用基于無磷的添加劑減輕腐蝕和結(jié)垢的制作方法
【專利說明】用基于無磷的添加劑減輕腐蝕和結(jié)垢
[0001] 發(fā)明背景 1. 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本公開內(nèi)容涉及用于控制腐蝕的組合物和方法。具體地，本公開內(nèi)容涉及不包含 任何磷的腐蝕控制組合物以及在腐蝕性含水系統(tǒng)中減輕金屬的腐蝕的方法。 2.
【背景技術(shù)】
[0003] 金屬表面在含水介質(zhì)中的腐蝕對于工業(yè)例如石油和天然氣工業(yè)、食品/飲料工 業(yè)、洗滌/消毒工業(yè)、紙漿和紙、發(fā)電、制造業(yè)和公共設(shè)施是由來已久的問題。例如，熟知的 是，在生產(chǎn)石油和天然氣期間，存在一些其他腐蝕性組分，例如，鹽水、有機(jī)酸、二氧化碳、硫 化氫和微生物。這些侵蝕性成分可能引起如由表面點蝕、脆化和金屬的共同損失所證明的 嚴(yán)重腐蝕。金屬表面可以包括：包括鉻鋼、鐵素體合金鋼、奧氏體不銹鋼、沉淀硬化的不銹鋼 和尚鎮(zhèn)含量鋼的尚合金鋼、銅和碳鋼。
[0004] 在食品/飲料和洗滌/消毒工業(yè)中，通常使用諸如次氯酸鈉溶液之類的溶液，并且 該溶液作為用于清潔多種表面的漂白劑和消毒劑是高度有效的。然而，次氯酸鈉溶液對許 多處理過的金屬表面、特別是變得高度腐蝕的金屬表面是腐蝕性的。
[0005] 存在作為金屬腐蝕的原因的一些機(jī)理。在腐蝕性水系統(tǒng)中，總腐蝕速率通過減少 抑制陰極反應(yīng)的氧來控制。然而，最強(qiáng)的和最有成本效益的水處理計劃包括在陽極和陰極 兩處阻止反應(yīng)的陽極抑制劑和陰極抑制劑。
[0006] 減輕腐蝕和結(jié)垢在所有基于水的或含水的系統(tǒng)中是重要的。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常 用于減輕腐蝕和結(jié)垢的大部分添加劑包括磷，例如正磷酸鹽、多磷酸鹽或通常被稱作膦酸 鹽的有機(jī)磷酸鹽。雖然存在一些歸因于含有磷的腐蝕和結(jié)垢抑制劑組合物的成功案例，但 是最近發(fā)現(xiàn)，磷在環(huán)境上是不友好的并且因此環(huán)保機(jī)構(gòu)已命令減少其使用或完全禁止其使 用。
[0007] 同樣地，存在以下需求：不包含磷的減輕腐蝕和結(jié)垢的組合物，以及用于提供使用 這樣的不含有磷的組合物減輕腐蝕或結(jié)垢的方法。
[0008] 發(fā)明簡述
[0009] 公開了用于減輕結(jié)垢和腐蝕的水處理組合物。水處理組合物可以包含一種或更多 種唑類化合物、一種或更多種過渡金屬和一種或更多種分散劑。水處理組合物可以排除或 不包含磷。
[0010] 還公開了用于減輕含水系統(tǒng)中的表面的腐蝕和結(jié)垢的方法。方法可以包括以下步 驟：提供具有至少一種金屬表面的殼體（housing);將含水介質(zhì)引入至殼體中；和將包含有 效量的一種或更多種唑類組合物、有效量的一種或更多種過渡金屬和有效量的一種或更多 種分散劑的水處理組合物注射至含水介質(zhì)中。水處理組合物可以排除或不包含磷。
[0011] 在另一方面，本公開內(nèi)容提供了監(jiān)測和控制水的一種或更多種性能的自動化的、 在線的方法。方法包括：
[0012] (a)提供儲存設(shè)備；
[0013] (b)將水引入至儲存設(shè)備中；
[0014] (C)提供包括控制器和與控制器通信的多個傳感器的監(jiān)測和控制單元，其中多個 傳感器中的每一個是可操作的以測量水的性能；
[0015] (d)提供一個或更多個泵，所述一個或更多個泵與所述控制器通信，其中一個或更 多個泵可以包括一個或更多個化學(xué)品注射泵；
[0016] (e)將待測量的水的一種或更多種性能中的每一種的可接受的范圍輸入至所述控 制器中；
[0017] (f)提供遞送導(dǎo)管，所述遞送導(dǎo)管具有與水連通的第一端和連接至監(jiān)測和控制單 元的入口的第二端；
[0018] (g)將來自儲存設(shè)備的水的樣品泵送至監(jiān)測和控制單元中；
[0019] (h)用多個傳感器測量水的樣品的一種或更多種性能；
[0020] (i)通過化學(xué)品注射泵將大體上無磷的水處理組合物添加至儲存設(shè)備中的水；
[0021] (j)確定生產(chǎn)用水的樣品的測量的一種或更多種性能是否在步驟（e)中被輸入控 制器中的可接受的范圍之內(nèi)；其中
[0022] (k)如果測量的一種或更多種性能在與步驟（e)中所輸入的所述性能相關(guān)的可 接受的范圍之外，那么將引起化學(xué)品從一個或更多個化學(xué)品注射泵進(jìn)入水中的流入量的變 化，化學(xué)品能夠以使測量性能在可接受的范圍之內(nèi)的方式調(diào)整與水相關(guān)的測量性能；和
[0023] (1)任選地，重復(fù)步驟（a)至（k)以確定是否已使一種或更多種性能在步驟（e)中 所輸入的可接受的范圍之內(nèi)。
[0024] 本文列舉的方法的任何還可以包括：用如本文公開的排除磷的水處理組合物預(yù)處 理至少一種金屬表面的步驟。
[0025] 前述內(nèi)容已概括了本發(fā)明的相當(dāng)廣泛的特征和技術(shù)優(yōu)勢以便可以更好地理解本 發(fā)明的以下的詳細(xì)描述。形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題的本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)勢將在 下文中被描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，出于實施本發(fā)明的同樣的目的，所公開的概念和特 定的實施方案可以容易地用作用于修改和設(shè)計其他實施方案的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng) 該認(rèn)識到，這樣的等同實施方案不背離如所附的權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明的精神和范圍。
[0026] 附圖的若干視圖的簡述
[0027] 本發(fā)明的詳細(xì)描述在下文中依據(jù)對附圖作出的特定參考來描述，在附圖中：
[0028] 圖1示出了描繪與不包含這些分散劑的對照系統(tǒng)相比，包括聚馬來酸分散劑以及 丙烯酸和AMPS的共聚物分散劑的混合物的系統(tǒng)隨著時間在石英晶體微量天平上的增重的 比較的圖。
[0029] 發(fā)明詳述
[0030] 本公開內(nèi)容提供了包括組合物的處理和用于在含水介質(zhì)中減輕腐蝕和結(jié)垢的方 法。該處理消除了使用含有磷的組合物的需要。
[0031 ] 如本文使用的，"腐蝕抑制劑"意圖指的是公開的腐蝕抑制劑、腐蝕抑制劑中間體 和腐蝕抑制劑產(chǎn)品制劑的至少一種或任何組合。這些化合物還可以被稱為水處理組合物。
[0032] 在一個方面，本公開內(nèi)容提供了水處理組合物，該水處理組合物用于抑制或減輕 接觸、包含或容納基于水的或含水的系統(tǒng)的表面的腐蝕和結(jié)垢。
[0033] 在某些方面，水處理組合物大體上是無磷的。在本申請中，術(shù)語"磷"意圖不僅包 含磷，而且也包括含有磷的添加劑、磷衍生物等。在另一個方面，組合物不包含任何磷。
[0034] 本公開的水處理組合物可以包含一種或更多種唑類化合物。唑類在本領(lǐng)域中通常 是已知的并且任何唑類或唑類的組合可以根據(jù)本公開內(nèi)容來選擇。唑類是一類含有至少一 種其他非碳原子例如氮、硫或氧的五元氮雜環(huán)化合物?？梢员话诒竟_的水處理組合 物中的唑類的非限制性的說明性實例是烷基取代的唑類、吡唑、咪唑、噻唑、噁唑、異噁唑、 丁基苯并三唑、甲苯三唑及其任何組合。例如，在某些方面，水處理組合物包含甲苯三唑并 且排除磷。在其他方面，水處理組合物包含兩種或更多種唑類的混合物，例如甲苯三唑和丁 基苯并三唑的混合物，并且排除磷。
[0035] 唑類可以以從約Ippm至約IOOppm的范圍的量存在本公開的水處理組合物中。例 如，本公開的水處理組合物可以包含從約2ppm至約IOppm的一種或更多種唑類，或從約 3ppm至約25ppm的一種或更多種挫類，或從約IOppm至約50ppm的一種或更多種挫類，或在 約2ppm至約IOOppm范圍之內(nèi)的任何子組合的一種或更多種挫類。在某些方面，本公開的 水處理組合物包含約4ppm的甲苯三唑并且排除磷。在其他方面，本公開的水處理組合物包 含丁基苯并三唑和甲苯三唑的約3ppm的混合物，同時排除磷。
[0036] 此外，在某些方面，水處理組合物還可以包含一種或更多種分散劑。例如，分散劑 可以是包含丙烯酸、馬來酸或聚馬來酸和磺化單體、及其任何組合的任何聚合物、共聚物、 三聚物等。這樣的分散劑的實例是丙烯酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸（AMPS)的共聚 物。這樣的分散劑的另一個實例是馬來酸和AMPS的共聚物。這樣的分散劑的另外的實例 是丙烯酸、磺化丙烯酰胺和AMPS的三聚物。因此，在一個方面，本公開的水處理組合物可以 包含：包含丙烯酸且不包含磷的分散劑。因此，在另一個方面，本公開的水處理組合物可以 包含：包含聚馬來酸以及丙烯酸和AMPS的共聚物的分散劑，同時排除磷。
[0037] 分散劑可以以從約2ppm至約50ppm的范圍的量存在于水處理組合物中。例如，分 散劑可以以從約3ppm至約lOppm、或約IOppm至約20ppm、或約20ppm至約30ppm的范圍的 量、或其任何范圍或子范圍存在。因此，在一個方面，本公開的水處理組合物可以包含：包含 聚馬來酸以及丙烯酸和AMPS的共聚物的約3ppm的混合物的分散劑，同時排除磷。
[0038] 此外，在某些方面，本文公開的水處理組合物還可以包含一種或更多種過渡金屬。 過渡金屬是本領(lǐng)域中通常已知的并且就其本身而論被標(biāo)記在元素周期表中。過渡金屬的實 例是鋅。因此，在本公開的一個方面，水處理組合物包含鋅且排除磷。
[0039] 一種或更多種過渡金屬可以以從約Ippm至約5ppm的范圍的量存在于水處理組合 物中。因此，在某些方面，水處理組合物可以包含從約Ippm至約3ppm的一種或更多種過渡 金屬，或從約2ppm至約4ppm的一種或更多種過渡金屬、或其任何范圍或子范圍的一種或更 多種過渡金屬。例如，在一個方面，水處理組合物包含約2ppm的鋅且排除磷。在另一個方 面中，水處理組合物包含約4ppm的鋅且排除磷。
[0040] 在某些方面，其他組分可以存在于水處理組合物中，例如排除磷的一種或更多種 季按鹽和偏娃酸鈉。
[0041] 根據(jù)本公開內(nèi)容，水處理組合物的特定的實施方案包含：鋅、包含聚馬來酸以及丙 烯酸和AMPS的共聚物的混合物的分散劑、以及甲苯三唑，不包含磷。在一個方面，水處理組 合物包含：約4ppm的鋅、約4ppm的包含聚馬來酸以及丙烯酸和AMPS的共聚物的混合物的 分散劑以及約4ppm的甲苯三唑，排除磷。
[0042] 在可選擇的實施方案中，水處理組合物包含：鋅、包含聚馬來酸以及丙烯酸和 AMPS的共聚物的混合物的分散劑、以及丁基苯并三唑和甲苯三唑的混合物，排除磷。在一個 方面，水處理組合物包含：約4ppm的鋅、約4ppm的包含聚馬來酸以及丙烯酸和AMPS的共聚 物的混合物的分散劑、以及丁基苯并三唑和甲苯三唑的約3ppm的混合物，排除磷。
[0043] 盡管在現(xiàn)有技術(shù)中，某些水處理組合物已用于減輕金屬表面例如鋼的腐蝕，但是 本發(fā)明人令人意外地發(fā)現(xiàn)，本文公開的水處理組合物對于抑制或減輕除銅和銅合金表面之 外的鋼、鍍鋅鋼或碳鋼的表面腐蝕和結(jié)垢是有效的。
[0044] 本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)了某些具有鋅的唑類化合物和具有鋅的唑類化合物的某些組合之 間的令人意外的協(xié)同作用。該協(xié)同作用在本申請中的實例中顯示出。
[0045] 本公開的水處理組合物不僅用于抑制或減輕表面的腐蝕，而且它們對于減輕或抑 制表面的結(jié)垢也是有效的。即將用本公開的水處理組合物處理的表面可以是涉及或存在于 本申請的背景部分中所涉及的任何含水系統(tǒng)或水系統(tǒng)中的任何表面，除可以與含水介質(zhì)接 觸的任何其他表面之外。例如，本公開的水處理組合物可以成功地用于挑戰(zhàn)