способ предотвращения солеотложений и коррозии в системах водоснабжения и отопления

Формула изобретения

Способ предотвращения коррозии и солевых отложений в системах водоснабжения и отопления путем введения в обрабатываемую воду органофосфоната и его цинксодержащего комплексоната, отличающийся тем, что в качестве органофосфоната используют гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновую кислоту и цинксодержащий комплексонат гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты при мольном соотношении гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота: ее цинксодержащий комплексонат 4:1-2:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам предотвращения минеральных отложений и коррозии и может быть использовано в водоподготовке систем отопления, охлаждения и оборотного водоснабжения.

Известен способ предотвращения минеральных отложений и биообрастания в замкнутых системах водоснабжения путем введения композиции органофосфоната ИОМС и его медьсодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1-1:1 (далее ИОМС Cu) [Патент России №2133229, МПК 6 С02 5/14, 1999]. Однако использование композиции не эффективно для одновременного подавления солеотложений и коррозии.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ предотвращения минеральных отложений и коррозии путем введения в обрабатываемую воду композиции органофосфоната ИОМС и его цинксодержащего комплекса при их мольном соотношении 5:1-1:1. Однако данный способ недостаточно эффективен, т.к. для снижения величины коррозии в 4-10 раз необходима доза реагента 10-25 мг/л (в пересчете на ИОМС) при мольном соотношении ИОМС: Zn 4:1-1:1. Это делает обработку воды не всегда экономически оправданной вследствие большого расхода реагента, приводит к значительному превышению сброса против ПДК сбросу цинксодержащих сточных вод. (Б.Н.Дрикер, И.П.Сикорский, Н.В.Цирульникова, «Изучение возможности использования цинковых комплексонатов ИОМС для ингибирования коррозии конструкционных сталей», Энергосбережение и водоподготовка 2006, №2, с. 7-9)

Задачей изобретения является снижение расхода реагента и композиций, их содержащих, при одновременном повышении эффективности обработки воды с целью предотвращения солеотложений и коррозии.

Поставленная задача решается тем, что обработку воды ведут путем введения органофосфонатов, при этом в качестве органофосфонатов используют композицию гексаметилендиаминтетраметеленфосфоновой кислоты (ГМДТФ) (1) и ее цинксодержащего комплекса (2) при их мольном соотношении 2:1-4:1.

где: М - цинк или водород.

Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Получение композиций органофосфонатов

Композицию органофосфонатов получали в лаборатории путем введения в 25 см ³ исходного 25% раствора ГМДТФ плотностью 1,27 г/см ³, 25 см³ раствора соли цинка с концентрацией, обеспечивающей заданное мольное соотношение ГМДТФ и его цинксодержащего комплекса. Концентрации растворов представлены в таблице 1.

Концентрации растворов цинка для получения комплексонатов ГМДТФ при мольных соотношениях 5:1-1:1

Таблица 1
Мольное соотношение ГМДТФ: Zn-комплексонат	Концентрация раствора Zn2+, г/л
1:1	48,232 (контрольный)
2:1	24,116 (по изобретению)
3:1	16,076 (по изобретению)
4:1	12,06 (по изобретению)
5:1	9,648 (контрольный)

Синтез проводили при перемешивании (со скоростью 1,2 м/с) на магнитной мешалке. При добавлении раствора соли цинка образуется белый осадок, который растворяется в течение 30-60 мин в зависимости от мольного соотношения, время экспозиции 80 мин.

В результате получали раствор композиции органофосфонатов с плотностью 1,13 г/см³ и в пересчете на концентрацию ГМДТФ - 12,5%. В качестве соли цинка могут быть использованы любые известные соли цинка, например ZnSO₄, ZnCl ₂, и другие соли неорганических или органических кислот.

Пример 2

Ингибирование коррозии

Обработке подвергалась:

- водопроводная вода г. Екатеринбурга (жесткость общая - 2,2 мгэкв/л, жесткость кальциевая - 1,8 мгэкв/л, щелочность - 1,3 мгэкв/л);

- техническая вода оборотного цикла МНЛЗ Северского трубного завода (жесткость общая - 2,25 мгэкв/л, жесткость кальциевая - 2,0 мгэкв/л, щелочность - 1,5 мгэкв/л, рН 7,8).

В обрабатываемую воду вводили ИОМС - Cu (аналог), цинксодержащий комплексонат ИОМС - Zn при мольном соотношении 4:1-1:1 (прототип) и цинксодержащий комплексонат ГМДТФ - Zn при мольном соотношении 5:1-1:1. Композиции из указанных реагентов вводили в количествах 2; 5; 10; 15; 20 мг/л.

Скорость коррозии (мкм/г) определяли на коррозиметре «Эксперт 004» при температуре 25°С для конструкционной стали марки ст.3 по прямому измерению линейной скорости коррозии.

Данные представлены в таблице 2.

Влияние композиций на основе органофосфонатов и Zn на коррозию конструкционной стали.

Таблица 2
Вода	Реагент	Мольное соотношение	2 мг/л	5 мг/л	10 мг/л	15 мг/л	20 мг/л
			Скорость коррозии, мкм/г
1	2	3	4	5	6	7	8
Водопроводная г.Екатеринбург	ИОМС-Cu (аналог)	3:1	-	-	110	-	-
	ИОМС-Zn (прототип)	2:1	92	60	34	29	14
	ИОМС-Zn (прототип)	3:1	92	97	48	30	15
	ИОМС-Zn (прототип)	4:1	100	80	57	42	29
	ГМДТФ-Zn комплексонат	1:1	59	30	22	10	4,0
	ГМДТФ-Zn комплексонат	2:1	60	30	22	10	4,0
	ГМДТФ-Zn комплексонат	3:1	65	31,5	25	11	4,7
	ГМДТФ-Zn комплексонат	4:1	71	32	26	12	5,5
	ГМДТФ-Zn комплексонат	5:1	100	80	58	40	15
	Без реагента (контроль)	-	110	110	110	110	110
Техническая вода Северского трубного завода	ИОМС-Cu (аналог)	3:1	204	204	204	204	204
	ИОМС-Zn (прототип)	2:1	153	100	57	48	15
	ИОМС-Zn (прототип)	3:1	153	111	80	50	24
	ИОМС-Zn (прототип)	4:1	167	133	95	69	48
	ГМДТФ-Zn комплексонат	1:1	86	42	24	19	3
	ГМДТФ-Zn комплексонат	2:1	86	42	24	19	3
	ГМДТФ-Zn комплексонат	3:1	94	51	30	22	1,5
	ГМДТФ-Zn комплексонат	4:1	101	58	37	26	40
	ГМДТФ-Zn комплексонат	5:1	160	130	96	70	15
	Без реагента (контроль)	-	202	202	202	202	202

Из данных представленных в таблице 1 видно, что эффективность предлагаемой композиции для ингибирования коррозии существенно выше известной. При оптимальных соотношениях 1:1,2:1 скорость коррозии при концентрации 5-15 мг/л снижается в 5-10 раз, что выше, чем у прототипа, при тех же концентрациях в 2,5-3 раза. По нашему мнению, это обусловлено увеличением прочности связи метил - азот при переходе от моноаминных комплексонов (ИОМС) к полиамминным комплексонам (ГМДТФ) (М.М.Дятлова, В.Я.Темкина, К.И.Попов, Комплексоны и комплексонаты металлов, М., Химия, 1988, с.544). Как следствие, образование более прочных защитных слоев на поверхности металла, подвергаемого коррозии.

В пользу этого свидетельствует также тот факт, что композиция, полученная при мольном соотношении 1:1 при высокой эффективности, нестабильна при хранении и в течение часа образует малорастворимые цинковые комплексонаты ГМДТФ. Изменение соотношения ГМДТФ: Zn-комплекса до 5:1 не позволяет достичь эффективности ингибирования коррозии выше, чем ИОМС-Zn. Таким образом, оптимальным для ингибирования коррозии следует принять соотношение ГМДТФ: Zn-комплекс 4:1-2:1.

Пример 3

Ингибирование солеотложений

Эффективность композиции ингибировать образование минеральных отложений иллюстрируется на примере кристаллизации сульфата кальция. Модельный раствор пересыщенного раствора сульфата кальция готовили смешением эквивалентных количеств сульфата натрия и хлорида кальция, термостатировали при температуре 70°С и перемешивании (Re=12500).

Эффективность обработки оценивали по продолжительности индукционного периода (скрытого периода кристаллизации) по определению изменения концентрации сульфата кальция. Результаты представлены в таблице 3.

Влияние композиций на основе органофосфонатов и Zn на кристаллизацию сульфата кальция.

Таблица 3
Реагент	Мольное соотношение	Концентрация, мг/л	Индукционный период, мин
Без реагента (Контроль)	-	-	12
ИОМС (контроль)	-	4,0	145
ИОМС-Cu (аналог)	3:1	4,0	115
ИОМС-Zn (прототип)	2:1	4,0	120
ГМДТФ	-	1,0	250
ГМДТФ-Zn комплексонат	4:1	1,0	240
ГМДТФ-Zn комплексонат	3:1	1,0	210
ГМДТФ-Zn комплексонат	2:1	1,0	190

Из данных, представленных в таблице 3, видно, что эффективность ингибирования солеотложений как у ГМДТФ, так и у его композиций с цинком значительно выше, чем у ИОМСа и его композиции с цинком. При этом концентрация ГМДТФ и его композиций с цинком в 4 раза ниже, чем у ИОМС и его композиций с цинком.

Таким образом, использование композиций ГМДТФ-Zn комплекса позволяет повысить эффективность обработки воды с целью одновременного предотвращения солеотложений и коррозии при снижении расхода реагента и, кроме того, снизить возможное вредное влияние сброса сточных вод, содержащих композицию, на окружающую среду.