Композиція поверхнево-активної речовини інгібуючої дії

Композиція поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії, що включає водорозчинний модифікований поліакриламід, водорозчинні вторинні аліфатичні аміни, лужний компонент, воду й доба 3 25760 де R1 та R2 вибирають з групи, що включає атом водню й С 1-С3 алкіл. Застосування вторинних аліфатичних амінів в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії обумовлюють її здатність запобігати утворенню накипу на металевій поверхні теплоенергетичного обладнання. Однак застосування відомого технічного рішення не дозволяє запобігти руйнівної дії розчинного у воді кисню на металеві елементи теплоенергетичного обладнання, що виготовлені з чорних, кольорових металів та їх сплавів. Таким чином, недоліком відомої композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії при її застосуванні для захисту металевої поверхні у водооборотних системах є невисока ефективність роботи теплоенергетичного обладнання, що обумовлена корозійною дією водного середовища. В основу справжньої корисної моделі поставлена задача створення такої композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії, застосування якої дозволило б виключити корозійну дію водного середовища на металеву поверхню теплоенергетичного обладнання й таким чином підвищити ефективність його роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії, що містить водорозчинний модифікований поліакриламід, водорозчинні вторинні аліфатичні аміни, лужний компонент, воду й добавку, відповідно до корисної моделі, як водорозчинні вторинні аліфатичні аміни використано діетаноламін й триетаноламін при наступному співвідношенні, мас.%: водорозчинний модифікований поліакриламід 0,5-8 діетаноламін 2-10 триетаноламін 2-10 лужний компонент 1-3 вода 45-85 добавка інше. Застосування водорозчинного модифікованого поліакриламіду в поєднанні з водорозчинними вторинними аліфатичними амінами, такими як діетаноламін й триетаноламін, обумовлює те, що при їх контакті з металевою поверхнею теплоенергетичного обладнання відбувається утворення міцної гідрофільної плівки, що захищає її від корозійної дії розчинного у воді кисню всередині замкнутої промислової системи оборотного водопостачання. Пояснюється це тим, що при поверхневому контакті композиції, що заявляється, з металевою поверхнею теплоенергетичного обладнання, відбувається взаємодія карбоксильних груп поверхнево-активної речовини з іонами металу, результатом такої взаємодії є утворення міцної гідрофільної плівки на металевій поверхні. Таким чином, застосування композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії, що заявляється, для захисту металевої поверхні всередині замкнутої промислової системи оборотного водопостачання дозволяє повністю виключити корозійну дію водного середовища на металеву поверхню теплоенергетичного обладнання й таким чином підвищити ефективність його роботи. 4 Надалі корисна модель пояснюється докладним описом компонентів й прикладами її отримання. Композиція поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії включає водорозчинний модифікований поліакриламід, водорозчинні вторинні аліфатичні аміни, лужний компонент, воду й добавку. Наявність в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії водорозчинного модифікованого поліакриламіду наступної структури CH 2 CH CH2 CO0 - Na+ CH 0=C-NH 2 n де n=1000-10000 сприяє утворенню на металевій поверхні теплоенергетичного обладнання полімерної гідрофільної плівки. Застосування водорозчинного модифікованого поліакриламіду більше верхньої межі 8% призводить до отримання готової речовини в'язкої консистенції, що в значній мірі ускладнює його розчинення в воді системи оборотного водопостачання, а менше нижньої межі 0,5% є недоцільним й неефективним. В якості водорозчинних вторинних аліфатичних амінів в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії використано діетаноламін й триетаноламін. Діетаноламін сприяє утворенню магнетитової плівки, а завдяки високим термостійким властивостям й здатністю солеутворення, дозволяє регулювати водно-хімічний режим водопарового тракту, шля хом підтримки необхідного значення РН води й зниження змісту вуглекислого газу в парах води. Збільшення концентрації діетаноламіну більше ніж 10% призводить до підвищеного вмісту у водно-паровому тракті іонів міді, збільшення яких у воді сприяє утворенню сольових відкладень на лопатках турбін теплоенергетичного обладнання, що призводять до порушення технологічного режиму роботи виробництва в цілому. Застосування діетаноламіну менше нижньої межі 2% є недоцільним, оскільки не призводить до поліпшення властивостей гідрофільної плівки, а, отже, не забезпечує ефективної роботи технологічного обладнання й процесу в цілому. Наявність триетаноламіну в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії сприяє утворенню міцної плівки, а, крім того, дозволяє розчиняти раніше утворені іони жорсткості з подальшим виводом їх з водооборотної системи у вигляді компактного дрібнодисперсного шламу, що в значній мірі покращує теплопровідність теплоенергетичного обладнання. Застосування триетаноламіну вище вер хньої межі більше 10% сприяє збільшенню комплексоутворень, що призводять до значного прискорення корозії мідних поверхонь та її сплавів, а зниження концентрації менше ніж 2% призводить до неефективного розчинення раніше утворених солевідкладень. 5 25760 Таким чином, комплексне застосування в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії водорозчинного модифікованого поліакриламіду, діетаноламіну й триетаноламіну сприяють швидкому утворенню міцної магнетитової плівки на металевій поверхні теплоенергетичного обладнання, що обумовлено їх синергетичним ефектом. Міцність гідрофільної плівки пояснюється високим вмістом модифікованих акриламідних груп в структурі поверхнево-активної речовини (до 80%), яка, у свою чергу, обумовлена застосуванням високореакційних метілольних похідних водорозчинних вторинних аліфатичних амінів загальної формули Z C H 2OH . Крім того, міцніші властивості плівки також пояснюються переходом рихлого корозійнопроникного шару Fe2O3 у шар магнетиту Fe3 О4, який відбувається одночасно з утворенням гідрофільної плівки в результаті поверхневого контакту композиції речовини з металевою поверхнею. Крім цього утворена міцна магнетитова плівка володіє високими адсорбційними властивостями, які забезпечують її надійне зчеплення з металевою поверхнею. Застосування лужного компоненту, наприклад, NaOH забезпечує оптимальне РН води, значення якого регламентоване правилами експлуатації теплоенергетичного обладнання в замкнутих системах водооборотного водопостачання й складає РН=9,1-9,3од. Збільшення концентрації NaOH більше ніж 1,5% призводить до підвищеного вмісту в воді системи водопостачання іонів Na, що прискорюють корозійні процеси металевої поверхні, а зниження концентрації менше ніж 1% призводить, з одного боку, до додаткового збільшення змісту діетаноламіну або інших компонентів, що регулюють значення РН, а, з другого боку, до необгрунтованого збільшення витрати композиції поверхневоактивної речовини в цілому. В якості добавки в композиції поверхневоактивної речовини інгібіруючої дії можуть бути використані водорозчинні вторинні циклічні аміни, наприклад тетрагідрооксазин - 1,4 (морфолін) в кількості 1-8%. Додаткове застосування морфоліну дозволяє збільшити реакційноспроможність діетаноламіну й триетаноламіну, внаслідок чого процес утворення захисної магнетитової плівки скорочується в 1,5-2 рази. Крім того, застосування морфоліну в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії забезпечує необхідне значення РН у воді. Крім цього, застосування морфоліну дозволяє забезпечити надійний антикорозійний захист сталевих поверхонь, що в значній мірі поширює галузь застосування технічного рішення, що заявляється. Застосування морфоліну більше верхньої межі 8% призводить до розчинення міді й мідних сплавів з подальшим утворенням іонів міді, збільшення яких у воді сприяє утворенню сольових відкладень на лопатках турбін теплоенергетичного обладнання, що, у свою чергу, порушує те хнологічний режим роботи виробництва в цілому. 6 Застосування морфоліну менше нижньої межі 1% є недоцільним й неефективним. Також в якості добавки в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії можуть бути використані дікарбонові кислоти з ряду С 4-С6, такі як етан-1,2-дікарбонова кислота (янтарна кислота) та/або пропан-1,3-дікарбонова кислота (глутарова кислота) та/або бутан-1,4-дікарбонова кислота (адипінова кислота). Застосування адипінової кислоти в композиції, що заявляється, підсилює «миючий» ефект поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії, що заявляється, що обумовлює застосування технічного рішення для захисту поверхонь без попереднього очищення від накипу. Пояснюється це здатністю адипінової кислоти розчиняти раніше утворені іони солевідкладень Са+2, Mg+2, Fe+2 на поверхні теплоенергетичного обладнання. Підвищений вміст адипінової кислоти (більше 0,8%) призводить до збільшення в оборотній воді іонів заліза, які також як й іони міді сприяють утворенню сольових відкладень на лопатках турбін теплоенергетичного обладнання. Застосування адипінової кислоти менше нижньої межі 0,1% також є недоцільним з причини неефективного розчинення солевідкладень. В якості добавки в композиції поверхневоактивної речовини інгібіруючої дії також можуть бути використані водорозчинні солі меркаптопроїзводних органічних сполук, таких як 2меркаптобензотіазол (каптакс) та/або 2,3дімеркаптосукцинова кислота (2,3дімеркаптоянтарна кислота) та/або 1-феніл-5меркаптотетразол. Їх введення дозволяє в значній мірі розширити галузь застосування технічного рішення, що заявляється, за рахунок антикорозійної здатності при інгібуванні міді й мідних сплавів. Обумовлюється це утворенням міцних нерозчинних комплексів міді на металевій поверхні теплоенергетичного обладнання, внаслідок чого виключається перехід іонів міді у водний розчин. Таким чином, виключається утворення солевідкладень на лопатках турбін, підвищений вміст яких призводить до порушення технологічного режиму роботи виробництва. Крім того, застосування 2,3дімеркаптоянтарної кислоти дозволяє регулювати водно-хімічний режим теплоенергетичного обладнання за рахунок зниження концентрації кисню в воді системи водопостачання, наявність якого призводить до розвитку корозійних процесів. Застосування водорозчинних солей меркаптопроїзводних органічних сполук, концентрація яких виходить за межі 0,01-0,16%, є недоцільним, оскільки не призводить до поліпшення властивостей композиції поверхнево-активної речовини. В результаті лабораторних досліджень було встановлено, що найефективнішу дію в композиції поверхнево-активної речовини надають парні суміші - 2,3-дімеркаптоянтарна кислота й 2меркаптобензотіазол, 2,3-дімеркаптоянтарна кислота й 1-феніл-5-меркаптотетразол. 7 25760 Також в якості добавки в композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії можуть бути використані третинні аліфатичні аміни, наприклад триетіламін, застосування якого дозволяє в 2 рази понизити концентрацію розчиненого в воді кисню за рахунок «легкого» окислення. Крім того, застосування триетіламіну запобігає вуглекислотну корозію, яка розвивається в умовах високих температурних режимів в результаті руйнування мінеральних солей, й регулює РН води, значення якого не повинно виходити за межі, що регламентовані правилами експлуатації теплоенергетичного обладнання. Підвищена концентрація триетіламіну більше 70% призводить до збільшення електропровідності води всередині замкнутої системи оборотного водопостачання, що, у свою чергу, обумовлює її корозійну дію на металеву поверхню. Зниження концентрації триетіламіну менше 1% призводить до зниження РН води нижче за допустиму норму (менш 8,7од.) й до підвищення змісту кисню в воді системи водопостачання. Таким чином, застосування технічного рішення, що заявляється, дозволяє забезпечити комплексний захист металевої поверхні теплоенергетичного обладнання, що включає виключення корозійної дії водного середовища за рахунок утворення міцної магнетитової плівки; розчинення раніше утворених іонів жорсткості з виводом їх з водооборотної системи шляхом продування у вигляді компактного дрібнодисперсного шламу; запобігання утворенню накипу в процесі технологічного виробництва; регулювання водно-хімічного режиму теплоенергетичного обладнання за рахунок забезпечення необхідного РН води, зниження концентрації кисню в воді й вуглекислого газу в парах води. Отримання композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії включає проведення хімічної реакції у водному середовищі водорозчинного модифікованого поліакриламіду наступної формули CH 2 CH CH2 CH CO0 - Na+ 0=C-NH 2 n де n=1000-10000 й метілольних похідних вторинних аліфатичних амінів, загальної формули Z C H 2OH R1 Z= N -залишок вторинного аліфатичного R2 аміну; R1=R2=-CH2-CH-OH; R2 – вибирають з групи, що включає атом водню й С 1–С7 алкіл; В результаті конденсації водорозчинного модифікованого поліакриламіду й метілольних похідних вторинних аліфатичних амінів утворюються амідоамінні групи, наявність яких сприяє утворенню міцної магнетитової плівки, що забезпечує ефективний антикорозійний захист металевої поверхні теплоенергетичного обладнання. 8 CH2 CH CH 2 0=C - 0- Na+ CH2 m CH 0=C - 0- Na+ m 0=C - NH 2 CH2 CH 2 + ( 1-m) Z CH OH 1-m + (1-m) H2O CH 1-m C=0 NH CH2 Z Приклади отримання композиції поверхневоактивної речовини дії, що інгібірує. Приклад №1 У конусоподібну колбу місткістю 250мл вливають 80мл демінералізованої води й додають 2г водорозчинного модифікованого поліакриламіду. Одержану суміш витримують при кімнатній температурі й постійному перемішуванні протягом 30хв. до утворення в'язкого однорідного прозорого розчину. Одночасно з цим в ємність об'ємом 50мл вливають 10мл демінералізованої води й додають 1г твердого NaOH, 0,1г 2,3-дімеркаптоянтарної кислоти, 0,05г 2-меркаптобензотіазола (каптакса), 0,1г бутан-1,4-дікарбонової кислоти (адипінової кислоти). Одержану суміш витримують без перемішування протягом 20хв. до повного розчинення всіх компонентів. Далі в конусоподібну ємність додають вміст другої місткості, а також 5мл діетаноламіну, 5мл триетаноламіну й 2мл триетіламіну та при постійному перемішуванні витримують протягом 75хв. до повної гомогенізації розчину. Одержана композиція поверхнево-активної речовини є прозорим, в'язким розчином, що характеризується РН=11,8од. й динамічною в'язкістю 40Па·с. Приклад №2 У конусоподібну колбу місткістю 250мл вливають 80мл демінералізованої води й додають 1,5г водорозчинного модифікованого поліакриламіду. Одержану суміш витримують при кімнатній температурі й постійному перемішуванні протягом 20хв. до утворення в'язкого однорідного прозорого розчину. Одночасно з цим в ємність об'ємом 50мл вливають 10мл демінералізованої води й додають 1,5г твердого NaOH, 0,1г 2,3-дімеркаптоянтарної кислоти, 0,04г 1-феніл-5-меркаптотетразолу, 0,2г етан-1,2-дікарбонової кислоти (янтарної кислоти). Одержану суміш витримують без перемішування протягом 20хв. до повного розчинення всіх компонентів. Далі в конусоподібну ємність додають вміст другої місткості, а також 5мл діетаноламіну, 3мл триетаноламіну, 2мл тетрагідрооксазін-1,4 (морфоліну) й 2мл триетіламіну та при постійному перемішуванні витримують протягом 20хв. до повної гомогенізації розчину. Одержана композиція поверхнево-активної речовини є прозорим, в'язким розчином, що характеризується РН=12,5од. й динамічною в'язкістю 80Па·с. Композиція поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії, що заявляється, може бути одержана в умовах промислового виробництва на стандартному обладнанні, її застосування дозволяє в 9 25760 процесі виробничого циклу забезпечити комплексний й ефективний захист теплоенергетичного обладнання та продовжити термін його експлуатації. Найбільший економічний ефект від використання композиції поверхнево-активної речовини інгібіруючої дії для захисту металевої поверхні Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 10 теплоенергетичного обладнання у водооборотних системах може бути одержаний на крупних теплоенергетичних об'єктах (ТЕЦ), на яких ви хід з експлуатації для ремонту або заміни обладнання пов'язаний з великими економічними витратами. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601