КИСЛОТНОЕ ОЧИЩАЮЩЕЕ СРЕДСТВО Российский патент 2013 года по МПК C23G1/02 C23G1/06 C23G1/08 C23G1/12 C11D7/32 C11D7/08 C11D7/10 

Изобретение относится к химическим средствам для очистки поверхности от минеральных отложений и может быть использовано в энергетической области, например, котлоочистке для очистки поверхности тепло-обменных аппаратов, трубопроводов, автоклавов от накипи, для очистки технологического оборудования (стерилизаторов, пастеризаторов) в молочной промышленности, в бродильных производствах.

Для химических очисток различного оборудования обычно используют растворы сильных минеральных кислот (серной, соляной, фосфорной, азотной). Применяют также растворы органических комплексообразующих кислот (ОЭДФ, трилон Б, ЭДТА, дифалон и др.)

Для химических очисток различного оборудования широко используется сульфаминовая кислота (сухой, нетоксичный реагент). Сульфаминовая кислота хорошо растворима в воде, устойчива в сухом виде и в виде водных растворов, удобна в применении. Однако растворы сульфаминовой кислоты при очистке коррозионно-активных металлов (Al, Zn, Fe, сплавы стали, меди, чугуна) могут использоваться только при добавлении ингибиторов коррозии, например, известен состав препарата КСЩ-1 по авторскому свидетельству СССР №1385608. В состав «КСЩ-1 входят, масс.%: щавелевая кислота 2-5; неионогенное поверхностно-активное вещество 0,5-1,5; ингибитор коррозии 1-5; сульфонат аммония 1-5; сулфаминовая кислота остальное. Кроме того, использование сульфаминовой кислоты нежелательно, так как она является гербицидом.

Доступными и эффективными средствами для очистки поверхностей от различных минеральных отложений являются растворы соляной кислоты, растворы серной кислоты. Жидкие составы на основе серной кислоты используют для прочистки дренажных труб (патент США №5429764). Составы с серной кислотой хуже растворяют кальциевые отложения, так как переводят карбонатные отложения в малорастворимый сульфат кальция. К тому же минеральные кислоты и их растворы образуют едкие токсичные окислы, поражающие верхние дыхательные пути, при обращении с кислотами требуется применение индивидуальных средств защиты.

Известно моющее средство РМК-АК-1 для очистки молочного оборудования по авторскому свидетельств СССР №1074897, которое содержит в качестве кислоты азотную кислоту, полиэтиленгликолевый эфир синтетических жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈, алкилбензосульфонат натрия, а в качестве ингибиторов коррозии - гексаметилентетрамин или гексаметилендиамин и мочевину при следующем соотношении компонентов, масс.%: азотная кислота, в пересчете на 100%-ную - 30-35; полиэтиленгликолевый эфир синтетических жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈-0,5-2,5; алкилбензосульфонат натрия - 0,5-1,5; гексаметилентетрамин или гексаметилендиамин - 1-3; мочевина - остальное до 100. Средство и его водные растворы пожаро- и взрывобезопасны, но не получило широкого распространения из-за сложности его получения.

Наиболее близким кислотным средством для очистки поверхностей от минеральных отложений является химическое средство «Нетрол» по Российскому патенту №2160307 (заявка №, содержащее азотную кислоту в смеси с мочевиной в молярном соотношении 1:1 и дополнительно воду и стабилизирующую влагосодержащую добавку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: вода 5-10, стабилизирующая влагосодержащая добавка - 1-5, смесь азотной кислоты с мочевиной в молярном соотношении 1:1 - остальное. Принято за прототип.

Основным недостатком прототипа является повышенная коррозионная активность, препятствующая использованию средства для очистки поверхностей из алюминия, меди, черного металла и др.

Целью настоящего изобретения является разработка кислотного очищающего средства для очистки от минеральных отложений, обладающего очищающими, улучшенными моющими и пониженными коррозионными свойствами.

Поставленная цель решается тем, что кислотное очищающее средство включающее нитрат мочевины содержит ингибиторы коррозии, одновременно являющиеся моющими ионогенными поверхностно-активными веществами, такими как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкил-сульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C₆-C₂₄. Наибольший эффект оказывают вещества с алкильной группой C₈-C₁₆.

Состав кислотного средства (масс.%):

Азотная кислота, в перерасчете на 100%-ную - не менее 45%

Ингибиторы коррозии - 0,2-5%

Вода - 10-15%

Мочевина - остальное до 100%.

Кислотное очищающее средства может изготавливаться как из готового нитрата мочевины, так и из мочевины и азотной кислоты, взятых в соотношении 1:1 по стехиометрии.

Предлагаемое средство представляет собой сыпучее кристаллическое вещество белого цвета, которое может быть получена простым смешением компонентов.

Кислотное очищающее средство может быть получено взаимодействием азотной кислоты концентрации от 50 до 100% с раствором мочевины в воде (или маточнике от предыдущих операций) с последующей обработкой полученного нитрата мочевины 10-15% раствором алкилсульфоната, алкиларилсульфоната, алкилсульфата, алкилфосфата, алкил фосфоната, алкилсукцината натрия, или раствором соответствующих этим солям кислот с алкильной группой C₆-C₃₄.

Пример получения кислотного очищающего средства.

Опыты получения кислотного очищающего средства из мочевины и крепкой азотной кислоты проводились с модулем жидкость/твердое ≈1:2-2,5, что обеспечивает технологически удобную консистенцию реакционной массы. Соотношение карбамид/азотная кислота=моль на моль. В качестве жидкой среды использовался маточник от предыдущего опыта, и добавлялась вода - ≈8-10% от объема маточника с учетом убыли воды с продуктом. Так как приходится добавлять воду, то вместо крепкой азотной кислоты и воды можно использовать разбавленную азотную кислоту с концентрацией до 72% и не добавлять воду. При использовании 52-65% азотной кислоты образуется избыток маточника т.е. ≈10% от объема исходного маточника в виде ≈20%-ного раствора нитрата мочевины. Процесс получения при этом следующий:

В 300 мл. воды (или маточника) растворяется 60 гр. мочевины и при охлаждении (t - не выше 40°C) приливали 43 мл. 98% HNO₃. Реакционная масса охлаждается до 20°C в течение 30 минут и сливается на фильтр. Маточник отжимается и используется на следующие операции, а продукт подсушивается до влажности не более 15% и обрабатывается 5-25%-ным раствором алкилсульфоната натрия растворенного в маточнике путем полного смачивания. Реакционная масса отжимается на фильтре до влажности целевого продукта не более 15%. Раствор антикоррозионной добавки отжимают в отдельный приемник.

Опыты по исследованию коррозионных свойств растворов кислотного очищающего средства, полученного из мочевины и азотной кислоты с различными антикоррозионными добавками, проводились согласно ГОСТ 5272-68. Были приготовлены водные 10%-ные растворы нитрата мочевины, в которые добавлены различные антикоррозионные добавки, в том числе и те, которые использовались ранее у других производителей, т.е. щавелевая и ортофосфорная кислота в количестве 1% от массы кислотного очищающего средства в пересчете на сухой продукт.

Исследование коррозионной стойкости образцов стали, меди и алюминия в 10% растворах очищающих средств проводилось при температуре 20°С весовым методом. Прямоугольные пластины образцов металлов были замерены, подсчитана наружная поверхность (шесть поверхностей граней), обезжирены спиртом, высушены в термошкафу до постоянного веса, охлаждены в эксикаторе и взвешены с точностью до пятого знака после запятой. Затем в приготовленные растворы объемом 250 мл. (сравнения и исследуемые) при температуре 20°C помещались образцы и выдерживались для стали 1 час, для меди и алюминия 144 часа. После этого воздействия пластины промывались проточной водой, спиртом и высушивались до постоянного веса, взвешивались. Определялась убыль массы и рассчитывались соответствующие коэффициенты

Согласно данным представленным в таблицах 1-3, введение в 10% раствор нитрата мочевины антикоррозионных добавок (алкилсульфоната натрия, алкилбензолсульфокислоты (АБСК), значительно снижает потерю веса образцов из стали Ст.3, меди, алюминия при температуре 20°C. Коррозионное действие растворов кислотного очищающего средства с такими добавками как: алкилсульфонат натрия, АБСК, значительно ниже коррозионного действия химических средств, не содержащих данных добавок. Аналогичное антикоррозионное действие проявляется при использовании к нитрату мочевины таких добавок как: алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующих им кислот с алкильной группой C₆-C₂₄.

За счет вышеперечисленных добавок улучшаются не только антикоррозионные свойства состава, но и моющие. Критерием моющей способности является поверхностное натяжение, которое у известных моющих средств гораздо меньше, чем у воды. Были проведены исследования поверхностного натяжения растворов химических средств. Результаты следующие: вода при 20°C имеет поверхностное натяжение 72,8 дин/см, 10% раствор «Нетрола» 70,0 дин/см, а 10% раствор предлагаемого средства - 39,0 дин/см. Следовательно моющая способность 10% раствора предлагаемого средства примерно в 1,7 выше чем у 10% раствора «Нетрола».

Так же были проведены исследования по эффективности удаления минеральных отложений с нагревательной поверхности водяного электрокотла. Минимальное время отслоения минеральных отложений с нагревательной поверхности водяного электрокотла в среде 10%-ных растворов предлагаемого кислотного очищающего средства и «Нетрола» - 5 минут.

Изобретение обеспечивает создание кислотного очищающего средства обладающего улучшенными антикоррозионными и моющими свойствами по сравнению с известными аналогичными средствами, и может применяться для чистки оборудования из стали, меди, алюминия.

Кислотное очищающее средство легко изготавливается на стандартном оборудовании, хорошо транспортируется и храниться, обладает пониженной коррозионной активностью, улучшенными моющими и хорошими очищающими свойствами.

Таблица 1. Исследование коррозионной стойкости образцов стали Ст.3 в 10% растворах моющих средств. Моющий раствор (10%) Время воздействия (ч) Убыль массы (г) Коэффициент коррозии, г/см²ч Глубинный коэффициент коррозии, см/ч «Нетрол» 1 1,665 0.03230 0,00414 Нитрат мочевины с АБСК 1 0,4295 0,00853 0,00109 Нитрат мочевины с алкилсульфонатом натрия 1 0,3291 0, 00641 0,00082 Нитрат мочевины с щавелевой кислотой 1 1,7637 0,03351 0,00429 Нитрат мочевины с ортофосфорной кислотой 1 2,0128 0,03874 0,00496

Таблица 2 Исследование коррозионной стойкости образцов меди в 10% растворах моющих средств. Моющий раствор (10%) Время воздействия (ч) Убыль массы (г) Коэффициент коррозии, г·см²/ч Глубинный коэффициент коррозии, мм/г «Нетрол» 144 0.0084 0,0708 0,0716 Нитрат мочевины с АБСК 144 0,0024 0,0201 0,0203 Нитрат мочевины с алкилсульфонатом натрия 144 0,0032 0,0267 0,0270

Таблица 3 Исследование коррозионной стойкости образцов алюминия в 10% растворах моющих средств. Моющий раствор (10%) Время воздействия (ч) Убыль массы (г) Коэффициент коррозии г·см²/ч Глубинный коэффициент коррозии, мм/г «Нетрол» 144 0,0068 0,0289 0,0937 Нитрат мочевины с АБСК 144 0,0008 0,0038 0,0122 Нитрат мочевины с алкилсульфонатом натрия 144 0,0028 0,0135 0,0437

Настоящее изобретение относится к кислотному очищающему средству для очистки поверхностей от минеральных отложений, включающему нитрат мочевины, отличающемуся тем, что содержит ингибиторы коррозии, такие как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C₆-C₁₄, при следующем соотношении компонентов (мас.%): азотная кислота в перерасчете на 100%-ную - не менее 45%, ингибиторы коррозии - 0,2-5%, вода - 10-15%, мочевина - остальное до 100%. Техническим результатом настоящего изобретения является создание кислотного очищающего средства для очистки от минеральных отложений, обладающего улучшенными антикоррозионными и моющими свойствами. 3 табл.

Кислотное очищающее средство для очистки поверхностей от минеральных отложений, включающее нитрат мочевины, отличающееся тем, что содержит ингибиторы коррозии, такие как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C₆-C₁₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Азотная кислота, в перерасчете на 100%-ную не менее 45 Ингибиторы коррозии 0,2-5 Вода 10-15 Мочевина остальное, до 100