Reactivos de poli(óxido de etileno) sustituidos con silano y método de utilización para prevención o reducción de las incrustaciones de aluminosilicato en procesos industriales.

Una composición para reducir las incrustaciones de aluminosilicato en un proceso industrial quecomprende un polímero que comprende un producto de reacción de (a) un polímero de poli(óxido de alquileno) confuncionalidad epoxi seleccionado del grupo que comprende polímeros de poli(óxido de etileno) protegidosterminalmente con epóxido,

polímeros de poli(óxido de propileno) protegidos terminalmente con epóxido ycopolímeros de poli(óxido de etileno-óxido de propileno) protegidos terminalmente con epóxido, y (b) un compuestoorgánico que contiene una funcionalidad amino y una funcionalidad -Si(OR")3 en la que en la que R" se seleccionadel grupo constituido por H, un grupo C1-C20 alquilo, alquenilo, arilo, o aralquilo sustituido o insustituido, en la cuallos grupos -Si(OR")3 están hidrolizados para formar la sal de un metal del grupo I o del grupo II, o ion amonioNR1R2R3R4+ donde R1, R2, R3, R4 se seleccionan individualmente de H, un grupo C1-C20 alquilo, alquenilo, arilo,o aralquilo sustituido o insustituido.

Reactivos de poli (óxido de etileno) sustituidos con silano y método de utilización para prevención o reducción de las incrustaciones de aluminosilicato en procesos industriales.

Sumario de la Invención La invención describe materiales y métodos para prevención o inhibición de la formación de incrustaciones en la superficie o en el interior del equipo utilizado en procesos industriales que contienen corrientes de proceso alcalinas.

Antecedentes de la Invención El problema de las incrustaciones en la superficie y el interior del equipo de proceso utilizado en procesos industriales y particularmente en aquellos procesos que contienen una corriente de proceso alcalina está plenamente conocido. Las incrustaciones presentan un problema importante cuando se acumulan en la superficie del equipo de procesos y causan pérdidas en el coeficiente de transmisión de calor. Por ello, puede ser necesario aportar calor adicional al equipo de evaporadores en estos procesos, lo que da como resultado un coste añadido.

Un ejemplo de un proceso industrial de este tipo que contiene una corriente de proceso alcalina es el

proceso de recuperación kraft para fabricación de papel que se conoce desde hace más de 100 años y se describe elocuentemente en muchos textos sobre la materia (véase G.A. Smook "Handbook for pulp and paper technologists, 3rd Edition) . Más recientemente, el desarrollo de ciclos de bucle cerrado en las fábricas de papel kraft ha dado como resultado un aumento en los problemas de incrustaciones en el equipo de proceso debido la acumulación de aluminio y silicio en el sistema, como ha sido descrito por P.N. Wannamaker y W.J. Frederick en "Application of

solubility data to predicting the accumulation of aluminum and silicon in alkaline pulp mills", Minimum Effluent Mills Symposium, 1996, p303. Por consiguiente, se ha registrado una necesidad plenamente reconocida de proporcionar un método y composiciones para inhibir la formación de incrustaciones de aluminosilicato en las fábricas de papel kraft. U.S. 5.409.571 describe el uso de terpolímeros de ácido maleico, ácido acrílico y ácido hipofosforoso como inhibidor de las incrustaciones para las fábricas de pasta kraft. Se ha demostrado que este tipo de polímero es eficaz

contra las incrustaciones de carbonato de calcio, pero no se ha demostrado que sea eficaz para las incrustaciones de aluminosilicato.

Las instalaciones de Desechos Nucleares de Alto Nivel (HLNW) procesan desechos sólidos y líquidos de alta radiactividad con objeto de minimizar el volumen de desechos e inmovilizar el material peligroso para almacenamiento a largo plazo. El tratamiento HLNW se realiza actualmente por dos procesos; un proceso se lleva a cabo en condiciones ácidas y otro en condiciones alcalinas. En las condiciones de proceso alcalinas, el crecimiento de las incrustaciones de aluminosilicato de sodio es un problema importante durante la etapa de pretratamiento, antes de la vitrificación de los desechos.

En la instalación de pretratamiento, los desechos se evaporan, se filtran, se someten a intercambio iónico y se evaporan nuevamente. Durante la evaporación, pueden formarse incrustaciones de aluminosilicato en las superficies de las paredes del evaporador y las superficies de calentamiento. Adicionalmente, las tuberías de transferencia pueden llegar a bloquearse también debido a la acumulación de estas incrustaciones y precipitados, requiriendo parada para mantenimiento.

Los desechos HLNW pretratados pasan a las instalaciones de vitrificación. Los desechos HLNW van a parar a una vasija de preparación de mixtura fundida, en la que se añaden sílice y otros materiales formadores de vidrio. La mixtura se calienta luego y la mixtura fundida se vierte después en grandes contenedores de acero inoxidable, se enfría y se envía al almacenamiento temporal hasta que se selecciona una localización de almacenamiento permanente.

Desde la operación en la unidad de vitrificación, una porción de los materiales formadores de vidrio que contienen Si se reciclan nuevamente a la unidad de evaporación (durante el pretratamiento) . El aluminio disuelto, en 45 la forma de aluminato de sodio, y las especies de silicato de sodio reaccionan lentamente en solución para formar especies químicas complejas de aluminosilicato de sodio hidratado. Entre estas especies se encuentran familias de aluminosilicatos amorfos (hidrogel de aluminosilicato) , zeolitas, sodalitas y cancrinitas conocidas colectivamente como “aluminosilicato de sodio”. Estas corrientes de desechos nucleares contienen también altas concentraciones (hasta 2M para cada ion) de iones nitrato y nitrito, y concentraciones muy altas (hasta 16 M en algunas secciones 50 del tanque) de iones OH-. Estos factores mejoran notablemente la tasa de formación de incrustaciones de aluminosilicato. Como resultado, las incrustaciones de aluminosilicato de sodio formadas tienen una solubilidad baja en el líquido alcalino de HLNW.

Asimismo, se considera que las incrustaciones de aluminosilicato de sodio son un producto HLNW indeseable debido a la incorporación de lantánidos y actínidos radiactivos en las estructuras de jaula de las incrustaciones de aluminosilicato y la coprecipitación de diuranato de sodio. (Peterson, R. A. y Pierce, R. A., (2000) , Sodium diuranate and sodium aluminosilicato precipitation testing results, WSRC-TR-2000-00156, Westinghouse Savannah River Company, Aiken, SC.) . Por tanto, es deseable para las instalaciones de HLNW minimizar el volumen de HLNW’s con inclusión de los resultantes de las incrustaciones de aluminosilicato. Así pues, puede verse que el crecimiento de las incrustaciones de aluminosilicato de sodio tiene un impacto negativo económico y operativo importante sobre el tratamiento de los desechos nucleares.

Por esta razón, sería deseable proporcionar una solución al problema de las incrustaciones de aluminosilicato de sodio en los evaporadores de desechos nucleares.

Los intentos de resolver los problemas arriba mencionados han conocido a un éxito limitado, véase Wilmarth y colaboradores (Wilmarth, W. R., Mills, J. T. y Dukes, V. H., (2005) , Removal of silicon from high-level waste streams via ferric flocculation, Separation Sci. Technol., 40, 1-11. Estos autores han examinado el uso de nitrato férrico para eliminar Si de la solución en la forma de un precipitado férrico, a fin de reducir o eliminar la formación de incrustaciones de aluminosilicato. Aunque este enfoque tiene cierto mérito, queda todavía por resolver la evacuación del precipitado férrico de alto nivel y se requiere la operación adicional de una unidad de filtración.

Asimismo, W. R.Wilmarth y J. T. Mills "Results of Aluminosilicate Inhibitor Testing", WSRC-TR-2001-00230 han propuesto la utilización de compuestos de bajo peso molecular como inhibidores de las incrustaciones para los HLNW, pero no se ha encontrado ninguno que sea satisfactorio.

Así pues, persiste la necesidad de un método económico y eficaz para reducción de la acumulación de incrustaciones de aluminosilicato en el equipo utilizado en procesos industriales en el que dicha acumulación 20 constituye un problema, como por ejemplo, el proceso de papel de pasta kraft y en las corrientes de tratamiento de desechos nucleares.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los problemas arriba mencionados y otros proporcionando materiales y un método en el cual se utilizan polímeros que tienen el grupo -Si (OR”) 3 (donde R” es H, un grupo alquilo, Na, K, o NH4) 25 como grupo final o colgante de los mismos según la reivindicación 1 para reducir o eliminar las incrustaciones de aluminosilicato en un proceso que contiene una corriente de proceso alcalina tal como una fábrica de pasta kraft o una corriente de tratamiento de procesos de evaporación de desechos nucleares de alto nivel. Cuando se añaden los materiales de la presente invención a estas corrientes de procesos industriales, aquéllos reducen e incluso evitan por completo la formación de incrustaciones de aluminosilicato en las superficies del equipo. Además, los presentes materiales son eficaces a concentraciones de tratamiento que los hacen económicamente prácticos.

DECISIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención está orientada a un método y materiales para la reducción de las incrustaciones que contienen aluminosilicato en un proceso industrial que contiene una corriente de proceso alcalina, por ejemplo las corrientes de proceso de fábricas de pasta kraft o una corriente de tratamiento de desechos nucleares de alto nivel.

La corriente de proceso a tratar puede ser cualquier corriente de proceso que contenga una condición alcalina y en... [Seguir leyendo]

1. Una composición para reducir las incrustaciones de aluminosilicato en un proceso industrial que comprende un polímero que comprende un producto de reacción de (a) un polímero de poli (óxido de alquileno) con funcionalidad epoxi seleccionado del grupo que comprende polímeros de poli (óxido de etileno) protegidos terminalmente con epóxido, polímeros de poli (óxido de propileno) protegidos terminalmente con epóxido y copolímeros de poli (óxido de etileno-óxido de propileno) protegidos terminalmente con epóxido, y (b) un compuesto orgánico que contiene una funcionalidad amino y una funcionalidad -Si (OR”) 3 en la que en la que R” se selecciona del grupo constituido por H, un grupo C1-C20 alquilo, alquenilo, arilo, o aralquilo sustituido o insustituido, en la cual los grupos –Si (OR”) 3 están hidrolizados para formar la sal de un metal del grupo I o del grupo II, o ion amonio NR1R2R3R4+ donde R1, R2, R3, R4 se seleccionan individualmente de H, un grupo C1-C20 alquilo, alquenilo, arilo,

o aralquilo sustituido o insustituido.

2. Una composición según la reivindicación 1 en la cual los compuestos orgánicos que contienen una funcionalidad amino y una funcionalidad –Si (OR”) 3 se seleccionan de aminoalquiltrialcoxisilanos y aminoariltrialcoxisilanos.

3. Una composición según la reivindicación 1 ó 2 en la cual los compuestos orgánicos que contienen una funcionalidad amino y una funcionalidad –Si (OR”) 3 se seleccionan del grupo constituido por aminopropiltrimetoxisilano, aminopropiltrietoxisilano, aminoetilaminopropiltrimetoxisilano, aminoetilaminopropiltrietoxisilano, trimetoxisililpropildietilenotriamina, benciletilenodiaminopropiltrimetoxisilano, vinilbencil-etilenodiaminopropiltrimetoxisilano, aminofeniltrimetoxisilano, fenilaminopropiltrimetoxisilano,

NH2 (CH2) 2NH (CH2) 3-Si (OCH3) 3, NH2 (CH2) 2NH (CH2) 2NH (CH2) 3-Si (OCH3) 3, bis- (gamma-trimetoxisililpropil) amina y combinaciones de los mismos.

4. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en la cual los grupos –Si (OR”) 3 están hidrolizados para formar la sal de Na o K.

5. Un método para reducir la formación de incrustaciones que contienen aluminosilicato en el equipo utilizado en un proceso industrial que contiene una corriente de proceso alcalina, que comprende el paso de añadir a la corriente de proceso alcalina una cantidad inhibidora de las incrustaciones que contienen aluminosilicato de un polímero según cualquiera de las reivindicaciones 1-4.