آنتی اسکالانت

آنتی‌اسکالانت‌ یا ضد رسوب آن دسته‌ از مواد شیمیایی هستند که از تشکیل و ته‌نشینی کریستال‌های نمک‌های معدنی جلوگیری کرده و مانع از رسوب دهی آنها می‌شوند. آنتی اسکالانت با عنوان بازدارنده رسوب نیز شناخته می‌شود.

آثار نامطلوب رسوب‌ها می‌تواند با توجه به جنس رسوب و طبیعت سیستم متفاوت باشد. استفاده از ضد رسوب موجب افزایش عملکرد تجهیزات، افزایش دبی جریان آب، افزایش انتقال حرارت، کاهش هزینه تعمیر و نگه‌داری تجهیزات و … می‌شود. آنتی اسکالانت ها در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی ها، نیروگاه ها، دستگاه های شیرین کننده، نانوفیلتراسیون، برج های خنک کننده، دیگ های بخار، مبدل های حرارتی و … استفاده می‌شوند.

در این سری مقاله، در ابتدا فرآیند شکل گیری رسوب و انواع رسوب را بررسی می‌کنیم. در ادامه، انواع ضد رسوب معرفی می‌شوند. سپس مکانیزم عملکرد آنتی اسکالانت ها بررسی شده و در نهایت پلی اکریلیک اسید ها/ کربوکسیلیک اسیدها به عنوان بازدارنده رسوب معرفی شده و شرایط عملکرد و کاربرد این ضد رسوب ها بررسی می‌شود.

فرایند شکل گیری رسوب چگونه است؟

برای انتخاب بازدارنده رسوب مناسب، نیاز به شناخت از ترکیبات مختلف موجود در آب و فرآیند تشکیل رسوب داریم. نمک‌های موجود در آب، در حین فرآیند با رسیدن به غلظت اشباع، رسوب می‌دهند. غلظت یون‌های رسوب دهنده، دما، pH، فشار و شوری از عوامل اصلی تاثیرگذار بر رسوب دهی هستند. از دیگر عوامل تاثیرگذار می‌توان به خوردگی و حضور گازهای محلول در آب مانند H₂S و CO₂ اشاره کرد که بر تشکیل رسوب سولفید، کربنات و هیدروکسید تاثیردارند. همچنین وجود نقاط هسته‌گذار بر سطح تجهیزات، بر تشکیل کریستال‌های رسوب، اثرگذارند. در انتخاب آنتی اسکالانت باید به سازگاری آن با بازدارنده های خوردگی و سایر افزودنی‌ها دقت نمود.

به طور کلی، فرآیند تشکیل رسوب از چهار فاز کلی تشکیل شده است که ضد رسوب در این مراحل اخلال ایجاد می‌کند:

• تجمع (aggregation)
• هسته زایی (nucleation)
• رشد کریستال
• کلوخه شدن (agglomeration).

بعد از رسیدن سیستم به نقطه فوق اشباع، یون‌های مثبت و منفی به صورت محلول در کنار هم قرار می‌گیرند و ریز تجمعات ( micro-aggregate) را تشکیل می‌دهند. با قرارگیری این ذرات بر نقاط هسته‌زا، میکرو کریستال‌ها شکل می‌گیرند که به تدریج رشد کرده و تبدیل به ماکرو کریستال می‌شوند. مرحله agglomeration با رشد ماکروکریستال‌ها آغاز شده و تا شکل گیری فیلمی از رسوب که سایر یون‌های رسوب ده را جذب می‌کند، ادامه می‎یابد.

تصویر شماتیک از فرآیند شکل گیری رسوب

آثار نامطلوب این رسوب‌ها می‌تواند با توجه به جنس رسوب و طبیعت سیستم متفاوت باشد. کاهش عملکرد تجهیزات، کاهش دبی جریان آب، کاهش انتقال حرارت، افزایش هزینه تعمیر و نگه‌داری تجهیزات و … از جمله آثار نامطلوب عدم استفاده از ضد رسوب است. 

انواع رسوب

انواع رسوب را می‌توان به دو دسته حساس به pH و مستقل از pH دسته بندی کرد. سولفات‌ها و هالیت‌ها (سنگ نمک) مستقل از pH هستند. کربنات‌ها و سولفیدها در اسید حل می‌شوند و بهpH  حساس هستند. در دمای ثابت، انحلال پذیری تمامی یون‌های معدنی با کاهش فشار، کاهش می‌یابد. از این جهت، عملکرد آنتی اسکالانت در محدوده مختلفی از دما، فشار و pH مورد انتظار است.

انواع رسوب از منظر ترکیب شیمیایی

کربنات ها چه هستند

کربنات کلسیم رایج‌ترین رسوب در میان یون‌های فلزات قلیایی است و انتخاب ضد رسوب موثر بر این این ترکیب اهمیت بالایی دارد. میزان تشکیل این رسوب، علاوه بر غلظت یون‌های کلسیم، کربنات و بی‌کربنات، به دما، فشار، pH، قدرت یونی محلول (وابسته به غلظت یون‌ها) و سرعت جریان آب وابسته است. میزان رسوب با افزایش دما و pH و کاهش فشار رابطه مستقیم دارد. این رسوب در مبدل‌های حرارتی، برج‌های خنک کننده، لوله‌های انتقال آب، تجهیزات آب شیرین کن (اسمز معکوس و تبخیری)، تجهیزات استخراج و فرآوری نفت، تجهیزات انتقال سیال در نیروگاه‌های ژئوترمال (استفاده از آب‌های گرم زیرزمینی برای تولید برق) و … شکل می‌گیرد.

سولفات چیست

رسوبات حاوی سولفات همراه با فلزات قلیایی خاکی شامل سولفات کلسیم یک و دو آبه، سولفات باریم و سولفات استرانسیم می‌باشد. این رسوبات معمولا در فرآیندهای میادین نفتی دیده می‌شوند. این رسوبات به مقدار ناچیز در اسید حل شده و حذف این رسوب به سختی انجام می‌شود. رسوب سولفات از ترکیب دو نوع آب که یکی حاوی یون‌های فلزات قلیایی و دیگری حاوی یون‌های سولفات است، تشکیل می‌شود. باریم سولفات کمترین مقدار انحلال پذیری را دارد و امکان تشکیل آن بیشتر است.

باریت یا باریم سولفات در دو حالت تشکیل می‌شود. یکی از طریق تزریق آب دریا به محملی با میزان اضافی یون باریم که منجر به تشکیل رسوب باریم سولفات می‌شود. دیگری، در فرآیند حفاری چاه نفت دریایی صورت می‌گیرد. به طور کل، از پیوستن دو جریان آب ناسازگار گاهی با توجه به ترکیبات آب، یون استرانسیوم و رادیوم (رادیواکتیو طبیعی (NORMs)) نیز در ساختار این رسوب قرار می‌گیرند.

کلسیم سولفات یکی از رایج‌ترین رسوبات در صنعت نفت و گاز است که موجب تغییرات زیادی در محفظه انژکتور و مولد می‌شود. همچنین در اطراف پمپ‌های الکتریکی که به صورت غوطه ور هستند نیز تشکیل می‌شود. میزان انحلال پذیزی کلسیم سولفات تا دمای 40 درجه افزایش و بعد از آن کاهش می‌یابد. همچنین، در فشارهای پایین و pH بالا نیز انحلال پذیری کمتری دارد. در فرآیند آب شیرین کن به روش اسمز معکوس نیز از معضلات اصلی محسوب می‌شود.

کلسیم فسفات چیست

کلسیم فسفات‌ در سیستم آب‌های صنعتی دارای اهمیت است. معمولا بر سطح مبدل‌های حرارتی و غشا اسمز معکوس مشاهده می‌شود. در سال‌های اخیر، میزان فسفات در آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها، خصوصا در اطراف مناطق پرجمعیت افزایش یافته و موجب افزایش توجه به این رسوب شده است. تری کلسیم فسفات و هیدروکسی آپاتایت معمولترین رسوب فسفات‌ها هستند که در سیستم های خنک کننده و دیگ های بخار دیده می‌شوند. همچنین در فرآیند پاستوریزه کردن شیر نیز رسوب کلسیم فسفات مشاهده می‌شود.

کلسیم فلوراید چیست

این رسوب به ندرت در فرآیند اسمز معکوس و زمانی که غلظت فلوراید در آب زیاد باشد، دیده می‌شود. همچنین در مبدل های حرارتی و چاه‌های نفت با دما و فشار بالا نیز تشکیل می‌شود و با توجه به فرآیندهای انجام شده در سیستم می‌تواند منشا گازی نیز داشته باشد.

کلسیم اکسالات چیست

کلسیم اکسالات به سه صورت یک، دو و سه آبه (COM، COD و COT) تشکیل می‎شود. هر دو نوع COM و COD در تبخیرکننده‎های کارخانه‌های شکر شناسایی شده‌اند. همچنین، کدری شکر سفید ناشی از تشکیل کریستال‌های کوچک COD در فرآیندهای مربوط به شکر چغندر است.

رسوب کلسیم اکسالات در کارخانه‌های خمیر کاغذ نیز تشکیل می‌شود. استفاده از کلرین دی اکساید در مراحل اولیه، امکان حذف کلسیم و باریم را کاهش می‎دهد. در نتیجه، رسوب کلسیم اکسالات و باریم سولفات در اولین مرحله سفید کنندگی کلرین دی‌اکساید و کلسیم کربنات در اولین مرحله استخراج تشکیل می‌شوند. در موارد تشدید شده، رسوب کلسیم اکسالات در مراحل بعدی سفیدکنندگی نیز دیده می‌شود.

سولفید چیست

رسوب سولفید، شامل FeS، FeS₂، CaS، ZnS، PbS و … است. در میادین نفت و گاز گوگرد دار (ترش) وجود گاز خورنده H₂S و واکنش آن با فلزات منجر به تشکیل انواع مختلفی از رسوب سولفید می‌شود که رفتار آن وابسته به سن رسوب، دما، فشار، pH و … است. بعد از سولفید آهن که رایج‌ترین سولفید است، رسوب سولفید روی و سرب نیز در مواردی مشاهده می‌شوند. میزان انحلال سولفید آهن، بیشتر از سولفید روی و سرب است.

جهت دریافت نمونه ضد رسوب های شرکت سیماب رزین تماس بگیرید.

ضد رسوب

آنتی اسکالانت

انتی اسکالانت

ضدرسوب

پلیمریزاسیون امولسیونی از تئوری تا کاربرد