Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Композиция для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах, включающая полиакриловую кислоту, отличающаяся тем, что дополнительно содержит полиэтиленгликоль при соотношении полиакриловая кислота:полиэтиленгликоль, равном 1:(0,25-1,75).

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит полиакриловую кислоту с молекулярной массой от 2000 до 20000.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 1000 до 6000.

Текст

Смотреть все

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ В ВОДООБОРОТНЫХ СИСТЕМАХ Изобретение относится к композициям для предотвращения осадкообразования и может быть применено для защиты технологического оборудования в водооборотных системах (циклах) предприятий. В соответствии с изобретением описывается композиция для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах, содержащая полиакриловую кислоту (ПАК) и полиэтиленгликоль (ПЭГ) при соотношении ПАК:ПЭГ = 1:(0,25-1,75). В предпочтительных вариантах реализации изобретения полиакриловая кислота имеет молекулярную массу от 2000 до 20000, а полиэтиленгликоль - от 1000 до 6000. Технический результат, получаемый в результате реализации заявляемого изобретения, состоит в повышении эффективности предотвращения осадкообразования в водооборотных системах за счет увеличения интервала времени, необходимого для образования накипи в системе, а также за счет снижения плотности образующегося осадка, что позволяет оптимизировать параметры теплопереноса, снизить энергозатраты производства и увеличить срок использования технологического оборудования. Использование заявляемой композиции увеличивает время ингибирования осадкообразования в 2,5-3 раза по сравнению с системой без ингибитора и в 1,5-2 раза по сравнению с известными ингибиторами. Воробьева Елена Викторовна, Крутько Николай Павлович, Шестак Ирина Васильевна, Воробьев Павел Дмитриевич,Чередниченко Денис Викторович, Басалыга Ирина Ивановна, Воробьев Артем Дмитриевич (BY)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ НАН БЕЛАРУСИ" (BY) 014113 Изобретение относится к композициям для предотвращения осадкообразования и может быть применено для защиты технологического оборудования в водооборотных системах (циклах) предприятий. Осадкообразование в водооборотных системах предприятий обусловлено, в первую очередь, присутствием в составе природных вод солей жесткости - малорастворимых солей, преимущественно карбонатов и сульфатов щелочно-земельных металлов - СаСО 3, (Са, Mg)CO3, CaSO4nH2O), кристаллизующихся на поверхностях теплопередачи при нагревании воды. Кроме того, причиной осадкообразования в водооборотных системах является наличие таких примесей, как глина, карбонатные породы (мел, гипс), ил, мелкий песок, коллоидные вещества (органоминеральные частицы почв, гумусовые вещества, микроорганизмы и др.). В водооборотной системе охлаждение нагретой в результате использования технической воды, как правило, происходит за счет ее испарения в градирнях. В результате испарения растворимые и нерастворимые примеси, содержащиеся в воде, концентрируются; при этом возникают условия для формирования отложений на внутренних поверхностях трубопроводов и теплообменников, что приводит к снижению эффективности теплопереноса, повышению энергозатрат производства и к остановкам основного производства для выполнения дорогостоящих и продолжительных очисток оборудования. Кроме того,образование отложений провоцирует возникновение подповерхностной коррозии, приводящей к преждевременному износу оборудования. Эффективно решить проблему образования отложений накипи при повторном использовании охлаждающей воды позволяет применение специальных химических реагентов - ингибиторов накипеобразования. Учитывая потребность всех отраслей промышленности в применении технической и охлаждающей воды, постоянную и высокую потребность в ингибиторах накипеобразования для предприятий химической и целлюлозно-бумажной промышленности, энергетики, жилищно-коммунального хозяйства, машиностроения и т.д., поиск новых эффективных реагентов для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах является актуальной задачей. О важности данной проблемы свидетельствуют многочисленные патенты, посвященные ее решению. Описано применение сополимера акриловой и малеиновой кислот (или их солей) для ингибирования образования осадка карбоната кальция и диспергирования частиц глины в присутствии ионов Mg2+ и Са 2+ (патент США 6444771, 03.09.2002 г.). Недостатками данного реагента являются низкая эффективность стабилизации растворов с высоким уровнем карбонатной жесткости и большой расход ингибитора. Известен состав для предотвращения отложений солей жесткости, содержащий композицию на основе едкого натра, альгината натрия, растворимого крахмала, триполифосфата, полиакриламидного геля и полиэтиленгликоля (патент Республики Беларусь 8410 на изобретение Состав для предотвращения отложений солей жесткости, 30.08.2006 г.). К недостаткам данной композиции можно отнести сложный состав композиции и наличие в ней фосфатов, которые легко подвергаются гидролизу, быстро теряют эффективность, кроме того, образуют отложения фосфата кальция и способствуют эвтрофикации (зарастанию водорослями) рек и озер. Описано использование композиций полимеров для ингибирования накипеобразования (патент США 6440327, 27.08.2002 г.), в состав которых входят полимеры, содержащие амино- и амидогруппы или их смесь, а также карбоксильные группы. Недостатком данной композиции является подверженность гидролизу в процессе циркуляции в водооборотных системах, особенно при колебаниях рН воды цикла, связанное с этим снижение эффективности ингибирующего действия и необходимость повышения расхода реагентов. Известна ингибирующая композиция для предотвращения осадкообразования (патент США 5080801, 14.01.1992 г.) на основе полиакриловой кислоты, содержащая также сополимер акриловой кислоты с эфиром алкилакрилата и терполимер акриламида, состоящий из акриловой кислоты и алкилсульфоната замещенного акриламида (прототип). Молекулярный вес используемых полимеров находится в диапазоне от 1000 до 50000. К недостаткам указанной композиции относится недостаточно высокая эффективность ингибирования и сложный состав композиции, затрудняющий оптимизацию соотношения компонентов композиции и их расход при изменении показателей воды (рН, щелочность, температура и др.). Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в разработке эффективной композиции для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах, обеспечивающей увеличение времени ингибирования осадкообразования. Технический результат, получаемый в результате реализации заявляемого изобретения, состоит в повышении эффективности предотвращения осадкообразования в водооборотных системах за счет увеличения интервала времени, необходимого для образования накипи в системе, а также за счет снижения плотности образующегося осадка, что позволяет оптимизировать параметры теплопереноса, снизить энергозатраты производства и увеличить срок использования технологического оборудования.-1 014113 Поставленная задача решается заявляемой композицией для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах, содержащей полиакриловую кислоту (ПАК) и полиэтиленгликоль (ПЭГ) при соотношении ПАК:ПЭГ = 1:(0,25-1,75). В предпочтительных вариантах реализации изобретения полиакриловая кислота имеет молекулярную массу от 2000 до 20000, а полиэтиленгликоль - от 1000 до 6000. Использование заявляемой композиции увеличивает время ингибирования осадкообразования в 2,53 раза по сравнению с системой без ингибитора и в 1,5-2 раза по сравнению с известными ингибиторами. Предположительно механизм ингибирования осадкообразования в воде, содержащей соли жесткости, с помощью заявляемой композиции заключается в следующем. ПАК адсорбируется карбоксильными группами на поверхности микрокристаллов минеральной соли, или, возможно, анионные компоненты кристалла замещаются на поверхности карбоксильными группами. Слой полимера, покрывающий поверхность, имеет плоскую равномерную конфигурацию, что затрудняет образование следующего слоя. ПАК задерживает рост правильной кальцитной пространственной решетки кристалла. Маленькие, несформированные и в основном аморфные кристаллы не способны образовать стабильный осадок (покрытие) и могут быть легко удалены из системы. Кроме того, ПАК обладает способностью к диспергированию (стабилизации) нерастворимых частиц. Карбоксильные группы молекул ПАК при исследуемых значениях рН находятся в диссоциированном состоянии. Адсорбция ПАК на частицах приводит к изменению физико-химического взаимодействия между частицами: силы притяжения ослабляются, отталкивания - усиливаются. Таким образом, ПАК предупреждает образование агломератов и способствует их распаду на отдельные частицы, что приводит к уменьшению осадкообразования. ПЭГ, как было установлено, не обладает свойствами ингибитора и дисперсанта. Синергетический эффект ингибирующего действия обусловлен влиянием ПЭГ на свойства ПАК. Сравнение результатов рентгено-фазового анализа осадков солей жесткости, полученных в отсутствие ингибитора (контроль), в присутствии ПАК и ПЭГ в индивидуальном состоянии, а также в присутствии композиции ПАК-ПЭГ показало, что структура кристаллов карбонатов кальция и магния в присутствии ингибиторов деформируется, становится более аморфной, рыхлой; рост кристаллов замедляется,причем в большей степени для композиции ПАК-ПЭГ. Результаты исследования относительной дисперсионной емкости реагентов ПАК и ПЭГ в индивидуальном состоянии, а также композиции ПАК-ПЭГ методом фотометрии показали, что дисперсионная емкость композиции в отношении нерастворимых частиц различного типа: каолина, карбоната кальция,продуктов коррозии, выше по сравнению с индивидуальными компонентами. Молекулы ПЭГ взаимодействуют с молекулами ПАК за счет гидрофобных групп, присутствующих в молекулах обоих компонентов. С увеличением температуры гидрофобные связи усиливаются. В результате поверхность растущих кристаллов и нерастворимых частиц, покрытая слоем адсорбированной ПАК, дополнительно покрывается слоем ПЭГ. Слой, образованный за счет гидрофобных связей компонентов композиции, уплотняется с повышением температуры, что, с одной стороны, замедляет процесс роста и зародышеобразования образующихся в воде кристаллов накипи, с другой стороны, ухудшает сцепление частиц между собой в большей степени, чем ПАК в индивидуальном состоянии. Для замедления роста кристаллов и для диспергирования (стабилизации) осадков обычно достаточно небольших добавок до 10 мг/л, т.к. полимеры одновременно образуют несколько связей с различными кристаллами и адсорбируются на нескольких частицах. Доза реагента зависит от свойств воды, циркулирующей в водооборотном цикле (рН, жесткости) и присутствия в системе примесей (солей железа, алюминия, меди и т.д.). Экспериментально доказано, что в одинаковых условиях при одной и той же дозе композиция ПАК-ПЭГ эффективнее по сравнению с ПАК, учитывая тот факт, что ПЭГ в индивидуальном состоянии не проявляет способности к ингибированию осадкообразования. Нижеприведенные примеры (предпочтительный вариант выполнения) конкретного осуществления данного изобретения не ограничивает объем заявляемого изобретения, который определен прилагаемой формулой. Пример 1. Для определения эффективности ингибиторов использована лабораторная модельная установка РМАС SCL-30P-2A (пр-во Великобритания), моделирующая процесс осадкообразования в реальных условиях. Принцип действия модельной установки РМАС SCL-30P-2A заключается в динамическом измерении возрастающего в результате накипеобразования дифференциального давления в металлическом капилляре при изменяющихся либо постоянных экспериментальных параметрах. Модельные растворы заданной концентрации (раствор хлорида кальция, хлорида магния, гидрокарбоната натрия) нагнетаются в капилляр прибора при постоянном объеме и расходе. Ингибитор накипеобразования подается отдельно. После смешивания и нагревания растворов до 90 С на внутренних стенках капилляра происходит образование осадка карбоната кальция, что вызывает рост давления в капилляре. В качестве характеристики эффективности ингибирования осадкообразования использован относи-2 014113 тельный показатель - интервал времени, в течение которого образуется слой накипи в капилляре, приводящий к увеличению дифференциального давления от нуля до определенной величины, аналогичной для всех экспериментов (в нашем случае - до 2 psi). На установке РМАС SCL-30P-2A проводили сравнительную оценку ингибирующей способности индивидуальных реагентов ПАК и ПЭГ и композиций на их основе при постоянной концентрации ингибитора. Величина концентрации ингибитора (доза) подобрана таким образом, чтобы обеспечить изменение давления в капилляре в течение часа. Дозы индивидуальных реагентов и их композиций одинаковы в рамках одной и той же системы. Растворы хлорида кальция, хлорида магния, гидрокарбоната натрия с концентрацией, соответствующей жесткости модельной системы, 10,7 ммоль/дм 3 нагнетаются в капилляр при постоянном объеме и расходе. Ингибитор накипеобразования - смесь ПАК и ПЭГ при различном соотношении компонентов подается отдельно. Молекулярная масса ПАК - 5000, ПЭГ - 2000. рН модельной системы задают до начала эксперимента в интервале от 7 до 9. Температура остается постоянной: 90 С. После смешивания и нагревания растворов на внутренних стенках капилляра прибора происходит образование осадка карбоната кальция. В табл. 1 приведены данные, характеризующие время (мин) до изменения значения дифференциального давления до 2 psi, вызванного образованием отложений в капилляре. Как следует из данных табл. 1, в исследуемом интервале рН время ингибирования в случае добавки ПЭГ примерно соответствует контролю, то есть ПЭГ не имеет ингибирующего действия. Введение ПАК приводит к увеличению времени ингибирования по сравнению с контрольным вариантом и добавкой ПЭГ. Время ингибирования возрастает при использовании композиции ПАК и ПЭГ и максимально в интервале соотношения компонентов ПАК:ПЭГ=1:(0,25-1,75). Пример 2. Растворы хлорида кальция, хлорида магния, гидрокарбоната натрия с концентрацией, соответствующей жесткости модельной системы, 10,7 ммоль/дм 3 нагнетаются в капилляр при постоянном объеме и расходе. Ингибитор накипеобразования - смесь ПАК и ПЭГ (соотношение 1:1) подается отдельно. Молекулярная масса ПАК - 5000, молекулярная масса ПЭГ меняется (ПЭГ 0,4 - 400; ПЭГ 1 - 1000; ПЭГ 2- 2000; ПЭГ 4 - 4000; ПЭГ 6 - 6000; ПЭГ 8 - 8000). При изменении молекулярной массы ПАК (ПАК 1 - 1000; ПАК 2 - 2000; ПАК 4 - 4000; ПАК 5 - 5000; ПАК 8 - 8000; ПАК 10 - 10000; ПАК 15 - 15000; ПАК 20 - 20000; ПАК 30 - 30000) молекулярная масса ПЭГ остается неизменной (2000). рН модельной системы задают до начала эксперимента (значения рН 8,0; 8,5; 9,0). Температура остается постоянной: 90 С. После смешивания и нагревания растворов на внутренних стенках капилляра прибора происходит образование осадка карбоната кальция. В табл. 2 приведены данные, характеризующие время (мин) до момента скачкообразного изменения давления, вызванного образованием отложений в капилляре. Как следует из данных табл. 2, в исследуемом интервале рН время ингибирования максимально в случае композиций, состоящих из ПАК с ММ от 2000 до 20000 и ПЭГ с ММ от 1000 до 6000. Сравнение композиции ПАК и сополимера акриловой кислоты с эфиром алкилакрилата (весовое соотношение 1:1) (прототип) и заявляемой композиции ПАК с ПЭГ (весовое соотношение 1:1) при одинаковом расходе (три варианта дозы) показало увеличение времени ингибирования во втором случае в среднем в 1,42 раза. Применение заявляемой композиции увеличивает время ингибирования в 1,5-1,8 раза по сравнению с сополимером акриловой и малеиновой кислот при одинаковом расходе (три варианта дозы).-3 014113 Таблица 1 Зависимость времени ингибирования от соотношения компонентов композиции при различных значениях рН Таблица 2 Зависимость времени ингибирования от молекулярной массы компонентов в композиции ПАК и ПЭГ(соотношение компонентов 1:1) при различных значениях рН ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Композиция для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах, включающая полиакриловую кислоту, отличающаяся тем, что дополнительно содержит полиэтиленгликоль при соотношении полиакриловая кислота:полиэтиленгликоль, равном 1:(0,25-1,75). 2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит полиакриловую кислоту с молекулярной массой от 2000 до 20000. 3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 1000 до 6000. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2

МПК / Метки

МПК: C23F 11/173, C02F 5/10, C23F 14/02

Метки: системах, осадкообразования, композиция, предотвращения, водооборотных

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/5-14113-kompoziciya-dlya-predotvrashheniya-osadkoobrazovaniya-v-vodooborotnyh-sistemah.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Композиция для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах</a>

Похожие патенты