Ингибитор коррозии металлов в серной и хлороводородной кислотах

Изобретение относится к области защиты металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может применяться при травлении металлов и кислотных очистках оборудования в энергетике, пищевой промышленности и других производствах. Ингибитор содержит, мас.%: n-бромбензаль-m-нитроанилин 13,0-10,6, 2-хлор-6-диэтиламино-4-метилпиримидин 30,4-18,2, 1,3-бис(карбамоилтио)-2-(N,N-диметиламино)пропан гидроиодид 26,1-30,3, уротропин 30,4-40,9. Технический результат - повышение защиты стали, алюминия и никеля от кислотной коррозии, а также снижение наводороживания стали. 2 табл.

 

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии и может быть использовано в машиностроении для травления металлов, а также для кислотных очисток оборудования.

Известно применение уротропина для защиты стали в серной и хлороводородной кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968, с.28-29). Однако защита стали от коррозии с помощью уротропина недостаточно эффективна. Весьма низкие степени защиты обнаруживает уротропин для других металлов. Недостатком уротропина как ингибитора является его высокая концентрация (до 2%), необходимая для получения защитного эффекта.

Наиболее близким к предлагаемому ингибитору по технической сущности и достигаемым результатам является продукт конденсации капринового альдегида с анилином (Турбина Е.Г., Ключников Н.Г. Защита стали от коррозии в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов. Сборник статей «Ингибиторы коррозии металлов», ЦНИИ технологии судостроения, изд. Судостроение, 1965, с.124-129). Известный ингибитор защищает лучше, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (92,07; 95,50; 97,29% в 3, 5 и 7 н. хлороводородной кислоте). Для алюминия и никеля степени защиты еще ниже. Известный ингибитор слабо защищает сталь от наводороживания.

Задача, которая решалась при разработке данного предлагаемого изобретения, состоит в создании ингибитора кислотной коррозии не только стали, но и алюминия и никеля, который (ингибитор) обладал бы высоким защитным действием для перечисленных металлов. Положительный эффект изобретения возникает за счет совместного усиления (синергизма) защитного действия компонентов предлагаемого ингибитора.

Для реализации названной технической задачи в растворы серной и хлороводородной кислот предлагается ввести ингибитор, который представляет собой смесь компонентов, а именно азометина, уротропина, производного пиримидина и вещества, содержащего серу и иодид-ион, причем в качестве двух последних соединений были взяты 2-хлор-6-диэтиламино-4-метилпиримидин и 1,3-бис(карбамоилтио)-2-(N,N-диметиламино)пропан гидроиодид, а в качестве азометина продукт конденсации амина и альдегида - n-бромбензаль-м-нитроанилин.

Названные вещества представляют собой следующие структуры:

В состав ингибитора указанные компоненты входят в следующих концентрациях, мас.%:

n-бромбензаль-м-нитроанилин	13,0-10,6 (0,3-0,7)
2-хлор-6-диэтиламино-4-метилпиримидин	30,4-18,2 (0,7-1,2)
1,3-Бис(карбамоилтио)-2-(N,N-диметиламино)пропан
гидроиодид	26,1-30,3 (0,6-2,0)
уротропин	30,4-40,9 (0,7-2,7)

В скобках указаны концентрации компонентов, выраженные в г/л.

При приготовлении ингибированного раствора кислоты следует в первую очередь ввести в кислоту продукт конденсации (азометин) и тщательно перемешать раствор. Остальные компоненты можно растворять в любой последовательности.

Результаты коррозионных испытаний образцов стали, алюминия и никеля в растворах кислот с предлагаемым ингибитором приводятся в таблице 1 и примерах. Для известного ингибитора данные содержатся в таблице 2 и тех же примерах. Экспериментальные результаты получены как гравиметрическим методом (по убыли массы образцов), так и объемным (по объему выделившегося водорода). Водородная хрупкость (наводороживание) стали определялась с применением машины К-5 по числу оборотов образцов стали до излома без предварительного травления и после него в чистых и ингибированных растворах кислот. Степени защиты от наводороживания, как и от коррозии приводятся в таблицах и примерах.

Пример I. Опыты со стальными образцами проводились в 500 мл 3 н. серной кислоты при 20±1 и 90±1°С (температура поддерживалась с помощью жидкостного термостата). Ингибитор брался в концентрации 6,6 г/л, концентрации компонентов при этом составляют: азометин (продукт конденсации) 10,6; производное пиримидина 18,2; гидроиодид 30,3; уротропин 40,9 мас.%. Опыты проводились в трехкратной повторности с образцами, имеющими размер 50×25×1 мм. Образцы обрабатывались наждачной бумагой, обезжиривались ацетоном, помещались на 2 часа в эксикатор над прокаленным хлоридом кальция и затем взвешивались на аналитических весах. После опыта образцы промывались водой, протирались бумажной салфеткой, высушивались в эксикаторе и вновь взвешивались. По убыли массы образцов определялась скорость коррозии стали. Для 20°С она составила 9,58·10^-4 г/дм²/час (в растворе без ингибитора) и 14,44·10^-6 г/дм²·час (с ингибитором). При 90°С скорость коррозии 25,71 г/дм²·час (без ингибитора) и 0,13 г/дм²·час. Длительность опыта составляла при 20°С 60 час, при 90°С 0,5 час. Затем были рассчитаны коэффициенты торможения: для 20°С - 66,6 (степень защиты 98,5%) и для 90°С - 200 (степень защиты 99,5%).

Во второй серии опытов образцы испытывались в 5 н. растворе Н₂SO₄, с введением только одного компонента ингибитора. Найденные коэффициенты торможения соответственно составили (для тех же концентраций компонентов, что и в 1-й серии):

азометин (продукт конденсации)	2,1
производное пиримидина	2,3
иодид	3,0
уротропин	1,9

Произведение приведенных величин составляет 27,4, т.е. примерно в 2,5 раза уступает величине коэффициента торможения, полученной в кислоте с 4-компонентным ингибитором. Столь значительное увеличение коэффициента торможения для предлагаемого ингибитора указывает на взаимное усиление защитного эффекта в смеси, т.е. на синергизм компонентов предложенного ингибитора. Поляризационные измерения подтвердили вывод о синергизме: катодная поляризация в присутствии ингибитора возросла на 130 мВ, анодная - на 55 мВ, в то время, как отдельные компоненты ингибитора повышают поляризацию всего на 5-25 мВ.

Аналогичные опыты для известного ингибитора дали значительно пониженные результаты: степень защиты стали (H₂SO₄) 93,1% (т.е. коэффициент торможения коррозии 14,4). Еще заметнее снижение степени защиты от наводороживания (37% в растворе с предлагаемым ингибитором и 8% - с известным).

Пример II. Предлагаемый и известный ингибиторы использованы для торможения коррозии алюминия в 3 н. хлороводородной кислоте при 20°С и 50°С. Ингибитор и компоненты его брались в тех же концентрациях, что и в примере I. Опыт длился 20 мин (при 50°С) и 360 мин (при 20°С). Полученные величины коэффициентов торможения составляют 333 и 1000, а степени защиты 99,7 и 99,9 (соответственно, для 20 и 50°С). В опытах с отдельными компонентами ингибитора были зафиксированы следующие значения коэффициентов торможения

для азометина	9,2
для производного пиримидина	3,1
для иодида	2,5
для уротропина	1,9

Произведение указанных величин составляет 35,5, т.е. почти в 2,5 раза меньше, чем экспериментальная величина 333, что как и в случае стали, свидетельствует о взаимном усилении защитных свойств компонентов ингибитора.

Известный ингибитор тормозит коррозию алюминия в значительно меньшей мере, степень защиты составляет 41,9%, для предлагаемого 99,7%.

Пример III. В качестве примера торможения коррозии никеля приводятся данные для 3 н. H₂SO₄ при концентрации ингибитора, как и в примере I. Опыты проводились при 20°С (60 час) и при 90°С (0,5 часа). В растворе с предлагаемым ингибитором степень защиты составляет 79,1% (20°С) и 79,2% (90°С), с известным соответственно 31,8 и 33,7%.

Итак, совокупность данных, собранных в таблицах 1 и 2, а также в примерах 1-3, однозначно указывает на превосходство предлагаемого ингибитора по сравнению с известным по торможению коррозии для стали, алюминия и никеля в серной и хлороводородной кислотах. Еще значительнее преимущество предлагаемого ингибитора по замедлению наводороживания стали.

В дополнительных опытах было показано, что предлагаемый ингибитор более эффективно защищает сталь в кислой среде, чем широко применяемый в производственной практике ингибитор ПБ-5 (так, последний замедляет коррозию стали в 10-20 раз, в то время как предлагаемый - в 20-100 раз). Кроме того, предлагаемый ингибитор, в отличие от ПБ-5, не коагулирует при накоплении в травильном растворе ионов железа.

Повышение защитных свойств предлагаемого ингибитора связано с усилением ингибиторной активности за счет взаимного синергического действия компонентов.

Предлагаемый ингибитор может быть рекомендован для травления стали, алюминия и никеля в кислых средах, для кислотных очисток оборудования в энергетике и пищевой промышленности, а также при кислотных промывках скважин в газо- и нефтедобыче.

Ингибитор коррозии металлов в серной и хлороводородной кислотах, содержащий продукт конденсации амина с альдегидом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 2-хлор-6-диэтиламино-4-метилпиримидин, 1,3-Бис(карбамоилтио)-2-(N,N-диметиламино)пропан гидроиодид и уротропин, а в качестве продукта конденсации включает n-бромбензаль-м-нитроанилин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

n-бромбензаль-м-нитроанилин	13,0-10,6
2-хлор-6-диэтиламино-4-метилпиримидин	30,4-18,2
1,3-Бис(карбамоилтио)-2-(N,N-диметиламино)пропан
гидроиодид	26,1-30,3
уротропин	30,4-40,9