МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ НАКИПИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C11D7/04 C11D7/04 C11D7/10 C11D7/34 

Изобретение относится к моющим средствам (МС) для очистки от накипи теплоэнергетического оборудования.

Известны композиции для химической очистки от отложений солей жесткости воды на основе комплексонов, содержащих фосфоновую группировку: 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилтри(метиленфосфоновая) кислота, 2-гидроксипропилен-1,3-диамино-тетра(метиленфосфоновая) кислота [1].

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является моющее средство [2], содержащее, г/л воды:
1-гидроксиэтилидендиофосфоновая кислота - 350-400
Сульфат натрия - 45-50
Карбамид - 85-90
Оксинол КД-6 - 20-25
Однако это моющее средство не обеспечивает достаточной очистки от солеотложений и защиты металла от коррозии.

Повышение моющего и ингибирующего свойств средства достигается тем, что в состав, содержащий воду и 1-гидроксиэтилидендифосфоновую кислоту, вводят борносульфаминовый комплекс (БСК) состава HOSO₂NH₂B₂O₃, тиосемикарбазид /ТСК/ и поверхностно-активное вещество /лабомид ТУ 38307.47.001-90/ на основе полиэтиленгликолевого эфира синтетических первичных жирных спиртов C₁₀-C₁₈, алкилсульфатов и щелочных неорганических солей - соды кальцинированной, триполифосфата натрия и жидкого стекла при следующем соотношении компонентов, г/л воды: 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота 350-400, борносульфаминовый комплекс 40-50, лабомид 20-30, тиосемикарбазид 0,03-0,07. При этом борносульфаминовый комплекс и лабомид повышают моющую способность средств, а тиосемикарбазид выполняет функцию ингибитора коррозии металла.

БСК впервые синтезирован нами методом плавки и его использование в составе моющего средства в литературе не известно.

На диаграмме плавкости бинарной системы HSO₃NH₂ - H₃BO₃ при соотношении 1 моль сульфаминовой кислоты и 2 моль борной кислоты образуется новое соединение. Химическим анализом найдено, мас.%: HOSO₂NH₂ 58,79; B₂O₃ 41,18, что соответствует стехиометрической формуле HOSO₂NH₂ • B₂O₃. Борносульфаминовый комплекс представляет собой кристаллическое вещество сероватого цвета. Т.пл. 166-167^oC. Его индивидуальность подтверждена также методами рентгенографии и кристаллооптики.

Структура борносульфаминового комплекса установлена с помощью ИК-спектроскопии. Полосы поглощения в ИК-спектрах БСК и его компонентов приведены в табл.1.

Как видно из данных табл.1, в ИК-спектре нового соединения отсутствуют полосы поглощения, характерные для молекул воды и борной кислоты. Валентные колебания N-H и O-H связей сульфаминовой кислоты образуют в результате перекрывания уширенную полосу с максимумом 3220 см^-1. Смещение максимума поглощения в низкочастотную область указывает на то, что комплексообразование происходит за счет водородных связей между CH, NH₂, B=O-группами. На основании ИК-спектров предложена следующая хелатная структура борносульфаминового комплекса:
.

Моющий состав готовят растворением в воде при комнатной температуре ингредиентов в следующей последовательности: борносульфаминовый комплекс (или в отдельности сульфаминовая и борная кислоты), ОЭДФ, лабомид и тиосемикарбазид. Реакционную массу перемешивают до полного растворения компонентов.

В табл. 2 приведены испытуемые составы предлагаемого моющего средства и прототипа.

Исследования моющего свойства проведены по следующей методике. Образцы металла из Ст. 3 с накипью (нерабочая поверхность образцов изолировалась эпоксидной смолой) взвешивают, помещают в сосуд с 5 л раствора при 25 и 65^oC и выдерживают при перемешивании до полной очистки накипи. Температура растворов поддерживалась с помощью термостата 1ТЖ-0-03 с точность ± 0,1^oC, скорость вращения образцов составляла 60 об/мин. Затем образцы сушат и повторно взвешивают. Скорость очистки накипи определяют из соотношения

где
m₀ - масса образцов до опыта;
m₁ - масса образцов после опыта;
Δm - убыль массы;
S - площадь образцов;
τ - время (продолжительность) испытаний.

Для сравнения берут средние значения из 10 параллельных измерений.

Результаты испытаний представлены в табл.3.

Как видно из данных табл.3, при 25^oC полная очистка образцов в предлагаемых составах и прототипе не происходит даже через 70 ч. При 65^oC полная очистка в составах 2-5 достигается в течение 10-12 ч. В целях экономии реактивов для очистки накипи предлагаются составы 2-4, в которых эффективность моющего действия в 1,5-1,8 раза больше, чем у прототипа.

Для коррозионных исследований образцы Ст. 3 предварительно шлифовали наждачной бумагой различной зернистости, промывали дистиллированной водой, высушивали фильтровальной бумагой, обезжиривали этанолом и выдерживали в эксикаторе над прокаленным хлоридом кальция не менее 18-20 ч. Скорость коррозии определяли по убыли массы образцов после 70 ч полного погружения в исследуемые рабочие растворы.

Коэиент торможения вычисляли по формуле
,
где
ρ₀ и ρ - скорости коррозии образцов в прототипе и предлагаемых составах соответственно.

Защитное действие рассчитывали по формуле

В табл.4 приведены результаты коррозионных исследований (средние данные из трех параллельных измерений при 25^oC) в предлагаемых составах и прототипе.

Из данных табл. 4 следует, что ингибирующее действие составов с увеличением концентрации ингредиентов постепенно повышается. Наибольшим эффектом обладают составы 2-5, в которых скорость растворения металла в 2-2,5 раза меньше по сравнению с прототипом.

Электрохимические измерения вели на электродах (предварительно защищенных наждачной бумагой и обезжиренных этанолом) площадью 2,5 см² в термостатируемой стеклянной трехэлектродной ячейке. Потенциодинамические поляризационные кривые снимали на потенциостате П-5848 (скорость развертки потенциала 1,0 мВ/с). Электрод сравнения - хлорсеребряный. Измерения проводили при естественной аэрации и температуре 25± 0,1^oC. Повторность опытов трехкратная.

Об ингибиторных свойствах предлагаемых составов судили по плотности коррозионного тока, поскольку она эквивалентна скорости растворения металла. В этом случае

где
i₀ и i - плотности коррозионного тока в прототипе и предлагаемых составах соответственно.

В табл.5 представлены результаты электрохимических измерений.

Из сопоставления данных табл.4 и 5 явствует, что электрохимические измерения подтверждают результаты, полученные гравиметрическим методом.

Таким образом, предлагаемое моющее средство по сравнению с прототипом в 1,5-1,8 раза увеличивает скорость очистки накипи и в 2-2,5 раза уменьшает скорость растворения металла.

Использование: в теплоэнергетике для очистки от накипи оборудования. Сущность изобретения: повышение моющего и ингибирующего свойств средства путем введения борносульфаминового комплекса состава HOSO₂NH₂ • B₂O₃, лабомида и тиосемикарбазида вместо сульфата натрия, карбамида и оксинола КД-6 в состав, содержащий воду и 1-гидроксиэтилидендифосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, г/л воды: 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота 350 - 400; борносульфаминовый комплекс 40 - 50; лабомид 20 - 30; тиосемикарбазид 0,03 - 0,07. 5 табл.

Моющее средство для очистки от накипи теплоэнергетического оборудования, содержащее воду и 1-гидроксиэтилидендифосфоновую кислоту, отличающееся тем, что средство дополнительно содержит борно-сульфаминовый комплекс, тиосемикарбазид и Лабомид при следующем соотношении компонентов, г/л воды:
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 350 - 400
Борно-сульфаминовый комплекс - 40 - 50
Лабомид - 20 - 30
Тиосемикарбазид - 0,03 - 0,07ж