Способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения
Патент 2486139
Авторы
- Дрикер Борис Нутович (RU)
- Обожин Андрей Николаевич (RU)
- Тарантаев Александр Георгиевич (RU)
- Тарасова Светлана Анатольевна (RU)
Правообладатели
Классы МПК
Способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения
Иллюстрации
Изобретение относится к способам предотвращения отложений и коррозии и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения. Способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения осуществляют путем введения в обрабатываемую воду смеси 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты и ингибитора отложений минеральных солей при массовом соотношении 1:9-1:1 соответственно. В качестве ингибитора отложений минеральных солей используют смесь следующего состава: натриевая соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты и натриевая соль метилиминобисметиленфосфоновой кислоты. Технический результат - повышение эффективности ингибирования коррозии и солеотложений в системах водоснабжения в присутствии окисляющихся биоцидов. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 6 пр.
Реферат
Изобретение относится к способам предотвращения отложений и коррозии и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения, отопления, горячего водоснабжения.
Известен способ ингибирования солевых отложений в промышленных системах водоснабжения, отопления с использованием реагента ИОМС [Сравнительная оценка эффективности отечественных и импортных ингибиторов солеотложений / Б.Н.Дрикер, А.Л.Ваньков // «Энергосбережение и водоподготовка», №1, 2000, 55-59].
Однако этот способ неэффективен для ингибирования коррозии конструкционных сталей, а также при использовании одновременно с окисляющимися биоцидами, типа гипохлорита натрия, в присутствии которых происходит частичное разрушение органофосфонатов, входящих в состав ИОМС, и, как следствие, потеря эффективности.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ ингибирования солевых отложений с использованием 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты [Chemistry of organophosphonate scale growth inhibitors: 3. Physicochemical aspects of 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylate (PBTC) and its effect on СаСО3 crystal growth / Konstantinos D.Demadis, Panos Lykoudis // Bioinorganic chemistry and applications. 2005. №3-4. С.15-17].
2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (ФБТК) устойчива к действию биоцидов, но недостаточно эффективна при использовании в качестве ингибитора солеотложений и ингибитора коррозии конструкционных сталей.
Задачей данного изобретения является разработка ингибитора многоцелевого назначения, устойчивого к действию биоцидов.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения путем введения в обрабатываемую воду смеси 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты и ингибитора отложений минеральных солей при массовом соотношении 1:9-1:1 соответственно.
Реагент ИОМС представляет собой смесь комплексонов, содержащих аминоалкилфосфоновые группы следующего состава: натриевая соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты и натриевая соль метилиминобисметиленфосфоновой кислоты, выпускаемый в промышленности химическим комбинатом «Нитон» по ТУ 2415-013-59945303-2009. Кроме того, в качестве ингибиторов отложений минеральных солей могут использоваться для этих целей оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК) - широко применяется в теплоэнергетике, ПАФ-13 (соли полифминометиленфосфоновой кислоты), применяемый в нефтяной промышленности.
2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (ФБТК) имеет структурную формулу:
Заявленное изобретение иллюстрируется следующими примерами, проведенными с целью изучения ингибирующих свойств по предотвращению солеотложений и коррозии.
Пример 1
В «умягченную» воду машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ОАО «Северского трубного завода» состава: жесткость общая 0,1 мг-экв/л, щелочность 1,9 мг-экв/л, железо общее 0,81 мг/л, сульфаты 82 мг/л, хлориды 14,2 мг/л, взвешенные вещества 4 мг/л, гипохлорит натрия (биоцид) 10 мг/л, рН=7,4 вводили композицию из ИОМС и ФБТК при массовом соотношении от 1:0 до 0:1 в количестве 10 мг/л. Скорость коррозии измеряли при температуре 20°С при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из конструкционной стали - ст. 3 - коррозиметром «Эксперт - 004». Коэффициент торможения рассчитывали по формуле
K = a 0 / a j , ( 1 )
где К - коэффициент торможения;
a0 - скорость коррозии в контрольном опыте (без реагента);
aj - скорость коррозии с реагентом.
Ошибка измерения составляет не более 10%.
Данные представлены в табл.1.
Из данных, представленных в табл. 1, видно, что композиция при массовом соотношении ФБТК:ИОМС 1:9-1:1 существенно снижает величину скорости коррозии. При этом в заявляемых соотношениях присутствующий в составе воды окисляющийся биоцид - гипохлорит натрия - отрицательно не сказывается на ингибирующих свойствах заявляемой композиции. Отсутствие в составе ФБТК (соотношение ФБТК:ИОМС=0:1) отрицательно сказывается на ингибирование процессов коррозии в присутствии гипохлорита натрия. Изменение соотношения ФБТК:ИОМС до 7:3 и до 1:12 также отрицательно сказывается на ингибирующих свойствах композиции (п.3 и п.8 табл.1).
Пример 2
«Техническая» вода (объемом 500 мл) ОАО «Челябинского цинкового завода» состава: жесткость общая 4,1 мг-экв/л, жесткость кальциевая 2,2 мг-экв/л, щелочность 2,6 мг-экв/л, железо 0,25 мг/л, марганец 0,02 мг/л, рН=8,2, окисляемость перманганатная 6 мг/л, окисляющийся биоцид - дибромнитрилпропионамид - 10 мг/л и композиции ФБТК:ИОМС=1:0-0:1, взятых в количестве 5 мг/л, кипятили в колбах с обратным холодильником в течение 2 часов. Эффективность оценивали по количеству отложений, образовавшихся на внутренней поверхности колб. Отложения растворяли в кислоте, нейтрализовали щелочью. Количество отложений определяли по стандартной методике комплексонометрическим методом.
Эффективность ингибирования солеотложений рассчитывали по формуле:
Э % = а к − а р а к × 100 % , (2)
где ак - количество отложений в контрольном опыте, мг;
ар - количество отложений с реагентом, мг.
Данные представлены в таблице 2.
Из данных, представленных в табл.2, видно, что композиция в массовом соотношении ФБТК:ИОМС=1:9-1:1 более эффективна и в качестве ингибитора солеотложений. Если в случае ингибирования коррозии конструкционных сталей, высокую ингибирующую способность можно объяснить синергетическим действием композиции, то в случае ингибирования солеотложений присутствие в составе композиции ФБТК препятствует окислению компонентов, входящих в состав ИОМС до ортофосфатов в присутствии окисляющего биоцида дибромнитрилпропионамид. Косвенным свидетельством этого является наличие в составе отложений в отсутствие или недостаточном количестве ФБТК, наряду с карбонатом кальция, фосфата кальция в количестве до 20% от общей массы осадка. Отсутствие в составе ФБТК (соотношение ФБТК:ИОМС=0:1) отрицательно сказывается на ингибирование процессов солеотложений в присутствии дибромнитрилпропионамида. Изменение соотношения ФБТК:ИОМС до 7:3 и ФБТК:ИОМС до 1:12 также отрицательно сказывается на ингибирующих свойствах композиции (п.3 и п.8 табл.2).
Пример 3
В «умягченную» воду машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ОАО «Северского трубного завода» состава: жесткость общая 0,1 мг-экв/л, щелочность 1,9 мг-экв/л, железо общее 0,81 мг/л, сульфаты 82 мг/л, хлориды 14,2 мг/л, взвешенные вещества 4 мг/л, гипохлорит натрия (биоцид) 10 мг/л, рН=7,4 вводили композицию из ОЭДФК и ФБТК при массовом соотношении от 1:0 до 0:1 в количестве 10 мг/л. Скорость коррозии измеряли при температуре 20°С при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из конструкционной стали - ст.3 коррозиметром «Эксперт - 004».
Данные представлены в табл.3.
Из данных, представленных в табл.3, видно, что композиция при массовом соотношении ФБТК:ОЭДФК 1:9-1:1 существенно снижает величину скорости коррозии. При этом присутствие окисляющегося биоцида - гипохлорита натрия - отрицательно не сказывается на ингибирующих свойствах композиции в заявляемых соотношениях.
Пример 4
«Техническая» вода (объемом 500 мл) ОАО «Челябинского цинкового завода» состава: жесткость общая 4,1 мг-экв/л, жесткость кальциевая 2,2 мг-экв/л, щелочность 2,6 мг-экв/л, железо 0,25 мг/л, марганец 0,02 мг/л, рН=8,2, окисляемостъ перманганатная 6 мг/л, окисляющийся биоцид-дибромнитрилпропионамид 10 мг/л и композиции ФБТК:ОЭДФК=1:0-0:1, взятых в количестве 5 мг/л, кипятили в колбах с обратным холодильником в течение 2 часов. Эффективность оценивали по количеству отложений, образовавшихся на внутренней поверхности колб. Отложения растворяли в кислоте, нейтрализовали щелочью. Количество отложений определяли по стандартной методике комплексонометрическим методом.
Данные представлены в табл.4.
Из данных, представленных в табл.4, видно, что композиция в массовом соотношении ФБТК:ОЭДФК=1:9-1:1 более эффективна и в качестве ингибитора солеотложений. Если в случае ингибирования коррозии конструкционных сталей, высокую ингибирующую способность можно объяснить синергетическим действием композиции, то в случае ингибирования солеотложений присутствие в составе композиции ФБТК препятствует окислению ОЭДФК до ортофосфатов в присутствии биоцида.
Пример 5
В «умягченную» воду машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ОАО «Северского трубного завода» состава: жесткость общая 0,1 мг-экв/л, щелочность 1,9 мг-экв/л, железо общее 0,81 мг/л, сульфаты 82 мг/л, хлориды 14,2 мг/л, взвешенные вещества 4 мг/л, гипохлорит натрия (биоцид) 10 мг/л, рН=7,4 вводили композицию из ПАФ-13 и ФБТК при массовом соотношении от 1:0 до 0:1 в количестве 10 мг/л. Скорость коррозии измеряли при температуре 20°С при перемешивании (1,2 м/сек) в непроточной ячейке двухэлектродными зондами, изготовленными из конструкционной стали - ст.3 коррозиметром «Эксперт-004».
Данные представлены в табл.5.
Из данных, представленных в табл.5, видно, что композиция при массовом соотношении ФБТК:ПАФ-13 1:9-1:1 существенно снижает величину скорости коррозии. При этом присутствие окисляющегося биоцида - гипохлорита натрия отрицательно не сказывается на ингибирующих свойствах композиции в заявляемых соотношениях.
Пример 6
«Техническая» вода (объемом 500 мл) ОАО «Челябинского цинкового завода» состава: жесткость общая 4,1 мг-экв/л, жесткость кальциевая 2,2 мг-экв/л, щелочность 2,6 мг-экв/л, железо 0,25 мг/л, марганец 0,02 мг/л, рН=8,2, окисляемость перманганатная 6 мг/л, окисляющийся биоцид-дибромнитрилпропионамид 10 мг/л - и композиции ФБТК:ПАФ-13=1:0-0:1, взятых в количестве 5 мг/л, кипятили в колбах с обратным холодильником в течение 2 часов. Эффективность оценивали по количеству отложений, образовавшихся на внутренней поверхности колб. Отложения растворяли в кислоте, нейтрализовали щелочью. Количество отложений определяли по стандартной методике комплексонометрическим методом.
Данные представлены в табл.6.
Из данных, представленных в табл.6, видно, что композиция в массовом соотношении ФБТК:ПАФ-13=1:9-1:1 более эффективна и в качестве ингибитора солеотложений. Если в случае ингибирования коррозии конструкционных сталей, высокую ингибирующую способность можно объяснить синергетическим действием композиции, то в случае ингибирования солеотложений присутствие в составе композиции ФБТК препятствует окислению компонентов, входящих в состав ПАФ-13, до ортофосфатов в присутствии биоцида.
Как видно из представленных данных, заявляемый способ позволяет осуществить эффективное ингибирование коррозии и солеотложений в системах водоснабжения в присутствии окисляющихся биоцидов.
| Таблица 1 | ||||
| Скорость коррозии в присутствии биоцида | ||||
| № п/п | Композиция | Массовое соотношение | Скорость коррозии, мкм/год | Коэффициент торможения |
| 1 | Контрольный | - | 202 | - |
| 2 | ФБТК:ИОМС | 0:1 | 170 | 1,2 |
| (аналог) | ||||
| 3 | ФБТК:ИОМС | 1:0 | 132 | 1,5 |
| (прототип) | ||||
| 4 | ФБТК:ИОМС | 1:12 | 165 | 1,2 |
| (контроль) | ||||
| 5 | ФБТК:ИОМС | 1:9 | 12 | 16,8 |
| (по изобретению) | ||||
| 6 | ФБТК:ИОМС | 3:7 | 23 | 8,8 |
| (по изобретению) | ||||
| 7 | ФБТК:ИОМС | 1:1 | 22 | 9,2 |
| (по изобретению) | ||||
| 8 | ФБТК:ИОМС | 7:3 | 135 | 1,5 |
| (контроль) |
| Таблица 2 | ||||
| Влияние композиций на ингибирование солеотложений | ||||
| № п/п | Композиция | Массовое соотношение | Количество отложений, мг | Эффективность,% |
| 1 | Контроль | - | 18,3 | 0,0 |
| 2 | ФБТК:ИОМС | 0:1 | 5,4 | 70,5 |
| (аналог) | ||||
| 3 | ФБТК:ИОМС | 1:0 | 3,2 | 82,5 |
| (прототип) | ||||
| 4 | ФБТК:ИОМС | 1:12 | 5,4 | 70,5 |
| (контроль) | ||||
| 5 | ФБТК:ИОМС | 1:9 | 0,7 | 96,2 |
| (по изобретению) | ||||
| 6 | ФБТК:ИОМС | 3:7 | 0,5 | 97,3 |
| (по изобретению) | ||||
| 7 | ФБТК:ИОМС | 1:1 | 1,4 | 92,3 |
| (по изобретению) | ||||
| 8 | ФБТК:ИОМС | 7:3 | 3,4 | 81,4 |
| (контроль) |
| Таблица 3 | ||||
| Скорость коррозии в присутствии биоцида | ||||
| № п/п | Композиция | Массовое соотношение | Скорость коррозии, мкм/год | Коэффициент торможения |
| 1 | Контрольный | - | 202 | - |
| 2 | ФБТК:ОЭДФК | 0:1 | 168 | 1,2 |
| (прототип) | ||||
| 3 | ФБТК:ОЭДФК | 1:0 | 132 | 1,5 |
| (прототип) | ||||
| 4 | ФБТК:ОЭДФК | 1:9 | 48 | 4,2 |
| (по изобретению) | ||||
| 5 | ФБТК:ОЭДФК | 3:7 | 53 | 3,8 |
| (по изобретению) | ||||
| 6 | ФБТК:ОЭДФК | 1:1 | 52 | 3,9 |
| (по изобретению) | ||||
| 7 | ФБТК:ОЭДФК | 7:3 | 140 | 1,4 |
| (по изобретению) |
| Таблица 4 | ||||
| Влияние композиций на ингибирование солеотложений | ||||
| № п/п | Композиция | Массовое соотношение | Количество отложений, мг | Эффективность, % |
| 1 | Контроль | - | 18,3 | 0,0 |
| 2 | ФБТК:ОЭДФК | 0:1 | 16,7 | 8,7 |
| (аналог) | ||||
| 3 | ФБТК:ОЭДФК | 1:0 | 5.0 | 72,7 |
| (прототип) | ||||
| 4 | ФБТК:ОЭДФК | 1:9 | 2,5 | 86,3 |
| (по изобретению) | ||||
| 5 | ФБТК:ОЭДФК | 3:7 | 2,3 | 87,4 |
| (по изобретению) | ||||
| 6 | ФБТК:ОЭДФК | 1:1 | 3,2 | 82,5 |
| (по изобретению) | ||||
| 7 | ФБТК:ОЭДФК | 7:3 | 5,2 | 71,6 |
| (по изобретению) |
| Таблица 5 | ||||
| Скорость коррозии в присутствии биоцида | ||||
| № п/п | Композиция | Массовое соотношение | Скорость коррозии, мкм/год | Коэффициент торможения |
| 1 | Контрольный | - | 202 | - |
| 2 | ФБТК:ПАФ-13 | 0:1 | 122 | 1,6 |
| (прототип) | ||||
| 3 | ФБТК:ПАФ-13 | 1:0 | 132 | 1,5 |
| (прототип) | ||||
| 4 | ФБТК:ПАФ-13 | 1:9 | 38 | 5,3 |
| (по изобретению) | ||||
| 5 | ФБТК:ПАФ-13 | 3:7 | 43 | 4,7 |
| (по изобретению) | ||||
| 6 | ФБТК:ПАФ-13 | 1:1 | 49 | 4,1 |
| (по изобретению) | ||||
| 7 | ФБТК:ПАФ-13 | 7:3 | 110 | 1,8 |
| (по изобретению) |
| Таблица 6 | ||||
| Влияние композиций на ингибирование солеотложений | ||||
| № п/п | Композиция | Массовое соотношение | Количество отложений, мг | Эффективность, % |
| 1 | Контроль | - | 18,3 | 0,0 |
| 2 | ФБТК:ПАФ-13 | 0:1 | 12,7 | 30,6 |
| (аналог) | ||||
| 3 | ФБТК:ПАФ-13 | 1:0 | 5,0 | 72,7 |
| (прототип) | ||||
| 4 | ФБТК:ПАФ-13 | 1:9 | 2,4 | 86,8 |
| (по изобретению) | ||||
| 5 | ФБТК:ПАФ-13 | 3:7 | 2,2 | 87,9 |
| (по изобретению) | ||||
| 6 | ФБТК:ПАФ-13 | 1:1 | 2,9 | 84,2 |
| (по изобретению) | ||||
| 7 | ФБТК:ПАФ-13 | 7:3 | 5,0 | 72,7 |
| (по изобретению) |
1. Способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения путем введения в обрабатываемую воду смеси 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновой кислоты и ингибитора отложений минеральных солей при массовом соотношении 1:9-1:1 соответственно.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингибитора отложений минеральных солей используют смесь следующего состава: натриевая соль нитрилтриметиленфосфоновой кислоты и натриевая соль метилиминобисметиленфосфоновой кислоты.