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高效抗硫集输缓蚀剂研制及缓蚀机理研究

作　者: 刘月学
导　师: 刘烈炜
学　校: 华中科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 缓蚀剂 H2S/CO2腐蚀咪唑啉曼尼希碱季铵盐量子化学
分类号: TG174.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文研究内容属于国家“十一五”规划重大科技专项课题。针对川东普光气田集输系统恶劣的腐蚀环境:P_H2S>1.5MPa、P_CO2>1.0MPa及平均矿化度159 000mg/l,合成了咪唑啉衍生物、曼尼希碱、吡啶季铵盐、喹啉季铵盐和新含氮稠杂环季铵盐五种缓蚀剂。通过设计正交试验,对各缓蚀剂的合成工艺进行了优化,并筛选了与之有较好缓蚀协同作用的增效剂,复配以各种表面活性剂和溶剂制成了成品缓蚀剂;用饱和H₂S/CO₂失重、高压H₂S/CO₂静态和动态失重、抗硫化氢应力腐蚀开裂、原子力显微镜（AFM）和环境扫描电镜（SEM）评价了各种缓蚀剂的抗硫性能;通过X能量衍射色散光谱（EDX）对试片表面产物膜的成分分析和量子化学密度泛函理论（DFT）探讨了缓蚀剂的作用机制及分子结构和抗硫性能的关系。研究结果表明,正交试验优化后的工艺为各缓蚀剂的最佳合成工艺。咪唑啉衍生物、曼尼希碱和季铵盐缓蚀剂分别与苯基硫脲、丙炔醇和增效剂Y1（含S、N化合物）有着较好的协同抗硫效应;提高缓蚀剂的水溶性,抗硫性能变弱。五类缓蚀剂在含硫环境中都有一定的缓蚀性能,其优劣顺序为:新含氮稠杂环季铵盐>喹啉季铵盐>吡啶季铵盐>咪唑啉衍生物>曼尼希碱。高效缓蚀剂在含硫环境中的作用机制主要是有效抑制CO₂/Cl^-腐蚀,并促使试片表面生成致密的碳化物和硫化物保护膜。缓蚀剂的分子结构和抗硫性能关系密切。缓蚀剂分子的极性越高、E_LUMO越小、E_HOMO越大、最低非占轨道和最高占据轨的能隙即能量差ΔE(E_LUMO-E_HOMO)越小,缓蚀性能越强。总的来说,缓蚀剂的静电吸附作用越强,空间位阻效应越小,中心吸附原子的电子云密度越大,缓蚀剂的抗硫效果越好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 引言  9-10
  1.2 酸性油气田腐蚀研究现状  10-13
  1.3 管道钢在H_2S/CO_2 环境中腐蚀影响因素  13-15
  1.4 高含油硫气田集输系统腐蚀防护现状  15-17
  1.5 含H_2S 环境缓蚀剂研究进展  17-19
  1.6 课题研究背景及研究内容  19-22
2 实验部分  22-33
  2.1 课题研究方案  22-23
  2.2 实验仪器及试剂  23-24
  2.3 缓蚀剂的合成与复配  24-28
  2.4 缓蚀剂性能评价  28-32
  2.5 量子化学密度泛函理论(DFT)  32-33
3 缓蚀剂合成工艺优化与复配研究  33-44
  3.1 缓蚀剂合成工艺优化  33-41
  3.2 缓蚀剂复配研究  41-44
4 缓蚀剂性能评价及机理研究  44-66
  4.1 饱和H_2S/CO_2 失重评价  44-47
  4.2 高压H_2S/CO_2 静态失重评价  47-49
  4.3 高压H_2S/CO_2 动态旋转失重评价  49-50
  4.4 与国外配套商品缓蚀剂性能对比  50-52
  4.5 抗硫化氢应力腐蚀开裂  52-53
  4.6 AFM 形貌分析  53-55
  4.7 扫描电镜（SEM）  55-57
  4.8 X 射线能量色散光谱（EDX）分析  57-59
  4.9 量子化学密度泛函理论(DFT)  59-64
  4.10 缓蚀剂作用机理分析探讨  64-66
5 总结论  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-74

高效抗硫集输缓蚀剂研制及缓蚀机理研究

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