从含水体系中分离水的方法
阅读：266发布：2024-02-19
专利汇可以提供从含水体系中分离水的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且从 水 与其他组分的混合物中分离水的方法，包括以下步骤：A)提供包含水和其量基于进料FM为0.1-1000重量ppm的至少一种非离子 表面活性剂 S的进料FM，B)使用降膜 蒸发 器 对所述进料FM实施蒸馏步骤。，下面是从含水体系中分离水的方法专利的具体信息内容。
1.从水与其他组分的混合物中分离水的方法，包括以下步骤：
A)提供包含水和其量基于进料FM为0.1-1000重量ppm的至少一种非离子表面活性剂S的进料FM，
B)使用降膜蒸发器对所述进料FM实施蒸馏步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸馏步骤以多效蒸馏(MED)的方式进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤A)中提供的所述进料FM进一步包含其量基于进料FM为0.1-1000重量ppm的至少一种聚合物A，所述聚合物A为至少一种烯属不饱和单羧酸如丙烯酸和/或至少一种烯属不饱和二羧酸如马来酸的聚合物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中步骤A)中提供的所述进料FM进一步包含其量基于进料FM为0.01-100重量ppm的至少一种聚合物F，所述聚合物F为嵌段共聚物，其包含至少一种聚烯烃嵌段和至少一种聚氧化烯嵌段。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述至少一种非离子表面活性剂S为聚氧化烯PAO。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述聚氧化烯PAO选自一元醇的烷氧基化物和至少两种氧化烯的共聚物。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述非离子表面活性剂S选自直链或支化C4-C26醇的烷氧基化物以及包含聚氧化乙烯和聚氧化丙烯嵌段的嵌段共聚物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述非离子表面活性剂S具有500-
6000g/mol的摩尔质量。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述至少一种非离子表面活性剂S为长链脂族醇AA。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述非离子表面活性剂S具有将水在管材料表面上的接触角降低1-40°的能力。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述方法以多效蒸馏(MED)的方式进行，并且其中此处所用的管材料选自铝黄铜、钛、不锈钢、铜/镍合金或铝/镁合金，包含陶瓷涂层的金属以及包含石墨和至少一种有机聚合物的聚合物复合材料。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述进料FM为糖溶液，盐水，微咸水或在废水处理操作中获得的盐水。
13.配制剂B，其包含：
a)0.1-99重量％的至少一种选自聚氧化烯PAO的非离子表面活性剂S，
b)0.1-99重量％的至少一种聚合物A，其为至少一种烯属不饱和单羧酸如丙烯酸和/或至少一种烯属不饱和二羧酸如马来酸的聚合物，
c)0-50重量％的至少一种聚合物F，其为包含聚烯烃嵌段和至少一种聚氧化烯嵌段的嵌段共聚物，
d)0-80重量％的水。
从含水体系中分离水的方法
[0001] 本发明涉及从水与其他组分的混合物中分离水的方法，包括以下步骤：
[0002] A)提供包含水和其量基于进料FM为0.1-1000重量ppm的至少一种非离子表面活性剂S的进料FM，
[0004] 从含水混合物或溶液中分离水是极具技术意义的方法。
[0007] MED的一个实施方案使用立管降膜蒸发器。
[0009] 为了实现更高能效的运行，优选在层流状态下运行MED装置中蒸发器。在该条件下，需要较少量的进料来分布在管上，或者换言之，层流状态需要较低的润湿速率。在层流状态下，高润湿速率将导致降水膜的厚度由于供水量过多或水过量供应而不希望地增加，这会降低传热系数并导致用于蒸发器泵送或流注的能量浪费。
[0010] 因此，优选在层流状态下运行MED装置。然而，在低润湿速率下，由于进料物质分布不均，管表面容易产生干斑。加热管表面上的干斑基本上不传热，因此降低了蒸发器的热性能。此外，结垢形成优选在干斑边缘处开始，在此处，在非常薄的膜中产生高局部溶液浓度。
[0011] 在工业实践中，已知所有加热管必须保持完全润湿的状态，应避免干斑，且润湿速率对结垢形成有影响。
[0012] 如同许多其他含水方法那样，目前使用的热脱盐方法效率的一个限制因素是形成结垢。
[0013] 另一个因素是确保降膜不会中断。
[0014] 本发明的目的是提供从含水体系中分离水的方法，尤其是水的热脱盐方法，其具有高效率且减少结垢的形成。
[0016] 本发明的方法是将水从含水体系，例如水溶液或含水混合物中分离的方法。
[0017] 本发明的方法例如适于从糖溶液中移除水。该方法例如与食品加工相关。在后一种情况下，目标产品不是从溶液中移除的水，而是浓缩的溶液。
[0019] 本发明的方法特别适于含盐水如海水或微咸水的热脱盐。
[0020] 本发明的方法进一步适于工业生产用水和废水处理、废水再利用和采出水处理(例如用于非常规油气开采)。工业生产用水包括例如锅炉给水、加热和冷却水、生产用蒸汽发生、石油化工和炼油用水、常规油气开采用水、发电用水、采矿用水。废水再利用和采出水处理方法包括例如蒸汽辅助重力泄油采出水、压裂返排和采出水、冷却塔排污、锅炉排污、烟道气脱硫废水、集成煤气化联合循环废水和炼油厂排放物。
[0023] 在另一个实施方案中，本发明的方法用于从工业方法或废水处理中获得的水溶液或混合物中移除水，由此提高盐水中盐或其他组分的浓度。
[0024] 本发明的方法优选用于MED方法。
[0025] 在MED方法中，对进料FM(对于其中蒸出的水为目标产物的方法而言，也称为“原水”RW)实施水蒸发，由此从残留的浓缩物或盐水中蒸出纯水。这对应于本发明的步骤B)。
[0026] MED使用多个级或“效应”。在各级中，进料(也称为给水)被管中的蒸汽加热。一些水蒸发，并且该蒸汽流入下一级的管中，加热且从原水中蒸发更多的水。各级基本上重复利用了前一级的能量。
[0027] 在实施本发明的优选实施方案中，将进料FM喷至水平管束的顶部，然后从一根管滴到另一根管，直到收集在该级的底部。
[0028] 在实施本发明的另一个实施方案中，将进料FM喷至立管束的顶部。
[0029] 优选在层流状态下运行本发明方法中所用的MED装置，其中优选形成薄水膜。
[0030] 在一个实施方案中，本发明的方法使用具有水平管降膜蒸发器的MED。具有水平管束的降膜蒸发器在清洁表面条件下显示出较高的传热系数。
[0031] 在一个实施方案中，进料FM通过使用喷嘴喷至蒸发器管束上而供应。进料FM的供应必须足以形成均匀润湿表面且以稳定方式流过管的水膜。
[0032] 步骤B)通常在45-180℃，优选50-95℃的温度下进行。
[0033] 步骤B)通常在0.09-0.9巴的压力下进行。
[0034] 在一个实施方案中，经历本发明方法的原水具有3.0-4.5重量％的盐含量。在一个实施方案中，经历本发明方法的原水具有3.5-4.2重量％的盐含量。
[0035] 在一个实施方案中，经历本发明方法的原水具有0.1-3重量％的盐含量。在一个实施方案中，经历本发明方法的原水具有0.3-2.7重量％的盐含量。
[0036] 根据本发明，在蒸发(蒸馏)之前，将非离子表面活性剂S添加至步骤A)中的进料FM中。
[0037] 非离子表面活性剂S的表面张力优选为25-40mN/m。表面张力可根据DIN 14370在室温和1g/L下分析。
[0038] 在一个实施方案中，非离子表面活性剂S具有根据EN 1772(蒸馏水，2g苏打灰/升，23℃，0.5g表面活性剂/升)为至多50s的润湿力。
[0039] 优选地，非离子表面活性剂S具有20-1000mPas的粘度(水含量0％，EN12092，Brookfield LVT，23℃)。
[0040] 优选地，非离子表面活性剂S选自将盐水在管材料表面上的接触角(于水中0.1g/L，盐度45g/kg，70℃，根据第IV节或实验部分给出的程序测定)降低1-40°的非离子表面活性剂。接触角可根据DIN 55660-2分析。
[0041] 非离子表面活性剂S优选为低起泡非离子表面活性剂。
[0043] 聚氧化烯PAO应包括在其末端位置未被官能化，因此在其末端位置具有OH基的聚氧化烯。PAO应进一步包括在其一个或多个末端位置被脂族基团醚化的聚氧化烯。
[0044] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO为一元醇的烷氧基化物。优选地，聚氧化烯PAO为C4-C30一元醇，优选C5-C26醇的烷氧基化物。合适的醇可为直链或支化的。合适的醇包括正癸醇、异癸醇、2-丙基庚醇、十三烷醇、十八烷醇、丁醇、己醇、壬醇、十一烷醇，以及羰基合成醇如2-乙基己醇、异癸醇和异壬醇，及其混合物。
[0045] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO为包含至少两种不同类型的氧化烯的共聚物。(当在本文中提及“包含”氧化烯的聚氧化烯时，这应理解为意指所述聚氧化烯氧化物包含呈聚合的，即开环形式的所述氧化烯。)
[0046] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO为包含至少两种不同类型的氧化烯的嵌段共聚物。
[0047] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO为包含至少两种不同类型的氧化烯的无规共聚物。
[0048] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO基本上由氧亚烷基单元组成。氧亚烷基单元特别可为-(CH2)2-O-、-(CH2)3-O-、-(CH2)4-O-、-CH2-CH(R2)-O-、-CH2-CHOR3-CH2-O-，其中R2为烷基，尤其为C1-C24烷基或芳基，尤其为苯基，R3为选自氢或C1-C24烷基的基团。
[0049] 作为聚氧化烯PAO的单体的合适氧化烯的实例包括氧化乙烯(EO)和氧化丙烯(PO)以及1,2-氧化丁烯、2,3-氧化丁烯、2-甲基-1,2-氧化丙烯(氧化异丁烯)、1-氧化戊烯、2,3-氧化戊烯、2-甲基-1,2-氧化丁烯、3-甲基-1,2-氧化丁烯、2,3-氧化己烯、3,4-氧化己烯、2-甲基-1,2-氧化戊烯、2-乙基-1,2-氧化丁烯、3-甲基-1,2-氧化戊烯、氧化癸烯、4-甲基-1,2-氧化戊烯、氧化苯乙烯，或者由工业可得的萃余液流的氧化物的混合物形成。环醚的实例包括四氢呋喃。当然也可使用不同的氧化烯的混合物。本领域技术人员根据嵌段的所需性质从单体和其他组分中适当地选择。
[0050] 聚氧化烯PAO也可为支化或星形的。该类嵌段可通过使用具有至少3个臂的起始分子获得。合适的起始剂的实例包括甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇或乙二胺。
[0051] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO在末端位置包含聚氧化乙烯(PEO)嵌段，而在中央位置包含不同于氧化乙烯的聚氧化烯嵌段，例如聚氧化丙烯(PPO)、聚氧化丁烯(PBO)和聚THF(pTHF)。
[0052] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO具有结构PEO-PPO-PEO、PPO-PEO-PPO、PEO-PBO-PEO或PEO-pTHF-PEO。
[0053] 在其他实施方案中，聚氧化烯PAO具有PEO-PPO-pTHF-PPO-PEO结构。
[0054] 在另一个实施方案中，聚氧化烯PAO具有结构PEO-PPO/PBO/pTHF-PEO，这意味着中央链段包含至少两种选自如下组的氧化烯：氧化丁烯、氧化丙烯和/或四氢呋喃，其统计分布在该链段中或以子链段的形式分布。
[0055] 合适的聚氧化烯PAO通常包含数均1.1-100个氧化烯单元，优选5-50个单元。
[0056] 在一个实施方案中，非离子表面活性剂S具有500-6000g/mol的摩尔质量。
[0057] 在一个优选实施方案中，聚氧化烯PAO是结构PEO-PPO-PEO的嵌段共聚物，其未在其末端位置未被醚化(因此在其末端位置具有OH基)，摩尔质量MW为2000-3000g/mol(本文引用的PAO的所有MW均由根据DIN53240-1：2013-06测定的OH值计算)。
[0058] 在一个优选实施方案中，PAO是摩尔质量MW为3000-4000g/mol的嵌段共聚物PEO-PPO-PEO。
[0059] 在一个优选实施方案中，PAO是摩尔质量MW为4000-5000g/mol的嵌段共聚物PEO-PPO-PEO。
[0060] 在一个优选实施方案中，PAO是摩尔质量MW为5000-6000g/mol的嵌段共聚物PEO-PPO-PEO。
[0061] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO在一侧或两侧用烷基或芳基封端(即用相应的醇醚化)。
[0062] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO为如下通式所示的醇烷氧基化物：
[0063] R1-(AO)n-OR2
[0064] 其中R1为具有5-30个碳原子的醇的烃残基；n表示所述结构中亚烷氧基(AO)单元2
的平均数量；AO为具有2-5个碳原子的亚烷氧基；并且其中R为氢、具有1-18个碳原子的烷基、具有1-20个碳原子的烷酰基、羟烷基或其混合物。R1基团可包括可为饱和或不饱和的碳和氢原子的直链、支化和/或环状链。然而，所述烃基通常为直链烃基。R1基团优选具有6-16个碳原子，更优选具有8-13个碳原子。合适的亚烷氧基包括亚乙氧基(2个碳原子)、亚丙氧基(3个碳原子)、亚丁氧基(4个碳原子)、亚戊氧基及其组合。氧化烯通常为氧化烯基团的组合。然而，亚乙氧基通常以醇烷氧基化物中存在的所有亚烷氧基的至少40％，或者至少
60％，或者至少70％的量存在。变量n可取宽范围的值。例如，已发现当n小于或等于30时，获得了有用的表面活性剂。更优选n小于约20，最优选n小于约10。R2优选为氢。
的平均数量；AO为具有2-5个碳原子的亚烷氧基；并且其中R为氢、具有1-18个碳原子的烷基、具有1-20个碳原子的烷酰基、羟烷基或其混合物。R1基团可包括可为饱和或不饱和的碳和氢原子的直链、支化和/或环状链。然而，所述烃基通常为直链烃基。R1基团优选具有6-16个碳原子，更优选具有8-13个碳原子。合适的亚烷氧基包括亚乙氧基(2个碳原子)、亚丙氧基(3个碳原子)、亚丁氧基(4个碳原子)、亚戊氧基及其组合。氧化烯通常为氧化烯基团的组合。然而，亚乙氧基通常以醇烷氧基化物中存在的所有亚烷氧基的至少40％，或者至少
60％，或者至少70％的量存在。变量n可取宽范围的值。例如，已发现当n小于或等于30时，获得了有用的表面活性剂。更优选n小于约20，最优选n小于约10。R2优选为氢。
[0065] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO为如下通式所示的二嵌段醇烷氧基化物：
[0066] R1-(AO1)a-(AO2)b-OR2。
[0067] 在另一个实施方案中，聚氧化烯PAO为如下通式所示的三嵌段醇烷氧基化物：
[0068] R1-(AO1)a-(AO2)b-(AO3)c-OR2。
[0069] 在醇烷氧基化物的这些式中，R1为优选具有5-30个碳原子的醇的烃残基；a、b和c各自表示所述结构中亚烷氧基单元的平均数量并且各自为1-35；AO1、AO2和AO3各自表示选自亚乙氧基(2个碳原子)、亚丙氧基(3个碳原子)、亚丁氧基(4个碳原子)、亚戊氧基及其混合物的烷氧基，条件是AO2的相对亚烷基氧基组成不同于AO1和AO3；并且其中R2为氢、具有1-18个碳原子的烷基、具有1-20个碳原子的烷酰基、羟烷基或其混合物。
[0070] 可用的嵌段醇烷氧基化物的实例为其中嵌段基本上全部为亚乙氧基或基本上全部为亚丙氧基的二嵌段烷氧基化物。这些可由如下通式表示：
[0071] R1-(EO)a-(PO)b-OR2，或
[0072] R1-(PO)a-(EO)b-OR2
[0073] 其中R1为具有5-30个碳原子的醇的烃残基；a和b各自为1-30；EO表示亚乙氧基单元；PO表示亚丙氧基单元；并且其中R2为氢、具有1-18个碳原子的烷基、具有1-20个碳原子的烷酰基、羟烷基或其混合物。
[0074] 在一个实施方式中，聚氧化烯PAO为如下通式所示的三嵌段表面活性剂：
[0075] R3-(EO)a-(PO)b-(EO)c-R4，或
[0076] R3-(PO)a-(EO)b-(PO)c-R4
[0077] 其中a、b和c各自表示各嵌段中的亚乙氧基或亚丙氧基单元的数量；并且其中R3和R4独立地为氢、具有1-18个碳原子的烷基、具有1-18个碳原子的羟烷基或其混合物。
[0078] 优选的聚氧化乙烯-聚氧化丙烯嵌段表面活性剂具有约400-约6000，更优选500-2000的数均分子量。在一个实施方案中，聚氧化乙烯-聚氧化丙烯嵌段表面活性剂具有500-
1000g/mol的数均分子量。在另一个实施方案中，聚氧化乙烯-聚氧化丙烯嵌段表面活性剂的数均分子量为2000-约4000。所述嵌段表面活性剂优选包含约20-约60重量％，更优选约
25-约50重量％的聚氧化乙烯嵌段。
1000g/mol的数均分子量。在另一个实施方案中，聚氧化乙烯-聚氧化丙烯嵌段表面活性剂的数均分子量为2000-约4000。所述嵌段表面活性剂优选包含约20-约60重量％，更优选约
25-约50重量％的聚氧化乙烯嵌段。
[0079] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO具有如下通式：
[0080] R1-AOn-OR2
[0081] 其中R1为具有5-30个碳原子的醇的烃残基；n表示所述结构中聚氧化烯AO单元的平均数量；并且其中R2为氢、具有1-18个碳原子的烷基、羟烷基或-CO-R3(其中R3为具有1-20个碳原子的羧酸的烃残基)或其混合物。R1基团可包括可为饱和或不饱和的碳和氢原子的1
直链、支化和/或环状链。然而，所述烃基优选为直链烃基。R 基团优选具有6-16个碳原子，更优选具有8-13个碳原子。
直链、支化和/或环状链。然而，所述烃基优选为直链烃基。R 基团优选具有6-16个碳原子，更优选具有8-13个碳原子。
[0082] 在一个实施方案中，作为氧化乙烯与至少一种不同于氧化乙烯的氧化烯的嵌段共聚物的合适聚氧化烯PAO的每个氧化乙烯嵌段包含数均1-40个氧化乙烯单元，优选1.5-30，更优选2-25，甚至更优选5-10个氧化乙烯单元。
[0083] 在一个实施方案中，作为氧化乙烯与至少一种选自氧化丙烯、氧化丁烯、氧化戊烯和/或四氢呋喃的氧化烯的嵌段共聚物的合适的聚氧化烯PAO通常包含数均0.1-40个氧化丙烯、氧化丁烯、氧化戊烯和/或四氢呋喃单元，优选1-10个，甚至更优选1.0-5个单元。
[0084] 在一个实施方案中，合适的聚氧化烯PAO仅包含氧化乙烯和氧化丙烯并且包含数均0.1-40个氧化丙烯单元，优选1-10个，甚至更优选1.5-5个单元，并且氧化丙烯与氧化乙烯的数均摩尔比为40:1-1:400，优选为40:1-1:300，更优选为5:1-1:100，尤其优选为5:1-1:50。在另一个实施方案中，氧化丙烯与氧化乙烯的数均摩尔比为1:40-1:1或1:35-1:1。
[0085] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO仅包含氧化乙烯和氧化丁烯并且包含0.1-40个氧化丁烯单元，优选1-10个，甚至更优选1.5-5个单元，并且氧化丁烯与氧化乙烯的数均摩尔比为40:1-1:400，优选为40:1-1:300，更优选为5:1-1:100，尤其优选为5:1-1:50。在另一个实施方案中，氧化丁烯与氧化乙烯的数均摩尔比为1:40-1:1或1:35-1:1。
[0086] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO仅包含氧化乙烯和氧化戊烯并且包含数均0.1-40个氧化戊烯单元，优选1-10个，甚至更优选1.5-5个单元，并且氧化戊烯与氧化乙烯的数均摩尔比为40:1-1:400，优选为40:1-1:300，更优选为5:1-1:100，尤其优选5:1-1:50。在另一个实施方案中，氧化戊烯与氧化乙烯的数均摩尔比为1:40-1:1或1:35-1:1。
[0087] 在一个实施方案中，聚氧化烯PAO仅包含氧化乙烯和四氢呋喃并且包含数均0.1-40个四氢呋喃单元，优选1-10个，更优选1.5-5个，甚至更优选1.0-5个单元，并且四氢呋喃与氧化乙烯的数均摩尔比为40:1-1:400，优选为40:1-1:300，更优选为5:1-1:100，尤其优选为5:1-1:50。在另一个实施方案中，四氢呋喃与氧化乙烯的数均摩尔比为1:40-1:1或1:
35-1:1。
35-1:1。
[0088] 聚氧化烯的合成是本领域技术人员所已知的。细节例如在“Polyoxyalkylenes”，Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第6版，电子版中给出。
[0089] 聚氧化烯PAO可优选通过碱催化的烷氧基化来制备。为此，可将醇R1-OH在加压反应器中与碱金属氢氧化物，优选氢氧化钾或碱金属醇盐如甲醇钠混合。通过减压(例如<100毫巴)和/或通过升温(30-150℃)，可以移除仍存在于混合物中的水或甲醇。所述醇然后作为相应的醇盐存在。此后，用惰性气体(例如氮气)建立惰性条件，并且在60-180℃的温度下逐步加入一种或多种氧化烯，直至压力不超过10巴。在反应结束时，可通过加入酸(例如乙酸或磷酸)中和催化剂，并且如果需要，可以过滤掉。其也可使用基于硅酸镁的离子交换剂移除。借助该方法，可容易地获得具有1.04-1.2的优选多分散性的聚氧化烯PAO。
[0090] 然而，醇的烷氧基化也可通过其他方法进行，例如通过酸催化的烷氧基化。此外，可例如使用如DE 4325237A1所述的双氢氧化物粘土，或者可使用双金属氰化物催化剂(DMC催化剂)。合适的DMC催化剂例如公开于DE 10243361A1中，特别是第[0029]-[0041]段以及其中引用的文献中。例如，可使用Zn-Co型催化剂。为了实施反应，可将催化剂加入到醇R1-OH中，并且可如上所述将所述混合物脱水且如上所述与氧化烯反应。通常，基于所述混合物使用不超过1000ppm的催化剂，并且由于该小量，催化剂可保留在产物中。催化剂的量通常可小于1000ppm，例如250ppm或更少。
[0091] 在一个实施方案中，所述至少一种非离子表面活性剂S为至少一种包含6-30个碳原子的长链脂族醇AA。
[0092] 在一个实施方案中，所述脂族醇AA为一元醇如正癸醇、异癸醇、2-丙基庚醇、十三烷醇、十八烷醇、丁醇、己醇、壬醇、十一烷醇，以及羰基合成醇如2-乙基己醇、异癸醇和异壬醇及其混合物。
[0093] 在一个实施方案中，所述脂族醇AA为二醇。
[0094] 在一个实施方案中，所述脂族醇AA为炔二醇。
[0095] 作为炔二醇的优选脂族醇AA为2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇。
[0096] 进料FM通常包含其量为0.1-1000ppm，优选0.5-100ppm，更优选1-10ppm的非离子表面活性剂S，基于进料中的溶液重量。
[0097] 在本发明的一个实施方案中，进料FM可进一步包含至少一种聚合物A。聚合物A为包含至少30重量％，优选至少50重量％，更优选至少70重量％的呈聚合形式的至少一种烯属不饱和单羧酸如丙烯酸和/或至少一种烯属不饱和二羧酸如马来酸的聚合物。
[0098] 当在本文中提及烯属不饱和酸如丙烯酸时，这应包括相应酸的聚合物以及包含相应酸的盐如其钠盐的聚合物。
[0099] 聚合物A通常具有500-10000g/mol，优选1000-5000g/mol的分子量MW。
[0100] 在一个实施方案中，聚合物A为丙烯酸的均聚物。在一个实施方案中，该丙烯酸的均聚物具有500-10000g/mol，优选1000-5000g/mol的分子量MW。在一个优选实施方案中，聚合物A的MW为3000-4000g/mol。
[0101] 在一个实施方案中，聚合物A为丙烯酸与其他烯属不饱和单羧酸如甲基丙烯酸的共聚物。在一个实施方案中，聚合物A为丙烯酸和烯属不饱和二羧酸如马来酸的共聚物。在一个实施方案中，该丙烯酸的共聚物具有500-20000g/mol，优选800-10000g/mol，更优选1000-5000g/mol的分子量MW。
[0102] 在一个实施方案中，进料FM包含丙烯酸均聚物和丙烯酸与马来酸的共聚物的共混物。
[0103] 在一个实施方案中，聚合物A选自丙烯酸的均聚物、丙烯酸和聚马来酸的共聚物以及马来酸的共聚物及其混合物。
[0104] 在一个实施方案中，聚合物A为选自WO2013/020937第3页第37行至第12页第25行中所公开的聚合物A1和聚合物A2及其混合物中的至少一种。
[0105] 在一个实施方案中，聚合物A1是重均分子量为1000-20000g/mol的水溶性或水分散性聚合物，并且由如下组成：
[0106] (a1-1)20-80重量％的至少一种选自C2-C8烯烃、烯丙醇、异戊二烯醇、C1-C4烷基乙烯基醚和C1-C4一元羧酸的乙烯基酯的单体，
[0107] (a1-2)20-80重量％的至少一种单烯属不饱和C3-C8羧酸、其酸酐或盐，[0108] (a1-3)0-50重量％的一种或多种包含磺酸基团的单体。
[0109] 聚合物(A2)优选是重均分子量为1000-50000g/mol的水溶性或水分散性聚合物，并且由如下组成：
[0110] (a2-1)30-100重量％的至少一种单烯属不饱和C3-C8羧酸、其酸酐或盐，[0111] (a2-2)0-70重量％的一种或多种包含磺酸基团的单体，
[0112] (a2-3)0-70重量％的一种或多种下式的非离子单体：
[0113] H2C＝C(R1)(CH2)xO[R2-O]o-R3
[0114] 其中R1为氢或甲基；R2为相同或不同的直链或支化C2-C6亚烷基，其可呈嵌段或无规排列；且R3为氢或直链或支化C1-C4烷基；x为0、1或2，且o为3-50的数。
[0116] 在一个实施方案中，聚合物A包含5-95重量％的水溶性或水分散性聚合物(A1)，所述聚合物(A1)由20-80重量％的至少一种选自C2-C8烯烃、烯丙醇、异戊二烯醇、C1-C4烷基乙烯基醚和C1-C4一元羧酸的乙烯基酯的单体(a1-1)，以及20-80重量％的至少一种选自不饱和C3-C8羧酸、其酸酐或盐的单体(a1-2)，以及任选的0-50重量％的一种或多种包含磺酸基团的单体(a1-3)组成。
[0117] 在一个实施方案中，聚合物A包含5-95重量％的水溶性或水分散性聚合物(A2)，所述聚合物(A2)由30-100重量％的至少一种选自单烯属不饱和C3-C8羧酸、其酸酐或盐的单体(a2-1)以及任选的0-70重量％的一种或多种包含磺酸基团的单体(a2-2)。
[0118] 可用作单体(a1-1)的合适C2-C8烯烃例如为乙烯、丙烯、正丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯和二异丁烯，优选为异丁烯和二异丁烯。
[0119] 可用作单体(a1-1)的合适烷基乙烯基醚在烷基链中包含1-4个碳原子。实例为乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚、乙烯基正丙基醚、乙烯基异丙基醚、乙烯基正丁基醚和乙烯基异丁基醚。
[0120] 可用作单体(a1-1)的C1-C4一元羧酸的乙烯酯例如为甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯和丁酸乙烯酯。
[0121] 优选的单体(a1-1)为异丁烯、二异丁烯、乙酸乙烯酯、乙烯基甲基醚、烯丙醇和异戊二烯醇。特别优选异丁烯、二异丁烯和异戊二烯醇。
[0122] 可用作单体(a1-2)和(a2-1)的合适单烯属不饱和C3-C8羧酸例如为丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、中康酸和衣康酸及其水溶性盐。如果所述不饱和C3-C8羧酸可形成酸酐，则这些酸酐也适合作为单体(a1-1)，例如马来酸酐、衣康酸酐和甲基丙烯酸酐。
[0123] 优选的单烯属不饱和C3-C8羧酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和富马酸及其酸酐和水溶性盐。这些优选作为单体(a1-2)和单体(a1-1)二者。水溶性盐特别为所述酸的钠盐和钾盐。
[0124] 包含磺酸基团(a1-3)和(a2-2)的单体优选为式(a)和(b)的那些：
[0125] H2C＝CH-X-SO3H (a)
[0126] H2C＝C(CH3)-X-SO3H (b)
[0127] 其中X为任选存在的间隔基团，其可选自-(CH2)n-(其中n＝0-4)、-C6H4、-CH2-O-C6H4-、-C(O)-NH-C(CH3)2-、-C(O)-NH-CH(CH2CH3)-、-C(O)NH-CH(CH3)CH2-、-C(O)NH-C(CH3)2CH2-、-C(O)NH-CH2CH(OH)CH2-、-C(O)NH-CH2-、-C(O)NH-CH2CH2-和-C(O)NH-CH2CH2CH2-。
[0128] 在这种情况下，特别优选的包含磺酸基团的单体为：1-丙烯酰胺基-1-丙磺酸(式(a)中的X＝-C(O)NH-CH(CH2CH3)-)、2-丙烯酰胺基-2-丙磺酸(式(a)中的X＝-C(O)NH-CH(CH3)CH2-)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS，式(a)中的X＝-C(O)NH-C(CH3)2CH2-)、2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(式(b)中的X＝-C(O)NH-C(CH3)2CH2-)、3-甲基丙烯酰胺基-2-羟基丙磺酸(式(b)中的X＝-C(O)NH-CH2CH(OH)CH2-)、烯丙基磺酸(式Ila中的X＝CH2)、甲基烯丙基磺酸(式(b)中的X＝CH2)、烯丙氧基苯磺酸(式IIa中的X＝-CH2-O-C6H4-)、甲基烯丙氧基苯磺酸(式(b)中的X＝-CH2-O-C6H4-)、2-羟基-3-(2-丙烯氧基)丙磺酸、2-甲基-2-丙烯-1-磺酸(式(b)中的X＝CH2)、苯乙烯磺酸(式(a)中的X＝C6H＝)、烯丙基磺酸(式(a)中的X不存在)、丙烯酸3-磺丙酯(式(a)中的X＝-C(O)O-CH2CH2CH2-)、甲基丙烯酸2-磺乙酯(式(b)中的X＝-C(O)O-CH2CH2-)、甲基丙烯酸3-磺丙酯(式(b)中的X＝-C(O)O-CH2CH2CH2-)、磺甲基丙烯酰胺(式(b)中的X＝-C(O)NH-)、磺甲基甲基丙烯酰胺(式(b)中的X＝-C(O)NH-CH2-)，以及所述酸的盐。合适的盐通常为水溶性盐，优选为所述酸的钠盐、钾盐和铵盐。
[0129] 特别优选1-丙烯酰胺基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3-甲基丙烯酰胺基-2-羟基丙磺酸、2-羟基-3-(2-丙烯氧基)丙磺酸、甲基丙烯酸2-磺乙酯、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸(AMPS)和甲代烯丙基磺酸，以及所述酸的盐。这些优选作为单体(a1-3)和(a2-2)二者。
[0130] 非常特别优选的包含磺酸基团的单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和烯丙基磺酸及其水溶性盐，特别是其钠盐、钾盐和铵盐。这些优选作为单体(a1-3)和(a2-2)二者。
[0131] 作为组分(a2-3)，所述共聚物包含0-70重量％的至少一种下式的非离子单体：
[0132] H2C＝C(R1)(CH2)xO(R2-O)o-R3
[0133] 其中R1为氢或甲基；R2为相同或不同的C2-C6亚烷基，其可为直链或支化的并且嵌3
段和/或无规排列；且R为氢或直链或支化C1-C4烷基；x为0、1或2，且o为3-50的自然数。
段和/或无规排列；且R为氢或直链或支化C1-C4烷基；x为0、1或2，且o为3-50的自然数。
[0134] 所述亚烷基也可嵌段和无规排列，即在相同氧化烯基团的嵌段中呈一个或多个嵌段的形式，此外在两种或更多种不同氧化烯基团的一个或多个嵌段中呈无规形式。这还包括在“嵌段或无规排列”的措辞中。
[0135] 优选的非离子单体(a2-3)为基于烯丙醇(R1＝H；x＝1)和异戊二烯醇(R1＝甲基；x＝2)的那些。
[0136] 非离子单体(a2-3)优选平均包含8-40个，特别优选10-30个，尤其是10-25个氧化烯单元。式(I)中的指数o涉及氧化烯单元的平均数。
[0137] 优选的氧化烯单元R2-O为氧化乙烯、1,2-氧化丙烯和1,2-氧化丁烯，特别优选为氧化乙烯和1,2-氧化丙烯。
[0138] 在一个特定的实施方案中，非离子单体(a2-3)仅包含氧化乙烯单元。在另一个特定的实施方案中，非离子单体(a2-3)包含可嵌段或无规排列的氧化乙烯和1,2-氧化丙烯单元。
[0139] 优选地，R3为氢或甲基。
[0140] 通常，共聚物(A1)的重均分子量为1000-20000g/mol，优选为1500-15000g/mol，特别优选为2000-10000g/mol，特别为2000-8000g/mol。
[0141] 分子量借助凝胶渗透色谱法通过与聚丙烯酸标样对比测定。
[0142] 聚合物(A1)的多分散指数Mw/Mn通常≤3.0，优选≤2.5。
[0143] 聚合物(A1)优选为二元共聚物或三元共聚物。如果它们为二元共聚物，则它们优选包含20-60重量％的单体(a1-1)和40-80重量％的单体(a1-2)，特别优选25-50重量％的单体(a1)和50-75重量％的单体(a1-2)。
[0144] 如果它们为三元共聚物，则它们优选包含25-50重量％的单体(a1-1)、30-60重量％的单体(a1-2)和10-30重量％的单体(a1-3)。
[0145] 聚合物(A1)中也可存在多种不同的单体(a1-1)和/或多种不同的单体(a1-2)。例如，三元共聚物和四元共聚物可仅包含单体(a1-1)和(a1-2)，优选以上文对二元共聚物所述的量。
[0146] 在本发明的一个优选实施方案中，聚合物(A1)为异丁烯和马来酸的共聚物，优选以上文对二元共聚物所述的定量比。
[0147] 在本发明另一个优选实施方案中，聚合物(A1)为异戊二烯醇和马来酸的共聚物，优选以上文对二元共聚物所述的定量比。
[0148] 在本发明的另一个实施方案中，聚合物(A1)为异戊二烯醇、马来酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的三元共聚物，优选以上文对三元共聚物所述的定量比。在另一个优选实施方案中，使用烯丙基磺酸代替2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。
[0149] 在本发明的另一个实施方案中，聚合物(A1)为异戊二烯醇、马来酸和丙烯酸的三元共聚物，优选以上文所述的定量比。
[0150] 聚合物(A2)为均聚物或共聚物。共聚物可包含单体(a2-1)、单体(a2-1)和(a2-2)；单体(a2-1)和(a2-3)；以及单体(a2-1)、(a2-2)和(A2-3)。如果涉及单体(a2-1)和(a2-2)的共聚物，则它们优选包含50-90重量％的单体(a2-1)和10-50重量％的单体(a2-2)，特别优选60-85重量％的单体(a2-1)和15-40重量％的单体(a2-2)。
[0151] 如果涉及单体(a2-1)和(a2-3)的共聚物，则它们优选包含50-95重量％的单体(a2-1)和5-50重量％的单体(a2-3)，特别优选60-90重量％的单体(a2-1)和10-40重量％的单体(a2-3)。
[0152] 如果涉及单体(a2-1)、(a2-2)和(a2-3)的共聚物，则它们优选包含30-80重量％的单体(a2-1)、10-50重量％的单体(a2-2)和5-50重量％的单体(a2-3)，特别优选40-75重量％的单体(a2-1)、15-40重量％的单体(a2-2)和5-40重量％的单体(a2-3)。优选二元共聚物，然而它们也可为三元共聚物。
[0153] 在本发明的一个优选实施方案中，聚合物(A2)为丙烯酸均聚物。
[0154] 在本发明的另一个优选实施方案中，聚合物(A2)为丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，优选以上文所述的定量比。
[0155] 在本发明的另一个优选实施方案中，聚合物(A2)为丙烯酸和烯丙基磺酸的共聚物，优选以上文所述的定量比。
[0156] 通常，聚合物(A2)的重均分子量为1000-50000g/mol，优选为1000-30000g/mol，特别优选为1500-20000g/mol，特别为1500-10000g/mol。
[0157] 所述分子量借助凝胶渗透色谱法通过与聚丙烯酸标样对比测定。
[0158] 聚合物(A2)的多分散指数Mw/Mn通常≤2.5，优选≤2.0。
[0159] 在一个实施方案中，聚合物A为包含如下组分的组合物：
[0160] (A1)3-95重量％的重均分子量为1000-20000g/mol的如下单体的水溶性或水分散性聚合物：
[0161] (a1-1)20-80重量％的至少一种选自C2-Cs烯烃、烯丙醇、异戊二烯醇、C1-C4烷基乙烯基醚和C1-C4一元羧酸的乙烯基酯的单体，
[0162] (a1-2)20-80重量％的至少一种单烯属不饱和C3-C8羧酸、其酸酐或盐，[0163] (a1-3)0-50重量％的一种或多种包含磺酸基团的单体，
[0164] (A2)3-95重量％的重均分子量为1000-50000g/mol的如下单体的水溶性或水分散性聚合物：
[0165] (a2-1)30-100重量％的至少一种单烯属不饱和C3-C8羧酸、其酸酐或盐，[0166] (a2-2)0-70重量％的一种或多种包含磺酸基团的单体，
[0167] (a2-3)0-70重量％的一种或多种下式的非离子单体
[0168] H2C＝C(R1)(CH2)xO[R2-O]o-R3,
[0169] 其中R1为氢或甲基；R2为相同或不同的直链或支化C2-C6亚烷基，其可嵌段或无规排列；且R3为氢或直链或支化C1-C4烷基；x为0、1或2，且o为3-50的数，
[0171] (A4)0-90重量％的水；
[0173] 聚合物(A1):(A2)的重量比通常为1:20-20:1。
[0174] 聚合物A可任选地包含至多80重量％的膦酸化物(A3)。此外，膦酸化物可辅助所述聚合物的沉积抑制活性。此外，它们起腐蚀抑制剂的作用。
[0175] 膦酸化物的实例为1-羟基乙烷-1,1-二膦酸(HEDP)、2-膦基丁烷-1,2,4-三甲酸(PBTC)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)(DTPMP)和乙二胺四(亚甲基膦酸)(EDTMP)，及其水溶性盐，特别是其钠盐、钾盐和铵盐。
[0176] 此外，本发明的组合物可包含至多90重量％的水。
[0177] 此外，根据需要，除本发明的聚合物混合物、任选的膦酸化物和任选的水之外，所述配制剂还可包含至多50重量％的其他添加剂(A5)，例如多磷酸盐，锌盐，钼酸盐，有机腐蚀抑制剂如苯并三唑、甲苯基三唑、苯并咪唑或乙炔基甲醇烷氧基化物，生物杀伤剂，络合剂和/或表面活性剂。
[0178] 所述至少一种聚合物A通常以基于进料FM中的溶液为0-1000重量ppm，优选为0.1-20ppm，更优选为0.1-10重量ppm的量包含在进料FM中。
[0179] 在本发明的一个实施方案中，进料FM进一步包含至少一种聚合物F。聚合物F为包含至少一种摩尔质量优选为500-1000g/mol的聚烯烃嵌段和至少一种包含呈聚合形式的2-100个，优选5-50个氧化烯单元的聚氧化烯嵌段的共聚物。
[0180] 在一个实施方案中，聚合物F的通式为：
[0181] R5-(AO)n
[0182] 其中R5为选自分子量为500-1000g/mol的亚乙基、亚丙基、亚丁基或其混合物的聚合物的聚烯烃；AO表示至少一种氧化烯如氧化乙烯或氧化丙烯，并且n为2-100，优选5-50的数。
[0183] 基于进料FM中的溶液，聚合物F通常以0-100重量ppm，优选0.01-50ppm，更优选0.05-10ppm的量包含在进料FM中。
[0184] 在本发明的一个实施方案中，进料FM包含0.1-1000重量ppm的非离子表面活性剂S，不含聚合物A且不含聚合物F。
[0185] 在本发明的一个实施方案中，进料FM包含0.1-1000重量ppm的非离子表面活性剂S，0.1-1000重量ppm的聚合物A且不含聚合物F。
[0186] 在本发明的一个实施方案中，进料FM包含0.1-1000重量ppm的非离子表面活性剂S，0.01-100重量ppm的聚合物F且不含聚合物A。
[0187] 在本发明的一个实施方案中，进料FM包含0.1-1000重量ppm的非离子表面活性剂S，0.1-1000重量ppm的聚合物A和0.01-100重量ppm的聚合物F。
[0188] 在一个实施方案中，将非离子表面活性剂S、聚合物A和聚合物F连续添加至原水中。
[0189] 在一个实施方案中，将非离子表面活性剂S以及适用时的聚合物A和聚合物F在一种配制剂中添加至进料FM中。
[0190] 本发明的方法适用于不同类型的热脱盐方法。
[0191] 它们尤其适用于MED方法，特别是用于使用多个水平排列的加热管的MED方法。
[0192] 原则上，本发明的方法可应用于MED装置，与管材料无关。
[0193] 在一个优选实施方案中，MED装置中的管材料选自铝黄铜、钛、不锈钢、铜/镍合金、铝/镁合金、包含石墨和至少一种有机聚合物如聚丙烯的聚合物复合材料。MED装置中的金属管可进一步具有陶瓷涂层。
[0194] 本发明的方法容易且经济地实施。
[0195] 其以高效率提供了淡化水。
[0196] 本发明的方法导致结垢形成的减少。本发明的出人意料的结果是，在热脱盐(尤其是MED)的工艺条件下，非离子表面活性剂S的存在有效地减少了结垢的形成，并且当与其他阻垢剂如聚合物A组合时显示出协同效应。
[0197] 本发明的方法进一步允许在MED条件下实施脱盐方法，其中在加热管上形成非常薄的原水厚度，然而同时保持膜不发生膜破裂。
[0198] 本发明的方法进一步允许在MED条件下实施脱盐方法，且在该方法期间不在管上产生干斑。
[0199] 本发明的方法进一步显示出进料FM在管表面上的非常有利的，即非常均一和均匀的润湿行为。
[0200] 本发明的方法具有非常高的能效，并且可在非常高的整体传热下运行。
[0201] 本发明的方法允许在管的低润湿速率下实施MED方法。本发明的方法允许实施MED方法而不在MED装置中的管上产生干斑。
[0202] 本发明的方法仅需要很少的能量来泵送进料FM。
[0203] 本发明的另一方面为配制剂B(也称为共混物B)，其包含：
[0204] a)0.1-99重量％的至少一种选自聚氧化烯PAO的非离子表面活性剂S，[0205] b)0.1-99重量％的至少一种聚合物A，
[0206] c)0-50重量％的至少一种聚合物F，其为包含聚烯烃嵌段和至少一种聚氧化烯嵌段的嵌段共聚物，
[0207] d)0-80重量％的水。
[0208] 在优选实施方案中，配制剂B中的组分a)-d)加和为100％。
[0209] 在一个实施方案中，配制剂B包含：
[0210] a)0.1-99重量％的至少一种选自聚氧化烯PAO的非离子表面活性剂S，[0211] b)0.1-99重量％的至少一种聚合物A，
[0212] c)0-50重量％的至少一种聚合物F，其为包含聚烯烃嵌段和至少一种聚氧化烯嵌段的嵌段共聚物，
[0213] d)0至80重量％的水，
[0214] e)0-50重量％的膦酸化物和/或多磷酸盐。
[0215] 在一个优选实施方案中，配制剂B中的组分a)-e)加和为100％。
[0216] 在一个实施方案中，配制剂B包含：
[0217] a)0.1-99重量％的至少一种选自聚氧化烯PAO的非离子表面活性剂S，[0218] b)0.1-99重量％的至少一种聚合物A，
[0219] c)0-50重量％的至少一种聚合物F，其为包含聚烯烃嵌段和至少一种聚氧化烯嵌段的嵌段共聚物，
[0220] d)0-80重量％的水，
[0221] e)0.1-50重量％的膦酸化物和/或多磷酸盐。
[0222] 在一个优选实施方案中，配制剂B中的组分a)-e)加和为100％。
[0223] 在一个实施方案中，配制剂B包含：
[0224] a)0.1-99重量％的至少一种选自聚氧化烯PAO的非离子表面活性剂S，[0225] b)0.1-99重量％的至少一种聚合物A，
[0226] c)0.1-50重量％的至少一种聚合物F，其为包含聚烯烃嵌段和至少一种聚氧化烯嵌段的嵌段共聚物，
[0227] d)0-80重量％的水，
[0228] e)0.1-50重量％的膦酸化物和/或多磷酸盐。
[0229] 在一个优选实施方案中，配制剂B中的组分a)-e)加和为100％。
[0230] 配制剂B的组分应具有相同的含义且涵盖与上文定义相同的优选实施方案。实施例
[0231] 所用的材料：
[0232] 非离子表面活性剂1：用摩尔平均7个EO单元和1.5个氧化丁烯单元烷氧基化的C9-C11羰基合成醇(按给定顺序烷氧基化的嵌段共聚物)。
[0233] 非离子表面活性剂2：含有高级氧化烯和氧化乙烯且具有端OH基的烷氧基化脂肪醇。
[0234] 非离子表面活性剂3：根据WO03/090531第34页第24-36行(对比实施例3)给出的程序制备的用摩尔平均10个EO单元和1.5mol氧化戊烯烷氧基化的C10羰基合成醇。
[0235] 非离子表面活性剂4：类似于WO2005/37757第13页第6-23行(实施例1)给出的程序制备的用摩尔平均5.7个EO和4.7个PO烷氧基化的2-丙基庚醇。
[0236] 非离子表面活性剂5：类似于WO2005/37757第13页第6-23行(实施例1)给出的程序制备的用摩尔平均5.7个EO、4.7个PO和2.3个EO烷氧基化的2-丙基庚醇。
[0237] 非离子表面活性剂6：根据WO06/097435第20页第20行至第21页第8行(实施例1)给出的程序制备的用摩尔平均27个EO单元和1个PO单元烷氧基化且用C8-C18脂肪酸酯化的C13羰基合成醇。
[0238] 非离子表面活性剂7：嵌段共聚物，其中中央聚丙二醇基团侧接有两个聚乙二醇基团，其中中央聚丙二醇嵌段的摩尔质量为1750g/mol，并且其中聚合物中的聚乙二醇重量百分比为20％，所述非离子表面活性剂的摩尔质量为2450g/mol(由OH值计算)，粘度(EN 12092，23℃，Brookfield，60rpm)为500mPas，润湿力为(EN 1772，23℃，2g/l苏打灰，1g/l表面活性剂)>300s，并且表面张力(EN 14370，1g/l，23℃，使用Harkins-Jordan校正)为41mN/m。
[0239] 非离子表面活性剂8：嵌段共聚物，其中中央聚丙二醇基团侧接有两个聚乙二醇基团，其中中央聚丙二醇嵌段的摩尔质量为1750g/mol，并且其中所述聚合物中的聚乙二醇重量百分比为40％，所述非离子表面活性剂的摩尔质量为2900g/mol(由OH值计算)，粘度(EN 12092，23℃，Brookfield，60rpm)为1000mPas，润湿力为(EN 1772，23℃，2g/l苏打灰，1g/l表面活性剂)>300s，并且表面张力(EN 14370，1g/l，23℃，使用Harkins-Jordan校正)为
41mN/m。
41mN/m。
[0240] 非离子表面活性剂9：嵌段共聚物，其中中央聚丙二醇基团侧接有两个聚乙二醇基团，其中中央聚丙二醇嵌段的摩尔质量为2750g/mol，并且其中所述聚合物中的聚乙二醇重量百分比为20％，所述非离子表面活性剂的摩尔质量为3650g/mol(由OH值计算)，粘度(EN 12092，23℃，Brookfield，60rpm)为900mPas，润湿力为(EN 1772,23℃，2g/l苏打灰，1g/l表面活性剂)为100s，并且表面张力(EN 14370，1g/l，23℃，使用Harkins-Jordan校正)为
35mN/m。
35mN/m。
[0241] 非离子表面活性剂10：嵌段共聚物，其中中央聚乙二醇基团侧接有两个聚丙二醇基团，其中中央聚乙二醇嵌段的摩尔质量为430g/mol，并且其中所述聚合物中的聚乙二醇重量百分比为20％，所述非离子表面活性剂的摩尔质量为2150g/mol(由OH数计算)，粘度(EN 12092，23℃，Brookfield，60rpm)为450mPas，润湿力为(EN 1772，23℃，2g/l苏打灰，1g/l表面活性剂)>300s，并且表面张力(EN 14370，1g/l，23℃，使用Harkins-Jordan校正)为38mN/m。
[0242] 非离子表面活性剂11：嵌段共聚物，其中中央聚丙二醇基团侧接有两个聚乙二醇基团，其中中央聚丙二醇嵌段的摩尔质量为930g/mol，并且其中所述聚合物中的聚乙二醇重量百分比为30％，所述非离子表面活性剂的摩尔质量为3100g/mol(由OH数计算)，粘度(EN 12092，23℃，Brookfield，60rpm)为600mPas，润湿力为(EN 1772，23℃，2g/l纯碱，1g/l表面活性剂)>300s，并且表面张力(EN 14370，1g/l，23℃，使用Harkins-Jordan校正)为40mN/m。
[0245] I.测试台
[0246] 为了在接近工业多效蒸馏器(MED)中普遍存在的条件下测试海水降膜的膜流动特性和加热管表面的结垢形成，使用了中试工厂规模的水平管降膜蒸发。
[0247] 中试工厂规模的测试台的示意图示于图1中(A＝真空泵；B＝收集罐；C＝冷凝物；D＝馏出物；E＝盐水；F＝收集罐；G＝再循环泵；H＝取样；I＝海水；J＝蒸气；K＝冷凝器；L＝电蒸汽发生器；M＝蒸汽)。
[0248] 如图2所示，中试规模的测试台包括水平管降膜蒸发器，其装备有一排6根水平管，所述水平管以管间距s＝50mm彼此上下布置。将电蒸汽发生器的饱和蒸汽引入管中并在真空条件下冷凝，同时将热量传递给蒸发侧。测试液体借助齿状溢流堰均匀分布在第一管上，并通过重力向下滴落，从而在水平管上形成薄膜流。冷凝焓用于在上管上将测试液体预热至沸点，然后将其一部分在下管上蒸发。产生的蒸气在板式换热器中冷凝。在离开蒸发器后，测试液体流入收集罐中并与馏出物混合。然后借助泵将测试液体再循环。
[0249] 由蒸发的海水释放的二氧化碳和潜在渗入蒸发器中的环境空气通过保持蒸发器外壳中的饱和压力的真空泵抽取。所述中试工厂为从海水中释放的CO2提供了与工业多效蒸馏器(MED)非常相似的条件。二氧化碳的释放使得海水的pH值偏移至较高的值并影响碳酸盐系统。
[0250] 测试台装备有各种温度、压力和流速测量设备，以监测和控制图1所示的工艺。装置的控制是完全自动化的，以便长时间保持连续、稳定的运行，这是获得可重现的结垢结果所必需的。
[0251] 所述管可从管板上取下，以便更新管，测试不同的管材料，并分析粘附的结垢。蒸发器的两侧安装有检查镜，以便肉眼观察润湿行为。
[0252] II.测试材料
[0253] 在测试系列中使用人造海水来研究结垢的形成。在测试系列中使用去离子水来研究不同管材料的润湿行为以及非离子表面活性剂S对管润湿行为的影响。
[0254] 如Kester等(Kester，D.R.；Duedall，I.W.；Connors，D.N.；Pytkowicz，R.M.，Preparation of artificial seawater，Limnology and Oceanography，12(1967)176-179)的配方中所建议的那样，人造海水的制备基于标准人造海水的盐摩尔分数。
[0255] 管材料表面通过在70℃的温度下测量盐度为45g/kg的人造海水的接触角来表征。非离子表面活性剂S对接触角的影响使用非离子表面活性剂S在盐度为45g/kg的人造海水中的稀溶液来测量。基于溶液，非离子表面活性剂S的浓度为100重量ppm。
[0256] 考虑到典型的浓度因子为1.3-1.6，使用模拟浓缩海水的盐度为65g/kg的人造海水来在工业MED工厂的底部管上进行结垢实验。盐度为65g/kg的海水的离子强度为1.39mol/kg。
[0257] 表1显示了用于制备盐度为65g/kg的人造海水的不同盐的量，表2显示了人造海水中存在的不同离子的浓度。在混合盐并搅拌溶液后，对人造海水通气。通气倾向于使溶液与大气平衡并移除由HCO3-转化成CO32-所产生的过量CO2。通气后的人造海水的pH值为8.1-8.3。
[0258] 表1.盐度为45g/kg和65g/kg的1kg人造海水的配方
[0259]
[0260]
[0261] 表2.盐度为45g/kg和65g/kg的人造海水中的离子组成
[0262]
[0263] III.管材料
[0264] 实验中所用的水平管由铜-镍90/10、铝合金AlMg2.5(含2.4-2.8％镁)或铝黄铜制成。
[0265] 管的外径为d0＝25mm。有效长度为L＝453mm。为了研究润湿行为和结垢形成，除非另有说明，否则使用具有由管供应商交付的典型表面形貌的管。对于一些特定的润湿和结垢形成测试，通过将铜-镍90/10管浸入盐度为65g/kg的人造海水中8周而对其进行预处理，然后用于测试。该预处理导致在铜-镍90/10管表面上形成复杂的、多层的且主要由氧化亚铜组成的薄的粘附保护表面膜。预处理的铜-镍90/10管记为CuNi 90/10-PT。表面粗糙度根据DIN EN ISO 4288使用触针单元(perthometer)测定。管材料、导热率、外径、壁厚和表面粗糙度汇总在表3中。
[0266] 表3.水平管的物化数据/导热率根据以下文献中给出的程序确定：Müller-Steinhagen，H.，Fouling of Heat Exchanger Surfaces，VDI Heat Atlas，VDI-Gesellschaft(编辑)，Springer-Verlag，Berlin Heidelberg，2013，第91-121页)；UNS编号：金属合金的统一编号系统编号。
[0267]
[0268] IV.管表面表征
[0269] 管材料通过使用Dataphysics生产的OCA 15Pro接触角测量和轮廓分析仪在70℃的温度下根据DIN 55660-2测量根据实验部分的第II节中给出的程序制备的盐度为45g/kg的人造海水的接触角而表征。非离子表面活性剂S对接触角的影响用非离子表面活性剂S在人造海水中的稀溶液测量。非离子表面活性剂S的浓度为100重量ppm，基于所述溶液。在测量接触角之前，用异丙醇彻底清洁表面以移除任何沉积物、油脂、油等。前进接触角是根据DIN 55660-2使用座滴法测量的。座滴借助注射器针头在表面上形成，并且液滴的体积缓慢增加。在这样做时，界面向外迁移。在将液滴放置在表面上一秒后，借助CCD照相机和数据处理系统将液滴的图像数字化。首先进行轮廓识别，然后将液滴形状拟合轮廓。将液/固界面与液/蒸气界面之间形成的角度取作接触角。表4显示了在70℃温度下在不同管表面上非离子表面活性剂S对盐度为45g/kg的人造海水的接触角的影响。
[0270] 表4.在70℃温度下在不同管表面上非离子表面活性剂S对盐度为45g/kg的人造海水的接触角的影响
[0271]
[0272]
[0273] *接触角差(Δo)＝处于盐度为45g/kg的人造海水中的100ppm非离子表面活性剂S溶液的接触角-盐度为45g/kg的人造海水的接触角。
[0274] V.管润湿实验
[0275] 使用上述测试台研究不同非离子表面活性剂的不同管材料的润湿行为。在每次测试之前，用肥皂溶液彻底清洁管表面，用去离子水冲洗并再次用异丙醇清洁以移除任何沉积物、油脂、油等。润湿实验使用含有基于表5中给出的溶液浓度为1和100重量ppm的非离子表面活性剂S的去离子水进行。润湿实验如下进行：从完全干燥的管表面开始，润湿速率以约0.005-0.01kg/(s m)的增量增大。在每种润湿速率下，在10分钟的松弛之后，对顶部5根管上的膜流拍照。借助图像处理软件评估管表面上的湿表面积百分比。在图像分析中不考虑顶管，因为观察到顶管用作液流的某种分配管。在图像分析中考虑了约63％管长的膜流。使用图形编辑软件(AdobePhotoshop，Adobe Systems，USA)将相邻管之间的不相关区域切除。之后，用图像处理软件(ImageJ，National Institutes of Health，USA)标记干斑，并计算湿表面积的百分比。润湿测试在环境压力和27-34℃的温度下进行，且不使用检查镜。
[0276] 表5给出了不同表面活性剂S对不同管材料的润湿行为的测试条件和测试结果。
[0277] 表5.不同管材料上的润湿测试结果
[0278]
[0279]
[0280] *润湿速率定义为单位管长的水平管一侧或两侧上的降膜质量流速。此处，润湿速率表示为单位管长的水平管两侧上的质量流速。临界润湿速率是在管表面达到完全润湿状态所需的润湿速率。
[0281] VI.结垢实验
[0282] 所有结垢形成实验均使用240升根据实验部分第II节中给出的程序制备的盐度为65g/kg的人造海水，测试时间为50小时。发现240升实验溶液和50小时实验时间的实验是有利的，因为该段时间很长，足以发现结垢形成的差异，并且过饱和水平仍然足够高。结垢实验在蒸发温度(tEV)＝65℃下进行，这代表了当前MED工厂的最高盐水温度。此外，为了考虑多效蒸馏器的操作范围向更高的顶部盐水温度的可能延伸，在超出目前工业MED蒸馏器中使用的顶部盐水温度的蒸发温度(tEV)＝75℃下进行实验。对于所有实验，管内冷凝温度tCO与管外蒸发温度tEV之间的差值为tCO-tEV＝5℃。
[0283] 通过各种方法表征在蒸发器的管外形成的结晶结垢层，以获得化学、结构和定量信息。使用扫描电子显微镜(SEM)结合能量色散X射线光谱法(EDXS)和广角X射线衍射法(XRD)分析从管束顶部数第五根管上形成的结垢，以提供与结垢的结构和化学特性/性能的定量信息，尤其是与组成、晶体结构、晶体尺寸和取向以及晶体完整性有关的定量信息。结垢中的钙和镁的量通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)检测。为此，将第四管2+ 2+ 2+
的结垢溶解在热乙酸溶液中，并使用ICP-AES测量溶液中的Ca 和Mg 离子浓度。基于的Ca和Mg2+的浓度，计算结垢含量并以每管总面积的Ca和Mg的质量(g/m2)表示。此外，在第三管的外侧确定结垢厚度。在管周围的4个不同位置和沿管的9个不同位置各自测量10次，其中使用设计用来非破坏性和精确测量涂层厚度的测量仪(MiniTest 2100，ElektroPhysik，德国)测量。
的结垢溶解在热乙酸溶液中，并使用ICP-AES测量溶液中的Ca 和Mg 离子浓度。基于的Ca和Mg2+的浓度，计算结垢含量并以每管总面积的Ca和Mg的质量(g/m2)表示。此外，在第三管的外侧确定结垢厚度。在管周围的4个不同位置和沿管的9个不同位置各自测量10次，其中使用设计用来非破坏性和精确测量涂层厚度的测量仪(MiniTest 2100，ElektroPhysik，德国)测量。
[0284] 表6中给出了结垢实验的测试条件和测试结果。管表面的SEM图像示于图3-6中。
[0285] 图3：在润湿速率＝0.02kg/(s m)，没有非离子表面活性剂S和聚合物A下在AlMg2.5管表面上形成的结垢的SEM图像。
[0286] 图4：在润湿速率＝0.02kg/(s m)、非离子表面活性剂7(2.5ppm)和阻垢剂1(4ppm)下清洁的AlMg2.5管表面的SEM图像。
[0287] 图5：在润湿速率＝0.04kg/(s m)，没有非离子表面活性剂S和阻垢剂下在AlMg2.5管表面上形成的结垢的SEM图像。
[0288] 图6：在润湿速率＝0.04kg/(s m)、非离子表面活性剂7(2.5ppm)和阻垢剂1(4ppm)下清洁的AlMg 2.5管表面的SEM图像。
[0289] 表6
[0290]
[0291]
[0292] Γ＝润湿速率；tEV＝蒸发温度；tCO＝冷凝温度
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