Водорастворимый ингибитор коррозии металлов
Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения бытового и промышленного назначения, выполненных из черных и цветных металлов, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и моющих средств. Водорастворимый ингибитор коррозии содержит продукт конденсации борной кислоты, диэтаноламина, моноэфира гликоля и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C12-C22 при их мольном соотношении 1:2:(0,5-0,7):0,4 соответственно, триэтилфосфат и имидазол при следующем соотношении компонентов, мас.%: продукт конденсации борной кислоты, диэтаноламина, моноэфира гликоля и смеси жирных кислот 86,0-90,0; триэтилфосфат 2,0-4,0; имидазол 8,0-10,0. Техническим результатом изобретения является расширение ассортимента отечественных водорастворимых ингибиторов коррозии, повышение эффективности защиты от коррозии и отложения солей теплообменного оборудования из черных и цветных металлов. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения бытового и промышленного назначения, выполненных из черных и цветных металлов, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и моющих средств.
Известен водорастворимый ингибитор коррозии металлов, содержащий, мас.%: триполифосфат натрия - 10,0-20,0, борат этаноламина - 80,0-90,0. В качестве бората этаноламина используют продукт взаимодействия борной кислоты с моно-, ди- или триэтаноламином (RU 2355820, кл. C23F 11/14, 14/02, 20.05.2009).
Недостатком известного ингибитора является то, что он защищает от коррозии и солеотложений теплообменное оборудование, выполненное из черных металлов, и неэффективен для предотвращения коррозии цветных металлов.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является водомаслорастворимый ингибитор коррозии металлов, содержащий, мас.%: продукт конденсации борной кислоты с моноэтаноламином и смесью жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С2-С6 при мольном соотношении 1:5:3 соответственно - 20,0-25,0, 2-гидроксиэтилметакрилат - 2,0-4,0 и растворитель - до 100. В качестве растворителя он содержит воду, низкозастывающие фракции углеводородов или минеральное масло (RU 2462539, кл. C23F 11/08, 27.09.2012).
Недостатком данного ингибитора является то, что входящий в его состав полимер - 2-гидроксиэтилметакрилат обладает высокими водопоглащением (40-80%) и набуханием в воде, что приводит к изменению структуры и состава ингибитора во времени, снижению его эффективности при защите от коррозии теплообменного оборудования из черных и цветных металлов.
Техническим результатом изобретения является расширение ассортимента отечественных водорастворимых ингибиторов коррозии, повышение эффективности защиты от коррозии и отложения солей теплообменного оборудования из черных и цветных металлов.
Данный результат достигается тем, что водорастворимый ингибитор коррозии металлов, включающий боразотсодержащее соединение, дополнительно содержит триэтилфосфат и имидазол, а в качестве боразотсодержащего соединения содержит продукт конденсации борной кислоты, диэтаноламина, моноэфира гликоля и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C12-C22 при их мольном соотношении 1:2:(0,5-0,7):0,4 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Продукт конденсации борной кислоты, | |
диэтаноламина, моноэфира гликоля | |
и смеси жирных кислот | 86,0-90,0 |
Триэтилфосфат | 2,0-4,0 |
Имидазол | 8,0-10,0 |
При этом при получении продукта конденсации в качестве моноэфира гликоля используют соединение, выбранное из группы: моноэтиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир этиленгликоля, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля.
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что при введении продукта конденсации борной кислоты, диэтаноламина (ДЭА), моноэфира гликоля и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C12-C22 при их мольном соотношении 1:2:(0,5-0,7):0,4 соответственно, триэтилфлсфата (ТЭФ) и имидазола при заявленном соотношении компонентов возникает синергический эффект усиления защитных свойств ингибитора, что позволяет получить стабильный водорастворимый ингибитор с высокой степенью защиты от коррозии и солеотложений теплообменного оборудования, выполненного из черных и цветных металлов.
Использование продукта конденсации при иных соотношениях реагентов, кроме заявленных, а также введение его, ТЭФ и имидазола при иных массовых соотношениях не позволяет получить водорастворимый ингибитор с высокими защитными свойствами.
В качестве смеси жирных кислот используют высокомолекулярные жирные кислоты растительных масел (подсолнечного, кокосового, соевого, рапсового, льняного и т.д.) ряда C12-C22 или синтетические жирные кислоты (СЖК) соответствующих фракций.
Жирные кислоты выделяют из растительных масел путем расщепления триглицеридов, например омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие / Под ред. М.М. Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).
Основной способ синтеза СЖК - окисление парафинов кислородом воздуха при 105-120°C и атмосферном давлении (катализатор - соединения Mn, например MnSO4, MnO2, KMnO4). Продукты окисления нейтрализуют раствором Na2CO3 и омыляют раствором NaOH; из полученных мыл кислоты выделяют обработкой H2SO4 и фракционируют / Брунштейн Б.А., Клименко В.Л., Цыркин Е.Б. Производство синтетических кислот из нефтяного сырья. - Л.: Химия, 1970. - 160 с.
В качестве моноэфира гликоля используют:
- моноэтиловый эфир этиленгликоля (этилцеллозольв) C2H5-O-CH2CH2OH по ГОСТ 8313-88;
- монобутиловый эфир этиленгликоля (бутилцеллозольв) C4H9-O-CH2CH2OH по ТУ 6-01-646-84;
- моноэтиловый эфир диэтиленгликоля (этилкарбитол) C2H5-O-CH2CH2-O-CH2CH2OH по ТУ 2422-125-05766801-2003;
- монобутиловый эфир диэтиленгликоля (бутилкарбитол) C4H9-O-CH2CH2-O-CH2CH2OH по ТУ 8-05-10-50-86.
Простые моноэфиры гликолей получают в результате реакции оксиэтилирования соответствующих спиртов при температуре 150-200°C и давлении 2-4 МПа в присутствии катализаторов (кислот, щелочей, либо цеолитов, силикагелей, алюмосиликатов).
Триэтилфосфат (Триэтиловый эфир ортофосфорной кислоты) (C2H5O)3PO является сложным эфиром этанола и фосфорной кислоты, представляет собой бесцветную, хорошо растворимую в воде жидкость с Т.кип.=216°C и относительной плотностью 1,073 г/см3.
Имидазол C3H4N2 (ТУ 6-09-37-1127-91) получают конденсацией глиоксаля с аммиаком в присутствии формальдегида. Он представляет собой бесцветные или бледно-желтые кристаллические хлопья со слабым запахом амина с температурой плавления 88,3-89,9°C и относительной плотностью 1,111 г/см3. Он хорошо растворим в воде, спирте, бензоле, плохо - в углеводородах.
Технология получения продукта конденсации заключается в следующем:
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, при температуре 90-100°C и постоянном перемешивании загружают 210 г (2 моля) диэтаноламина (ТУ 6-09-2652-91), 61 г (1 моль) борной кислоты (ГОСТ 18704-78) и 0,5-0,7 моль моноэфира гликоля (этилцеллозольва, бутилцеллозольва, этилкарбитола или бутилкарбитола). Реакционную массу нагревают до 180-200°C и проводят реакцию конденсации в течение 45-60 мин. Затем в реактор вводят 0,4 моля смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C12-C22 и продолжают реакцию конденсации в течение 30-40 мин при температуре 200-210°C.
Полученные продукты имеют цвет от желтого до медового, хорошо растворимы в воде, не пенятся, не образуют осадки в жесткой воде и имеют следующие характеристики:
Кинематическая вязкость при 100°C, сСт - не более 55,0.
Аминное число, мг HCl/г - не менее 42.
Зольность, % - отсутствует.
Температура вспышки в открытом тигле, °C - не ниже 200.
Для получения активной основы ингибитора 86,0-90,0 мас.% полученного продукта при постоянном перемешивании последовательно смешивают с 2,0-4,0 мас.% ТЭФ и 8,0-10,0 мас.% имидазола до получения однородного состава. Рабочая концентрация полученного ингибитора в воде составляет 1,0-3,0 мас.%.
Составы образцов предложенного водорастворимого ингибитора коррозии представлены в табл.1. Примеры 5 и 6 являются контрольными.
Испытания на коррозию образцов из углеродистой стали марки Ст.10 и цветных металлов проводили в искусственной воде на основе оборотной промышленной воды следующего состава, мг/л: CaCl2 - 294,5; NaCl2 - 36,2; Na2SO4 - 390,5; NaOH - 37,0.
Коррозионные испытания выполняли с помощью потенциостата П-5848 на вращающемся дисковом электроде при скорости движения воды 1 м/с, температуре 20°C и концентрации ингибитора 2,0 мас.% (табл.2).
Испытания на способность ингибитора предотвращать отложения солей осуществляли в ультратермостате при 60°C и выдержке в течение 7 ч. Исследования проводили в природной грунтовой воде с общей жесткостью 15,8 мг-экв/л, содержащей HCO3 - - 5,5 мг-экв/л и Ca2+ - 10,3 мг-экв/л (табл.3).
Использование предложенного водорастворимого ингибитора коррозии позволит надежно защитить от коррозии и солеотложений теплообменники систем оборотного технического водоснабжения бытового и промышленного назначения, выполненные из черных и цветных металлов.
Таблица 1 | ||||||
Компоненты | Содержание компонентов по примерам, мас.% | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Продукт конденсации борной кислоты с ДЭА, этилцеллозольвом и смесью жирных кислот растительных масел ряда C12-C22 при мольном соотношении 1:2:0,5:0,4 | 86,0 | 85,0 | ||||
Продукт конденсации борной кислоты с ДЭА, этилкарбитолом и смесью жирных кислот растительных масел ряда C12-C22 при мольном соотношении 1:2:0,6:0,4 | 88,0 | |||||
Продукт конденсации борной кислоты с ДЭА, бутилцеллозольвом и СЖК фракции C12-C22 при мольном соотношении 1:2:0,5:0,4 | 90,0 | 91,0 | ||||
Продукт конденсации борной кислоты с ДЭА, бутилкарбитолом и СЖК фракции C12-C22 при мольном соотношении 1:2:0,7:0,4 | 87,0 | |||||
Триэтилфосфат | 4,0 | 3,0 | 2,0 | 4,0 | 4,5 | 1,5 |
Имидазол | 10,0 | 9,0 | 8,0 | 9,0 | 10,5 | 7,5 |
Таблица 2 | |||||||
Результаты коррозионных испытаний предложенного состава | |||||||
Показатель | Вода, содержащая предложенный ингибитор, по примерам | Вода, содержащая ингибитор по прототипу | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
Скорость коррозии стали Ст.10, мА/см2 | 0,27 | 0,25 | 0,24 | 0,26 | 0,30 | 0,27 | 0,30-0,35 |
Коррозионное воздействие на металлы по потере массы при 88±2°C (336 ч), г/м2/сутки: | |||||||
медь M1 | 0,015 | 0,014 | 0,013 | 0,015 | 0,016 | 0,15 | 0,016-0,020 |
латунь Л-62 | 0,049 | 0,048 | 0,047 | 0,048 | 0,050 | 0,049 | 0,050-0,053 |
припой ПОС-40-2 | 0,16 | 0,15 | 0,14 | 0,15 | 0,17 | 0,15 | 0,17-0,20 |
алюминий АК-6М2 | 0,08 | 0,07 | 0,05 | 0,07 | 0,10 | 0,08 | 0,08-0,10 |
чугун СЧ-25 | 0,03 | 0,025 | 0,02 | 0,025 | 0,04 | 0,025 | 0,03-0,04 |
сталь 20 | 0,031 | 0,030 | 0,029 | 0,030 | 0,032 | 0,030 | 0,032-0,04 |
Защитная эффективность, %, через: | |||||||
7 дней | 97 | 98 | 99 | 98 | 96 | 98 | 96-98 |
30 дней | 97 | 98 | 99 | 98 | 96 | 98 | 92 |
3 месяца | 97 | 98 | 99 | 98 | 96 | 98 | 85 |
Таблица 3 | |||||
Степень защиты (Z) от солеотложений в природной грунтовой воде при 60°C | |||||
Среда, концентрация ингибитора, мас.% | Общая жесткость, мг-экв/л | HCO3 - мг-экв/л | Ca2+ мг-экв/л | Z, % | |
Исходная вода | 15,8 | 5,5 | 10,3 | - | |
Прототип | 0,5 | 13,1 | 4,6 | 8,5 | 83 |
1,0 | 14,5 | 5,0 | 9,5 | 92 | |
2,0 | 15,5 | 5,4 | 10,1 | 98 | |
Предложенный ингибитор | 0,5 | 13,6 | 4,7 | 8,9 | 86 |
1,0 | 15,3 | 5,3 | 10,0 | 97 | |
2,0 | 15,8 | 5,5 | 10,3 | 100 |
1. Водорастворимый ингибитор коррозии металлов, включающий боразотсодержащее соединение, отличающийся тем, что он дополнительно содержит триэтилфосфат и имидазол, а в качестве боразотсодержащего соединения содержит продукт конденсации борной кислоты, диэтаноламина, моноэфира гликоля и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C12-C22 при их мольном соотношении 1:2:(0,5-0,7):0,4 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
продукт конденсации борной кислоты | |
диэтаноламина, моноэфира гликоля | |
и смеси жирных кислот | 86,0-90,0 |
триэтилфосфат | 2,0-4,0 |
имидазол | 8,0-10,0 |
2. Водорастворимый ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве моноэфира гликоля использовано соединение, выбранное из группы: моноэтиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир этиленгликоля, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля.