Klassifizierung und Wirkmechanismus von Kesselsteininhibitoren

Skalierung ist ein häufiges Problem in der industriellen Produktion und der Energieentwicklung, insbesondere bei der Wassereinspritzung auf Ölfeldern, dem zirkulierenden Kühlwassersystem und der Tunnelentwässerungsleitung. Die Ablagerung von Kesselstein führt zu einer geringeren Effizienz der Anlage, zu einer Blockierung der Rohrleitungen und sogar zu Sicherheitsrisiken. Kesselsteininhibitoren hemmen den Skalierungsprozess durch Chelatlöslichkeit, Gitterverzerrung und Dispersion und sind zu einer der wirtschaftlichsten und wirksamsten Lösungen geworden. Herkömmliche Kesselsteininhibitoren (wie organisches Phosphin) haben jedoch Probleme wie Umweltverschmutzung und schlechte Temperaturbeständigkeit. Die Entwicklung grüner und umweltfreundlicher Kesselsteininhibitoren und multifunktionaler Verbundformeln ist zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.

Haupttypen:

Kesselsteininhibitoren können je nach ihrer chemischen Struktur in die folgenden Kategorien eingeteilt werden.

1. Organophosphin-Kesselsteininhibitoren, wie aminotrimethylenephosphonic (ATMP). Der Hauptwirkungsmechanismus ist die durch Chelatbildung induzierte Gitterverzerrung, Phosphonsäuregruppen hemmen die Kristallkeimbildung durch Chelatbildung Ca2 +, und Oberflächenadsorptionseffekte verändern den Kristallwachstumspfad. Anionisches HEDP erzeugt durch elektrostatische Abstoßung einen sterischen Hinderungseffekt, der die Mikrokristallagglomeration wirksam hemmt. Die hohe Temperaturstabilität ist bemerkenswert. HEDP bleibt in einer Umgebung von 250 ℃ stabil. Die besondere Struktur der C-P-Bindung verleiht dem Material eine ausgezeichnete Hydrolysebeständigkeit. Diese Art von Verbindung hat mehrere Funktionen. Es kann nicht nur einen Fe-HEDP-Verbundschutzfilm auf der Oberfläche von Kohlenstoffstahl bilden, sondern auch eine synergistische Kontrolle der Karbonat-Kesselsteinhemmung erreichen. In der praktischen Anwendung gibt es zwei Einschränkungen. Die Skaleneffektivität von Ca3 (PO4) 2 beträgt nur 40-50%, und es ist notwendig, Dispergiermittel wie Polyacrylsäure zu verwenden, um die Wirkung zu verstärken Gleichzeitig bringt es auch Probleme mit Umweltrückständen mit sich. Das im Umkehrosmosesystem angereicherte HEDP führt dazu, dass der Gesamtphosphor im Abwasser die Norm überschreitet, die durch Aktivkohleadsorption oder Ozonoxidation gründlich behandelt werden muss;

2. Polymerzunderhemmer, Carbonsäurezunderhemmer basieren in der Regel auf Carbonsäuremonomeren wie Acrylsäure (AA) und Maleinsäure (MA) als Kern und werden durch Homopolymerisation oder Copolymerisation gebildet. Carbonsäurepolymere sind reich an Carbonsäuregruppen (-COOH) und haben einstellbare Molekularstrukturen. Diese Faktoren machen sie wirksam bei der Chelatbildung von Metallionen, der Hemmung des Kristallwachstums und der Dispergierung mikrokristalliner Partikel. Sie sind nicht nur phosphor- und stickstofffrei, sondern auch umweltfreundlich, haben aber eine geringe Toleranz gegenüber Calcium. Sulfonsäure-Copolymerzunderhemmer sind eine Art von Polymeren, die mit Sulfonsäuregruppen (-SO3H) eingeführt wurden und im Bereich der industriellen Wasseraufbereitung weit verbreitet sind. Ihr Hauptvorteil liegt in der starken Hydrophilie der Sulfonsäuregruppen und ihrer stabilen Chelatbildungsfähigkeit für hochwertige Metallionen. Sulfonsäuregruppen können die Wachstumsrichtung von CaCO3- oder Ca3 (PO4) 2-Kristallen stören und eine lose Struktur bilden. Die Hydrophilie der Sulfonsäuregruppen verstärkt die negative Ladung auf der Partikeloberfläche und verhindert die Aggregation und Ablagerung von Mikrokristallen;

3. Grüne und umweltfreundliche Kesselsteinhemmer Grüne und umweltfreundliche Kesselsteinhemmer sind hauptsächlich natürliche Polymerkesselsteinhemmer auf der Grundlage makromolekularer Substanzen aus Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen, und ihre Kesselsteinhemmungsleistung wird durch chemische Modifizierung oder Compoundierungstechnologie verbessert. Zu den repräsentativen Substanzen gehören Pflanzenextrakte (Gerbsäure, Ligninderivate), Chitosan, Stärke und Zellulose. Synthetische Grünkesselsteinhemmer werden durch einen kontrollierbaren chemischen Syntheseprozess hergestellt und haben sowohl eine hochwirksame Kesselsteinhemmungsleistung als auch Umweltschutzeigenschaften. Zu den repräsentativen Substanzen gehören Polyasparaginsäure (PASP) und Polyepoxybernsteinsäure (PESA). Es hat sowohl eine biologische Abbaubarkeit als auch eine hocheffiziente Kesselsteinhemmungsfähigkeit [6]; Multifunktionaler Komposit-Kesselsteinhemmer bezieht sich auf eine Art von Wasserbehandlungsmittel, das mehrere Funktionen wie Kesselsteinhemmung, Korrosionssterilisation, Sterilisation und Dispersion durch chemische Zusammensetzung oder Molekularstrukturdesign hat. Seine Kernzusammensetzung umfasst in der Regel Imidazolin-Korrosions- und Kesselsteininhibitor (MZ-P), der korrosionshemmend, kesselsteinhemmend und sterilisierend wirkt. Das Team hat einen multifunktionalen Feststoffkorrosions- und Kesselsteininhibitor (SPCI-1) entwickelt. Das Mittel kombiniert Korrosionshemmung, Kesselsteinhemmung, Desoxidation und Sterilisation. Es wird durch einen Schmelzprozess unter Verwendung eines modifizierten Imidazolin-Korrosionsinhibitors (Korrosionshemmungsrate 86%), eines organischen Phosphin-Kesselsteininhibitors (CaCO3-Kesselsteinhemmungsrate 93,3%, CaSO4-Kesselsteinhemmungsrate 98,9%), eines Bakterizids 1227 und eines Ascorbinsäure-Desoxidationsmittels hergestellt. Die Partikelgröße beträgt 4 ~ 8 mm und die Dichte 1,20 ~ 1,50 g /

Mechanismus der Kesselsteinhemmung

Der Kesselsteininhibitor erreicht die kesselsteinhemmende Wirkung, indem er den Keimbildungs-, Wachstums- oder Ablagerungsprozess von Kesselsteinkristallen stört. Sein zentraler Mechanismus umfasst Gitterverzerrung, Chelatbildung und Dispersion.

1. Solubilisierung durch Chelatbildung: Der Kern des Chelatmechanismus besteht darin, das chemische Gleichgewicht der Ionenkomplexreaktionen zu regulieren. Mehrzähnige Liganden wie DTPA und EDTA verbinden sich aufgrund mehrerer Koordinationsstellen mit kesselsteinbildenden Ionen wie Ca2 + und Mg2 + zu thermodynamisch stabilen zyklischen Chelaten. Dieser Prozess reduziert die effektive Konzentration freier Kalziumionen in der flüssigen Phase erheblich, so dass das Ionenkonzentrationsprodukt unter der Schwelle des löslichen Produkts bleibt, wodurch der Kristallkeimbildungsprozess gehemmt wird.

2. Gitterverzerrung: Gitterverzerrung ist eine Veränderung auf molekularer Ebene, die während des Kristallwachstums auftritt. Der Eingriff von Kesselsteininhibitoren stört sie und verursacht Veränderungen in der Kristallstruktur. Ein Schlüssel zur Wirksamkeit von Kesselsteininhibitoren ist, dass sie fest an wichtigen kristallwachstumsaktiven Stellen wie der Oberfläche des Kristallkerns und dem Rand der Kristallfläche adsorbiert werden können. Gitterverzerrung manifestiert sich als Zerstörung der geordneten Anordnung des Kristalls. Polare Gruppen wie Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen spielen eine wichtige Rolle bei der Kesselsteinhemmung. Diese polaren Gruppen bilden Koordinationsbindungen mit Kristalloberflächenionen wie Calcium- und Bariumionen und werden fest an der Kristalloberfläche adsorbiert. Das ursprüngliche saubere Aussehen des Kristalls existiert nicht mehr, und die Verteilung der Kristallflächenenergie wird vollständig unterbrochen, was wiederum dazu führt, dass der Kristall ungeordnet wächst. Das Endprodukt wird zu einer nicht dichten Struktur mit einer lockeren Struktur und durchgehenden Poren.

3. Dispersion: Die Hauptmechanismen der Dispersion sind elektrostatische Abstoßung und sterische Behinderung. Der absolute Wert des Potenzials nach der Ionisierung negativ geladener Gruppen (wie -SO3-) und die daraus resultierende doppelschichtige Abstoßung ist ein wichtiger Weg. Eine andere Möglichkeit ist, dass Polymere wie Polyaspartikasäure (PASP) und Polyacrylsäure (PAA) ihre langen Ketten an der Oberfläche der Partikel adsorbieren und durch Dehnung der Kettensegmente eine sterische Behinderung aufbauen, die auch die Partikelaggregation verhindern kann. Die Adsorption von Polymerketten auf der Oberfläche der Partikel und die Ansammlung negativer Ladungen sind sehr wichtig. Elektrostatische Abstoßung und sterische Behinderung können verhindern, dass sich Partikel gegenseitig anziehen.