Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ức chế chống ăn mòn và công nghệ xử lý làm sạch hệ thống ống chùm trao đổi nhiệt

Năm 2014, nhóm nghiên cứu tại Hội Hóa học Việt Nam do PGS.TS. Phạm Thế Trinh dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ức chế chống ăn mòn và công nghệ xử lý làm sạch hệ thống ống chùm trao đổi nhiệt”.

Thiết bị trao đổi nhiệt có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp vì các thiết bị này có vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ của các dòng công nghệ, lò phàn ứng ở các giá trị thích hợp nhằm đáp ứng các yêu cầu về chất lượng sản phẩm và an toàn vận hành. Các thiết bị trao đổi nhiệt còn đóng vai trò đặc biệt trong việc giảm chi phí vận hành của nhà máy và trong vấn đề bảo vệ môi trường nhờ khả năng tận dụng các nguồn nhiệt thải, giảm được lượng nhiên liệu tiêu thụ và nguồn thải vào môi trường. Hiện nay, trong các ngành công nghiệp sử dụng nhiều loại thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau: dạng ống lồng ống, ống chùm, xoáy lốc, tấm bản, làm mát bằng không khí, thiết bị ngưng tụ… Trong đó, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành công nghiệp, ước tính có tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt trên thế giới.

Trong quá trình hoạt động, các chất cặn bẩn trong lưu thể sẽ đóng cặn lại trên thành thiết bị lưu thể đi qua. Lớp cặn này sẽ làm giảm hiệu quả của quá trình truyền nhiệt của thiết bị. Cáu cặn tại các thiết bị, đường ống là do các ion canxi, magiê kết hợp với hidrocatbonat kết tủa thành, sau một thời gian sẽ tạo nên những lớp cặn cứng. Cáu cặn đường ống gây hàng loạt phiền toái như làm cho ống bị nhỏ lại, cản trở dòng chảy, làm cho áp lực nước yếu đi. Hơn nữa, khi bị bám cặn, các van nước sẽ không vận hành trơn tru, dễ hư hại. Các lớp cáu cặn là môi trường lý tưởng để các loại vi khuẩn trú ngụ và sinh trưởng.

Vì vậy, hiện nay, tại Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc có rất nhiều hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm hay làm lạnh bằng nước kiểu ống lồng ống, hàng năm phải dừng hoạt động của máy và tiến hành đại tu. Việc xử lý, khôi phục hệ thống ống chùm trao đổi nhiệt này bằng các phương pháp thay thế tại nhà máy là rất tốn kém, do đó, năng suất sản xuất phân đạm bị giảm xuống. Từ đó, việc sử dụng vật liệu ức chế chống ăn mòn, làm sạch cáu cặn đường ống hệ ống chùm trao đổi nhiệt đặt ra là thiết thực, có ý nghĩa ứng dụng cao, góp phần giải quyết những khó khăn trước mắt tại Công ty. Trên cơ sở đó, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ức chế chống ăn mòn và công nghệ xử lý làm sạch hệ thống ống chùm trao đổi nhiệt” đã được thực hiện nhằm xác định công nghệ tổng hợp vật liệu ức chế chống ăn mòn và chống cáu cặn, ứng dụng làm sạch hệ thống ống chùm trao đổi nhiệt là thiết thực với nhu cầu hiện nay.

Đề tài đã thu được một số kết quả sau:
- Tổng hợp được vật liệu ức chế chống ăn mòn, tẩy cáu cặn trên cơ sở gốc polyaspartic axit: Quá trình tổng hợp PAA được thực hiện qua 2 giai đoạn, đó là nhiệt trùng ngưng L-Aspartic axit để tạo thành PSI và phản ứng thủy phân PSI thành PAA.
- Sản phẩm PAA được đặc trưng cấu trúc bằng phổ IR và phổ H-NHR, có so sánh độ chuyển dịch hóa học của các đỉnh hấp thụ đặc trưng với phổ IR của AA và phổ H-NMR của AA và PSI.
- Sử dụng chất PAA để pha chế dung dịch tẩy cặn hệ thống thiết bị ống chùm trao đổi nhiệt. Đã xây dựng đơn pha chế tối ưu dung dịch chất tẩy cặn có hiệu quả hòa tan, tẩy cặn cao nhất. Dung dịch PAA có tác dụng ức chế ăn mòn, chống cáu cặn đối với thép CT-3, đồng và nhôm.
- Đã chế tạo: 20 kg vật liệu PAA và pha chế thành: 2.000 lít dung dịch xử lý cặn cho 2 ống chùm kích thước: 3.000 mm x Ø 850 mm tại Công ty CP Khí hóa lỏng Hà Bắc - Công ty Đạm, hóa chất Hà Bắc, đạt kết quả tốt.
- Đã xây dựng quy trình công nghệ tổng hợp vật liệu ức chế chống ăn mòn, chống đóng cặn và quy trình xử lý làm sạch ống chùm thiết bị trao đổi.
- Đã xây dựng giá thành sản phẩm tổng hợp PAA và giá thành dung dịch tẩy cặn.

Nhóm nghiên cứu đề nghị Bộ Công Thương tiếp tục hỗ trợ để đề tài có thể hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu ức chế chống ăn mòn, tẩy cáu cặn trên cơ sở PAA dưới dạng dự án, để sớm đưa sản phẩm ứng dụng bảo vệ thiết bị tại các công ty hóa chất.