DE1815940A1 - Mittel zur Verhinderung von Kesselsteinbildung und Verfahren zur Entfernung desselben - Google Patents
Mittel zur Verhinderung von Kesselsteinbildung und Verfahren zur Entfernung desselbenInfo
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Description
(USA 69^ O92 - 28ol2o67)
A12688 - 5881) WoRοQrace & Co»
7 Hanover Square
New York» H8V0ZyQSt9A. Hamburg, 4,Dezember 1968
Mittel zur Verhinderung von Kesselstein»
bildung undVerfahren zur Entfernung desselben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mittel
bzwο ein Verfahre*zur Verhinderung und Entfernung von
Calcium und Magnesium enthaltenden Ablagerungen in
wasserführenden Systemen.
Die Ablagerung von hauptsächlich Calcium« und Magnesiumcarbonaten«
Phosphaten, Sulfaten und Hydroxyden aus
wässrigen Lösungen an Wärmeaustauscherflächen und insbesondere
in Kühlwassersystemen, Kühltürmen, Verdampfer«
anlagen, HeizgefäSen und in Verdampfungsanlagen zur
Gewinnung von Trinkwasser oder Nutzwasser aus Seewasser, Solen» Brackwasser, Abfallwasser und dergleichen, führt
in der Industrie zu erheblichen Schwierigkeiten» Diese
Ablagerungen, die einschließlich der Hydroxyde allgemein als Kesselstein bezeichnet werden* setzen sich im wesent- ;j
liehen aus Erdalkalisalzen zusammeno Aufgrund der inversen .*
' ' . . 90983071220
BAD ORlGINAt,
Temperatur/Ldsllchkeitselgensohaften fallen die Verbindungen an Wärmeaustaueoberflächen aus odor lagern sich
an diesen ab, wo sie den Wärmeübergang verringern und eine ordnungsgemäße Wasserzlrkulatlon verhindern« Diese
Kesselsteinbildung wird noch verstärkt in Kühltürmen,
in denen durch das Kühlen ein Teil des umlaufenden
Wassers beim Durchgang durch den Turm oder in den
Siedegefäßen oder Verdampfern durch teilweise Verdampfung des Wassere zusätzlich konzentriert wird.
Zur Verhinderung der Kesselsteinbildung oder zur Lösung des Kesselsteins In Wärmeaustauschern sind bislang zahlreiche Methoden vorgeschlagen worden. Die mechanische
Entfernung 1st oft teuer und erfordert einen Ausbau der
Wärmeaustauscher. Man kann zwar Säuren, wie Schwefel«
säure, Salzsäure und SuIfansäuren.zur Entfernung von
Kesselstein verwenden, jedoch 1st die Handhabung dieser
) Säuren mit Gefahr verbundn, so dad dieses nur durch
Facharbeiter vorgenommen werden kann. Darüber hinaus
korrodieren die Säuren die Metallteile der Wärmeaustauscher, so daß die Verwendung von Säuren nur unter
Vorsichtsmaßnahmen erfolgen kann, um eine Beschädigung
der Anlage zu vermelden.
--.I Zweck der vorliegenden Erfindung 1st es, ein verbessertes-
Verfahren zur Verhinderung uqv Kesselsteinbildung an
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Wärmeaustausoherflachen bei wasserführenden Systemen
vorzuschlagen« wobei ein wirkungsvolleres Kesselsteinverhütungsmittel
vorgeschlagen wird. Bin weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines zuverlässigen, weniger korrodierenden und äußerst wirksamen
Mittels» mit dem man bereits gebildeten Kesselstein entfernen kenn oder die Kesselsteinbildung selber verhindern
kann.
Die erflndungsgemäßen Mischungen bestehen aus einer
bestimmten Carbonsäure zusammen mit einer bestimmten
stickstoffhaltigen organischen Phosphonsäuren die gegebenenfalls noch ein wasserlösliches Polymeres enthältφ
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verhinderung der
Kesselsteinbildung in wässrigen Systemen besteht darin,
daß man in das wässrige System mindestens 1 ppm der
erfindungsgemäßen Kesselstein verhütenden Mischung dispergiert. Das Verfahren gemäß ErüMung zur Entfernung
von Kesselstein von Oberflächen besteht darin, daß man
die Oberflächen mit einer wässrigen Lösung behandelt, die mindestens 0,5 % der erfindungsgemäßen Mischung
enthält»
Alle Konsentrationen sind im folgenden« sofern nicht
anders angegeben, auf das Gewicht bezogen„
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Oemäß Erfindung wird eine Mischung zur Verhinderung von
Kesselstein In Wasserführenden Systemen vorgeschlagen«
welche aus
a) 1 bis 500 Gewichteteilen Zitronensäure, Weinsäure,
Äpfelsäure, Maleinsäure, Malonsäure, Fumarsäure
oder Olytcoleäure oder aus einem Gemisch von zwei
oder mehreren dieser Säuren und
b) 1 bis 10 Gewichteteilen einer organischen Phosphorsäure der folgenden Formel
(A)
(0H)
oder
(B)
(HOX
(C)
(HO)0 -
- (OH)2
NH2 Im2
oder
- (OH)5
oder einem waeserlösliohen Salz oder Ester einer dieser
Stturen besteht, in welchen R1 ein Wasserstoffstorn '
909830/1220 ■
ein aliphatischen Rest mit bis zu j5Q Kohlenstoff«
atomen, den Rest Y 0 '■:'■'"'·
C-I-(OH)2
oder den Rest
bedeuten, und k eine ganze Zahl von i bis 10 und η eine Ganze Zahl von X bis 30 sind, wobei die
Bedeutung Jedes Radikals R1 unabhängig von dem
anderen ist unter der Voraussetzung, daß mindestens ein R1-Radikal den Rest
ϊ 2
C -Ρ β (OH)2
bedeutet und daß höchstens ein R1«Radikal den
Rest
N Z
bedeutet, während R2 ein Wasserstoffatom, ein
Phenylreat oder ein Benzylrest oder ein Alkylrest bis zu 4 Kohlenstoffatomen, R, ein Wasserstoff»
v;1' atom, ein Aminorest oder ein Hydroxylrest oder
ein Alkylrest mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen
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und R^ ein Alkylenrest mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen
1st, wobei Z ein Wasserstoff atom oder der Rest Y CJ
oder wobei einer <
er Radikale Z die Gruppe
0-P-(OH),
-P - (OH)2
bedeutet, wobei η und m unabhängig voneinander ganze
Zahlen im Bereich von 1 bis 30 sind und Y ein Wasserstoff·
atom oder ein Alkylrest mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen
sind, wobei die Bedeutung von Y unabhängig von den anderen 1st ο
Die Mischung zur Entfernung von Kesselstein oder zur Ver~
hinderung der Kesselsteinbildung gemäß Erfindung enthält somit 5 bis 99,8£und vorzugsweise 20 bis 70 $ einer
Carbonsäure, wie Zitronensäure, Weinsäure, Apfelsäure,
Maleinsäure, Malonsäure, Fu marsäure oder Glykolsäure
oder eine Mischung derselben„ Die bevorzugte Carbonsäure
ist Glykolsäure·
Die Mischung gemäß Erfindung enthält ferner 0,2 bis 95
Gew,£ und vorzugsweise 1 bis 20 # einer organischen
Phosphorsäure verbindung. Eine organische Phosphonsäuren
verbindung, die verwendet werden kann, ist die aus der
USA-Patentschrift j> 298 956 beschriebene Amino polymethyl-
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ORIGINAL
. - 7 ~
phosphorsäure.
Diese Arainopolyalkylldenphosphoxisäure hat die Formel
in der die einzelnen Symbole die oben angegebene Bedeutung haben.
Es können auch wasserlösliche Salze dieser Phosphonsäure
verwendet werden, wie Alkalisalze, Erdalkalisalze, Zink»,
Kobalt», Chrom-, Blei«, Zinn-, Nickel«, Ammonium- und
Aminsalze sowie niedere Alkanolamine. Insbesondere werden Aminsalze von niedrigmolekularen Aminen verwendet, doh„ a
mit einem Molekulargewicht unter etwa JOO und insbesondere Allylamine, Alkylenamlne und Alkanolamine, die nicht
mehr als zwei Amlngruppen enthalten, wie Kthylamin, Diäthylamin, Propylamin, Propylendiamin, Hexylamin, 2-Kthylhexylamin, n-Butyläthaholamin, Triäthanolamin und dergleichen o Alternativ können auch Ester mit einem aliphatischen Alkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verwendet
werden, wie auch Mischungen der Säuren, Salze oder Ester.
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Beispiele für diese organischen Phosphonsäureverbindungen sind u.a. Aminotri^methylphosphonsäure),, Aminotri«
( äthylldenphosphoneäure}, Aminotri {isopropylidenphos*·
phonsäure), Aminotrl~(butyliden phosphonsäuren Aminotri«
(isopentylidenphosphonsäure)p Äthylen~diamintetra~(methyl
phosphorsäure), Trimethylendiamlntetra( methyl phos phon -säure), Hexamethylenediamintetra-( methylphosphonsäure);
Heptamethylendiamintetra-(methylphosphonsäure), Octa
metnylen»dlainlntetra«(methylphosphon&äure), Nonamethylen»
diamintetra-(methylphosphonsäure), Dodeca-methylen
diaraintetra-(methylphosphonsäure), Tetra-deca-methylen"
diamintetra-(methylphosphonsäure), Oleyl-methylendiamintetra~(methylphosphonsäure), Äthylendiaraintri ■
(methylphosphonsäure), Äthylendiamin-di 4 methylphos«-
phonsäure), Hexamethylen»diamintrl~(methylphosphon«
säure), Hexamethylen-diamindi-(methylphosphonsäure),
n«01eylamin-di~(methylphosphonsäure), n-Kexylamin-di-(methylphosphonsäure)„ Di£thylen-triamin-penta-(methylphosphonsäure ), Äthylentriamin-penta»(methylphosphonsäure), Kthanolamin di ·{methylphosphonsäure), Aminc-di-(methylphos phonsäure), η Hexylamino-(isopropylidenphosphonsäure) (Methylphoephonsäure), Ethylendiamin-(methylphosphonsäure) (Butylidenphosphonsäure). Amino»
di-(methylphosphonsKure) (Butylidenphosphonsäure),
Triahydroxyl-methyl, Methylaraino di~(methylphosphonsäure),
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6AD ORIGINAL
Carbäthoxyaraino~di"(mefchylphoaphonsäure), Chloracetamino»
dl-(methylphosphorsäure), Bromäthylenamino~di-( methylphosphonsäuren, Propylen=diaraintetra-(inethylphosphonsäure), Triäthylentefcraminhexa~(methylphosphonsäure)
und Monoäthanol-diäthylentriaralntri-(methylphosphon»
säure)ο
Aminotrimethylphosphonsäurea Die bevorzugten Salze
dieser Verbindungen für die Mischung gemäß Erfindung sind die Alkalisalze und insbesondere Natrium» und
Kaliumaminotritnethylphosphonat.
den Mischungen gemäß Erfindung verwendet werden können,/
sind Alkylendiphosphonsäuren, wie sie in den USA«Patent»
sind. Diese Verbindungen haben die folgenden Formeln: -
oder
OH
wobei die Symbole die oben angegebene Bedeutung habenβ
Geeignete Säuren dieser Art sind unter anderem Methylen» diphosphonsäure, Äthylidersdi phosphonsäuren Isopropyllden-
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ίο -
di phos phonsäure, 1 -Hydroxy -äthylidendi-phos phonsäure,
Hexamethylidendiphosphonaäure, Trimethylendiphos phonsäure,Decamethylen-diphosphonsäure,
I4iydroxy~propyliden·
diphosphonsäure, 1,4 Dihydroxy«!,4«diathyl«tetramethylene
diphosphonsäure, 1, ^Dihydroxy-1 ,^-dipropyl-trimethylen-'diphosphonsäure,
1,4-Dibutyl-tetramethylen-diphosphonsäure,
Dihydroxy-diäthyl-äthyliden-diphosphonaäure,
4-Hydroxy-6-äthy1-hexamethy1en-diphosphonsäure,
1-Hydroxy-butyliden-diphosphonsäure, Butylidendiphosphonsäure,
1-Arainoäthan-1,1-diphosphonsäure, 1-Aminopropan-1,1-diphosphonßäure,
l~Aminobenzyl-l,1-diphosphonsäure,
1,6-Diaminohexan-l,1e6*6-tetraphosphonsäure,
1-Arainoäthan-1,1-diphosphonsäure-monoäthylester und
i-Amino-2-phenyläthan-l,l-diphosphorsäure. Die wasserlöslichen
Salze dieser Säuren» wie die Alkaliealze,
Erdalkalisalze, Zink-, Kobalt-, Chrom-, Blei-, Zinn-,
Nickel-« Ammonium- oder Aminsalze und die niederen Alkanolamlnsalze können verwendet werden. Ebenso können
die Ester dieser Säuren mit einem aliphatischen Alkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Mischungen
dieser Säuren* Salze oder Ester eingesetzt werden. Die
Verwendung von Mischungen der beiden grundsätzlichen Arten der organischen Fhosphonsäureverbindungen liegt
ebenfalls im Bereioh der vorliegenden Erfindung.
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Die Mischung kann ferner bis zu 20 # eines wasserlöslichen
Polymeren mit einem Molekulargewicht von 2oo bis 15 Millionen ralt der sich wiederholenden Gruppe der
folgenden Formel enthalten:
CH?
in welcher R5 Wasserstoff oder ein Methylrest und Rg
ein Amid oder eine Carboxylgruppe ist, und SaIse derselben.
Die bevorzugten Polymeren sind Polyacrylsäuren und Polymethacrylsäure oder die Natrium-, Kalium« oder
Ammoniumsalze derselben mit Molekulargewichten von 400
bis 200 QOOf, berechnet als Polyacrylsäure. Die Mischung
kann auoh schaumverhlndernde Produkte, Korrosionsinhibitoren,
Bioeide und dergleichen enthalten oder mit diesen zusammen verwendet werden.
Zur Entfernung von bereits bestehendem Kesselstein oder Erdalkalisalzablagerungen von Oberflächen wird die
mit Kesselstein belegte Oberfläche mit einer wässrigen Lösung in Berührung gebracht, welche mindestens 0,5 und
vorzugsweise mehr als 2 # der erfindungsgeraäßen Zusammensetzung
enthält. Bei diesen Konzentrationen wird eine schnelle Kesselsteinentfernung bewirkt. Die organischen
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Phosphonsäuren vergrößern synergietisch die Geschwindigkeit der Kesselsteinentfernung durch die Carbonsäuren.
Die Kesseleteinablagerung aus wässrigen Lösungen oder
die Ablagerung von Erdalkalisalzen kann verhindert werden, indem man dem wässrigen System mindestens 1 ppm
und vorzugsweise 10 bis 1000 ppm der erfindungsgemäßen
Mischung zusetzt. Die Kombination der Carbonsäure mit
der organischen Phosphonsäureverblndung verhindert ßynergistisoh die Kesselsteinbildung. Im allgemeinen
erfordert zur wirksamsten Behandlung einersteigenden
Konzentration an Kesselstein bildenden Salzen auch eine höhere Konzentration der erfindungsgemäßen Zusammensetzung,
um die Kesselsteinbildung vollständig zu verhindern» Das erfindungsgemäße Verfahren 1st nicht auf
bestimmte wasserführende Systeme beschränkt· Das erfindungsgemäße
Mittel wirkt in wasserführenden Systemen
mit Temperaturen bis su 1SO°C und höher einschließlich
Kühlwasseranlagen, KUhltürmen, Sledegefäßen, Verdampfern,
Wassererhitzern und dergleiehen. Die Kesselsteinbildung
bzw. die Ablagerung von Salzen wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Frischwasser, Braekwasser, Solen,
SeewasserÄ Abwässern und dergleichen verhindert.
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BAD ORIGINAL
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden.
Es wurde die folgende Zusammensetzung verwendet, um die
Kesselsteintolldung in einem Kühlturm zu verhindern:
Protee Zusammensetzung; in Gew.^
Mischung Nr* 1: 50 0ew.£ Glykolsäure, Λ
5 if Aminotri-(methylphosphonsSure)
45 Jf Wasser
Mischung Nr. 2: 60 0ew.£ GlykolsSure,
10 Gew.J6 Hydroxyöthyllden-diphos-
phonsäure, 50 Gew.# Wasser
Es wurde ein Kühlturm verwendet, dessen Wasserzufuhr
799 ppm gelöste Gesamtfeststoffe enthielt» eine auf
Methylorange bestimmte Alkali tat von 78 ppm (als;
Caloiutacarbonat) besaß und eine Caloiurahärte von" ' :
514 ppm (ale Calciumoarbonat) besaß, Da» Kühlwasser
mirde mit 76 ppm der Zusammenaetzung gemäß Probe!
behandelt· Nach einer Betriebsdauer von 6 Monatenhatten
die Wärmeaustausoherfohre praktisch keine Kesselsteinafelagerung
au» Calcium-, und Magneeiutosalze^. Der KUhI,-·
tuns wurde bei einem pH-Wert von 7,0 bis 8*0 betrieben
und-bei j * Kcms^trationskreisläufeii· Das umgewälzt @
' Wasser hatte einen äittigungalsid®^ nach Langeil ©r »s '■
1^,61, mm -seigt^j» ößS eine Mi^ms ^r Cal8ii»@ftaM^ .?■
ie
0SS30/1220
■ - 14 -
gemäß Erfindung vorhanden wax*, ähnliche Ergebnisse wuräea
mit 78 ppm der Zusammensetzung gemäß Probe 2 erhalten.
£s wurden die folgenden Mischungen hergestellt, um
5 ßew.# Aminotri~(methylphosphon
säure), 45 Gew.£ Wasser
15 Oew.g Hydroxylthyliden-diphosphon-
süure, 40 Gew.Ji Wasser«
Eine Analyse des vom Wärmeaustauscher entfernten Wassereteins aeigte, daß dieser 51,3 % Calcium, berechnet als
CaO, 2,6 Ji Magnesium» berechnet als HgO, 0,8 £ Elsen,
berechnet als #«2Ο3* ^0'2 ^ Carbonate berechnet ale COg,
1*1 % Sulfat« berechnet als SO,* und 0,1 % Kieselsäure,
berechnet als SlOg, enthielt und 3,9 $ brennbares Material enthielt. Zur Kesselsteinentfernung wurde eine
wässrige Lösung, welche 6 % der Zusammensetzung gemäß
Probe 3 enthielt, 2 Stunden durch die Anlage uragewälst.
Anaohließend wurde der Wärneaustauscher abgelassen ir. *d
mi% QimsT s&läen alkaliaoheii Lömiüg gespült. Mach der
Helnlgung seigte si oh, daß d<?r gesamte Kesselstein im
Wä2T*8&u3tauscher aufri®depet*lZ*nd entfernt war.
.309030/1220 '
18159A0
Ähnliche Ergebnisse wurden erzielt, wenn man 6 % der
Mischung gemäß Probe 4 verwendete.
Andere Zusammensetzungen gemäß Erfindung, welche wirksam
die Kesselsteinbildung verhindern bei Verwendung in Konzentrationen von mindestens 1 ppm« und welche sehr schnell
bereite bestehenden Kesselstein entfernen, wenn sie in
Konzentrationen von mindestens 0,5 % eingesetzt werden,
sind die folgenden:
Mischung Hr. *>:
Mischung Hr. *>:
Mischung Kr. 6:
Mischung !32*. 7:
Mischung Rr. 8:
Mischung Nr. 9:
Mischung Kr. 10:
40 Gew.# Glykolsäure*
10 Gew.$ Aminötriäthyliden-phosphon-
säure» 30 Gew.^ Wasser
45 Qevi.fi Glycolsäure,
20 Gew.$ ftthylendlamint etra~(methyl -
phosphonsäuren 25 öew.jß Wasser
80 Gew.$6 Weinsäure, '
20 Gew.S^ Aminotri^imethylphosphonsäure),
60 Gew.^ Wasser
55 ßew.jg apfelsäure, 5 Gew.£ Hydroxyäthyliden-ölphoaphon-
säure, 4o Gew.% Wasser
50 Gew.^ Maleinsäure,
2 Gew.£ Isopropylidendiphosphonsäure
5 Gew.^ Polyacrylsäure (Molekulargewicht 3000)
63 Gew.$ W.asser
90 Gew.^ Zitronensäure,
1 Gew.# Pentanatriunisalz der Aminotr·!-
methylphosphonsäure,
9 Gew.% Polymethacrylsäure (Molekulargewicht
200 000)
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38 Oew.Jß Fumarsäure,
5 Gew.# l-Anrtnoäthan-l,l-dlphosphon·
säure, 57 Gew.# Wasser
42 Gew.£ Malonsäure,
10 Oew.^ l,4«DIhydroxy-l,4-dläthyl«
tetramethylendi phOBphon-
säure«
48 Oew.# Wasser
Ue scm
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Claims (1)
- W.R,Grace * Co.New York, N.Y.ASA . Hamburg*Patentansprüche1, Mischung znxr Verhinderung der Bildung von Kesselstein oder Erdalkalisal2ablagerungen in wasser*· führenden Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus den folgenden Bestandteilen besteht:a) 1 bis 500 Gewichtstellen Zitronensäure« Weinsäure» apfelsäure, Maleinsäures Malonsäure, Fumarsäure oder Glycolsäure oder einer Mischung von 2 oder mehreren dieser Säuren undb) 1 bis 10 Gewichtsteilen einer organischen Phosphonsäure der folgenden allgemeinen Formel(A) RW Y Ooder!«"30/1220(C)[H0)2»P^ «~C·—fijyhi.COH).oder einem wasserlöslichen SaIa oder einem Ester einer dieser Säuren., wobei in diesen Formeln die Symbole die folgende Bedeutung haben:jeder Rest R1 bedeutet ein Wasserötoffatoia, einen aliphatischen Rest, welcher bis zu j50 Kohlenstoff atomen enthält» den Restγ Ο~o4> »(0H)2 oder den Rest. 'wobei k eine ganze Zahl von 1 bis 10 und η eine ganze Zahl von i bis 50 sind» und wobei die Bedeutung jedes Substltuenten H1 unabhängig von d@m anderen ist unter der Voraussetzung, daß mindestens ein Rest R1 das Radikalist* und daß hoohisteas ein H©st H1 di.e Gruppe /y9 0 9 8 3 0/1220ÖAD ORIGJNAt»ist» wobei η eine ganze Zahl von 1 bis JG ist; R2 bedeutet ein Wasserstoff atom, einen Phenyl- oder Banzyl-rest oder einen Alkylrest mit bis su 4 Kohlenstoffe tonten»R, bedeutet ein Waeseretoffatom, einen Amino- oder Hydroxylreet oder einen Alicylrest mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen» R^ bedeutet einen Alkylenrest mit bis eu XO Kohlenstoffatomen, wobei Jeder Rest Z ein Wasserstoffatoa oder die Gruppe(OH),ist oder wobei einer der Radikale Z die GruppeP - (OH)2bedeuten« wobei η und in unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 30 sind und jeder Rest Y ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest bis zu 4 Kohlenstoffatomen 1st, wobei die Bedeutung von jedem Y unabhängig von dem anderen ist.2* Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Phosphonsäure eine Aminotrlphosphonsäuren ist.9098 30/122 03. Mischung naoh Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet« daß die organische Phoephonsäure verbindung eine Hydroxyäthyliden-diphosphonsäure ist.4. Verfahren zur Behandlung von wasserführenden systemen, welche Erdalkalisalze enthalten zur Verhinderung der Kesselsteinbildung, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem wässrigen System mindestens 1 ppm einer Mischung gemäß Anspruch 1 bis 3 disperglert.5. Verfahren zur Entfernung von Erdalkalisalzablegerungen von Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit den Ablagerungen mit einer wässrigen Lösung behandelt, die mindestens 0,5 Oew.£ einer Mischung gemäß Anspruch 1 bis 3 enthält.ue:om909830/1220 BAD ORIGINAL
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