Результат интеллектуальной деятельности: КИСЛОТНОЕ ОЧИЩАЮЩЕЕ СРЕДСТВО

Изобретение относится к химическим средствам для очистки поверхности от минеральных отложений и может быть использовано в энергетической области, например, котлоочистке для очистки поверхности тепло-обменных аппаратов, трубопроводов, автоклавов от накипи, для очистки технологического оборудования (стерилизаторов, пастеризаторов) в молочной промышленности, в бродильных производствах.

Для химических очисток различного оборудования обычно используют растворы сильных минеральных кислот (серной, соляной, фосфорной, азотной). Применяют также растворы органических комплексообразующих кислот (ОЭДФ, трилон Б, ЭДТА, дифалон и др.)

Для химических очисток различного оборудования широко используется сульфаминовая кислота (сухой, нетоксичный реагент). Сульфаминовая кислота хорошо растворима в воде, устойчива в сухом виде и в виде водных растворов, удобна в применении. Однако растворы сульфаминовой кислоты при очистке коррозионно-активных металлов (Al, Zn, Fe, сплавы стали, меди, чугуна) могут использоваться только при добавлении ингибиторов коррозии, например, известен состав препарата КСЩ-1 по авторскому свидетельству СССР №1385608. В состав «КСЩ-1 входят, масс.%: щавелевая кислота 2-5; неионогенное поверхностно-активное вещество 0,5-1,5; ингибитор коррозии 1-5; сульфонат аммония 1-5; сулфаминовая кислота остальное. Кроме того, использование сульфаминовой кислоты нежелательно, так как она является гербицидом.

Доступными и эффективными средствами для очистки поверхностей от различных минеральных отложений являются растворы соляной кислоты, растворы серной кислоты. Жидкие составы на основе серной кислоты используют для прочистки дренажных труб (патент США №5429764). Составы с серной кислотой хуже растворяют кальциевые отложения, так как переводят карбонатные отложения в малорастворимый сульфат кальция. К тому же минеральные кислоты и их растворы образуют едкие токсичные окислы, поражающие верхние дыхательные пути, при обращении с кислотами требуется применение индивидуальных средств защиты.

Известно моющее средство РМК-АК-1 для очистки молочного оборудования по авторскому свидетельств СССР №1074897, которое содержит в качестве кислоты азотную кислоту, полиэтиленгликолевый эфир синтетических жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈, алкилбензосульфонат натрия, а в качестве ингибиторов коррозии - гексаметилентетрамин или гексаметилендиамин и мочевину при следующем соотношении компонентов, масс.%: азотная кислота, в пересчете на 100%-ную - 30-35; полиэтиленгликолевый эфир синтетических жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈-0,5-2,5; алкилбензосульфонат натрия - 0,5-1,5; гексаметилентетрамин или гексаметилендиамин - 1-3; мочевина - остальное до 100. Средство и его водные растворы пожаро- и взрывобезопасны, но не получило широкого распространения из-за сложности его получения.

Наиболее близким кислотным средством для очистки поверхностей от минеральных отложений является химическое средство «Нетрол» по Российскому патенту №2160307 (заявка №, содержащее азотную кислоту в смеси с мочевиной в молярном соотношении 1:1 и дополнительно воду и стабилизирующую влагосодержащую добавку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: вода 5-10, стабилизирующая влагосодержащая добавка - 1-5, смесь азотной кислоты с мочевиной в молярном соотношении 1:1 - остальное. Принято за прототип.

Основным недостатком прототипа является повышенная коррозионная активность, препятствующая использованию средства для очистки поверхностей из алюминия, меди, черного металла и др.

Целью настоящего изобретения является разработка кислотного очищающего средства для очистки от минеральных отложений, обладающего очищающими, улучшенными моющими и пониженными коррозионными свойствами.

Поставленная цель решается тем, что кислотное очищающее средство включающее нитрат мочевины содержит ингибиторы коррозии, одновременно являющиеся моющими ионогенными поверхностно-активными веществами, такими как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкил-сульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C₆-C₂₄. Наибольший эффект оказывают вещества с алкильной группой C₈-C₁₆.

Состав кислотного средства (масс.%):

Азотная кислота, в перерасчете на 100%-ную - не менее 45%

Ингибиторы коррозии - 0,2-5%

Вода - 10-15%

Мочевина - остальное до 100%.

Кислотное очищающее средства может изготавливаться как из готового нитрата мочевины, так и из мочевины и азотной кислоты, взятых в соотношении 1:1 по стехиометрии.

Предлагаемое средство представляет собой сыпучее кристаллическое вещество белого цвета, которое может быть получена простым смешением компонентов.

Кислотное очищающее средство может быть получено взаимодействием азотной кислоты концентрации от 50 до 100% с раствором мочевины в воде (или маточнике от предыдущих операций) с последующей обработкой полученного нитрата мочевины 10-15% раствором алкилсульфоната, алкиларилсульфоната, алкилсульфата, алкилфосфата, алкил фосфоната, алкилсукцината натрия, или раствором соответствующих этим солям кислот с алкильной группой C₆-C₃₄.

Пример получения кислотного очищающего средства.

Опыты получения кислотного очищающего средства из мочевины и крепкой азотной кислоты проводились с модулем жидкость/твердое ≈1:2-2,5, что обеспечивает технологически удобную консистенцию реакционной массы. Соотношение карбамид/азотная кислота=моль на моль. В качестве жидкой среды использовался маточник от предыдущего опыта, и добавлялась вода - ≈8-10% от объема маточника с учетом убыли воды с продуктом. Так как приходится добавлять воду, то вместо крепкой азотной кислоты и воды можно использовать разбавленную азотную кислоту с концентрацией до 72% и не добавлять воду. При использовании 52-65% азотной кислоты образуется избыток маточника т.е. ≈10% от объема исходного маточника в виде ≈20%-ного раствора нитрата мочевины. Процесс получения при этом следующий:

В 300 мл. воды (или маточника) растворяется 60 гр. мочевины и при охлаждении (t - не выше 40°C) приливали 43 мл. 98% HNO₃. Реакционная масса охлаждается до 20°C в течение 30 минут и сливается на фильтр. Маточник отжимается и используется на следующие операции, а продукт подсушивается до влажности не более 15% и обрабатывается 5-25%-ным раствором алкилсульфоната натрия растворенного в маточнике путем полного смачивания. Реакционная масса отжимается на фильтре до влажности целевого продукта не более 15%. Раствор антикоррозионной добавки отжимают в отдельный приемник.

Опыты по исследованию коррозионных свойств растворов кислотного очищающего средства, полученного из мочевины и азотной кислоты с различными антикоррозионными добавками, проводились согласно ГОСТ 5272-68. Были приготовлены водные 10%-ные растворы нитрата мочевины, в которые добавлены различные антикоррозионные добавки, в том числе и те, которые использовались ранее у других производителей, т.е. щавелевая и ортофосфорная кислота в количестве 1% от массы кислотного очищающего средства в пересчете на сухой продукт.

Исследование коррозионной стойкости образцов стали, меди и алюминия в 10% растворах очищающих средств проводилось при температуре 20°С весовым методом. Прямоугольные пластины образцов металлов были замерены, подсчитана наружная поверхность (шесть поверхностей граней), обезжирены спиртом, высушены в термошкафу до постоянного веса, охлаждены в эксикаторе и взвешены с точностью до пятого знака после запятой. Затем в приготовленные растворы объемом 250 мл. (сравнения и исследуемые) при температуре 20°C помещались образцы и выдерживались для стали 1 час, для меди и алюминия 144 часа. После этого воздействия пластины промывались проточной водой, спиртом и высушивались до постоянного веса, взвешивались. Определялась убыль массы и рассчитывались соответствующие коэффициенты

Согласно данным представленным в таблицах 1-3, введение в 10% раствор нитрата мочевины антикоррозионных добавок (алкилсульфоната натрия, алкилбензолсульфокислоты (АБСК), значительно снижает потерю веса образцов из стали Ст.3, меди, алюминия при температуре 20°C. Коррозионное действие растворов кислотного очищающего средства с такими добавками как: алкилсульфонат натрия, АБСК, значительно ниже коррозионного действия химических средств, не содержащих данных добавок. Аналогичное антикоррозионное действие проявляется при использовании к нитрату мочевины таких добавок как: алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующих им кислот с алкильной группой C₆-C₂₄.

За счет вышеперечисленных добавок улучшаются не только антикоррозионные свойства состава, но и моющие. Критерием моющей способности является поверхностное натяжение, которое у известных моющих средств гораздо меньше, чем у воды. Были проведены исследования поверхностного натяжения растворов химических средств. Результаты следующие: вода при 20°C имеет поверхностное натяжение 72,8 дин/см, 10% раствор «Нетрола» 70,0 дин/см, а 10% раствор предлагаемого средства - 39,0 дин/см. Следовательно моющая способность 10% раствора предлагаемого средства примерно в 1,7 выше чем у 10% раствора «Нетрола».

Так же были проведены исследования по эффективности удаления минеральных отложений с нагревательной поверхности водяного электрокотла. Минимальное время отслоения минеральных отложений с нагревательной поверхности водяного электрокотла в среде 10%-ных растворов предлагаемого кислотного очищающего средства и «Нетрола» - 5 минут.

Изобретение обеспечивает создание кислотного очищающего средства обладающего улучшенными антикоррозионными и моющими свойствами по сравнению с известными аналогичными средствами, и может применяться для чистки оборудования из стали, меди, алюминия.

Кислотное очищающее средство легко изготавливается на стандартном оборудовании, хорошо транспортируется и храниться, обладает пониженной коррозионной активностью, улучшенными моющими и хорошими очищающими свойствами.