КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ СОПОЛИМЕР АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ-2-АКРИЛАМИДО-2-МЕТИЛПРОПАНСУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТЫ И ПОЛИМАЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ, А ТАКЖЕ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Российский патент 2015 года по МПК C08L33/04 C08L33/14 C08L33/26 C08K5/42 C02F5/10 

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки на патент США №12/204488, которая полностью включена в настоящий документ в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к композиции(ям) и способу(ам) подавления образования накипи и отложений в мембранных системах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Мембранные процессы нанофильтрации (NF), обратного осмоса (RO), электродиализа (ЭД), электродионизации (EDI) и мембранной дистилляции (MD) используются для обработки жестких (грунтовых и поверхностных) вод, морской воды и очищенных сточных вод. Во время процесса сгущения пределы растворимости умеренно растворимых солей, таких как сульфаты кальция, бария, магния и стронция, карбонаты кальция, магния, бария и фосфаты кальция превышаются, что приводит к образованию накипи на поверхности мембраны, а также в системе. Образование накипи на мембране приводит к снижению потока растворенного вещества через мембрану, увеличению пропускания солей через мембрану и увеличению перепада давления на мембранных элементах. Все эти факторы приводят к более высоким эксплуатационным расходам на вышеуказанные процессы и к снижению производства воды путем использования таких мембранных систем.

Антискаланты успешно используются по отдельности или в сочетании с регулировкой рН (в случае карбонатных и фосфатных отложений) для замедления образования накипи. Большинство используемых промышленных антискалантов, например, в процессах NF и RO, являются полиакрилатами, органическими фосфатами, сополимерами акриламида и (или) их смесями.

В различных частях мира, включая Китай, США, Европу, Австралию и Ближний Восток были приняты законы об ужесточении норм по использованию (3) материалов на основе фосфора (в связи с тем, что они вызывают цветение водоемов, куда, например, сбрасывается концентрат RO), что привело к необходимости использовать бесфосфорные антискаланты. Несмотря на то, что неорганические катионы, такие как Zn, как известно, замедляют образование отложений СаСОЗ, они также представляют собой экологические риски. Полиакрилаты слабо работают в присутствии железа и, как известно, способствуют биологическому загрязнению в системе RO. Поэтому существует потребность в разработке других бесфосфорных антискалантов для процессов NF, RO, ED, EDI и MD.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении описана композиция, включающая в себя: сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-

метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновую кислоту.

В настоящем изобретении также описан способ подавления образования накипи и отложений из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, который включает в себя следующие этапы: (а) дополнительную корректировку рН указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 7,0 до приблизительно 10; (b) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 5°c до приблизительно 40°c, если мембранная система представляет собой систему RO, систему NF, систему ED, системе EDI или их комбинацию; (с) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 40°C до приблизительно 80°C, если мембранная система представляет собой систему MD; и (d) добавление эффективного количества композиции, содержащей сополимер акриловой кислоты - 2 акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновую кислоту.

а. Настоящее изобретение, кроме того, описывает способ подавления образования отложений карбоната кальция и отложений из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, который включает в себя следующие этапы: (а) дополнительную корректировку рН указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 7,0 до приблизительно 10; (b) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 5°C до приблизительно 40°C, если мембранная система представляет собой систему RO, систему NF, систему ED, системе EDI или их комбинацию; (с) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 40°C до приблизительно 80°C, если мембранная система представляет собой систему MD; и (d) добавление эффективного количества композиции, содержащей сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновую кислоту.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На рис.1 (а) показана мутность раствора и процентное (%) подавление (b) образования отложений СаСО₃ для воды относительно простого типа I.

На рис.2 (а) показана мутность раствора и процентное (%) подавление (b) образования отложений СаСО₃ для воды относительно простого типа II.

На рис.3 показана мутность контрольного раствора, продукта D и фосфонатного продукта Е (для сравнения) для воды типа III, которая содержит диоксид кремния и 0,8 миллионных частей Fe³⁺.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определения:

«Мембранная система» относится к мембранной системе, которая содержит одну, или более систем RO, и (или) NF, и (или) ED, и (или) MD, и (или) EDI, или их комбинацию. Существуют различные компоненты мембранной системы, которые могут учитываться специалистами в технологии, например, определенный тип или определенная комбинация мембран; поступающий поток; поток концентрата; поток растворенного вещества; один или несколько аппаратов для облегчения передачи потока; их комбинация, а также другие компоненты системы, которые могут учитываться специалистами в технологии. Необходимый поток, который разделяется/фильтруется, может поступать из различных источников, и специалист в технологии поймет, может ли данная конкретная мембранная система достигнуть требуемого разделения/фильтрации необходимого потока на его компоненты.

АА: Акриловая кислота

AMPS: 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота RO: обратный осмос.

Система RO: мембранная система, которая содержит, по крайней мере, одну мембрану обратного осмоса; NF: нанофильтрация.

Система NF: мембранная система, которая содержит, по крайней мере, одну мембрану нанофильтрации.

ЭД: электродиализ или реверсивный электродиализ.

Система ED: мембранная система, которая содержит, по крайней мере, один аппарат, способный выполнять реверсивный электродиализ или электродиализ.

MD: мембранная дистилляция.

Система MD: мембранная система, которая содержит, по крайней мере, один аппарат, способный выполнять мембранную дистилляцию.

EDI: электродеионизация.

Система EDI: мембранная система, которая содержит, по крайней мере, один аппарат, способный выполнять электродеионизацию.

РМА: полималеиновая кислота.

PTSA: пирентетрасульфоновая кислота и (или) ее производные. АТМР: аминотриметиленфосфонат.

TDS: Общее содержание растворенных твердых частиц. Предпочтительные варианты реализации изобретения: А. КОМПОЗИЦИИ

Как указано выше, настоящее изобретение описывает композицию, содержащую сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновую кислоту.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты помечается одним или несколькими химическими составами, которые могут контролироваться одним или несколькими аналитическими приборами или процессами. Процедуры мечения известны специалистам в технологии, например: общие процедуры мечения и использования меток описаны в 5171450, 5411889, 6645428 и публикации патента США №2004/0135124, которые включены в настоящий документ в качестве ссылки. В другом варианте реализации химические составы представляют собой флуорофоры. В еще одном варианте реализации химический состав может контролироваться абсорбционной спектроскопией. В еще одном варианте реализации меченые химические составы содержат, по крайней мере, следующий мономер: 4-метокси-N-(3-N', N'-диметиламинопропил)нафталимид, 2-гидрокси-3-аллилоксипропил четвертичную соль.

Настоящее описание относится к различным составам, содержащим акриловую кислоту-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и полималеиновую кислоту и может быть адаптировано к конкретным задачам очистки. Специалист в технологии может получить сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и смешать с ним полималеиновую кислоту разными способами, известными специалистам в технологии.

В одном варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 5-40 мас.% в пересчете на активное вещество, и полималеиновая кислота - 5-40 мас.% процентов веса.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 13 мас.% в пересчете на активное вещество, и полималеиновая кислота - 18 мас.% в пересчете на активное вещество.

В другом варианте реализации один или несколько флуорофоров могут быть добавлены в смесь акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты. Примеры флуорофоров включают в себя, помимо прочего, пирентетрасульфоновую кислоту, родамин и флуоресцеин; обсуждение состава флуорофоров и их использования приводится в патентах США №4783314, 4992380, 6645428 и 6255118 и публикации патента США №2006/0246595. В другом варианте реализации пирентетрасульфоновая кислота имеет концентрацию - 0,1-0,8 масс в пересчете на активное вещество. Специалист в технологии сможет определить количество необходимого в составе флуорофора, не проводя дополнительные эксперименты. В еще одном варианте реализации сополимер, помеченный одним или несколькими химическими составами, которые могут контролироваться одним или несколькими аналитическими приборами или процессами, смешивается с композицией, содержащей указанный флуорофор, например: пирентетрасульфоновую кислоту.

В другом варианте реализации сомономеры акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты могут присутствовать в сополимере в виде кислоты или соли.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное 80:20.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное 60:40.

В другом варианте реализации из композиции исключено одно или несколько соединений фосфора.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное от 2:98 до 98:2.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет среднюю молекулярную массу от приблизительно 1000 до приблизительно 100000 Да.

В другом варианте реализации полималеиновая кислота может быть произведена посредством проведения процесса с использованием воды или органического растворителя (масла).

В другом варианте реализации молекулярный вес полималеиновой кислоты составляет 400-50000 Да.

В. СПОСОБЫ

Вышеперечисленные композиции могут использоваться следующими способами.

Как указано выше, настоящее изобретение предусматривает способ подавления образования накипи и отложений из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, который включает в себя следующие этапы: (а) дополнительную корректировку рН указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 7,0 до приблизительно 10; (b) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 5°C до приблизительно 40°C, если мембранная система представляет собой систему RO, систему NF, систему ED, системе EDI или их комбинацию; (с) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 40°C до приблизительно 80°C, если мембранная система представляет собой систему MD; и (d) добавление эффективного количества композиции, содержащей: сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты.

В другом варианте реализации отложения состоят из карбоната кальция. В еще одном варианте реализации отложения не содержат гипса, фосфата кальция, фторида кальция и (или) сульфата бария.

b. В другом варианте реализации настоящего изобретения также раскрывается способ подавления образования отложений карбоната кальция и отложений из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, который включает в себя следующие этапы: а) дополнительную корректировку рН указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 7,0 до приблизительно 10; (b) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 5°C до приблизительно 40°C, если мембранная система представляет собой систему RO, систему NF, систему ED, системе EDI или их комбинацию; (с) дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне приблизительно от 40°C до приблизительно 80°C, если мембранная система представляет собой систему MD; и (d) добавление эффективного количества композиции, содержащей: сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты.

Поступающий поток может иметь компоненты различных типов, в частности, разные количества общего содержания растворенных твердых частиц (TDS).

В одном варианте реализации TDS поступающего потока составляет от 200 до 40000 миллионных частей.

В другом варианте реализации TDS поступающего потока составляет от 200 до 20000 миллионных частей.

Количество композиции, например, смеси только акриловой кислоты -2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты или вместе с другими химическими составами, и способ, которым композиция добавляется в поступающий поток, могут зависеть от необходимого поступающего потока. Специалист в технологии сможет выбрать соответствующую химию, не проводя дополнительные эксперименты.

В одном варианте реализации композиция, добавляемая в поступающий поток, содержит состав, содержащий сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты. Смесь добавляется в поступающий поток одним или несколькими способами подачи, известными специалистам в технологии. В другом варианте реализации акриловая кислота - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота и полималеиновая кислота могут добавляться отдельно с учетом условий поступающего потока.

В поступающий поток могут добавляться различные композиции, содержащие акриловую кислоту-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и полималеиновую кислоту.

В одном варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты помечается одним или несколькими химическими составами, которые могут контролироваться одним или несколькими аналитическими приборами или процессами. Процедуры мечения известны специалистам в технологии; например, общие процедуры мечения и использования меток описаны в 5171450, 5411889, 6645428, 7601789, 7148351 и публикации патента США №2004/0135124, которые включены в настоящий документ в качестве ссылки. В еще одном варианте реализации помеченные химические составы представляют собой флуорофоры. В еще одном варианте реализации помеченный химический состав содержит, по крайней мере, следующий мономер: 4-метокси-N-(3-N', N'-диметиламинопропил)нафталимид, 2-гидрокси-3-аллилоксипропил четвертичную соль.

Настоящее изобретение охватывает различные составы композиций, содержащие акриловую кислоту-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и полималеиновую кислоту, а составы композиций, могут быть адаптированы к конкретным потребностям очистки - в данном случае к рассматриваемому необходимому поступающему потоку. Специалист в технологии может получить сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и смешать с ней полималеиновую кислоту различными способами, известными специалистам в технологии.

В одном варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 5-40 мас.% в пересчете на активное вещество, и полималеиновая кислота - 5-40 мас.% в пересчете на активное вещество.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 13 мас.% в пересчете на активное вещество, и полималеиновая кислота - 18 мас.% в пересчете на активное вещество.

В другом варианте реализации смесь может быть добавлен один или несколько химических составов.

В другом варианте реализации в смесь акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты могут добавляться один или несколько флуорофоров. Примеры флуорофоров включают в себя, помимо прочего, пирентетрасульфоновую, родамин и флуоресцеин; обсуждение состава флуорофоров и их использования приводится в патентах США №4783314, 4992380, 6645428 и 6255118 и публикации патента США № 2006/0246595, которые включены в настоящий документ в качестве ссылки. В еще одном варианте реализации сополимер, помеченный одним или несколькими химическими составами, которые могут контролироваться одним или несколькими аналитическими приборами или процессами, смешивается с композицией, содержащей указанный флуорофор, например: пирентетрасульфоновую кислоту. В еще одном варианте реализации флуорофор инертен в необходимой водной системе, например, в поступающем потоке, и не расходуется сильно химическими составами конкретной водной системы.

В другом варианте реализации пирентетрасульфоновая кислота имеет концентрацию 0,1-0,8 мас.% в пересчете на активное вещество. Специалист в технологии сможет определить количество необходимого в составе флуорофора, не проводя дополнительные эксперименты.

В другом варианте реализации сомономеры акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты могут быть в сополимере в форме кислоты или соли.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное 80:20.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное 60:40.

В другом варианте реализации композиция не содержит одно или несколько соединений фосфора. В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное от 2:98 до 98:2.

В другом варианте реализации сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет среднюю молекулярную массу приблизительно от 1000 до приблизительно 100000 Да.

В другом варианте реализации полималеиновая кислота может быть получена посредством проведения процесса с использованием воды или органического растворителя (масло).

В другом варианте реализации молекулярный вес полималеиновой кислоты составляет 400-50000 Да.

В методологии настоящего изобретения могут использоваться маркеры, чтобы контролировать и (или) управлять композициями, вносимыми в поступающий поток/водную систему. Для этого может применяться методология с использованием маркеров и (или) меченых химических составов, составляющих акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты. Контроль соответствующей химии или этапа системы по обратной связи может осуществляться под действием химического состава в системе, например, питающей воде. Схемы синтеза маркеров обсуждались в патентах США №4783314, 4992380, 6645428 и 6255118 и публикации патента США №2006/0246595, которые включены в настоящий документ в качестве ссылки. Схемы обработки меченых полимеров обсуждались в 5171450, 5411889, 6645428, 7601789, 7148351 и в публикации патента США №2004/0135124, которые включены в настоящий документ в качестве ссылки.

В одном варианте реализации флуорофор добавляется в известной пропорции в смесь сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты, причем указанный способ дополнительно включает в себя этапы измерения флюоресценции указанного флуорофора, соотнесения флюоресценции флуорофора с концентрацией смеси указанного сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты и корректировки подачи указанного сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты по одному или нескольким значениям заданных параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке.

В другом варианте реализации пирентетрасульфоновая кислота добавляется в известной пропорции в смесь сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты, причем указанный способ дополнительно включает в себя этапы измерения флюоресценции указанной пирентетрасульфоновой кислоты, соотнесения флюоресценции пирентетрасульфоновой кислоты с концентрацией смеси указанного сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты и корректиовки подачи указанного сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке. В другом варианте реализации могут использоваться другие подходящие маркеры, например: флуорофоры.

В другом варианте реализации сополимер помечается флуорофором, причем в указанном поступающем потоке дополнительно определяется флюоресценция указанного флуорофора, флюоресценция указанного меченого сополимера дополнительно соотносится с концентрацией меченого сополимера и подача указанного сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты дополнительно корректируется по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке, определяемом флюоресценцией указанного меченого сополимера.

В другом варианте реализации сополимер помечается флуорофором, причем в указанном поступающем потоке дополнительно определяется флюоресценция указанного флуорофора, флюоресценция упомянутого меченого сополимера дополнительно соотносится с концентрацией меченого сополимера и подача указанного сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты дополнительно корректируется по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке, определяемом флюоресценцией указанного меченого сополимера.

В другом варианте реализации схема контроля за флуорофором/ пирентетрасульфоновой кислотой по обратной связи может быть объединена со схемой обработки маркеров для лучшего представления о концентрации композиции, содержащей акриловую кислоту-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту и полималеиновую кислоту, чтобы можно было оценить условия системы, такие как возможность образования отложений, и можно было разработать и осуществить схему реагирования.

Примеры:

Эффективность подавления образования отложений CaCO₃ определялась с отдельными полимерами (полималеиновой кислотой и сополимером акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты), а также их смесью в тестах в лабораторной посуде. Составы ингибитора образования отложений показаны в таблице 1. Общая концентрация активных полимеров во всех составах поддерживалась от 27 до 31%.

Таблица 1: Состав бесфосфорных ингибиторов образования отложений (A-D) и ингибиторов образования отложений на основе фосфонатов (Е) (мас.% в пересчете на активное вещество)

  Продукт А Продукт В Продукт С Продукт D Продукт Е РМА 27   18 18   Сополимер AA-AMPS   27 13 12,5   Вода 73 73 69 69,3 65,6 PTSA       0,2   Na-ATMP         34,4 Общее 100 100 100 100 100 Отношение РМА:AMPS     ≈4:3 ≈4:3  

Химические составы воды, используемой в трех разных нижеуказанных примерах, приводятся в таблице 2. Эти химические составы моделировались по составу концентратов жесткой воды систем RO.

Таблица 2 Химические составы воды, используемой в трех примерах Ионы (миллионных частей) Вода I (пример I) Вода II (пример II) Вода III (пример III) Na⁺ 275   1835 Са²⁺ 355 130,64 320,6 Mg²⁺   25,92 126,4 Fe³⁺   0,1 0,8 Cl^- 624 104,4 1454 CO₃ ^2-     3,6 HCO^3- 732 494,83 1366,8 SO^4--   190 236,3 SiO₂     72 рН 8,0 9,0 81 Индекс насыщения Ланжелье 1, 77 2,18 2,0

После добавления антискалантов в определенных концентрациях в испытательную воду в склянке, раствор продолжал перемешиваться в течение 2 ч. Эффективность ингибирования отложений определялась каждые 30 мин измерением остаточного уровня растворимого (отфильтрованного) Са2+ в растворе и (или) мутности.

Пример 1:

На рис.1а и lb показана мутность раствора и процент ингибирования формирования осадка CaCO₃ для воды типа I, которая является относительно простой. Очевидно, что обработка смесью полималеиновой кислоты и сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (продукт С) привела к минимальной мутности и максимальному проценту ингибированию формирования СаСО₃ по сравнению с использованием только полималеиновой кислоты (продукт А) или только сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (продукт В) при той же дозировке (0,54 миллионных частей в пересчете на активный полимер), доказывая синергический эффект этих полимеров.

Пример 2:

В этом примере использовалась вода относительно сложного химического состава (вода типа II, таблица 2). На рис.2а и 2b показана мутность раствора и данные по проценту ингибирования в этом эксперименте. Результаты снова доказывают, что продукт С (смесь полимеров) действует лучше, чем только продукт А (полималеиновая кислота) или только продукт В (сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты) при той же дозировке (0,54 миллионных частей в пересчете на активный полимер).

Пример 3:

В этом примере использовалась вода типа III, которая содержала диоксид кремния (72 миллионных частей) и Fe³⁺(0,8 миллионных частей) Мутность для эталона и продукта D после 2 часов добавления антискалантов показана на рис.3. Данные также сравниваются продуктом Е на основе фосфонатов, который является одним из химических состав, используемых в настоящее время в промышленности для контроля образования отложений CaCO₃. Очевидно, что при 1,5-3 миллионных частей активного продукта D (смесь полималеиновой кислоты и сополимера акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты) мутность поддерживалась на уровне ниже 2 нефелометрических единиц мутности даже в присутствии 0,8 миллионных частей Fe³⁺. Эти дозировки соответствуют дозировкам продукта на основе фосфонатов (1,72 миллионных частей продукта Е).

Все вышеприведенные примеры демонстрируют эффективность бесфосфорного антискаланта, содержащего полималеиновую кислоту и сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты (продукты С и D), для контроля за образованием отложений СаСО₃. Также было обнаружено, что эти составы совместимы с полиамидными мембранами RO, которые преимущественно используются в промышленности.

КОМБИНАЦИИ КОМПОНЕНТОВ, ОПИСАННЫХ В ЗАЯВКЕ НА ПАТЕНТ

В одном варианте реализации композиции включают в себя различные комбинации композиций, такие как мольные отношения отдельных компонентов. В еще одном варианте реализации указанные композиции включают в себя комбинации зависимых пунктов формулы изобретения. В другом варианте реализации диапазон, или его эквивалент, конкретного компонента должен включать в себя отдельный компонент(ы) в диапазоне или диапазонах в пределах такого диапазона.

В другом варианте реализации пункты формулы изобретения, относящиеся к способу использования, включают в себя различные комбинации композиций, такие как мольные отношения отдельных компонентов. В еще одном варианте реализации указанные композиции включают в себя комбинации зависимых пунктов формулы изобретения. В другом варианте реализации диапазон, или его эквивалент, конкретного компонента должен включать отдельный компонент(ы) в диапазоне или диапазонах в пределах такого диапазона.

Группа изобретений относится к композиции и способам подавления образования накипи и отложений в мембранных системах. Композиция для подавления образования накипи в мембранных системах содержит 5-40 мас.% сополимера акриловой кислоты-2акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и 5-40 мас.% полималеиновой кислоты. Описаны также способы подавления образования накипи и отложений из поступающего потока, проходящего через мембранную систему и подавления образования карбоната кальция и осаждения из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, включающие добавление эффективного количества указанной композиции в поступающий поток после корректировки рН поступающего потока в диапазоне от 7,0 до 10,0, дополнительной корректировки температуры поступающего потока в диапазоне от 5°С до 40°С, если мембранная система представляет собой систему RO, NF, ED, EDI или их комбинацию, и дополнительной корректировки температуры поступающего потока в диапазоне от 40°С до 80°С, если мембранная система представляет собой систему MD. Указанная композиция может дополнительно содержать эффективное количество одного или нескольких флуорофоров. Технический результат - эффективное ингибирование образования отложений карбоната кальция при значении мутности для воды ниже 2 нефелометрических единиц мутности даже в присутствии 0,8 миллионных частей Fe³⁺. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

1. Композиция для подавления образования накипи и отложений в мембранных системах, содержащая сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновую кислоту, причем указанный сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 5-40 мас. %, и полималеиновая кислота 5-40 мас. %.

2. Композиция по п. 1, в которой указанный сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 13 мас.%, и полималеиновая кислота 18 мас. %.

3. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая эффективное количество флуорофора, причем указанный флуорофор содержит, по крайней мере, пирентетрасульфоновую кислоту.

4. Композиция по п. 3, в которой указанная пирентетрасульфоновая кислота имеет концентрацию от 0,1 до 0,8 мас. %.

5. Композиция по п. 1, в которой указанная композиция не содержит одно или несколько соединений фосфора.

6. Композиция по п. 1, в которой указанный сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет мольное отношение между сомономерами акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, равное от 2:98 до 98:2.

7. Композиция по п. 1, в которой указанный сополимер акриловой кислоты-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет среднюю молекулярную массу от 1000 до 100000 Да.

8. Композиция по п. 1, в которой молекулярный вес полималеиновой кислоты составляет от 400 до 50000 Да.

9. Способ подавления образования накипи и отложений из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, который включает в себя следующие этапы:
c. дополнительную корректировку pH указанного поступающего потока в диапазоне от 7,0 до 10;
d. дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне от 5°C до 40°C, если мембранная система представляет собой систему RO, NF, ED, EDI или их комбинацию;
e. дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне от 40°C до 80°C, если мембранная система представляет собой систему MD; и
f. добавление эффективного количества композиции по п. 1 в указанный поступающий поток.

10. Способ по п. 9, в котором указанная композиция не содержит одно или несколько соединений фосфора.

11. Способ по п. 9, в котором указанный сополимер акриловой кислоты- 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 5-40 мас.%, и полималеиновая кислота 5-40 мас. %.

12. Способ по п. 9, в котором указанный сополимер акриловой кислоты- 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты имеет концентрацию 13 мас. %, и полималеиновая кислота 18 мас. %.

13. Способ по п. 9, в котором композиция по п. 1 дополнительно содержит эффективное количество одного или нескольких флуорофоров, причем флуорофоры дополнительно содержат, по крайней мере, пирентетрасульфоновую кислоту.

14. Способ по п. 9, в котором указанное эффективное количество указанной композиции составляет от 0,01 миллионных частей до 30 миллионных частей.

15. Способ по п. 9, в котором молекулярная масса полималеиновой кислоты составляет 400-50000 Да.

16. Способ подавления образования отложений карбоната кальция и осаждения из поступающего потока, проходящего через мембранную систему, который включает в себя следующие этапы:
a. дополнительную корректировку pH указанного поступающего потока в диапазоне от 7,0 до 10;
b. дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне от 5°C до 40°C, если мембранная система представляет собой систему RO, NF, ED, EDI или их комбинацию;
c. дополнительную корректировку температуры указанного поступающего потока в диапазоне от 40°C до 80°C, если мембранная система представляет собой систему MD; и
d. добавления эффективного количества композиции по п. 1 в указанный поступающий поток.

17. Способ по п. 9, в котором общее содержание растворенных твердых частиц в поступающем потоке составляет от 200 до 40000 миллионных частей.

18. Способ по п. 9, в котором общее содержание растворенных твердых частиц в поступающем потоке составляет от 200 до 20000 миллионных частей.

19. Способ по п. 13, в котором пирентетрасульфоновая кислота добавляется в смесь сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты, причем указанный способ дополнительно включает в себя этапы измерения флюоресценции указанной пирентетрасульфоновой кислоты, соотнесения флюоресценции пирентетрасульфоновой кислоты с концентрацией смеси указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты и корректировки подачи указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке.

20. Способ по п. 19, в котором сополимер помечается флуорофором, причем в указанном поступающем потоке дополнительно определяется флюоресценция указанного флуорофора, флюоресценция упомянутого меченого сополимера дополнительно соотносится с концентрацией меченого сополимера и подача указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты дополнительно корректируется по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке, определяемом флюоресценцией указанного меченого сополимера.

21. Способ по п. 9, в котором флуорофор добавляется в смесь сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты, причем в указанном поступающем потоке дополнительно определяется флюоресценция указанного флуорофора, флюоресценция флуорофора соотносится с концентрацией смеси указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты и корректируется подача указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке.

22. Способ по п. 9, в котором сополимер помечается флуорофором, причем в указанном поступающем потоке дополнительно определяется флюоресценция указанного флуорофора, флюоресценция указанного меченого сополимера дополнительно соотносится с концентрацией меченого сополимера и дополнительно корректируется подача указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке, определяемом флюоресценцией указанного меченого сополимера.

23. Способ по п. 21, в котором сополимер помечается флуорофором, причем дополнительно в указанном поступающем потоке определяется флюоресценция указанного флуорофора, которым помечен указанный сополимер, флюоресценция указанного меченого сополимера дополнительно соотносится с концентрацией меченого сополимера и дополнительно корректируется подача указанного сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты по одному или нескольким заданным значениям параметров, установленных для количества сополимера акриловой кислоты - 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и полималеиновой кислоты в указанном поступающем потоке, определяемом флюоресценцией указанного меченого сополимера.

24. Композиция по п. 1, в которой указанный сополимер помечается одним или несколькими химическими составами, которые могут контролироваться одним или несколькими аналитическими приборами или процессами.

25. Композиция по п. 24, в которой указанные химические составы являются флуорофорами.

26. Композиция по п. 24, в которой меченые химические составы содержат, по крайней мере, следующие мономеры: 4-метокси-N-(3-N′,N′-диметиламинопропил)нафталимид, 2-гидрокси-3-аллилоксипропил четвертичную соль.

27. Композиция по п. 3, дополнительно содержащая сополимер, который помечается одним или несколькими химическими составами, которые могут контролироваться одним или несколькими аналитическими приборами или процессами.