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H_2S/CO_2体系油溶性缓蚀剂的开发

作　者: 赵萃红
导　师: 赵景茂
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: H2S/CO2腐蚀油溶性缓蚀剂咪唑啉失重法吸附膜
分类号: TG174.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

硫化氢和二氧化碳在油气田的开采和集输系统中对钻井用具和输气管道产生严重的腐蚀,造成局部壁厚减薄或穿孔,甚至导致氢脆和突发性的应力腐蚀开裂,容易引起事故,造成重大的经济损失和人员伤亡,采取防腐措施势在必行,采用缓蚀剂可以有效地减缓腐蚀,油溶性缓蚀剂由于能更好地吸附于金属表面,且吸附时间相对较长,因此比水溶性缓蚀剂表现出更好的缓蚀性能。本文对合成咪唑啉缓蚀剂的有机酸和有机胺进行了系统的筛选,用碳链长度6-18的饱和脂肪酸合成了七种咪唑啉缓蚀剂,用静态失重和电化学方法研究了有机酸碳链长度对咪唑啉缓蚀性能的影响,表明当碳链长度为10时油溶性和缓蚀效果较好。通过比较合成过程中不同催化剂和脱水剂对缓蚀剂缓蚀性能的影响,得出活性氧化铝催化时缓蚀效果最好。另外在合成并评价了一系列工业脂肪酸咪唑啉后,通过静态失重法筛选出了几种缓蚀效果较好的咪唑啉缓蚀剂。采用动态高压釜失重试验评价了筛选出的几种缓蚀剂,并不断改进合成工艺,采用端基改性的方法合成出了一系列1#酸咪唑啉衍生物。比较1#4420120和1#4420180的缓蚀效果可知,在180℃时合成的衍生物缓蚀率高于120℃时的。经过一系列的评价比较,发现0924为缓蚀效果最好的一种,经缓蚀剂预膜后的试片在压力为3.6MPa,转速为600r/min,温度为60℃的高压釜环境中腐蚀速率仅为0.0025mm/a,它的缓蚀效果优于国外缓蚀剂CI545和ME805。秉着“腐蚀速率小且点蚀少”的原则,将油溶性缓蚀剂和水溶性缓蚀剂如喹啉、咪唑啉季铵盐以及表面活性剂等进行了复配,动态高压釜试验证明OP-15能有效地减少点蚀的发生。采用红外光谱谱表征了合成的缓蚀剂,谱图中有咪唑啉的特征吸收峰,同时有酰胺的特征吸收峰,说明合成的产品是咪唑啉和酰胺的混合物,采用动电位极化扫描研究了咪唑啉缓蚀剂的缓蚀机理,极化曲线的特征表明,咪唑啉缓蚀剂极大地减小了腐蚀电流密度,并使自腐蚀电位向更正的方向移动,阳极区地极化曲线特征发生了明显的变化,说明咪唑啉是一种阳极型缓蚀剂。用交流阻抗研究了缓蚀剂膜寿命,同等条件下0924缓蚀剂膜的寿命达到7天。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-26
  1.1 引言  14
  1.2 CO_2/H_2S环境中的腐蚀类型  14-15
    1.2.1 CO_2腐蚀机理  14-15
    1.2.2 H_2S腐蚀机理  15
  1.3 CO_2/H_2S共存腐蚀研究  15-17
    1.3.1 CO_2/H_2S共存腐蚀规律  15-16
    1.3.2 CO_2、H_2S共存条件下的腐蚀影响因素  16-17
    1.3.3 H_2S/CO_2腐蚀的防护控制措施  17
  1.4 油溶性缓蚀剂  17-18
    1.4.1 油溶性缓蚀剂分类  17
    1.4.2 油溶性缓蚀剂的缓蚀作用机理  17-18
  1.5 H_2S/CO_2体系油溶性缓蚀剂研究  18-24
    1.5.1 油溶性咪唑啉合成工艺研究  19-20
    1.5.2 咪唑啉类缓蚀剂结构与缓蚀性能研究  20
    1.5.3 油溶性咪唑啉缓蚀剂的改性  20-21
    1.5.4 咪唑啉酰胺  21
    1.5.5 咪唑啉缓蚀剂与其他表面活性剂复配  21-22
    1.5.6 咪唑啉缓蚀剂在现场的应用  22
    1.5.7 酰胺类缓蚀剂  22-23
    1.5.8 其他抗CO_2/H_2S油溶性缓蚀剂  23-24
  1.6 本课题研究的目的和意义及研究内容  24-26
    1.6.1 研究本课题的意义和目的  24
    1.6.2 本课题主要研究内容  24-26
第二章实验部分  26-32
  2.1 实验方案  26
  2.2 实验材料与仪器  26-28
  2.3 研究方法  28-31
    2.3.1 缓蚀剂合成  28-29
    2.3.2 缓蚀剂静态失重评价  29-30
    2.3.3 动态失重试验  30
    2.3.4 电化学实验  30-31
  2.4 红外光谱分析  31-32
第三章咪唑啉缓蚀剂缓蚀效果的影响因素研究  32-44
  3.1 疏水基团碳链长度对咪唑啉缓蚀性能的影响  32-38
    3.1.1 饱和脂肪酸咪唑啉的合成  32
    3.1.2 咪唑啉油溶性测试  32-33
    3.1.3 缓蚀剂的红外表征  33-34
    3.1.4 静态失重评价  34-36
    3.1.5 缓蚀机理分析  36-38
  3.2 催化剂的选择  38-43
    3.2.1 油酸咪唑啉的合成  38-39
    3.2.2 红外光谱测试  39-40
    3.2.3 静态失重评价  40-41
    3.2.4 缓蚀机理分析  41-43
  3.4 小结  43-44
第四章咪唑啉合成中工业酸的选择及合成工艺研究  44-56
  4.1 工业脂肪酸系列缓蚀剂  44-46
    4.1.1 工业脂肪酸咪唑啉和成  44
    4.1.2 工业脂肪酸系列缓蚀剂油溶性测试  44-45
    4.1.3 工业脂肪酸系列缓蚀剂静态失重评价  45-46
  4.2 1#酸和2#酸咪唑啉及其衍生物  46-52
    4.2.1 1#酸和2#酸咪唑啉及其衍生物的合成  47
    4.2.2 油溶性测试  47
    4.2.3 产物红外表征  47-49
    4.2.4 静态失重评价  49-52
  4.3 缓蚀剂与表面活性剂复配  52-55
    4.3.1 1#酸酰胺与表面活性剂复配  53-54
    4.3.2 1#酸酰胺和咪唑啉与OP-15复配  54
    4.3.3 D2和T-653与Teuax复配  54-55
  4.4 小结  55-56
第五章咪唑啉缓蚀剂及其衍生物的动态失重评价  56-66
  5.1 低压环境  56-59
    5.1.1 动态高压釜试验  56
    5.1.2 国外缓蚀剂的动态失重评价结果  56-57
    5.1.3 1#和2#酸咪唑啉衍生物动态失重评价  57-58
    5.1.4 咪唑啉衍生物在气液两相中的缓蚀效果评价  58-59
  5.2 中压环境  59-61
    5.2.1 咪唑啉衍生物在不同压力下的动态失重评价  59
    5.2.2 1#酸咪唑啉衍生物在动态下的缓蚀性能研究  59-60
    5.2.3 1#酸咪唑啉衍生物的改性  60-61
  5.3 咪唑啉衍生物在高压环境下的缓蚀性能研究  61-62
  5.4 油溶性缓蚀剂吸附膜寿命研究  62-66
第六章结论  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
研究成果及发表的学术论文  74-76
作者及导师简介  76-77
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  77-78

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