MXPA97005453A - Composicion mejorada para inhibir la corrosion, incrustacion y dispersion en aguas de repuesto de torres de enfriamiento - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a:La presente invención se refiere a una composición mejorada para inhibir la corrosión, incrustación y dispersión en aguas de repuesto de torres de enfriamiento, soluble en agua. Los beneficios de esta nueva formulación permiten mantener una alta eficiencia parael tratamiento de agua en torres de enfriamiento, control adecuado en la incrustación, dispersión de sólidos y control del crecimiento bacteriano en los equipos de intercambio de calor, evitando la tendencia al ensuciamiento, además no aumenta la reducción de la contaminación de metales pesados de los efluentes de las Refinerías y plantas químicas ya que es un producto cuya composición química es completamente orgánica y biodegradable.

Description

COMPOSICIÓN MEJORADA PARA INHIBIR LA CORROSIÓN, INCRUSTACIÓN Y DISPERSIÓN EN AGUAS DE REPUESTO DE TORRES DE ENFRIAMIENTO.

DESCRIPCIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una composición mejorada para inhibir la corrosión, incrustación y dispersión en aguas de repuesto de torres de enfriamiento, soluble en agua. Los beneficios de esta nueva formulación permiten mantener una alta eficiencia para el tratamiento de agua en torres de enfriamiento, control adecuado en la incrustación, dispersión de sólidos y control del crecimiento bacteriano en los equipos de intercambio de calor, evitando la tendencia al ensuciamiento, además no aumenta la reducción de la contaminación de metales pesados de los efluentes de las Refinerías y plantas químicas ya que es un producto cuya composición química es completamente orgánica y biodegradable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El agua utilizada en las torres de enfriamiento contiene cationes, tales como calcio, magnesio, sodio, potasio, etc. y varios aniones como bicarbonatos, carbonatos, sulfatos, fosfatos, silicatos, etc. Cuando se combinan estos aniones y cationes en concentraciones donde se excede la solubilidad de sus productos de reacción, precipitan. La solubilidad de los componentes presentes varia por las siguientes razones: concentración de las sales, cambios de pH, y ?^* temperatura; así como por la introducción de iones adicionales que forman compuestos insolubles con los iones ya presentes en la solución.

Estos productos de reacción precipitan en las superficies del sistema de enfriamiento, formando depósitos, cuya acumulación impide. la transferencia de calor efectiva, interfiere con el flujo de agua, facilita los procesos corrosivos y el crecimiento bacteriano. Esto es un gran problema en los sistemas de las * torres de enfriamiento, ya que se incrementan los paros para limpieza y remoción de depósitos.

Así mismo, la corrosión en los equipos de intercambio de calor y líneas de interconexión, incrementa los costos de operación por concepto de paros y mantenimiento lo cual reduce significativamente la vida útil de los equipos mencionados.

Para el control de la corrosión, incrustación y dispersión de materiales inorgánicos, así como control microbiológico se han utilizado anteriormente los siguientes productos: CONTROL DE CORROSIÓN.

Para el control de este fenómeno ocasionado por la presencia de oxígeno disuelto en el agua de recirculación, así como por la presencia de otros contaminantes provenientes del proceso principal tales como : ac. sulfhídrico, hidrocarburos, amoniaco, etc., se han utilizado diversos compuestos a base de cromo y zinc, que mostraron un comportamiento satisfactorio en esta aplicación, sin embargo el uso frecuente de estos productos ha provocado problemas de contaminación en los efluentes de ríos y lagunas, por lo que se ha recomendado la eliminación de los compuestos de cromo y restringido el consumo de compuestos a base de zinc, limitándose en este caso la concentración a valores menores de 2.4 ppm en los afluentes de refinerías y plantas químicas.

CONTROL DE LA INCRUSTACIÓN.

Para evitar la formación de depósitos de sales incrustantes de baja solubilidad se han utilizado compuestos de tipo quelato tales como el ac. etilén diamino tetracético, ac. nitrilo triacético y sus sales que favorecen la solubilización de compuestos de calcio y magnesio; así mismo para reducir la tendencia a la cristalización y formación de depósitos de estos compuestos, también se han utilizado diversos compuestos, tales como el ac. amino trimetilén fosfórico, el ^R. ac. hidroxietilidén difosfónico y polímeros de bajo y mediano peso molecular a 10 base de ac. acrílico y acrilamida.

CONTROL DEL ENSUCIAMIENTO.

La presencia de sales disueltas, materia orgánica y diversos contaminantes en 15 el agua utilizada en los sistemas de enfriamiento, provocan la formación ™ gradual de depósitos bacteriológicos duros y adherentes principalmente en las superficies metálicas de transferencia de calor en los intercambiadores reduciendo la eficiencia de estos y provocando severos problemas de obstrucción y ensuciamiento. 20 Para mantener bajo control la formación de depósitos de materiales orgánicos e inorgánicos tales como arcillas, lodos y limos, se han utilizado principalmente materiales polémicos naturales, tales como los taninos y derivados de la lignina materiales polémicos naturales, tales como los taninos y derivados de la lignina Y« (lignosulfonatos); sin embargo estos compuestos mencionados presentan como inconveniente principal su elevada susceptibilidad a la degradación química o biológica, la cual reduce aún más su eficiencia. Actualmente se usan 5 biodispersantes no iónicos que dispersan los depósitos bacteriológicos y refuerzan la acción de los biocidas.

CONTROL MICROBIOLÓGICO.

Debido al elevado grado de contaminación de las aguas de recirculación en las torres de enfriamiento, se presenta normalmente el crecimiento de diversos microorganismos tales como : bacterias, algas, hongos, levaduras, etc., que promueven la formación de depósitos de material orgánico sobre las superficies de intercambio de calor y líneas de conexión, así como en casos específicos, la corrosión por debajo de estos depósitos en forma de picadura (pitting) como -" los que se presentan en el caso de bacterias sulfato reductoras.

Para evitar el crecimiento de los microorganismos antes mencionados se han utilizado compuestos tales como cloro, en combinación con biocidas bromados, 20 sales cuaternarias de amonio y otros compuestos orgánicos que presentan eficiencias limitadas en determinadas condiciones, por lo que se requiere en algunos casos de biocidas específicos tal es el caso de los biocidas oxidantes de tipo aldehido que mantienen bajo control el crecimiento microbiológico.

A La presente invención es una mejora a la composición multifuncional inhibidora de la corrosión, incrustación y dispersión para agua de torres de enfriamiento, que se presentó el 26 de julio de 1 995 y tiene el No. de expediente 953234, 5 que es propiedad del mismo titular.

* Para el control de la formación de sales incrustantes sobre las superficies metálicas de los sistemas de enfriamiento, la formulación objeto de la presente invención lleva una mezcla de dos derivados de fosfónico, reforzándose este efecto con una mezcla de copolímero de bajo peso molecular, obteniéndose eficiencias a la incrustación de carbonato de calcio mayores al 90% en pruebas a nivel laboratorio y planta piloto, así mismo es posible mantener la sílice en suspensión hasta en un 90%.

El biodispersante de tipo no iónico que se aplica incrementa el poder penetrante del cloro, reforzando su acción biocida y dispersa los depósitos bacteriológicos en los sistemas de enfriamiento.

Para mantener el control microbiológico se utiliza un biocida no oxidante de tipo aldehido que inhibe el crecimiento de bacterias, algas, hongos y levaduras.

Los objetivos de la presente invención son: 1 . proporcionar una composición soluble en agua que inhibe satisfactoriamente la incrustación, corrosión, ensuciamiento y crecimiento biológico en sistemas de agua de enfriamiento, la cual presenta una característica principal que no contiene metales pesados, ya que es un producto completamente orgánico. 2. Economizar el consumo de agua en las torres de enfriamiento hasta en un 45% alcanzando un mayor número de ciclos de concentración sin presentar problemas de incrustación y corrosión. 3. Ecológicamente las aguas provenientes de purgas en torres de enfriamiento al aplicar el IMP-TE-501 no contendrán metales pesados, debido a que la composición química de-este es todo orgánico. 4. En aguas que contienen alta dureza y elevada concentración de sílice logra dispersar efectivamente estos materiales impidiendo su precipitación y evitando de esta forma que se depositen en las superficies metálicas, disminuyendo el ensuciamiento del sistema hasta un 1 5%, lo cual permite reducir los paros de la planta para efectuar la limpieza de los equipos de intercambio de calor.

. El biocida de tipo aldehídico no oxidante que contiene el IMP-TE-501 mantiene una cuenta total bacteriana menor a 300,000 col/ml. y una cuenta de bacteria sulfato reductoras menor a 8 col/ml.

La composición de la presente invención, se presenta en estado líquido, de color amarillo ámbar, olor picante, con la siguiente composición: COMPONENTE % PESO Compuesto Fosfono carbóxilico 10-40 Triazol 5-10 5 Copolímero 2000 upm 10-30 Acido fosfocarboxilico. 4-6 Fosfonato hidroxialquílico 5-10 Amina . 2-5 * Hidróxido de sodio 35-55 10 Agua desmineralizada 12-20 contiene de 10 - 40% en peso de un compuesto fosfono carboxílico, 5-10% en peso de triazol, ambos utilizados como inhibidores de corrosión, de 10-30% en peso de copolímero 2000 upm, de 4-6% en peso de ácido fosfocarboxílico, de 15 5-10% en peso de fosfonato hidroxialquilico, de 2-5% peso de una amina, de H- 35-55 de hidróxico de sodio y de 1 2-20 de agua suave.

El compuesto fosfono carboxílico presente en la formulación promueve la formación de una película protectora, con un espesor de varias moléculas, 20 sobre las superficies metálicas lo cual constituye una barrera mecánica y electroquímica que pasiva el metal contra el ataque corrosivo. Esta película posee alto grado de estabilidad térmica y a la oxidación y no se remueve fácilmente.

La mezcla de polímeros de bajo peso molecular presentes en la composición objeto de la invención funcionan dispersando las partículas que se encuentran en solución, inhibiendo la precipitación del carbonato de calcio y estabilizando al fosfonato de calcio.

OH O R / OH CH s. 10 - H "O * El copolimero de bajo peso molecular presentes en la composición objeto de la invención funcionan dispersando las partículas que se encuentran en solución, inhibiendo la precipitación del carbonato de calcio y estabilizando al fosfonato de calcio.

El componente activo fosfonado presente en esta invención tiene la siguiente formulación química estructural. 11 La utilidad de este compuesto se debe a que es un estabilizador extraordinariamente eficaz para disoluciones acuosas sobresaturadas sobre todo con carbonato de calcio, pero también con sulfato de calcio y otras sales o hidróxidos difícilmente solubles.

El mecanismo de acción de este inhibidor supone una adsorción del mismo en los puntos de crecimiento de los cristales.

Otro de los compuestos fosfonados presente en la invención tiene la siguiente fórmula química.

HO OH OH HO - P I - C I - I P - OH O ¿ H, O Este compuesto tiene propiedades como secuestrante manifestándose en una habilidad para formar complejos de iones metálicos a concentraciones estequiométricas, posee además propiedades como dispersante de materiales sólidos e inhibición a la precipitación, así como una elevada estabilidad térmica debido a su resistencia a la descomposición en soluciones acuosas en condiciones de elevada temperatura y condiciones extremas de pH 12 EJEMPLOS EJEMPLO 1 En un recipiente de vidrio de 1 litro provisto con chaqueta de enfriamiento y agitación mecánica, se cargaron 1 89 g de agua desmineralizada, 1 00 g de un * compuesto del tipo fosfonocarboxílico, 80 g de fosfonato hidroxialquílico, 1 80 g de copolímero 200 upm; se adicionan 21 g de amina muy lentamente (reacción exotérmica y con desprendimiento de vapores), se enfría y se agregan 40 g de ácido fosfo carboxilico, se ajusta el pH a 1 1 .5 con 340 g de sosa al 40% y finalmente se agregan 50 g de un compuesto de tipo triazol. w r Se obtuvo un producto con las siguiente características: Apariencia Líquido amarillo Ámbar. Peso específico, a 20/4 °C 1 .2015 Viscosidad Brookfield, cPs a 20 °C 33.2 Color APHA 18 pH de la solución al 1 % 1 1 .5 13 EJEMPLO 2 En un recipiente de vidrio de 1 litro provisto con chaqueta de enfriamiento y agitación mecánica, se cargaron 365 g de agua desmineralizada, 1 00 g de un compuesto del tipo fosfonocarboxílico, 80 g de fosfonato hidroxialquilico, 1 60 ^¡L 10 g de copolímero 200 upm, se adicionan 21 g de amina muy lentamente (reacción exotérmica y con desprendimiento de vapores), se enfría y se agregan 40 g de ácido fosfocarboxílico, se ajusta el pH a 10 con 204 g de sosa al 40%, finalmente se agregan 30 g de un compuesto de tipo triazol.

Se obtuvo un producto con las siguiente características : Apariencia Líquido amarillo Ámbar. Peso específico, a 20/4 °C 1 .1930 Viscosidad Brookfield, cPs a 20 °C 31 .2 Color APHA 18 pH de la solución al 1 % 10.0 14 EJEMPLO 3 En un recipiente de vidrio de 1 litro provisto con chaqueta de enfriamiento y agitación mecánica, se cargaron 134 g de agua desmineralizada, 1 20 g de un compuesto del tipo fosfonocarboxílico, 80 g de ácido fosfo carboxílico un PP 10 compuesto ácido fosfónico, 200 g de copolímero 200 upm, se adicionan 26 g de amina muy lentamente (reacción exotérmica y con desprendimiento de vapores), se enfría y se agrega 40 g de ácido fosfo carboxílico, se ajusta el pH a 1 2 con 350 g de sosa al 40%, finalmente se agregan 50 g de un compuesto de tipo triazol. 15 Se obtuvo un producto con las siguiente características : Apariencia Líquido amarillo Ámbar. Peso específico, a 20/4 °C 1 .2782 Viscosidad Brookfield, cPs a 20 °C 37.8 Color APHA 20 pH de la solución al 1 % 12 EJEMPLO 4 En este ejemplo se muestran los resultados de la evaluación a nivel laboratorio, de las formulaciones reportadas en el ejemplo 1 a 3. 1 .- INHIBICIÓN A LA PRECIPITACIÓN DE CaCO, Método IMP-PE-ll-1 En este procedimiento se miden 500 ml. de agua de repuesto según la refinería a estudiar en esta caso de Minatitlán, Ver., se adiciona la dosificación seleccionada de inhibidor, se agitan y se mantienen en calentamiento a 65 - 70 °C controlando el pH al óptimo seleccionado, en este caso en particular 8.2 hasta alcanzar el volumen correspondiente a 3 ó 5 ciclos de concentración según corresponda. !^ » Se determina calcio por titulación con EDTA.

RESULTADOS Eficiencia a la inhibición % Dosificación ppm 40 60 80 Ejemplo 1 60 68 76 Ejemplo 2 55 61 75 25 Ejemplo 3 81 85 93 16 2.- INHIBICIÓN A LA PRECIPITACIÓN DE CaSO4 Método Nace-ST-TM-03-74 En este procedimiento se mezclan volúmenes iguales de soluciones de prueba a y b en botellas, se adiciona la dosificación seleccionada del inhibidor, se agita y mantiene en calentamiento a 71 °C/72 hrs.

Se determina calcio por titulación con EDTA.

Composición de las salmueras: a) 1 1 .1 g/l de CaCI2 2H2O 7.5 g/l NaCI 15 b) 7.5 g/l NaCI RESULTADOS Eficiencia a la inhibición % Dosificación ppm 20 40 60 80 Ejemplo 1 66 72 80 Ejemplo 2 62 70 82 Ejemplo 3 85 90 96 17 3.- DISPERSIÓN DE CAOLÍN.

Método ROHM AND HAAS. 5 En este procedimiento se prepara una dispersión de prueba, con los siguientes componentes : 430 ml de una solución que contiene 200 ppm CaCO3 (CaCI2 como CaCO3) y 0.43 g de caolín (1000 ppm de caolín). #> 10 En este procedimiento se prepara una dispersión de prueba, mezclando 430 ml de una solución de CaCI2, equivalente a 200 ppm como CaCO3 0.43 g de caolín (equivalente a 1 00 ppm de caolín) y el producto dispersante a evaluar (0.5% peso). Posteriormente se ajusta el pH a 7.5 en solución de sosa, se agita la mezcla en una licuadora durante 10 minutos y se determina la viscosidad Brookfield a 20 °C.

RESULTADOS Viscosidad cPs Ejemplo 1 92 20 Ejemplo 2 52 Ejemplo 3 37.8 Se observa que en el ejemplo 3 se tiene una menor viscosidad debido a que se dispersa mejor la arcilla. 18 4.- DISPERSIÓN DE OXIDO DE FIERRO.

Método ROHM AND HAAS.

Se prepara una solución que contiene : 200 ppm de CaCI2 como CaCO3 (430 ml) 0.30 de FeO3 (700 mg/l Fe2O3) 10 j ^ A la solución de prueba se le ajusta el pH a 7.5 con solución de sosa, se le dosifican 60 ppm del aditivo a evaluar y se agita durante 1 5 minutos.

RESULTADOS 15 TURBIDEZ, NTU Ejemplo 1 70 Ejemplo 2 57 Ejemplo 3 85 Se observa que en el ejemplo 3 se presenta una turbidez más alta debido al contenido mayor de fierro que tiene en suspensión.

.- INHIBICIÓN A LA CORROSIÓN.

Método Corrosión 83 paper No 281 En este procedimiento se utiliza una solución corrosiva con la siguiente composición. 19 RESULTADOS mg/l CaCI2.2H2O 442 MgSO4 120 Na2SO4 360 NaHCO3 61 Equivalente a: 17 400 ppm de dureza como CaCO3 10 ppm de alcalinidad como CaCO3 Se ajusta el pH con sosa a 6.5 Los testigos de prueba de acero al carbón y admiralty se sumergen en la solución de prueba durante 20 Hrs a temperatura ambiente, con aereación constante. Se determina la eficiencia a la inhibición por diferencia de peso.

RESULTADOS Eficiencia a la corrosión en % Dosificación ppm 60 80 Ejemplo 1 65 70 Ejemplo 2 50 63 Ejemplo 3 86 92 Como puede observarse la formulación reportada en el ejemplo 3 presenta mejor comportamiento en las pruebas de inhibición a la incrustación, inhibición a la corrosión, dispersión de caolín y dispersión de óxido de fierro.

EJEMPLO 5 Se construyó una torre de enfriamiento a nivel planta piloto para evaluar el producto IMP-TE-501 según se muestra en el siguiente diagrama : (ver página siguiente) .

Las condiciones de prueba fueron las siguientes: 1 .- Medio de prueba, agua, conteniendo las características que a continuación se enlistan: (ppm como CaCO3) Dureza total 36 Dureza de calcio 23 Dureza de magnesio 13 Alcalinidad 40 Slice 15 Cobre < 0.01 Fierro 0.01 Cloruros 105 Turbiedad 4 FTU Sólidos suspendidos. 7 Sólidos totales disueltos 61 .2 pH 7.1 Cuenta en placa Bact/ml 1 '200,000 Bacterias sulfato reductoras NM P/100 ml 93 21 2.- Condiciones de operación. # • Tiempo de prueba 15 días. • Temperatura de entrada 30 °C • Temperatura de salida 40 °C • pH del sistema 7.8 a 8.2 • Flujo 4 galones/minuto • Velocidad 3 ft/seg. 10 P Resultados obtenidos.

Se alcanzaron 6 ciclos de concentración en el agua de recirculación con un índice de estabilidad ligeramente corrosivo de 6.8 a 7.3 y se obtuvieron las velocidades de corrosión que a continuación se indican: Admiralty 0.21 mpa Acero al carbón 2.82 Las características del agua después de 6 ciclos de concentración fueron las que se enlistan a continuación. (ppm como CaCO3) Dureza total 207 Dureza de calcio 127 Dureza de magnesio 80 Cloruros 621 Alcalinidad 90 22 Sílice 83 ppm Turbidez 22 FTU Sólidos Totales Disueltos 637 ppm pH 8.2 Cuenta en placa 1 ,100 Bact/ml Bacterias sulfato reductoras 4 NM P/100 ml índice de estabilidad 7.2 Los resultados obtenidos a nivel planta piloto comprueban los resultados obtenidos a nivel laboratorio, lo cual indica que la formulación reportada en el ejemplo 3 presenta un comportamiento satisfactorio para inhibir la incrustación, corrosión y dispersión para mantener en suspensión a los sólidos presentes en el sistema.

Se observa además que por efecto del biodispersante, reforzado por el efecto del microbiocida se logra mantener un adecuado control del crecimiento e!-. 10 microbiológico.

Se mantiene una cuenta total bacteriana menor a 300,000 col/ml cuenta para bacterias sulfato reductoras menor a 8 col/ml. 23

Claims (8)

# NOVEDADES DE LA INVENCIÓN 5 Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama de nuestra propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas :

1 . Una composición mejorada para inhibir la corrosión, incrustación y dispersión 10 en aguas de repuesto de torres de enfriamiento del tipo orgánico, caracterizada porque contiene de un 10 a 40% en peso de un compuesto fosfono carboxílico, 5 a 10 % en peso de triazol ambos utilizados como inhibidores de corrosión, de 10 - 30% en peso de copolímero 2000 upm, de 4 - 6% en peso de ácido fosfo carboxílico, de 5 - 10% en peso de fosfonato 15 hidroxialquilico, de 2 - 5 % en peso de amina, de 35-55 de hidróxido de sodio y de 1 2 - 20 de agua suave.

2. Una composición química soluble en agua, conforme a la cláusula 1 , caracterizada porque inhibe la corrosión, incrustación, ensuciamiento y 20 crecimiento biológico en aguas de enfriamiento. 24 '•ßí

3. Una composición química de acuerdo a las cláusulas 1 y 2, caracterizada porque por su naturaleza orgánica no contiene metales pesados y que por lo tanto no contribuye a incrementar la concentración de los mismos en 5 efluentes acuosos de plantas químicas y Refinerías.

4. Una composición química conforme a las cláusulas 1 -3, caracterizada porque permite incrementar hasta en 6 veces la concentración de sólidos en aguas de enfriamiento, contribuyendo de esta manera a disminuir los 10 requerimientos de agua de repuesto en estos equipos.

5. Una composición química conforme a las cláusulas 1 -4, caracterizada porque presenta alta eficiencia de inhibición a la incrustación aún en sistemas de enfriamiento cuyas aguas de recirculación contienen elevadas concentráis ciones de sales de calcio, magnesio y sílice.

6. Una composición química de acuerdo a las cláusulas 1 -5, caracterizada porque presenta una alta eficiencia de dispersión de sólidos en sistemas de enfriamiento, lo cual permite reducir el ensuciamiento en los tubos de los 20 cambiadores de calor y consecuentemente reducir los costos de operación por concepto de limpieza y mantenimiento de estos equipos. 25 'B..

7. Una composición química de acuerdo a las cláusulas 1 -6, caracterizada porque permite mantener bajo control el crecimiento microbiano en aguas de sistemas de enfriamiento, lo cual a su vez permite reducir significativamente 5 el ensuciamiento y la corrosión, que se presenta por debajo de los depósitos de material orgánico en intercambiadores de calor.

8. Una composición química de acuerdo a las cláusulas 1 -7, caracterizada • porque mantiene bajo control la corrosión en tuberías de cobre y sus lo aleaciones, así como demás componentes de acero al carbón de los cambiadores de calor en los sistemas de enfriamiento. * 26