Способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения и отопления
Владельцы патента RU 2328453:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный лесотехнический университет (ГОУ ВПО УГЛТУ) (RU)
Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений и коррозии и может быть использовано в водоподготовке систем отопления, охлаждения и оборотного водоснабжения. Способ осуществляют введением композиции, содержащей гексаметилендиаминтетраметеленфосфоновую кислоту и ее цинксодержащий комплексонат при их мольном соотношении 4:1-2:1. Способ обеспечивает снижение расхода реагентов и композиций их содержащих при одновременном повышении эффективности обработки с целью предтвращения солеотложений и коррозии. 3 табл.
Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений и коррозии и может быть использовано в водоподготовке систем отопления, охлаждения и оборотного водоснабжения.
Известен способ предотвращения минеральных отложений и биообрастания в замкнутых системах водоснабжения путем введения композиции органофосфоната ИОМС и его медьсодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1-1:1 (далее ИОМС Cu) [Патент России №2133229, МПК 6 С02 5/14, 1999]. Однако использование композиции не эффективно для одновременного подавления солеотложений и коррозии.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ предотвращения минеральных отложений и коррозии путем введения в обрабатываемую воду композиции органофосфоната ИОМС и его цинксодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1-1:1. Однако данный способ недостаточно эффективен, т.к. для снижения величины коррозии в 4-10 раз необходима доза реагента 10-25 мг/л (в пересчете на ИОМС) при мольном соотношении ИОМС: Zn 4:1-1:1. Это делает обработку воды не всегда экономически оправданной вследствие большого расхода реагента, приводит к значительному превышению сброса против ПДК сбросу цинксодержащих сточных вод. (Б.Н.Дрикер, И.П.Сикорский, Н.В.Цирульникова, «Изучение возможности использования цинковых комплексонатов ИОМС для ингибирования коррозии конструкционных сталей», Энергосбережение и водоподготовка 2006, №2, с. 7-9)
Задачей изобретения является снижение расхода реагента и композиций, их содержащих, при одновременном повышении эффективности обработки воды с целью предотвращения солеотложений и коррозии.
Поставленная задача решается тем, что обработку воды ведут путем введения органофосфонатов, при этом в качестве органофосфонатов используют композицию гексаметилендиаминтетраметеленфосфоновой кислоты (ГМДТФ) (1) и ее цинксодержащего комплекса (2) при их мольном соотношении 2:1-4:1.
где: М - цинк или водород.
Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Получение композиций органофосфонатов
Композицию органофосфонатов получали в лаборатории путем введения в 25 см3 исходного 25% раствора ГМДТФ плотностью 1,27 г/см3, 25 см3 раствора соли цинка с концентрацией, обеспечивающей заданное мольное соотношение ГМДТФ и его цинксодержащего комплекса. Концентрации растворов представлены в таблице 1.
Концентрации растворов цинка для получения комплексонатов ГМДТФ при мольных соотношениях 5:1-1:1
| Таблица 1 | |
| Мольное соотношение ГМДТФ: Zn-комплексонат | Концентрация раствора Zn2+, г/л |
| 1:1 | 48,232 (контрольный) |
| 2:1 | 24,116 (по изобретению) |
| 3:1 | 16,076 (по изобретению) |
| 4:1 | 12,06 (по изобретению) |
| 5:1 | 9,648 (контрольный) |
Синтез проводили при перемешивании (со скоростью 1,2 м/с) на магнитной мешалке. При добавлении раствора соли цинка образуется белый осадок, который растворяется в течение 30-60 мин в зависимости от мольного соотношения, время экспозиции 80 мин.
В результате получали раствор композиции органофосфонатов с плотностью 1,13 г/см3 и в пересчете на концентрацию ГМДТФ - 12,5%. В качестве соли цинка могут быть использованы любые известные соли цинка, например ZnSO4, ZnCl2, и другие соли неорганических или органических кислот.
Пример 2
Ингибирование коррозии
Обработке подвергалась:
- водопроводная вода г. Екатеринбурга (жесткость общая - 2,2 мгэкв/л, жесткость кальциевая - 1,8 мгэкв/л, щелочность - 1,3 мгэкв/л);
- техническая вода оборотного цикла МНЛЗ Северского трубного завода (жесткость общая - 2,25 мгэкв/л, жесткость кальциевая - 2,0 мгэкв/л, щелочность - 1,5 мгэкв/л, рН 7,8).
В обрабатываемую воду вводили ИОМС - Cu (аналог), цинксодержащий комплексонат ИОМС - Zn при мольном соотношении 4:1-1:1 (прототип) и цинксодержащий комплексонат ГМДТФ - Zn при мольном соотношении 5:1-1:1. Композиции из указанных реагентов вводили в количествах 2; 5; 10; 15; 20 мг/л.
Скорость коррозии (мкм/г) определяли на коррозиметре «Эксперт 004» при температуре 25°С для конструкционной стали марки ст.3 по прямому измерению линейной скорости коррозии.
Данные представлены в таблице 2.
Влияние композиций на основе органофосфонатов и Zn на коррозию конструкционной стали.
| Таблица 2 | |||||||
| Вода | Реагент | Мольное соотношение | 2 мг/л | 5 мг/л | 10 мг/л | 15 мг/л | 20 мг/л |
| Скорость коррозии, мкм/г | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Водопроводная г.Екатеринбург | ИОМС-Cu (аналог) | 3:1 | - | - | 110 | - | - |
| ИОМС-Zn (прототип) | 2:1 | 92 | 60 | 34 | 29 | 14 | |
| ИОМС-Zn (прототип) | 3:1 | 92 | 97 | 48 | 30 | 15 | |
| ИОМС-Zn (прототип) | 4:1 | 100 | 80 | 57 | 42 | 29 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 1:1 | 59 | 30 | 22 | 10 | 4,0 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 2:1 | 60 | 30 | 22 | 10 | 4,0 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 3:1 | 65 | 31,5 | 25 | 11 | 4,7 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 4:1 | 71 | 32 | 26 | 12 | 5,5 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 5:1 | 100 | 80 | 58 | 40 | 15 | |
| Без реагента (контроль) | - | 110 | 110 | 110 | 110 | 110 | |
| Техническая вода Северского трубного завода | ИОМС-Cu (аналог) | 3:1 | 204 | 204 | 204 | 204 | 204 |
| ИОМС-Zn (прототип) | 2:1 | 153 | 100 | 57 | 48 | 15 | |
| ИОМС-Zn (прототип) | 3:1 | 153 | 111 | 80 | 50 | 24 | |
| ИОМС-Zn (прототип) | 4:1 | 167 | 133 | 95 | 69 | 48 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 1:1 | 86 | 42 | 24 | 19 | 3 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 2:1 | 86 | 42 | 24 | 19 | 3 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 3:1 | 94 | 51 | 30 | 22 | 1,5 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 4:1 | 101 | 58 | 37 | 26 | 40 | |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 5:1 | 160 | 130 | 96 | 70 | 15 | |
| Без реагента (контроль) | - | 202 | 202 | 202 | 202 | 202 |
Из данных представленных в таблице 1 видно, что эффективность предлагаемой композиции для ингибирования коррозии существенно выше известной. При оптимальных соотношениях 1:1,2:1 скорость коррозии при концентрации 5-15 мг/л снижается в 5-10 раз, что выше, чем у прототипа, при тех же концентрациях в 2,5-3 раза. По нашему мнению, это обусловлено увеличением прочности связи метил - азот при переходе от моноаминных комплексонов (ИОМС) к полиамминным комплексонам (ГМДТФ) (М.М.Дятлова, В.Я.Темкина, К.И.Попов, Комплексоны и комплексонаты металлов, М., Химия, 1988, с.544). Как следствие, образование более прочных защитных слоев на поверхности металла, подвергаемого коррозии.
В пользу этого свидетельствует также тот факт, что композиция, полученная при мольном соотношении 1:1 при высокой эффективности, нестабильна при хранении и в течение часа образует малорастворимые цинковые комплексонаты ГМДТФ. Изменение соотношения ГМДТФ: Zn-комплекса до 5:1 не позволяет достичь эффективности ингибирования коррозии выше, чем ИОМС-Zn. Таким образом, оптимальным для ингибирования коррозии следует принять соотношение ГМДТФ: Zn-комплекс 4:1-2:1.
Пример 3
Ингибирование солеотложений
Эффективность композиции ингибировать образование минеральных отложений иллюстрируется на примере кристаллизации сульфата кальция. Модельный раствор пересыщенного раствора сульфата кальция готовили смешением эквивалентных количеств сульфата натрия и хлорида кальция, термостатировали при температуре 70°С и перемешивании (Re=12500).
Эффективность обработки оценивали по продолжительности индукционного периода (скрытого периода кристаллизации) по определению изменения концентрации сульфата кальция. Результаты представлены в таблице 3.
Влияние композиций на основе органофосфонатов и Zn на кристаллизацию сульфата кальция.
| Таблица 3 | |||
| Реагент | Мольное соотношение | Концентрация, мг/л | Индукционный период, мин |
| Без реагента (Контроль) | - | - | 12 |
| ИОМС (контроль) | - | 4,0 | 145 |
| ИОМС-Cu (аналог) | 3:1 | 4,0 | 115 |
| ИОМС-Zn (прототип) | 2:1 | 4,0 | 120 |
| ГМДТФ | - | 1,0 | 250 |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 4:1 | 1,0 | 240 |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 3:1 | 1,0 | 210 |
| ГМДТФ-Zn комплексонат | 2:1 | 1,0 | 190 |
Из данных, представленных в таблице 3, видно, что эффективность ингибирования солеотложений как у ГМДТФ, так и у его композиций с цинком значительно выше, чем у ИОМСа и его композиции с цинком. При этом концентрация ГМДТФ и его композиций с цинком в 4 раза ниже, чем у ИОМС и его композиций с цинком.
Таким образом, использование композиций ГМДТФ-Zn комплекса позволяет повысить эффективность обработки воды с целью одновременного предотвращения солеотложений и коррозии при снижении расхода реагента и, кроме того, снизить возможное вредное влияние сброса сточных вод, содержащих композицию, на окружающую среду.
Способ предотвращения коррозии и солевых отложений в системах водоснабжения и отопления путем введения в обрабатываемую воду органофосфоната и его цинксодержащего комплексоната, отличающийся тем, что в качестве органофосфоната используют гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновую кислоту и цинксодержащий комплексонат гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты при мольном соотношении гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота: ее цинксодержащий комплексонат 4:1-2:1.
