Ингибитор коррозии Российский патент 2023 года по МПК C23F11/18 C23F11/167 

Изобретение относится к ингибиторам коррозии углеродистой стали, а конкретно к ингибиторам коррозии, которые замедляют процессы коррозии трубопроводов, запорной арматуры, внутренних частей насосов, используемых при изготовлении карбамидо-аммиачных смесей (КАС) в виде водных растворов, а также замедляют процессы коррозии специальных емкостей и оборудования, используемого для транспортировки и хранения таких КАС.

Эффективным методом борьбы с коррозией является воздействие на агрессивную среду путем введения в нее ингибиторов коррозии. Однако, использование большого количества ингибиторов создает свои собственные проблемы, включая увеличение стоимости, увеличение количества отходов и увеличение вероятности того, что ингибитор будет мешать проявлению желательных свойств обработанной среды. В дополнение к этому, даже при использовании более высоких количеств ингибитора не всегда возможно обеспечить эффективный контроль влияния ингибитора на окружающую среду.

В качестве ингибиторов коррозии используют как индивидуальные неорганические соединения, так и их композиции. Из неорганических ингибиторов широкое распространение получили хроматы, вольфрамы, молибдаты, ванадаты щелочных металлов. Однако указанные ингибиторы дороги и содержат высокотоксичные компоненты в виде тяжелых металлов.

Доступным и широко распространенным способом защиты стали от коррозии является способ, основанный на применении в качестве ингибитора нитрита натрия. Однако нитрит натрия обычно используется в высоких концентрациях, так как при низких концентрациях он как анодный пассиватор вызывает усиленную питтинговую коррозию. Поэтому нитрит натрия часто применяется в виде компонента ингибиторных композиций.

Известно использование 0,2% тиоционата аммония (Яковлев Л.М., Пахомова Н.М. и др. Коррозионная стойкость углеродистой стали в жидких азотных удобрениях. Химия в сельском хозяйстве, 1985, N 9, с. 78-80). Однако скорость коррозии при этом уменьшается незначительно, и эксплуатационные свойства раствора существенно не улучшаются.

Известны «Ингибиторы коррозии для жидких удобрений» (см. патент US 5704961 А, публикация 2016-10-17), в котором предлагаются неагрессивные азотосодержащие растворы веществ, которые содержат большое количество ингибиторов реакции, которые потребляют монокарбоновые кислоты или поликарбоновые кислоты, или их соли, или их смеси. Однако, известный ингибитор используется для предотвращения коррозии металлических поверхностей транспортных, складских и прикладных устройств концентрированными водными растворами удобрений, содержащими соединения азота, включая аммиак; соли аммония, такие как нитрат аммония, сульфат аммония, фосфат аммония и т.д.; нитраты, такие как нитрат калия, нитрат натрия и т.д.; органические соединения на основе азота, такие как мочевина, карбамат аммония и т.д., и их смеси. Известный ингибитор характеризуется низкой растворимостью в водных растворах КАС.

Известен ингибитор коррозии металлов в кислых средах, содержащий гексаметилентетрамин и оксиэтилидендифосфоновую кислоту (см. RU, патент №2094531, опубл. 27.10.1997 г.). Однако известный ингибитор коррозии предназначен для защиты оборудования из сталей и из титана в средах, содержащих серную или фосфорную кислоты.

Известен ингибитор содержащий нитрит натрия и тетраборат натрия (см. RU, патент №2124579, опубл.10. 01.1999 г.). Изобретение относится к средствам защиты от коррозии и может быть использовано для защиты оборудования из сталей при действии агрессивных сред, близких к нейтральным. Объекты применения известного технического решения теплоэнергетические водооборотные системы в стояночных режимах и в других случаях. Этот ингибитор коррозии выбран в качестве ближайшего аналога.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании композиции ингибитора коррозии, которая позволит эффективно осуществлять ингибирование процессов коррозии оборудования, используемое как для изготовления КАС, так и для транспортировки и хранения КАС. Заявляемый ингибитор коррозии должен обеспечивать повышение эффективности и улучшение эксплуатационных свойств жидкого удобрения на основе карбамида и аммиачной селитры, а скорость коррозии углеродистой стали должна быть не более 0,004 мм/год в среде карбамидо-аммиачной смеси. Ингибитор коррозии должен быть совместим с другими добавками в обрабатываемой среде, и оказывать меньшее влияние на окружающую среду.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности ингибирования процессов коррозии оборудования, обеспечивая скорость коррозии углеродистой стали не более 0,004 мм/год, в обеспечении совместимости с другими добавками в обрабатываемой среде. Дополнительный технический результат заключается в повышении ресурса оборудования для перекачки, для транспортировки и хранения КАС.

Указанный технический результат достигается путем введения в рабочую агрессивную среду ингибиторной композиции при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Нитрит натрия 10,0-45,0 Калия гидроокись 0,5-5,0 Фосфонобутантрикарбоновая кислота 0,1-3,0 Тетроборат натрия 0,5-5,0 1,2,3-Бензотриазол 0,1-2,0 Деминерализованная вода остальное

Нитрит натрия, который является ингибитором анодного процесса, способствует переходу металла в пассивное состояние, увеличивая торможение анодного процесса коррозии.

Гидроокись калия и введение тетробората натрия позволяют увеличить буферность полученной смеси, увеличить гидратную щелочность и уровень рН ингибитора.

Введение фосфонобутантрикарбоновой кислоты способствует снижению щелевой и питтинговой коррозии, обеспечивая протекание контролируемой равномерной (линейной) коррозии по всей поверхности соприкосновения среды и металла.

Введение 1,2,3-бензотриазола используется для ингибирования гальванической (контактной) коррозии. Использование 1,2,3-бензотриазола позволяет связать свободные ионы цветных металлов, не позволяя им осесть на местах с высоким 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.

Отличительной особенностью заявляемого ингибитора коррозии является строгое регламентирование количественного и качественного состава содержащихся в нем компонентов. В процессе получения заявленного ингибитора коррозии химические вещества, входящие в его состав, вступают друг с другом в реакцию, обеспечивая получение ингибитора коррозии позволяющего решить поставленную задачу. Этот результат достигается в результате синергического эффекта, при котором действие одного компонента усиливается в присутствии другого. Именно за счет синергического влияния совокупности компонентов ингибитора коррозии, при их заявленном количественном соотношении, поставленная задача была решена, и достигнут указанный технический результат. Что и было подтверждено экспериментально. При этом существенное влияние на эффективность заявляемого ингибитора коррозии оказывает количественное соотношение всех входящих в него компонентов, которое подбиралось экспериментально. Оптимальные параметры подбирались в каждом конкретном случае в зависимости от типа и технологических характеристик используемого оборудования. Как показали эксперименты, завышение либо занижение содержания каждого из компонентов отрицательно сказывалось на эффективности заявляемого средства.

Сопоставительный анализ заявляемого ингибитора коррозии с композицией по прототипу позволяет сделать вывод, что заявляемая композиция ингибитора коррозии отличается от известной введением новых компонентов, мас. %:

Калия гидроокись 0,5-5,0 Фосфонобутантрикарбоновая кислота 0,1-3,0 1,2,3-Бензотриазол 0,1-2,0

и использованием деминерализованной воды.

В сочетании с известными признаками эти отличительные признаки позволяют повысить эффективность ингибирования коррозии оборудования в среде карбамидо-аммиачной смеси, обеспечивая скорость коррозии углеродистой стали не более 0,004 мм/год, и обеспечить совместимость с другими добавками в обрабатываемой среде. Важнейшим фактором, определяющим выбор этих компонентов, была их доступность, относительно низкая стоимость, эффективность их использования и экологическая безопасность.

В известном уровне техники нет сведений о возможности получения вышеуказанного технического результата за счет вышеуказанных отличительных признаков. В таком случае, упомянутые признаки можно назвать новым средством для получения вышеуказанного технического результата, поскольку с помощью таких признаков этот результат еще не получали.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующим общим описанием примера приготовления заявленного ингибитора коррозии.

Для приготовления заявляемого ингибитора коррозии используют: нитрит натрия (ГОСТ 19906-74), калия гидроокись (ГОСТ 9285-78), фосфонобутантрикарбоновую кислоту (международный номер CAS 37971-36-1), тетроборат натрия (ГОСТ 8429-77), 1,2,3-бензотриазол (международный номер CAS 95-14-7), деминерализованную воду. Исходные компоненты взвешивают на весах. В эмалированный реактор вместимостью 50 л, снабженный рубашкой для охлаждения и мешалкой, заливают расчетное количество деминерализованной воды, засыпают расчетное количество нитрита натрия, калия гидроокиси, фосфонбутантрикарбоновой кислоты, тетрабората натрия и 1,2,3-бензотриазола. Перемешивание производят до полного растворения солей и достижения плотности раствора 1,20-1,40 г/см³. Технология приготовления заявляемого ингибитора является экологически чистой и может быть реализована на стандартном оборудовании, используемом в промышленных условиях для производства ингибиторов коррозии.

Примеры конкретного состава компонентов для изготовления ингибитора коррозии приведены в таблице 1.

В лабораторных условиях изготавливали заявляемый ингибитор коррозии как описано выше. В качестве обрабатываемой (фоновой) среды использовали смешанный водный раствор карбамида (35 мас. %) и аммиачной селитры (45 мас. %), который соответствует жидкому азотному удобрению, содержащему 32% азота (марка КАС32). Раствором заполняли стеклянный стакан, в который под слой жидкости помещали прямоугольную пластину из углеродистой стали (сталь 20). Колбу закрывали пробкой и устанавливали на длительное хранение при комнатной температуре. Через 1 месяц опыт прекращали, производили необходимые наблюдения и измерения. По потере веса образца за весь период испытания определяли среднюю скорость коррозии. Оценку скорости коррозии проводили гравиметрическим методом в соответствии с ГОСТ 9.506-87. Данные, полученные в ходе испытаний (таблица 2), показывают, что заявляемый ингибитор коррозии позволяет эффективно осуществлять защиту от коррозии конструкций из углеродистой стали в среде карбамидо-аммиачной смеси. Скорость коррозии углеродистой стали составила не более 0,004 мм/год. Эффективная дозировка заявленного ингибитора коррозии - 200-400 мг/л общего объема карбамидо-аммиачной смеси.

Эксперименты показали, что заявляемый ингибитор коррозии позволяет эффективно осуществлять ингибирование процессов коррозии трубопроводов, запорной арматуры, внутренних частей насосов, емкостей, состоящих из углеродистой стали, используемых для транспортировки и хранения карбамида-аммиачных смесей. Ингибитор коррозии позволил повысить эффективность ингибирования коррозии оборудования, обеспечивая скорость коррозии углеродистой стали не более 0,004 мм/год в среде карбамидо-аммиачной смеси. Обеспечена совместимость с другими добавками в обрабатываемой среде. Произошло улучшение эксплуатационных свойств жидкого удобрения на основе карбамида и аммиачной селитры.

Ресурс оборудования для перекачки, транспортировки и хранения КАС повышается. Соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты на оборудование из углеродистой стали для транспортирования и хранения КАС снижаются. Исключается необходимость закупки дорогостоящего импортного коррозионностойкого оборудования для транспортирования и хранения КАС. Достигнут результат, который длительное время не удавалось получить.

Изобретение относится к ингибиторам коррозии углеродистой стали, а конкретно к ингибиторам коррозии, которые замедляют процессы коррозии трубопроводов, запорной арматуры, внутренних частей насосов, используемых при изготовлении карбамидо-аммиачных смесей (КАС) в виде водных растворов, а также замедляют процессы коррозии специальных емкостей и оборудования, используемого для транспортировки и хранения таких КАС. Ингибитор коррозии содержит, мас. %: нитрит натрия 10,0-45,0; калия гидроокись 0,5-5,0; фосфонобутантрикарбоновая кислота 0,1-3,0; тетраборат натрия 0,5-5,0; 1,2,3-бензотриазол 0,1-2,0; деминерализованная вода - остальное. Технический результат заключается в повышении эффективности ингибирования процессов коррозии оборудования, обеспечивая скорость коррозии углеродистой стали не более 0,004 мм/год, в обеспечении совместимости с другими добавками в обрабатываемой среде. 2 табл., 4 пр.

Ингибитор коррозии, содержащий нитрат натрия и тетраборат натрия, отличающийся тем, что дополнительно он содержит калия гидроокись, фосфонобутантрикарбоновую кислоту, 1,2,3-бензотриазол и воду деминерализованную при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Нитрит натрия 10,0-45,0 Калия гидроокись 0,5-5,0 Фосфонобутантрикарбоновая кислота 0,1-3,0 Тетроборат натрия 0,5-5,0 1,2,3-Бензотриазол 0,1-2,0 Деминерализованная вода остальное