способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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, хлориды14,2 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 притемпературе 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

где К - коэффициент торможения;

a₀ - скорость коррозии в контрольном опыте (без реагента);

a_j - 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:

где а_к - количество отложений в контрольном опыте, мг;

а_р - 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 позволяетосуществить 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)