硫脲基咪唑啉季铵盐的合成及其对油田X80管线钢缓蚀性能的影响

发布时间：2020-03-22 19:34

【摘要】：随着CO_2气体驱油技术在油气田开采中的广泛应用,在油气田开采与输送过程中CO_2会导致金属管道腐蚀加剧,甚至出现腐蚀穿孔现象,从而引发火灾和爆炸事故,并造成巨大的经济损失和环境污染等问题。在腐蚀介质中添加缓蚀剂已成为解决金属管道腐蚀的重要手段之一。咪唑啉类缓蚀剂因其具有绿色、高效和环保等优点,被广泛应用于油气管道的腐蚀与防护。本研究以常用的有机油酸和二乙烯三胺为原料,通过酰胺化反应、环化反应和季铵化反应,制备出了咪唑啉季铵盐、硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂。模拟新疆油田采出水溶液,研究了咪唑啉季铵盐、硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对X80管线钢的腐蚀影响机理和缓蚀规律。该研究成果为硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂在油田采用CO_2气体驱油技术产出水环境中应用提供了理论依据。本研究采用减压操作方法,着重以硬脂酸与二乙烯三胺为原料,先经酰胺化反应、环化反应制备出咪唑啉中间体IP-1,适宜的反应条件为:投料比1:1.10、酰胺化反应温度160℃、酰胺化反应压力8.11 kPa、酰胺化反应时间3h,酰胺化反应收率达98%以上;环化反应温度200℃、环化反应压力5.07 kPa、环化反应时间3h,环化反应收率为98%。咪唑啉中间体IP-1与氯化苄进行季铵化反应得到具有较高溶解性的咪唑啉季铵盐缓蚀剂IM-1,再与硫脲反应制备出硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂IM-S1。热性能分析表明:硫脲基咪唑啉季铵盐IM-S1型缓蚀剂具有良好的热稳定性能,在30℃-378℃失重率仅为1.02%。在模拟油田水溶液中进行了腐蚀失重考察,实验得出:IM-S1型缓蚀剂具有显著的缓蚀效果,对X80管线钢的腐蚀具有良好的抑制效果。利用腐蚀失重、动电位极化、电化学阻抗谱、微观形貌和微区电化学(SVET)等测试方法,系统地研究了不同pH值和不同温度下含CO_2水溶液中IM-S1型硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对X80管线钢的缓蚀性能。研究结果表明,在中性溶液和中低温条件(25℃-40℃)下,IM-S1型硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂能有效吸附于金属钢表面上,从而达到对基体金属的保护,具有显著的缓蚀效果。IM-S1型缓蚀剂在钢表面的吸附降低了钢表面离子电流密度,从而有效降低了钢的腐蚀速率。从吸附热力学和吸附动力学角度,模拟油田水溶液,对IM-S1型硫脲基咪唑啉季铵盐缓蚀剂在金属钢表面吸附行为进行了理论计算。结果表明:IM-S1型缓蚀剂在金属钢表面的吸附行为符合Langmuir等温吸附,吸附自由能ΔG_(0ads)值为-38.57 kJ/mol,缓蚀剂自发吸附能力强;吸附活化能E_a值为6.61 kJ/mol,缓蚀剂粒子在金属钢表面上吸附容易,缓蚀效率高。
【图文】：

原理图,原理图,等温式,缓蚀剂

图 1.5SVET 原理图Fig.1.5 Schematic of SVET蚀剂吸附理论研究热力学是用来研究缓蚀剂粒子与金属表面相互作用力类型的常见缓蚀剂粒子与吸附对象之间的作用机理[62]。有机缓蚀剂在金属表是与水分子发生竞争吸附的过程，在金属表面的吸附规律取决于及腐蚀介质的成分等多种因素，本文借助经典吸附模型对合成的研究，，计算出吸附过程中的热力学参数和物理化学性质[63]。通过蚀剂在金属表面的覆盖率（θ）可以判断该缓蚀剂的吸附模型。有 Langmuir（郎缪尔）等温式、Freundlich（弗伦德利希）等温式）等温式，公式如下所示：Langmuir isotherm： 1 Freundlich isotherm：

管线钢,金相组织,分析纯,腐蚀试片

称含量/wt% 品级酮 ≥99.0 分析纯酸 ≥40.0 分析纯三胺 ≥99.0 分析纯脲 ≥99.0 分析纯苄 ≥99.0 分析纯油 - 工业级腐蚀试片，其成分见表 2.3。图 2.1 为 X80 钢金相组织主要以铁素体和珠光体为主。表 2.3 X80 钢成分表Table2.3 Composition of X80Mn Si S P Nb V 1.85 0.42 0.005 0.022 0.11 0.06
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG174.42;TE988.2

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