СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ И КОРРОЗИИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК C02F5/14 C23F11/167 C02F103/04 

Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений и коррозии и может быть использовано в водоподготовке систем отопления, охлаждения и оборотного водоснабжения.

Известен способ предотвращения минеральных отложений и биообрастания в замкнутых системах водоснабжения путем введения композиции органофосфоната ИОМС и его медьсодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1-1:1 (далее ИОМС Cu) [Патент России №2133229, МПК 6 С02 5/14, 1999]. Однако использование композиции не эффективно для одновременного подавления солеотложений и коррозии.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ предотвращения минеральных отложений и коррозии путем введения в обрабатываемую воду композиции органофосфоната ИОМС и его цинксодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1-1:1. Однако данный способ недостаточно эффективен, т.к. для снижения величины коррозии в 4-10 раз необходима доза реагента 10-25 мг/л (в пересчете на ИОМС) при мольном соотношении ИОМС: Zn 4:1-1:1. Это делает обработку воды не всегда экономически оправданной вследствие большого расхода реагента, приводит к значительному превышению сброса против ПДК сбросу цинксодержащих сточных вод. (Б.Н.Дрикер, И.П.Сикорский, Н.В.Цирульникова, «Изучение возможности использования цинковых комплексонатов ИОМС для ингибирования коррозии конструкционных сталей», Энергосбережение и водоподготовка 2006, №2, с. 7-9)

Задачей изобретения является снижение расхода реагента и композиций, их содержащих, при одновременном повышении эффективности обработки воды с целью предотвращения солеотложений и коррозии.

Поставленная задача решается тем, что обработку воды ведут путем введения органофосфонатов, при этом в качестве органофосфонатов используют композицию гексаметилендиаминтетраметеленфосфоновой кислоты (ГМДТФ) (1) и ее цинксодержащего комплекса (2) при их мольном соотношении 2:1-4:1.

где: М - цинк или водород.

Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Получение композиций органофосфонатов

Композицию органофосфонатов получали в лаборатории путем введения в 25 см³ исходного 25% раствора ГМДТФ плотностью 1,27 г/см³, 25 см³ раствора соли цинка с концентрацией, обеспечивающей заданное мольное соотношение ГМДТФ и его цинксодержащего комплекса. Концентрации растворов представлены в таблице 1.

Концентрации растворов цинка для получения комплексонатов ГМДТФ при мольных соотношениях 5:1-1:1

Таблица 1Мольное соотношение ГМДТФ: Zn-комплексонатКонцентрация раствора Zn²⁺, г/л1:148,232 (контрольный)2:124,116 (по изобретению)3:116,076 (по изобретению)4:112,06 (по изобретению)5:19,648 (контрольный)

Синтез проводили при перемешивании (со скоростью 1,2 м/с) на магнитной мешалке. При добавлении раствора соли цинка образуется белый осадок, который растворяется в течение 30-60 мин в зависимости от мольного соотношения, время экспозиции 80 мин.

В результате получали раствор композиции органофосфонатов с плотностью 1,13 г/см³ и в пересчете на концентрацию ГМДТФ - 12,5%. В качестве соли цинка могут быть использованы любые известные соли цинка, например ZnSO₄, ZnCl₂, и другие соли неорганических или органических кислот.

Пример 2

Ингибирование коррозии

Обработке подвергалась:

- водопроводная вода г. Екатеринбурга (жесткость общая - 2,2 мгэкв/л, жесткость кальциевая - 1,8 мгэкв/л, щелочность - 1,3 мгэкв/л);

- техническая вода оборотного цикла МНЛЗ Северского трубного завода (жесткость общая - 2,25 мгэкв/л, жесткость кальциевая - 2,0 мгэкв/л, щелочность - 1,5 мгэкв/л, рН 7,8).

В обрабатываемую воду вводили ИОМС - Cu (аналог), цинксодержащий комплексонат ИОМС - Zn при мольном соотношении 4:1-1:1 (прототип) и цинксодержащий комплексонат ГМДТФ - Zn при мольном соотношении 5:1-1:1. Композиции из указанных реагентов вводили в количествах 2; 5; 10; 15; 20 мг/л.

Скорость коррозии (мкм/г) определяли на коррозиметре «Эксперт 004» при температуре 25°С для конструкционной стали марки ст.3 по прямому измерению линейной скорости коррозии.

Данные представлены в таблице 2.

Влияние композиций на основе органофосфонатов и Zn на коррозию конструкционной стали.

Таблица 2ВодаРеагентМольное соотношение2 мг/л5 мг/л10 мг/л15 мг/л20 мг/лСкорость коррозии, мкм/г12345678Водопроводная г.ЕкатеринбургИОМС-Cu
(аналог)3:1--110--ИОМС-Zn
(прототип)2:19260342914ИОМС-Zn
(прототип)3:19297483015ИОМС-Zn (прототип)4:110080574229ГМДТФ-Zn
комплексонат1:1593022104,0ГМДТФ-Zn комплексонат2:1603022104,0ГМДТФ-Zn комплексонат3:16531,525114,7ГМДТФ-Zn комплексонат4:1713226125,5ГМДТФ-Zn комплексонат5:110080584015Без реагента (контроль)-110110110110110Техническая вода Северского трубного заводаИОМС-Cu (аналог)3:1204204204204204ИОМС-Zn (прототип)2:1153100574815ИОМС-Zn (прототип)3:1153111805024ИОМС-Zn (прототип)4:1167133956948ГМДТФ-Zn комплексонат1:1864224193ГМДТФ-Zn комплексонат2:1864224193ГМДТФ-Zn комплексонат3:1945130221,5ГМДТФ-Zn комплексонат4:110158372640ГМДТФ-Zn комплексонат5:1160130967015Без реагента (контроль)-202202202202202

Из данных представленных в таблице 1 видно, что эффективность предлагаемой композиции для ингибирования коррозии существенно выше известной. При оптимальных соотношениях 1:1,2:1 скорость коррозии при концентрации 5-15 мг/л снижается в 5-10 раз, что выше, чем у прототипа, при тех же концентрациях в 2,5-3 раза. По нашему мнению, это обусловлено увеличением прочности связи метил - азот при переходе от моноаминных комплексонов (ИОМС) к полиамминным комплексонам (ГМДТФ) (М.М.Дятлова, В.Я.Темкина, К.И.Попов, Комплексоны и комплексонаты металлов, М., Химия, 1988, с.544). Как следствие, образование более прочных защитных слоев на поверхности металла, подвергаемого коррозии.

В пользу этого свидетельствует также тот факт, что композиция, полученная при мольном соотношении 1:1 при высокой эффективности, нестабильна при хранении и в течение часа образует малорастворимые цинковые комплексонаты ГМДТФ. Изменение соотношения ГМДТФ: Zn-комплекса до 5:1 не позволяет достичь эффективности ингибирования коррозии выше, чем ИОМС-Zn. Таким образом, оптимальным для ингибирования коррозии следует принять соотношение ГМДТФ: Zn-комплекс 4:1-2:1.

Пример 3

Ингибирование солеотложений

Эффективность композиции ингибировать образование минеральных отложений иллюстрируется на примере кристаллизации сульфата кальция. Модельный раствор пересыщенного раствора сульфата кальция готовили смешением эквивалентных количеств сульфата натрия и хлорида кальция, термостатировали при температуре 70°С и перемешивании (Re=12500).

Эффективность обработки оценивали по продолжительности индукционного периода (скрытого периода кристаллизации) по определению изменения концентрации сульфата кальция. Результаты представлены в таблице 3.

Влияние композиций на основе органофосфонатов и Zn на кристаллизацию сульфата кальция.

Таблица 3РеагентМольное соотношениеКонцентрация,
мг/лИндукционный период, минБез реагента (Контроль)--12ИОМС (контроль)-4,0145ИОМС-Cu (аналог)3:14,0115ИОМС-Zn (прототип)2:14,0120ГМДТФ-1,0250ГМДТФ-Zn комплексонат4:11,0240ГМДТФ-Zn комплексонат3:11,0210ГМДТФ-Zn комплексонат2:11,0190

Из данных, представленных в таблице 3, видно, что эффективность ингибирования солеотложений как у ГМДТФ, так и у его композиций с цинком значительно выше, чем у ИОМСа и его композиции с цинком. При этом концентрация ГМДТФ и его композиций с цинком в 4 раза ниже, чем у ИОМС и его композиций с цинком.

Таким образом, использование композиций ГМДТФ-Zn комплекса позволяет повысить эффективность обработки воды с целью одновременного предотвращения солеотложений и коррозии при снижении расхода реагента и, кроме того, снизить возможное вредное влияние сброса сточных вод, содержащих композицию, на окружающую среду.

Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений и коррозии и может быть использовано в водоподготовке систем отопления, охлаждения и оборотного водоснабжения. Способ осуществляют введением композиции, содержащей гексаметилендиаминтетраметеленфосфоновую кислоту и ее цинксодержащий комплексонат при их мольном соотношении 4:1-2:1. Способ обеспечивает снижение расхода реагентов и композиций их содержащих при одновременном повышении эффективности обработки с целью предтвращения солеотложений и коррозии. 3 табл.

Способ предотвращения коррозии и солевых отложений в системах водоснабжения и отопления путем введения в обрабатываемую воду органофосфоната и его цинксодержащего комплексоната, отличающийся тем, что в качестве органофосфоната используют гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновую кислоту и цинксодержащий комплексонат гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты при мольном соотношении гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота: ее цинксодержащий комплексонат 4:1-2:1.