Інгібітор корозії металів для сольових середовищ зі змінною кислотністю

Реферат: Інгібітор корозії металів для сольових середовищ зі змінною кислотністю містить вільні кам'яновугільні піридинові основи, продукт конденсації піридинових основ з ортофосфорною кислотою, метилдіетаноламін та воду. UA 101462 U (12) UA 101462 U UA 101462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі захисту металів від корозії, а саме до складів для захисту від корозійного впливу сольових середовищ на обладнання установок очищення горючих газів від кислих компонентів H2S та СО2 та призначений для використання в основному у нафтовій, газовій та коксохімічній промисловості на установках моноетаноламінових сіркоочистках. На об'єктах промислових очисток цей інгібітор подається в поглинач для зниження його корозійної активності відносно вуглецевих та легованих сталей. Інгібітор ефективний не тільки в кислих, але й в нейтральних водних сольових розчинах. Для зменшення корозійної активності та захисту обладнання установок очистки природних газів від СО 2 використовують хромат калію, сульфіт натрію, Ν,Ν-діетанолгліцин, етилендіамінтетраацетат натрію, метаванадат натрію [Очистка технологических газов. Под ред. Т.А.Семеновой и И. Л. Лейтеса. - М.: Химия, 1977. - 488 с]. Але в присутності сірководню практично всі наведені інгібітори неефективні, так як під дією H2S вони розпадаються або нейтралізуються, особливо в процесах регенерації поглиначів, коли при значному виділенні H2S, HCN та СО2 рН середовища різко знижується. Для зниження корозійної активності сірководневих сольових середовищ широко відоме застосування інгібіторів корозії чорних металів в кислих середовищах на основі гетероциклічних амінів, піридинових основ [1. Авторське свідоцтво СРСР № 123816, опубл. в «Бюлетені винаходів» № 21 за 1959 p., заявлено 1959 p.; 2. Нестеренко С, Банников Л., Костенко А. Коррозионная активность технологических сред аминных сероочисток коксового газа и методы защиты оборудования от коррозионных разрушений // XII Міжнародна конференція «Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів Коррозия-2014». - № 372]. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, який досягається, є інгібітор сірководневої корозії чорних металів у малокислих середовищах [Патент України № 30748, опубл. 15.12.2000 р., бюл. № 7]: - продукт конденсації кам'яновугільних піридинових основ і кам'яновугільного фенолу і його метилпохідних - 15-50 % мас.; - вільні кам'яновугільні піридинові основи - 10-40 % мас.; - бензол та його метилпохідні - 10-50 % мас. Даний інгібітор добре захищає чорні метали від дії сірководню, але не діє в лужних та нейтральних середовищах. Задачею корисної моделі є створення двоцільового інгібітора корозії, який проявляє ефективну дію як в кислих, так і в нейтральних сольових середовищах. Інгібітор корозії повинен ефективно захищати чорні та леговані метали обладнання, як на стадії абсорбції, так і на стадії регенерації. Поставлену задачу вирішують тим, що піридинові основи та їх метилпохідні конденсують з ортофосфорною кислотою, і в складі інгібіторної композиції їх використовують як солі, а як антиоксидант та розчинник використовують метилдіетаноламін (МДЕА) при такому співвідношенні компонентів у мас. %: вільні піридинові основи 15-20 продукт конденсації вільних піридинових основ з 30-40 ортофосфорною кислотою МДЕА 5-10 вода до 100. Для проведення випробування інгібіторів використовували електрохімічні, гравіметричні лабораторні вимірювання, які проводили на основі побудови поляризаційних кривих. Поляризаційні виміри проводили в триелектродній комірці з розділеними електродами. Перемішування розчину проводили з допомогою магнітного змішувача при вільному доступі повітря в комірку. Температура розчину підтримувалась при вимірах за допомогою термостата U 10 на рівні 95±2 °С. Густина корозійного струму пропорційна швидкості корозії металу у середовищі, яке досліджувалось, та визначали екстраполяцією Тафелевських ділянок на одержаних поляризаційних кривих до значення потенціалу вільної корозії. Швидкість корозії метала у розчину, який досліджувався, визначали за формулою:   м г / м 2  год.  50 і  n  2.68  10 2 ; де, А - атомна маса заліза; n - число електронів, які приймають участь у електрохімічній реакції; 2 і - густина струму корозії, А/см . 1 UA 101462 U На основі визначених швидкостей корозії визначали захисну дію інгібітору корозії за формулою: Z 5 10 15 м  м інг  100% , м де, Kм - швидкість корозії металу у даному середовищі; Kм (інг) - швидкість корозії металу у даному середовищі з добавкою інгібітора корозії. Крім поляризаційних випробувань швидкість корозії визначали гравіметричним методом, випробування проводили в робочому розчині моноетаноламінової сіркоочистки коксового газу. Установка для визначення корозійної активності моноетаноламінового розчину являє собою автоклав, у якому за допомогою нагрівачів підтримується температура середовища на рівні 120130 °С. Схема автоклаву для проведення корозійно-електрохімічних досліджень під тиском та підвищених температурах наведена на фіг. 1, де 1 - корпус; 2 - комірка з фторопласту або в емальованому виконанні; 3 - конденсатор; 4 - клапан; 5 - манометр; 6 - вентиль голчастий; 7, 8 струмопровід; 9 - робочий електрод; 10 - електрод порівняння; 11 - кульовий вентиль з фторопласту; 12 - допоміжний електрод з платини; 13 - кишеня для термопари; 14 - трубки для подачі інертного газу. Як агресивне середовище використовували модельні розчини моноетаноламіну, а також технологічні розчини поглиначів - регенеровані розчини моноетаноламіну коксохімічних підприємств України (табл.1). Таблиця 1 Характеристика робочих розчинів поглиначів Показники Загальний амін, % Вільний амін, % Зв'язаний амін, % Термостабільні солі, у перерахунку на амін, % 3 H2S, г/дм· 3 СО2, г/дм 3 HCN, г/дм 18,4 7,9 10,4 2,9 0,09 0,27 0,07 20 Як метал, який досліджували, використовували вуглецеву сталь Вст 3, а також леговану сталь 12Х18Н10Т. Технологія використання інгібітору корозії включає додавання його до технологічного розчину поглинача у кількості 0,5-1,0% від маси розчину. 25 Таблиця 2 Склад дослідних зразків інгібітору корозії вміст компонентів відсотках І II 15 17,5 Компоненти композиції Вільні піридинові основи Продукт конденсації вільних ортофосфорною кислотою МДЕА Вода піридинових основ з у масових III 20 30 35 40 5 50 7,5 40 10 30 Результати випробувань зразків інгібітору у технологічному робочому розчині наведені у табл. 3. 2 UA 101462 U Таблиця 3 Концентрація інгібітору Найближчий аналог (вільні піридинові основи за СТП 24.131297266-004:2009) Прототип І II III 5 10 15 Захисна дія, % електрохімічні гравіметричні дослідження, дослідження, рідинна рідинна фаза/парова фаза фаза/парова фаза 1% 10/36 8/30 1% 1% 1% 1% 15/42 93,4/85 93,1/86 93,2/85,5 20/45 92,3/62 93,4/61,8 93,2/62,3 Як видно з табл. 3, запропонований інгібітор корозії виявляє надійні захисні властивості від корозії вуглецевих сталей як при дії кислих середовищ (парова фаза), так і у рідкій фазі (лужне середовище). Зазначимо, що дія інгібітору корозії значно перевищую дію відомих інгібіторів вільних піридинових основ, а також інгібітору - прототипу (продуктів конденсації вільних піридинових основ з фенолами). Зазначений ефект можна пояснити високою адсорбційною дією компонентів запропонованого інгібітору (фосфатів у нейтральних середовищах а також іонів піридинію у кислих середовищах). При дослідженні дії даного інгібітору на електрохімічну поведінку легованих сталей 12Х18Н10Т у даних агресивних середовищах було показано на гальмування точкової місцевої корозії (фіг. 2 Корозійна активність регенерованого робочого розчину при 95 °С, що одержана на сталі 12Х18Н10Т, фіг. 3 Вплив добавки інгібітору корозії (1% мас.) на корозійну активність регенерованого робочого розчину (95 °С), що визначалась на сталі 12Х18Н10Т). Виходячи з отриманих даних (фіг. 2, 3) при додаванні інгібітору корозії потенціал репасивації пітингів знаходиться позитивніше потенціалу вільної корозії на 75 мВ, тому добавка запропонованого інгібітору різко гальмує процес штангової корозії на сталі 12Х18Н10Т. Критерії корозійної стійкості металу в щілині:   r  0  0,05 , 20 25 30 35 40 45 де r - потенціал репасівації, 0 - потенціал вільної корозії. Сталь 12Х18Н10Т корозійностійка в щілині і не схильна до точково-виразкової корозії, її швидкість корозії 0,05 В. Сукупність суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, необхідна та достатня для рішення поставленої задачі. Інгібітор корозії, що пропонується, пройшов перевірку у промислових умовах, де були виявлені такі його властивості: нешкідливість для людини та зовнішнього середовища, пожежовибухонебезпечність, ефективність у широкому діапазоні температур від -10 до +150 °С, високі антикорозійні властивості. Даний інгібітор не впливає на ефективність процесу очищення коксового газу. Для виготовлення інгібітору використовується герметична ємність з мішалкою. Установка для приготування інгібітору повинна бути обладнана підігрівачами для підтримання температури на рівні 80-100 °С. Приклад 1. В ємність з мішалкою та зворотним холодильником заливають 50 г вільних піридинових основ. Потім додають при перемішуванні невеликими порціями таку саму кількість ортофосфорної кислоти. Температур суміші підтримують на рівні 80-90 °С. Хімічну реакцію проводять протягом 2-х годин. Після охолодження у дану суміш добавляють ще 50 грамів вільних піридинових основ, 16 грамів МДЕА, а також 166 грамів дистильованої води. Суміш якісно змішують. Вихід продукту 330 грамів. Приклад 2. В скляну ємність 500 мл з мішалкою та зворотним холодильником заливають 58 грамів вільних піридинових основ та добавляють невеликими порціями 58 г ортофосфорної кислоти, підтримують температуру 80-90 °С. Після перебігу хімічної реакції протягом 2-х годин і охолодження додають 58 грамів вільних піридинових основ а також 2 грами МДЕА, 158 грамів дистильованої води. Вихід продукту 330 грамів. Приклад 3. В скляну ємність 500 мл з мішалкою та зворотним холодильником заливають 66 грамів вільних піридинових основ та добавляють невеликими порціями 66 грамів ортофосфорної кислоти, підтримують температуру 80-90 °С. Після перебігу хімічної реакції 3 UA 101462 U протягом 2-х годин і охолодження додають 66 грамів вільних піридинових основ а також 33 грами МДЕА, 99 грамів дистильованої води. Вихід продукту 330 грамів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Інгібітор корозії металів для сольових середовищ зі змінною кислотністю, що містить вільні кам'яновугільні піридинові основи, який відрізняється тим, що додатково включає продукт конденсації піридинових основ з ортофосфорною кислотою, метилдіетаноламін та воду при такому співвідношенні компонентів у мас. %: вільні піридинові основи 5-20 продукт конденсації вільних піридинових основ з 30-40 ортофосфорною кислотою метилдіетаноламін 5-10 вода до 100. 2. Інгібітор корозії за п. 1, який відрізняється тим, що містить продукт конденсації вільних піридинових основ з ортофосфорною кислотою, яку проводять при співвідношенні 1:1 при температурі 80-90 °С. 4 UA 101462 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 5