CC BY
31
ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 665.6/.7
Д. Д. Фазуллин, Г. В. Маврин, И. Г. Шайхиев ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ НПАВ, НА ИНГИБИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА КОНЦЕНТРАТА ОТРАБОТАННОЙ ЭМУЛЬСИИ «ИНКАМ-1»
Ключевые слова: ингибитор коррозии, эмульсия, сталь, НПАВ, рН.
Концентрат отработанной эмульсии «Инкам-1» использовали как ингибитор коррозии стали марки «сталь 20». Определена скорость коррозии, степень защиты стали и оптимальная концентрация ингибитора коррозии. При увеличении водородный показатель ингибитора коррозии до значения рН=9, степени защиты стали увеличился до 35,6 %. Добавление в состав ингибитора коррозии НПАВ «Лапрол-302», привело к увеличению защитных свойств ингибитора коррозии до 46,5 % при добавлении 10 % НПАВ, при добавлении большего объема НПАВ повышение защитных свойств ингибитора коррозии не наблюдается.
Keywords: corrosion inhibitor, emulsion, steel, surfactants, pH.
The concentrate waste emulsion "Inkam-1" was used as a corrosion inhibitor of steel "Steel 20". The rate of corrosion, the degree of protection of steel and the optimum concentration of the corrosion inhibitor. By increasing the pH value of the corrosion inhibitor to pH = 9, the degree ofprotection of steel increased to 35.6 %. Adding a corrosion inhibitor nonionic surfactant composition "Laprol-302", has led to an increase in barrier properties of a corrosion inhibitor to 46.5 % by the addition of 10 % nonionic surfactant, adding a larger amount of nonionic surfactant increase the protective properties of a corrosion inhibitor is not observed.
Трубопроводы системы нефтесбора подвергаются внутренней коррозии из-за высокой агрессивности добываемых и сточных вод. Одним из методов защиты от внутренней коррозии является метод ин-гибирования. Ингибиторы коррозии (ИК) делятся на неорганические (5 % от общего количества) и органические (95 % от общего количества). Органические ИК - поверхностно-активные вещества (ПАВ) делятся на естественные и искусственные. Несмотря на имеющуюся широкую номенклатуру реагентов, идет постоянный поиск новых ингибиторов. Получение ИК из отходов производства выгодно, как с экономической, так и с экологической точки зрения.
На предприятия машиностроения образуются тысячи тонн отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые сбрасываются в систему промышленной канализации, где смешиваются с другими сточными водами. Поступая на районные очистные сооружения, загрязняющие вещества, присутствующие в составе СОЖ, приводят к гибели микроорганизмов активного ила, выводя из строя биологические очистные сооружения, и тем самым загрязняют поверхностные воды, поступая неочищенными.
Целью данной работы является получение ИК из концентрата отработанных СОЖ, образующихся после мембранных методов разделения отработанных эмульсий.
На подразделениях ПАО «КАМАЗ» наиболее потребляемым является СОЖ марки «Инкам-1», остальные используются менее 1000 т/год. Поэтому в качестве объекта исследования выбрана эмульсия марки «Инкам-1». Средний объем
потребления названной эмульсий составляет более 3 тыс. т. в год.
Современные СОЖ представляют собой сложные многокомпонентные системы. По химическому
составу СОЖ делятся на две основные группы: масляные и водные.
Масляные СОЖ представляют собой минеральные масла кинематической вязкости от 2 до 40 мм2/с при температуре +50°С без присадок или с присадками различного функционального назначения: антифрикционными, противоизносными, про-тивозадирными, антиокислительными, моющими, антипенными, противотуманными, антикоррозионными и другими.
Вододоэмульсионные СОЖ могут содержать минеральные и синтетические масла, эмульгаторы, ИК, биоциды, противоизносные и противозадирные присадки, антипенные добавки, электролиты, вещества-связки (спирты, гликоли и др.) и другие органические и неорганические вещества.
СОЖ «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 % выдерживает испытания на коррозионную агрессивность методом контактных пар в течение 168 часов. Эмульсия «Инкам-1» состоит из следующих компонентов: минеральное масло, моноэтаноламин, жирная кислота, борная кислота, НПАВ, смесь на основе диоксановых спиртов и эфиров [1].
В результате утилизации отработанной СОЖ «Инкам-1» мембранными методами образуется концентрат эмульсии [2].
В составе исходной СОЖ «Инкам-1» присутствует моноэтаноламин, который является первичным амином и содержится в составе ингибиторов коррозии. Поэтому в качестве ингибитора коррозии использовали концентрат отработанной СОЖ «Инкам-1».
Скорость коррозии и степень защиты металлов определялись по 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 взвешивали на аналитических весах с точностью 0,0001 г. Образцы навешивали на подвеску, помещали в стеклянный стакан. Для создания динамических условий в растворы перемешивали с помощью магнитных мешалок. В качестве испытуемой среды использовали ингибинированные и неингибиниро-ванные модельные пластовые воды, приготовленные согласно состава, описанного в ГОСТ 9.506-97, объемом по 130 см3. В качестве ИК добавляли концентрат отработанной эмульсии «Инкам-1».
Для определения потери массы образцов поверхность очищали от продуктов коррозии бензином, спиртом и мягкой антикоррозионной резинкой, тщательно промывали водопроводной и дистиллированной водой, высушивали фильтровальной бумагой, затем взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 г.
Значения водородного показателя (рН) концентрата определили согласно методики [3] для твердых и жидких отходов производства и потребления, осадков, шламов, активного ила, донных отложений потенциометрическим методом.
Результаты исследований показали, что при использовании в качестве ИК концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1» скорость коррозии снижается. Оптимальной концентрацией, ИК при которой достигается максимальная степень защиты стали в 27,3 %, определена концентрация 3,8 г/дм3 [4].
В связи с положительными результатами испытаний, возможно использование в качестве ИК концентрата отработанной СОЖ «Инкам-1», полученный после мембранного разделения.
Как показали результаты исследований, концентрат отработанной СОЖ не обладает высокими ин-гибирующими свойствами. Для повышения ингиби-рующих свойств концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1» увеличили водородной показатель и добавили в состав эмульсии НПАВ марки «Лапрол 302».
Водородный показатель исходного концентрата отработанной СОЖ «Инкам-1» составил 6,9 рН. Для повышения степень защиты стали увеличили водородный показатель концентрата отработанной эмульсии «Инкам-1». Приготовили ИК с значениями водородного показателя от рН = 6,9 до рН = 10 путем добавления в концентрат отработанной эмульсии «Инкам-1» раствора NaOH. Результаты средней скорости коррозии исследуемых образцов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты испытаний в коррозионной среде с увеличением водородного показателя ИК
Ингибитор коррозии Дозировка ИК Средняя скорость коррозии, мм/год
Пластовая вода без добавок - 0,1214
конц. Инкам-1 рН=6,9 3,8 г/дм3 0,0981
конц. Инкам-1 рН=8 3,8 г/дм3 0,0927
конц. Инкам-1 рН=9 3,8 г/дм3 0,0895
конц. Инкам-1 рН=10 3,8 г/дм3 0,1105
Скорость коррозии стали марки «Сталь 20» в пластовой воде составила 0,0981 мм/год при добавлении концентрата отработанной СОЖ «Инкам-1» с рН = 6,9. При увеличении значения водородного показателя до рН = 9 концентрата отработанной СОЖ «Инкам-1», скорость коррозии стали уменьшилась до значения 0,0895 мм/год.
Зависимость степени защиты стали от водородного показателя ИК представлена на рисунке 1.
45
о о
5
6,0 7,0 8,0 9.0 10,0 11,0 Водородный показатель. pH
Рис. 1 - Зависимость степени защиты стали от значения рН ингибитора коррозии
Из данных рисунка 1 следует, что максимальная степень защиты стали, равная 35,6 %, наблюдается в диапазоне водородного показателя ИК от рН = 8,5 до рН = 9,5. При увеличении значения водородного показателя эмульсии больше значения рН > 9,5 происходит резкое снижение защитных свойств ИК.
Результаты коррозионных испытаний с добавлением НПАВ «Лапрол 302» в ИК представлены в таблице 2.
Из данных, приведенных в таблице 2, видно, что при добавлении НПАВ в концентрат отработанной СОЖ «Инкам-1» наблюдается повышение степени защиты стали. Оптимальный объем НПАВ составил 10 %, дальнейшее увеличение объема не увеличивает защитные свойства ИК.
В результате полученных данных, концентрат эмульсии «Инкам-1» модифицировали повышением значения рН до 9 и добавлением 10 % НПАВ «Лапрол 302». По результаты испытаний степень защиты стали марки «Сталь 20» составила 46,5 %.
Таблица 2 - Результаты испытаний в коррозионной среде с добавлением НПАВ «Лапрол 302» в ИК
Ингибитор Дозировка Средняя Степень
коррозии ИК скорость коррозии, мм/год защиты, %
Пластовая во- 0,1214
да без добавок
конц. Инкам-1 + 5 % НПАВ 3,8 г/дм3 0,0868 39,8
конц. Инкам-1 + 10 % НПАВ 3,8 г/дм3 0,0828 46,5
конц. Инкам-1 + 20 % НПАВ 3,8 г/дм3 0,0828 46,6
Литература
1. Переработка отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). ЗАО «БМТ», г. Владимир. [HTML] http://vladbmt.com/content/view/88/189/, дата обращения.
2. Д.Д. Фазуллин, Г.В. Маврин, Технологии нефти и газа, 4(93), 3-7 (2014).
3. ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.33-02 — Методика выполнения измерений значения водородного показателя (рН) твердых и жидких отходов производства и потребления, осадков, шламов, активного ила, донных отложений потенциометрическим методом
4. Д.Д. Фазуллин, Г.В. Маврин, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 18, 15, 69-73 (2015).
© Д. Д. Фазуллин - младший научный сотрудник Казанского Федерального Университета, E-mail: denr3@yandex.ru, Г. В. Маврин - к.х.н., зав. кафедрой Химии и экологии Казанского Федерального Университета, E-mail: mavrin-g@rambler.ru; И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. кафедрой Инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета, E-mail: ildars@inbox.ru.
© D. D. Fazullin - Junior research fellow of Kazan Federal University, E-mail: denr3@yandex.ru; G. V. Mavrin - PhD, head of Department of Chemistry and ecology of Kazan Federal University, E-mail: mavrin-g@rambler.ru; I. G. Shaikhiev - Ph. D., head of Department of environmental Engineering of Kazan National Research Technological University, E-mail: ildars@inbox.ru.
