專利名稱：抑制水系統(tǒng)中腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對水進行處理以抑制結(jié)垢和控制與水系統(tǒng)接觸的金屬腐蝕的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及使用四唑鹽以抑制結(jié)垢或防止與水系統(tǒng)接觸的鐵基金屬腐蝕的方法。
在冷卻系統(tǒng)中，腐蝕引發(fā)兩個基本問題。第一個和最明顯的問題是設(shè)備失效，導(dǎo)致維修成本和裝置停工。而且，由于傳熱損失，引起裝置效率降低。腐蝕產(chǎn)物的累積引起熱交換器結(jié)垢，從而導(dǎo)致傳熱損失。鐵基金屬，例如鐵金屬和含鐵的金屬合金(低碳鋼)是通常用在冷卻系統(tǒng)的構(gòu)建中，因為它們的成本低和容易買到。當(dāng)系統(tǒng)的水從這些含鐵基金屬的裝置上或之中通過時，它們經(jīng)受了腐蝕過程。通常加入腐蝕抑制劑作為冷卻系統(tǒng)中的水處理步驟的一部分以防止和抑制含鐵基金屬的裝置的腐蝕。
曾經(jīng)將鉬酸鹽、鋅、磷酸鹽或多磷酸鹽用于抑制與冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)水接觸的鐵基金屬的腐蝕。然而，每種處理均表現(xiàn)出一些缺點。
因此需要一種用于與水系統(tǒng)接觸的鐵基金屬的更具環(huán)境可接受性的腐蝕抑制劑。
防止工業(yè)傳熱設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢對冷卻水系統(tǒng)的有效和經(jīng)濟操作是十分重要的。金屬表面的過度腐蝕可引起工藝設(shè)備的早期失效，必然導(dǎo)致用于更換或維修設(shè)備的停工時間。另外，在傳熱表面的腐蝕產(chǎn)物的堆積降低了效率，由此限制了生產(chǎn)或要求用于清洗的停工時間。
本發(fā)明的方法包括用下列通式的四唑鹽處理工業(yè)用水 其中R1、R2和R3可以是各種有機或無機取代基，例如是選自于低級烷基、芳基、芳烷基和雜環(huán)取代芳基，但R1、R2或R3均不能含有超過14個碳原子，和n可以是1或2。
為了平衡上述結(jié)構(gòu)上的電荷，所述化合物可包含正或負反離子。這類化合物的化學(xué)或電化學(xué)還原產(chǎn)生容易吸附在金屬表面和形成用于腐蝕保護的薄膜的四唑基和甲。
在水系統(tǒng)中，金屬例如鋼發(fā)生下列腐蝕反應(yīng)
當(dāng)使用具有高于受腐蝕的金屬或合金的氧化還原電勢的四唑化合物時，在鋼表面上容易發(fā)生四唑分子的還原以形成不溶材料且因此防止鋼進一步腐蝕。
優(yōu)選實施方案的詳細描述本發(fā)明的處理方法的成膜和腐蝕抑制活性是用燒杯腐蝕測試裝置(BCTA)進行評估的。該BCTA包括配備有空氣/CO2噴射器的燒杯，低碳鋼試樣片、電化學(xué)探針和磁攪拌器。將燒杯浸入至用于控制溫度的水浴中。使用線性極化電阻工藝測得電化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)。所有的測試均是在120°F,400RPM下進行18小時。
測試的化合物
NBT:3,3’-二甲氧基-4,4’-亞聯(lián)苯基)-雙-[2-(對硝基苯基)-5-苯基-2H-氯化四唑]INT:2-(4-碘苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-苯基-氯化四唑TZV:2,5-二苯基-3-(1-萘基)-2H-氯化四唑TTC:2,3,5-三苯基-2H-氯化四唑表1
實施例2試驗用水100ppm Ca(以CaCO3形式),50ppm Mg(以CaCO3形式)，100ppm Cl,100ppm SO4,5ppm PESA對于在含有抑制劑2,5-二苯基-3-(1-萘基)-2H-氯化四唑(四唑紫或TZV)氯化氮藍四唑單水合物(NBT)和2-(4-碘苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-苯基-氯化四唑(INT)試驗水中低碳鋼的腐蝕率的結(jié)果是總結(jié)在表2中。
表2
實施例3試驗用水100ppm Ca(以CaCO3形式)，50ppm Mg(以CaCO3形式)，100ppm Cl,100ppm SO4,5ppm PESA,5ppm AA/AHPSE對于在含有抑制劑2,5-二苯基-3-(1-萘基)-2H-氯化四唑(四唑紫或TZV)2,3,5-三苯基-2H-氯化四唑(TTC)的試驗水中低碳鋼的腐蝕率的結(jié)果是總結(jié)在表3中。
表3
*LCS是在不含TZV的這個水中測試之前用20ppmTZV處理18小時。
本發(fā)明的處理物可連續(xù)地或間斷地添加。在選擇的具體用途之前，所述化合物可用作活化金屬表面的預(yù)處理物。
表4
在長凳工作臺面循環(huán)裝置(BTU)測試中，設(shè)計BTU裝置以測量處理物防止腐蝕和結(jié)垢形成的能力。經(jīng)處理的水是通過其中插入有試樣片和探針的旁路支管進行循環(huán)并通過一個熱交換管。通過裝置的水的速度可控制在約0至4.5英尺/秒。使用LCS探針的線性極化測試得到腐蝕率。不銹鋼探針被用作反電極和參比電極。
在下列條件下為期7天的測試中LCS腐蝕速率的結(jié)果是總結(jié)在表5中。
試驗用水100ppm Ca(以CaCO3形式)，50ppm Mg(以CaCO3形式)，100ppm Cl,100ppm SO4,5ppm PESA,5ppm AA/AHPSE主體水溫120°F流動速率4英尺/秒表5
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，將化合物以約0.1-50ppm的活性處理物量添加至水系統(tǒng)中，特別優(yōu)選以約1-25ppm的處理物量。
能夠得益于本發(fā)明的處理物的體系包括冷卻水系統(tǒng)、蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)、氣體洗滌系統(tǒng)和制漿及造紙系統(tǒng)。待處理的水系統(tǒng)的PH是約6或更大。
雖然以上參照特定的實施方案對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明的許多其它形式和改進對本領(lǐng)域熟練人員將是十分明顯的。所附的權(quán)利要求書和本發(fā)明總體上應(yīng)包括屬于本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有此種明顯形式和改進。
權(quán)利要求
1.控制與水系統(tǒng)接觸的金屬腐蝕的方法，其包括將下列通式的化合物引入至所述水系統(tǒng)中 其中R1、R2和R3是選自于低級烷基、芳基、芳烷基和雜環(huán)取代芳基，但R1、R2或R3均不能含有超過14個碳原子，且n是1或2。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述化合物是選自于3,3’-二甲氧基-4,4’-亞聯(lián)苯基)-雙-[2-(對硝基苯基)-5-苯基-2H-氯化四唑]；2-(4-碘苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-苯基氯化四唑；2,5-二苯基-3-(1-萘基)-2H-氯化四唑；2,3,5-三苯基-2H-氯化四唑。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述水系統(tǒng)是冷卻水系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述化合物以約0.1-50ppm的活性處理物量添加至水系統(tǒng)中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中將所述化合物以約1-25ppm的活性處理物量添加至水系統(tǒng)中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水系統(tǒng)是蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水系統(tǒng)是氣體洗滌系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水系統(tǒng)是制漿和造紙系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬是鐵基金屬。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水系統(tǒng)的PH是約6或更大。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述化合物是連續(xù)地添加至所述水系統(tǒng)中。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述化合物是間斷地添加至所述水系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于控制金屬腐蝕、特別是與水系統(tǒng)接觸的鐵基金屬腐蝕的方法,其包括用通式(Ⅰ)的四唑鹽(包括上述結(jié)構(gòu)的單體或低聚物)處理工業(yè)用水,其中R
文檔編號F28F19/01GK1312865SQ99809770
公開日2001年9月12日 申請日期1999年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月19日
發(fā)明者程龍春, 金·A·惠特克 申請人:貝茨迪爾博恩公司