Способ защиты стали от коррозии в хлороводородной кислоте
METHOD FOR STEEL PROTECTION AGAINST CORROSION IN HYDROCHLORIC ACID

Изобретение относится к области химии, в частности к защите стали от кислотной коррозии, и может применяться в машиностроении при травлении, для кислотных очисток оборудования в энергетике и пищевой промышленности, а также при кислотных промывках скважин.
Известен способ защиты от коррозии стали в кислотных и близких к нейтральным водных средах (см. ст. Чигиринец Е.Э., Воробьева В.И., Мирянова О.А., Гальченко Г.Ю. Выбор растительного сырья для создания высокоэффективных ингибирующих композиций // Сборник научных статей 3-го Всеукр. съезда экологов с международным участием. - 2011. - №1. - С. 305-307), включающий использование изопропанольных экстрактов шишек хмеля, жмыхов семян винограда и рапса (степень защиты составляет 58-59%).
По технической сути наиболее близким к предлагаемому способу защиты стали от коррозии является способ, включащий добавление в коррозионно-активную среду водного или щелочного экстракта из растительных отходов, получаемых при переработке риса или гречихи: рисовая шелуха и рисовая мучка, рисовая солома, гречневая шелуха (см. патент РФ №2289639, 2006 г.).
Ингибирующий эффект, оказываемый экстрактами отходов производства риса и гречихи на коррозионный процесс малоуглеродистой стали Ст3, обусловлен действием не отдельных веществ, входящих в состав экстрактов, полисахаридов и силиката натрия, а в целом комплексом соединений, экстрагируемых из растительных отходов.
Экстракты рекомендуется использовать в высоких концентрациях, достигающих количества 1,5 г в пересчете на сухое вещество на литр агрессивной среды. Кроме того, ингибитор малоэффективен для защиты от коррозии в сильнокислой среде.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка дешевого, экологически безопасного ингибитора коррозии стали в агрессивных кислотных средах, обеспечивающего эффективную защиту от коррозии.
Технический результат - повышение эффективности защиты стали от коррозии за счет применения в качестве растительного сырья водного экстракта чистотела большого. Он достигается тем, что в известном способе, включающем введение ингибитора, содержащего органические соединения, в водную агрессивную среду вводят водный экстракт листьев чистотела большого в количестве 3-6 г в пересчете на сухое вещество на литр агрессивной среды. Данное количество обусловлено тем, что при введении меньшего количества ингибитора не достигается эффективной защиты, а введение ингибитора в количестве более 6,1 г/л не ведет к значительному увеличению степени защиты, в связи с чем нецелесообразно.
Водный экстракт представляет собой вытяжку из листьев чистотела большого, полученную добавлением кипящей воды к сырью при массовом соотношении 1:100 с последующим выдерживанием в течение 1 ч и отделением полученного раствора.
Исследование исходного растительного сырья показало, что основными органическими фракциями, входящими в состав водного экстракта чистотела большого являются алкалоиды (до 2%): стилопин, протопин, хелидонин, гомохелидонин, берберин, спартеин, хелидамин; каротин (до 14,9 мг %), аскорбиновая (до 170 мг %), хелидоновая, хелидониновая, яблочная, лимонная и янтарная кислоты, сапонины, флавоноиды, дубильные вещества.
При экстракции сырья наряду с органическими веществами в раствор извлекаются также металлы, содержащиеся в сырье (например, катионы кальция, цинка, марганца, меди, железа, кобальта, молибдена, хрома, алюминия, бария, никеля, стронция, свинца), однако их концентрация в экстракте очень мала для того, чтобы сказываться на ингибирующем действии водного экстракта в целом.
Результаты коррозионных испытаний образцов стали в растворах кислот с предлагаемым и известным ингибитором представлены в таблицах 1, 2 и примерах.
Скорость коррозии стали в хлороводороднокислой среде (концентрация 5 моль/л) определяли объемным методом в коррозиометре в течение 14 сут при температуре 20°C (по объему выделившегося водорода).
Способ осуществляется следующим образом. Перед началом испытаний образцы стали (пластинки размером 10×10×1 мм) зачищали, обезжиривали ацетоном, промывали водой. Измерения проводили в коррозиометре. Объем выделившегося водорода измеряли через каждые 1-5 мин в течение первого часа, затем - через 1 ч в течение 5 ч, затем - каждые сутки в течение 2 недель. На основе полученных данных были рассчитаны коэффициенты торможения и степени защиты от коррозии стали по формулам
1
2
где υ и υ - объемы выделившегося водорода без ингибитора и с ингибитором.
Пример I осуществления способа. Опыты со стальными образцами проводили в растворе хлороводородной кислоты с концентрацией 5 моль/л при 20±1°C. Ингибитор был взят в количестве 3, 4,5 и 6 г сухого вещества на 1 л кислоты. Опыты проводились не менее, чем в трех повторностях с образцами, подготовленными по описанной выше методике. Коэффициенты торможения при этом составили 2,32, 3,36 и 4,94 (за 12 ч), 2,47, 3,4 и 5 (1 сут) соответственно.
Для изучения ингибирующей способности веществ, входящих в состав экстракта, были проведены эксперименты с отдельными водными экстрактами, содержащими компоненты предлагаемого ингибитора, полученными из листьев зверобоя, тысячелистника, березы и коры дуба.
Было установлено, что при использовании в качестве ингибитора экстрактов дубильных веществ степень защиты от коррозии составила 48-50%. При применении экстрактов, содержащих алкалоиды, в течение первых двух недель эксперимента степень защиты составила 64-73%.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что ингибирующий эффект, оказываемый водным экстрактом чистотела большого на коррозионный процесс стали Ст40, обусловлен действием не отдельных веществ, входящих в состав экстрактов, а в целом комплексом соединений, экстрагируемых из растения.
Предлагаемый способ рекомендуется для кислотного травления стали, а также при кислотных очистках оборудования и промывке скважин в газо- и нефтедобыче.
Источники информации
1. Чигиринец Е.Э., Воробьева В.И., Мирянова О.А., Гальченко Г.Ю. Выбор растительного сырья для создания высокоэффективных ингибирующих композиций (Сборник научных статей 3-го Всеукр. съезда экологов с международным участием. - 2011. - №1. - с. 305-307).
2. Патент РФ №22896339, 2006 г. (прототип).