Classificação e mecanismo de ação de inibidores de incrustações

O dimensionamento é um problema comum na produção industrial e no desenvolvimento de energia, especialmente na injeção de água em campos petrolíferos, sistema de água de resfriamento circulante e oleoduto de drenagem de túneis. A deposição em escala levará à redução da eficiência do equipamento, bloqueio do oleoduto e até mesmo riscos de segurança. Os inibidores de escala inibem o processo de dimensionamento por meio da solubilização por quelação, distorção e dispersão da rede, e se tornaram uma das soluções mais econômicas e eficazes. No entanto, os inibidores de escala tradicionais (como fosfina orgânica) têm problemas como poluição ambiental e resistência a baixas temperaturas. O desenvolvimento de inibidores de escala verdes e ecológicos e fórmulas compostas multifuncionais tornou-se um hotspot de pesquisa.

Principais tipos:

Os inibidores de escala podem ser divididos nas seguintes categorias de acordo com sua estrutura química.

1. Inibidores da escala de organofosfina, como o ácido aminotrimethylenephosphonic (ATMP). O principal mecanismo de ação é a distorção da rede induzida por quelação, grupos de ácidos fosfônicos inibem a nucleação do cristal quelando Ca2 + e os efeitos de adsorção de superfície mudam o caminho de crescimento do cristal. O HEDP aniônico produz efeito de obstáculo estérico por repulsão eletrostática, inibindo efetivamente a aglomeração de microcristais. A estabilidade em alta temperatura é notável. O HEDP permanece estável em um ambiente de 250 glass. A estrutura especial da ligação C-P dá ao material excelente resistência à hidrólise. Este tipo de composto tem várias funções. Pode não apenas formar um filme protetor composto Fe-HEDP na superfície do aço carbono, mas também alcançar controle sinérgico da inibição da escala de carbonato. Existem restrições duplas na aplicação prática. A eficiência de inibição de escala para Ca3 (PO4) 2 é de apenas 40% -50%, e é necessário usar dispersantes como o ácido poliacrílico para aumentar o efeito. Ao mesmo tempo, também traz problemas ambientais de resíduos. O HEDP enriquecido no sistema de osmose reversa faz com que o fósforo total no efluente exceda o padrão, que deve ser profundamente tratado por adsorção de carvão ativado ou oxidação de ozônio;

2. inibidores de escala de polímero, inibidores de escala de ácido carboxílico são geralmente baseados em monômeros de ácido carboxílico, como ácido acrílico (AA) e ácido maleico (MA) como núcleo, e são formados por homopolimerização ou copolimerização. Os polímeros de ácido carboxílico são ricos em grupos de ácido carboxílico (-COOH) e têm estruturas moleculares ajustáveis. Esses fatores os tornam eficazes na quelação de íons metálicos, inibindo o crescimento de cristais e dispersando partículas microcristalinas. Eles não são apenas livres de fósforo e nitrogênio, mas também ecológicos, mas têm baixa tolerância ao cálcio. Os inibidores de escala de copolímero de ácido sulfônico são um tipo de polímero introduzido com grupos de ácido sulfônico (-SO3H) e são amplamente utilizados no campo do tratamento de água industrial. Sua principal vantagem reside na forte hidrofilicidade dos grupos de ácido sulfônico e sua capacidade de quelação estável para íons metálicos de alta valência. Os grupos de ácidos sulfônicos podem interferir na direção de crescimento dos cristais de CaCO3 ou Ca3 (PO4) 2 para formar uma estrutura solta. A hidrofilicidade dos grupos de ácidos sulfônicos aumenta a carga negativa na superfície das partículas e impede a agregação e deposição de microcristais;

3. Inibidores de escala verdes e ecológicos Os inibidores de escala verdes e ecológicos são principalmente inibidores de escala de polímeros naturais baseados em substâncias macromoleculares de plantas, animais ou microorganismos, e seu desempenho de inibição de escala é melhorado por meio de modificação química ou tecnologia de composição. As substâncias representativas incluem extratos de plantas (ácido tânico, derivados da lignina), quitosana, amido e celulose. Os inibidores de escala sintética verde são preparados por meio de um processo de síntese química controlável e têm desempenho de inibição de escala de alta eficiência e características de proteção ambiental. As substâncias representativas incluem o ácido poliaspártico (PASP) e o ácido poliepoxissucínico (PESA). Possui biodegradabilidade e capacidade de inibição de escala de alta eficiência [6]; Inibidor de escala de composto multifuncional Inibidor de escala de composto multifuncional refere-se a um tipo de agente de tratamento de água que tem várias funções, como inibição de escala, inibição de corrosão, esterilização e dispersão por meio de composição química ou projeto de estrutura molecular. Sua composição central geralmente inclui corrosão imidazolina e inibidor de incrustação (MZ-P), que possui funções de inibição de corrosão, inibição de incrustação e esterilização. A equipe desenvolveu um inibidor de incrustação e corrosão sólida multifuncional (SPCI-1). O agente combina funções de inibição de corrosão, inibição de incrustação, desoxidação e esterilização. É formado por um processo de fusão usando inibidor de corrosão de imidazolina modificado (taxa de inibição de corrosão 86%), inibidor de incrustação de fosfina orgânica (taxa de inibição da escala CaCO3 93,3%, taxa de inibição da escala CaSO4 98,9%), bactericida 1227 e desoxidante de ácido ascórbico. O tamanho da partícula é de 4 ~ 8 mm e a densidade é de 1,20 ~ 1,50 g / cm3.

Mecanismo de inibição de escala

O inibidor da incrustação consegue o efeito de inibição da incrustação interferindo no processo de nucleação, crescimento ou deposição de cristais de incrustação. Seu mecanismo central inclui distorção da rede, quelação e dispersão.

1. Solubilização de quelação: O núcleo do mecanismo de quelação é regular o equilíbrio químico das reações de complexação iônica. Ligantes multidenteados como DTPA e EDTA combinam-se com íons formadores de escala como Ca2 + e Mg2 + em virtude de múltiplos sítios de coordenação para formar quelatos cíclicos termodinamicamente estáveis. Este processo reduz significativamente a concentração efetiva de íons de cálcio livres na fase líquida, forçando o produto de concentração iônica a permanecer abaixo do limiar do produto de solubilidade, inibindo assim o processo de nucleação cristalina.

2. Distorção da rede: A distorção da rede é uma mudança de nível molecular que ocorre durante o crescimento do cristal. A intervenção de inibidores de escala irá interferir com ele, causando mudanças na estrutura cristalina. Uma chave para a eficácia dos inibidores de escala é que eles podem ser firmemente adsorvidos em locais ativos de crescimento do cristal, como a superfície do núcleo do cristal e a borda da face do cristal. A distorção da rede se manifesta como a destruição do arranjo ordenado do cristal. Grupos polares, como grupos carboxila e ácido sulfônico, desempenham um papel importante na inibição da escala. Esses grupos polares formam ligações de coordenação com íons da superfície do cristal, como íons de cálcio e íons de bário, e são firmemente adsorvidos na superfície do cristal. A aparência original do cristal não existe mais, e a distribuição da energia da face do cristal é completamente interrompida, o que por sua vez faz com que o cristal cresça de maneira desordenada. O produto final se torna uma estrutura não densa com uma estrutura solta e poros por toda parte.

3. Dispersão: Os principais mecanismos de dispersão são repulsão eletrostática e impedimento estérico. O valor absoluto do potencial após a ionização de grupos carregados negativamente (como -SO3-) e a repulsão de dupla camada resultante é uma forma importante. Outra maneira é que polímeros como o ácido poliaspártico (PASP) e o ácido poliacrílico (PAA) adsorvem suas longas cadeias na superfície das partículas e criam impedimento estérico esticando os segmentos da cadeia, o que também pode impedir a agregação de partículas. A adsorção de cadeias de polímeros na superfície das partículas e o acúmulo de cargas negativas são muito importantes. A repulsão eletrostática e o impedimento estérico podem impedir que as partículas se atraiam.