Химический состав для ингибирования коррозии и/или образования отложений и способ обработки воды

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ИНГИБИРОВАНИЯ КОРРОЗИИ И/ИЛИ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ(71) Заявитель БАКМЭН ЛЭБОРЭТОРИЗ ИНТЕРНЭШНЛ, ИНК. , НОРД СИ ФЛЮИДЗ ЛТД.(72) Авторы Дэнис Колин ВИЛЬЯМС, Кристофер Питер РАЙКРОФТ(73) Патентообладатель БАКМЭН ЛЭБОРЭТОРИЗ ИНТЕРНЭШНЛ, ИНК. , НОРД СИ ФЛЮИДЗ ЛТД.(57) 1. Химический состав для ингибирования коррозии и/или образования отложений, содержащий многоатомный спирт, отличающийся тем, что он содержит от 60 до 97 мас.смеси по меньшей мере двух одноили многоатомных спиртов, от 1 до 38 мас.полиакриловой кислоты смешанной молекулярной массы и/или по меньшей мере одну из ее солей и от 1 до 38 мас.по меньшей мере одного лигносульфоната, не содержащего хрома. 2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере одну карбоновую кислоту, отличную от указанной полиакриловой, и/или по меньшей мере одну из ее солей. 3. Состав по п. 2, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одну карбоновую кислоту и/или по меньшей мере одну из ее солей в количестве, необходимом для понижения рН состава до величины, не превышающей 7,0. 4. Состав по п. 3, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одну карбоновую кислоту и/или по меньшей мере одну из ее солей в количестве, необходимом для понижения рН состава до величины 7,0. 5. Состав по п. 4, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одну карбоновую кислоту и/или по меньшей мере одну из ее солей в количестве до 5 мас. . 6. Состав по п. 2, отличающийся тем, что он содержит, мас.смесь по меньшей мере двух одно- или многоатомных спиртов 80-97 полиакриловую кислоту смешанной молекулярной массы и/или по меньшей мере одну из ее солей 1-18 по меньшей мере один лигносульфонат, не содержащий хрома 1-28 по меньшей мере одну карбоновую кислоту и/или по меньшей мере одну из ее солей 1-5. 7. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смеси спиртов он содержит смесь полиглицерина и трипропиленгликоля. 8. Состав по п. 7, отличающийся тем, что в качестве полиглицерина он содержит полиглицерин со средним углеродным числом 13-14. 9. Способ обработки воды для ингибирования коррозии и/или образования отложений, включающий добавление в воду химического состава, содержащего многоатомный спирт, отличающийся тем, что в воду добавляют химический состав по любому из пп.1-8. 3255 1 Настоящее изобретение относится к химическим составам, применяемым для обработки воды с целью ингибирования коррозии и/или образования отложений, в частности для ингибирования, предотвращения или регулирования коррозии и/или образования отложений в водораспределительных трубопроводах, арматуре и связанных с ними теплообменниках, а также в особенности для предотвращения или ингибирования коррозии и образования отложений в теплопередающем оборудовании, в котором воду или пар используют в качестве теплопередающей среды, и к способу применения указанных химических веществ. В конкретном случае изобретение относится к применению веществ и способу, применяемых в тех случаях, когда геотермальные горячую воду и пар используют в качестве теплоносителей. В некоторых районах мира используется геотермальное тепло, получаемое из скважины для привода такого оборудования, как, например, электрогенераторы. Это тепло используется также для получения горячей воды с целью обогрева зданий или проведения определенных химических процессов. Типичная геотермическая схема включает в себя скважину, которую бурят в подходящей пористой породной формации или в водоносном пласте на глубине, достаточной для получения требуемого объема воды. В скважину обычно помещают промышленный насос погружного типа, однако в некоторых случаях давление воды или пара внутри скважины оказывается достаточным для того, чтобы обеспечить подачу воды на поверхность. На поверхности геотермальную горячую воду или пар пропускают через один или несколько теплообменников для получения горячей воды или пара, которые подводят, например, к турбине, вырабатывающей электроэнергию. После пропускания через теплообменник (теплообменники) воду возвращают в грунт через сливную скважину соответствующей, предварительно определенной, глубины, завершая тем самым геотермальную схему. Грунтовые воды все в большей степени используются также в качестве теплоносителя для аэрокондиционеров и нагнетательных тепловых систем. При этом используется базовый геотермальный круговорот, который описан в предыдущем абзаце, за исключением того, что горячую воду не применяют. Серьезная проблема, связанная с использованием грунтовых вод в качестве теплообменной среды, заключается в том, что они почти всегда имеют высокое содержание минеральных соединений, часто вызывающих коррозию водораспределительной арматуры и теплообменников. Такая коррозия сокращает срок эксплуатации системы. Другой серьезной проблемой является образование отложений, которые также снижают срок эксплуатации и эффективность системы из-за засорения распределительной арматуры и теплообменников. При использовании геотермальной горячей воды и/или пара существуют три основные проблемы образование на металлических поверхностях отложений, содержащих сульфид железа, вследствие непосредственного воздействия 2, растворенного в геотермальной воде, или естественного высокого содержания в воде сульфида железа высокую скорость коррозии металлических поверхностей вследствие непосредственного воздействия 2 образование на металлических поверхностях различных типов отложений, обусловленных химическим составом непосредственно применяемой геотермальной воды. Проблемы усугубляются в зависимости от географического положения местности, наличия поверхностных вод, например речной воды. Известен жидкий охлаждающий агент, предназначенный для охлаждения и защиты металлических деталей,содержащий себациновую кислоту,глицерин,изононаноиковую кислоту и 6-(1 оксоизононил)аминокапроновую кислоту 1. Прототипом изобретения является способ уменьшения коррозии металлов путем добавления водорастворимого алифатического многоатомного спирта к водному раствору бромистого лития 2. Добавление многоатомного спирта снижает коррозийное воздействие водного раствора бромистого лития на металлы, такие как мягкую сталь, медь, латунь. Задачей изобретения является выбор состава химических реагентов для регулирования, предотвращения и замедления коррозии и образования отложений водо- и парораспределительной арматуре, трубопроводах и соединенных с ними теплообменниках, использующих воду в качестве теплоносителя. Способ обработки воды для ингибирования коррозии и/или образования отложений, согласно изобретению, включает добавление в воду химического состава, содержащего 60-97 мас.смеси по меньшей мере двух одно- или многоатомных спиртов 1-38 мас.полиакриловой кислоты смешанной молекулярной массы и/или по меньшей мере одной из ее солей 1-38 мас.по меньшей мере одного лигносульфоната, не содержащего хрома. Химический состав в соответствии с изобретением может содержать по меньшей мере одну карбоновую кислоту, отличную от указанной полиакриловой кислоты и/или по меньшей мере одну из ее солей. В состав можно добавить карбоновую кислоту и/или ее соль для снижения рН до величины 7,0. В состав,согласно изобретению, могут также, при необходимости, входить такие компоненты, как метабисульфиты натрия, аммония или калия, аскорбиновая кислота или ее соль и/или , -ди(низший алкил)амид карбоновой кислоты неразветвленного типа. 2 3255 1 Ингредиенты состава, применяемые при реализации способа, согласно изобретению, могут быть смешаны в широком диапазоне массовых соотношений. Для получения оптимальных результатов преобладающей в составе должна быть смесь одно- и многоатомных спиртов. Предпочтительными являются пределы содержания компонентов, представленные в табл. 1. Предпочтительно, чтобы в смеси одно- и многоатомных спиртов преобладали, т.е. составляли более 50 , многоатомные спирты. Молекулярная масса многоатомных спиртов может быть от низкой до средней и составлять примерно 62-496. Типичными представителями таких спиртов являются этиленгликоль, пропиленгликоль, трипропиленгликоль,пропандинол - 1,2, тетраметиленгликоль, бутадинол - 1,4, бутадиол - 1,2, бутадиол - 2,3, глицерин, полиглицерин,изоамиленгликоль, пинакон, метилглицерин - 1, бутантриол - 1, 2, 4, пентандиол - 1,2, пентадиол - 1,4, пентаметиленгликоль, пентантриол - 1, 2, 3, а также полигликоли, такие, как, например, полиэтиленгликоль и полипропиленгликоль. Предпочтительными являются триолы, в особенности такой триол, как глицерин, кроме того, предпочтительным является полиглицерин со средним углеродным числом 13-14. Можно использовать одноатомные спирты с молекулярной массой 34-142. Типичными для таких спиртов являются этанол, пропанол, -бутанол, изобутанол, -бутанол, пентанол, гексанол, бензиловый спирт, а также спирты ряда 7 и 8. Полиакриловые кислоты (ПАК) смешанной молекулярной массы и их соли, которые могут быть использованы в процессе, согласно изобретению, являются водорастворимыми олигомерами и полимерами с низкой молекулярной массой. Они могут быть получены в широком диапазоне молекулярных масс и молекулярно-массового распределения. Предпочтительными являются ПАК со средней молекулярной массой менее 8000 и относительно широким распределением по молекулярным массам. Карбоксильные кислоты могут иметь молекулярную массу от относительно низкой до средней и являются водорастворимыми. Карбоксильную кислоту или ее соль обычно добавляют для регулирования рН до нейтрального или кислого, предпочтительно слабокислого уровня, считая нормальной основность многоатомных спиртов. Примерами кислот, которые могут использоваться, являются уксусная, пропионовая, масляная, лимонная, итаконовая,малеиновая и янтарная кислоты. Для получения оптимальных результатов используют по меньшей мере около 1,0 части, а более предпочтительно - по меньшей мере около 1,5 частей вещества на миллион частей воды . С точки зрения получения результатов количество вещества, которое может быть использовано, не имеет максимального ограничения. Однако по причинам экономии обычно не применяют более чем 200-300 частей на миллион частей воды. Компоненты состава обычно растворяют в подходящем растворителе, предпочтительно в воде, перед добавлением в обрабатываемую воду. Концентрация вещества в воде некритична, однако предпочтительно, чтобы эта концентрация обеспечивала достаточно низкую вязкость раствора и делала удобным его добавление в воду. Концентрация в воде до 25 мас.может дать приемлемую для закачивания вязкость и облегчить ввод малых количеств эффективных компонентов. Введение состава может осуществляться в любой точке от дна скважины до поверхности грунта. Точное место ввода обычно определяют, исходя из удобства его расположения, но оптимальным является тот участок, где контакт между необработанной водой и стальной обсадной трубой скважины оказывается минимальными. Таким образом, предпочтительной точкой ввода состава является нижний конец обсадной трубы скважины. Тем не менее в большинстве случаев состав вводится на уровне поверхности, где эта операция является гораздо более простой. При этом используется обычное оборудование для подачи жидкости. Вещества, предложенные в изобретении, биологически распадаются на простые безвредные продукты, которые при возвращении в почву через сливную скважину не загрязняют грунтовых вод. Кроме компонентов, перечисленных выше, для стабилизации состава и улучшения его диспергирования перед добавлением в обрабатываемую воду в него может также вводиться анионное поверхностно-активное вещество. Типичное анионное поверхностно-активное вещество содержит линейные алкилсульфонаты натрия. Для конкретных случаев применения в состав вещества в зависимости от химического состава грунтовой воды могут входить и другие известные компоненты. Такими дополнительными компонентами могут быть, например, аскорбиновая кислота, ,-диалкиламиды линейных жирных кислот, а также метабисульфаты аммония, натрия и калия. Аскорбиновая кислота оказывается полезной, когда концентрация кислорода в грунтовой воде превышает 1 часть на миллион частей воды. Диалкиламиды целесообразно применять, когда грунтовая вода может быть загрязнена углеводородами. Метабисульфиты полезны, если уровень кислорода в грунтовой воде превышает 1 часть на миллион частей воды. Эти дополнительные компоненты следует применять в очень малых количествах. Обычно следует использовать от 20 до 200 частей на миллион частей воды по весу в зависимости от веса воды, подлежащей обработке. Пример. Вещество в соответствии с изобретением использовали в одном из районов Центральной Европы для обработки воды в геотермальной схеме с целью получения пара для выработки электроэнергии. Геотермальная 3 3255 1 скважина была расположена на расстоянии около 2 километров от места установки теплообменников. Трубопровод от скважины до теплообменников имел диаметр 50 м, и система позволяла транспортировать до 400 м 3 воды в час. Скважина была оборудована соответствующими насосом погруженного типа, размещенном в бассейне геотермальной воды на глубине около 110 м от уровня грунта. Анализы воды из данной скважины показали сравнительно высокое содержание компонентов, вызывающих коррозию, в том числе по меньшей мере представленные в табл. 2 минеральные вещества. Скорость коррозии, вызываемой этой водой определяли с помощью измерителя коррозии, установленного в выходной магистрали одного из теплообменников. Кроме того, образцы для измерения коррозии были установлены в трубопроводе на уровне поверхности вблизи от места ввода вещества для обработки воды. С помощью насосов, выкачивающих примерно 260 м 3 геотермальной горячей воды в час, в трубопровод на уровне грунта вводили в количестве 10 г/м 3 (10) воды, протекающей через систему, вещество следующего состава (мас. ) полиглицерин (среднее углеродное число13-14) 40 трипропиленгликоль 10 смесь ПАК 21 лигносульфонаты, не содержащие хрома 4 раствор лимонной кислоты в Н 2 для доведения рН до 8,5 25. Через 24 ч подача вещества была снижена примерно до 2,5 г/м 3. Показания измерителя коррозии фиксировалось периодически в течение 1 месяца и дали результат, равный около 0,01 мкм коррозии в год. С этого момента уровень дозировки был уменьшен до 1,5 г/м 3 и контроль был продолжен дополнительно в течение двух недель. В течение всего этого периода показания измерителя коррозии оставались неизменными на уровне 0,01 мкм/год. По истечении периода испытаний длительностью в шесть недель образцы для измерения коррозии были удалены и проконтролированы. Скорость коррозии, определенная по потере массы, оказалась равной около 0,05 мм/год. Таблица 1 Компонент Спирт Полиакриловая кислота Карбоновая кислота Лигносульфонат Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.