Почему растворенные газы это проблема?

Основной вред от растворенных газов связан с их способностью вызывать коррозию. Кислород является мощным окислителем и в присутствии воды значительно ускоряет ржавление металлов, особенно в трубопроводах и котлах. Углекислый газ, растворяясь в воде, образует угольную кислоту (H2​CO3​), которая снижает pH и способствует кислотной коррозии. Азот менее реакционноспособен, но может создавать проблемы с кавитацией в насосах и клапанах.

Принципы химической деаэрации

Химическая деаэрация основана на использовании химических реагентов-поглотителей кислорода (связующих агентов), которые вступают в реакцию с растворенными газами, переводя их в нерастворимые или безвредные соединения. Этот метод часто применяется в комбинации с термической деаэрацией, которая удаляет основную часть газов путем нагрева и снижения давления, а химические агенты дочищают остаточные количества.

Основные реагенты для химической деаэрации

Исторически и в настоящее время используются различные химические соединения для связывания кислорода:

●     Сульфит натрия (Na2​SO3​): Это один из старейших и наиболее распространенных поглотителей кислорода. Он реагирует с кислородом по реакции:
2Na2​SO3​+O2​→2Na2​SO4​
Основным недостатком сульфита натрия является образование сульфатов, которые увеличивают общее солесодержание воды, что может привести к накипеобразованию. Кроме того, при высоких температурах сульфит может разлагаться с образованием сероводорода (H2​S), который является коррозионным газом.

●     Гидразин (N2​H4​): Гидразин -- очень эффективный поглотитель кислорода, который также обладает пассивирующими свойствами (образует защитную пленку на металлических поверхностях):
N2​H4​+O2​→2H2​O+N2​
Преимуществом гидразина является то, что продуктами реакции являются вода и азот-безвредные соединения. Однако гидразин является токсичным и канцерогенным веществом, что ограничивает его применение.

Современные подходы и новые реагенты

В свете недостатков традиционных поглотителей кислорода, промышленность активно разрабатывает и внедряет новые, более безопасные и эффективные реагенты. Современные подходы включают использование:

●     Органические поглотители кислорода (заменители гидразина): Эти соединения нетоксичны или значительно менее токсичны, чем гидразин, и обеспечивают аналогичную или лучшую эффективность. К ним относятся:

○     Гидрохинон: Эффективен при более низких температурах и обладает пассивирующими свойствами.

○     Эриторбат натрия: Часто используется в пищевой промышленности из-за его низкой токсичности.

○     Диэтилгидроксиламин (DEHA): Широко применяется в энергетике. Он эффективен при различных температурах и способствует формированию защитного слоя магнетита (Fe3​O4​) на стальных поверхностях.

○     Метоксипропиламин (MPA): Относится к аминам и обладает хорошей термической стабильностью.

○     Гидроксиламин: Обладает высокой реакционной способностью с кислородом.

●     Каталитические поглотители кислорода: Некоторые реагенты могут быть использованы в присутствии катализаторов, которые значительно ускоряют реакцию с кислородом, позволяя снизить концентрацию поглотителя и улучшить процесс деаэрации. Примеры таких катализаторов включают соли кобальта или меди.

●     Комбинированные реагенты: Часто используются смеси различных поглотителей для достижения оптимального эффекта в различных условиях (температура, pH, наличие других примесей). Некоторые композиции включают не только поглотители кислорода, но и другие функциональные добавки, такие как диспергаторы, ингибиторы накипеобразования и pH-корректоры.

Преимущества и ограничения химической деаэрации

Преимущества:

●     Высокая эффективность: Способна удалить остаточные следы кислорода, которые не были удалены термическими методами.

●     Гибкость: Может применяться в различных системах и при различных условиях.

●     Пассивация: Некоторые реагенты способствуют образованию защитной пленки на металлических поверхностях.

Ограничения:

●     Затраты на реагенты: Постоянные затраты на покупку и дозирование химикатов.

●     Образование побочных продуктов: Некоторые реагенты могут образовывать нежелательные или токсичные побочные продукты.

●     Контроль дозирования: Требуется точный контроль дозирования для обеспечения эффективности и предотвращения передозировки.

●     Воздействие на окружающую среду: Необходимость утилизации сточных вод, содержащих реагенты и продукты их реакции.

Будущее химической деаэрации