ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2004 года по МПК C23F11/00 

Изобретение относится к области химии, а именно к композициям, используемым для защиты оборудования от коррозии, и может быть использовано в охлаждающих и иных системах агрегатов различных отраслей промышленности.

Известно большое количество ингибиторов коррозии металлов, отличающихся по составу и области применения (авт. св. СССР 1610871, кл. С 09 D 4/00, 1995; В. Кузнецов, Л. Вержбицкая. Защита металла от коррозии в пресной воде. Пермь. ПКИ, 1980. С. 64-65; А.Г. Дорофеев. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, 1980, вып.10, с. 17; И.Л. Розенфельд. Ингибиторы коррозии, М. : Химия, 1974). В частности, известны ингибиторы коррозии (ИК), представляющие собой 73,0-77,5% продукта взаимодействия ортофосфорной кислоты с диметиламинометилфенолом и 22,5-27,5% воды ( авт. св. СССР 1801278, кл. С 23 F 11/00, 1994), смеси гексаметафосфата натрия, сернокислого цинка, бихромата калия и оксиэтилидендифосфоновой кислоты (пат. СССР 1834915, кл. С 23 F 11/00, 1993) и многие другие. Недостатком ИК является, как правило, ограниченная область применения. В настоящее время широкое распространение получили ингибиторы, в композицию которых в качестве одного из элементов входят продукты термодеструкции фракций нефти, сланца и т.п. органических продуктов. Преимуществом таких ИК является достаточно широкий спектр применения.

Наиболее близким к заявляемому составу ИК является ингибитор, содержащий битум, растворитель нефтяной природы или сложноэфирного типа и алкилянтарные кислоты или их производные (заявка 93053613, кл. С 09 D 195/00). Ингибитор образует полимерную пленку на поверхности металла.

Недостатком ингибитора является невозможность его использования в жидких системах, сложность применения вследствие протекания на поверхности металла процессов отверждения смолообразной массы.

Задачей, стоявшей перед авторами, являлось создание такой композиции ИК, которая могла бы использоваться в жидком виде, обладала защитным действием по отношению к различным металлам и сплавам.

Задача решалась созданием композиции, состоящей из гуматов, органоминерального комплекса (ОМК), полученного окислительно-щелочной термодеструкцией биогенных отходов и реализуемого под наименованием "Норма-ОКС" в соответствии с ТУ 2439-001-20507592-2001, фосфатов натрия (двузамещенного кислого фосфорнокислого натрия Na₂HPO₄ (ДФН) или фосфорнокислого натрия Na₃PO₄ (ТФН)) и воды при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Гуматы - 0,01-0.5
ОМК - 2-70
Фосфат натрия - 0,05-5
Вода - Остальное
ОМК "Норма-ОКС" выпускается по ТУ 2439-001-20507592-2001 в виде коричневого порошка или однородной маслянистой жидкости коричневого или темно-коричневого цвета, представляющей собой 10-30% водный раствор или эмульсию комплекса высокомолекулярных полиоксикарбоновых и полиоксифенолкарбоновых кислот (2% эмульсия имеет рН 6,0-9,0, стабильна в жесткой (1000 мг-экв/куб. дм Са⁺⁺) и минерализованной (500 мг-экв/ куб. дм Na⁺) водной среде). Состав ОМК может несколько видоизменяться в зависимости от состава перерабатываемого сырья, однако физико-химические свойства его содержащей жидкости, определяемые, по-видимому, его третичной структурой относительно стабильны.

По-видимому, комплекс можно представить в виде сетчатого полимера, заряженные центры которого связаны донорно-акцепторной связью с ионами металлов, которые в свою очередь окружены низкомолекулярными карбоксилсодержащими соединениями, в частности органическими кислотами или их солями, выполняющими функции поверхностно-активных веществ (ПАВ) и обеспечивающими частичную гидратизацию всего комплекса молекулами воды и его стабильность в жидкой форме.

Стабильность комплекса во многом определяется свойствами и концентрацией ПАВ, функцию которых, в частности, могут выполнять гуматы. ОМК может содержать определенное количество гуматов, но их количество может быть недостаточно, что и приводит к необходимости дополнительного введения их в систему до суммарной концентрации в конечном продукте 0,01-0,5 мас.%.

Наличие высокомолекулярного комплекса с распределенными по его массе заряженными зонами позволяет блокировать возникновение на поверхности металла стабильных зарядов или наличие в растворах свободных радикалов, приводящих к возникновению коррозии на защищаемой поверхности.

Сам комплекс образует раствор или эмульсию в вышеприведенном диапазоне концентраций. Более низкие концентрации ОМК не позволяют добиться хороших результатов по ингибированию, при использовании более высоких концентраций жидкая система нестабильна.

Введение фосфатов натрия обеспечивает стабильность рН системы и предотвращает возникновение кислотной коррозии. При меньших концентрациях соли возможность кислотной коррозии сохраняется, введение более высоких концентраций возможно, но экономически нецелесообразно.

Ингибитор получают смешением ингредиентов до требуемого состава, который подбирается экспериментально для каждого конкретного случая.

В качестве гуматов наряду с натриевыми солями гуминовых кислот могут быть использованы и иные водорастворимые соли гуминовых кислот, в частности соли калия, кальция при наличии примесей гуматов других металлов. Конкретный состав гуматов определяется в основном составом перерабатываемого материала и экономическими соображениями. Этим условиям в первую очередь отвечают натриевые соли гуминовых кислот (при получении гуматов традиционными технологиями для нейтрализации используют обычно едкий натр). В примере 1 в качестве гуматов использовались очищенные гуматы с содержанием натриевых солей гуминовых кислот не менее 99%. В прочих примерах - технические смеси солей гуматов.

Состав гуматов, применяемых в примерах 2-4, приведен в таблице 1.

Пример 1. Испытания ИК проводились в соответствии с ГОСТ 6243-75 "Эмульсолы и пасты. Испытания коррозионной агрессивности". Исследовались ИК следующего состава:
ИК-1: гуматы 0,5%, ОМК-4,5%; ТФН-0,1%; вода 94,9% ИК-2: гуматы 0,5%, ОМК-4,5%; вода 95,0% ИК-3: гуматы 0,1%, ОМК-2,0%; ДФН-0,1%; вода 97,8% ИК-4: гуматы 0,1%, ОМК-2,0%; вода 97,9% ИК-5: гуматы 0,5%, ОМК-4,5%; ТФН-5,0%; вода 90,0% ИК-6: гуматы 0,01%, ОМК-4,5%; ТФН-0,01%; вода 95,48%.

Результаты испытаний показали
ИК-1 при выдержке 4 часа выдерживают все материалы, при выдержке 24 часа выдерживает сталь, чугун. На поверхности бронзы и алюминиевого сплава образуется пассивирующая пленка.

ИК-2 (без фосфатов) при выдержке 4 часа выдерживают все материалы, при выдержке 24 часа выдерживает только сталь. На поверхности чугуна, бронзы и алюминиевого сплава образуется пассивирующая пленка.

ИК-3 при выдержке 4 часа выдерживают все материалы, при выдержке 24 часа выдерживает сталь. На поверхности чугуна, бронзы и алюминиевого сплава образуется пассивирующая пленка.

ИК-4 (без фосфатов) при выдержке 4 часа выдерживают все материалы, кроме чугуна.

ИК-5 при выдержке 4 часа выдерживают все материалы, при выдержке 24 часа выдерживает сталь, чугун, алюминиевый сплав. На поверхности бронзы образуется пассивирующая пленка.

ИК-6 при выдержке 4 часа выдерживают все материалы, кроме чугуна. При выдержке 24 часа выдерживают сталь и алюминиевый сплав.

Пример 2. Испытания ингибитора следующего состава: гуматы 0,3%, ОМК-70%; ТФН-0,05%; вода 29,65% были проведены на примере дизеля 3Д6Л теплохода. После 4100 часов работы двигателя с введением в охлаждающую систему 1% ИК при осмотре омываемой поверхности охлаждающей системы было установлено, что ее введение по сравнению с аналогичным двигателем, работавшим без ИК (в скобках), омываемая поверхность всех элементов двигателя покрыта плотной пленкой темного цвета, продуктов коррозии не наблюдается (В соседнем двигателе омываемая поверхность элементов покрыта продуктами коррозии бурого цвета, толщиной 0,5-0,8 мм).

Пример 3. Ингибитор, имеющий следующий состав: гуматы 0,5%, ОМК-25%; ТФН-4,5%; вода 70,0% испытывали на возможность использования в системах водоснабжения нефтеперегонного завода (НПЗ).

Испытания проводили в имитате оборотной воды НПЗ следующего состава, мг/л: Cl^- 150, SO₄ ^-2 362, Са⁺² 160, Mg⁺² 55, НСО₃ ^- 170 (общее солесодержание 100 мг/л), а также в имитате сточных вод нефтепромысла следующего состава, г/л: NaCl - 112, СаСl₂ - 11, CaSO₄ - 0,3, MgCl₂ - 6,0 при содержании Н₂S 100 мг/л. Испытаниям подвергались образцы из стали 08КЦ размером 50х10х0,4, 15. Время испытания 4 ч при комнатной температуре, концентрации ингибитора 0,1%. Полученный ингибитор имеет степень защиты в оборотной воде 98,5%, в промысловой воде, содержащей Н₂S 100 мг/л 89%.

Пример 4. Для экспериментальной проверки защитных свойств ИК, имеющего следующий состав: гуматы 0,5%, ОМК-70%; ТФН-5%; вода 24,5%, для испытаний были взяты образцы стали марок Ст. 3, Ст. 10, Ст. 20, Ст. 30, Ст. 40Х, Ст. 12Х1 МФ, Ст. 25ХМФ, Ст. 22К, Ст. 20Х13, Ст. 08Х18Н1ЛТ в виде круглых плашек диаметром 45 мм и толщиной 3 мм со сквозным отверстием 3 мм для подвешивания образцов в растворы кислот. Испытания проводились в растворах минеральных кислот, а также в травильном растворе следующего состава: 200 г/л серной кислоты + 40 г/л хлорида натрия + 40 г/л нитрата натрия и 4 н. растворах 15 серной и соляной кислот. Для сравнения был взят промышленный ингибитор ИР-2. Концентрация ингибиторов составляла 1 г/л, температура растворов 60^oС, время испытаний 8 ч. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Как следует из приведенных примеров, новый ингибитор коррозии достаточно универсален и обеспечивает надежную защиту металлов от коррозии. При эксплуатации используется в виде раствора или стабильной эмульсии.

Изобретение относится к области химии, а именно к композициям, используемым для защиты оборудования от коррозии, и может быть использовано в охлаждающих и иных системах агрегатов различных отраслей промышленности. Ингибитор коррозии содержит органоминеральный комплекс, полученный окислительно-щелочной термодеструкцией биогенных отходов, гуматы, фосфат натрия (ди- или тринатрийфосфат) и воду. В качестве органоминерального комплекса он содержит препарат "Норма-ОКС" по ТУ 2439-001-20507592-2001. Новый ингибитор коррозии достаточно универсален и обеспечивает надежную защиту металлов от коррозии. При эксплуатации используется в виде раствора или стабильной эмульсии. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Ингибитор коррозии, содержащий высокомолекулярный органический компонент, производные кислот и растворитель, отличающийся тем, что он содержит в качестве высокомолекулярного органического компонента препарат "Норма-ОКС", полученный окислительно-щелочной термодеструкцией биогенных отходов, в качестве производных кислот - гуматы, а в качестве растворителя - воду и дополнительно фосфат натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Гуматы 0,01 - 0,5

Органоминеральный комплекс 2 -70

Фосфат натрия 0,05 - 5

Вода Остальное