Разработка и исследование ингибиторов солеотложений и коррозии нового поколения
Опубликовано: 22 июля 2019 г.
3531
Г.Рудакова, В. Ларченко, М.Тушева, ООО «НПФ Траверс», А.Богословский, к.т.н., МЭИ
Солеотложения в различных системах водопользования промышленных и коммунальных предприятий представляют серьезную проблему для всех индустриально развитых и развивающихся стран. Созданы новые эффективные реагенты, подтвержденные опытными испытаниями.
Существующие широкоприменяемые антинакипные методы обработки воды, заключающиеся в изменении ее солевого состава (умягчение, обессоливание, подкисление и другие) требуют существенных материальных затрат.
Эффетивным решением данной проблемы является применение реагентов, ингибирующих процессы коррозии и солеотложения, а также разработка технологий их применения на предприятиях химической, нефтехимической, металлургической промышленности и жилищно-коммунального хозяйства.
Хронологически первыми ингибиторами процесса солеотложений были карбоксилсодержащие комплексоны, такие как Трилон А (нитрилотриуксусная кислота) и Трилон Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). Они появились в Германии в первой половине XX века. При высокой ингибирующей способности этих соединений их эффективные концентрации оказались также очень высокими. Это объясняется механизмом ингибирования, заключающемся в образовании водорастворимых комплексных соединений эквимолекулярного состава, когда для предотвращения выпадения 100 г карбоната кальция необходимо вводить 300 г Трилона Б.
Рис. 1. Тестовые (а), лабораторные (б) образцы ингибиторов
Следующее поколение ингибиторов процесса солеотложений было создано в середине 70-х годов XX века на основе фосфоновых кислот. Эффективность ингибиторов на основе фосфонатов значитель выше, чем комплексонов, поскольку механизм ингибирования в данном случае принципиально отличается от механизма действия комплексонов. Фосфонаты не предотвращают образование водонерастворимой фазы, а являются стабилизаторами коллоидных дисперсий карбонатов и сульфатов кальция. Основными недостатками ингибиторов на основе фосфонатов является то, что данный класс соединений практически не поддается биодеструкции и обладает эвтрофицирующим действием, создавая тем самым экологические проблемы после вывода реагентов из эксплуатации.
В качестве альтернативы реагентам на основе фосфонатов параллельно велись разработки полиакриловых полимерных ингибиторов. В результате проведенных исследований было установлено, что и эти соединения относятся к бионеразлагаемым, но в отличие от фосфонатов они не обладают эфтрофицирующим эффектом. При этом следует отметить, что фосфорсодержащие соединения показали более высокую ингибирующую способность.
Мировой рынок ингибиторов солеотложений весьма обширен и интенсивно развивается. Однако, несмотря на обилие реагентов и устоявшийся рынок, работы по созданию новых, более эффективных и экологически безопасных ингибиторов солеотложений сохраняют свою актуальность.
Основной мировой тенденцией развития химии ингибиторов солеотложений является создание новых полимерных биоразлагаемых реагентов путем «встраивания» различных мономерных фрагментов в матрицу полиакрилата с целью повышения его способности к биоразложению, а также смесевых ингибиторов, показывающих высокую ингибирующую способность при значительном уменьшении концентрации фосфоната.
Рис. 2. Разработанные ингибиторы солеотложений со встроенными флюоресцентными метками
Начиная с 2014 года в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы» специалистами ООО «НПФ Траверс» с участием ПАО «НПФ Траверс» с участием специалистов ПАО НЦ «Малотоннажная химия», Московским государственным строительным университетом (МГСУ) и Московским энергетическим институтом (МЭИ) проводилась работа по теме «Разработка и исследование» новых комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах с целью повышения эффективности использования тепловой энергии на предприятиях нефтехимической, металлургической, химической промышленности и жилищно-коммунального хозяйства.
В ходе выполнения данной программы были разработаны методы получения шести новых ингибиторов солеотложений и коррозии:
- реагента для обессоливания морской воды РО-1 на основе полиаспартата и фосфорсодержащей компоненты;
- реагента для установок опреснения морской воды РО-2 на основе полиаспартата;
- ингибитора солеотложений для испарительных установок РИ-1 на основе полиакрилата 4000 Да и фосфорсодержащей компоненты и РИ-2 на основе полиакрилата 4000 Да;
- реагента, ингибирующего процессы коррозии и солеотложения в системах теплоснажения Р-2 на основе сополимера малеинового ангидрида и акриловой кислоты;
- комплексного реагента, ингибирующего процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в водооборотных системах охлаждения КР-1 на основе смеси сополимера малеинового ангидрида и акриловой кислоты, фосфоната и биоцида.
Оценка потребительских свойств вновь синтезированных реагентов в рамках международного протокола NACE показала, что разработанные продукты превосходят существующие аналоги либо по степени ингибирования, либо по экологичности, либо по этим двум параметрам.
Рис. 3. ООО «Купавинские тепловые сети»
Результатом проведенных исследований было создание на промышленной площадке АО «Экос-1» пилотных схем для наработки в полупромышленных масштабах экспериментальных партий указанных выше ингибиторов.
Рис. 4. Оборудование, на котором нарабатывались экспериментальные образцы ингибиторов
Эффективность реагентов, полученных на данной установке, была подтверждена следующими результатами опытно-промышленных испытаний:
Ингибитор солеотложений и коррозии Р-2 (сополимер малеиновой и акриловой кислот) на системе теплоснабжения котельной, обслуживаемой ООО «Купавинские тепловые сети» при дозировке 20 г/м3 обеспечил безнакипный режим работы при температуре 115-120оС, что аналогично эффективности ранее применяемому на этой системе фосфорсодержащему ингибитору Аминат тм А.
Для экспериментального образца РИ-1 (полиакрилат 4000 Да) на дистиляционной обессоливающей установке (ДОУ) Ростовской АЭС, эффективность в течение трехмесячных испытаний превышала эффективность применяемого в настоящее время на ДОУ ингибитора ПАФ-13А.
Применения комплексного реагента КР-1 для обработки добавочной воды водооборотной системы охлаждения пиролизных печей производства ООО «УКМ «Синтез» при существенно меньшей (в два раза) концентрации в оборотной воде фосфонатной составляющей привело к безнакипному режиму работы системы при том же значении коэффициента упаривания, что и при применявшемся до этого ингибиторе Аминат тм А.
Рис. 5. Уникальный экспериментальный стенд, использованный при проведении НИОКР
Установлено, что применение реагента РО-1 на пилотной установке для опреснения воды Черного моря в районе города Евпатория увеличивает межпромывочный интервал работы установок в четыре раза, а при использовании экологически чистого антискаланта на основе полиаспартата РО-2 в три раза. Качество полученной опресеннной воды соответствовало требованиям СанПин не только по основным ионам солей, но и по содержанию брома и йода.
Статья из журнала "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ" № 4/2018
