ГЛава I. Общие вопросы эколого-аналитической химии ряда поверхностно-активных веществ
Широкое использование магистралей стальных трубопроводов для транспортировки углеводородного сырья, а также применение различного технологического оборудования при переработке газового конденсата и нефтепродуктов, требует их защиты от коррозии.
Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведенного в мире железа. Затраты на ремонт или замену судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия: ее продукты вызывают загрязнение окружающей среды, отрицательно воздействуют на жизнь и здоровье людей.
Одним из эффективных способов экономии металла при его травлении является применение ингибиторов – веществ, замедляющих коррозию металлов в различных условиях при небольшой концентрации. Ингибиторы коррозии были известны еще в средневековье. За прошедшие с тех времен десятилетия сменилось не одно поколение ингибиторов. В настоящее время в России и за рубежом насчитываются десятки их производителей и сотни потребителей, начиная от мелких производственных предприятий и заканчивая промышленными гигантами металлургии и других металлоемких отраслей.
Ингибиторы кислотной коррозии это химические соединения или их композиции, присутствие которых в небольших количествах в агрессивной среде замедляет коррозию металлов.
Классификация ингибиторов коррозии
В качестве ингибиторов кислотной коррозии применяются почти исключительно органические вещества, содержащие азот, серу или кислород в виде амино-, имино-, тиогрупп, а также в виде карбоксильных, карбонильных и некоторых других групп. (Иванов Е.С., 1980, Иванов Е.С., 1977). Существует несколько классификаций ингибиторов коррозии. В зависимости от условий эксплуатации изделий ингибиторы разделяют на следующие основные группы (Алцыбеева А.И., 1968):
ингибиторы коррозии в растворах кислот;
ингибиторы коррозии в растворах щелочей;
ингибиторы коррозии в воде и водных нейтральных растворах солей;
ингибиторы атмосферной коррозии;
ингибиторы коррозии в нефти (добыча, разведка, транспортировка, хранение);
ингибиторы коррозии в органических средах и вторичных продуктах нефтепереработки.
Каждая из этих групп подразделяется (по физическим свойствам или назначению ингибиторов) на более узкие подгруппы. Например, ингибиторы атмосферной коррозии разделяют на летучие и контактные; ингибиторы коррозии в растворах кислот – на ингибиторы для перевозки и хранения кислот, ингибиторы травления и т.п.
В соответствии со степенью влияния ингибитора на парциальные электрохимические реакции их разделяют на анодные, катодные и смешанные (Иванов Е.С., 1980, Иванов Е.С., 1977).
Анодные ингибиторы замедляют коррозионный процесс за счет снижения скорости анодной реакции ионизации металла. В качестве анодных ингибиторов могут применяться сильные окислители: кислород, нитриты, хроматы, молибдаты, а также силикаты, фосфаты, бензоаты, карбонаты и другие вещества, образующие труднорастворимые соединения или окислы на поверхности металлов.
Катодные ингибиторы снижают скорость растворения металла за счет повышения перенапряжения катодного процесса. Катодными ингибиторами в кислых средах являются в большинстве своем органические вещества – декстрин, уротропин, многие азотсодержащие соединения, соли мышьяка, висмута.
Наиболее эффективными являются смешанные ингибиторы коррозии. К числу их относятся такие, как БА-6, катапин, ХОСП-10 для кислых сред, нитриты и хроматы аминов в нейтральных средах. Так, органические хроматы (уротропина, пиридина, пиперидина и других) тормозят в нейтральных средах анодную реакцию вследствие окислительных свойств хромат-иона, а катодную реакцию – за счет адсорбции органического катиона.
Известна также еще одна классификация, по которой ингибиторы коррозии подразделяются на:
Катионные ингибиторы кислотной коррозии, используемые для защиты от коррозии трубопроводов и аппаратов в газо- и нефтеперерабатывающей промышленности и при транспортировке этих веществ (Алцыбеева А.И., 1968, Григорьев В.П., 1978, Антропов Л.И. и др., 1981, Богданова Т.И., 1984, Алыков Н.М. и др., 2002). Их используют при кислотном травлении и очистке поверхности металлических изделий, для повышения эффективности химических источников тока. Наиболее эффективны среди этих ИКК амиды и амины или их производные, в том числе гетероалкилированные, четвертичные соединения аммония и фосфония, высокомолекулярные спирты, некоторые альдегиды и различные серосодержащие соединения. Общий вид катионных ИКК представлен формулами (1.1) (1.4)
m =
1 или 2
R –
радикалы С10
С18
R –
радикалы С10
С18
(1.1) (1.2)
Ходнозарядный
анион, например:
Cl–,
Br–, I–
R1
= R2 = R3
= R4
или
R1
R2
R3
R4
R
CH3
C2H5
(1.4)
Среди ИКК данного типа наиболее часто используются вещества со структурой (1.1) или (1.3). К ним относятся ИКБ, Виско, Додиген, Секангаз, Сепакорр, Геркулес и Камеликс. Именно вещества с этими названиями наиболее широко используются в нефте- и газодобыче, транспортировке и переработке углеводородного сырья.
Ингибиторы для нейтральных сред – это вещества, способствующие образованию устойчивого пассивного состояния металла, благодаря изменению (облагораживанию) потенциала питтингообразования. Это – хроматы, фосфаты, молибдаты, нитриты, и другие соли неорганических кислот, алкил- или арилкарбоксилаты, аминокислоты, сульфонаты или алкилфосфаты. Хорошую защиту обеспечивают анионы органических кислот с числом углеродных атомов от 10 до 12, способные образовывать полимолекулярные адсорбционные слои. Такие ингибиторы обеспечивают защиту судов, аппаратов и трубопроводов при действии на них солевых растворов (Алцыбеева А.И., 1968, Григорьев В.П., 1978, Антропов Л.И. и др., 1981, Богданова Т.И., 1984).
Ингибиторы щелочной коррозии используются при щелочной обработке амфотерных металлов, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных химических источников тока, защиты оборудования. Это различные ПАВ, которые применяют в сочетании с катионами некоторых металлов и комплексонами, например ЭДТА (Алцыбеева А.И., 1968, Григорьев В.П., 1978, Антропов Л.И. и др., 1981, Богданова Т.И., 1984).