Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование новых комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах с целью повышения эффективности использования тепловой энергии на предприятиях нефтехимической, металлургической, химической промышленности и ЖКХ

Номер контракта: 14.582.21.0007

Руководитель: Попов Константин Иванович

Должность: Заведующий лабораторией

Организация: Акционерное общество Научный центр "Малотоннажная химия"
Организация докладчика: Публичное акционерное общество Научный центр "Малотоннажная химия"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
ингибиторы солеотложений, ингибиторы коррозии, биоразлагаемые ингибиторы солеотложений, биоциды, технологии получения ингибиторов солеотложений, технологии получения ингибиторов коррозии, технологии получения биоцидов, технологии применения ингибиторов cолеотложений, технологии применения ингибиторов коррозии, синтез биоразлагаемых ингибиторов солеотложений, синтез ингибиторов солеотложений, синтез ингибиторов коррозии, синтез биоцидов, анализ высокодисперсных систем, усиление способности к биоразложению, увеличение времени выделения твердой фазы солей жесткости, cнижение степени коррозии, механизм ингибирования солеотложений, механизм ингибирования коррозии, сополимеры, распределение частиц системы по химическим формам, комплекcообразование, дисперсность солей жесткости, повышение эффективности ингибиторов солеотложений, повышение эффективности ингибиторов коррозии, повышение эффективности биоцидов, повышение эффективности работы водооборотных систем, повышение эффективности работы парогенераторов, повышение эффективности энергообъектов высокого и среднего давления, улучшение экологии, ресурсосбережение, энергосбережение

Цель проекта:
1. Задачей проекта является разработка и исследование механизма действия новых биоразлагаемых комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах с целью повышения эффективности использования тепловой энергии на предприятиях нефтехимической, металлургической, химической промышленности и ЖКХ. 2. Целью проекта является: 2.1. Разработка составов новых отечественных комплексных реагентов, обеспечивающих снижение скоростей коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах. 2.2. Разработка технологий получения реагентов для предприятий нефтехимической, металлургической, химической промышленности и ЖКХ. 2.3. Развитие теоретических представлений о механизмах действия ингибиторов карбонатных и сульфатных солеотложений на основе комплексного подхода, включающего компьютерное моделирование равновесий и параллельное экспериментальное исследование процессов в водной и твёрдой фазах.

Основные планируемые результаты проекта:
В научном плане в части:
– будет уточнена роль комплексообразования в механизме ингибирования;
– будут уточнены современные теоретические представления на механизм ингибирования процессов коррозии в теплообменных установках с использованием новых реагентов на основе аминов различной структуры, определен состав защитных покрытий.
По результатам научных исследований будет опубликовано не менее 4 статей в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных "Сеть науки" (WEB of Science)
Основным результатом ПНИЭР являются технологии получения новых комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах и установках мембранной очистки воды.
Итогом работ по отдельным этапам и в целом являются отчеты о ПНИЭР в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-2001.
Актуальность работ подтверждается результатами патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Необходимость правовой охраны результатов работ подтверждается дополнительными патентными исследованиями в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
Для всех реагентов (не менее 5 наименований) должны быть разработаны:
- проекты технических условий в соответствии с требованиями ГОСТ 2.114-95;
- технологии получения, оформленные в виде проектов технологических регламентов на выпуск опытных партий, включающих рецептуры и технологические карты. Проекты регламентов должны быть разработаны c применением современных CALS-технологий и должны соответствовать требованиям «Положения о технологических регламентах производства продукции на предприятиях химического комплекса», утвержденного 06 мая 2000 г. Минэкономики России.
Разрабатываемые технологии получения комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах, должны быть ориентированы на обеспеченность отечественным сырьем не менее, чем на 70%, и суммарные объемы выпуска не менее 1000 тонн/год.
Технологии получения всех реагентов должны быть отработаны на модельных лабораторных установках.
Пригодность разработанных технологий получения реагентов для внедрения на оборудовании Индустриального партнера должна быть подтверждена наработкой опытных образцов реагентов в количестве до 500 кг каждого наименования - на первом уровне масштабирования, и до 1000 кг каждого – на втором уровне масштабирования.
Разработка и внедрение новых отечественных комплексных реагентов позволит создать рынок принципиально новых экологически чистых реагентов , повышающих эффективность использования тепловой энергии на предприятиях химической, нефтехимической и металлургической промышленности и ЖКХ за счет снижения влияния процессов коррозии, солеотложения и биообрастания.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате выполнения работ должны быть разработаны составы и технологии производства, а также технологии применения следующего ассортимента новых отечественных комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах:
- реагент для установок обессоливания морской воды;
- реагент для установок опреснения морской воды;
- ингибитор солеотложений для испарительных установок;
- реагент, ингибирующий процессы коррозии и солеотложения в системах теплоснабжения;
- комплексный реагент, ингибирующий процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в водооборотных системах,
а также разработаны технологии получения и применения вышеперечисленных реагентов.
Показатель эффективности ингибирования солеотложений – не менее 95% для сульфата и карбоната кальция.
Показатель эффективности ингибирования биообрастания – обеспечивать содержание микробиологии менее 10^4 КОЕ.
Эффективность каждого разрабатываемого реагента должна сохраняться для высокоминерализованных вод.
Реагенты для ингибирования процессов коррозии, солеотложений и биообрастания в теплообменных системах должны быть негорючи.
Эффективные рабочие концентрации реагентов в рабочей среде не должны превышать уровень 5 мг/л по фрагменту PO4 для реагентов для установок обессоливания и опреснения морской воды; уровень 5 мг/л по фрагменту PO4 для реагента, ингибирующего процессы коррозии и солеотложения в системах теплоснабжения, и комплексного реагента, ингибирующего процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в водооборотных системах, уровень 15 мг/л по фрагменту PO4 для ингибитора солеотложений для испарительных установок и уровень 0,01 мг/л по действующему веществу для биоцида (ингибитора биообрастания)Разрабатываемые технологии получения комплексных реагентов, ингибирующих процессы коррозии, солеотложения и биообрастания в теплообменных системах, должны быть ориентированы на обеспеченность отечественным сырьем и суммарные объемы выпуска не менее 1000 тонн/год.
Новизна и научно-технический уровень планируемых результатов ПНИЭР обеспечит создание новых конкурентноспособных видов продукции (линейка новых ингибиторов и технологий их применения) на временном горизонте до 10 лет с возможностью достижения заметного превосходства над лучшими мировыми аналогами: не менее чем на 25% по стоимости при аналогичной эффективности в отношении ингибиторов фирмы NALKO (США) и не менее, чем на 25% по соотношению эффективности и стоимости в отношении продуктов китайского производства.
Актуальность разработки подтверждена интенсивными исследованиями в данном направлении за рубежом; общемировой тенденцией на сокращение применения фосфорсодержащих ингибиторов; необходимостью снижения эвтрофикации водоемов и повышения эффективности теплообменных систем.
Научная новизна выполняемой исследовательской работы связана с отсутствием достоверных данных о процессах зародышеобразования, происходящих в водной фазе, выделяющей осадки, и с общепризнанными существенными пробелами в теории действия ингибиторов
Разработка и внедрение новых комплексных реагентов, ингибирующих процессы солеотложений, коррозии и биообрастания позволит создать рынок принципиально новых экологически чистых ингибиторов для промышленной водоподготовки, что обеспечит импортозамещение и значительное повышение эффективности использования промышленных систем водопользования.
Производство реагентов нового поколения и внедрение экологически безопасных ресурсосберегающих технологий подготовки воды для производственных нужд на различных отечественных предприятиях химической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности позволит ограничить или полностью предотвратить процессы коррозии, накипеобразования и биообрастания, что значительно повысит надёжность и эффективность работы теплоэнергетических систем водопользования.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основными областями применения результатов проекта являются теплоэнергетика, нефтегазовый комплекс РФ и ЖКХ, а также технологии очистки воды методом обратного осмоса.
Основными эффектами от внедрения результатов будут: повышение эффективности работы водооборотных систем и систем теплоснабжения, улучшение экологии за счет снижения эвтрофицирующего действия ингибиторов, повышение энергосбережения, импортозамещение. В частности, разработанные ингибиторы обеспечат повышение эффективности работы:
- установок мембранной очистки воды – увеличение межпромывочного интервала работы установки не менее, чем в 2 раза;
- испарительных установок – снижение интенсивности накипеобразования до значений не выше 0,1 г/м2•час;
- теплообменных систем закрытого контура (систем теплоснабжения) – обеспечение безнакипного режима работы в условиях превышения карбонатного индекса в 5 раз по сравнению с нормативной величиной;
- теплообменных систем открытого контура (систем охлаждения) – увеличение величины достигаемого коэффициента упаривания теплоносителя не менее, чем в 1,5 раза.
Развитие теории действия фосфорсодержащих и полимерных ингибиторов карбонатных и сульфатных солеотложений на основе комплексного применения современных методов компьютерного моделирования, электронной микроскопии, лазерного динамического светорассеяния и рентгенофазового анализа в сочетании с классическими химическими методами и публикация результатов в ведущих международных журналах и найдет применение в лабораторной практике при создании ингибиторов новых поколений в России и за рубежом.



Текущие результаты проекта:
Впервые в мировой практике в рамках протокола NACE комплексно исследован процесс формирования карбонатных отложений в присутствии полимерных и фосфонатных ингибиторов как в водной (DLS, компьютерное моделирование), так и в твёрдой фазе (SEM, XRD).
Впервые в мировой практике удалось применить метку наносербра для количественной оценки числа зародышей кристаллов карбоната кальция методом DLS в отсутствие, и в присутствии ингибитора в пересыщенном растворе. Впервые показано, что ингибитор влияет на число формирующихся зародышей кальцита, но не на дзета-потенциал, и не на размеры частиц дисперсии твердой фазы. Впервые в мировой практике проведено ранжирование традиционных ингибиторов в рамках нескольких протоколов на эффективность ингибирования карбонатных отложений: ATMP > HEDP > DTPH > PBTC > EDTPH > PESA (400 ÷ 1500 Da) ~ PASP (1000 ÷ 5000 Da) > PAAS (3000÷5000 Da) ~ MA-AA; (NACE Protocol) PESA (70мин) > NTPH (60 минут)> MA/AA (50мин)> PASP (30мин)~HEDP (25 минут) > PAAS (15мин); вода Каспийского моря, Методика МЭИ; ранжирование по индукционному периоду. Впервые показано, что оценки могут существенно различаться.
Проведён цикл работ по синтезу, наработке и исследованию свойств новых отечественных, не содержащих фосфор, ингибиторов на основе полиакрилатов, полималеатов и полиаспартатов. Установлено, что полученные ингибиторы солеотложений, превосходят по способности ингибировать коррозию зарубежные аналоги. Выявлен синергизм противокоррозионного действия ингибиторов солеотложений. Показано, что полученные бленды ингибиторов солеотложений, превосходят по способности ингибировать коррозию российские и зарубежные аналоги при пониженном содержании фосфора. Показано, что синтезированные в рамках выполнения проекта ингибиторы при дозировке 10 мг/л обеспечивают 92% (ПАА) ингибирования карбонатных отложений, тогда как ближайшие зарубежные аналоги производства TaiHe Water Treatment Сo. Ltd MA-AA и PAAS при той же дозировке и в тех же условиях пересыщения демонстрируют только 49% (PAAS) и 77 % (MA-AA). В отношении сульфатных отложений при дозировке 5 мг/л полученный по проекту реагент КС-271 обеспечивает 92% ингибирования аналогично продукту TaiHe Water Treatment Сo. Ltd PASP - 92%. Разработанная в рамках проекта композиция МААК+Аминат К в дозировке 10 мг/л обеспечивает 80% ингибирования коррозии стали, тогда как продукт фирм Monsanto и ЧПО «Химпром» HEDP – только 72%, а реагент Аминат К производства НПФ Траверс – 76%. При этом содержание фосфора в композиции в 4 раза ниже, чем в HEDP. Таким образом, полученные в рамках реализации проекта реагенты конкурентоспособны, соответствуют лучшим зарубежным и отечественным аналогами, а в ряде случаев - превосходят их.
Проведён цикл работ по синтезу, наработке и исследованию свойств новых отечественных на основе полигексаметиленгуанидина и янтарной кислоты, показано что новый биоцид эффективнее препарата «Полисепт».