Техническое водорастворимое очищающее средство, обеспечивающее эффективное удаление твердых и жидких углеводородных отложений и углеводородных нагаров в холодной воде
TECHNICAL WATER-SOLUBLE CLEANER THAT EFFECTIVELY REMOVES SOLID AND LIQUID HYDROCARBON DEPOSITS AND CARBON DEPOSITS IN COLD WATER

Техническое водорастворимое очищающее средство, обеспечивающее эффективное удаление твердых и жидких углеводородных отложений и углеводородных нагаров в холодной воде
Изобретение предназначено для удаления сложных видов масляных эксплуатационных загрязнений на промышленных предприятиях топливно- энергетического комплекса. Изобретение подходит для очистки поверхностей деталей, установок и трубопроводов. Средство предназначено для удаления нефтяных загрязнений (светлые, темные углеводороды), жировых, масляных загрязнений, консервационных смазок, СОЖ, нагаров, копоти с металлических и других щелочестойких поверхностей различными методами очистки в холодном моющем растворе. Промывочный раствор может быть подвергнут стадии сепарации для удаления смывшихся углеводородных соединения и повторного использования очищающего средства.
В настоящее время известен и разработан целый ряд моющих средств для очистки промышленного оборудования и поверхностей. Разработанные средства проявляют как универсальное, так и специфическое узконаправленное действие на загрязнения различного типа. Для повышения эффективности разработанных средств процедуру отмывки/промывки проводят в теплых и горячих моющих растворах, т.е. при температурах выше 50 °С. Кроме того, для удаления сложных видов высокотемпературных масляных отложений (масляных нагаров) используют щелочную среду, с показателем активности водорода выше 9,5 ед. Высокая температура и щелочные компоненты входящие в состав моющих средств могут стать причиной возникновения коррозионных явлений на металлических поверхностей, что в свою очередь будет являться технологическим барьером применения моющего средства на предприятиях.
Актуальность применения новых очищающих средств на площадках предприятий топливно-энергетического комплекса обусловлена потребностью удаления углеводородных загрязнений при температурах моющих растворов ниже 30 °С без возникновения коррозионных явлений.
Традиционными компонентами моющих средств являются неионогенные и анионные поверхностно-активные вещества, соли натрия (карбонаты, гидрокарбонаты, фосфаты, полифосфаты, силикаты), алкилцеллозольвы, алифатические спирты с длиной углеродной цепи от 1 до 5 с прямой и разветвленной цепью, ароматические спирты с длиной углеродной цепи от 6 до 9 с прямой и разветвленной цепью бокового радикала,
Недостатком рассматриваемого моющего средства является введение хлор- и кислородсодержащего соединения (гипохлорита натрия), что может привести к коррозионным явлениям на обрабатываемой поверхности. После процесса промывки не происходит сепарация промывочного раствора, что не позволяет использовать моющее средство повторно.
Главными прототипами изобретения являются моющие составы, включающие органические растворители, такие как бутилцеллозольв, бутилкарбитол, фенилсодержащие простые эфиры гликолей (RU 2560169 C2 «Чистящий состав для твердых поверхностей», RU 2445353 C1 «Жидкая очищающая композиция»), которые обеспечивают удаление низкотемпературных жидких масляных загрязнений без образования повторного налета. Преимуществом данных перечисленных моющих композиций заключается в нейтральном значении pH среды моющего раствора. Недостатком данных средств является температурная область активности моющего раствора: 40 - 60°С, что не позволяет проводить процесс очистки в холодной воде.
Главным недостатком моющих средств указанных выше является низкая эффективность упоминаемых моющих средств в отношении высокотемпературных углеводородных загрязнений (нагары) при отмывке в воде с температурой менее 30 °С.
Основной задачей данного изобретения является создание водорастворимого очищающего средства, обеспечивающего эффективное удаление низко- и высокотемпературных загрязнений типа нефтяных загрязнений (светлые, темные углеводороды), жировых, масляных загрязнений, консервационных смазок, СОЖ, нагаров, копоти в воде с температурой менее 30°С и показателем активности ионов водорода среды менее 10,5 ед. с предотвращением коррозии на очищаемой поверхности детали, оборудования и трубопровода.
Решение поставленной задачи было обнаружено в результате экспериментальной деятельности авторами изобретения. Авторами было обнаружено, что органические амины - моноэтаноламин и диэтаноламин, органический спирт - фенилкарбинол - используемый в качестве косметической и пищевой добавки (Е1519), и катионноактивный полиакриламид могут формировать эффект синергизма, только при определенных массовых соотношениях. Обнаруженный эффект синергизма, проявляющийся в способности разрушения высокотемпературных углеводородных нагаров при температуре отмывочного раствора менее 30 °С, объясняется улучшением гидролизных и эмульгирующих функций активных компонентов. В ходе экспериментов было обнаружено, что совместно применение органического спирта, высокомолекулярного соединения и органических аминов (при определенных массовых соотношениях) приводит к повышению поверхностного натяжения раствора моющего средства не менее чем на 5 % по сравнению с раствором чистого неионогенного ПАВ (смесь оксиэтилированных спиртов) в аналогичных концентрациях. Повышение значения поверхностной энергии для моющего раствора способствует протеканию гидролитического процесса, вызванного действием карбоната натрия, и способствует удалению высокотемпературных углеводородных нагаров на металлических поверхностях. Дополнительное хелатирующее и эмульгирующее действие высокомолекулярного соединения способствует экранированию очищаемой поверхности.
Для испытаний были подготовлены образцы Очищающего средства следующего состава (масс. %) синтанор АЕ-7 - 7,0, карбонат натрия - 6,0, полиакриламид с катионной активностью молекулярной массой около 6,0 млн. - 0,5, вода дистиллированная - остальное, активная добавка. Активная добавка имела следующие составы.
Состав 1. Активная добавка
Фенилкарбинол - 8,1
Моноэтаноламин - 3,8
Диэтаноламин - 8,6
Состав 2. Активная добавка
Фенилкарбинол - 9,2
Моноэтаноламин - 3,8
Диэтаноламин - 8,6
Состав 3. Активная добавка
Фенилкарбинол - 8,1
Моноэтаноламин - 4,3
Диэтаноламин - 9,2
Состав 4. Активная добавка
Фенилкарбинол - 9,2
Моноэтаноламин - 4,3
Диэтаноламин - 9,2
Моющая способность (%) определяется весовым методом путем подсчета количества удаленного загрязнения испытуемым Средством с поверхности пластины из алюминия маркой АД-1.
Для испытаний используются пластины из алюминия маркой АД-1 с низко- и высокотемпературными загрязнениями. Получение низкотемпературного углеводородного загрязнения заключается в нанесении на поверхность пластины из алюминия маркой АД-1 смеси из 5 г кварцевого песка, 5 г муки, 10 г масла минерального автомобильного, 1 г расплавленного асфальтосмолопарафинового отложения. Пластина из алюминия марки АД-1 высушивается при комнатной температуре в течение 2 часов. Полученный образец загрязненной металлической пластины помещается в муфельную печь при температуре 300 °С на 3 часа. После охлаждения образец алюминиевой пластины очищается путем ее погружения в очищающие растворы. Результаты испытаний моющей способности и характеристика очищающих растворов представлены в таблице 1. В таблице 1 следующие компоненты состава в указанных концентрациях (масс. %): синтанор АЕ-7 - 7,0, карбонат натрия - 6,0, полиакриламид с катионной активностью молекулярной массой около 6,0 млн. - 0,5 - обозначены основные компоненты. Их суммарная концентрация составляет - 13,5 масс. %.
Таблица 1Результаты определения поверхностного натяжения и эффективности удаления высокотемпературных загрязнений для моющих растворов Очищающего средства
Составы Очищающего средства (масс. %)
σ, мН/м
Средняя моющая способность при удалениинагаров(%) при температуре моющего раствора
10°С
20°С
75°С
Основные компоненты - 13,5Вода дист. - 86,5
31,4± 0,01
64,8
67,6
84,2
Основные компоненты - 13,5Вода дист. - 66,0Фенилкарбинол - 8,1Моноэтаноламин - 3,8Диэтаноламин - 8,6
31,6 ± 0,01
71,3
72,2
88,9
Основные компоненты - 13,5Вода дист. - 64,9Фенилкарбинол - 9,2Моноэтаноламин - 3,8Диэтаноламин - 8,6
33,3 ± 0,03
91,2
93,1
97,6
Основные компоненты - 13,5Вода дист. - 64,9Фенилкарбинол - 8,1Моноэтаноламин - 4,3Диэтаноламин - 9,2
31,3 ± 0,01
83,2
85,6
93,6
Основные компоненты - 13,5Вода дист. - 63,8Фенилкарбинол - 9,2Моноэтаноламин - 4,3Диэтаноламин - 9,2
32,6 ± 0,03
74,4
81,9
90,2
Наилучшими моющими свойствами обладает Очищающее средство следующего состава (масс. %): Основные компоненты - 13,5, Вода дист. - 64,9, Фенилкарбинол - 9,2, Моноэтаноламин - 3,8, Диэтаноламин - 8,6. В составе данного Средства содержание органического спирта соответствует верхнему пределу исследуемого диапазона, а содержание органических аминов - нижнему пределу. Преимущества данного Средства объясняется наибольшим повышением величины поверхностного натяжения, формированием баланса между содержанием ПАВ и растворителя.
В остальных моющих растворах было отмечен ряд недостатков, связанных с соотношением компонентов в составе Средства. Так в Средстве, включающее минимальные пределы компонентов активной добавки (Основные компоненты - 13,5, вода дист. - 66,0, фенилкарбинол - 8,1 %, моноэтаноламин - 3,8 %, диэтаноламин - 8,6 %), не протекают активные диффузионные и эмульгирующие процессы, приводящие к разрушению плотных масляных отложений. В Средствах, где моноэтаноламин и диэтаноламин содержаться в предельных концентрациях, возникает чрезмерное пенообразование, препятствующие удалению растворенных масляных загрязнений. Авторами было установлено, что чрезмерное эмульгирующее действие аминов подавляет диффузионные действие органического спирта, что подтверждено значениями средней моющей способности при удалении нагаров для Средств с составами (масс. %): «основные компоненты - 13,5, вода дист. - 64,9, фенилкарбинол - 8,1, моноэтаноламин - 4,3, диэтаноламин - 9,2» и «основные компоненты - 13,5, вода дист. - 63,8, фенилкарбинол - 9,2, моноэтаноламин - 4,3, диэтаноламин - 9,2»
Сравнение моющей эффективности
Очищающего средства (основные компоненты - 13,5, вода дист. - 64,9, фенилкарбинол - 9,2, моноэтаноламин - 3,8, диэтаноламин - 8,6) с аналогичными моющими средствами (табл. 2) показывает преимущество изобретения при удалении масляных загрязнений в особенности при удалении высокотемпературных углеводородных отложений при низких температурах. Основные компоненты представлены следующими веществами и в следующих концентрациях (масс. %): синтанор АЕ-7 - 7,0, карбонат натрия - 6,0, полиакриламид с катионной активностью молекулярной массой около 6,0 млн. - 0,5
Таблица 2Сравнение эффективности Очищающего средства и аналогичных моющих композиций
Моющие растворы
Средняя моющаяспособность при низкотемпературных масляных загрязнений (%) при температуре моющего раствора
Средняя моющая способность приудалении нагаров (%) при температуре моющего раствора
10°С
50°С
10°С
50°С
Основные компоненты - 13,5Вода дист. - 64,9Фенилкарбинол - 9,2Моноэтаноламин - 3,8Диэтаноламин - 8,6
98,3
99,7
83,2
90,9
RU 2357811 C1
79,4
91,7
57,4
81,7
RU 2132367 C1
82,4
96,2
64,3
84,9
RU 2445353 C1
44,3
78,5
22,3
49,8