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缓蚀剂SH-1的制备及性能表征研究

作者:优质期刊论文发表网  来源:www.yzqkw.com  发布时间:2020/11/19 12:10:50  

摘要:采用苯乙酮、苯甲醛、有机胺、氯化苄为原料,通过缩合反应和季铵化反应合成缓蚀剂SH-1,SH-1在浓度为50mg/L下L80-1管线钢的腐蚀速率降低至0.0322mm/a,其缓蚀性能优异。极化曲线分析:缓蚀剂SH-1的加入使L80-1管线钢的自腐蚀电位降低,阴、阳两极的极化曲线均向低电流方向移动,其中阴极化曲线斜率下降更为明显,这表明SH-1属于阴极抑制型缓蚀剂。

关键词:缓蚀机理; 季铵盐; 电化学; 性能评价;

0 引言

注水工艺是迄今各油田提高原油的采收率、稳产最为常见的开采方法之一[1],该方法既能持续油田的稳产又可降低油田开采成本,但其弊端为油田回注水矿化度高以及含有微生物(硫酸盐还原菌SRB)、CO2、H2S、O2气体,易造成金属腐蚀严重,不利于油田的正常作业并对安全生产造成严重威胁[2,3]。抑制金属腐蚀最高效、经济、便捷的方法就是加入缓蚀剂,能吸附在金属表面隔离腐蚀介质达到保护金属作用[4],醛、酮、胺之间发生缩合反应形成曼尼希碱缓蚀剂,该缓蚀剂具有性能稳定、抗高温、抗盐性能强、缓蚀效果优异的特点[5]。笔者在曼尼希分子上引入季铵盐,既能增强缓蚀性能又能提高水溶性[6]。

1 缓蚀剂的制备

1.1 缓蚀剂SH-1的合成

本文以采用苯乙酮、苯甲醛、有机胺为原料,无水乙醇为溶剂,用浓盐酸(分析纯)调节p H值,在一定温度、反应时间完成缩合反应即Mannich反应,再加入一定量的氯化苄完成反应季铵化反应,减压蒸馏一段时间得到红棕色液体即缓蚀剂SH-1。

1.2 缓蚀剂SH-1结构表征

从图1中看出,波数在1380cm-1、3341cm-1出现N+-CH2、N-H的吸收峰,这说明分子中有季铵盐结构;1672cm-1出现羰基的特征吸收峰,由于苯环与羰基的共轭效应使其向低频率位移30cm-1;波数在690cm-1出现了苯环(C-H)的变形振动吸收峰,波数在1619cm-1出现苯环上(C=C)的伸缩振动吸收峰,根据以上分析该化合物为目标产物。

图1 缓蚀剂SH-1的红外光谱图

2 性能评价及分析

2.1 缓蚀剂浓度对腐蚀速率的影响

L80-1管线钢在加入不同浓度缓蚀剂SH-1的腐蚀介质(3%Na Cl溶液)中40℃下挂片7d,参考GB 10124—1988测试其腐蚀速率,结果见图2。从图2可知,相比空白而言,当SH-1加量为50mg/L时,3%Na Cl溶液对L80-1管线钢的腐蚀明显降低,其腐蚀速率低至0.0322mm/a,这表明SH-1具有优良的缓蚀性能;随着SH-1浓度的增大,其腐蚀速率逐渐下降但下降趋势缓慢,这表明SH-1分子饱和地吸附在L80-1管线钢表面,因此提高SH-1的浓度,缓蚀效果提高不明显。

图2 不同浓度的SH-1在3%Na Cl中的缓蚀能力

2.2 腐蚀介质温度对腐蚀速率的影响

L80-1管线钢在加有50mg/L缓蚀剂SH-1的腐蚀介质(3%Na Cl溶液)不同温度下挂片7天,评论不同温度对缓蚀剂SH-1缓蚀效果的影响,结果如图3所示。由图3可知,L80-1管线钢在腐蚀介质(3%Na Cl溶液)的腐蚀速率随着腐蚀介质温度的升高而增大,但腐蚀介质的温度40℃,SH-1对L80-1管线钢在3%氯化钠溶液中的缓蚀效果优异,温度为70℃时,L80-1管线钢腐蚀速率仅为0.0662mm/a,仍小于0.076mm/a。这表明了SH-1具备良好的抗温能力。

2.3 腐蚀介质浓度对腐蚀速率的影响

注入水矿化度高,其中Cl-的浓度高,其穿透性能强,易引起金属点蚀,在温度为40℃、腐蚀时间为7d条件下,评价加有50mg/L缓蚀剂的不同浓度腐蚀介质对L80-1管线钢的腐蚀速率,结果见图4所示。从图4可知,随着Na Cl浓度增大,L80-1管线钢的腐蚀速率逐渐增大,当Na Cl加量为9%时,其腐蚀速率仍低于0.06mm/a,这表明SH-1的抗盐性能良好,可满足采油工程要求。

图3 不同温度下SH-1在3%Na Cl中的缓蚀能力

图4 不同浓度腐蚀介质下SH-1的缓蚀能力

2.4 电化学性能

图5为腐蚀介质为3%Na Cl溶液,在温度为40℃L80-1管线钢在不同浓度SH-1下测得的极化曲线,结果见图5,电化学参数见表1。

图5 3%Na Cl中不同浓度SH-1的极化曲线

从图5可知,对比空白组而言,缓蚀剂SH-1的加入使L80-1管线钢的自腐蚀电位降低,阴、阳两极的极化曲线均向低电流方向移动,其中阴极化曲线斜率下降更为明显,但阳极极化曲线斜率变化不大,这表明SH-1属于阴极抑制型缓蚀剂。从表1可知,通过腐蚀电流可计算出SH-1的缓蚀效率,与失重法结论一致。

表1 极化曲线电化学参数

3 结语

采用苯乙酮、苯甲醛、有机胺、氯化苄为原料,通过缩合反应和季铵化反应合成缓蚀剂SH-1,SH-1在浓度为50mg/L下L80-1管线钢的腐蚀速率降低至0.0322mm/a,其缓蚀性能优异。极化曲线分析:缓蚀剂SH-1的加入使L80-1管线钢的自腐蚀电位降低,阴、阳两极的极化曲线均向低电流方向移动,其中阴极化曲线斜率下降更为明显,这表明SH-1属于阴极抑制型缓蚀剂。

参考文献

[1] Wang X,Melchers R E.Corrosion of carbon steel in presence of mixed deposits under stagnant seawater conditions[J].Corrosion Science,2017(45):29-42.

[2] 杨军征,李慧心,邹洪岚,等.溶解氧对注水井井筒腐蚀行为的影响[J].材料保护,2018(12):136-138.

[3] 涂小华,王修杰.石油工业中管道的腐蚀与防腐[J].江西化工,2006(04):266-267.

[4] Okeniyi J O,Ambrose I J,Okpala S O,et al.Probability density fittings of corrosion test-data:Implications on C6H15NO3effectiveness on concrete steel-rebar corrosion[J].SadhanaAcademy Proceedings in Engineering Sciences,2014(3):731-764.

[5] 梁发书,唐力,冷曼希.盐水完井液缓蚀剂的合成及性能评价[J].西南石油大学学报(自然科学版),2009(1):128-132.

[6] 彭雪飞,冯浦涌,王贵,等.一种曼尼希碱季铵盐缓蚀剂的合成与性能研究[J].腐蚀与防护,2010(5):345-348.

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