本发明涉及锅炉水处理，特别涉及一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂及其制备方法。
背景技术：
1、锅炉是我国使用较为广泛的一种设备，广泛应用于火力发电、石油化工、矿业等领域，随着锅炉的广泛使用，其缺点也随之越发显著，其中最引人关注的为锅炉爆炸事故。锅炉正常使用时不易发生爆炸，究其爆炸原因主要在于锅炉的材料强度发生弱化现象，炉内压力超过了材料的强度则易发生爆炸，因此材料的强度变弱是引发锅炉爆炸的根本原因。研究者们对材料的弱化进行了研究，发现材料的弱化通常是由于老化、腐蚀和超温现象导致，而水垢是导致腐蚀现象的主要因素之一。锅炉用水多以工业水为主，其中包含丰富如ca+、mg+、fe+等金属阳离子和如oh-、co3-、so4-等阴离子，当锅炉水不断蒸发导致这些离子浓度不断增加进而形成水垢，除此之外一些微生物泥同样是材料腐蚀的原因之一。目前最常用的方法是添加一些水处理剂防止水垢的产生，同时添加杀菌剂来抑制微生物的繁殖降低微生物泥的产生。
2、水处理剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，其中无机缓蚀剂主要为铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐以及砷化合物等，这些无机缓蚀剂对环境危害较大且价格昂贵因此使用受到了限制；常用的有机缓蚀剂又可分为胺类缓蚀剂、醛类缓蚀剂、炔醇类缓蚀剂、有机磷类缓蚀剂、硫化合物类缓蚀剂、羧酸类缓蚀剂和磺酸类缓蚀剂等，这些缓蚀剂各有各的优点和缺点。例如cn106434047a公开了“一种锅炉快速除垢剂”，采用酒石酸、氨基磺酸、磷酸三钠、三聚磷酸钠、渗透剂、羟甲纤维素钠等为原料制备而成，该公开专利制得的除垢剂具有较好的锅炉除垢效果并且能够长期保持阻垢效果。又如cn113044998b公开了“一种锅炉给水药剂及其制备方法、应用”，以亚硫酸钠和焦亚硫酸钠为主要原料制备而成，该公开专利制得的给水药剂具有较好的除氧效果，且与聚天冬氨酸共用能够快速起到缓蚀阻垢的作用。但上述的公开专利采用含磷含硫化合物作为缓蚀阻垢剂，在后期处理过程中较为困难，易对环境产生影响。
3、再如cn111233178a公开了“一种低压锅炉无磷复合清缸剂及制备方法”，采用除氧组分、缓释组分和阻垢组分等为主要原料制备而成，该公开专利制得的清缸剂不含磷，且能够消除锅炉水中溶氧腐蚀，能够起到缓蚀阻垢效果，但该公开专利仅提及产品适用于低压锅炉，无法解决中压锅炉的问题。
4、因此开发一种适用于中低压锅炉，且具有缓蚀、阻垢净化蒸汽，同时还能够抑制微生物泥产生的清缸剂迫在眉睫。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂及其制备方法。本发明的清缸剂适用于中低压锅炉，且具有缓蚀、阻垢净化蒸汽，同时还能够抑制微生物泥产生。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
3、本发明一方面提供了一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，包括如下质量份组分：20～40份自制阻垢剂、3～5份渗透剂、20～30份分散剂、1～5份除氧剂、0.003～0.017催化剂和100～150份水。
4、在一些实施方式中，所述自制阻垢剂结构为：
5、
6、其中，10≤a≤15，6≤b≤10。
7、目前市售阻垢剂多以含磷阻垢剂为主，其对环境具有一定的污染，不能够满足当前环境趋势，聚天冬氨酸是一种较为环保的阻垢剂，对碳酸钙和硫酸钙有很好的阻垢效果，但研究表明，聚天冬氨酸在局部温度过高时会出现断键失去作用，热稳定性较差，而目前常用物理复配的方法解决该问题，使用时较为繁琐，申请人通过在自制阻垢剂结构中引入大量的苯环结构，能够起到π-π堆积的作用，不仅能够与氢键作用力协同增强分子结构的稳定性，还能够增强自制阻垢剂的耐温性能。
8、目前常见的一些阻垢剂其虽然能够很好的起到缓蚀阻垢效果，但在一些特定的环境中例如在ph值范围的影响下，阻垢剂的效果不突出，而本技术的自制阻垢剂结构中有大量的酰胺基团增加了自制阻垢剂的耐酸碱性能，使自制阻垢剂能够在较宽的给水ph范围使用，同时自制阻垢剂结构中还含有大量的氢键受体和氢键供体，能够吸附于锅炉体表面，形成保护膜从而抑制锅炉的腐蚀。
9、此外申请人发现，常用的阻垢剂主要在于对锅炉水中的金属阳离子进行螯合作用，降低其浓度从而减少水垢的产生，然而水中含有大量的微生物，其繁殖能力极强，当在微生物进行新陈代谢过程中会产生大量的微生物泥，同样是水垢的产生原因之一，因此对微生物的消除不容忽视，本技术自制阻垢剂结构中含有少量的季铵盐结构，不仅增加了自制阻垢剂的亲水性能，同时还能够抑制微生物繁殖从而减少微生物泥的产生。
10、在一些实施方式中，所述自制阻垢剂的制备方法，包括如下步骤：
11、s1、将式ⅰ所示的化合物
12、与三甲基碘硅烷加入到第三溶剂中，在室温下恒温搅拌4～6h，再加入三乙胺，继续搅拌20～25min，减压除去溶剂，加入乙醇离心过滤后得到化合物e；
13、s2、将聚琥珀酰亚胺与水混合，再将步骤s1中的化合物e溶于氢氧化钠溶液中，以10～15ml/min的滴加速率滴加到聚琥珀酰亚胺与水的混合溶液中，室温下搅拌26～30h，反应结束后调节ph＝7～8，加入乙醇后离心，过滤干燥后得到式ⅱ所示的化合物
14、
15、s3、将步骤s2中的式ⅱ所示的化合物、四甲基氯化铵和甲醇混合静置3～5h，离子交换后得到自制阻垢剂。
16、在一些实施方式中，所述式ⅰ所示的化合物的制备方法，包括如下步骤：
17、s11、将乙二胺和丙烯酸甲酯进行迈克尔加成反应，得到化合物a；
18、s12、将步骤s11中的化合物a和乙二胺进行酰胺化反应，得到化合物b；
19、s13、将步骤s12中的化合物b、第一缚酸剂溶于第一溶剂中，降温至-5～5℃，向其中缓慢加入氯甲酸苄酯，加毕后再升温至室温搅拌4～5h；得到化合物c；
20、s14、将步骤s13中的化合物c与2-萘甲醛加入到第二溶剂中混合，升温至50～60℃恒温搅拌6～7h，再将反应液降温至室温，向其中加入硼氢化钠继续搅拌40～50min，反应结束后在低温下淬灭，再经过萃取减压浓缩得到化合物d；
21、s15、将步骤s14中的化合物d与去离子水混合搅拌均匀，向其中加入第二缚酸剂，控温至室温，向体系中滴加氯乙酸水溶液，滴加完毕后恒温搅拌1～3h，反应结束后减压浓缩过色谱柱得到式ⅰ所示的化合物。
22、在一些实施方式中，步骤s1中，所述第一溶剂为乙腈。
23、在一些实施方式中，步骤s2中，所述聚琥珀酰亚胺与化合物e的质量比为1:(0.3～0.6)。
24、优选的，步骤s2中，所述聚琥珀酰亚胺与化合物e的质量比为1:0.4。
25、本技术通过调控聚琥珀酰亚胺与化合物e的质量比，能够防止苯环含量增加导致自制阻垢剂亲水性能减弱，从而降低阻垢性能，同时还能够防止派派堆积作用效果减弱，导致自制阻垢剂耐温性能变差。
26、在一些实施方式中，所述步骤s11具体为：将乙二胺与无水甲醇混合后滴加到丙烯酸甲酯中，充入惰性保护气体在28～33℃下恒温反应24～26h，得到化合物a。
27、在一些实施方式中，所述步骤s12具体为：将化合物a与无水甲醇混合后，向其中滴加乙二胺，在23～27℃下恒温反应24～26h，得到化合物b。
28、在一些实施方式中，步骤s13中，所述第一缚酸剂为三乙胺、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种。
29、在一些实施方式中，步骤s13中，所述第二溶剂为甲苯、四氢呋喃和无水甲醇中的一种或多种。
30、在一些实施方式中，步骤s13中，所述化合物b与氯甲酸苄酯的摩尔比为1:(1.1～1.2)。
31、优选的，步骤s13中，所述化合物b与氯甲酸苄酯的摩尔比为1:1.15。
32、本技术通过调控化合物b与氯甲酸苄酯的摩尔比，能够使化合物b中的其中一个氨基保护起来，其余的三个氨基能够参与下一步骤的反应。
33、在一些实施方式中，步骤s14中，所述第三溶剂为无水甲醇或无水乙醇。
34、在一些实施方式中，步骤s14中，所述化合物c与2-萘甲醛的摩尔比为1:(2～2.2)。
35、优选的，步骤s14中，所述化合物c与2-萘甲醛的摩尔比为1:2.1。
36、本技术通过调控化合物c与2-萘甲醛的摩尔比，能够使2-萘甲醛与化合物c结构中的其中两个氨基发生取代反应，提供了大量的苯环结构，从而提高了分子间的π-π堆积能力，进而提升了自制阻垢剂的耐高温性能。
37、在一些实施方式中，步骤s15中，所述第二缚酸剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种。
38、在一些实施方式中，步骤s15中，所述化合物d与氯乙酸的摩尔比为1:(1～1.2)。
39、优选的，步骤s15中，所述化合物d与氯乙酸的摩尔比为1:1.1。
40、在一些实施方式中，所述分散剂为丙烯酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠和十二烷基磺酸钠中的一种或多种。
41、本技术对所述渗透剂的种类不做特殊限定，为本领域技术人员常用渗透剂，包括但不限于所述渗透剂为jfc-1。
42、在一些实施方式中，所述除氧剂为水合肼；所述催化剂为对苯二酚。
43、本技术选用特定的除氧剂能够代替亚硫酸钠和焦亚硫酸钠使用，防止在中压锅炉中分解产生有毒烟气，此外选用特定的催化剂能够促进低温下时水合肼的除氧速率。
44、在一些实施方式中，所述自制阻垢剂、除氧剂和催化剂的质量比为1:(0.06～0.1):(0.0002～0.0004)。
45、优选的，所述自制阻垢剂、除氧剂和催化剂的质量比为1:0.08:0.0003。
46、本技术通过调控自制阻垢剂、除氧剂和催化剂的质量比，能够防止给水ph值过高对铜部件造成氨蚀。
47、本发明另一方面提供了一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂的制备方法，包括如下步骤：将自制阻垢剂、渗透剂、分散剂、除氧剂、催化剂与水混合后调节体系ph＝8～9，即得清缸剂。
48、本发明与现有技术相比，有益效果如下：
49、(1)本发明的清缸剂采用自制阻垢剂、渗透剂、分散剂、除氧剂、催化剂和水制备而成，适用于中低压锅炉，且具有缓蚀、阻垢净化蒸汽，同时还能够抑制微生物泥产生。
50、(2)本发明自制的阻垢剂结构中含有苯环结构，能够发生分子间π-π堆积作用，协同氢键作用增强分子结构稳定性，同时提高自制阻垢剂耐高温性能，使其能够适用于低中压锅炉中，其中的酰胺基团能够提高自制阻垢剂的耐酸碱性能，使自制阻垢剂能够在较宽的给水ph范围使用，自制阻垢剂中还含有大量的氢键受体和氢键供体能够吸附于锅炉体表面形成防护膜，抑制腐蚀，其中还含有季铵盐结构能够抑制微生物繁殖从而减少微生物泥的产生。
51、(3)本技术通过自制阻垢剂、渗透剂和除氧剂协同作用，能够提高清缸剂的缓蚀阻垢性能，同时能够使自制阻垢剂更好的附着于锅炉体表面阻止微生物繁殖生长产生生物泥。
1.一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，包括如下质量份组分：20～40份自制阻垢剂、3～5份渗透剂、20～30份分散剂、1～5份除氧剂、0.003～0.017份催化剂和100～150份水。
2.根据权利要求1所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，所述自制阻垢剂结构为：
3.根据权利要求2所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，所述自制阻垢剂的制备方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，所述式ⅰ所示的化合物的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，步骤s3中，所述聚琥珀酰亚胺与化合物e的质量比为1:(0.3～0.6)。
6.根据权利要求4所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，步骤s13中，所述化合物b与氯甲酸苄酯的摩尔比为1:(1.1～1.2)。
7.根据权利要求4所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，步骤s14中，所述化合物c与2-萘甲醛的摩尔比为1:(2～2.2)。
8.根据权利要求1所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，所述分散剂为丙烯酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠和十二烷基磺酸钠中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂，其特征在于，所述自制阻垢剂、除氧剂和催化剂的质量比为1:(0.06～0.1):(0.0002～0.0004)。
10.一种权利要求1～9任一项所述的具有防垢、净化蒸汽作用的清缸剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将自制阻垢剂、渗透剂、分散剂、除氧剂、催化剂与水混合后调节体系ph＝8～9，即得清缸剂。
