Ингибитор коррозии и отложений (варианты) Российский патент 2018 года по МПК C23F11/18 

Изобретение относится к химическим средствам для предотвращения (ингибирования) процессов коррозии, для удаления отложений и предотвращения накипеобразования на внутренних поверхностях изделий, изготовленных, частично или полностью, из черных и цветных металлов, и используемых в системах оборотного водоснабжения технологического, теплоэнергетического, теплообменного оборудования металлургической промышленности, и в системах теплоснабжения.

Защита металлов от коррозии ингибиторами основана на свойстве некоторых химических соединений при введении их в незначительных концентрациях в коррозионную среду уменьшать скорость коррозионного процесса или полностью его подавлять. Известны способы защиты металлов от коррозии посредством введения в водную среду ингибиторов коррозии. (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. Л.: Химия, 1968). Однако, известные ингибиторы требуют создания высоких концентраций ингибиторов и имеют ограниченный интервал температур, в котором ингибиторы проявляют защитные свойства.

Известен «Ингибитор коррозии и солеотложения (варианты)», содержащий фосфатный ингибитор, фосфонатный ингибитор, сульфаты натрия и калия (см. патент, RU №2256727, опубл. 20.07.2005 г.). Известный ингибитор используется в системах оборотного водоснабжения и достаточно эффективен. Однако известный ингибитор получают в твердом виде, в виде таблеток или гранул, что требует дополнительного оборудования для изготовления ингибитора (таблетмашину или гранулятор). При этом использование вышеуказанного состава совместно с неорганическими фосфорными кислотами и солями приводят к образованию трудноудаляемых отложений фосфата кальция при высокой минерализации воды и высоких температурах. Кроме того, применение сульфата натрия и калия приводит к образованию трудноудаляемых отложений сульфата кальция (гипса) при высокой минерализации воды и высоких температурах.

Известен «Состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений», содержащий бензотриазол (см. патент RU 2355821, опубл. 20.05.2009 г.). Однако известный состав используется, в основном, для ингибирования коррозии и солеотложения в системах технического водоснабжения и для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей и межоперационной защиты узлов и деталей из черных и цветных металлов. При этом применение состава на основе бензотриазола имеет низкую эффективность в системах, выполненных только из черных металлов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ингибитор коррозии, включающий техническую кислоту, ингибитор, пенообразователь и воду (см. SU 1640511 «Способ очистки теплообменной поверхности», опубл. 07.04.1991 г.). Известный ингибитор позволяет очищать теплообменные поверхности из разнородных конструкционных материалов, например стали, латуни, бронзы, в частности, на азотнотуковых заводах, и может быть использовано в любой другой отрасли промышленности. Однако для очистки теплообменной поверхности с использованием известного ингибитора требуется специальное оборудование и соблюдение определенного режима промывки.

Задачи, решаемые изобретением, заключаются в следующем.

Необходимо разработать ингибитор (два варианта), позволяющий осуществлять ингибирование процессов коррозии, удаление отложений и предотвращение накипеобразований на поверхностях теплообменного оборудования из черных и цветных металлов в системах оборотного водоснабжения и в системах теплоснабжения. Предлагаемый ингибитор должен позволить уменьшить использование ингибиторов «PuroTech Polihib ММ» и «PuroTech ZK-5» за счет замены части этих ингибиторов на более дешевые компоненты.

Технический результат предлагаемого изобретения (два варианта) заключается в снижении расхода ингибиторов «PuroTech Polihib ММ» и «PuroTech ZK-5», в расширении арсенала составов, которые используются в системах оборотного водоснабжения и в системах теплоснабжения для ингибирования процессов коррозии, удаления отложений и предотвращения накипеобразований на поверхностях теплообменного оборудования из таких материалов как сталь, медь и латунь, в повышении эффективности и ресурса систем оборотного водоснабжения и систем теплоснабжения, повышении защиты теплообменного оборудования и трубопроводов от коррозии и от образования накипных отложений, и снижении капитальных и эксплуатационных затрат.

Указанный технический результат достигается тем, что

- в первом варианте используют ингибитор коррозии и отложений, содержащий ингибитор, кислоту, и воду, в котором, согласно изобретению, в качестве ингибитора он содержит ингибитор «PuroTech Polihib ММ», в качестве кислоты он содержит оксиэтилендифосфоновую кислоту (ОЭДФ), в качестве воды - воду деминерализованную, и дополнительно он содержит сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокись, натрия гидроокись, 1,2,3-бензотриазол и функциональную добавку молибдат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

ингибитор PuroTech Polihib ММ 10,0-40,0 ОЭДФ 1,0-10,0 сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил- 1-пропансульфоновой кислоты 0,1-1,0 калия гидроокись 0,3-1,0 натрия гидроокись 0,1-1,0 1,2,3-бензотриазол 0,01-0,5 молибдат натрия 1,0-10,0 деминерализованная вода остальное

- во втором варианте используют ингибитор коррозии и отложений, содержащий ингибитор и воду, в котором, согласно изобретению, в качестве ингибитора он содержит ингибитор PuroTech ZK-5, в качестве воды - воду деминерализованную, и дополнительно он содержит сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокись, натрия гидроокись, 1,2,3-бензотриазол, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

ингибитор«PuroTech ZK-5 70,0-80,0 сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил- 1-пропансульфоновой кислоты 0,1-1,0 калия гидроокись 0,3-1,0 натрия гидроокись 0,1-1,0 1,2,3-бензотриазол 0,01-0,5 деминерализованная вода остальное

Ингибиторы PuroTech Polihib ММ и PuroTech ZK-5 были выбраны из известной серии ингибиторов PuroTech. Наличие в заявляемом составе ингибитора коррозии и солеотложений (варианты) ингибиторов PuroTech Polihib ММ и PuroTech ZK-5 позволяет эффективно растворять продукты коррозии на стадии промывки.

Введение сополимера акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (сополимер акриловой кислоты), который является высокоэффективным дисперсантом, препятствует осаждению карбонатных отложений, шламу за счет кристаллической модификации отложений, препятствуя соединению кристаллов карбонатов и дальнейшему их росту.

Введение гидроокиси калия и натрия используются для увеличения гидратной щелочности и уровня pH реагентов, используемых в системах охлаждения с низкими значениями жесткости, щелочности, pH. Увеличение щелочности и уровня pH реагентов при добавлении данных реагентов в систему охлаждения позволяют повысить pH и щелочность воды. Увеличение гидратной щелочности и pH воды систем охлаждения при переходе от pH≥8,5 приводят к снижению концентрации углекислоты СО₂ в воде, которая является катализатором коррозионных процессов в системах охлаждения.

Введение 1,2,3-Бензотриазола используется для ингибирования гальванической (контактной) коррозии, контролируя содержание ионов цветных металлов. Использование 1,2,3-Бензотриазола позволяет связать свободные ионы цветных металлов в системах оборотного водоснабжения и в системах теплоснабжения, не позволяя им осесть на местах с низким электрохимическим потенциалом (сплавы черных металлов).

Деминерализованная вода используется как эффективный растворитель с минимальным содержанием солей, свободных ионов и примесей, которые влияют на качественные характеристики раствора и на выработку активных действующих веществ.

В первом варианте выполнения экспериментально было определено, что наличие ингибитора PuroTech Polihib ММ, в состав которого входят молибдат и фосфат, позволяет осуществлять ингибирование процессов протекания коррозии. Использование в качестве кислоты ОЭДФ, позволяет проводить обработку воды с высокими значениями жесткости. ОЭДФ позволяет прекратить выпадение солей жесткости на оборудование за счет высоких комплексообразующих свойств ОЭДФ, а также позволяет начать процесс постепенной отмывки карбонатных отложений. Введение дополнительных добавок, а именно сополимера акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (сополимер акриловой кислоты), калия гидроокиси, натрия гидроокиси, 1,2,3-бензотриазола, позволяет эффективно осуществлять ингибирование процессов протекания коррозии, удаление отложений и предотвращение накипеобразования. Введение функциональной добавки, в качестве которой используют молибдат натрия, который является ингибитором анодного процесса, способствует переходу металла в пассивное состояние, увеличивая торможение анодного процесса. На металлической поверхности образуется защитный слой (пленка), тем самым снижая скорость коррозии. Именно наличие ингибитора PuroTech Polihib ММ, в состав которого входят молибдат и фосфат, в предложенном количестве, а также введение дополнительных добавок и функциональной добавки, в предложенном количестве, позволяет эффективно осуществлять ингибирование процессов протекания коррозии, удаление отложений и предотвращение накипеобразования в системах оборотного водоснабжения и в системах теплоснабжения. Экспериментально было определено, что наиболее эффективное ингибирование процессов протекания коррозии, удаление отложений и предотвращение накипеобразования обеспечивается в системах теплоснабжения ЖКХ, где используются водооборотные системы с повышенной жесткостью воды. Это позволяет в системе ЖКХ продлить срок службы систем отопления.

Во втором варианте выполнения экспериментально было определено, что наличие в ингибиторе коррозии и отложений ингибитора PuroTech ZK-5, в состав которого входят пленочные амины и дисперсанты, в предложенном количестве, и дополнительные добавки, а именно сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (сополимер акриловой кислоты), калия гидроокись, натрия гидроокись, 1,2,3-бензотриазол, в предложенном количестве, позволяет эффективно осуществлять ингибирование процессов протекания коррозии, удаления отложений и предотвращения накипеобразования в системах оборотного водоснабжения металлургических предприятий.

В процессе получения заявляемого ингибитора коррозии и отложений (варианты), химические вещества, входящие в его состав, разлагаются или вступают друг с другом в реакцию. За счет синергетического влияния совокупности используемых компонентов заявляемого ингибитора коррозии и отложений (варианты), при их заявленном количественном соотношении, действие одного компонента усиливается в присутствии другого. При этом существенное влияние на эффективность предлагаемого ингибитора коррозии и отложений (варианты) оказывает количественное соотношение всех входящих в него компонентов, которое подбиралось экспериментально. Оптимальные параметры подбирались в каждом конкретном случае в зависимости от количества и состава отложений, типа и технологических характеристик очищаемого оборудования. Как показали эксперименты, завышение либо занижение содержания каждого из компонентов отрицательно сказывалось на эффективности заявляемого средства. Отличительной особенностью заявляемого ингибитора коррозии и отложений (варианты) является строгое регламентирование количественного и качественного состава содержащихся в нем компонентов. Именно, указанные выше совокупности компонентов и их количественное соотношение позволяют обеспечить решение поставленных задач и достичь заявленного технического результата, что и было определено экспериментально. В ходе экспериментов было также определено, что заявляемый ингибитор коррозии и отложений (варианты) не только не приводит к образованию кальциевых отложений, но и предотвращает их появление за счет введения таких добавок, как ОЭДФ, и сополимера акриловой кислоты в первом варианте, и сополимера акриловой кислоты во втором варианте.

Технология приготовления заявляемого ингибитора является экологически чистой и может быть реализована на стандартном оборудовании, используемом в промышленных условиях для производства технических моющих средств.

Изготавливается заявляемый ингибитор (первый вариант) из расчетного количества ОЭДФ, сополимера акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокиси, натрия гидроокиси, 1,2,3-бензотриазола и ингибитора PuroTech Polihib ММ. Исходные компоненты взвешивают на весах. В эмалированный реактор вместимостью 50 л, снабженный рубашкой для охлаждения и мешалкой, засыпают ОЭДФ и заливают часть рассчитанного количества деминерализованной воды, с одновременным нагревом и поддержанием температуры раствора до 80-90°С. Затем, при работающей мешалке, последовательно добавляют сополимер акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокись, натрия гидроокись и 1,2,3-Бензотриазол. Далее, в полученный раствор, при работающей мешалке, заливают ингибитор PuroTech Polihib ММ, затем добавляют деминерализованную воду до рассчитанного количества. Перемешивание производят до полного растворения и достижения плотности раствора 1,10-1,40 г/см.

Изготавливается заявляемый ингибитор (второй вариант) из расчетного количества сополимера акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокиси, натрия гидроокиси, 1,2,3-Бензотриазола и ингибитора PuroTech ZK-5. Исходные компоненты взвешивают на весах. В эмалированный реактор вместимостью 50 л, снабженный рубашкой для охлаждения и мешалкой, заливают часть рассчитанного количества деминерализованной воды, с одновременным нагревом и поддержанием температуры раствора до 80-90°С. Затем, при работающей мешалке, последовательно добавляют сополимер акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокись, натрия гидроокись и 1,2,3-бензотриазол. Далее, в полученный раствор, при работающей мешалке, заливают ингибитор PuroTech ZK-5, затем добавляют деминерализованную воду до рассчитанного количества. Перемешивание производят до полного растворения и достижения плотности раствора 0,90-1,10 г/см³. Очистка поверхности очищаемого теплообменного оборудования осуществляется путем добавления полученного раствора в воду оборотной системы охлаждения в концентрации раствора 0,1-1,0% объема системы.

Сущность заявляемого изобретения поясняется примером приготовления заявленного ингибитора коррозии и отложений.

ПРИМЕР. Для осуществления заявленного технического решения был проведен ряд опытов. Взвешивали: ОЭДФ (по ТУ 2439-363-05763441-2002), сополимер акриловой кислоты /2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты (по CAS №40623-75-4 это сополимер акриловой кислоты и 2-Акриламидо-2-Метилпропан сульфоновой кислоты (АА/АМПС)), калия гидроокись (ГОСТ 9285-78), натрия гидроокись (ГОСТ 2263-79), 1,2,3-бензотриазол (ТУ 6-09-1291-87), ингибитор PuroTech Polihib ММ, ингибитор PuroTech ZK-5.

Приготавливали заявляемый ингибитор коррозии и солеотложения, как описано выше, но в лабораторных условиях (в таблице 1 представлены конкретные примеры, иллюстрирующие изобретение). Химическую очистку теплообменных аппаратов проводили на циркуляционной установке.

Данные, полученные в ходе испытаний, приведены в таблицах 2.1, 2.2, 3.1, 3.2.

Данные показывают, что заявляемый ингибитор коррозии и отложений позволяет эффективно осуществлять защиту не только от коррозии и отложений, но и от накипеобразования, конструкций из стали, меди и латуни в системах оборотного водоснабжения металлургических предприятий и в системах теплоснабжения ЖКХ. Скорость коррозии углеродистой стали не более 0,1 мм/год. Скорость коррозии нержавеющей стали и цветных металлов не более 0,05 мм/год, транспорт кальция не менее 95%. Эффективная дозировка заявленного ингибитора коррозии и солеотложения для первого варианта - 0,2-1,0% от общего объема воды. Эффективная дозировка заявленного средства для второго варианта - 0,1-0,5% от общего объема воды.

Применение заявляемых составов позволяет эффективно осуществлять защиту не только от коррозии и отложений, но и от накипеобразования, поверхностей теплообменного оборудования из черных и цветных металлов в системах оборотного водоснабжения и в системах теплоснабжения. Защита теплообменного оборудования и трубопроводов от коррозии, от образования накипных отложений и солеотложения повышается. Повышается эффективность и ресурс систем оборотного водоснабжения и систем теплоснабжения, а в системе ЖКХ продлевается срок службы систем отопления. Капитальные и эксплуатационные затраты на теплообменное оборудование из черных и цветных металлов в системах оборотного водоснабжения и в системах теплоснабжения снижаются. Применение заявляемых составов позволяет не только снизить использование дорогостоящих компонентов, но и исключить, для заявляемых составов, вспомогательное оборудование для их транспортировки, разгрузки, хранения. А это значительно повышает эксплуатационные удобства использования заявляемого ингибитора коррозии и отложений (варианты).

Достигнут результат, который позволяет удовлетворить давно существующую потребность в средстве такого назначения.

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и отложений и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения технологического, теплоэнергетического, теплообменного оборудования металлургической промышленности и в системах теплоснабжения. Ингибитор по первому варианту содержит, мас.%: ингибитор PuroTech Polihib ММ 10,0-40,0; ОЭДФ 1,0-10,0; сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты 0,1-1,0; калия гидроокись 0,3-1,0; натрия гидроокись 0,1-1,0; 1,2,3-бензотриазол 0,01-0,5, молибдат натрия 1,0-10,0 и деминерализованную воду - остальное. По второму варианту ингибитор содержит, мас.%: ингибитор PuroTech ZK-5 70,0-80,0; сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты 0,1-1,0; калия гидроокись 0,3-1,0; натрия гидроокись 0,1-1,0; 1,2,3-бензотриазол 0,01-0,5 и деминерализованную воду - остальное. Технический результат: расширение арсенала ингибирующих составов в водных системах для защиты от коррозии, удаления отложений и предотвращения накипеобразования оборудования из черных и цветных металлов и снижение расхода ингибиторов PuroTech Polihib ММ и PuroTech ZK-5. 2 н.п. ф-лы, 5 табл., 1 пр.

1. Ингибитор коррозии и отложений, содержащий ингибитор, кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокись, натрия гидроокись, 1,2,3-бензотриазол и молибдат натрия, а в качестве ингибитора он содержит ингибитор PuroTech Polihib ММ, в качестве кислоты - ОЭДФ, в качестве воды - воду деминерализованную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ингибитор PuroTech Polihib ММ 10,0-40,0 ОЭДФ 1,0-10,0 сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил- 1-пропансульфоновой кислоты 0,1-1,0 калия гидроокись 0,3-1,0 натрия гидроокись 0,1-1,0 1,2,3-бензотриазол 0,01-0,5 молибдат натрия 1,0-10,0 деминерализованная вода остальное

2. Ингибитор коррозии и отложений, содержащий ингибитор и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты, калия гидроокись, натрия гидроокись, 1,2,3-бензотриазол, а в качестве ингибитора он содержит ингибитор PuroTech ZK-5, в качестве воды - воду деминерализованную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ингибитор PuroTech ZK-5 70,0-80,0 сополимер акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты 0,1-1,0 калия гидроокись 0,3-1,0 натрия гидроокись 0,1-1,0 1,2,3-бензотриазол 0,01-0,5 деминерализованная вода остальное