Исследование свойств концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1» в качестве ингибитора коррозии

УДК 665.6/.7

Д. Д. Фазуллин, Г. В. Маврин, И. Г. Шайхиев ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОНЦЕНТРАТА ОТРАБОТАННОЙ ЭМУЛЬСИИ «ИНКАМ-1»

В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРА КОРРОЗИИ

Ключевые слова: ингибитор коррозии, эмульсия, «Инкам-1», скорость коррозии.

Исследован состав концентрата эмульсии «Инкам-1», который образуется в результате мембранного разделения отработанной смазочно-охлаждающей жидкости. Определены основные компоненты концентрата - нефтепродукты, жиры, НПАВ и их содержание. Определена скорость коррозии, степень защиты металла и оптимальная концентрация ингибитора коррозии. В связи с положительными результатами испытаний, показана возможность использования в качестве ингибитора коррозии концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1».

Keywords: corrosion inhibitor, emulsion, "Incam-1", the corrosion rate.

The composition of an emulsifiable concentrate "Incam 1", which is formed by membrane separation of the spent coolant. The main components of the concentrate - oils, fats, nonionic surfactant, and their contents. The rate of corrosion, protection of metal and the optimal concentration of the corrosion inhibitor. In connection with positive test results, the possibility of use as a corrosion inhibitor concentrate waste emulsion "Incam 1".

Проблема антикоррозионной защиты оборудования и сооружений нефтяной отрасли приобрела в настоящее время первостепенное значение и настоятельно требует практического решения.

Одним из наиболее распространенных способов снижения коррозионного воздействия является применение ингибиторов коррозии. Несмотря на имеющуюся широкую номенклатуру реагентов, идет постоянный поиск новых ингибиторов и ингибирующих композиций, способных обеспечить комплексное защитное действие. Однако, в зависимости от места эксплуатации, технических характеристик оборудования используют различные ингибиторы. В практике наиболее часто начали использовать водорастворимые реагенты, так как они способны создавать тонкую пленку на внутренней поверхности трубопровода, устранять излишнее промасливание, не влиять на химический состав нефтепродуктов.

Ингибиторы коррозии делятся на неорганические (5 % от общего количества) и органические (95 % от общего количества). Органические ингибиторы коррозии -поверхностно-активные вещества (ПАВ) делятся на естественные и искусственные.

Естественные ПАВ - ИК содержатся в сырой нефти и нефтепродуктах (нафтеновые, азотистые основания, асфальто-смолистые вещества), в продуктах переработки угля, торфа, горючих сланцев, растительного и животного сырья.

Искусственные ПАВ - ИК получают на химических и нефтехимических заводах методами окисления, сульфирования, нитрования,

восстановления, алкилирования и т. п. органических соединений. В настоящее время свойства ИК проявляют многие тысячи соединений.

Предложена классификация ИК, как ПАВ с делением их на водорастворимые (ВИК), водомаслорастворимые (ВМИК) и

маслорастворимые (МИК). Последние по олеофильно-гидрофильному или гидрофильно-

липофильному балансу и критической концентрации мицеллообразования в полярной или малополярной среде делятся на пять групп.

По механизму действия ВИК в полярных средах подразделяются на ИК анодного, катодного и смешанного типа.

По механизму действия ВМИК и МИК в неполярных (углеводородных средах), согласно предложенной классификации, делятся на ИК хемосорбционного типа, доноры или акцепторы электронов, на ИК адсорбционного (экранирующего типа) и на быстродействующие, водовытесняющие вещества [1].

В настоящее время применяются ИК, в частности, такие как марок «Амфикор», «СНПХ-1004». Данные реагенты зарекомендовали себя положительно, но недостатком является высокая стоимость ингибирующих композиций. Встает вопрос о разработки новых химических реагентов, не уступающих защитным свойствам современных ИК и обладающие низкой стоимость.

В связи с вышеизложенным, цель настоящей работы заключается в исследовании концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1», полученного мембранным разделением, в качестве ИК.

Отработанные СОЖ, представляют собой 3-10 % -ные растворы эмульсолов, в состав которых входят индустриальные масла, асидол, этиленгликоль, нитрит натрия и другие вещества [2, 3]. На машиностроительных предприятиях используются СОЖ, как с коротким сроком эксплуатации, так и достаточно стойкие - со сроком использования несколько месяцев. Наиболее потребляемым заводами ПАО «КАМАЗ» является СОЖ марки «Инкам-1» - более 4000 т/год, остальные виды СОЖ используются в объеме менее 1000 т/год (рис. 1). Поэтому в качестве объекта исследования выбрана отработанная эмульсия марки «Инкам-1».

Эмульсия марки «Инкам-1» - система, включающая в себя минеральное масло, эмульгаторы, ингибитор коррозии, бактерицидную добавку и воду. Применяется для обработки чугуна,

цветных металлов, алюминиевых сплавов, сталей в концентрации 3-15 % масс. Эмульсия с содержанием концентрата 3 % (масс.) выдерживает испытания на коррозионную агрессивность методом контактных пар в течение 168 часов. Обладает стабильным запасом щелочности, эмульгируемости, биостойкости, антикоррозионной защиты при высоких смазочных свойствах.

Рис. 1 - Количество отработанных различных марок эмульсий образующихся на ПАО «КАМАЗ»

Результаты количественного химического анализа (КХА) проб свежей СОЖ «Инкам-1» приведены в рисунке 2.

3% эмульсия Инкам-1 0,01 %

0,5 %

0,06 %

0,0001 %

0,53 %

Взвешенные вещества

Растворенные соли

ТМ

°,77 %  Нефтепродукты

Жиры

НПАВ

Рис. 2 - Компонентный состав свежеприготовленной 3% эмульсии марки «Инкам-1»

По результатам КХА проб СОЖ, рассчитано процентное содержание основных компонентов: 3 %-ная эмульсия марки «Инкам-1» содержит НП -0,77 %, жиров - 0,53 %, неионогенных ПАВ - 0,48 %, взвешенных веществ - 0,1%, растворенных солей -0,064%, ионов тяжелых металлов - 0,0001 %, остальное - вода.

По технологической схеме на основе мембранных методов очистки проведены испытания по очистке отработанной эмульсии марки «Инкам-1» [4]. Концентрат эмульсии, полученный после мембранного разделения, предложено использовать в качестве ингибитора коррозии. Для дальнейшего

использования определен его компонентный состав, результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Компонентный состав концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1»

№ п/п Ингредиенты Содержание, %

1 Влажность 4,56

2 Нефтепродукты и жиры 67,7

3 Неионогенный ПАВ (НПАВ) 26,0

4 Механические примеси 1,74

ИТОГО 100

Из данных таблицы 1 следует, что в составе концентрата отработанной СОЖ марки «Инкам -1» основные компоненты - НП и неионогенные ПАВ, также в составе присутствует вода и механические примеси.

Используемые в настоящее время ИК состоят в основном из НПАВ - четвертичные аммониевые основания; фосфиты и фосфаты; диалкил- и диарилдитиофосфаты цинка и других металлов, нитрованные масла, окисленный петролатум, полные и неполные (кислые) сложные эфиры, продукты оксиэтилирования и оксипропилирования [5].

Для сравнения свойств концентрата отработанной СОЖ «Инкам-1» с серийно выпускаемыми ИК провели сравнение физико-химических свойств: рН, плотность, растворимость.

Значения рН концентрата определялись согласно методики [6] для твердых и жидких отходов производства и потребления, осадков, шламов, активного ила, донных отложений

потенциометрическим методом.

Плотность ингибитора определялась согласно ГОСТ 3900 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности». Сущность метода заключается в погружении ареометра в испытуемую жидкость, снятии показания по шкале ареометра при температуре определения и пересчете результатов на плотность при температуре 20°С.

Так же определялась растворимость концентрата следующим способом. Испытания для определения растворимости и диспергируемости проводились в стеклянной прозрачной химической посуде с пробкой при комнатной температуре. В них готовились смеси ингибитора в исследуемом растворителе различных концентраций (от 0 до 50%). Смеси интенсивно перемешивались встряхиванием. При этом ингибитор должен либо растворяется, либо, диспергируясь, образовывать эмульсию. Для практики имеет значение устойчивость возникшего состояния. Оба показателя оцениваются визуально на фоне листа белой бумаги в проходящем свете периодически в течение интервала времени от 1 ч до 7 сут. [7].

Результаты исследований физико-химических свойств сравнены с наиболее часто применяемыми в нефтедобыче ИК (табл. 2).

Таблица 2 - Физико-химические свойства ингибиторов коррозии

Ингибитор коррозии Показатель

рН, ед рН Плотност ь, г/см3 Растворимость

Концентрат отраб. СОЖ марки «Инкам-1» 6,9±0,1 0,940 ± 0,047 Образует эмульсию в воде

«СНПХ-1004» 6 - 9 0,880 ± 0,044 Растворим в воде, спиртах

«НАПОР-1007» 6 - 9 0,890 ± 0,045 Растворим в ароматических углеводородах, спиртах, в воде диспергирует

«Амфикор» 5,5 - 7 - Растворим в воде и спиртах В нефти растворяется ограниченно

По результатам исследованных показателей очевидно, что концентрат отработанной эмульсии марки «Инкам-1» ближе по свойствам с ИК марки «НАПОР-1007». Вследствие, схожести физико-химических свойств, концентрат отработанной эмульсии «Инкам-1», исследовали в качестве ИК и проводились испытания на определение защитных свойств от коррозии.

Определялись скорость коррозии и степень защиты металлов согласно ГОСТ 9.506-97 гравиметрическим методом. В качестве металлических образцов использовались металлические пластины прямоугольной формы размером 70x35x0,5 мм из стали марки «Сталь 20», из которой изготавливаются трубопроводы для нефтедобычи. Для активации поверхности перед испытанием образцы погружались на 1 минуту в раствор 15%-ной соляной кислоты (HCl), затем тщательно промывали проточной и дистиллированной водой, высушивали

фильтровальной бумагой. Непосредственно перед испытанием образцы взвешивались на аналитических весах с погрешностью не более 0,0001 г. Образцы навешивались на подвеску, помещались в стеклянный стакан. Для создания динамических условий в растворы перемешивали с помощью магнитных мешалок. В качестве испытуемой среды использовали ингибированные и неингибированные модельные пластовые воды, приготовленные согласно состава описанного в работе [8], объемом по 130 см3. В качестве ИК добавлялся концентрат отработанной эмульсии «Инкам-1».

Для определения потери массы образцов поверхность очищались от продуктов коррозии бензином, спиртом и мягкой антикорризионой резинкой, тщательно промывали водопроводной и дистиллированной водой, высушивали

фильтровальной бумагой. И взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 г.

Результаты испытаний в коррозионной среде представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты испытаний в коррозионной среде

Коррозионная среда Дозиров ка ИК Средняя скорость коррозии, мм/год Степень защиты, %

Пластовая вода без добавок - 0,628 -

+ 0,2 см3 конц. Инкам-1 1,5 г/дм3 0,515 22,0

+ 0,5 см3 конц. Инкам-1 3,8 г/дм3 0,493 27,3

+ 1 см3 конц. Инкам-1 7,7 г/дм3 0,501 25,3

+ 5 см3 конц. Инкам-1 38,5 г/дм3 0,559 12,4

Результаты исследований показали, что при использовании в качестве ИК концентрата отработанной эмульсии марки «Инкам-1», скорость коррозии снижается. Оптимальной концентрацией ИК, при которой достигается максимальная степень защиты в 27,3%, определена концентрация 3,8 г/дм3.

Таким образом, проведенными

исследованиями с положительными результатами испытаний, показана возможность использования в качестве ИК концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1», полученного после мембранного разделения.

Литература

1. Тронов В.П. Вопросы подготовки нефти, газа и воды за

рубежом. М.; изд. ВНИОЭНГ, 1974.

2. Костюк В.И. Очистка сточных вод

машиностроительных предприятий: для инженеров и учащихся втузов. -Киев: «Техника», 1990.-118 с.

3. Евдокимов, А.Ю. Экологические проблемы

рационального использования отработанных смазочных материалов: автореферат дисс, ... докт. техн. наук. М., 1997. С.48-50.

4. Фазуллин Д.Д., Маврин Г.В., - Технологии нефти и газа, №4(93), 2014.- С. 3-7

5. Ключников Н.Г. В кн.: Ингибиторы коррозии металлов.

М, «Судостроение», 1965, с. 141

6. ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.33-02 — Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений значения водородного показателя (рН) твердых и жидких отходов производства и потребления, осадков, шламов, активного ила, донных отложений потенциометрическим методом

7. Методические указания по испытанию ингибиторов коррозии для газовой промышленности. РАО "Газпром", ВНИИГАЗ - 1996. - С. 9-10

8. С.Н. Виноградов, В.И. Волчихин, Е.В. Ширина, А.С. Мещерская, Технические науки. Машиностроение и машиноведение, 4, 139 (2008).

© Д. Д. Фазуллин - младший научный сотрудник К(П)ФУ denr3@yandex.ru; Г. В. Маврин - к.х.н., зав. каф. химии и экологии К(П)ФУ, mavrin-g@rambler.ru, И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. кафедрой Инженерной экологии КНИТУ, ildars@inbox.ru.

© D. D. Faizullin - Junior research fellow of Kazan Federal University, denr3@yandex.ru; G. V. Mavrin - PhD, head of Department of Chemistry and ecology of Kazan Federal University, mavrin-g@rambler.ru; I. G. Shaikhiev - Ph. D., head of Department of environmental Engineering of Kazan National Research Technological University, ildars@inbox.ru.