23 Aprile 2012
I.S.I.S
GIULIO NATTA
LA FORMULAZIONE
PER IL TRATTAMENTO
DELLE ACQUE
ACQUA-USI INDUSTRIALI
Centrali
Osmosi-Dissalazione
Raffinerie
Processi chimici e non
Metallurgia
Evaporatori MSFDissalazione
3
3
ACQUA-USI INDUSTRIALI
+
Osmosi-Dissalazione
Evaporatori MSFDissalazione
Nel’anno 2000 prodotti 32 Mio m3/Giorno di acqua per usi civili
Cioè 11.7 Miliardi di m3/Anno da impianti di MSF ed OsmosiProduzione in costante crescita.
4
4
H2O
•Ottimo Solvente
•Liquido con alta Capacità Termica
•Disponibile quasi ovunque
•Relativamente economico
REFRIGERANTE
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Acque di diverse Origini/Caratteristiche
•Acque “Minerali” : di Pozzo, Freatiche Artesiane
Acque “Dolci”
•Acque di superficie : Fiumi,Laghi, Bacini idrici
•Acque Marine-
Acque “Salate”
Tutte queste acque sono generate dal flusso o dall’accumulo dell’acqua
piovana : non dimentichiamo che l’acqua è il “Solvente “ pincipe e l’acqua
dalla sua caduta come acqua piovana comincia a “Sciogliere” cioè ad
incorporare Gas (CO2, O2,NH3,H2S ecc.) e Sali inorganici.
Nel suo procedere come corso d’acqua in movimento trasporta poi solidi in
sospensione e materiale organico.
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Acque di Origine Naturale
•In generale l’acqua può contenere :
O2, CO2 , SO2, SO3 , H2S , NH3
GAS:
SALI :
(Cationi)
Na + , K+ , Mg 2+ , Ca2+, Fe 2+/3+ , Mn2+ , Al3+
(Anioni)
HCO3- , Cl- , F- ,NO3- , SO4-- ,HS- ,SiO3--
•Solidi Inorganici Sospesi
•Materiale Organico- Disciolto e Sospeso
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Confronto tra un’acqua
Minerale da Tavola ed
un’acqua salmastra
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Problemi nell’utilizzo dell’acqua negli impianti
Solidi Inorganici Sospesi– Da eliminare per evitare occlusioni e
danni alle apparecchiature
Materiale Organico -Carica organica da abbattere per evitare
crescita di microorganismi- (Alghe, Batteri , ecc.)
GAS:
SEPARAZIONE
FISICA
BIOCIDI
O2, CO2 , SO2, SO3 , H2S , NH3 – Causano fenomeni di
corrosione
SALI :
Trattamento
(Cationi)
Na + , K+ , Mg 2+ , Ca2+, Fe 2+/3+ , Mn2+ , Al3+
(Anioni)
HCO3- , Cl- , F- ,NO3- , SO4-- ,HS- ,SiO3—
Causano fenomeni di Incrostazioni “Scale”
INIBITORI DI
CORROSIONE
INIBITORI DI
PRECIPITAZIONE
9
Perché dobbiamo trattare l’acqua?
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Corrosione
2H2O + 2O2 + 4e-
2H2O
= 4OH-
2OH- + 2H+
O2
H2
Fe2+
Fe3+
Area
Anodica (+)
Fe(OH)3
eArea Catodica (-)
11
Perché dobbiamo trattare l’acqua?
12
Perché dobbiamo trattare l’acqua?
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Sistema Calcio Carbonato
GAS
LIQUIDO
CO2
CO2 + H2O
LIQUIDO
H2CO3 + CaCO3
SOLIDO
CaCO3
Ca(HCO3)2
Ca2+ + 2HCO314
Ps=4.7 *10-9
Precipitazione CaCO3
•Concentrazione della soluzione
∆T°
•Variazione di Temperatura Ca(HCO3)2
•Variazioni di pH
Ca(HCO3)2
CaCO3 + CO2 + H2O
+ 2OH-
CaCO3 + CO3--
•Mix di acque incompatibili
CO2
CO2 + H2O
H2CO3 + CaCO3
CaCO3
Ca(HCO3)2
Ca2+ + 2HCO315
Utilizzo dell’acqua negli impianti
Trattamento
SEPARAZIONE
FISICA
+
+
APPLICAZIONE
INIBITORI DI
CORROSIONE
FORMULAZIONE
BIOCIDI
INIBITORI DI
PRECIPITAZIONE
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Applicazioni Industriali
Produzione energetica
Applicazioni
• Influent & Effluent water
• Boiler – Steam generation
• Cooling systems
Prodotti utilizzati
• Coagulanti& flocculant polymers
• Oxygen scavengers
• Scale inhibitos and dispersing agents
• Neutralizing Ammines
• Corrosion inhibitors
• Biocides
• Bio-dispersants
• Antifoam
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17
Applicazioni Industriali
Raffinerie e industria Petrolchimica
Applicazioni
Prodotti utilizzati
• Influent & Effluent water
• Boiler – Steam generation
• Coagulanti& flocculant polymers
• Cooling systems
• Oxygen scavengers
• Belt-Press
• Scale inhibitos and dispersing agents
• Neutralizing Ammines
• Corrosion inhibitors
• Biocides
• Bio-dispersants
• Antifoam
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18
Applicazioni Industriali
Evaporatori per acqua di mare
Processo
•
Water Desalination
Prodotti utilizzati
• Oxygen Scavengers
• Antiscalants
• Antifoam
• Detergents
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19
Perché dobbiamo trattare l’acqua?
Recupero secondario del Petrolio
Production
Injection
GasLiquid
Water
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Perché dobbiamo trattare l’acqua?
GeotermiaProduzione energetica da
vapore naturale
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Categorie chimiche di utilizzo negli impianti
Categorie Prodotti utilizzati
SEPARAZIONE
FISICA
• Coagulanti& flocculanti polimerici
BIOCIDI
• Inibitori di precipitazione e
disperdenti
INIBITORI DI
CORROSIONE
• Catturatori di Ossigeno
• Ammine/Filmanti
• Inibitori di corrosione
• Biocidi
INIBITORI DI
PRECIPITAZIONE
• Bio-disperdenti
• Antischiuma
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Utilizzo dell’acqua negli impianti
Prodotti utilizzati
• Coagulanti & flocculanti polimerici-Polimeri Acrilici( Poliacrilammidi ad alto PM)
• Catturatori di Ossigeno-Ammine organiche, Idrazina, Solfiti
• Ammine- Ammine grasse filmanti
• Bio-disperdenti
• Antischiuma
• Biocidi
• Inibitori di precipitazione e disperdenti
• Inibitori di corrosione
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Utilizzo dell’acqua negli impianti
Sostanze utilizzate
BIOCIDI
INIBITORI DI CORROSIONE
INIBITORI DI PRECIPITAZIONE
Cloro e derivati,Bromo,Clorammine
Ozono,Ossigeno(Ossidanti)-Fenoli
Clorurati,Metilene-Bis Tiocianato,sulfoni
eTioni,DitiocarbammatiSali di Rame,Sali di
Ammonio quaternari.
Polifosfati,Fosfonati,Zinco,Molibdati,
Polisilicati(Catodici)Ortofosfati,Cromati,
Nitriti,Ferro-cianuri,Ortosilicati(Anodici)
Polifosfati,Fosfonati,Policarbossilati a
basso PM,Ligninsolfonati
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Scenario Produttivo
Coinvolge tutte le funzioni tecniche aziendali da R&D all’applicazione
Mega-Trends
Ambiente
Risparmio energetico
Risparmio risorse( Acqua-Riciclo)
Legislazione
REACH
Legislazione Locale
Materie Prime
Disponibilità di Materie Prime
Utilizo di “Rinnovabili”
Utilizzo di Materie riciclabili
Know How
Conoscenza di Applicazioni
Economia
Ritorno dell’investimento
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Ricerca & Sviluppo
•Creazione di nuove molecole
2Mio € x Reg REACH ~250Mio $ per
principio attivo Agro
•Sviluppo di nuovi processi produttivi e/o modifica di molecole esistenti per
aumentare l’efficienza produttiva, la sicurezza, la riduzione di sottoprodotti e
C
O
S
T
I
l’impatto ambientale, i costi
•Applicazione interdisciplinare di molecole esistenti
•Ottimizzazione delle formulazioni
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Scenario Produttivo
Mega Trends
Legislazione- REACH
Materie Prime
Prodotti”POSSIBILI”
Know How
Economia
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Scenario Produttivo
Prodotti”POSSIBILI”
R&D
FORMULATO ?
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History Case
Sostanze utilizzate
BIOCIDI
INIBITORI DI CORROSIONE
INIBITORI DI
PRECIPITAZIONE o
Agenti con “Effetto
Soglia” (Threshold)
Cloro e derivati,Bromo,Clorammine
Ozono,Ossigeno(Ossidanti)-Fenoli
Clorurati,Metilene-Bis Tiocianato,sulfoni
eTioni,DitiocarbammatiSali di Rame,Sali di
Ammonio quaternari.
Polifosfati,Fosfonati,Zinco,Molibdati,
Polisilicati(Catodici)Ortofosfati,Cromati,
Nitriti,Ferro-cianuri,Ortosilicati(Anodici)
Polifosfati,Fosfonati,Policarbossilati a
basso PM,Ligninsolfonati
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History Case-Fosfonati
C
PO3H2
C
OPO3H2
Legame chimico molto stabile
Legame chimico idrolizzabile
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History Case-Fosfonati
NTMP
DTPMP
HEDP
PBTC
BHPMP
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History Case-Fosfonati
C
PO3H2
Threshold effect :
Inibizione della precipitazione di soluzioni
sovrassature
(eg CaCO3, Ca SO4) con quantità substechiometriche di inibitore
Chelation :
Formazione di complessi solubili con metalli
Inibitori di Corrosione:filmatura su supefici
metalliche
Resistenza alla Idrolisi
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Threshold Effect
100
ppm Ca in soluzione
80
60
40
20
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
ppm SEQUION TQ
33
Threshold Effect
Con EDTA = 1.000 g/M3
Reazione CHIMICAStechiometrica-Formazione di
Complesso EDTA/Calcio
Con Fosfonato =
1 g/M3
Interazione Chimico/Fisica
NON-STECHIOMETRICA
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Threshold –Cosa accade ai cristalli
Cristalli di Barite,BaSO4
BaSO4
BaSO4 + DTPMP
BaSO4 + NTMP & Zn2+
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Fosfonati- Sodisfacimento dei requisiti
Fosfonati Tradizionali
Mega-Trends
Ambiente
Risparmio energetico
Risparmio risorse( Acqua-Riciclo)
Legislazione
REACH
Legislazione Locale
Materie Prime
Disponibilità di Materie Prime
Utilizo di “Rinnovabili”
Utilizzo di Materie riciclabili
Know How
Conoscenza di Applicazioni
Economia
Ritorno dell’investimento
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Threshold –Cosa accade ai cristalli
A
Cristalli di Calcite,CaCO3
C
B
Senza Modificante
Fosfonato di nuova
Fosfonato tradizionale
concezione
Cristalli amorfi, non aderenti Rimozione Depositi pre-esistenti
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Threshold Effect
Fosfonato Tradizionale
Nuovi Fosfonati
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Fosfonati- Soddisfacimento dei requisiti
Fosfonati di Nuova concezione
Creazione di nuove
NO
molecole ?
Modifica di molecole
esistenti per
aumentare l’efficienza
e quindi l’impatto
ambientale ed i costi ?
SI
SI
SI
Ottimizzazione delle
formulazioni ?
Utilizzo del Know
How- applicativo?
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Fosfonati- Soddisfacimento dei requisiti
Fosfonati di Nuova concezione
Mega-Trends
Ambiente
Risparmio energetico
Risparmio risorse( Acqua-Riciclo)
Legislazione
REACH
Legislazione Locale
Materie Prime
Disponibilità di Materie Prime
Utilizo di “Rinnovabili”
Utilizzo di Materie riciclabili
Know How
Conoscenza di Applicazioni
Economia
Ritorno dell’investimento
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Servono molta dedizione…e pazienza….
Stiamo lavorando sui fosfonati…
dal 1978
Grazie!
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