СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ СМЕШАННОЙ НАКИПИ Российский патент 1998 года по МПК C02F5/10 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности, к способам растворения смешанной накипи, состоящей из силикатов, железистых соединений, органических веществ.

Известен способ удаления отложений сульфата кальция путем обработки раствором щелочи (авт. св. N 265003) сначала с концентрацией 35-40%, затем с концентрацией 10-20%, при температуре от -1 до +10^oC, при этом следует выдерживать четкий температурный режим, причем данным способом хорошо растворяются сульфаты кальция и очень сложно растворить силикаты.

Известен способ очистки поверхности теплопередачи от накипи путем обработки их кислотсодержащим агентом (авт. св. N 286617). В качестве кислотсодержащего агента применяют водный конденсат, образующийся при производстве синтетических жирных кислот окислением парафинов кислородом воздуха, но данным способом растворяется накипь, содержащая кальцевые и магниевые отложения и не растворяются силикатные отложения и окись кремния.

Известен способ удаления и предотвращения образования накипи путем обработки ее раствором смеси минеральных кислот - азотной и фосфорной (патент СССР N 317219 1384689/23-26 от 11.12.69), но при данном способе удаления накипи происходит значительная коррозия металла, способ трудоемкий, азотная кислота берется концентрированной, что связано с определенной степенью опасности, растворение происходит медленно и силикатные отложения при этом растворяются не до конца.

Наиболее близким способом удаления смешанной накипи, содержащей более 10% SiO₂ и более 10% органических соединений, является способ, включающий следующие стадии:
- предварительная кислотная промывка ингибированной 4% HCl при t до 70^oC;
- щелочение 2% NaOH при огневом обогреве и t до 200^oC со снижением давления;
- водная промывка до pH≤8;
- основная кислотная промывка 3,5-6%-ным раствором ингибированной HCl с прибавлением 0,5%-ного раствора уротропина, 1%-ного раствора фтористого натрия (NaF) и 0,2%-ного раствора дикарбоновых кислот;
- дренирование моющего раствора и водная промывка с добавкой в конце ее аммиака до pH 9-10, или щелочение 0,5%-ного раствора NaOH при t 90^oC, или щелочение 2% NaOH при t до 200^oC и огневом обогреве;
- дренирование щелочного раствора в бак;
- пассивация 0,5%-ным раствором метасиликата Na при t 60-80^oC 4-8 ч (Кострикин Ю.М. и др. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 108-109).

Данный способ удаления накипи путем ведения химической промывки трудоемкий: большое количество операций, требующих соблюдения определенного режима температуры, давления, использование дефицитных веществ (NaF, дикарбоновые кислоты), использование большого числа компонентов, растянутость во времени.

В водах Камского водозабора присутствует большое количество соединений кремниевой кислоты - H₂SiO₃. При давлении пара H₂SiO₃ растворяется в нем, причем с повышением давления эта способность увеличивается, и разлагается на воду и диоксид кремния SiO₂, который образует очень труднорастворимое соединение на стенках металла.

Соединения железа, находящиеся в воде в виде растворенных коллоидных взвесей, откладываются на поверхности нагрева и входят в состав накипи. В воде присутствует большое количество органических веществ - потери при прокаливании составляют 7-12%.

Состав накипи, %:
SiO₂ - 57-59
Fe₂O₃ - 24-30
CaO - 7-9
MgO - 5-7
п.п.п. - 7-12
Целью предлагаемого изобретения является наиболее полное растворение смешанной накипи раствором сульфаминовой кислоты, уменьшение числа операций при кислотной промывке, сокращение продолжительности промывки с 7 до 2 ч, отказ от высокотемпературного режима при промывке, удешевление состава.

Указанный результат достигается тем, что в 10%-ный раствор сульфаминовой кислоты в качестве ингибитора и поверхностно-активного вещества введены лигносульфонаты (ТУ 13-028-1036-15-90). Данным раствором осуществляется кислотная промывка без использования предварительной и основной кислотной промывки 4% соляной кислотой, щелочения и подогрева раствора до 95^oC.

Легко растворимы в кислотах карбонатные, карбонатно-железистые, фосфатные отложения; более труднорастворимые - сульфаты и оксиды кальция CaSO₄, CaO, MgO и очень труднорастворимы силикаты CaSiO₃, двуокись кремния SiO₂, магнетиты Fe₃O₄. Преобладающий анион в указанной накипи SiO-22

и двуокись кремния SiO₂ вместе с гематитом (Fe₃O₄) образуют плотные отложения состава CaSiO₃•5CaO•5SiO₂•H₂O, и SiO₂. Сульфаминовая кислота (pH 1,5 - 2) вызывает коррозию металла. Введенные в раствор сульфаминовой кислоты лигносульфонаты выступают в качестве ингибитора коррозии и поверхностно-активного вещества.

Основная формула лигносульфонатов

Присутствие в ней свободных валентностей и активных атомов, легко реагирующих с водой, которая адсорбирована поверхностью отложений, создают условия для образования связей, когда молекулы лигносульфонатов ориентируются гидрофильными группами в сторону отложений, гидрофобными - в сторону раствора. Такая ориентация связей приводит к гидрофилизации поверхности и улучшению ее смачиваемости раствором сульфаминовой кислоты. Сульфаминовая кислота в соединении с лигносульфонатами интенсивно разрушает отложения в результате активной реакции ее с накипью: очень активно выделяется водород и углекислый газ. Лигносульфонаты, адсорбирующиеся на поверхности раздела 2-х фаз (раствора и накипи), образуют на ней слой повышенной концентрации (адсорбционный слой), что приводит к резкому снижению поверхностного (межфазного) натяжения на поверхности раздела этих 2-х фаз, т.е. в результате адсорбции понижается поверхностное натяжеине, в результате чего лигносульфонаты уменьшают работу образования новых поверхностей, т.е. облегчают диспергирование отложений (механизм адсорбционного понижения прочности твердых тел (отложений) - эффект Ребиндера). Кроме того, лигносульфонаты выступают и как эмульгаторы, если накипь покрыта слоем маслянистых веществ: они облегчают проникновение кислоты к накипи, образуя насыщенный ориентированный адсорбционный слой; лигносульфонаты значительно снижают поверхностное натяжение раствора.

Таким образом, лигносульфонаты облегчают диспергирование, понижают прочность отложений, адсорбируясь на поверхности отложений, разрыхляют их.

В результате перечисленных реакций 10%-ный раствор сульфаминовой кислоты в соединении с лигносульфонатами смачивает накипь; происходит адсорбционное вытеснение; эмульгируются маслянистые отложения; происходит диспергирование частиц отложений.

Пример конкретного выполнения. Готовится 10%-ный раствор сульфаминовой кислоты, для чего порошок сульфаминовой кислоты растворяется в воде при t 40-50^oC при помешивании, вводятся сухие лигносульфонаты, раствор не подогревается. Затем раствор по замкнутой системе из бака насосом закачивается в водогрейные трубы (бойлер), откуда попадает снова в бак. В течение 2 ч вся накипь растворяется. В зависимости от толщины накипи при большом насыщении раствора солями отложений (проверяется индикаторной лакмусовой бумажкой) раствор кислоты сливается, готовится новый.

Способ предназначен для растворения смешанной накипи. Накипь, содержащую 57 - 59% двуокиси кремния, 24 - 30% окиси железа и 7 - 12% органических веществ, обрабатывают составом, полученным добавлением к 10% -ному раствору сульфаминовой кислоты сухих лигносульфонатов. Предложенный способ позволяет повысить растворимость накипи при сокращении продолжительности процесса.

Способ растворения смешанной накипи путем обработки ее сульфаминовой кислотой, отличающийся тем, что накипь, содержащую 57 - 59% двуокиси кремния, 24 - 30% окиси железа и 7 - 12% органических веществ, обрабатывают составом, полученным добавлением к 10%-ному раствору сульфаминовой кислоты сухих лигносульфонатов.