BR112017013169B1 - Polímero inibidor de incrustação, produto de reação polimérica, e, método para redução de formação de incrustação siliciosa em um processo industrial - Google Patents
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Abstract
Os inibidores de incrustação de poliamina contendo silício derivados de poli(amina primária) são descritos. Os inibidores da incrustação podem ser usados para reduzir a formação de incrustação siliciosa em fluxos de processo industrial, tais como fluxos de processo de recuperação de alumina, fluxos de resíduos nucleares e fluxos de efluentes de fábrica de papel kraft.
Description
[001] Este pedido de patente reivindica prioridade ao pedido de patente pendente 62/092663 depositado em 17 de dezembro de 2014, aqui incorporado na sua totalidade.
[002] Campo da invenção. Esta invenção refere-se a polímeros, composições e métodos para prevenir ou reduzir a formação de incrustação siliciosa em um processo industrial susceptível à formação de incrustação siliciosa.
[003] Descrição da técnica relacionada. Existem dois processos principais para a recuperação de alumina a partir de minério de bauxita bruto, ou bauxita; ou seja, o processo Bayer e o processo de sinterização. Os processos de recuperação de alumina também incluem misturas desses dois processos, bem como modificações de cada processo.
[004] Em ambos os processos, a alumina é recuperada a partir de minério de bauxita bruto ou bauxita. O tipo de processo de recuperação utilizado é determinado pelo tipo de bauxita a partir da qual a alumina é recuperada - bauxita laterítica ou bauxita kárstica. Cerca de noventa por cento das reservas de bauxita exploráveis do mundo são lateríticas, o que é mais fácil de digerir do que a bauxita kárstica e normalmente é tratada pelas variações do processo Bayer.
[005] Mineralogicamente, a bauxita é composta principalmente de óxido de alumínio (Al2O3), comumente referido como alumina, bem como óxido de ferro e outras impurezas, vulgarmente conhecida como "lama vermelha" devido à cor vermelha causada pelo óxido de ferro. Estas impurezas adicionais, presentes em pequenas quantidades no minério, incluem sílica, minerais de aluminossilicato e materiais orgânicos.
[006] O processo de sinterização é uma alternativa ou adjuvante ao processo Bayer, e é comumente usado para o tratamento de bauxitas com sílica elevada (por exemplo, bauxita kárstica). No processo de sinterização, a bauxita (ou "lama vermelha") é calcinada a 1200°C com soda e/ou cal antes da lixiviação com solução de NaOH, gerando licor de aluminato de sódio (também comumente referido como "licor verde supersaturado") e "lama sinterizada" insolúvel.
[007] O processo Bayer é o método principal para a recuperação de alumina a partir de bauxita em todo o mundo. No processo Bayer, o minério de bauxita bruto moído é primeiro aquecido ou digerido com uma solução altamente cáustica referida como o licor de digestão. O licor de digestão geralmente inclui uma solução cáustica de hidróxido de sódio (NaOH) juntamente com o licor usado reciclado a partir do processo de precipitação de alumina. Este processo de dissolução é realizado a altas temperaturas para dissolver completamente todos os minerais portadores de alumínio, especialmente o tri-hidrato de alumina (gibsita) e o mono-hidrato de alumina (boemita e/ou diásporo), produzindo uma solução supersaturada de aluminato de sódio (Al(OH)4- + Na+) ou "licor gravítico". A solução cáustica utilizada para dissolver os minerais de alumínio também pode dissolver parte ou todo o conteúdo de sílica presente na bauxita, especialmente a sílica presente na forma de argilas de aluminossilicato. Além disso, os óxidos de ferro de lama vermelha permanecem não dissolvidos neste licor de digestão e devem ser removidos antes do isolamento da alumina purificada.
[008] As concentrações resultantes de materiais dissolvidos no licor cáustico são muito altas, sendo que as concentrações de hidróxido de sódio tipicamente sendo 150 gramas/litro ('g/l') ou maiores, e alumina dissolvida 120 g/l ou maior. Todos os sólidos não dissolvidos restantes são fisicamente separados da solução de aluminato, com um ou mais floculantes poliméricos utilizados para acelerar a remoção de partículas sólidas finas. Estes sólidos suspensos residuais são removidos durante uma etapa de filtração.
[009] Uma vez que foi filtrado, o licor cáustico clarificado é então resfriado e semeado com tri-hidrato de alumina para precipitar uma porção da alumina dissolvida na forma de tri-hidrato de alumina (Al(OH)3), que é então isolada por sedimentação e/ou filtração antes de ser calcinada. Após esta etapa de precipitação de alumina, a solução restante de baixos sólidos (também chamada de "licor gasto") é reaquecida e reciclada para a etapa de digestão. Durante a digestão, alguns dos minerais de silicato presentes na bauxita moída rapidamente se dissolvem na solução cáustica para formar soluções supersaturadas com sílica. Pelo menos parte desta sílica dissolvida reage com o aluminato de sódio (Al(OH)4-) presente em solução para formar silicatos de alumínio e sódio hidratados complexos insolúveis, geralmente designados como produtos de dessilização, ou "DSP". As espécies de DSP incluem sodalita, bem como cancrinita e noselita e são geralmente referidos como aluminossilicato de sódio.
[0010] DSP são de baixa solubilidade em licor de aluminato de sódio e em grande parte precipitam fora da solução, removendo assim a sílica indesejável da solução. À medida que o licor empobrecido com alumina é reaquecido, a taxa de precipitação de sílica na forma de sodalita aumenta acentuadamente com o aumento da temperatura devido a uma cinética mais rápida. Esta precipitação ocorre como incrustação no interior dos tubos de troca de calor e ocorre perda significativa de transferência de calor. Além do custo óbvio de manutenção e mão-de-obra necessária para limpar a incrustação nos trocadores de calor, o impacto da incrustação também pode ser observado no aumento do consumo de energia, fluxos do licor reduzidos, taxa de transferência reduzida, evaporação reduzida e até produção reduzida.
[0011] Em plantas de recuperação de alumina que operam um "processo de corrente dupla", o licor gasto de sólidos baixos reciclados a partir da etapa de precipitação é aquecido antes da adição ao minério de bauxita na etapa de digestão. Como o licor gasto ainda contém ânions de aluminatos e silicatos dissolvidos, o processamento adicional deste licor, especialmente o aquecimento, muitas vezes causa a deposição de incrustações de aluminossilicato na superfície do equipamento de processo de recuperação de alumina, como trocadores de calor, conforme mencionado acima.
[0012] Em plantas de recuperação de alumina que operam um "processo de corrente simples", o minério de bauxita fresco é misturado com licor usado reciclado antes do aquecimento no caminho da digestão. Como tal, em processos de corrente simples que são expostos a superfícies de trocadores de calor também contém sólidos de lama vermelha provenientes da bauxita recém-carregada. Assim, em processos de corrente simples, o corrente de processo Bayer que é propenso à incrustação é ainda contaminado com quantidades significativas de sólidos de lama vermelha não dissolvidos (isto é, um teor de sólidos significativamente maior), o que reduz marcadamente a eficácia dos processos de inibição de incrustação da técnica anterior, tais como o processo do corrente dupla descrito acima. A quantidade de sólidos de lama vermelha não dissolvidos presentes no licor do trocador de calor em uma planta de corrente simples pode ser até 30 a 150 g/l ou mais, versus 10 mg/l ou menos em um processo de corrente dupla de baixos sólidos. Assim, existe a necessidade de métodos melhorados de inibição da formação de incrustações na superfície do equipamento de processo Bayer em plantas de corrente simples.
[0013] Vários agentes anti-incrustação ou inibidores de incrustação incluindo aqueles que contêm grupos ssi(OR)n, e métodos de sua utilização foram desenvolvidos. Um desses métodos é a dosagem dos inibidores de incrustação contendo sílica. Além da dosagem dos inibidores de incrustação que contêm grupos ssi(OR)n, outras técnicas incluíram adição direta (dosagem em massa) de siliconatos de metila e etila ao licor do processo de recuperação de alumina, bem como uma variedade de outros compostos tais como amônio, amina aromática, compostos de amina, compostos poliméricos de amônio quaternário, polímeros de poliamina, copolímeros de ácido acrílico e acrilamida e poliacrilamidas. Também é conhecida a dosagem em massa de partículas de sílica e a dosagem de polímeros solúveis em água com grupos de ácido carboxílico no licor Bayer.
[0014] Além da dosagem em massa, outros métodos para redução de incrustação de aluminossilicato em processos de recuperação de alumina estão descritos na US2015/0175844.
[0015] Outro processo ensina o pré-tratamento de superfícies do equipamento de processo de recuperação de alumina com resinas epóxi/ uretano termorrígidos para inibir a formação da incrustação. Este processo de revestimento envolve uma reação de cura que consome trabalho e tempo, e requer ainda o uso de uma resina de camada espessa que possa comprometer a transferência de calor.
[0016] Muitos dos agentes anti-incrustação atualmente disponíveis não funcionam bem na presença de uma grande quantidade de sólidos suspensos conforme verificado no processo Bayer de corrente simples. Nos aquecedores de digestão do processo de corrente simples, a dose mínima de agente anti-incrustação (concentração mínima de inibidor, ou MIC) adicionada à corrente de processo para reduzir ou evitar incrustação de parede aumenta à medida que a quantidade de sólidos no corrente de processo aumenta. Para correntes com um nível alto (por exemplo, 10%) de sólidos, a MIC pode ser tão alta que a adição de agente anti-incrustação se torna impraticável e/ou não econômica.
[0017] Ainda assim, os anti-incrustantes de polímeros que contêm Si, tais como anti-incrustantes à base de poliamina contendo Si, e métodos de utilização deles representam um avanço significativo na técnica para inibir eficazmente a formação da incrustação em correntes de processos industriais. Tais anti-incrustantes são produzidos modificando uma poliamina convencional tal como diaminas simples, por exemplo, etileno diamina, hexametileno diamina, isoforona diamina, xileno diamina, bis(aminometil) ciclo-hexano, trimetil-hexanodiaminas, ou poliaminas de maior funcionalidade, por exemplo, dietileno triamina, tetraetileno pentamina e polietilenimina (PEI) com um composto reativo de amina contendo grupos precursores de silanol ou silanol. As poliaminas de maior funcionalidade são produzidas por polimerização por condensação em que as diaminas simples são feitas reagir com um comonômero difuncional, por exemplo, um di- haloalcano. PEI é tipicamente fabricada por polimerização de abertura de anel de etilenoimina. Os anti-incrustantes baseados na PEI são atualmente o estado da técnica na indústria, mas são caros de fabricar e exigem o uso de uma etilenoimina de monômero tóxico. Deve ser notado que todos esses anti- incrustantes da técnica anterior requerem a presença de um grupo N na espinha dorsal da molécula, já que essa característica até então era considerada essencial neste campo. Surpreendentemente, foi agora verificado que as poliaminas modificadas com silano que não contêm um grupo N na espinha dorsal da molécula são inibidores de incrustação úteis. Ao contrário dos inibidores da incrustação de poliamina da técnica anterior, as poliaminas modificadas com silano da presente invenção são convencionalmente feitas por polimerização de radical de um composto contendo um grupo amina ou um grupo precursor de amina e um grupo que é polimerizável por iniciação radical tal como um grupo vinila, alila, acrilamida ou acriloíla. Este método de preparação pode resultar em maior peso molecular, uso de matérias-primas de baixa toxicidade e menores custos de fabricação, todos os quais são características altamente desejáveis.
[0018] As novas poliaminas contendo Si funcionalizadas, derivadas de poli(amina primária) tais como polivinilamina e polialilamina, foram agora desenvolvidas para inibir a formação da incrustação em correntes de processos industriais. Estas poli(aminas primárias) podem ser funcionalizadas com compostos reativos com amina e compostos reativos com amina que também contêm grupos silano, com o produto resultante adequado para utilização como um anti-incrustante no processo de recuperação de alumina.
[0019] Por conseguinte, é proporcionado aqui um polímero inibidor de incrustação que inclui um A mer de acordo com a fórmula (I)
e um B mer de acordo com a fórmula (II)
em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II ou N(R4)4+; cada grupo R’ é um grupo alquila C 1-20 opcionalmente substituído, arila C6-12 ou aralquila C7-12; n é 1, 2, 123456 7 3; e m é 0, 1 ou 2; R , R , R , R , R , R , e R são cada um independentemente hidrogênio ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; A1 e A3 são cada um independentemente um radical hidrocarbila opcionalmente substituído ou de ligação direta compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; de J1 e J2 são cada um independentemente H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; e Q é independentemente um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos. Foi descoberto que tais polímeros são eficazes na redução da incrustação em processos de recuperação de alumina.
[0020] Outro aspecto desta descrição refere-se a um produto de reação polimérico de uma poliamina com um composto de silano e com um composto que contém hidrófobos,em que o composto de silano inclui um grupo ssiR'mRn e um grupo reativo com amina, em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II ou N(R4)4+; cada grupo R' é independentemente ou opcionalmente substituído um grupo alquila C1-20, arila C6-12 ou aralquila C7-12; e n = 1, 2 ou 3 e m = 0, 1 ou 2;em que o composto que contém hidrófobos inclui um grupo reativo com amina e pelo menos um radical hidrocarbila opcionalmente substituído escolhido entre alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído; e em que a poliamina inclui um C mer de acordo com a fórmula (III):
em que cada um de R8, R9 e R10 é independentemente hidrogênio ou alquila C1-6; A4 é uma ligação direta ou um alquileno C1-6 opcionalmente substituído e J3 é pelo menos um radical hidrocarbila opcionalmente substituído escolhido do grupo alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído.
[0021] Também é fornecido aqui um método para reduzir a formação de incrustação siliciosa em um processo industrial que é susceptível à formação de incrustação siliciosa, compreendendo a adição de uma quantidade redutora de incrustação de um polímero a uma corrente de processo industrial, em que o polímero compreende um A mer
[0022] de acordo com a fórmula (I).
[0023] A presente invenção proporciona ainda outro método para reduzir a incrustação contendo aluminossilicato em um processo de recuperação de alumina. Este método inclui a identificação de uma superfície de equipamento de processo de recuperação de alumina que está sujeita à formação de incrustações durante o processo de recuperação de alumina. A superfície deste equipamento de processo é então posta em contato com uma composição inibidora de incrustação em uma quantidade eficaz para formar uma superfície tratada que é mais resistente à formação de incrustações após o contato subsequente com uma corrente do processo de recuperação de alumina do que uma superfície não tratada de outra forma comparável. A superfície pré-tratada do equipamento é então contatada com uma corrente do processo de recuperação de alumina. Os sólidos suspensos na corrente do processo de recuperação de alumina podem estar presentes em uma quantidade de cerca de 0,01% a cerca de 60% em peso, com base no peso total da corrente do processo de recuperação de alumina.
[0024] Tal como aqui utilizado, "Ca a Cb" ou "Ca-b" em que "a" e "b" são números inteiros referem-se ao número de átomos de carbono no grupo especificado. Ou seja, o grupo pode conter de "a" a "b", inclusive, átomos de carbono. Assim, por exemplo, um grupo "alquila C1 a C4" ou "alquila C1-4" refere-se a todos os grupos alquila com 1 a 4 átomos de carbono, isto é, CH3-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, (CH3)2CH-, CH3CH2CH2CH2-, CH3CH2CH(CH3) - e (CH3)3C-.
[0025] O termo "halogênio" ou "halo", tal como aqui utilizado, significa qualquer um dos isótopos estáveis da coluna 7 da Tabela Periódica dos Elementos (por exemplo, flúor, cloro, bromo ou iodo, com flúor e cloro sendo preferido).
[0026] Como aqui utilizado, "alquila" refere-se a uma cadeia de hidrocarboneto linear ou ramificada que está totalmente saturada (isto é, não contém ligações duplas ou triplas). O grupo alquila pode ter 1 a 20 átomos de carbono (sempre que aparecer aqui, um intervalo numérico como "1 a 20" refere-se a cada número inteiro na faixa dada, por exemplo, "1 a 20 átomos de carbono" significa que o grupo alquila pode consistir de 1 átomo de carbono, 2 átomos de carbono, 3 átomos de carbono, etc., até e incluindo 20 átomos de carbono, embora a definição atual também cubra a ocorrência do termo "alquila" onde não é designado intervalo numérico). O grupo alquila pode também ser uma alquila de tamanho médio com 1 a 9 átomos de carbono. O grupo alquila pode também ser uma alquila inferior com 1 a 4 átomos de carbono. O grupo alquila dos compostos pode ser designado como "alquila C1-4" ou designações semelhantes. A título de exemplo apenas, "alquila C1-4" indica que existem um a quatro átomos de carbono na cadeia alquila (isto é, a cadeia alquila é selecionada do grupo que consiste de metila, etila, propila, isopropila, n-butila, isobutila, sec-butila e t-butila). Os grupos alquila típicos incluem metila, etila, propila, isopropila, butila, isobutila, butila terciária, pentila, hexila e semelhantes.
[0027] Tal como aqui utilizado, "alcóxi" refere-se à fórmula -OR em que R é uma alquila tal como é definido acima, tal como "alcóxi C1-9", incluindo mas não limitado a metóxi, etóxi, n-propóxi, 1-metiletóxi (isopropoxi), n-butóxi, iso-butóxi, sec-butóxi e terc-butóxi e semelhantes.
[0028] Deve ser entendido que certas convenções de nomenclatura de radical podem incluir um monorradical ou um dirradical, dependendo do contexto. Por exemplo, onde um substituinte requer dois pontos de ligação ao resto da molécula, é entendido que o substituinte é um dirradical. Por exemplo, um substituinte identificado como alquila que requer dois pontos de ligação inclui di-radicais tais como -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- e semelhantes. Outras convenções de nomenclatura de radical indicam expressamente que o radical é um dirradical tal como "alquileno" ou "alquenileno".
[0029] Tal como aqui utilizado, "alquileno" significa um grupo químico de radical dirradical totalmente saturado ramificado ou de cadeia linear contendo apenas carbono e hidrogênio que está ligado ao resto da molécula através de dois pontos de ligação (isto é, um alcanodi-ila). O grupo alquileno pode ter de 1 a 20 átomos de carbono, embora a definição atual também cubra a ocorrência do termo alquileno em que não é designada faixa numérica. O grupo alquileno pode também ser um alquileno de tamanho médio com 1 a 9 átomos de carbono. O grupo alquileno também pode ser um alquileno inferior com 1 a 4 átomos de carbono. O grupo alquileno pode ser designado como "alquileno C1-4" ou designações semelhantes. A título de exemplo apenas, "alquileno C1-4" indica que existem de um a quatro átomos de carbono na cadeia alquileno, por exemplo, a cadeia alquileno é selecionada do grupo que consiste de metileno, etileno, etan-1,1-di-ila, propileno, propan- 1,1-di-ila, propan-2,2-di-ila, 1-metil-etileno, butileno, butan-1,1-di-ila, butan- 2,2-di-ila, 2-metil-propan-1,1-di-ila, 1-metil-propileno, 2-metil-propileno, 1,1-dimetil-etileno, 1,2-dimetil-etileno e 1-etil-etileno.
[0030] Tal como aqui utilizado, "silano funcional com halogênio" significa um composto de silano contendo um ou mais substituintes de halogênio. Apenas a título de exemplo, o silano funcional com halogênio inclui, mas não está limitado a, ((clorometil)feniletil)-trimetoxissilano (incluindo ambos os isômeros m, p e suas combinações), (p- clorometil)feniltrimetoxissilano, clorometiltrietoxissilano, 3-cloropropiltrietoxissilano, 3-cloropropiltrimetoxissilano, 7-bromo- hepiltrimetoxissilano, 3-bromopropiltrimetoxissilano, 11-bromoundecil- trimetoxissilano, 3-iodopropiltrimetoxissilano, 3-(trimetoxissilpropil)-2- bromo-2-metilpropionato, clorometilmetildietoxissilano, ((clorometil)feniletil)-metildimetoxissilano (incluindo ambos isômeros m e p e suas combinações), 3-cloropropilmetildimetoxissilano, 3- cloroisobutildimetilmetoxissilano, clorometildimetiletoxissilano, 3- cloropropildimetiloxissilano, 2-cloroetildiclorossilano,clorometildimetilclorossilano, clorometiltriclorossilano, 1-trimetoxissilil- 2(p,m-clorometil)feniletano e 3-cloropropildimetilmetoxissilano.
[0031] Tal como aqui utilizado "silano funcional com epóxi" significa um composto de silano contendo um ou mais substituintes epóxi. Apenas a título de exemplo, o silano funcional com epóxi inclui, mas não está limitado a, 2-(3,4-epóxiciclo-hexil)etil-trietoxissilano, 2-(3,4-epóxiciclo-hexil)etil- trimetoxissilano, (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano, (3-glicidoxipropil) trietoxissilano, 5,6-epóxiexiltrietoxissilano, (3- glicidoxipropil)metildietoxissilano e (3-glicidoxipropil)dimetiletoxissilano.
[0032] Tal como aqui utilizado "silano funcional com isocianato" significa um composto de silano contendo um ou mais substituintes de isocianato. Apenas a título de exemplo, o silano funcional com isocianato inclui, mas não está limitado a, 3-isocianatopropiltrietoxissilano, (isocianatometil)metildimetoxissilano, 3-isocianatopropiltrimetoxissilano, isocianurato de tris(3-trietoxissililpropila), (3-trietoxissililpropil)-t- butilcarbamato, trietoxissililpropiletilcarbamato, (isocianatometil) trimetoxissilano e 3-tiocianatopropiltrietoxissilano.
[0033] O termo "grupo reativo com amina" tal como aqui utilizado refere-se a um grupo funcional que pode reagir com um grupo amina primário e/ou secundário. Exemplos de grupo reativo com amina incluem, mas não estão limitados a, grupo halogênio, grupo epóxi, grupo halogeneto de acila, grupo anidrido succínico e/ou grupo isocianato.
[0034] O termo "quantidade redutora de incrustação", tal como aqui utilizado, refere-se a uma quantidade que é eficaz para reduzir significativamente a formação da incrustação do processo industrial. Por exemplo, uma quantidade redutora de incrustação de um polímero, quando utilizada no processo industrial de acordo com o método aqui descrito, pode proporcionar uma redução na formação da incrustação de pelo menos 5% em comparação com o processo industrial que não possui polímero adicionado.
[0035] Fornecido aqui é um polímero compreendendo um A mer de acordo com a fórmula (I)
e um B mer de acordo com a fórmula (II) -
em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II ou N(R4)4+; cada R4 é independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; R' é um grupo alquila C1-20 opcionalmente substituído, arila C6-20 ou aralquila C7-20; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; R1, R2, R3, R5, R6 e R7 são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; A1 e A3 são cada um independentemente uma ligação direta ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; J1 e J2 são cada um independentemente H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; A2 é uma ligação direta ou um grupo de ligação orgânico compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; e Q é independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos.
[0036] Em certas formas de realização preferidas, n = 3 e m = 0. Em outras formas de realização preferidas, J1 e J2 = H ou CH3; R1, R2, R3, R5, R6 e R7 são H; R4 é H ou um grupo alquila C1-4; e o B mer consiste em ambos os grupos de aminas primárias que não reagiram e grupos de aminas substituídas reagidas com hidrófobos. Em uma forma de realização, A1 e A3 são cada um independentemente uma ligação direta. Em uma outra forma de realização, A1 e A3 são cada um independentemente um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos. Os radicais hidrocarbila A1 e A3 podem conter um ou mais heteroátomos tais como O, N e P. Exemplos de radicais hidrocarbila opcionalmente substituídos incluem alquileno C1-20 opcionalmente substituído ou grupos alquiloxialquila C1-20 ou oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído; -(CH2)-, -(CH2)2-, -(CH2)3-, - (CH2)4- ou -(CH2)5-; -(CH2)a-CH(OH)-(CH2)b-, em que cada um de a e b é independentemente um número inteiro na faixa de 0 a 10; -(CH2)a-CH(OH)- CH2-O-(CH2)b-, em que cada um de a e b é independentemente um número inteiro na faixa de 0 a 10; e grupos -CH2-CH(OH)-CH2-O-CH2-CH2-CH2-. Em algumas formas de realização A1 e A3 são independentemente grupos - CH2-. Em algumas formas de realização, Q é um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos. Em algumas formas de realização, Q é um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 3 a cerca de 20 carbonos. Em algumas formas de realização, Q é um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído que compreende 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 átomos de carbono.
[0037] Em algumas formas de realização A2 é um grupo de ligação orgânico compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos. O radical hidrocarbila A2 pode conter um ou mais heteroátomos tais como O, N e P. Exemplos de grupo de ligação orgânico A2 incluem alquileno C1-20 opcionalmente substituído ou grupos alquiloxialquila C1-20 ou oxialquileno C120 opcionalmente substituído; -(CH2)-, -(CH2)2-, -(CH2)3-, -(CH2)4- ou - (CH2)5-; -(CH2)a-CH(OH)-(CH2)b-, em que cada um de a e b é independentemente um número inteiro na faixa de 0 a 10; -(CH2)a-CH(OH)- CH2-O- (CH2)b-, em que cada um de a e b é independentemente um número inteiro na faixa de 0 a 10; e grupos -CH2-CH(OH)-CH2-O-CH2-CH2-CH2-.
[0038] Em uma forma de realização preferida, n = 3 e m = 0; J1 e J2 = H; R1, R2, R3, R5, R6 e R7 são H; R4 é H ou um grupo alquila C1-4; A1 e A3 são independentemente grupos -CH2-; A2 é um grupo -CH2-CH(OH)-CH2-O-CH2- CH2-CH2- e Q é um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos.
[0039] Em algumas formas de realização, M é Na+ ou NH4+ ou qualquer combinação dos mesmos.
[0040] A quantidade de A mer de acordo com a fórmula (I) no polímero pode variar de acordo com a quantidade de outros meros no polímero. De preferência, a quantidade de A mer de acordo com a fórmula (I) está presente no polímero em uma quantidade de cerca de 1% a cerca de 99% em mol, com base em misturas totais no polímero; de preferência de cerca de 2% a cerca de 50% em mol; mais preferencialmente cerca de 5% a cerca de 30% em mol; e ainda mais preferencialmente cerca de 10% a cerca de 20% em mol, com base em meros totais no polímero.
[0041] A quantidade de B mer de acordo com a fórmula (II) no polímero pode variar de acordo com a quantidade de outros meros no polímero. De preferência, a quantidade de B mer de acordo com a fórmula (II) está presente no polímero em uma quantidade de cerca de 1% a cerca de 98% em mol; com base em meros totais no polímero; mais preferencialmente de cerca de 1% a cerca de 91% em mol; mais preferencialmente de cerca de 40% a cerca de 91% em mol; e ainda mais preferencialmente de cerca de 40% a cerca de 85% em mol, com base em misturas totais no polímero.
[0042] O polímero aqui descrito pode incluir, além do A mer e B mer, um ou mais outros meros que podem constituir o restante do polímero. O um ou mais outros meros podem incluir uma vinil amina em que a amina é uma amina primária que não reagiu. Além disso, o polímero aqui descrito pode incluir qualquer comonômero adequado conhecido pelos especialistas na técnica.
[0043] Em outro aspecto, um produto de reação polimérico de uma poliamina com um composto de silano e um composto que contém hidrófobos é proporcionado,em que o composto de silano inclui um grupo ssiRnR'm e um grupo reativo com amina;em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-6 opcionalmente substituído ou -OMa; Ma é um íon de metal do grupo I, um íon de metal do grupo II, ou N(Rb)4+; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; e cada grupo R' é um grupo alquila C1-20, arila C6-12 ou aralquila C7-12 opcionalmente substituído;em que o composto contendo hidrófobo inclui um grupo reativo com amina e pelo menos um selecionado de alquileno C1-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído; e em que a poliamina inclui um C mer de acordo com a fórmula (III) -
em que R8, R9 e R10 são cada um independentemente H ou alquila C1-6; A4 é uma ligação direta ou um grupo alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20, arila C6-12 ou alquenila C1-6; e J3 é pelo menos hidrogênio ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído escolhido de alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20 opcionalmente substituído e grupos oxialquileno C1-20 opcionalmente substituídos.
[0044] O composto contendo hidrófobo inclui um grupo reativo com amina, mas não contém um grupo ssiRnR'm
[0045] Em uma forma de realização, R8, R9 e R10 são cada um H; A4 é um grupo -CH2- ou uma ligação direta; e J3 é H.
[0046] Exemplos de formas de realização preferidas de silano incluem silano funcional com halogêneo, silano funcional com epóxi ou silano funcional com isocianato. Os compostos de silano funcional com epóxi incluem glicidoxipropil trimetoxissilano e (5,6-epoxi-hexil) trietoxissilano.
[0047] Exemplos de compostos que contêm hidrófobos preferidos incluem 1-bromopropano, óxido de propileno, éter butilglicidílico, 1,2- epoxidodecano, (2,3-epoxipropil)benzeno e 1,2-epoxi-hexano.
[0048] O produto de reação polimérica contendo silício aqui descrito pode ser um copolímero e conter dois ou mais tipos de meros. Em uma forma de realização, o produto de reação polimérico compreende um A mer de acordo com a fórmula (I) e um B mer de acordo com a fórmula (II). O produto de reação polimérico pode ainda incluir uma ou mais outros meros diferentes do A mer e B mer. Por exemplo, o produto de reação polimérico pode compreender um A mer de acordo com a fórmula (I), um B mer de acordo com a fórmula (II), e um C mer de acordo com a fórmula (III). Outros meros podem ser qualquer unidade de comonômero adequada conhecida pelos especialistas na técnica. Comonômeros adequados incluem acetato de vinila, acrilonitrila, estireno, ácido acrílico e seus ésteres, acrilamida e acrilamidas substituídas, tais como ácido acrilamidometilpropanossulfônico (AMPS).
[0049] Em algumas formas de realização, a poliamina é um homopolímero ou copolímero de polivinilamina ou seus sais com ácidos minerais ou orgânicos, por exemplo, os sais de cloridrato ou hidrossulfato. O (co)polímero de polivinilamina pode ser preparado por métodos conhecidos pelos especialistas na técnica. Por exemplo, é conveniente polimerizar um monômero de vinil amida tal como vinil formamida ou vinil acetamida com ou com monômeros adicionais, para formar um homopolímero ou um copolímero de vinil amida e depois realizar uma etapa de hidrólise em que o grupo amida é convertido a um grupo amina primária formando assim o (co)polímero de polivinilamina. Os comonômeros adequados incluem (alquil)acrilamidas tais como acrilamida, metacrilamida, N,N- dimetilacrilamida, ácido acrílico e seus sais, ácido metacrílico e seus sais, ácido acrilamidopropanossulfônico e seus sais, ésteres de acrilato tais como acrilato de metila, metacrilato de metila.
[0050] Em algumas formas de realização, a poliamina é um homopolímero ou copolímero de polialilamina ou seus sais com ácidos minerais ou orgânicos, por exemplo, os sais de cloridrato ou hidrossulfato. Por exemplo, é conveniente polimerizar o monômero de alilamina ou os seus sais quer com ele próprio para formar um homopolímero ou com um comonômero tal como (alquil)acrilamidas tais como acrilamida, metacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, ácido acrílico e os seus sais, ácido metacrílico e seus sais, ácido acrilamidopropanossulfônico e seus sais, e ésteres de acrilato tais como o acrilato de metila, metacrilato de metila.
[0051] Os polímeros aqui descritos podem ser preparados por polimerização de um ou mais monômeros usando um método de polimerização conhecido na técnica, por exemplo, por polimerização por radical ou polimerização aniônica, usando calor, luz, feixe de elétrons ou radiação como energia de iniciação de polimerização. A polimerização por radicais livres é preferida. As poliaminas modificadas com silano da presente invenção são convencionalmente feitas por polimerização por radical de um composto contendo um grupo amina ou um grupo precursor de amina, por exemplo, um grupo amida e um grupo que é polimerizável por iniciação por radical tal como grupos vinila, alila, acrilamida ou acriloíla. Pode ser utilizada qualquer técnica de polimerização adequada conhecida pelos especialistas na técnica, incluindo mas não limitado a polimerização em massa, polimerização em solução, polimerização em emulsão, polimerização em emulsão inversa e polimerização em suspensão. Por exemplo, o poli(alilamina-HCl) (PM ~ 10K Da) pode ser feito por meio de polimerização de radical de alilamina-HC1 utilizando um iniciador azo solúvel em água tal como dicloridrato de 2,2'- Azobis(2-metilpropionamidina) (comercialmente disponível como V-50 da Wako Chemicals USA, Inc., Richmond, Virginia). Um método de fabricação de polivinilamina (PM ~ 10K Da) pode ser a degradação de Hofmann de poliacrilamida de acordo com A. Achari et al., "Preparação de polivinilamina a partir de poliacrilamida: uma reinvestigação da reação de Hofmann", MAKROMOL. CHEM., vol. 194, pp. 1879-1891 (1993). Além disso, os (co)polímeros de polivinilamina e os seus sais podem ser preparados por uma sequência de reação de (co)polimerização/hidrólise em que é conveniente polimerizar um monômero de vinil amida tal como vinil formamida ou vinil acetamida com ou com monômeros adicionais para formar quer um homopolímero ou um copolímero de vinil amida e depois para realizar uma etapa de hidrólise em que os grupos amida são convertidos em grupos amina primária formando assim o (co)polímero de polivinilamina. Tal processo está descrito na US 4.275.002. Em um processo de polimerização por radical preferido, o iniciador pode ser um iniciador azo, tal como V50 ou um iniciador de pares redox ou uma combinação de ambos. Os iniciadores redox empregam tipicamente um componente oxidante tal como um peróxido, por exemplo, hidroperóxido de t-butila ou um persulfato tal como persulfato de amônio juntamente com um componente redutor tal como metabissulfito de sódio ou íon ferroso.
[0052] Os polímeros de poli(amina primária) assim produzidos podem então sofrer uma ou mais reações para adicionar uma ou mais funcionalidades. Por exemplo, a polivinilamina e a polialilamina podem reagir com compostos de silano reativos com amina e/ou compostos hidrofóbicos reativos com amina para ligar grupos de silano e/ou hidrófobos pendentes a poli(amina primária). Os compostos hidrofóbicos reativos com amina não contêm grupos silano. A Tabela A proporciona exemplos de compostos de silano (A e B) e composto contendo hidrófobo (C, D e E). Tabela A - Exemplos de compostos de silano e compostos contendo hidrófobos
[0053] Nos compostos acima, Z1 e Z2 são cada um independentemente um grupo hidrocarboneto com 1 a 20 carbonos; R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-6 opcionalmente substituído, ou -OMa; Ma é um íon de metal do grupo I, um íon de metal do grupo II ou NH4+; R' é um grupo alquila C1-20 opcionalmente substituído, arila C6-12 ou aralquila C7-12; n = 1, 2 ou 3 e m = 0, 1, 2; e X é F, Cl, Br ou I. Exemplos específicos de compostos de silano incluem A-1 e B-1. Para os compostos que contêm hidrófobos, Z2a pode ser butila; Z2b pode ser benzila, metila, butila ou decila; e Z2c pode ser propila ou dodecila.
[0054] As etapas de funcionalização descritas acima podem ser conduzidas em fase de solução com viscosidades relativamente mais baixas, que podem ser facilmente dimensionadas e operadas em plantas de fabricação.
[0055] Os polímeros e/ou produtos de reação poliméricos aqui descritos podem ser usados para reduzir ou inibir a formação de incrustação em correntes de processo industrial. Por exemplo, os polímeros que contêm grupos pendentes de hidrófobos e silanos ligados aos grupos amina podem resultar em efeitos de inibição da incrustação mais elevada do que os polímeros correspondentes que têm apenas grupos pendentes de silano ligados aos grupos amina.
[0056] De acordo com um método de redução de formação de incrustação siliciosa em um processo industrial que é susceptível a formação de incrustação siliciosa, compreende a adição de uma quantidade de um polímero redutor de incrustação a uma corrente de processo industrial, o polímero compreendendo:um A mer de acordo com a fórmula (I) -
em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II ou N(R4)4+; cada grupo R' é um grupo alquila C1-20, arila C6-12 ou aralquila C7-12 opcionalmente substituído; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; R , R2, R3 e R4 são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; A1 é uma ligação direta ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; J1 é H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; e A2 é uma ligação direta ou um grupo de ligação orgânico compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos.
[0057] Em outra forma de realização, um método para reduzir a formação de incrustação siliciosa em um processo industrial que é susceptível à formação de incrustação siliciosa, compreendendo a adição de uma quantidade reduzindo a incrustação de um polímero a uma corrente de processo industrial, o polímero compreendendo: um A mer de acordo com a fórmula (I) -
cada grupo R' é um grupo alquila C1-20, arila C6-12 ou aralquila C7-12 opcionalmente substituído; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; R1, R2, R3 e R4 são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; A1 é uma ligação direta ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; J1 é H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; e A2 é uma ligação direta ou um grupo de ligação orgânico compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos e em que o polímero compreende ainda um B mer de fórmula (II):
em que: R5, R6 e R7 são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; A3 é uma ligação direta ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; J2 é H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de cerca de 1 a cerca de 20 carbonos; e Q é hidrogênio, alquila C1-20 opcionalmente substituído ou oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído.
[0058] Em outra forma de realização, o corrente de processo industrial é uma corrente de processo Bayer.
[0059] Em outra forma de realização, o polímero é adicionado a uma corrente de processo do trocador de calor.
[0060] Em outro método de redução da formação de incrustação siliciosa em um processo industrial, uma quantidade reduzindo a incrustação de um produto de reação polimérico de uma poliamina com um composto de silano e com um composto contendo hidrófobo é adicionada à corrente de processo, em que o composto de silano compreende um grupo ssiRnR'm e um grupo reativo com amina; em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, um íon de metal do grupo II, ou N(R4)4+; cada R4 é independentemente H ou alquila C1-6; cada grupo R' é um grupo alquila C1-20, arila C6-12 ou aralquila C7-12 opcionalmente substituído; e n = 1, 2 ou 3 e m = 0, 1 ou 2; em que o composto contendo hidrófobo compreende um grupo reativo com amina e pelo menos um selecionado de alquileno C1-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído; e em que a poliamina compreende um C mer de acordo com a fórmula (III)
em que R8, R9 e R10 são cada um independentemente hidrogênio ou alquila C1-6; A4 é uma ligação direta ou um alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20, arila C6-12 ou grupo alquenila C1-6; e J3 é pelo menos hidrogênio ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído escolhido entre grupos alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituídos.
[0061] Em outra forma de realização, o corrente de processo industrial é uma corrente de processo Bayer e o produto de reação polimérico é adicionado a um trocador de calor.
[0062] O polímero e/ou a composição aqui descrita podem ser utilizados para reduzir a formação de incrustação siliciosa em um processo industrial. O processo industrial pode ser qualquer processo industrial adequado conhecido pelos especialistas na técnica a serem susceptíveis a formação de incrustação siliciosa. Em algumas formas de realização, o processo industrial é um processo Bayer e a corrente de processo industrial é uma corrente de processo Bayer. Em algumas formas de realização, o processo industrial pode ser correntes de água de caldeira, correntes de efluentes de fábrica de papel kraft ou correntes de processo de resíduos nucleares.
[0063] A quantidade de polímero e/ou produto de reação polimérica adicionada à corrente de processo industrial pode depender da composição do corrente de processo industrial envolvido. Geralmente, a experimentação de rotina pode ser usada para selecionar uma quantidade de inibição da incrustação. O polímero e/ou produto de reação polimérica é de preferência adicionado à corrente de processo em uma quantidade adequada conhecida pelos especialistas na técnica. Em algumas formas de realização, a quantidade redutora de incrustação do polímero ou da composição adicionada à corrente de processo industrial está na faixa de cerca de 1 parte por milhão (ppm) a cerca de 500 ppm.
[0064] Os polímeros e/ou produtos de reação poliméricos aqui revelados podem ser utilizados para pré-tratar o aparelho no qual a formação de incrustação siliciosa deve ser inibida antes de este aparelho ser contatado com a corrente de processo industrial. Eles também podem ser combinados com uma corrente de processo industrial que leva ao aparelho particular. Enquanto o polímero e/ou produto de reação polimérico pode ser adicionado à corrente de processo industrial a qualquer momento durante o processo, de preferência é adicionado antes ou durante a aplicação de calor. Por exemplo, o polímero e/ou produto de reação polimérico pode ser adicionado imediatamente antes de um ou mais trocadores de calor. No processo Bayer, o polímero e/ou produto de reação polimérico também pode ser adicionado ao licor antes da precipitação de alumina ou em qualquer outro ponto entre os precipitadores e os trocadores de calor.
[0065] Os exemplos seguintes irão descrever ainda mais formas de realização da presente invenção, e são utilizados apenas para fins ilustrativos e não devem ser considerados limitativos.
[0066] As composições de Polímeros 1A-20A e Polímeros 1B-20B estão listados na Tabela 1 após o Exemplo 10.
[0067] O polímero 1A foi preparado como se segue. 0,300 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,362 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 3,355 g de água à temperatura ambiente, e foi adicionado 0,089 g de (3-glicidoxipropil) trimetoxissilano. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0068] O polímero 1B foi feito do mesmo modo que o polímero 1A, diferindo em teor de silano do polímero 1A.
[0069] Os polímeros 11A e 11B foram feitos do mesmo modo que o polímero 1A, exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0070] O polímero 2A foi preparado como se segue. 0,600 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,603 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 7,985 g de água à temperatura ambiente, e 0,371 g de 1-bromopropano foi adicionado. A mistura foi agitada a 75°C durante 6 horas. Em seguida, 4,0 g da solução de polímero modificada com hidrófobo foi misturada com 0,104 g de NaOH a 25% em 0,85 g de água e 0,077 g de (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0071] O polímero 2B foi feito do mesmo modo que o polímero 2A, diferindo no teor de silano do polímero 2A.
[0072] Os polímeros 12A e 12B foram feitos do mesmo modo que o polímero 2A, exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0073] O polímero 3A foi preparado como se segue. 0,8962 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,45 g de NaOH foram dissolvidos em 45 ml de metanol à temperatura ambiente, e a mistura foi agitada durante 18 horas, seguida pela adição de 1-bromododecano (0,84 g). A mistura foi agitada a 50°C durante 48 horas antes da evaporação de todos os solventes. 0,662 g de resíduo seco de polivinilamina modificada com dodecila foi misturada com 0,0676 g de NaOH em 7,084 g de água à temperatura ambiente e 0,089 g de (3- glicidoxipropil)trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0074] O polímero 3B foi feito do mesmo modo que o polímero 3A, diferindo no teor de silano do polímero 3A.
[0075] Os polímeros 13A e 13B foram feitos do mesmo modo que o Polímero 3A, exceto que o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0076] O polímero 4A foi preparado como se segue: 0,400 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,402 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 3,713 g de água à temperatura ambiente e 0,17 g de óxido de propileno foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 24 horas. 2,0 g da solução de polímero modificada com hidrófobo foram então misturados com 0,0362 g de NaOH a 50% em 0,660 g de água e 0,053 g de (3-glicidoxipropil) trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0077] O polímero 4B foi feito do mesmo modo que o polímero 4A, diferindo no teor de silano a partir do polímero 4A.
[0078] Os polímeros 14A e 14B foram feitos do mesmo modo que o polímero 4A, exceto o poli(vinilamina-HCl), foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0079] O polímero 5A foi preparado como se segue: 0,500 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,503 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 3,52 g de água e 1,62 g de acetonitrila à temperatura ambiente e 0,116 g de 1,2- epoxidodecano foi adicionado. A mistura foi agitada a 75°C durante 8 horas. 2,6 g da solução de polímero modificado com hidrófobo foi então misturada com 0,0836 g de NaOH a 25% em 0,219 g de água e 0,062 g de (3- glicidoxipropil)trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0080] O polímero 5B foi feito do mesmo modo que o polímero 5A, diferindo no teor de silano do polímero 5A.
[0081] Os polímeros 15A e 15B foram feitos do mesmo modo que o polímero 5A, exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl) e não se utilizou acetonitrila.
[0082] O polímero 6A foi preparado como se segue. 0,800 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,804 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 6,334 g de água à temperatura ambiente e 0,202 g de 1,2-epoxi-hexano foi adicionado. A mistura foi agitada a 80°C durante 4 horas. 2,862 g da solução de polímero modificada com hidrófobo foram então misturados com 0,0536 g de NaOH a 50%, e 0,0792 g de (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 9,7% em peso.
[0083] O polímero 6B foi feito do mesmo modo que o polímero 6A, diferindo no teor de silano do polímero 6A.
[0084] Os polímeros 16A e 16B foram feitos do mesmo modo que o polímero 6A, com exceção da substituição de poli(vinilamina-HCl) por poli (alilamina-HCl).
[0085] A preparação do polímero 7A foi a seguinte. 0,500 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,503 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 4,168 g de água à temperatura ambiente e 0,127 g de (2,3-epoxipropil)benzeno foi adicionado. A mistura foi agitada a 80°C durante 6 horas. 2,0 g da solução de polímero modificada com hidrófobo foram então misturadas com 0,0760 g de NaOH a 25% em 0,60 g de água e 0,056 g de (3-glicidoxipropil) trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0086] O polímero 7B foi fabricado do mesmo modo que o polímero 7A, diferindo no teor de silano do polímero 7A.
[0087] Os polímeros 17A e 17B foram feitos do mesmo modo que o polímero 7A, exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0088] O polímero 8A foi preparado como se segue. 0,500 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,503 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 4,858 g de água à temperatura ambiente e 0,164 g de éter butil glicidílico foi adicionado. A mistura foi agitada a 80°C durante 5 horas. 2,5 g da solução de polímero modificado com hidrófobo foram então misturados com 0,0868 g de NaOH a 25% em 0,65 g de água e 0,064 g de (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0089] O polímero 8B foi feito do mesmo modo que o polímero 8A, diferindo no teor de silano do polímero 8A.
[0090] Os polímeros 18A e 18B foram feitos do mesmo modo que o polímero 8A exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0091] O polímero 9A foi preparado como se segue. 0,300 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,356 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 2,803 g de água à temperatura ambiente e 0,089 g de (5,6-epoxiexil)trietoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0092] O polímero 9B foi feito do mesmo modo que o polímero 9A, diferindo no teor de silano do polímero 9A.
[0093] Os polímeros 19A e 19B foram feitos do mesmo modo que o polímero 9A exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).
[0094] O polímero 10A foi preparado como se segue. 0,500 g de poli (vinilamina-HCl) e 0,502 g de NaOH a 50% foram dissolvidos em 4,005 g de água à temperatura ambiente e 0,094 g de 1,2-epoxi-hexano foi adicionado. A mistura foi agitada a 75°C durante 5 horas. 2,0 g da solução de polímero modificado com hidrófobo foram então misturados com 0,0710 g de NaOH a 25% em 0,556 g de água e 0,0582 g de (5,6-epoxiexil)trietoxissilano foi adicionado. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 18 horas para se obter uma solução de reserva de concentração de 7,5% em peso.
[0095] O polímero 10B foi feito do mesmo modo que o polímero 10A, diferindo no teor de silano do polímero 10A.
[0096] Os polímeros 20A e 20B foram feitos do mesmo modo que o polímero 10A, exceto o poli(vinilamina-HCl) foi substituído por poli (alilamina-HCl).Tabela 1 - Composições de polímeros contendo silício (porcentagem de hidrófobo e porcentagem de silano por mol são calculadas com base no peso unitário recorrente da polivinilamina)
[0097] Os polímeros listados na Tabela 1 foram utilizados em testes de incrustação. O licor Bayer sintético (SBL) utilizado nos testes de incrustação continha 45 g/l de Al2O3 (0,441M), 120,0 g/l de NaOH (3,0 M), 60 g/l de Na2CO3 (0,566M), 20 g/l de Na2SO4 (0,.1408 M) e 0,8 g/l de SiO2 em um total de 245,8 g/l ou 24,58% em peso/volume, de sais dissolvidos totais. Alíquotas da solução de SBL que foram colocadas nos Exemplos abaixo também foram adicionadas a frascos (geralmente o polímero foi adicionado na forma de uma solução contendo 0,1-10% de agente ativo) (grau de aço carbono (grau SA-36) de vasos de pressão de 42 ml de volume total ("frasco") fabricados pela empresa STEM); amostras em branco (controle) foram preparadas sem o polímero. Os frascos selados foram aquecidos com agitação a 100°C durante 18 ± 2 horas. No final das 18 horas, os frascos foram abertos e a solução foi filtrada. Quando nenhum aditivo de polímero foi adicionado ao sistema (testes em branco), aluminossilicato considerável foi formado e recuperado em papel de filtro. O aluminossilicato total precipitado nos testes em branco era tipicamente cerca de 200 mg. Nos Exemplos abaixo, a quantidade de precipitado de aluminossilicato é uma medida da atividade anti-incrustante e é expressa como uma percentagem de aluminossilicato que se formou nos experimentos em branco correspondentes. Os resultados do teste dos Polímeros 1A-10A e 1B-10B são mostrados na Tabela 2 abaixo.Tabela 2 - Resultados dos testes de incrustação dos polímeros 1A-10A e 1B-10B
[0098] A porcentagem de precipitação de sodalita é a quantidade de incrustação de sodalita precipitada nas amostras tratadas com polímero em relação à média das amostras de controle em branco em que nenhum polímero foi adicionado, e indica o grau de formação da incrustação. A porcentagem mais alta de precipitação de sodalita significa menor capacidade para evitar a formação da incrustação.
[0099] Os exemplos 11-26 demonstram que as polivinilaminas relativamente mais hidrofóbicas (Polímeros 2A-8A e 2B-8B) que são funcionalizadas com vários hidrófobos e (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano geralmente proporcionam uma redução significativamente melhor na incrustação de sodalita do que os polímeros de controla (Polímeros 1A e 1B) que são modificados somente com (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano.
[00100] Os Exemplos 27-30 mostram que as polivinilaminas hidrofóbicas (Polímeros 10A e 10B) que são funcionalizadas com hidrófobos e (5,6-epoxiexil)trietoxissilano também proporcionam reduções significativamente melhores na incrustação de sodalita do que os polímeros de controlo (Polímeros 9A e 9B) que são modificados apenas com (5,6-epoxi- hexil)trietoxissilano.
[00101] Os testes de incrustação dos Polímeros 1A-10A e 1B-10B estão resumidos na Tabela 3 abaixo.Tabela 3 - Resultados dos testes de incrustação dos polímeros 11A-20A e 11B-20B
[00102] Os exemplos 31-46 ilustram que as polialilaminas relativamente mais hidrofóbicas (Polímeros 12A-18A e 12B-18B) funcionalizadas com vários hidrófobos e (3-glicidoxipropil)trimetoxissilano geralmente proporcionam uma redução significativamente melhor na incrustação de sodalita do que os polímeros de controle (Polímeros 11A e 11B) que são modificados apenas com (3-glicidoxipropil) trimetoxissilano.
[00103] Os exemplos 47-50 mostram que as polialilaminas relativamente mais hidrofóbicas (Polímeros 20A e 20B) funcionalizadas com hidrófobos e (5,6-epoxiexil) trietoxissilano geralmente proporcionaram uma redução significativamente melhor na incrustação de sodalita do que os polímeros de controle (Polímeros 19A e 19B) que são modificados apenas com (5,6-epoxi-hexil)trietoxissilano.
[00104] Embora a descrição anterior tenha mostrado, descrito e apontado características inovadoras fundamentais dos presentes ensinamentos, entender-se-á que várias omissões, substituições e mudanças na forma do detalhe do aparelho como ilustrado, bem como as suas utilizações podem ser feitas pelos especialistas na técnica sem se afastarem do âmbito dos presentes ensinamentos. Consequentemente, o escopo dos presentes ensinamentos não deve ser limitado à discussão anterior, mas deve ser definido pelas reivindicações anexas.
Claims (13)
1. Polímero inibidor de incrustação, caracterizado pelo fato de que compreende: um A mer de acordo com a fórmula (I)
e um B mer de acordo com a fórmula (II)
em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído, ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II, ou N(R4)4+; cada grupo R’ é um grupo alquila C1-20 opcionalmente substituído, arila C6-12, ou aralquila C7-12; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; R 123456 7 , R , R , R , R , R , e R são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; A1 e A3 são cada um independentemente um radical hidrocarbila opcionalmente substituído ou de ligação direta compreendendo de 1 a 20 carbonos; J1 e J2 são cada um independentemente H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; A2 é uma ligação direta ou um grupo de conexão orgânica compreendendo de 1 a 20 carbonos; e Q é um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos.
2. Polímero inibidor de incrustação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o A mer de acordo com a fórmula (I) está presente em uma quantidade de 1% a 99% por mol, com base no total de meros no polímero.
3. Polímero inibidor de incrustação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o B mer de acordo com a fórmula (II) está presente em uma quantidade de 2% a 40% por mol, com base no total de meros no polímero.
4. Polímero inibidor de incrustação de acordo com a 1234567 reivindicação 1, car ac leiizado pelo fato de que R, R, R, R, R, R , R são H; e A1 é de ligação direta, e A3 é de ligação direta, ou A1 é -CH2-, e A3 -CH2-.
5. Polímero inibidor de incrustação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que M é Na+ ou NH4+ ou qualquer combinação dos mesmos.
6. Polímero inibidor de incrustação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que n = 3 e m = 0.
7. Produto de reação polimérica de uma poliamina com um composto de silano e um composto contendo hidrófobo, caracterizado pelo fato de que o composto de silano compreende um grupo -SIRnR’m e um grupo reativo com amina; em que cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C1—12 opcionalmente substituído, ou -OM; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II, ou N(R4)4+; cada R4 é independentemente H ou alquila C1-6; e cada grupo R’ é independentemente um grupo alquila C1-20 opcionalmente substituído, arila C6-12 ou aralquila C712; em que o composto contendo hidrófobo compreende um grupo reativo com amina e pelo menos um radical hidrocarbila opcionalmente substituído escolhido de alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído; e em que a poliamina compreende um C mer de acordo com a fórmula (III) -
em que cada um de R8, R9 e R10 é independentemente H ou alquila C1-6; A4 é uma ligação direta ou um alquileno C1-6 opcionalmente substituído; e J3 é H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído escolhido do grupo alquileno C1-20 opcionalmente substituído, aralquila C7-20 opcionalmente substituído e oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, e em que a poliamina ainda compreende um A mer de fórmula (I) e um B mer de fórmula (II) como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
8. Produto de reação polimérica de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada um de R8, R9 e R10 é independentemente H, A4 é um grupo -CH2-; e J3 é H.
9. Produto de reação polimérica de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o composto de silano é um silano funcional em halogênio, um silano funcional em epóxi, um silano funcional em isocianato, glicidoxipropil trimetoxissilano, ou (5,6- epoxiexil)trietoxissilano.
10. Produto de reação polimérica de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que composto contendo hidrófobo é 1-bromopropano, óxido de propileno, éter butilglicidílico, 1,2- epoxidodecano, (2,3-epoxipropil)benzeno, ou 1,2-epoxi-hexano.
11. Método para redução de formação de incrustação siliciosa em um processo industrial que é suscetível a formação de incrustação siliciosa, caracterizado pelo fato de que compreende a adição de uma quantidade redutora de incrustação do polímero inibidor de incrustação como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6 a uma corrente de processo industrial, o polímero compreendendo: um A mer de acordo com a fórmula (I) -
em que: cada R é independentemente hidróxi, alcóxi C1-20 opcionalmente substituído, oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído, arilóxi C6-12 opcionalmente substituído, ou -OM; M é um íon de metal do grupo I, íon de metal do grupo II, ou N(R4)4+; cada grupo R’ é um grupo alquila C1-20 opcionalmente substituído, arila C6-12, ou aralquila C7-12; n = 1, 2 ou 3; m = 0, 1 ou 2; R1, R2, R3 e R4 são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; A1 é um radical hidrocarbila opcionalmente substituído ou de ligação direta compreendendo de 1 a 20 carbonos; J1 é H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; e A2 é uma ligação direta ou um grupo de conexão orgânica compreendendo de 1 a 20 carbonos, e em que o polímero ainda compreende um B mer de fórmula (II):
em que: R5, R6 e R7 são cada um independentemente H ou um primeiro radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; A3 é uma ligação direta ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; J2 é H ou um radical hidrocarbila opcionalmente substituído compreendendo de 1 a 20 carbonos; e Q é hidrogênio, alquila C1-20 opcionalmente substituído ou oxialquileno C1-20 opcionalmente substituído.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processo industrial é uma corrente de processo de alumina.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o polímero ou o produto de reação polimérica é adicionado à corrente de processo industrial em uma quantidade de 1 parte por milhão a 500 partes por milhão.
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