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肼改性为酸化缓蚀剂的研究

作　者: 吴兰兰
导　师: 李克华
学　校: 长江大学
专　业: 应用化学
关键词: 肼曼尼希碱缓蚀剂酸化缓蚀机理
分类号: TE980.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

油田酸化是提高采收率的一项重要技术措施,然而,酸化作业会造成金属腐蚀,带来严重的经济损失和安全隐患,酸液流入地层,也会损害地质,污染环境。因此在进行酸化作业时,最常用且有效的方法就是在酸液中添加缓蚀剂。实践证明,使用缓蚀剂是工艺简便、成本低廉、适应性强的一种金属腐蚀的防护方法。因此,开发研究出缓蚀性能好、耐高温、成本低、环保型的适用于酸性介质的缓蚀剂显得尤为重要。国内的合成酸化缓蚀剂中,胺常常作为其原料之一。肼是一类特殊的胺,其分子结构中含有两个带孤对电子的氮原子,孤对电子易与过渡金属铁原子的空d轨道形成配位键,生成稳定的螯合物。而氮上的氢极易被其它基团取代,能够引入非极性基团,在金属表面形成一层疏水性保护层,起到隔离作用。所以,肼类物质具有合成缓蚀剂的结构优点,通过将肼改性为结构稳定,抗温抗酸性能优异的曼尼希碱,将具有很好的现实意义和应用前景。本论文以曼尼希反应为基础,将X肼和Y肼改性合成XJ和YJ系列曼尼希碱缓蚀剂,参照中华人民共和国石油与天然气行业标准SY5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》评价其缓蚀性能、表征其结构、并用电化学方法研究其缓蚀机理。主要包括以下四部分内容：(1)XJ和YJ曼尼希碱缓蚀剂的合成与性能评价采用X肼、甲醛、苯乙酮为原料合成XJ曼尼希碱,其在15%盐酸体系中的最优合成条件为：醛/胺(摩尔比)为3.3、酮/胺(摩尔比)为3.0、pH为4、反应温度80℃、反应时间为4小时,此时的腐蚀速率为0.265g·m-2·h-1。XJ曼尼希碱缓蚀剂在土酸体系中的最优合成条件为：醛/胺(摩尔比)为3.1、酮/胺(摩尔比)为3.3、pH为3、反应温度为60℃、反应时间为5小时,此时的腐蚀速率为0.408g·m-2·h-1。采用Y肼、苯甲醛、苯乙酮为原料合成YJ曼尼希碱,其在15%盐酸体系中的最优合成条件为：醛/胺(摩尔比)为3.1、酮/胺(摩尔比)为3.0、pH值为2、反应温度为60℃、反应时间为4小时,此条件下的腐蚀速率为0.520g/m2·h。YJ曼尼希碱缓蚀剂在土酸体系中的最优合成条件为：醛/胺(摩尔比)为2.9、酮/胺(摩尔比)为2.8、pH值为2、反应温度为80℃、反应时间为5小时,此条件下的腐蚀速率为0.503g/m2·h。综合比较,在介质温度为60℃,介质条件为15%HCl和土酸体系中,XJ曼尼希碱的缓蚀性能优于YJ曼尼希碱。采用静态挂片失重法,对XJ曼尼希碱和YJ曼尼希碱缓蚀剂在不同酸液、不同温度条件下进行性能研究。实验结果表明：合成的XJ曼尼希碱和YJ曼尼希碱缓蚀剂均具有良好的缓蚀性能。在实验温度40-90℃范围内,XJ曼尼希碱将腐蚀速率控制在3g·m-2.h-1以下,其腐蚀速率达到石油与天然气行业标准规定的一级标准。YJ曼尼希碱将腐蚀速率控制在2g·m-2·h-1以下,其腐蚀速率符合石油与天然气行业标准规定的一级标准。在12%-28%的盐酸浓度范围内,XJ曼尼希碱和YJ曼尼希碱都将腐蚀速率控制在1.5g/m2.h以下,两种缓蚀剂的耐酸性能很好。综合比较,YJ曼尼希碱缓蚀剂的抗温性能优于XJ曼尼希碱缓蚀剂。(2)两种曼尼希碱缓蚀剂的结构鉴定两种合成产物用红外光谱进行了结构鉴定,结果表明在最佳合成条件下合成的XJ曼尼希碱和YJ曼尼希碱的红外图谱中含有特征吸收峰,即其分子中含有特征吸收的基团,证明合成产物即为目标产物。元素分析也证明了合成产物即为目标产物。(3)两种曼尼希碱酸化缓蚀剂的的电化学研究采用电化学工作站测试系统,通过极化曲线法和交流阻抗法对XJ和YJ曼尼希碱缓蚀剂缓蚀机理进行研究。发现XJ和YJ曼尼希碱缓蚀剂都是以抑制阳极过程为主的混合控制型缓蚀剂,且随着缓蚀剂浓度的增加,腐蚀速率越来越小。交流阻抗谱的趋势与极化曲线的趋势相同。(4)XJ曼尼希碱酸化缓蚀剂的吸附行为研究XJ曼尼希碱缓蚀剂在N80钢表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附为自发、吸热、熵增过程。随着温度升高,缓蚀率增大,N80钢表面的缓蚀剂吸附量增加。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
目录  9-10
第1章绪论  10-20
  1.1 酸化概述  10
  1.2 缓蚀剂概述  10-15
  1.3 缓蚀剂的国内外现状和展望  15-18
  1.4 本文研究的意义及研究内容  18-20
第2章 XJ和YJ曼尼希碱缓蚀剂的合成及性能研究  20-35
  2.1 实验材料及方法  20-23
  2.2 X肼和Y肼的缓蚀性能评价  23
  2.3 XJ曼尼希碱缓蚀剂的合成  23-27
  2.4 YJ曼尼希碱缓蚀剂的合成  27-30
  2.5 XJ和YJ曼尼希碱缓蚀剂的性能研究  30-34
  2.6 小结  34-35
第3章合成缓蚀剂的结构表征与缓蚀机理探讨  35-53
  3.1 实验仪器及试剂  35
  3.2 缓蚀剂的结构表征  35-37
  3.3 缓蚀机理探讨  37-51
  3.4 小结  51-53
第4章结论与建议  53-55
  4.1 结论  53-54
  4.2 建议  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-59
个人简介  59-60

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