52
Химические методы борьбы
Ингибиторы солеотложения (ИСО).
ИСО – это химические вещества или смеси, которые при их добавлении к
пересыщенным водным растворам минеральных солей в соответствующей
концентрации предотвращают или значительно замедляют выделение из
растворов осадков малорастворимых солей.
Рис. 6.1. Классификация ингибиторов солеотложений
по механизму действия
53
Механизм действия хелатообразующих ИСО основан на связывании
солеобразующих катионов и предотвращении их взаимодействия с
солеобразующими анионами.
Хелатный эффект проявляется в экспериментально наблюдаемом
«предпочтении» ионов металлов образовывать комплексы с
хелатообразующими, а не с монодентатными лигандами (молекулами Н2О,
CO, NH3 или анионами OH–, Cl–, SO4 2–) при условии, что оба типа лигандов
образуют связи примерно одинаковой прочности.
Реагенты, проявляющие ингибирующее действие в пересыщенных растворах
при концентрациях, существенно ниже стехиометрических
(субстехиометрических), называют «пороговыми ингибиторами
солеотложения».
Рис. 6.1. Классификация ингибиторов солеотложений
по механизму действия
54
Рис. 6.3. Кристаллы CaCO3, выделившиеся из пересыщенного водного рас-
твора: а) без ингибитора солеотложений; б) в присутствии ингибитора
солеотложений. Сканирующий электронный микроскоп, ×2000
Рис. 6.1. Классификация ингибиторов солеотложений
по механизму действия
55
Номенклатура ингибиторов солеотложения
Большинство ИСО представляют собой водорастворимые реагенты с
заданными технологическими свойствами (температура замерзания,
плотность, температура вспышки и т.д.) и определенной активной основой. В
некоторых случаях в составе ИСО могут использоваться несколько активных
основ.
Хелатообразующий эффект проявляют ИСО на основе карбоксилсодержащих
комплексонов.
Реагенты, которые образуют хелатные соединения с катионами
солеобразующих ионов:
этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА),
1,3-диамино-2-гидроксипропан-N,N,N
,N
-тетрауксусная кислота
(ДПА),
дигидроксибутилендиаминтетрауксусная кислота (ДБТА).
По эффективности действия эти реагенты располагаются в следу-
ющей последовательности:
ЭДТА < ДПА < ДБТА.
56
«+»: хорошая растворимость в воде их натриевых и калиевых солей, полная
совместимость с пластовыми водами с высокой концентрацией
кальция, а также высокая температурная стабильность их водных растворов.
Рис. 6.4. Схема реакции ионов кальция с ЭДТА
57
Наряду с предотвращением образования солей комплексы ряда
полиаминполиуксусных кислот могут применяться для удаления уже
образовавшихся минеральных отложений.
Их действие основано на разрушении солеотложений путем образования
устойчивых растворимых в воде комплексов солеобразующих катионов
стехиометрического состава.
Ряд анионных групп, которые проявляют высокое сродство к основным
солеобразующим катионам на поверхности кристаллов.
Наиболее важными из них являются:
фосфат-ионы (OPO3Н–),
фосфонат-ионы
(РО3Н–),
фосфинат-ионы (РО2Н–),
карбоксилат-ионы (СОО–),
сульфонат-ионы (SO3–).
58
Классы ИСО:
– полифосфаты;
– эфиры фосфорной кислоты;
– фосфонаты и полифосфонаты;
– поликарбоксилаты;
– полифосфинаты;
– полисульфонаты.
59
Полифосфаты
Анионы полифосфатов хорошо известны в качестве ИСО. Они эффективно
ингибируют образование как карбоната кальция, так и сульфата бария.
Примерами полифосфатов, использующихся в нефтяной и газовой
промышленности, являются:
гексафосфат натрия Na6P6O18,
трифосфат натрия Na5P3O10,
трифосфат калия
К5P3O10.
«+»: невысокая стоимость.
«-»: при температуре выше 70 °С полифосфаты подвергаются гидролизу до
ортофосфатов. Наибольшее увеличение скорости гидролиза вызывают со-
ляная и азотная кислоты. В растворах с высокой концентрацией ионов
кальция или магния полифосфаты образуют нерастворимые соли.
Рис. 6.5. Структурная формула гексафосфата натрия
60
Эфиры фосфорной кислоты
Эфиры фосфорной кислоты (ROPO3H2) являются ингибитора-
ми образования большинства солей, в первую очередь карбоната
и сульфата кальция. В слабокислых, нейтральных и щелочных
средах они пригодны для ингибирования образования сульфата
бария. Примером эфира фосфорной кислоты, использующегося в
нефтяной и газовой промышленности, является триэтаноламино-
вый эфир фосфорной кислоты.
При обработке вод с высокой концентрацией ионов кальция эфиры
фосфорной кислоты могут образовать нерастворимые фосфаты кальция.
Рис. 6.6. Триэтаноламиновый эфир фосфорной кислоты
61
Фосфонаты и полифосфонаты
Фосфонаты - класс органических соединений, имеющих связь Р-С в структуре
молекулы.
Примеры фосфонатных ИСО:
аминотрис (метиленфосфоновая) кислота,
диэтилентриаминпентакис (метиленфосфоновая) кислота,
1,2-диаминэтантетракис (метиленфосфоновая) кислота,
дигексаметилентриаминпентакис (метиленфосфоновая) кислота.
Фосфонаты способны предотвращать образование большинства солей,
стабильны до температуры 180–200 °С.
Из недостатков данного класса ИСО следует отметить возможность
образования малорастворимых фосфонатов кальция при высокой
концентрации Са2+ в воде.
Соседние файлы в папке Лекции