢剂，其与实施例1的区别仅在于：成份在范围之外，
[0057][0058]
对比例1
[0059]
本对比例制备了一种除垢剂，其参照专利申请文件cn105543005a中的实施例1制备得到。
[0060]
对比例2
[0061]
本对比例制备了一种除垢剂，其参照专利申请文件cn105200442a中的实施例1制备得到。
[0062]
应用效果例：
[0063]
取实施例1～5及对比例1～3制得的除垢剂进行锅炉清洁效果测试，测试方法如下：
[0064]
取15kg除垢剂，分别加入85kg水中，用循环泵抽入某一化工厂使用情况完全一致的七个待洗锅炉中，先常温浸泡2h，然后循环8h后排出除垢剂；用自来水循环冲洗2h排净，再放入新鲜自来水反复循环排放直至用广泛试纸测得ph6～8为止(实施例1～4中的产品排放2次两次即可)。
[0065]
效果判定标准如下：
[0066]
1、目测法：目视水垢剥离、脱落程度，锅炉内壁是否均匀平整，手感是否光滑，如果扎手、毛糙说明基材过腐蚀；
[0067]
2、表观使用周期：从洗完交机到目视再结垢的这段时间为表观使用周期。表观周期长说明锅炉内表面形成了一层有效的保护膜，可以保护金属防止再结垢。
[0068]
测试结果如表1所示：
[0069]
表1工业锅炉除垢剂测试对比表
[0070]
工作液目视表观使用周期(天)综合评级实施例1水垢完全脱落，表面均匀平整2300级实施例2水垢完全脱落，表面均匀平整2480级实施例3水垢完全脱落，表面均匀平整2400级实施例4水垢完全脱落，表面均匀平整2460级实施例5水垢脱落85％，表面糙手1861级对比例1水垢脱落少于50％，表面扎手602级对比例2水垢脱落65％，表面扎手153级
[0071]
综合评级：从0～5级，0级效果最好，级数越高，效果就越差。
[0072]
从表1可以看出，在相同工艺情况下，实施例1-5的除垢效果明显优于对比例，其可使得水垢完全脱落，同时，不对锅炉表面造成损伤，且表观时间可达对比例的4～16倍以上，综合性能远优于对比例。当中性盐：烤胶：3，5-二氨基苯甲酸：阳离子表面活性剂的重量份数之比不满足5～15：1～5：1～4：0.5～2.5时，整体性能稍有下降。由此说明，本发明实施例制得的除垢剂综合效果显著优于现有常规产品。
[0073]
综上所述，本发明实施例的除垢剂实现了在快速清洗锅炉水垢的同时，还能有效形成保护膜，阻止水垢的生成。本发明实施例的除垢剂不仅清洗缓蚀能力强，对高碳钢无明显可见腐蚀，而且所用材料均为低毒，不含磷，对人体基本无毒害作用，具有很高的实际应用价值。本发明通过采用无机酸缓慢释放除垢和缓蚀相结合方式，实现了工业锅炉快速除水垢和缓蚀成膜的效果，有效延缓水垢的再生。
[0074]
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。