УСТОЙЧИВЫЕ К РАЗРУШЕНИЮ ИНГИБИТОРЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2019 года по МПК C07F7/06 C08F30/08 C23F14/02 C01F7/06 C02F5/12 

Предпосылки изобретения

[0001] Область изобретения. Настоящее изобретение относится к способам предотвращения или снижения образования отложений, содержащих алюмосиликаты, в технологическом потоке при извлечении глинозема.

[0002] Описание предшествующего уровня техники. Существует два способа добычи глинозема из исходной бокситовой руды, или боксита, а именно, способ Байера и способ спекания. Настоящий способ включает комбинации этих двух способов, а также модификации каждого способа.

[0003] Способ Байера представляет собой промышленный способ, используемый для получения глинозема из исходной бокситовой руды или боксита. Боксит в основном состоит из оксида алюминия (Al₂O₃), который принято называть глиноземом, а также оксида железа и других примесей, более известных как "красный шлам" благодаря красному цвету, обусловленному присутствием оксида железа. Эти дополнительные примеси, присутствующие в незначительных количествах в руде, включают кремнезем, алюмосиликатные минералы и органические материалы.

[0004] В способе Байера измельченную исходную бокситовую руду сначала нагревают или выщелачивают при помощи сильнощелочного раствора, называемого варочным раствором. Варочный раствор, как правило, включает щелочной раствор гидроксида натрия (NaOH) совместно с отработанным раствором, полученным в результате процесса осаждения глинозема. Этот процесс растворения выполняют при высоких температурах для полного растворения всех алюминийсодержащих минералов, особенно тригидрата оксида алюминия (гиббсита) и моногидрата оксида алюминия (бомита и/или диаспора), при этом образуется пересыщенный раствор алюмината натрия (Al(OH)₄^-+Na⁺) или "насыщенный раствор". Оксиды железа красного шлама сохраняются нерастворенными в таком варочном растворе и их необходимо удалять до выделения очищенного глинозема.

[0005] Как упоминалось выше, бокситовые руды, используемые в способе Байера, также содержат примесные минералы, содержащие кремнезем в различных формах и количествах, в зависимости от источника боксита. Щелочной раствор, используемый для растворения минералов алюминия, также растворяет часть или все из кремнеземного содержимого боксита, особенно, кремнезема, присутствующего в форме алюмосиликатных глин. Полученные в результате концентрации растворенных солей в варочном растворе являются очень высокими, при этом концентрации гидроксида натрия обычно составляют 150 грамм/литр ('г/л') или больше и растворенного глинозема обычно составляют 120 г/л или больше. Некоторые из силикатных минералов быстро растворяются на стадии выщелачивания с образованием растворов, которые являются пересыщенными кремнеземом. По меньшей мере часть этого растворенного кремнезема затем реагирует с алюминатом натрия (Al(OH)₄^-), присутствующим в растворе, с образованием нерастворимых комплексных гидратированных алюмосиликатов натрия, как правило, обозначаемых как продукты обескремнивания или "DSP".

[0006] Эти комплексные нерастворимые гидратированные алюмосиликаты натрия или DSP, образованные в процессе выщелачивания, необходимо удалить из варочного раствора вместе с твердыми веществами красного шлама до выделения очищенного глиноземного продукта на стадиях осаждения и отжига. Удаление красного шлама из варочного или насыщенного раствора, как правило, осуществляют при помощи одной или нескольких стадий разделения на твердые и жидкие вещества, включающих осаждение и/или фильтрацию или другие методики разделения твердых и жидких веществ, чаще всего при помощи флокулянта. Часто фактически все из твердых веществ удаляют из варочного раствора; однако в некоторых случаях незначительные количества твердых веществ могут не отделяться от раствора. Некоторую часть кремнезема, которая сохраняется растворенной в насыщенном растворе, можно в более позднее время в этом способе после удаления твердых веществ объединять с ионами алюминатов с образованием нерастворимых комплексных алюмосиликатных минералов, таких как содалит и канкринит, которые впоследствии имеют тенденцию к выпадению в осадок на поверхностях оборудования для способа Байера в виде минеральных осаждений.

[0007] После разделения или фильтрации очищенный насыщенный раствор затем охлаждают и вносят в него затравку тригидрата оксида алюминия для осаждения части растворенного глинозема в форме тригидрата оксида алюминия (Al(OH)₃), который перед отжигом затем выделяют при помощи осаждения и/или фильтрации. После стадии осаждения глинозема оставшийся раствор с низким содержанием твердых веществ (также называемый "отработанным раствором") повторно нагревают и возвращают на стадию выщелачивания. Этот процесс нагревания отработанного раствора с низким содержанием твердых веществ перед его добавлением к бокситовой руде на стадии выщелачивания обозначают в промышленности как "двустадийный технологический процесс". Поскольку отработанный раствор все еще содержит растворенные анионы алюминатов и силикатов, дальнейшая обработка этого раствора, особенно нагревание, часто вызывает выпадение в осадок алюмосиликатных отложений на поверхности оборудования для способа Байера, такого как теплообменники. Этот процесс образования отложений представляет значительную проблему для промышленности, поскольку он может загрязнять оборудование и негативно влиять на эффективность производства.

[0008] На производствах, на которых используют "одностадийный технологический процесс", только что полученный боксит перед прохождением через теплообменники в процессе выщелачивания смешивают с отработанным раствором. В связи с этим в одностадийных технологических процессах раствор, который подвергается воздействию поверхностей теплообменников, также содержит твердые вещества красного шлама, образованные из только что загруженного боксита. Таким образом, в одностадийных технологических процессах технологический поток в способе Байера, который подвержен образованию в нем отложений, загрязняется значительными количествами нерастворенных твердых веществ красного шлама (например, значительно более высоким содержанием твердых веществ), который существенно снижает эффективность способов ингибирования образования отложений предшествующего уровня техники, таких как двустадийный технологический процесс, описанный выше. Количество нерастворенных твердых веществ красного шлама, присутствующего в растворе теплообменника на производстве с одностадийным технологическим процессом может составлять до 30-150 г/л или больше, по сравнению с 10 мг/л или меньше при двустадийном технологическом процессе с низким содержанием твердых веществ. Таким образом, существует потребность в улучшенных способах ингибирования образования отложений на поверхности оборудования для способа Байера на производствах с одностадийным технологическим процессом.

[0009] В теплообменниках, используемых для повторного нагревания отработанного раствора, высокие температуры повышают скорость осаждения алюмосиликатов. В результате алюмосиликаты образуют отложения на внутренних стенках теплообменников и другом сопряженном технологическом оборудовании. Отложения обычно находятся в форме содалита или канкринита, но могут образовываться отложения других алюмосиликатов. Эти отложения обычно характеризуются низкой теплопроводностью по сравнению с таковой стальных стенок, приводя в результате к значительному снижению теплопередачи по мере образования отложений. Снижение теплопередачи, вызванной отложением алюмосиликатов, может быть настолько существенным, что теплообменные блоки приходится выводить из эксплуатации и часто очищать, каждые одну-две недели. Помимо очевидных затрат на эксплуатационные расходы и труд, необходимых для очистки отложений с поверхности теплообменников, влияние отложений на оборудование также может наблюдаться в повышенном потреблении энергии, сниженных потоках раствора, сниженной производительности, сниженном испарении и даже сниженной производительности.

[0010] Как описано выше, при двустадийном технологическом процессе отработанный раствор повторно нагревают в теплообменниках перед приведением его в контакт с только что полученным бокситом. Поэтому отработанный раствор на производстве с использованием двустадийного технологического процесса не содержит больших количеств (например, >10 мг/л) нерастворимых твердых веществ, таких как твердые вещества красного шлама, которые могут отрицательно влиять на производительность ингибиторов образования отложений. Однако на производствах с использованием одностадийного технологического процесса (также как и на некоторых производствах с использованием двустадийного технологического процесса, особенно тех, которые используют песочные фильтры) содержание твердых веществ красного шлама может достигать высоких значений (например, до 50-150 мг/л), что отрицательно влияет на производительность ингибиторов образования отложений. Таким образом, существует также потребность в улучшенных способах ингибирования образования отложений на поверхности оборудования для способа Байера на производствах с двустадийным технологическим процессом, где отработанный раствор содержит нерастворенные твердые вещества, в частности, более высокие концентрации нерастворенных твердых веществ.

[0011] Способ спекания является альтернативным или вспомогательным по отношению к способу Байера и широко используется для обработки бокситов с высоким содержанием кремнезема. При способе спекания боксит (или "красный шлам") отжигают при 1200°C с содой и/или известью перед выщелачиванием раствором NaOH, при этом образуется раствор алюмината натрия (также часто называемый как "пересыщенный зеленый щелок") и нерастворимый "спекательный шлам".

[0012] В данной области техники известны способы объемного введения (in situ) при использовании ингибиторов образования отложений, содержащих -Si(OR)_n-группы, при извлечении глинозема, где n=1, 2 или 3. Такие способы in situ включают введение ингибиторов образования отложений на основе "малых молекул", содержащих -Si(OR)_n-группы, в процессе извлечения глинозема.

[0013] В дополнение к введению ингибиторов образования отложений, содержащих -Si(OR)_n-группы, другие методики включали прямое добавление (объемное дозирование) метил- и этилсиликонатов к раствору, используемому в процессе извлечения глинозема, а также ряда других соединений, таких как аммоний, ароматический амин, аминосоединения, полимерные соединения четвертичного аммония, полимеры полиаминов, сополимеры акриловой кислоты и акриламида и полиакриламиды. Также известно объемное введение частиц кремнезема и введение водорастворимых полимеров с группами карбоновой кислоты в раствор для способа Байера.

[0014] Помимо объемного введения, другие способы снижения алюмосиликатных отложений в процессе извлечения глинозема включают способ приведения в контакт по меньшей мере части одной поверхности с по меньшей мере одним фрагментом оборудования, используемого в процессе извлечения глинозема, с композицией, ингибирующей образование отложений, в отсутствие любого раствора, при этом ингибитор образования отложений представляет собой ингибитор образования отложений на основе "малых молекул", содержащий -Si(OR)_n-группы.

[0015] В другом способе описывается предварительная обработка поверхностей оборудования, используемого в процессе извлечения глинозема, термореактивными эпоксидными/уретановыми смолами для ингибирования образования отложений. Этот способ нанесения покрытия предусматривает реакцию затвердевания, которая является и трудоемкой и продолжительной, а также требует использования толстого слоя смолы, который может нарушать теплопередачу.

[0016] В отношении одностадийного технологического процесса в публикации Spitzer et al., MAX HT Sodalite scale inhibitor: Plant experience and impact on the process, Light Metals (2008), pp. 57-62 описана проблема неэффективности ингибирования образования отложений на производствах с одностадийным технологическим процессом.

[0017] В заявке на патент США № 61/920542 описана предварительная обработка оборудования для процесса извлечения глинозема кремнийсодержащими композициями, ингибирующими образование отложений, в том числе ингибиторов на основе полиэтиленимина (PEI), где силановые и гидрофобные группы соединены с каркасом PEI при помощи β-гидроксиэфирных линкеров. В блоках нагревания и выщелачивания глинозема как одностадийного технологического процесса, так и двустадийного технологического процесса температуры технологического процесса могут находиться в диапазоне от приблизительно 100°C до приблизительно 265°C. В данном исследовании было описано, что β-гидроксиэфирные линкеры при таких высоких температурах подвергаются разрушению в технологическом растворе.

[0018] Ни один из этих способов предшествующего уровня техники полностью не решает проблему обработки технологических потоков для извлечения глинозема экономно. Кроме того, в литературе не уделяется внимание проблеме образования отложений в одностадийных технологических процессах. Также существует потребность в устойчивых к разрушению композициях, пригодных для снижения или устранения образования отложений в процессах извлечения глинозема при высоких температурах, в том числе в одностадийных технологических процессах способа Байера и двустадийных технологических процессах способа Байера, а также способе спекания. Таким образом, существует потребность в улучшенных способах снижения или устранения образования отложений в процессах извлечения глинозема как для одностадийных, так и для двустадийных технологических процессов.

Краткое описание изобретения

[0019] Настоящее изобретение предусматривает способ снижения отложений, содержащих алюмосиликаты, в процессе извлечения глинозема. Этот способ предусматривает выявление поверхности оборудования в процессе извлечения глинозема, которая подвержена образованию на ней отложений во время процесса извлечения глинозема. Поверхность этого технологического оборудования затем приводят в контакт с композицией, ингибирующей образование отложений, в некотором количестве, эффективном для получения обработанной поверхности, которая более устойчива к образованию на ней отложений при последующем контакте с технологическим потоком для извлечения глинозема, чем сопоставимая в других отношениях необработанная поверхность. Предварительно обработанную поверхность оборудования затем приводят в контакт с технологическим потоком при извлечении глинозема. Суспендированные твердые вещества в технологическом потоке при извлечении глинозема могут присутствовать в некотором количестве от приблизительно 0,01% до приблизительно 60% по весу, исходя из суммарного веса технологического потока при извлечении глинозема.

[0020] В отличие от способов предыдущего уровня техники контроля отложений "in situ", в данном исследовании было обнаружено, что с целью контроля образования отложений на поверхности технологического оборудования необязательно добавлять кремнийсодержащее соединение, содержащее одну или несколько -Si(OR)_n-групп, к технологическому потоку в способе Байера, если поверхность стального оборудования сначала предварительно обрабатывают раствором кремнийсодержащего соединения в растворе, имеющем особые характеристики, перед воздействием на него технологического потока в способе Байера. Неожиданно было обнаружено, что состав раствора играет значительную роль в контроле образования отложений. Также было обнаружено, что раствор должен содержать минимальный уровень растворенных солей с целью ингибирования образования отложений.

[0021] Композиция, ингибирующая образование отложений, представляет собой раствор, содержащий водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей, содержащий по меньшей мере приблизительно 0,004% всех растворенных солей (TDS) и кремнийсодержащее устойчивое к разрушение соединение, содержащее одну или несколько -Si(OR)_n-групп, где n представляет собой целое число от 1 до 3. R может представлять собой H, необязательно замещенный C₁-C₂₀алкил, необязательно замещенный C₆-C₁₂ арил, необязательно замещенный C₇-C₂₀аралкил, необязательно замещенный C₂-C₂₀алкенил, ион металла I группы, ион металла II группы или NR¹₄; при этом каждый R¹ независимо выбран из H, необязательно замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₆-C₁₂арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила и необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила. Такой водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей предпочтительно содержит приблизительно 0,004% или больше, более предпочтительно 0,1% или больше, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1,0%, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 2,0%, еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 5,0% и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10,0% веса всех растворенных солей ('TDS'). Кроме того, кремнийсодержащее соединение устойчиво к разрушению в технологических потоках при извлечении глинозема при температурах технологического процесса от приблизительно 100°C до приблизительно 265°C.

[0022] Эти и другие варианты осуществления подробно описаны ниже.

Краткое описание графических материалов

[0023] На фиг. 1 представлен анализ хроматографии и масс-спектрометрии кремнийсодержащего соединения, содержащего β-гидроксиэфирные линкеры, которое представляет собой полимерный продукт реакции № 7, раскрытый в табл. 9 в начале раздела 18 патента США № 7999065.

Подробное описание изобретения

[0024] Термин "раствор для способа Байера" и аналогичные термины используются в данном документе в соответствии с их обычным значением, понимаемым специалистами в данной области техники в отношении способа Байера. Таким образом, раствор для способа Байера относится к растворам с различным содержанием глинозема, присутствующим в способе Байера.

[0025] Термин "отработанный раствор для способа Байера" или "отработанный раствор" и аналогичные термины используются в данном документе в соответствии с их обычным значением, понимаемым специалистами в данной области техники, и, таким образом, включают потоки растворов для способа Байера, которые остаются после того, как растворимый глинозем частично или полностью осаждается в виде твердого тригидрата оксида алюминия из раствора. После растворения глинозема из боксита и удаления нерастворимых отходов из технологического потока растворимый глинозем осаждают в виде твердого тригидрата оксида алюминия, а оставшийся щелочной раствор или отработанный раствор затем обычно повторно возвращают на более ранние стадии в процессе и используют для обработки только что полученного боксита. Отработанный раствор часто характеризуется низким соотношением концентрации глинозема к концентрации щелочи в растворе.

[0026] Термин "насыщенный раствор для способа Байера" и аналогичные термины используются в данном документе в соответствии с их обычным значением, понимаемым специалистами в данной области техники, и, таким образом, включают раствор для способа Байера после выщелачивания и до осаждения. Отработанный раствор обычно характеризуется высоким соотношением концентрации глинозема к концентрации щелочи в растворе.

[0027] Термин "упаренный раствор для способа Байера" и аналогичные термины используются в данном документе в соответствии с их обычным значением, понимаемым специалистами в данной области техники, и, таким образом, включают отработанный раствор, который был упарен до более высокой концентрации щелочи.

[0028] Термин "синтетический раствор для способа Байера" или SBL относится к раствору, используемому для лабораторных экспериментов, имеющему состав в отношении кремнезема, соды и щелочи, который типичен для раствора для способа Байера.

[0029] Термин "раствор", используемый в данном документе, относится к водному раствору одной или нескольких водорастворимых солей, содержащему по меньшей мере 0,004% веса всех растворимых солей (TDS).

[0030] Термин "амин", используемый в данном документе, относится к молекуле, содержащей один или несколько атомов азота и содержащей по меньшей мере одну группу вторичного амина или первичного амина. Амины включают моноамины, такие как метиламин, этиламин, октиламин, додециламин, и полиамины, определенные в данном документе ниже.

[0031] Термин "полиамин" и аналогичные термины используются в данном документе в соответствии с их обычным значением, понимаемым специалистами в данной области техники, и, таким образом, включают соединения, содержащие по меньшей мере два элементарных звена амина. Этот термин включает простые диамины, триамины, тетраамины, пентаамины и гексаамины, а также молекулы с более высоким молекулярным весом, такие как полиэтиленимин, которые могут характеризоваться молекулярным весом, составляющим несколько тысяч, или десятков тысяч, или даже выше. Например, полиамин может включать элементарное звено формулы -((CH₂)_r-NR^a_n)-, где r представляет собой целое число в диапазоне от 1 до приблизительно 20 и каждый R^a_n независимо представляет собой H, необязательно замещенный C₁-C₂₀алкил, необязательно замещенный C₆-C₁₂арил, необязательно замещенный C₇-C₂₀аралкил или необязательно замещенный C₂-C₂₀алкенил. n представляет собой целое число от 1 до 3. Полиамин может содержать фрагмент (NR^b₂)-J^a-(NR^b₂), где J^a представляет собой необязательно замещенный углеводородный фрагмент, содержащий от приблизительно 2 до приблизительно 40 атомов углерода; и каждый R^b независимо представляет собой H, необязательно замещенный C_1-8алкил или необязательно замещенный C_6-10арил. В соответствии с одним вариантом осуществления углеводородный фрагмент J^a представляет собой необязательно замещенный C₂-C₂₀алкил, необязательно замещенную C₂-C₂₀алкенильную группу или необязательно замещенный C₆-C₂₀ арил. В одном варианте осуществления полиамин представляет собой алифатический C₆-C₂₀диамин. Примеры других подходящих полиаминов включают полиэтиленимин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, пентаэтиленгексамин, 1,2-диаминоэтан, 1,3-диаминопропан, диаминобутаны, такие как 1,4-диаминобутан, диаминопентаны, такие как 1,5-диаминопентан, диаминогексаны, такие как 1,5-диаминогексан, 2-метил-4,4-диметил-1,6-гександиамин, 2,2,4-триметил-1,6-гександиамин, 1,8-диаминооктан, диаминоизофорон, аминоанилин и аминометилбензиламин, а также продукты реакции моноаминов (например, аммиак, метиламин или диметиламин) с эпихлоргидрином, бисэпоксидами или этилендихлоридом.

[0032] Термин "полимер" и аналогичные термины используются в данном документе в соответствии с их обычным значением, понимаемым специалистами в данной области техники, и, таким образом, включают химические соединения, образованные при помощи объединения небольших молекул, известных как мономеры, в ковалентно связанную цепь или сеть. Эти полимеры могут содержать повторяющиеся структурные элементарные звенья, при этом каждое из них содержит два или более атомов. Многие полимеры характеризуются высоким молекулярным весом, составляющим приблизительно 500 или больше, в то же время некоторые полимеры могут характеризоваться молекулярным весом менее 500. Молекулярный вес представляет собой средневесовой молекулярный вес, определенный при помощи эксклюзионной хроматографии высокого давления (также упоминаемой как гель-проникающая хроматография) с использованием детекции рассеяния света, если не указано иное. Термин "полимер" включает олигомеры, сополимеры и гомополимеры.

[0033] Термины "углеводород" и "углеводородный" представляют собой общие термины, которые используются в данном документе в их обычном значении, понимаемом специалистами в данной области техники, и, таким образом, включают органические соединения или радикалы, состоящие исключительно из элементов, представляющих собой углерод и водород. Эти фрагменты включают алкильные, алкиленовые, алкенильные, алкинильные и арильные фрагменты. Эти фрагменты также включают алкильные, алкенильные, алкинильные и арильные фрагменты, замещенные другими алифатическими или циклическими углеводородными группами, такими как алкарил, алкенарил и алкинарил. Если не указано иное, эти фрагменты предпочтительно содержат от 1 до 40 атомов углерода. Углеводородные радикалы могут быть замещены различными группами, которые не состоят исключительно из элементов, представляющих собой углерод и водород, и, таким образом, замещенный углеводородный радикал может содержать один или несколько гетероатомов, таких как атом кислорода и/или азота.

[0034] Термин "замещенный" в случае, если ему предшествует или не предшествует термин "необязательно", представляет собой общий термин, который используется в данном документе в своем обычном значении, понимаемом специалистами в данной области техники. Таким образом, термин "замещенный" включает замещение одного или нескольких водородных радикалов в приведенной структуре одним или несколькими группами заместителей, которые могут представлять собой любые допустимые органические заместители определенной структуры. Примеры заместителей, которые могут быть допустимыми для приведенной структуры, включают гидрокси; C_1-10алкил; C_1-10алкенил; аллил; галоген; C_1-10галогеналкил; C_1-10алкокси; гидроксиC_1-10алкил; карбокси; C_1-10карбоалкоси (также называемый алкоксикарбонил); C_1-10карбоксиалкокси; C_1-10карбоксамидо (также называемый алкиламинокарбонил); циано; формил; C_1-10ацил; нитро; амино; C_1-10алкиламино; C_1-10диалкиламино; анилино; меркапто; C_1-10алкилтио; сульфоксид; сульфон; C_1-10ациламино; амидино; фенил; бензил; гетероарил; гетероцикл; фенокси; бензоил; бензоил, замещенный амино, гидрокси, метокси, метил или галогеном; бензилокси или гетероарилокси. Если замещенная группа содержит алкильный сегмент, то два атома водорода при одном и том же атоме углерода могут быть замещены одним заместителем, связанным двойной связью с атомом углерода (например, оксо (=O)).

[0035] Термин "алкиламин" означает группу, в которой атомы водорода аммиака замещены алкильными группами.

[0036] Термин "продукт реакции" используется в данном документе для обозначения композиции, полученной в результате реакции двух или более реагентов

[0037] Термины "алкилокси" и "алкокси", используемые в данном документе, относятся к структуре OX^a, где X^a представляет собой углеводород и O представляет собой кислород. Термин "моноалкилокси" означает, что к атому кремния присоединена одна группа алкилокси. Термин "диалкилокси" означает, что к атому кремния присоединены две группы алкилокси. Термин "триалкилокси" означает, что к атому кремния присоединены три группы алкилокси.

[0038] Термин "алкилен" означает ненасыщенный алифатический углеводород с одной или несколькими углерод-углеродными двойными связями.

Способы снижения образования отложений, содержащих алюмосиликаты

[0039] В данном исследовании было обнаружено, что при обработке поверхности части оборудования для способа Байера, композицией, ингибирующей образование отложений, до приведения этой поверхности в контакт с технологическим потоком в способе Байера, ингибирования образования отложений можно достичь при более экономных дозах. Несмотря на то, что этот способ ингибирования образования отложений можно использовать вместе с другими известными способами, в отличие от других способов, которые включают непосредственное добавление или введение средств, ингибирующих образование отложений, в технологический поток в способе Байера (т. е., способы "in situ"), минимальная доза ингибитора образования отложений, необходимая для предотвращения образования отложений на поверхностях технологического оборудования, в настоящем способе значительно снижена. Этот способ обработки поверхности оборудования композицией, ингибирующей образование отложений, до воздействия или приведения в контакт с технологическим потоком в способе Байера особенно пригоден на производствах с одностадийным процессом, где раствор содержит высокие уровни суспендированных твердых веществ красного шлама до прохождения через теплообменник, а также на производствах с двустадийным процессом, где технологический поток способа Байера может представлять собой раствор для способа Байера, загрязненный твердыми веществами, такими как твердые вещества красного шлама.

[0040] Способ снижения образования отложений, содержащих алюмосиликаты, в способе Байера может включать выявление или выбор поверхности оборудования для способа Байера, которая подвержена образованию на ней отложений во время осуществления способа Байера. Выбранная поверхность оборудования для способа Байера, затем приводят в контакт с композицией, ингибирующей образование отложений, в некотором количестве, которое эффективно для получения обработанной поверхности, которая более устойчива к образованию на ней отложений при последующем контакте с технологическим потоком в способе Байера, чем сопоставимая в других отношениях необработанная поверхность. Обработанную поверхность затем приводят в контакт с технологическим потоком в способе Байера.

[0041] В способах согласно настоящему изобретению технологический поток в способе Байера может включать количество суспендированного твердого вещества в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 60% по весу, исходя из суммарного веса технологического потока в способе Байера.

[0042] Различные части поверхности оборудования для способа Байера могут быть подвержены образованию на них отложений. Например, отложения могут образовываться на поверхности соединительных трубок, сосудов, теплообменников, клапанов, насосов и другого оборудования для способа Байера. Поверхность может быть выполнена из различных материалов. В некоторых вариантах осуществления поверхность может представлять собой нержавеющую сталь. В других вариантах осуществления поверхность может представлять собой углеродистую сталь.

[0043] Приведение в контакт выявленной поверхности оборудования для способа Байера с композицией, ингибирующей образование отложений, можно выполнять при помощи различных способов. В некоторых вариантах осуществления композиция, ингибирующая образование отложений, может проходить через выявленную поверхность в способе Байера и контактировать с ней при перемешивании. В других вариантах осуществления способы приведения в контакт могут включать повторное прохождение композиции, ингибирующей образование отложений, через оборудование для способа Байера. Другие способы приведения в контакт с поверхностью включают без ограничений обработку кистью, вымачивание и/или погружение выявленной поверхности в определенную композицию, ингибирующую образование отложений.

[0044] Когда поверхность оборудования для способа Байера приводят в контакт с композицией, ингибирующей образование отложений, во время периода обработки необходимо обеспечить перемешивание или перетекание композиции, ингибирующей образование отложений.

[0045] Поверхность оборудования для способа Байера можно обработать композицией, ингибирующей образование отложений, один или несколько раз до воздействия на нее технологического потока в способе Байера. Например, композиция, ингибирующая образование отложений, может быть приведена в контакт с поверхностью оборудования для способа Байера один или несколько раз или поверхность оборудования для способа Байера может быть обработана композицией, ингибирующей образование отложений, при помощи кисти один или несколько раз.

[0046] При использовании композиции, ингибирующей образование отложений, для обработки поверхности оборудования для способа Байера время обработки может варьировать от приблизительно 1 минуты до приблизительно 24 часов. В некоторых вариантах осуществления время обработки может варьировать от приблизительно 4 часов до приблизительно 6 часов. В некоторых вариантах осуществления время обработки может варьировать от приблизительно 0,5 часов до приблизительно 4 часов.

[0047] Обработку выявленной поверхности оборудования для способа Байера композицией, ингибирующей образование отложений, можно выполнять при различных температурах в зависимости от типа и количества композиции, ингибирующей образование отложений, структуры кремнийсодержащего соединения и времени обработки. В некоторых вариантах осуществления стадию обработки можно выполнять при комнатной температуре; в других - при повышенной температуре. В некоторых вариантах осуществления стадию обработки можно выполнять при температуре от приблизительно 20°C до приблизительно 200°C. В некоторых вариантах осуществления стадию обработки можно выполнять при температуре от приблизительно 50°C до приблизительно 150°C. В некоторых вариантах осуществления стадию обработки можно выполнять при температуре от приблизительно 70°C до приблизительно 125°C. В некоторых вариантах осуществления стадию обработки можно выполнять при температуре от приблизительно 90°C до приблизительно 105°C. В некоторых вариантах осуществления стадию обработки можно выполнять при приблизительно 100°C или меньше. Специалистам в данной области будет понятно, что в зависимости от температуры кипения композиции, ингибирующей образование отложений, температура обработки выше приблизительно 100°C, как правило, предусматривает создание давления в оборудовании для способа Байера (например, как представлено в примерах ниже). Обрабатываемую поверхность затем можно приводить в контакт с технологическим потоком в способе Байера с ополаскиванием или без него и/или сушкой.

[0048] Поверхность оборудования для способа Байера можно очистить до воздействия на нее композиции, ингибирующей образование отложений. В некоторых вариантах осуществления поверхность оборудования для способа Байера можно зачистить, обработать щеткой или очистить кислотой для удаления любых минеральных отложений, которые ранее могли быть осаждены на поверхности, до воздействия на нее композиции, ингибирующей образование отложений.

Композиции, ингибирующие образование отложений

[0049] Можно использовать различные композиции, ингибирующие образование отложений, как описано в данном документе. Например, в одном варианте осуществления композиция, ингибирующая образование отложений, может содержать водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей и кремнийсодержащее устойчивое к разрушению соединение, содержащее одну или несколько -Si(OR)_n-групп, где n представляет собой целое число от 1 до 3. R представляет собой H, необязательно замещенный C₁-C₂₀алкил, необязательно замещенный C₆-C₁₂арил, необязательно замещенный C₇-C₂₀аралкил, необязательно замещенный C₂-C₂₀алкенил, ион металла I группы, ион металла II группы или NR¹₄; при этом каждый R¹ независимо выбран из H, необязательно замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₆-C₁₂арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила и необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила. В некоторых вариантах осуществления n равняется 3.

[0050] Водный раствор водорастворимых солей предпочтительно содержит достаточное количество всех растворенных солей ('TDS') для повышения ионной силы композиции, ингибирующей образование отложений. Водный раствор водорастворимых солей может содержать приблизительно 0,004% или больше, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 0,1%, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1,0%, еще более предпочтительно по меньшей мере 2,0%, еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 5,0% и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10,0% веса всех растворенных солей ('TDS').

[0051] Концентрация водорастворимых солей или ионная сила водного раствора может варьировать в зависимости от типа композиции, ингибирующей образование отложений, структуры используемого кремнийсодержащего соединения и технологического потока в способе Байера, но, как правило, больше, чем таковая чистой или деионизированной воды.

[0052] Растворенные соли включают соли минеральных и органических кислот и основные соединения. Соли предпочтительно характеризуются достаточной растворимостью в воде для того, чтобы повысить ионную силу водного раствора. Соли могут включать один или несколько катионов и один или несколько анионов. Примеры подходящих катионов включают литий, натрий, калий, магний, кальций и алюминий. Натрий является предпочтительным. Примеры анионов включают фторид, хлорид, бромид, ацетат, алюминат, силикат, сульфат, нитрат, фосфат, борат, бромат, карбонат, гидроксид и бикарбонат. Предпочтительные соли содержат ионы, обычно встречающиеся в растворах для способа Байера, такие как натрий, кальций, гидроксид, алюминат, сульфат и карбонат.

[0053] В некоторых вариантах осуществления водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей может представлять собой раствор для способа Байера. Более конкретно в некоторых вариантах осуществления водный раствор водорастворимых солей представляет собой отработанный раствор для способа Байера. В других вариантах осуществления водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей представляет собой упаренный раствор для способа Байера. В других вариантах осуществления водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей представляет собой насыщенный раствор для способа Байера.

[0054] Значение pH водного раствора может варьировать в зависимости от ионов в растворе и структуры кремнийсодержащего устойчивого к разрушению соединения, используемого в композиции, ингибирующей образование отложений. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может находиться в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 14 или более. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может находиться в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 14. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может находиться в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 14. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может находиться в диапазоне от приблизительно 12 до приблизительно 14. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может равняться 7 или выше. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может равняться 12 или выше. В некоторых вариантах осуществления значение pH водного раствора может равняться таковому для жидкости для способа Байера (т. е., приблизительно 13,5 или выше).

[0055] Также в некоторых вариантах осуществления согласно настоящему изобретению никаких дополнительных солей, -более или выше необходимых для регулирования значения pH, -не требуется в растворе для обработки. Например, водный раствор NaOH можно использовать в качестве раствора для обработки без добавления других, отличных солей. Если дополнительные соли не присутствуют, то значение pH предпочтительно составляет приблизительно 10,5 или больше, более предпочтительно приблизительно 11,0 или больше. Если дополнительные соли присутствуют, то для эффективных результатов значение pH можно оптимизировать в более широком диапазоне. Если дополнительные соли присутствуют, то предпочтительным является значение щелочного показателя pH таковых более 7.

[0056] Количество кремнийсодержащего устойчивого к разрушению соединения в композиции, ингибирующей образование отложений, может варьировать в зависимости от типа используемого кремнийсодержащего устойчивого к разрушению соединения, ионной силы и/или pH раствора в композиции, ингибирующей образование отложений, и/или соотношения объема композиции, ингибирующей образование отложений, к площади поверхности оборудования для способа Байера. В некоторых вариантах осуществления количество кремнийсодержащего устойчивого к разрушению соединения, присутствующего в композиции, ингибирующей образование отложений, находится в диапазоне от приблизительно 10 миллиграмм/литр (мг/л) до приблизительно 2000 мг/л, при этом предпочтительный диапазон составляет от приблизительно 250 до приблизительно 1000 мг/л. В некоторых вариантах осуществления количество кремнийсодержащего устойчивого к разрушению соединения в композиции, ингибирующей образование отложений, находится в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 25% по весу, исходя из суммарного веса композиции, ингибирующей образование отложений.

Кремнийсодержащее устойчивое к разрушению соединение

[0057] В способах, описанных в данном документе, можно использовать различные кремнийсодержащие устойчивые к разрушению соединения, содержащие одну или несколько -Si(OR)_n-групп (где n представляет собой целое число от 1 до 3). Функционализированные силаном ингибиторы образования отложений на основе полиаминов включают ингибиторы образования отложений на основе полиэтиленимина (PEI) и другие соединения, содержащие большое количество аминогрупп, связанных с углеводородными цепями, например, соединения на основе этилендиамина. Распространенный, часто приводимый в качестве примера способ функционализации таких ингибиторов на основе полиаминов представляет собой реакцию полиамина с глицидиловым эфиром, связанным с силановой группой (показано на примере соединения I ниже) таким образом, чтобы обеспечить силановую функционализацию, и необязательно также реакцию полиамина с глицидиловым эфиром, связанным с гидрофобной группой (показано на примере соединения II ниже):

В вышеуказанном силановом соединении I и гидрофобном соединении II каждый из Z¹ и Z³ независимо представляет собой углеводородную группу с числом атомов углерода в диапазоне от 1 до 20 атомов углерода. Z² выбран из H, необязательно замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₁-C₆арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила, необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила, иона металла I группы, иона металла II группы и NR¹₄; при этом каждый R¹ независимо выбран из H, необязательно замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₆-C₁₂арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила и необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила.

[0058] Вышеупомянутый способ функционализации с помощью соединений глицидилового эфира приводит в результате к образованию β-гидроксиэфирных линкеров в ингибиторе, как показано ниже:

В вышеупомянутых линкерах каждый из A¹ и A² независимо представляет собой углеводородную группу с числом атомов углерода в диапазоне от 2 до 40; Q¹ выбран из H и углеводородной группы с числом атомов углерода в диапазоне от 1 до 20; E² представляет собой углеводородную группу с числом атомов углерода в диапазоне от 1 до 20 атомов углерода. R² выбран из H, необязательного замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₆-C₁₂арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила и необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила. J² можно выбрать из H и углеводородной группы с числом атомов углерода в диапазоне от 1 до 20 атомов углерода. v и w представляют собой целые числа от 0 до 3, где v+w=3.

[0059] В данном исследовании было обнаружено, что повышенная производительность с использованием описанного способа с предварительной обработкой даже усиливается дополнительно при изменении способа функционализации ингибиторов на основе полиаминов, в результате которого β-гидроксиэфирные линкеры замещаются алкиламиновыми линкерами. Без ограничения какой-либо теорией считается, что повышенная производительность является следствием повышенной сопротивляемости к разложению в растворе для способа Байера при высоких температурах, например, температурах от приблизительно 100°C до приблизительно 265°C, предпочтительно от приблизительно 120°C до приблизительно 200°C. Иными словами, считается, что β-гидроксиэфирные линкеры подвергаются разрушению (внутримолекулярный алкоголиз) с возможностью химического разрушения ингибитора и это приводит в результате к падению производительности. Такое разрушение представлено при помощи следующего уравнения -

[0060] Описанная выше теория разложения подтверждается исследованием с использованием парофазной газовой хроматографии и масс-спектрометрии (GC-MS), которое показывает, что функционализированный силаном ингибитор образования отложений на основе полиэтиленимина (PEI), содержащий β-гидроксиэфирный линкер между каркасом PEI и гидрофобом, как представлено следующей формулой,

может подвергаться разложению в растворе для способа Байера при высоких температурах (например, от приблизительно 100°C до приблизительно 265°C).

[0061] Представленное выше кремнийсодержащее соединение представляет собой полимерный продукт реакции № 7, раскрытый в табл. 9 в начале раздела 18 патента США № 7999065. Вышеупомянутое соединение было получено согласно процедурам, раскрытым в патенте ʹ065, при помощи реагентов, представляющих собой полиэтиленимин, (3-глицидоксипропил)триметоксисилан (8,0 мол. %) и октил/децилглицидиловый эфир (10,0 мол. %). Полиэтиленимин (Lupasol PR8515 от BASF, Людвигсхафен, Германия) (1,90 г) смешивали до образования однородной массы с октил/децилглицидиловым эфиром (1,00 г) и 3-(глицидилоксипропил)триметоксисиланом (0,835 г). Смесь нагревали при 100°C в течение ночи с образованием твердого геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5 вес. % активного раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение).

[0062] В исследовании с использованием GC-MS соединение ʹ065 растворяли в синтетическом растворе для способа Байера (SBL) при концентрации 1 г/л. SBL получали, как описано в примерах ниже. Несмотря на то, что при анализе примесей с использованием GC-MS изначально не было продемонстрировано никаких пиков, соответствующих 1-октанолу и 1-деканолу, после нагревания при 100°C в течение всего лишь 1 часа такие пики были четко заметны, что свидетельствует о разрушении β-гидроксиэфирных связей. Это представлено на фиг. 1. Таким образом, для настоящего изобретения были разработаны устойчивые к разрушению ингибиторы образования отложений в результате замены вышеописанных ингибиторов образования отложений на основе полиаминов, содержащих β-гидроксиэфирный линкер, ингибиторами образования отложений на основе полиаминов, содержащими алкиламиновый линкер, который не содержит β-гидроксиэфирный линкер, что приводит в результате к повышенной ингибирующей активности образования отложений в способе с предварительной обработкой.

[0063] Предпочтительные функционализированные силаном соединения являются водорастворимыми и имеют в своей основе полиэтиленимин (PEI). Эти соединения получают посредством силановой функционализации одного или обоих соединений III и IV и необязательно одного или обоих соединений V и VI с целью гидрофобной функционализации, как представлено ниже,

Z¹ и Z³ определены для соединений I и II выше. X представляет собой F, Cl, Br или I.

[0064] В соответствии с различными вариантами осуществления повышенная производительность получают в результате того, что соединения имеют a) как силановую, так и гидрофобную функционализацию с помощью соединений III и/или IV и V и/или VI, b) силановую функционализацию с помощью соединений III и/или IV и необязательную гидрофобную функционализацию с помощью соединений II, указанных выше, или c) силановую функционализацию с помощью соединений I, указанных выше, и гидрофобную функционализацию с помощью соединений V и/или VI.

[0065] Исходя из вышеуказанного следует, что в композиции, ингибирующей образование отложений, можно использовать различные формы кремнийсодержащих соединений. В некоторых вариантах осуществления кремнийсодержащее соединение может представлять собой полимер или полимерный продукт реакции. Композиция, ингибирующая образование отложений, может включать смесь различных кремнийсодержащих соединений, а кремнийсодержащие соединения могут содержать смесь кремнийсодержащих групп. Например, специалистам в данной области техники будет понятно, что полимер или полимерный продукт реакции, описанный в данном документе в качестве содержащего определенное Si-содержащее элементарное звено, может представлять собой сополимер и, таким образом, может содержать другие элементарные звенья, в том числе другое(другие) Si-содержащее(Si-содержащие) элементарное звено(элементарные звенья). Также было обнаружено, что оптимальный состав раствора для обработки варьирует для каждого из кремнийсодержащих соединений, описанных в данном документе. Таким образом, для каждого кремнийсодержащего соединения преимущественным является определение оптимальных уровней и типов солей, которые необходимо использовать для получения максимальной степени ингибирования образования отложений.

[0066] Кремнийсодержащее соединение может представлять собой полимер или полимерный продукт реакции, содержащий элементарные звенья формулы VII и элементарные звенья формулы VIII:

где каждый из A³ и A⁴ независимо представляет собой первый необязательно замещенный углеводородный радикал, содержащий от приблизительно 2 до приблизительно 40 атомов углерода; Q³ представляет собой H или второй необязательно замещенный углеводородный радикал, содержащий от приблизительно 1 до приблизительно 20 атомов углерода; R⁴ представляет собой H, необязательно замещенный C₁-C₂₀алкил, необязательно замещенный C₆-C₁₂арил, необязательно замещенный C₇-C₂₀аралкил, необязательно замещенный C₂-C₂₀алкенил, ион металла I группы, ион металла II группы или NR^2a₄, при этом каждый R^2a независимо выбран из H, необязательно замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₆-C₁₂арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила и необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила; и J⁴ выбран из H и углеводородной группы с числом атомов углерода в диапазоне от 1 до 20 атомов углерода, где v и w представляют собой целые числа от 0 до 3, причем v+w=3. Полимер или полимерный продукт реакции может характеризоваться средневесовым молекулярным весом по меньшей мере приблизительно 500.

[0067] Кремнийсодержащее соединение может также представлять собой продукт реакции по меньшей мере полиамина, первого реакционноспособного в отношении азота соединения и второго реакционноспособного в отношении азота соединения. Первое реакционноспособное в отношении азота соединение содержит -Si(OR^1b)₃ -группу и реакционноспособную в отношении азота группу, где R^1b представляет собой H, необязательно замещенный C₁-C₂₀алкил, необязательно замещенный C₆-C₁₂арил, необязательно замещенный C₇-C₂₀аралкил, необязательно замещенный C₂-C₂₀алкенил, ион металла I группы, ион металла II группы или NR^2b₄; при этом каждый R^3b независимо выбран из H, необязательно замещенного C₁-C₂₀алкила, необязательно замещенного C₆-C₁₂арила, необязательно замещенного C₇-C₂₀аралкила и необязательно замещенного C₂-C₂₀алкенила. Второе реакционноспособное в отношении азота соединение содержит реакционноспособную в отношении азота группу и не содержит Si(OR^1b)₃ -группу. По меньшей мере один из полиамина и второго реакционноспособного в отношении азота соединения содержит необязательно замещенный углеводородный радикал, содержащий от приблизительно 2 до приблизительно 40 атомов углерода. Связывающие группы между полиамином и первым и вторым реакционноспособным в отношении азота соединением должны быть устойчивыми к разрушению в растворах технологического потока при извлечении глинозема при высоких температурах. Предпочтительно связывающие группы представляют собой алкиламиновые линкеры. Предпочтительно связывающие группы не являются β-гидроксиэфирными линкерами. Продукт реакции может характеризоваться средневесовым молекулярным весом по меньшей мере приблизительно 500.

[0068] В некоторых вариантах осуществления первое реакционноспособное в отношении азота соединение выбрано из ((хлорметил)фенилэтил)триметоксисилана (в том числе м- и п-изомеров и их комбинаций), (п-хлорметил)фенилтриметоксисилана, хлорметилтриэтоксисилана, 3-хлорпропилтриэтоксисилана, 3-хлорпропилтриметоксисилана, 7-бромгептилтриметоксисилана, 3-бромпропилтриметоксисилана, 11-бромундецилтриметоксисилана, 3-йодпропилтриметоксисилана, 3-(триметоксисилилпропил)-2-бром-2-метилпропионата, 2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриэтоксисилана, 2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилана, 5,6-эпоксигексилтриэтоксисилана, 3-изоцианатопропилтриэтоксисилана, 3-изоцианатопропилтриметоксисилана и (изоцианатометил)триметоксисилана. Предпочтительно первое реакционноспособное в отношении азота соединение представляет собой эпоксигексилтриэтоксисилан или хлорпропилтриметоксисилан.

[0069] В некоторых вариантах осуществления второе реакционноспособное в отношении азота соединение выбрано из алкилгалогенидов, алкилсульфатов и алкилэпоксидов.

[0070] В некоторых вариантах осуществления второе реакционноспособное в отношении азота соединение выбрано из диметилсульфата, хлороктана, хлоргексана, бензилхлорида, эпихлоргидрина и C_8-10 алкилгалогенида.

ПРИМЕРЫ

[0071] Во всех примерах синтетический раствор для способа Байера (SBL), используемый для исследований образования отложений, содержал 45 г/л Al₂O₃ (0,441 M), 120,0 г/л NaOH (3,0 M), 60 г/л Na₂CO₃ (0,566 M), 20 г/л Na₂SO₄ (0,1408 M) и 0,8 г/л SiO₂, в общей сумме 245,8 г/л или 24,58% вес./об. всех растворенных солей. Образцы синтетического раствора для способа Байера без Si ("без SBL"), используемые для стадий предварительной обработки, не содержали кремнезем. Эти образцы SBL без Si содержали 45 г/л Al₂O₃ (0,441 M), 120,0 г/л NaOH (3,0 M), 60 г/л Na₂CO₃ (0,566 M) и 20 г/л Na₂SO₄ (0,1408 M), в общей сумме 245,0 г/л или 24,5% вес./об. Значение pH образца SBL без Si составляло 13,5.

[0072] Сосуды из углеродистой стали (марка SA-36), работающие под высоким давлением, общим объемом 42 мл ("баллоны"), изготовленные корпорацией STEM, использовали для имитации образования отложений и ингибирования образования отложений в части оборудования для способа Байера, такой как теплообменник. Баллоны наполняли 30 мл композиции, ингибирующей образование отложений (для стадии обработки), или SBL (для "цикла образования отложений") и запечатывали с целью сопротивления давлению, образующемуся в результате нагревания. Каждый баллон предварительно взвешивали с точностью до 0,1 мг после (1) очистки (абразивной зачистки) внутренней поверхности с помощью вращающейся проволочной щетки, прикрепленной к вертикально-сверлильному станку, (2) продувания остатков при помощи воздушной струи и (3) обеспечения охлаждения до комнатной температуры. Ширина щетки, используемой для очистки внутренней поверхности баллона, была приблизительно такого же размера, что и внутренний диаметр баллона.

[0073] Перемешивание во время стадии обработки обеспечивали за счет прижатия баллона к карусели, содержащейся в печи с принудительным воздушным охлаждением и вращающейся со скоростью 30 об./мин. в течение какого-то периода времени, как правило, при 100°C.

[0074] После стадии обработки смесь выливали и баллон оставляли стоять перевернутым на бумажном полотенце в течение приблизительно 2 минут для стекания. Затем баллон заполняли 30 мл SBL, содержащего твердые вещества красного шлама для цикла образования отложений. После запечатывания стальной баллон подвергали одному или нескольким циклам образования отложений.

[0075] Для проведения одного цикла образования отложений баллон вращали на карусели в течение 75 минут при 150°C. После завершения цикла образования отложений баллон охлаждали до комнатной температуры, продолжая вращать на карусели, а затем открывали, ополаскивали водой и сушили под вакуумом в течение 1 часа. Затем баллон взвешивали с точностью до 0,1 мг. Вес тары вычитали с получением массы отложений на стенках, которые образовались во время цикла образования отложений.

[0076] Для проведения нескольких циклов образования отложений баллон открывали после охлаждения, содержимое баллона извлекали и затем баллон заполняли 30 мл только что полученного SBL, не допуская высыхания внутренних стенок. Затем баллон помещали на карусель для проведения следующего цикла. Это повторяли в течение необходимого числа циклов образования отложений. После последнего цикла образование отложений на стенках измеряли после ополаскивания и сушки, как описано при проведении одного цикла выше.

ПРИМЕР 1 - Влияние высокой температуры на ингибирование образования отложений

[0077] Пример 1 представляет собой сравнительный пример, в котором показан эффект применения ингибитора, содержащего -Si(OR)₃-группу, для способа с предварительной обработкой в соответствии с настоящим изобретением для одностадийных или двустадийных технологических процессов при высокой температуре и высоком содержании твердых веществ (присутствуют твердые вещества красного шлама).

[0078] Для проведения циклов предварительной обработки в примере 1.1 раствор для предварительной обработки представлял собой SBL без Si со значением pH 13,5. Баллон обрабатывали раствором ингибитора в течение 16 часов при температуре 100°C. Результаты цикла образования отложений сравнивали с результатами для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений, и затем подвергали трем циклам образования отложений.

[0079] Раствор ингибитора в примере 1.1 получали следующим образом. Использованное кремнийсодержащее соединение представляло собой полимерный продукт реакции № 7, как описано в табл. 9 в начале разд. 18 патента США № 7999065, содержащий элементарные звенья формулы (I) и элементарные звенья формулы (II). Это соединение, использованное в примере 1.1, получали в соответствии с процедурами, раскрытыми в патенте США № 7999065, при помощи реагентов, представляющих собой полиэтиленимин, глицидилпропилтриметоксисилан (8,0 мол. %) и октил/децилглицидиловый эфир (10,0 мол. %). Это соединение не содержит устойчивых к разрушению линкеров; более того, оно содержит термически нестабильные β-гидроксиэфирные линкеры. Соединение добавляли при перемешивании к SBL без Si с получением композиции, ингибирующей образование отложений, используемой на стадии обработки.

[0080] Для проведения цикла предварительной обработки в примере 1.1 в баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора (1 мкл=1 мг). Затем баллон обрабатывали этим раствором в течение 16 часов при температуре 100°C. Результаты цикла образования отложений сравнивали с результатами для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений (т. е., холостым опытом), и затем подвергали трем циклам образования отложений.

[0081] Для проведения трех циклов образования отложений в примере 1.1 раствор для образования отложений представлял собой SBL, содержащий твердые вещества красного шлама (400 мг/л). Каждый цикл образования отложений проводили при температуре 150°C в течение 1,25 часа. Снижение образования отложений на стенках в примере 1 сравнивали с холостым опытом. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты циклов образования отложений в примере 1

№ теста Значение pH раствора для предварительной обработки Содержание отложений на стенках (мг) % снижения отложений на стенках Холостой опыт Неприменимо 47,4 Неприменимо 1,1 13,5 20,8 56,1

[0082] В данном примере показано, что при использовании дозы для предварительной обработки 1000 мг/л ингибитора в SBL без Si, с последующим проведением 3 циклов образования отложений в SBL с 400 мг/л твердых веществ красного шлама при 150⁰C, достигали ингибирования образования отложений на стенках, равного примерно 56%.

ПРИМЕР 2 - Влияние высокой температуры на ингибирование образования отложений

[0083] В примере 2 показан эффект применения двух различных устойчивых к разрушению ингибиторов, содержащих -Si(OR)₃-группу, по сравнению с эффектом применения двух различных ингибиторов, которые не являются устойчивыми к разрушению для способа с использованием предварительной обработки в соответствии с настоящим изобретением для одностадийных и двустадийных технологических процессов при высокой температуре и высоком содержании твердых частиц (присутствуют твердые частицы красного шлама).

[0084] Для проведения циклов предварительной обработки в примерах 2.1-2.4 раствор для предварительной обработки представлял собой SBL без Si со значением pH 13,5. В примерах 2.1 и 2.2 представлены ингибиторы в соответствии с настоящим изобретением, в то время как примеры 2.3 и 2.4 являются сравнительными (т. е., в них представлены ингибиторы, содержащие термически нестабильный β-гидроксиэфирный линкер между PEI и гидрофобом, однако с наличием устойчивых к разрушению аминовых линкеров между PEI и силаном). В примерах 2.1 и 2.4 содержится одинаковый мол. % гидрофобных и силановых групп (исходя из веса повторяющихся элементарных звеньев PEI). Аналогично, в примерах 2.2 и 2.5 содержится одинаковый мол. % гидрофобных и силановых групп (исходя из веса повторяющихся элементарных звеньев PEI). Это представлено в табл. 2.1 ниже. Баллон обрабатывали раствором ингибитора в течение 16 часов при температуре 100°C. Результаты цикла образования отложений сравнивали с результатами для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор (холостой опыт) образования отложений, и затем подвергали трем циклам образования отложений.

Таблица 2.1 - Композиции кремнийсодержащих соединений

Пример MW PEI Гидрофоб Силан Мол. % гидрофоба Мол. % силана 2,1 2000 1-хлороктан (3-хлорпропил)
триметоксисилан 10 6 2,2 2000 1-хлороктан (3-хлорпропил)
триметоксисилан 10 12 2,3 2000 Октил/децилглицидиловый эфир (3-хлорпропил)
триметоксисилан 10 6 2,4 2000 Октил/децилглицидиловый эфир (3-хлорпропил)
триметоксисилан 10 12

[0085] Раствор ингибитора в примере 2.1 получали следующим образом. 1,7447 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 2000) смешивали с 0,6032 г 1-хлороктана и 0,4838 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0086] Раствор ингибитора в примере 2.2 получали следующим образом. 1,7955 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 2000) смешивали с 0,6208 г 1-хлороктана и 0,9957 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0087] Раствор ингибитора в примере 2.3 получали следующим образом. 2,2349 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 2000) смешивали с 1,1767 г октил/децилглицидилового эфира и 0,6197 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0088] Раствор ингибитора в примере 2.4 получали следующим образом. 2,3426 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 2000) смешивали с 1,2334 г октил/децилглицидилового эфира и 1,2991 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0089] Для проведения трех циклов образования отложений в каждом из примеров 2.1-2.4 раствор для образования отложений представлял собой SBL, содержащий твердые вещества красного шлама (400 мг/л). Каждый цикл образования отложений проводили при температуре 150°C в течение 1,25 часа. Снижение образования отложений на стенках в примере 2 сравнивали с холостым опытом. Результаты представлены в табл. 2,2.

Таблица 2.2 - Результаты циклов образования отложений в примере 2

Сравнение различных ингибиторов образования отложений, используемых при предварительной обработке

№ теста Значение pH раствора для предварительной обработки Содержание отложений на стенках (мг) % снижения отложений на стенках Холостой опыт Неприменимо 54,6 Неприменимо 2,1 13,5 15,6 71,4 2,2 13,5 19,4 64,5 2,3 13,5 51,5 5,7 2,4 13,5 41,1 24,7

[0090] В данном примере показано, что предварительная обработка ингибиторами в примерах 2.1 и 2.2, содержащими устойчивый к разрушению линкер (аминовые связи) между PEI и гидрофобом и PEI и силаном является более эффективной при ингибировании образования отложений на стенках в соответствии с примерами 2.3 и 2.4, содержащими термически нестабильные β-гидроксиэфирные линкеры между PEI и гидрофобом.

ПРИМЕР 3 - Влияние высокой температуры на ингибирование образования отложений

[0091] В примере 3 показан эффект применения шести различных ингибиторов с устойчивыми к разрушению соединениями, содержащими -Si(OR)₃-группу, для способа с предварительной обработкой в соответствии с настоящим изобретением для одностадийных или двустадийных технологических процессов при высокой температуре и высоком содержании твердых веществ (присутствуют твердые вещества красного шлама).

[0092] Для проведения циклов предварительной обработки в примерах 3.1-3.6 раствор для предварительной обработки представлял собой SBL без Si со значением pH 13,5. Баллон обрабатывали раствором ингибитора в течение 16 часов при температуре 100°C. Результаты цикла образования отложений сравнивали с результатами для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор (холостой опыт) образования отложений, и затем подвергали трем циклам образования отложений.

[0093] Раствор ингибитора в примере 3.1 получали следующим образом. 2,8383 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,4178 г бензилхлорида и 0,787 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0094] Раствор ингибитора в примере 3.2 получали следующим образом. 3,4749 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,5115 г бензилхлорида и 1,9271 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0095] Раствор ингибитора в примере 3.3 получали следующим образом. 3,0563 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,6748 г бензилхлорида и 0,8475 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0096] Раствор ингибитора в примере 3.4 получали следующим образом. 2,1960 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,4848 г бензилхлорида и 1,2178 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0097] Раствор ингибитора в примере 3.5 получали следующим образом. 2,6787 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,7885 г бензилхлорида и 0,7428 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0098] Раствор ингибитора в примере 3.6 получали следующим образом. 2,2522 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,6630 г бензилхлорида и 1,2490 г (3-хлорпропил)триметоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0099] Для проведения трех циклов образования отложений в каждом из примеров 3.1-3.6 раствор для образования отложений представлял собой SBL, содержащий твердые вещества красного шлама (400 мг/л). Каждый цикл образования отложений проводили при температуре 150°C в течение 1,25 часа. Снижение образования отложений на стенках в примере 3 сравнивали с холостым опытом. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Результаты циклов образования отложений в примере 3

№ теста Значение pH раствора для предварительной обработки Содержание отложений на стенках (мг) % снижения отложений на стенках Холостой опыт Неприменимо 48,5 Неприменимо 3,1 13,5 2,2 95,5 3,2 13,5 2,7 94,4 3,3 13,5 3,5 92,8 3,4 13,5 9,0 81,4 3,5 13,5 0,0 100,0 3,6 13,5 14,3 70,5

[0100] В примере 3 показано, что предварительная обработка различными бензил-модифицированными ингибиторами в соответствии с настоящим изобретением, содержащими устойчивые к разрушению линкеры (аминовые связи) между PEI и гидрофобом, может эффективно ингибировать образование отложений на стенках при высоких температурах.

ПРИМЕР 4 - Влияние высокой температуры на ингибирование образования отложений

[0101] В примере 4 показан эффект применения девяти различных ингибиторов с устойчивыми к разрушению соединениями, содержащими -Si(OR)₃-группу, для способа с предварительной обработкой в соответствии с настоящим изобретением для одностадийных или двустадийных технологических процессов при высокой температуре и высоком содержании твердых веществ (присутствуют твердые вещества красного шлама).

[0102] Для проведения циклов предварительной обработки в примерах 4.1-4.9 раствор для предварительной обработки представлял собой SBL без Si со значением pH 13,5. Баллон обрабатывали раствором ингибитора в течение 16 часов при температуре 100°C. Результаты цикла образования отложений сравнивали с результатами для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений, и затем подвергали трем циклам образования отложений. Для примера 4 один баллон, обработанный SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений (холостой опыт), сравнивали с примерами 4.1 и 4.2, а отдельный баллон, обработанный SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений (холостой опыт), сравнивали с примерами 4.3-4.9, как показано в табл. 4 ниже.

[0103] Раствор ингибитора в примере 4.1 получали следующим образом. 0,5387 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0728 г пропиленоксида и 0,1973 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0104] Раствор ингибитора в примере 4.2 получали следующим образом. 0,6030 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0814 г пропиленоксида и 0,3312 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0105] Раствор ингибитора в примере 4.3 получали следующим образом. 0,7317 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0988 г пропиленоксида и 0,5358 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0106] Раствор ингибитора в примере 4.4 получали следующим образом. 0,5059 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,1367 г пропиленоксида и 0,1852 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0107] Раствор ингибитора в примере 4.5 получали следующим образом. 0,5781 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,1562 г пропиленхлорида и 0,3175 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0108] Раствор ингибитора в примере 4.6 получали следующим образом. 0,5341 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,1443 г пропиленоксида и 0,3911 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0109] Раствор ингибитора в примере 4.7 получали следующим образом. 0,6987 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,2831 г пропиленоксида и 0,2558 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0110] Раствор ингибитора в примере 4.8 получали следующим образом. 0,6364 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,2579 г пропиленоксида и 0,3495 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0111] Раствор ингибитора в примере 4.9 получали следующим образом. 0,7510 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,3046 г пропиленоксида и 0,5505 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0112] Для проведения трех циклов образования отложений в каждом из примеров 4.1-4.9 раствор для образования отложений представлял собой SBL, содержащий твердые вещества красного шлама (400 мг/л). Каждый цикл образования отложений проводили при температуре 150°C в течение 1,25 часа. Снижение образования отложений на стенках в примерах 4.1 и 4.2 сравнивали с первым холостым опытом в табл. 4, в то время как снижение образования отложений в примерах 4.3-4.9 сравнивали со вторым холостым опытом в табл. 4. Средние результаты трех циклов представлены в табл. 4.

Таблица 4 - Результаты циклов образования отложений в примере 4

№ теста Значение pH раствора для предварительной обработки Содержание отложений на стенках (мг) % снижения отложений на стенках Холостой опыт 13,5 53,4 0,0 4,1 13,5 19,5 63,5 4,2 13,5 18,5 65,0 Холостой опыт 13,5 52,8 0,0 4,3 13,5 14,1 73,0 4,4 13,5 5,8 89,0 4,5 13,5 10,9 79,0 4,6 13,5 38,4 27,0 4,7 13,5 4,7 91,0 4,8 13,5 29,4 44,0 4,9 13,5 18,2 66,0

[0113] В данном примере 4 показано, что предварительная обработка эпокси-модифицированными ингибиторами, содержащими устойчивые к разрушению линкеры (β-гидроксиаминовые связи) между PEI и гидрофобом и между PEI и силаном, может значительно снижать содержание отложений на стенках после 3 циклов образования отложений в SBL с 400 мг/л твердых веществ красного шлама при 150°C.

ПРИМЕР 5 - Влияние высокой температуры на ингибирование образования отложений

[0114] В примере 5 показан эффект применения пяти различных ингибиторов с устойчивыми к разрушению соединениями, содержащими -Si(OR)₃-группу, для способа с предварительной обработкой в соответствии с настоящим изобретением для одностадийных или двустадийных технологических процессов при высокой температуре и высоком содержании твердых веществ (присутствуют твердые вещества красного шлама).

[0115] Для проведения циклов предварительной обработки в примерах 5.1-5.5 раствор для предварительной обработки представлял собой SBL без Si со значением pH 13,5. Баллон обрабатывали раствором ингибитора в течение 16 часов при температуре 100°C. Результаты цикла образования отложений сравнивали с результатами для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор (холостой опыт) образования отложений, и затем подвергали трем циклам образования отложений.

[0116] Раствор ингибитора в примере 5.1 получали следующим образом. 0,6362 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0948 г 1,2-эпоксиоктана и 0,233 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0117] Раствор ингибитора в примере 5.2 получали следующим образом. 0,7548 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,1125 г 1,2-эпоксиоктана и 0,4146 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0118] Раствор ингибитора в примере 5.3 получали следующим образом. 0, 5926 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0883 г 1,2-эпоксиоктана и 0,4340 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0119] Раствор ингибитора в примере 5.4 получали следующим образом. 0,7558 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,2254 г 1,2-эпоксиоктана и 0,2767 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0120] Раствор ингибитора в примере 5.5 получали следующим образом. 0,8132 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,2425 г 1,2-эпоксиоктана и 0,4467 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0121] Для проведения трех циклов образования отложений в каждом из примеров 5.1-5.5 раствор для образования отложений представлял собой SBL, содержащий твердые вещества красного шлама (400 мг/л). Каждый цикл образования отложений проводили при температуре 150°C в течение 1,25 часа. Снижение образования отложений на стенках в каждом из примеров 5.1-5.5 сравнивали с холостым опытом, и результат представляли в табл. 5.

Таблица 5 - Результаты циклов образования отложений в примере 5

№ теста Значение pH раствора для предварительной обработки Содержание отложений на стенках (мг) % снижения отложений на стенках Холостой опыт 13,5 48,7 0,0 5,1 13,5 -4,3 109,0 5,2 13,5 20,9 57,0 5,3 13,5 38,1 22,0 5,4 13,5 36,2 26,0 5,5 13,5 39,5 19,0

[0122] В данном примере показано, что предварительная обработка эпокси-модифицированными соединениями, содержащими устойчивый к разрушению линкер (β-гидроксиаминовые связи) между PEI и гидрофобом и между PEI и силаном, может значительно снижать содержание отложений на стенках после 3 циклов образования отложений в SBL с 400 мг/л твердых веществ красного шлама при 150°C.

ПРИМЕР 6 - Влияние высокой температуры на ингибирование образования отложений

[0123] В примере 6 показан эффект применения пяти различных ингибиторов с устойчивыми к разрушению соединениями, содержащими -Si(OR)₃-группу, для способа с предварительной обработкой в соответствии с настоящим изобретением для одностадийных или двустадийных технологических процессов при высокой температуре и высоком содержании твердых веществ (присутствуют твердые вещества красного шлама).

[0124] Для проведения циклов предварительной обработки в примерах 6.1-6.5 раствор для предварительной обработки представлял собой SBL без Si со значением pH 13,5. Баллон обрабатывали раствором ингибитора в течение 16 часов при температуре 100°C. Результат каждого цикла образования отложений сравнивали с результатом для баллона, который обрабатывали SBL без Si, не содержащим ингибитор (холостой опыт) образования отложений, и затем подвергали трем циклам образования отложений. В примере 6 один баллон, обработанный SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений, сравнивали с примерами 6.1-6.3, второй отдельный баллон, обработанный SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений, сравнивали с примером 6.4 и третий отдельный баллон, обработанный SBL без Si, не содержащим ингибитор образования отложений, сравнивали с примером 6.5, как показано в табл. 6 ниже.

[0125] Раствор ингибитора в примере 6.1 получали следующим образом. 0,4232 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0363 г 1,2-эпоксидодекана и 0,155 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0126] Раствор ингибитора в примере 6.2 получали следующим образом. 0,5561 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0477 г 1,2-эпоксидодекана и 0,3054 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0127] Раствор ингибитора в примере 6.3 получали следующим образом. 0,4248 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0728 г 1,2-эпоксидодекана и 0,1555 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0128] Раствор ингибитора в примере 6.4 получали следующим образом. 0,5006 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,0858 г 1,2-эпоксидодекана и 0,2750 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0129] Раствор ингибитора в примере 6.5 получали следующим образом. 0,4473 г полиэтиленимина (M_w приблизительно 1800) смешивали с 0,1150 г 1,2-эпоксидодекана и 0,1638 г (5,6-эпоксигексил)триэтоксисилана и полученную в результате смесь нагревали при 100°C в течение 18 часов с получением необходимого полимера в виде мягкого крошащегося геля. Затем добавляли водный раствор NaOH (2 вес. %) с получением 5,0 вес. % раствора, где значение активности составляло 5%, исходя из веса геля (негидролизованное соединение). В баллон добавляли 30 мл SBL без Si, затем добавляли 600 мкл 5,0% вес./вес. раствора ингибитора с получением 1000 мг/л раствора ингибитора для предварительной обработки баллона (1 мкл=1 мг).

[0130] Для проведения каждого из трех циклов образования отложений в примерах 6.1-6.5 раствор для образования отложений представлял собой SBL, содержащий твердые вещества красного шлама (400 мг/л). Каждый цикл образования отложений проводили при температуре 150°C в течение 1,25 часа. Снижение образования отложений на стенках в каждом из примеров 6.1 и 6.2 сравнивали с холостым опытом, как описано выше, и результаты представляли в табл. 6.

Таблица 6 - Результаты циклов образования отложений в примере 6

№ теста Значение pH раствора для предварительной обработки Содержание отложений на стенках (мг) % снижения отложений на стенках Холостой опыт 13,5 52,8 0,0 6,1 13,5 11,6 78,0 6,2 13,5 30,0 43,0 6,3 13,5 23,4 56,0 Холостой опыт 13,5 46,4 0,0 6,4 13,5 25,6 45,0 Холостой опыт 13,5 45,9 0,0 6,5 13,5 6,9 85,0

[0131] В примере 6 показано, что предварительная обработка эпокси-модифицированными ингибиторами, содержащими устойчивый к разрушению линкер (β-гидроксиаминовые связи) между PEI и гидрофобом и PEI и силаном, может значительно снижать содержание отложений на стенках после 3 циклов образования отложений в SBL с 400 мг/л твердых веществ красного шлама при 150°C.

ПРИМЕР 7

[0132] Парофазную GC-MS соединения в примере 1 в SBL без Si проводили следующим образом. 2 мл раствора SBL без Si соединения 1 (1000 мг/л) добавляли в 20 мл флаконы для хроматографирования. Флаконы запечатывали и нагревали до 100°C в течение необходимого времени. 500 мкл парофазный пробоотборник извлекали и анализировали при помощи GC/MS. Результаты представлены на фиг. 1.

[0133] Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано с использованием предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а охватывает различные модификации и эквивалентные комбинации в объеме прилагаемой формулы изобретения, и что в настоящем изобретении при необходимости также предусмотрены многочисленные зависимые варианты осуществления прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к способу снижения образования отложений в технологических процессах. Предложен способ снижения образования отложений, содержащих алюмосиликаты, в способе Байера, предусматривающий выявление поверхности оборудования, которая подвержена образованию на ней отложения при осуществлении способа Байера; приведение в контакт выявленной поверхности с некоторым количеством композиции, ингибирующей образование отложений, эффективным для получения обработанной поверхности, которая более устойчива к образованию на ней отложений при последующем контакте с технологическим потоком в способе Байера, чем сопоставимая в других отношениях необработанная поверхность; приведение в контакт обработанной поверхности с технологическим потоком в способе Байера; при этом композиция, ингибирующая образование отложений, содержит водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей, содержащий по меньшей мере приблизительно 0,004% всех растворенных солей, и кремнийсодержащее соединение, содержащее одну или несколько –Si(OR)_n-групп, где n равно 3, а R представляет собой С₁-С₂₀алкил, причем кремнийсодержащее соединение представляет собой продукт реакции полиэтиленимина, силана, выбранного из 3-хлорпропилтриметоксисилана и 5,6-эпоксигексилтриэтоксисилана, и реакционноспособного в отношении азота соединения, выбранного из 1-хлороктана, бензилхлорида, пропиленоксида, 1,2-эпоксиоктана, 1,2-эпоксидодекана и пропиленхлорида, при этом кремнийорганическое соединение устойчиво к разрушению в технологических потоках для извлечения глинозема при температурах технологического процесса от 100 до 265°С. Технический результат: предложенный способ позволяет снижать или устранять образование отложений в процессах извлечения глинозёма при высоких температурах, при этом используемая ингибирующая образование отложений композиция устойчива к разрушению. 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл., 7 пр.

1. Способ снижения образования отложений, содержащих алюмосиликаты, в способе Байера, предусматривающий:

выявление поверхности оборудования для способа Байера, которая подвержена образованию на ней отложений при осуществлении способа Байера;

приведение в контакт выявленной поверхности оборудования для способа Байера с некоторым количеством композиции, ингибирующей образование отложений, эффективным для получения обработанной поверхности, которая более устойчива к образованию на ней отложений при последующем контакте с технологическим потоком в способе Байера, чем сопоставимая в других отношениях необработанная поверхность; и

приведение в контакт обработанной поверхности с технологическим потоком в способе Байера;

при этом композиция, ингибирующая образование отложений, содержит раствор, содержащий водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей, содержащий по меньшей мере приблизительно 0,004% всех растворенных солей, и кремнийсодержащее соединение, содержащее одну или несколько -Si(OR)_n-групп,

где n равно 3, и

R представляет собой C₁-C₂₀алкил, причем кремнийсодержащее соединение представляет собой продукт реакции полиэтиленимина, силана, выбранного из 3-хлорпропилтриметоксисилана и 5,6-эпоксигексилтриэтоксисилана, и реакционноспособного в отношении азота соединения, выбранного из 1-хлороктана, бензилхлорида, пропиленоксида, 1,2-эпоксиоктана, 1,2-эпоксидодекана и пропиленхлорида,

при этом кремнийсодержащее соединение устойчиво к разрушению в технологических потоках для извлечения глинозема при температурах технологического процесса от приблизительно 100°C до приблизительно 265°C.

2. Способ по п. 1, где водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей представляет собой раствор для способа Байера.

3. Способ по п. 2, где раствор для способа Байера выбран из отработанного раствора для способа Байера, упаренного раствора для способа Байера или насыщенного раствора для способа Байера.

4. Способ по п. 1, где водный раствор одной или нескольких водорастворимых солей содержит по меньшей мере 0,1 вес.% всех растворенных солей.

5. Способ по п. 4, где водный раствор водорастворимых солей содержит по меньшей мере 5,0% всех растворенных солей.

6. Способ по п. 1, где кремнийсодержащее соединение представляет собой полимер или полимерный продукт реакции.

7. Способ по п. 1, где кремнийсодержащее соединение представляет собой продукт реакции полиэтиленимина, силана, выбранного из 3-хлорпропилтриметоксисилана и 5,6-эпоксигексилтриэтоксисилана, и реакционноспособного в отношении азота соединения, выбранного из 1-хлороктана, бензилхлорида, пропиленоксида, 1,2-эпоксиоктана, 1,2-эпоксидодекана и пропиленхлорида.

8. Способ по п. 6, где продукт реакции характеризуется средневесовым молекулярным весом по меньшей мере приблизительно 500.

9. Способ по п. 6, где кремнийсодержащее соединение не содержит группы β-гидроксиэфира.

10. Способ по п. 1, где кремнийсодержащее соединение является водорастворимым и имеет в своей основе полиэтиленимин.

11. Способ по п. 10, где кремнийсодержащее соединение не содержит группы β-гидроксиэфира.

12. Способ по п. 1, где полимер или полимерный продукт реакции характеризуется средневесовым молекулярным весом по меньшей мере приблизительно 500.

13. Способ по п. 1, где кремнийсодержащее соединение не содержит группы β-гидроксиэфира.

14. Способ по п. 1, где технологический поток в способе Байера содержит количество суспендированных твердых веществ в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 60% по весу, исходя из суммарного веса технологического потока в способе Байера.

15. Способ по п. 14, где твердые вещества выбраны из оксида железа и алюмосиликата.

16. Способ по п. 15, где твердые вещества представляют собой оксид железа.