一种碱性缓蚀剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碱性缓蚀剂，适用于低硬度水密闭循环系统，该缓蚀剂成分以质量%计，包括羟基亚乙基二膦酸钠盐：4~12、聚天冬氨酸衍生物：5~15、亚硝酸钠：15~25、分散剂：3~5和余量的低硬度水复配而成。本缓蚀剂pH为碱性，通过复配协同增效，亚硝酸盐的用量为其单独使用时用量的3%~5%，有效改变单独使用亚硝酸钠时对环境造成的影响，药剂缓蚀效果良好，用量低；适用于低硬度水密闭循环系统，能够有效保障换热器、管道及设备的缓蚀效果，延长使用年限。

An alkaline corrosion inhibitor and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种碱性缓蚀剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种碱性缓蚀剂及其制备方法和应用。
技术介绍
水资源是不可替代的自然资源，我国水资源短缺，人均水资源量是世界平均水平的四分之一，属于严重缺水国家。因此对水资源的合理利用、开发及节约用水就成为当今保护水资源，实现经济社会可持续发展最关键的环节。钢铁行业是用水大户，钢铁企业的高炉炉壁，连铸结晶器，炼钢氧枪及制氧系统等工段设备热负荷高，循环冷却水容易结垢或腐蚀，从而影响产品质量和设备的使用寿命，所以在这些部门的生产中，采用低硬度水闭路循环得到了日益广泛的应用。低硬度水密闭循环系统，水中硬度很低，运行过程中，在换热器表面形成水垢的可能性大为降低，避免了换热器表面结垢现象，由于没有垢层保护，腐蚀加重；另外密闭循环水中氧气不易析出，加重了溶解氧的氧浓差极化腐蚀。所以低硬度水闭路循环系统的腐蚀相对敞开式循环系统来说更严重，运行过程中须投加专用的缓蚀剂，才能保证换热设备不被腐蚀。密闭式循环冷却水系统要求冷却水水质好、补水量小，为了提高腐蚀控制的效果，调整密闭式循环冷却水系统的pH及采用效果优良低硬度缓蚀剂作用下运行，这样可以把钢铁的腐蚀速度大大降低，达到国家规定的标准。目前，低硬度水密闭循环系统常用的缓蚀方法有采用磷酸盐系列和投加氧化性缓蚀剂两种方法。常用氧化性缓蚀剂配方主要有铬酸盐系列缓蚀剂、硅酸盐缓蚀剂、钼酸盐缓蚀剂和亚硝酸盐系列缓蚀剂。铬酸盐系列缓蚀剂是较早应用的缓蚀剂，缓蚀效果优良，但具有毒性，又污染环境，很少使用。硅酸盐缓蚀剂具有无毒性，无污染的特点，但用量大，对水质要求高，易产生点蚀，控制不好还会产生硅酸盐垢。钼酸盐系列缓蚀剂，经济成本过高，在市场激烈竞争的前提下，单位很少使用。亚硝酸盐系列缓蚀剂，由于价格低廉，成膜快，缓蚀好，单独或以亚硝酸钠为主的缓蚀剂配方．实际使用量在500mg/L~1000mg/L，药剂用量大。如果将亚硝酸钠的使用量大大降低，和其它缓蚀剂复配，缓蚀效果达到国家标准，是一种不错的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种缓蚀性能好，成本低的低硬度水碱性缓蚀剂及其制备方法，该缓蚀剂主要针对低硬度循环水密闭系统，能够有效保障换热器、管道及设备的缓蚀效果，延长使用年限。本专利技术采用如下技术方案：一种碱性缓蚀剂，其特征在于，其包括如下重量份的组分：羟基亚乙基二膦酸钠盐4~12份、聚天冬氨酸衍生物10~15份、亚硝酸钠15~25份、分散剂3~5份以及软水补足100份。优选的，其包括如下重量份的组分：羟基亚乙基二膦酸钠盐8份、聚天冬氨酸衍生物15份、亚硝酸钠25份、分散剂4份以及软水补足100份。进一步的，所述聚天冬氨酸衍生物为改性的同时含有羧酸基和磺酸基聚天冬氨酸衍生物，其是利用天冬氨酸热缩聚产物聚琥珀酰亚胺（PSI）和2-氨基乙磺酸、天冬氨酸合成的一种聚天冬氨酸衍生物PASP-SEA-ASP，pH为碱性。进一步的，所述羟基亚乙基二膦酸钠盐为羟基亚乙基二膦酸四钠，pH为12。进一步的，所述分散剂为木质素磺酸钠。一种上述碱性缓蚀剂的制备方法，其特征在于，先将亚硝酸钠和分散剂溶于软水中搅拌5分钟，固体物质完全溶解后加入聚天冬氨酸衍生物搅拌，最后加入羟基亚乙基二膦酸钠盐搅拌均匀即可。一种上述碱性缓蚀剂在低硬度水密闭循环系统中的应用。每吨水加入所述碱性缓蚀剂80~100克。聚天冬氨酸是20世纪90年代初开发的一种新型的水处理剂，不含磷，是一种从原料制备过程到最终产品均对环境和人体无害的可生物降解的绿色环保型水处理剂，聚天冬氨酸（PASP）是一种带有羧酸侧链的聚氨基酸，它既能生物降解，又具有螯合和分散性能，但其缓蚀性能不如有机膦类缓蚀剂，为了提高聚天冬氨酸的缓蚀效果，在聚天冬氨酸的基础上，将不同比例官能团磺酸基和羧酸基引入到聚天冬氨酸的分子中，合成了一种同时含羧酸基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物，pH为碱性，其缓蚀性能较聚天冬氨酸有所提高，属于可生物降解物质。由于聚天冬氨酸接枝共聚物是由电负性较大的羧基、羰基、羟基和－NH－极性基团，以及碳、氢原子组成的非极性基构成，这些基团中的极性基团吸附于金属表面，改变的双电层的结构，可提高金属离子化过程的活化能；而非极性基团远离金属表面作定向排列，形成一层疏水的薄膜，成为腐蚀反应物质扩散的屏障，使腐蚀反应受到抑制，羟基亚乙基二膦酸钠盐为四钠盐，属于有机膦酸盐类阻垢缓蚀剂，具有强碱性，在水中对铁离子、铜离子、钙离子等具有很好的络合能力，在250℃下仍起良好的缓蚀作用，在高pH下仍很稳定，不易水解和分解，价格低廉，通常情况下，它与其它缓蚀剂的复配使用，他们之间出现协同效果，从而提高缓蚀作用。木质素磺酸钠，是一种天然高分子聚合物，具有强碱性，且有很强的分散能力，适于将固体分散在水介质中。能够很好地保证缓蚀膜的均匀性。亚硝酸钠属于阳极性缓蚀剂，金属钝化剂，能在被腐蚀的金属阳极部分构成保护性的氧化剂膜，对于碳钢材料，它能在钢铁表面形成一层致密的γ-氧化铁膜，使表面钝化，抵制金属的腐蚀。而且亚硝酸钠形成的氧化剂膜在金属表面上的吸附作用较强。本专利技术的有益效果在于：本专利技术本着氧化膜型缓蚀剂、吸附膜型缓蚀剂相协调的原则，其碱性缓蚀剂适用于低硬度密闭循环水系统，其在金属表面有较强的化学吸附，减慢了阳极和阴极反应，缓解了低硬度水系统材质的腐蚀，缓蚀效果俱佳，性能好，有效时间长，腐蚀率最优为0.028mm/a，明显小于国家规定的循环水腐蚀标准，缓蚀率达到97%以上。该缓蚀剂在水中的溶解性高、使用量较小，经济成本低，是一种具有发展前途的低硬度水碱性缓蚀剂。具体实施方式下面结合具体的实施案例对本专利技术做了进一步的描述。一种碱性缓蚀剂，该缓蚀剂由以下方法制备而成，先将亚硝酸钠和分散剂木质素磺酸钠溶于水中进行搅拌5分钟，固体物质完全溶解后加入同时含羧酸基和磺酸基聚天冬氨酸衍生物搅拌，最后加入羟基亚乙基二膦酸四钠搅拌均匀即可。腐蚀试验采用水处理剂缓蚀性能的测定—旋转挂片法，此方法为中华人民共和国国家标准GB/T18175-2000，仪器为ZJ型浸渍腐蚀试验议，试验用水：离子交换树脂软化水；试验温度：60℃；旋转速度：80r/min；试验时间：72h；挂片为碳钢挂片。表1软化水水质状况。表2正交试验因素和水平。表3正交试验设计表L9（34）及实验结果。对上述数据进行极差分析，可得出配方A3B1C3D2，药剂的缓蚀效果较好，此时碳钢的腐蚀速率为0.035mm/a，远远小于国家规定的腐蚀速率0.075mm/a，缓蚀率为97.33%。每吨水加入碱性缓蚀剂剂量为80~100克，成本经计算不到0.5元，远低于其它类低硬度水缓蚀剂。同时可以看出，在缓蚀性能方面，亚硝酸钠为首要影响因素，其次为羟基亚乙基二膦酸四钠和含羧酸基和磺酸基聚天冬氨酸衍生物。实施例12800m3高炉冷却壁、热风阀和风口小套采用低硬度水密闭循环系统，所用水为离子交换树脂软化水，加入的缓蚀剂为本专利技术的碱性缓蚀剂，配方为亚硝酸钠20ppm、含羧酸基和磺酸基聚天冬氨酸衍生物10ppm、羟基亚乙基二膦酸四钠10ppm、分散剂4ppm。高炉于2010年投产，加药后高炉软水密闭循环系统铁离子含量由6-8mg/l逐渐降低到1mg/l以下，达到了行业标准。运行期间在管路中挂有6组挂片，从取出的挂片观察，表面无明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱性缓蚀剂，其特征在于，其包括如下重量份的组分：羟基亚乙基二膦酸钠盐4~12份、聚天冬氨酸衍生物5~15份、亚硝酸钠15~25份、分散剂3~5份以及软水补足100份。

【技术特征摘要】
1.一种碱性缓蚀剂，其特征在于，其包括如下重量份的组分：羟基亚乙基二膦酸钠盐4~12份、聚天冬氨酸衍生物5~15份、亚硝酸钠15~25份、分散剂3~5份以及软水补足100份。2.根据权利要求1所述的碱性缓蚀剂，其特征在于，所述聚天冬氨酸衍生物为改性的同时含有羧酸基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物。3.根据权利要求1所述的碱性缓蚀剂，其特征在于，所述聚天冬氨酸衍生物的pH为碱性。4.根据权利要求1所述的碱性缓蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭茹辉，刘振法，高玉华，张利辉，赵军平，李海花，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13