新型多糖缓蚀剂的合成及其性能评价

发布时间：2020-04-10 17:55

【摘要】：目前,CO_2用于石油行业来提高石油采收率。但同时CO_2溶于水后会腐蚀碳钢管道,影响油田的正常生产,造成巨大的损失。目前研发了许多用于抑制CO_2腐蚀的缓蚀剂,但这些缓蚀剂具有毒性,长期使用会对环境造成危害。研发新型绿色缓蚀剂是当前的需求和未来的趋势。论文以壳寡糖、缩水甘油三甲基氯化铵、丙醛和苯甲醛为原料来合成无毒的壳寡糖衍生物(PHC和BHC)作为绿色缓蚀剂。红外光谱和核磁氢谱分析表明壳寡糖衍生物制备成功。采用失重法、扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),电化学测试(包括动开路电位,电位极化,交流阻抗),量子化学计算等方法,研究了壳寡糖衍生物(PHC和BHC)在3 wt.%NaCl CO_2饱和溶液中对P110碳钢腐蚀抑制作用。结果表明,随着抑制剂浓度的增加,抑制效率增加,失重法测得100 mg/L PHC缓蚀率为86%,100 mg/L BHC缓蚀率为89%。Tafel法测得100 mg/L PHC和100mg/L BHC缓蚀率分别为88%和92%。测试结果表明BHC分子具有比PHC更好的腐蚀抑制作用。动电位极化结果表明两种化合物都是混合型抑制剂。能量色散X射线(EDX)和电化学阻抗谱(EIS)测量表明,抑制剂成功吸附在P110钢表面。通过计算抑制剂分子的量子化学参数来评估P110钢表面上的吸附能力,结果表明BHC在钢表面上的吸附能力比PHC更强。同时与油田常用缓蚀剂ZH-1、TA801做对比,实验表明壳寡糖衍生物与油田常用缓蚀剂的缓蚀效率相同,但具有无毒的优点。
【图文】：

SEM图像,碳酸亚铁,钢表面,SEM图像

原；和反应（9），来自 H2CO3的 H离子的还原。前者是 pH 和函数，而后者是 CO2分压的函数。些条件下，CO2腐蚀形成的碳酸亚铁（FeCO3）层沉淀在 P110速率。FeCO3沉淀生成由于水溶液（尤其在 P110 钢表面）存在高。大多数 Fe2+离子来自被腐蚀的 P110 钢（参见表 1.2 反应（6））溶解的 CO2（参见表 1.1 中的反应（4））。当 Fe2+和 CO32-离子度极限时，就形成固体碳酸亚铁沉淀在 P110 钢表面。Fe2++ CO32- FeCO3(s)反应的溶度积常数 Ksp（FeCO3）是温度和离子浓度的函数，由，亚铁离子（Fe2+）释放到溶液中，铁表面的亚铁离子（Fe2+）O32-离子浓度的乘积通常比溶解度高很多。 1.2 中，通过扫描电子显微镜（SEM）图可以看出在 P110 钢基酸亚铁层是致密的，可以阻挡腐蚀性物质接触铁表面，通过所现抑制腐蚀。

亚烷基,腐蚀抑制剂,二醇,羧酸

研究支持了为了达到分子的腐蚀保护性能而需要具有一定链长度和取代基的胺这一事实。几项专利[18-20]列举了多胺各种衍生物的腐蚀抑制作用。如图 1.3 所示，使用等摩尔量的聚亚烷基胺，不饱和二醇和有机酸合成了一种典型的带脂肪链的多胺缓蚀剂。有机酸由两个主要部分组成：参与反应的羧酸和亲油基团，使得缓蚀剂具有油溶性以产生次级金属保护层。腐蚀抑制剂可以溶解在烃基溶剂中，并直接加入到井中或通过较小直径的管道泵送，并在井底部释放，其中流体的压力应足以使缓蚀剂分散在整个管线中。此外，多胺衍生物缓蚀剂也具有高水分散性。聚亚烷基胺和有机酸反应生成高分子量腐蚀抑制剂。在含 5 Wt.%NaCl，CO2（1.2 L/min）和 H2S（0.5 L/min）始终鼓泡的腐蚀环境中，，这些高分子量缓蚀剂在 5 mg/L 时缓蚀率已达到 90%，另一方面，用乙二胺代替聚亚烷基多胺可得到较低分子量的缓蚀剂，在相同腐蚀环境中，缓蚀剂在 100 mg/L 时缓蚀率达到 90%。因此，较高分子量聚合物腐蚀抑制剂在较低浓度下的缓蚀效果较好。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE988.2

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