專利名稱：流體體系的腐蝕抑制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及保護(hù)金屬表面免受水性和非水性流體體系的蒸汽相和液相腐蝕。更具體地，本發(fā)明涉及腐蝕抑制組合物及使用其的方法。
背景技術(shù)：
工廠中金屬部件的腐蝕會(huì)引起體系失靈并且有時(shí)引起工廠停產(chǎn)。另外，積累在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物會(huì)降低金屬表面和水或其它流體介質(zhì)之間的傳熱速率，從而腐蝕將降低體系操作的效率。因此，腐蝕增加了維護(hù)成本和生產(chǎn)成本。
對(duì)付腐蝕最通常的方法是向這些體系的流體中添加防腐添加劑。然而，目前可用的防腐添加劑是非生物可降解的、有毒的，或兩者都具備，這限制了這些添加劑的可應(yīng)用性。
與鍋爐冷凝物體系結(jié)合使用的最常見(jiàn)的防腐添加劑是中和胺(neutralizing amine)和膜胺(filming amine)。盡管胺和胺的組合一般對(duì)鋼和其它含鐵金屬提供了有效保護(hù)，但目前在防腐添加劑中使用胺帶來(lái)了幾個(gè)問(wèn)題。
首先，胺在高溫下常常經(jīng)歷熱分解并形成氨氣，該氨氣對(duì)銅和銅合金的腐蝕很強(qiáng)，特別在氧氣存在下。因此，含有胺的緩蝕劑用于包含銅或銅合金冶金的體系常常不盡人意。
另外，在包括食品加工、飲料生產(chǎn)、廢熱電站(co-generation plant)和制藥的大量應(yīng)用中，胺的使用因政府法規(guī)或?qū)ξ兜篮蜌馕秵?wèn)題的關(guān)注而受到限制。從而，在許多這些應(yīng)用中，根本不采用防腐處理步驟。因此，這些體系易遭受高腐蝕率、高維護(hù)成本和高設(shè)備失靈率。
美國(guó)專利5,368,775討論了控制酸致腐蝕的方法。在一方法中，使用薄膜作為欲保護(hù)金屬表面和酸性溶液之間的屏障。使用長(zhǎng)鏈胺例如十八烷基胺或唑系形成薄膜。第二種方法需要添加中和胺以中和酸并提高水溶液的pH。用于該方法的最佳胺描述為具有高堿度和低分子量。引用環(huán)己胺、二甲胺、三甲胺、嗎啉和甲氧基丙胺作為中和胺的實(shí)例。
美國(guó)專利4,915,934披露了可發(fā)泡的殺生物劑組合物來(lái)對(duì)付含醇chlorohexidine溶液的腐蝕本性，所述組合物包括含醇chlorohexidine溶液，快速滅泡劑、氣溶膠推進(jìn)劑和緩蝕劑。快速滅泡劑包含作為其成分之一的表面活性劑，優(yōu)選為乙氧基化脫水山梨糖醇酯。該表面活性劑充當(dāng)乳化劑。所給出的優(yōu)選乳化劑的實(shí)例包括乙氧基化脫水山梨糖醇硬酯酸酯、棕櫚酸酯和油酸酯；壬基苯酚乙氧基化物；以及脂肪醇乙氧基化物。
美國(guó)專利3,977,994披露了防銹組合物。該組合物是有機(jī)酸、N-烷基或環(huán)烷基取代的乙醇胺和水的混合物。在一些情況中，該組合物還可以包含至少一種乳化劑來(lái)使有機(jī)酸和乙醇胺乳化。所述乳化劑的實(shí)例包括脫水山梨糖醇的衍生物。
美國(guó)專利4,970,026教導(dǎo)了用于含鐵水性體系和不含鐵水性體系的緩蝕劑。其組合物包括選自以下的組分三乙醇胺N-烷基硫酸二酰胺羧酸的環(huán)烷油基鈉鹽；三乙醇胺N-烷基硫酸二酰胺羧酸的石蠟油基鈉鹽；N-烷基硫酸二酰胺羧酸的鈉鹽；和包括兩種選擇的混合物，以及表面活性劑，該表面活性劑選自肌氨酸的長(zhǎng)鏈脂肪酸衍生物和環(huán)氧乙烷與脂肪酸的縮合產(chǎn)物。
防腐效果歸功于所述組分或所述組分的混合物，而不是添加的表面活性劑。事實(shí)上，該專利指出，分別測(cè)試了表面活性劑作為緩蝕劑的效果。發(fā)現(xiàn)表面活性劑作為緩蝕劑是無(wú)效的。
美國(guó)專利5,082,592披露了用于水溶液中含鐵金屬防腐的方法，所述水溶液包括非離子表面活性劑和含氧陰離子的基團(tuán)，例如硼酸、鉬酸和硝酸/亞硝酸的堿金屬鹽。優(yōu)選的非離子表面活性劑是苯酚/聚環(huán)氧乙烷。
在該專利的說(shuō)明書中假設(shè)非離子表面活性劑增加了陰離子的防腐性能。陰離子的防腐性能起因于它們?cè)诮饘俦砻婧腿芤航缑嫣幍奈健ＵJ(rèn)為非離子表面活性劑的共吸附起到通過(guò)屏蔽陰離子的流體靜壓排斥力使陰離子表面濃度最大化的作用。
EPO專利申請(qǐng)0 108 536 B1披露了保護(hù)金屬表面免受腐蝕的方法。該方法使用緩蝕劑和增稠劑的組合物。緩蝕劑可包括脫水山梨糖醇的羧酸酯。在與增稠劑的結(jié)合中，該緩蝕劑是假塑性和觸變的。在靜置時(shí)組合物形成凝膠。所述組合物形成軟的柔性涂層，該涂層可以替代經(jīng)常用于保護(hù)金屬表面免受腐蝕的涂料、清漆、漆、塑料和金屬涂層。
因此，強(qiáng)烈需要防腐的非胺的、毒性較小的添加劑，該添加劑是更加可被環(huán)境接受的替代物。在本發(fā)明中，磷酸甘油酯化合物出乎意料地提供了在水性和非水性溶液中保護(hù)金屬表面不受腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了抑制與工業(yè)流體體系中所含流體接觸的金屬表面腐蝕(例如，二氧化碳腐蝕)的有效方法，該方法包括向所述流體中加入有效控制腐蝕量的磷酸甘油酯化合物。
磷酸甘油酯化合物可以為，例如通常稱為卵磷酯的磷酯酰膽堿(PC)，磷酯酰乙醇胺(PE)或磷酯酰絲氨酸(PS)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，磷酸甘油酯化合物為卵磷酯。卵磷酯化合物具有以下結(jié)構(gòu)CH2(R)CH(R1)CH2OPO(OH)O(CH2)2N(OH)(CH3)3其中R、R1可以為脂肪酸基團(tuán)，例如亞油酸、硬脂酸、油酸和/或棕櫚酸的基團(tuán)。
為此應(yīng)該向流體體系添加有效量的本發(fā)明的組合物，對(duì)于所述流體體系，與流體體系接觸的金屬部件的防腐活性是必需的。添加量根據(jù)需要處理的具體體系而改變，并受到例如腐蝕面積、pH、溫度、水量和水中腐蝕物質(zhì)各自濃度等因素的影響。在極大程度上，當(dāng)以約0.025-50份/百萬(wàn)(ppm)的待處理體系中的流體，且優(yōu)選以0.025-10ppm的待處理體系中的流體使用時(shí)，本發(fā)明將是有效的?？梢赃B續(xù)或間歇地以固定量和以水溶液態(tài)將本發(fā)明的組合物直接加入所需流體體系中。所述流體體系可以是，例如冷卻水、鍋爐水、鍋爐蒸汽、氣體洗滌或者紙漿和造紙?bào)w系。可受益于本發(fā)明處理的流體體系的其它實(shí)例包括傳熱體系、精煉體系、食品和飲料體系、制藥應(yīng)用體系(pharmaceutical utility system)和機(jī)械冷卻體系。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參考多種具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，這些實(shí)施例應(yīng)僅僅看作是說(shuō)明性的，而不是限制本發(fā)明的范圍。
在實(shí)驗(yàn)室的腐蝕測(cè)試裝置中進(jìn)行測(cè)試。該設(shè)備包括去離子和去氧水源、高壓泵、一系列輸送材料的計(jì)量泵和相關(guān)的傳感器。
用于本發(fā)明的測(cè)試裝置包括充當(dāng)腐蝕金屬的16英尺低碳鋼卷(OD0.25″，ID0.135″)。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)條件如下1.使用去離子碳酸水作為流體；2.進(jìn)口氧濃度為10ppb；3.低碳鋼卷內(nèi)的流速為180ml/min；4.保持鋼卷和流動(dòng)溶液的溫度為104℃±3℃。
為了得到更好的熱穩(wěn)定性，將鋼卷容納在填充了沙的加熱罐內(nèi)。兩個(gè)內(nèi)部熱電偶監(jiān)測(cè)鋼卷進(jìn)口/出口溫度。保持CO2的濃度恒定并用碳分析器Sievers TOC 800測(cè)量。溶液的pH估計(jì)為5.15±0.10。
在裝置出口流體中的總鐵濃度表示低碳鋼卷的腐蝕。在實(shí)驗(yàn)室用1，10-菲咯啉作為反應(yīng)劑(reactive)以比色法粗略估計(jì)鐵的濃度，通過(guò)感應(yīng)耦合等離子體(ICP)確定總鐵含量。
計(jì)算腐蝕抑制百分?jǐn)?shù)，其為運(yùn)行條件下未處理鋼卷出口處的總鐵濃度(Fe ppm UT)和在相同實(shí)驗(yàn)條件下離開(kāi)化學(xué)處理鋼卷的總鐵濃度(Fe ppm T)之間的差異腐蝕抑制％＝((Fe ppm UT)-Fe ppm T))×100)/(Fe ppm UT)。
對(duì)于未處理卷和一些處理運(yùn)行，探索(following)鐵釋放的動(dòng)力學(xué)。未處理的鐵卷在4至8小時(shí)內(nèi)快速達(dá)到平滑。以下是每種濃度平衡時(shí)間為20-26小時(shí)的結(jié)果。在該時(shí)間期間，為了探索鐵釋放動(dòng)力學(xué)，對(duì)出口流體取樣并分析總鐵含量。在設(shè)定的平衡時(shí)間(20-26小時(shí))結(jié)束時(shí)使用測(cè)量的總鐵濃度計(jì)算由化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的腐蝕百分?jǐn)?shù)。
在每次運(yùn)行之前和之后，將鐵卷從裝置中分離、活化、再接合，并使其在開(kāi)始處理之前的總鐵濃度中達(dá)到平衡。測(cè)量的總鐵濃度為上式中的(Feppm UT)。
根據(jù)上述程序，在測(cè)試裝置中測(cè)試得自Fluka GmbH的大豆卵磷酯作為腐蝕抑制劑。該化學(xué)物質(zhì)稱為得自大豆的3-sn磷酯酰膽堿、磷酯酰膽堿、L-a-卵磷酯；L-a-磷酯酰膽堿。注意到，該化學(xué)物質(zhì)不是水溶性的，但易于在水中乳化。
表1表示在測(cè)試裝置中將卵磷酯輸入鐵卷時(shí)得到的腐蝕抑制百分?jǐn)?shù)。使用由ICP測(cè)量的總鐵濃度計(jì)算腐蝕百分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明該化學(xué)物質(zhì)起著金屬緩蝕劑的作用。
表1當(dāng)輸入卵磷酯時(shí)的腐蝕抑制％

還使用上述相同的程序在腐蝕測(cè)試裝置中測(cè)試精制大豆油和粗大豆油作為緩蝕劑。注意到，使用的油不是水溶性的。依次將它們輸入測(cè)試水中，將材料進(jìn)行乳化。為此使用占油約10％重量的蔗糖脂肪酸酯(蔗糖酯非離子的水溶性表面活性劑)。為了形成乳狀液。在60-65℃在水中向酯溶液中添加少量油，同時(shí)劇烈攪拌。表2和表3顯示了獲得的金屬腐蝕抑制百分?jǐn)?shù)的結(jié)果。結(jié)果表明乳狀液起著金屬緩蝕劑的作用。
表2用精制大豆油得到的腐蝕抑制％

表3用乳化的粗大豆油得到的腐蝕抑制％

盡管根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但顯然對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的大量其它形式和修改都將是顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明所附的權(quán)利要求書通常認(rèn)為涵蓋了在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有這些明顯的形式和修改。
權(quán)利要求
1.抑制與工業(yè)流體體系所含流體接觸的金屬表面腐蝕的方法，該方法包括向所述流體添加有效控制腐蝕量的處理劑，該處理劑選自磷酸甘油酯化合物和豆油。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述磷酸甘油酯化合物選自磷酯酰膽堿、磷酯酰乙醇胺和磷酯酰絲氨酸。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述流體體系選自傳熱體系、精煉體系、食品和飲料體系、制藥應(yīng)用體系和機(jī)械冷卻體系。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述化合物是以約0.025至約50ppm的有效處理劑量(active treatment level)添加至流體體系的。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述化合物是以約0.025至約10ppm的有效處理量添加至流體體系的。
6.抑制與工業(yè)流體體系中所含流體接觸的金屬表面上二氧化碳腐蝕的方法，該方法包括向所述流體添加有效控制腐蝕量的處理劑，該處理劑選自磷酯酰膽堿化合物和豆油。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述流體體系選自傳熱體系、精煉體系、食品和飲料體系、制藥應(yīng)用體系和機(jī)械冷卻體系。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述磷酯酰膽堿化合物得自豆油。
9.權(quán)利要求6的方法，其中所述化合物是以約0.025至約50ppm的有效處理劑量添加至流體體系的。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述化合物是以約0.025至約10ppm的有效處理劑量添加至流體體系的。
全文摘要
本發(fā)明提供了抑制與工業(yè)體系中所含流體接觸的金屬表面腐蝕的有效方法，該方法包括向所述流體添加有效控制腐蝕量的磷酸甘油酯化合物或乳化豆油。
文檔編號(hào)F01K21/06GK1823182SQ200480020646
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者羅莎·克羅維托 申請(qǐng)人:通用電氣公司