Состав для удаления минеральных отложений
Владельцы патента RU 2325333:
Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) (RU)
Открытое акционерное общество "Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина" (ОАО "КнААПО") (RU)
Изобретение относится к моющим составам для удаления высокотемпературных минеральных отложений с внутренних поверхностей теплообменного оборудования. Состав содержит соляную кислоту, тиомочевину и соль двухвалентной меди при следующем соотношении компонентов (мас.%): соляная кислота 7-12; тиомочевина 5-9; соль меди (П) 0,3-0,7; вода - остальное. Заявленный состав обеспечивает эффективную очистку при комнатной температуре, а также увеличение начальной скорости растворения отложений при одновременном снижении стоимости очистки. 2 табл.
Изобретение относится к моющим составам для удаления высокотемпературных минеральных отложений с внутренних поверхностей теплообменного оборудования и может быть использовано в химической промышленности, теплоэнергетике, водоснабжении, машиностроении, авиастроении и других отраслях производства.
Известен состав для удаления накипи, содержащий водорастворимые натриевые и калиевые соли серокислородсодержащих кислот, соляную или уксусную кислоты [пат. РФ №2085517, опубл. 27.07.97]. Недостатками этого состава являются необходимость работы при повышенных температурах (60-80°С), что обусловливает дополнительные энергозатраты и необходимость использования специального оборудования для нагревания раствора, а также длительное время растворения накипи (в оптимальных условиях 8-11 часов).
Известен очищающий агент для удаления отложений в бойлерах и системах горячего водоснабжения [пат. CN №1245836, опубл. 01.03.2000], который включает (мас.%): 50-60 соляной кислоты, 0,6-0,9 уротропина, 0,5-0,7 сульфомочевины, 0,4-0,7 аминобензола и воду. Известный очищающий агент получают путем размешивания в реакторе с водой уротропина, сульфомочевины и аминобензола в течение 1-2 часов с последующим добавлением соляной кислоты и повторного размешивания в течение 1-2 часов.
Недостатками известного очищающего агента являются необходимость использования дорогостоящих органических соединений, высокое содержание соляной кислоты, что приводит к повышению скорости коррозии очищаемых конструкций и перерасходу кислоты, а также токсичность аминобензола.
Наиболее близким к предлагаемому является состав для удаления высокотемпературных минеральных отложений с теплоэнергетического оборудования, содержащий нитрилтри(метиленфосфорную) кислоту (НТФ), метилиминодиметиленфосфорную кислоту (МИДФ), соляную кислоту в количестве 10-14 мас.% и ингибитор кислотной коррозии [пат. РФ №2177458, опубл. 27.12.01].
К недостаткам этого состава относятся высокая стоимость входящих в него компонентов и необходимость осуществления промывки при повышенной температуре (60°С), что требует специального кислотостойкого оборудования для нагревания исходного раствора и дополнительно удорожает процесс за счет энергозатрат.
Задачей изобретения является разработка состава для удаления минеральных, в том числе высокотемпературных, отложений, обеспечивающего эффективную очистку при комнатной температуре при одновременном удешевлении процесса очистки за счет снижения стоимости оборудования и компонентов состава, а также уменьшения энергозатрат, необходимых для осуществления очистки.
Поставленная задача решается тем, что состав для удаления минеральных отложений содержит соляную кислоту, тиомочевину и соль двухвалентной меди при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Соляная кислота 7-12
Тиомочевина 5-9
Соль меди (II) 0,3-0,7
Вода - остальное.
Одновременное присутствие в заявляемом составе для удаления минеральных отложений тиомочевины и соли двухвалентной меди, в частности сульфата или хлорида меди, в солянокислом растворе, обеспечивает высокую эффективность растворения минеральных отложений, в частности высокотемпературных, и ускорение процесса очистки при комнатной температуре благодаря синергическому эффекту. Высокая эффективность очистки с помощью заявляемого состава является тем более неожиданной, что введение в солянокислый раствор одной тиомочевины обеспечивает лишь незначительное повышение степени растворения минеральных отложений, а добавка к солянокислому раствору только соли двухвалентной меди (без тиомочевины) приводит к резкому ухудшению процесса растворения отложений (таблица 1).
| Таблица 1 | ||||
| Зависимость степени растворения от концентрации HCL | ||||
| № примера | Состав раствора | Степень растворения | ||
| 7% HCl | 10% HCl | 12% HCl | ||
| 1 | HCL тиомочевина 7% CuSO4 0,5% | 82,1 | 85,1 | 93,1 |
| 2 | HCl | 50,7 | 56,7 | 63,1 |
| 3 | HCl тиомочевина 7% | 67,2 | 75,6 | 79,8 |
| 4 | HCl CuSO4 0,5% | 26,1 | 39,5 | 44,2 |
Оптимальным содержанием компонентов в заявляемом составе является следующее, мас.%: соляная кислота 7-12; тиомочевина 5-9; соль двухвалентной меди 0,3-0,7, вода - остальное.
Уменьшение концентрации соляной кислоты ниже 7% приводит к снижению степени растворения отложений (табл.1), а повышение ее концентрации выше 12% к неоправданному расходу кислоты и увеличению скорости коррозии стали.
Верхний предел содержания тиомочевины обусловлен ее растворимостью, а снижение ее концентрации ниже 5% приводит к снижению степени растворения отложений.
Выход за рамки заявленного интервала содержания соли меди (II) в заявляемом составе как в одну, так и в другую сторону приводит к снижению степени растворения отложений.
Кроме того, увеличение содержания соли меди (II) в заявляемом составе выше 0,7% приводит к росту скорости коррозии очищаемого металла. Известно, что присутствие в промывочных солянокислых растворах ионов двухвалентной меди значительно ускоряет скорость коррозии промываемых стальных изделий [Сурин С.М. Химическая очистка судового энергетического оборудования. М.: Транспорт, 1981].
Примеры конкретного осуществления
Растворению подвергали высокотемпературные минеральные отложения, образующиеся на внутренних поверхностях рубашек охлаждения вакуумных печей и обнаруживающие состав, %: SiO2 7,72 и в пересчете на металл: Fe 33,5; Са 0,25; Mg 0,15; Mn 9,2; Cr 0,02; Ni 0,07; Al 0,08. Навеску отложений массой 2 г помещали в химический стакан и заливали 100 мл состава для удаления минеральных отложений.
Растворение осуществляли при комнатной температуре с перемешиванием в течение времени от 1 до 24 часов.
Степень растворения оценивали по извлечению в раствор железа и марганца.
Одновременно в растворе такого же состава на пластинках из нержавеющей стали и стали-3 определяли скорость коррозии по убыли массы стальных пластинок после экспозиции в течение времени растворения минеральных отложений.
Результаты по эффективности очистки (% растворенных минеральных отложений в зависимости от времени обработки) и скорости коррозии очищаемого металла с помощью заявляемого состава при различных концентрациях входящих в него компонентов приведены в таблице 2.
Была также осуществлена очистка аналогичных минеральных отложений с помощью известного состава (прототип) с концентрацией соляной кислоты, соответствующей ее концентрации в заявляемом составе, при этом в качестве ингибитора кислотной коррозии был использован ингибитор коррозии цветных металлов ПБ-5 (пример 1 в таблице 2).
Как видно из таблицы 2, предлагаемый состав для удаления минеральных отложений обеспечивает высокую степень и скорость растворения минеральных отложений при незначительной скорости коррозии. Скорость коррозии во всех случаях не превышала 0,5-1,2 г/м2·ч.
Вдобавок, предлагаемый состав обеспечивает более высокую, по сравнению с прототипом, начальную скорость растворения отложений.
Таким образом, предлагаемый состав для удаления минеральных отложений, в частности высокотемпературных, обеспечивает эффективную очистку при комнатной температуре, а также позволяет снизить стоимость этой очистки, что является техническим результатом изобретения.
Кроме того, более высокая, в сравнении с прототипом, начальная скорость растворения минеральных отложений в некоторых частных случаях использования изобретения (например, когда не требуется полной очистки) позволяет сократить время очистки, что является дополнительным техническим результатом изобретения.
| Таблица 2 | ||||||
| № примера | Состав смеси | Содержание компонента, мас.% (остальное - вода) | Кол-во растворившихся отложений, % во времени | Скорость коррозии г/м2 час | ||
| 1 час | 2 часа | 4 часа | ||||
| НТФ | 15 | |||||
| 1 | МИДФ | 6 | ||||
| прототип | HCl | 10 | 45 | 80 | 90 | 1,2 |
| Ингибитор коррозии | 0,5 | |||||
| ПБ-5 | ||||||
| HCl | 10 | |||||
| 2 | тиомочевина | 7 | 73,2 | 77,6 | 85,1 | 0,5 |
| CuSO4 | 0,5 | |||||
| HCl | 12 | |||||
| 3 | тиомочевина | 9 | 75,1 | 80,2 | 91,0 | 0,7 |
| CuSO4 | 0,5 | |||||
| HCl | 7 | |||||
| 4 | тиомочевина | 5 | 57,4 | 61,2 | 74,3 | 0,8 |
| CuSO4 | 0,5 | |||||
| HCl | 10 | |||||
| 5 | тиомочевина | 7 | 50,3 | 58,1 | 62,3 | 1,2 |
| CuSO4 | 0,7 | |||||
| HCl | 10 | |||||
| 6 | тиомочевина | 7 | 56,2 | 61,3 | 65,1 | 0,4 |
| CuCl2 | 0,3 |
Состав для удаления минеральных отложений с внутренней поверхности теплообменного оборудования, содержащий соляную кислоту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тиомочевину и соль меди (II) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Соляная кислота | 7-12 |
| Тиомочевина | 5-9 |
| Соль меди (II) | 0,3-0,7 |
| Вода | Остальное |
