咪唑啉和醇胺兩種高效緩蝕劑的合成及其緩蝕機理研究.pdf

1、金屬管道在石油、天然氣的開采和輸送過程中腐蝕問題日益嚴(yán)重,已成為制約石油化工安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的重大安全隱患。緩蝕劑技術(shù)在解決金屬腐蝕的關(guān)鍵技術(shù)之一。開發(fā)綠色、高效、對環(huán)境溫和的緩蝕劑技術(shù)是目前石油化工領(lǐng)域金屬防腐方面的重要研究方向和熱點課題,本文針對大慶油田天然氣采集和輸送用金屬管道的CO2等酸性介質(zhì)腐蝕問題,根據(jù)分子吸附成膜理論,通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化的合成工藝合成制備了咪唑啉類、醇胺類兩種高效的緩蝕劑,分析了緩蝕劑的緩蝕機理。

2、r>　　根據(jù)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,通過在咪唑啉環(huán)中季銨上增加極性基團,使其具有良好水溶性結(jié)構(gòu)和更多能與金屬進行軌道配位提供孤對電子的分子結(jié)構(gòu)。本文采用油酸與二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)在真空條件合成咪唑啉中間體,再分別與氯化芐、硫脲等摩爾反應(yīng)制得相應(yīng)的硫脲基咪唑啉鹽(IM-S1、IM-S2),并用紅外光譜和核磁對產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)表征。探討了不同合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)對收率和緩蝕性能影響,篩選出具有最優(yōu)緩蝕能力的分子結(jié)構(gòu),通過改變反應(yīng)原料

3、配比,合成產(chǎn)物在不同濃度下腐蝕失重、極化曲線及交流阻抗的分析確定了油酸、DETA、氯化芐和硫脲的最佳配比。即IM-S1具有最佳的緩蝕效果,緩蝕劑添加濃度為70mg/L時,緩蝕率達到97％以上。
　　復(fù)配不同濃度的硫脲后,與單一投加IM-S1的緩蝕效果相比,緩蝕能力改善明顯,但隨著硫脲濃度的逐漸增加,緩蝕率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,動態(tài)接觸角測試從宏觀角度觀察不同復(fù)配比例緩蝕劑在鋼片表面動態(tài)吸附情況,硫脲與IM-S1比例為1:1時,接

4、觸角最小,吸附性最佳。SEM測試則從微觀形貌方面顯示了鋼片表面的腐蝕情況,測試結(jié)果與上述一致。
　　本文通過吸附熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面從理論層面探究復(fù)配型咪唑啉緩蝕劑在金屬表面的吸附狀態(tài),熱力學(xué)計算得出IM-S1和復(fù)配型緩蝕劑ΔG理論值均隨覆蓋率的增加逐漸減小,自發(fā)吸附能力和緩蝕性能愈發(fā)增強,動力學(xué)測試結(jié)果顯示,緩蝕劑在金屬表面的吸附需要一定時間,腐蝕初期緩蝕效果較差,表面活性劑OP-10的加入,降低IM-S1大分子之間的纏結(jié),提高

5、其運動速度和滲透能力,使其與硫脲具有更為理想的協(xié)同效應(yīng)。
　　傳統(tǒng)醇胺緩蝕劑緩蝕效果差,產(chǎn)物腐蝕性強,本文經(jīng)過原料的篩選,采用MDEA為主緩蝕劑,復(fù)配不同的輔助劑,得到兩類環(huán)境友好的多元化復(fù)合醇胺緩蝕劑,解決了上述問題。
　　醇胺緩蝕劑常溫常壓下為液體狀態(tài),重力對其限制作用明顯。模擬腐蝕環(huán)境下,經(jīng)過起泡劑的選擇,溶液和液膜粘度劑的復(fù)配,制備出在較高溫度和較大pH值條件下具有適當(dāng)起泡高度和消泡時間的泡排劑,促使液態(tài)醇胺形成氣泡

6、,均勻的覆蓋在鋼體表面,提高了緩蝕劑分子的滲透能力和緩蝕能力。
　　在緩蝕劑中添加相同濃度的微量泡排劑后,二元復(fù)配和三元復(fù)配的緩蝕性能均強于單一投加MDEA時的緩蝕效果。以MDEA為主緩蝕劑的二元復(fù)配緩蝕性能排列順序為,硫脲>MEA>鉬酸鈉>DETA。三元復(fù)配的腐蝕失重、極化曲線和交流阻抗測試結(jié)果顯示,兩種復(fù)配緩蝕劑的腐蝕速率均低于國家標(biāo)準(zhǔn),具有良好的抑制陰、陽極腐蝕作用。醇胺緩蝕劑從宏觀(接觸角測試)和微觀(SEM測試)兩方面觀