Композиція для запобігання корозії металів в оборотних системах та спосіб утилізації стічних вод промислових підприємств, які містять амонійний азот

Реферат: Винахід належить до водопідготовлення, зокрема до очищення та утилізації промислових вод шляхом їх використання для живлення теплообмінних систем. Композиція для запобігання корозії металів в оборотних системах включає інгібітор нітрифікації та інгібітор корозії фосфатно-силікатну суміш у співвідношенні поліфосфат:силікат 1:(5-10). Як інгібітор нітрифікації використовують сіль ортофосфорної кислоти та ксантанового водню - 3-іміно-5тіон-1,2,4-дитіазолідону. Винахід забезпечує швидкість корозії вуглецевої сталі в оборотній фенольній воді до 0,15-0,2 мм/рік. UA 109035 C2 (12) UA 109035 C2 UA 109035 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до водопідготовки, зокрема до складу композиції для запобігання корозії теплообмінних систем, а також обробки і утилізації промислових стічних вод за допомогою цієї композиції. Винахід може бути використаний для очищення та утилізації промислових вод шляхом їх використання для живлення теплообмінних систем. Відоме використання фосфатно-силікатної композиції для зменшення швидкості протікання корозійних явищ в оборотних системах водопостачання [Алцыбеева А.И. Ингибиторы коррозии металлов: справочник / А.И. Алцыбеева, С.З. Левин; под ред. проф. Антропова Л.И. - Л.: Химия, 1968. - 264 с.]. Недоліком даної інгібіторної композиції є те, що вона не може бути використана в умовах присутності амонійних солей в оборотній системі, які накопичуються, наприклад, в стічних фенольних водах коксохімічного виробництва, оскільки при цьому в оборотних циклах охолодження протікає окислення амонійного азоту і виділення іонів водню, також підкислення середовища до рН 5,5-6,0. При таких значеннях рН захисна дія відомої інгібіторної композиції знижується і вона малоефективна. Найбільш близькою до запропонованої є композиція, яка у своєму складі містить інгібітори нітрифікації, наприклад, 4-аміно-1,2,4-триазол з органічним комплексоутворювачем [Патент України № 66669, МПК C23F11/10, C02F1/50, C02F5/08, C02F5/10. Композиція для запобігання кислій мікробіологічній корозії, спосіб обробки води та спосіб утилізації промислових вод, які містять амонійний азот / Івонін М.В., Заволокін В.І., Шукайло Б.М.; заявл. 08.09.2003; опубл. 15.05.2006, Бюл. № 5]. Дана композиція ефективно знижує діяльність нітрифікуючих бактерій роду Nitrosospira, Nitrosocacus, Nitrosolobus, Nistrosomonos та інші. Але для води, що містить хлориди та роданіди, підвищення тільки рН недостатньо для ефективного зниження корозійних процесів. Недоліком цієї композиції при використанні її в оборотних системах промислових підприємств є мала ефективність захисту вуглецевої сталі від корозії. У даному середовищі корозійні процеси ідуть настільки ефективно, що у воді накопичуються іони заліза, які повністю дезактивують дію інгібіторів-нітрифікантів. У основу винаходу поставлено задачу удосконалення композиції для запобігання корозії металів в оборотних системах шляхом зміни якісного і кількісного складу відомої композиції, в якій за рахунок пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів-нітрифікаторів у воді, а також високої адсорбційної дії фосфатно-силікатного інгібітора корозії досягається висока селективність пригнічення діяльності нітрифікуючих бактерій, а також висока захисна дія від корозії. Поставлена задача вирішується тим, що в композиції для запобігання корозії металів в оборотних системах, що включає інгібітор нітрифікації, згідно з винаходом, вона додатково включає інгібітор корозії - фосфатно-силікатну суміш у співвідношенні поліфосфат:силікат 1:(510) мас. %, а як інгібітор нітрифікації використовують похідні роданистоводневої кислоти. Поставлена задача вирішується тим, що, згідно з винаходом, співвідношення інгібітору корозії до азотовмісного компонента інгібітору нітрифікації становить 100:1-50:1, розраховано по масі. Як інгібітор нітрифікації використовували сіль, утворену при взаємодії роданистого амонію (натрію) з ортофосфорною кислотою за реакціями: NH4CNS+Н3РО4NH4Н2РО4+HCNS S HCNS S S NH2 N H ксантановий водень (3-іміно-5-тіон-1,2,4-дитіазолідон), S S 45 50 S S N H NH2 + H3PO4 S S N + NH3 H2PO4 сіль ортофосфорної кислоти і ксантанового водню. Як інгібітор нітрифікації використовуються водні розчини солі. Нітрифікант дозують у вигляді водного розчину з концентрацією 2-5 % мас., а фосфатносилікатну суміш додають до оборотної системи у вигляді водного розчину 10-15 %. 3 Концентрація нітрифіканта в оборотній системі підтримують на рівні 1-3 мг/дм . Концентрацію 3 фосфатно-силікатної суміші в оборотній воді - 100-300 мг/дм . 1 UA 109035 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Задачею винаходу є забезпечити за рахунок використання запропонованої композиції мінімальну допустиму швидкість корозії вуглецевих сталей в оборотній воді при використанні стічних вод промислових підприємств. Технічний результат запропонованої композиції полягає у пригніченні життєдіяльності мікроорганізмів-нітрифікаторів у воді, а також у високій адсорбційній дії фосфатно-силікатного інгібітора (створення силікатної плівки). При сумісній дії наведених інгібіторів досягається висока селективність, а також захисна дія на процеси корозії, яка дозволяє підтримувати швидкість корозії в оборотній системі менше 0,2 мм/рік при відсутності карбонатних відкладень на теплообмінній поверхні. Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється та технічним результатом, який досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок. Відмінною ознакою від прототипу є використання нової композиції на основі солі ортофосфорної кислоти і ксантанового водню, а також фосфатно-силікатної суміші. Перевагою запропонованої композиції є те, що у воді вона проявляє ефективну селективну дію відносно мікроорганізмів-нітрифікаторів при невеликих 3 рівнях її дозування 1-5 мг/дм , а також високу ефективність по захисту від корозії для систем оборотних циклів при використанні стічних вод, наприклад, коксохімічного виробництва, які містять у своєму складі іони амонію. Використання тільки фосфатно-силікатної композиції в наведених концентраціях також малоефективне, оскільки при процесах нітрифікації іонів амонію досягається зниження рН системи нижче 6,5, що призводить до того, що фосфатно-силікатна суміш у даній системі малоефективна. Ще однією перевагою даної композиції є те, що нітрифікант, сіль ортофосфорної кислоти і ксантанового водню, не виводиться з системи завдяки малій кількості іонів заліза. Використання даної композиції знижує швидкість корозії вуглецевої сталі до величин 0,15-0,2 мм/рік. Винахід пояснюється прикладом 1 приготування композиції. Приклад 1 Для приготування інгібітора нітрифікації на основі роданистоводневої кислоти в реактор з 3 мішалкою заливають 5 дм води, далі додають 6 кг роданистого амонію, перемішують і отримують водний розчин, в який дозують 85 % ортофосфорну кислоту в кількості 10 кг. Розчин підігрівають до температури 60-80 °C протягом 2 годин. Отриманий розчин солі ксантанового водню з ортофосфорною кислотою в вигляді світло-жовтої рідини дозують в оборотну воду. Пригнічення життєдіяльності кислотостійких форм мікроорганізмів досягають дозуванням 3 водного розчину інгібітора нітрифікації в оборотну воду при концентрації 2-5 мг/дм в перерахунку на роданистий амоній. Відомий також спосіб використання стічних фенольних вод для підживлення оборотних циклів водопостачання [Привалов В.Е. Использование обесфеноленной сточной воды в оборотных циклах охладительных систем / В.Е. Привалов, Н.С. Винарский, Г.И. Папков, Б.П. Сухомлинов // Кокс и химия. - 1973. - № 12. - С. 31-34]. Недоліком даного способу є висока корозійна активність оборотної води. Швидкість корозії вуглецевої сталі у даних середовищах досягає 1,5-2 мм/рік. У зв'язку з цим недоліком даний спосіб неможливо використовувати без додаткових заходів для зниження процесів корозії. Найбільш близьким за технічною суттю та отриманим результатом до запропонованого є спосіб утилізації стічних вод промислових підприємств, які містять амонійний азот, шляхом їх використання як додаткової води для підживлення систем оборотного водопостачання [Патент України № 66669, МПК C23F11/10, C02F1/50, C02F5/08, C02F5/10. Композиція для запобігання кислій мікробіологічній корозії, спосіб обробки води та спосіб утилізації промислових вод, які містять амонійний азот / Івонін М.В., Заволокін В.І., Шукайло Б.М.; заявл. 08.09.2003; опубл. 15.05.2006, Бюл. № 5], який є малоефективним, оскільки висока швидкість корозії в оборотній воді призводить до накопичення іонів заліза, які дезактивують дію інгібітора нітрифікації. Комплексоутворювачі, які вводяться у дану композицію, пришвидшують процес корозії, особливо при наявності роданід-іонів. У основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу шляхом зміни використання речовин за рахунок пригнічення дії нітрифікуючих бактерій та гальмує ефективність проходження процесів корозії. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утилізації стічних вод промислових підприємств, які містять амонійний азот, шляхом їх використання як додаткової води для підживлення систем оборотного водопостачання, згідно з винаходом, підживлення систем оборотного водопостачання здійснюють з дозуванням композиції для запобігання корозії, включаючи інгібітор корозії - фосфатно-силікатну суміш у співвідношенні поліфосфат:силікат 1:(5-10), мас. %, а як інгібітор нітрифікації використовують похідні роданистоводневої кислоти, 2 UA 109035 C2 5 причому співвідношення інгібітору корозії і азотовмісного компонента інгібітора нітрифікації становить 100:1-50:1, розраховано по масі. Склад запропонованої композиції наведено у таблиці 1, а аналіз властивостей запропонованої композиції у порівнянні з відомою композицією наведено у таблтиці 2. Як видно з даних таблиці 2 швидкість корозії вуглецевої сталі зменшується при введенні композиції в концентрації 100 мг/дм при співвідношенні поліфосфат:силікат 1:(5-10), та використанні солі ортофосфорної кислоти і ксантанового водню, при співвідношенні інгібітору корозії і азотовмісного компонента інгібітора нітрифікації 100:1-50:1, по масі. Таблиця 1 Вміст компонентів у складі композиції Найменування компонентів І II III IV V VI VII VIII 5 9 9 8,9 8,8 12 16,5 20 94 90 90 89,1 88,2 87 82,5 79 1 0,5 1 2 3 1 1 1 1:18,8 Поліфосфат натрію (ГОСТ 20291-80 Натрия полифосфат. Технические условия) Силікат натрію (ГОСТ Р 5041892 Силикат натрия растворимый. Технические условия) Сіль роданистоводневої кислоти (ортофосфорної кислоти і ксантанового водню) Співвідношення силікату і поліфосфату натрію 1:10 1:10 1:10 1:10 1:7,25 1:5 1:3,95 10 Таблиця 2 Показники складу композиції, Властивості І Швидкість корозії вуглецевої сталі в модельній оборотній 0,35 2 воді, г/м ·год. ** що пропонується IV V VI II III 0,25 0,15 0,17 0,16 0,17 VII VIII 0,15 0,43 відомої * 0,64 * Взято 50 мг/л композиції, яка була виготовлена по патенту України № 66669 (в ємність для 3 приготування композиції заливають 1 дм води, далі добавляють 50 г 3(5) метилпіразолу і 120 г лимонної кислоти). ** Швидкість корозії визначали за допомогою потенціостатичного методу в оборотній воді 3 3 складу: хлориди - 200 мг/дм , сульфати - 400 мг/дм , іони амонію - 250 мг/дм, нітрати - 150 мг/дм, нітрити - 10 мг/дм, рН - 7,4 при температурі 50 °C. Концентрація запропонованої 3 3 композиції складає інгібітора корозії 100 мг/дм , а інгібітора нітрифікації 1 мг/дм . 15 20 25 Ефективність композиції досліджують у процесі обробки води, яка спричиняє кислу мікробіологічну корозію у наведеному прикладі 2. Спосіб пояснюється конкретним прикладом 2 здійснення способу. Приклад 2 У оборотну воду коксохімічного підприємства, в якій використовуються стічні фенольні води: 3 3 3 концентрація аміаку 200-500 мг/дм , нітрати 5-200 мг/дм , нітрити 3-15 мг/дм , періодично дозують водний розчин композиції виготовлений за прикладом 1. У воду додають оптимальну 3 дозу композиції з розрахунку 2 г на 1 м фізичного об'єму води. У оборотну воду, крім того 3 дозують поліфосфат натрію в кількості 10 мг/дм (в перерахунку на Р2О5), а також силікат натрію 3 в кількості 100 мг/дм (в перерахунку на SiO2). Поставлена задача вирішується також тим, що як промислові води використовують, наприклад, стічні фенольні води коксохімічного виробництва і/або біологічно очищені стічні води, які отримують амонійний азот і/або продукти його нітрифікації - окислені форми азоту нітрити і нітрати. Технічний результат способу полягає у пригніченні життєдіяльності 3 UA 109035 C2 5 10 мікроорганізмів-нітрифікантів, які викликають корозію. Перевагою способу утилізації стічних вод є зниження процесу корозії з 0,7-0,8 мм/рік до 0,12-0,13 мм/рік. Крім того ще однією перевагою приведеного способу є те, що амонійний азот при гідролізі викликає утворення кислоти, яка розчиняє відкладення на теплообмінних поверхнях. Присутність в оборотній воді іонів амонію з органічними фенольними сполуками викликає стабілізацію карбонатів і при цьому не утворюються нові відкладення на теплообмінній поверхні. Процес застосування композиції коригують за показниками оборотної води: нітрити, нітрати і рівень рН. Після дозування композиції (приклад 1), а також фосфатно-силікатної суміші вміст нітритів і нітратів у воді 3 зменшується до 0,5-0,7 мг/дм , рН води підвищується з 5,5 до 7,5, корозія сталі зменшується. Запропоноване технічне рішення забезпечує високу захисну дію від корозії за рахунок високої селективності пригнічення діяльності нітрифікуючих бактерій і високої адсорбційної здатності фосфатів та силікатів на поверхні вуглецевої сталі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 1. Композиція для запобігання корозії металів в оборотних системах, що включає інгібітор нітрифікації, яка відрізняється тим, що вона додатково включає інгібітор корозії - фосфатносилікатну суміш у співвідношенні поліфосфат:силікат 1:(5-10) мас. %, а як інгібітор нітрифікації використовують сіль ортофосфорної кислоти та ксантанового водню - 3-іміно-5-тіон-1,2,4дитіазолідону. 2. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що співвідношення інгібітору корозії і азотовмісного компонента інгібітору нітрифікації - 100:1-50:1, розраховано по масі. 3. Спосіб утилізації стічних вод промислових підприємств, які містять амонійний азот, шляхом їх використання як додаткової води для підживлення систем оборотного водопостачання, який відрізняється тим, що підживлення систем оборотного водопостачання здійснюють з дозуванням композиції для запобігання корозії за пунктом 1 або 2. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4