雙曼尼希堿型緩蝕劑的合成及性能評價

胡 韻

(中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司，湖北 武漢 430035)

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雙曼尼希堿型緩蝕劑的合成及性能評價

胡 韻

(中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司，湖北 武漢 430035)

采用苯乙酮、甲醛與芳香胺等原料合成出雙曼尼希堿并以此作為主劑，通過添加丙炔醇進行復配，制備出一種具有協(xié)同效應的雙曼尼希堿型緩蝕劑，緩蝕劑的質(zhì)量配比為：雙曼尼希堿∶丙炔醇=1∶0.4。采用靜態(tài)掛片法評價該劑在不同條件下的緩蝕性能。試驗結(jié)果表明，在常壓、90 ℃及腐蝕時間為4 h條件下，質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸對N80鋼片的腐蝕速率隨著緩蝕劑用量的增加呈減小的趨勢;當緩蝕劑質(zhì)量分數(shù)超過1.5%以后，腐蝕速率減小的趨勢減慢；質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸對N80鋼片的腐蝕速率隨著腐蝕溫度的升高逐漸增大，當溫度達到90 ℃時，腐蝕速率僅為1.652 3 g/(m2·h)，在鹽酸、氫氟酸及土酸介質(zhì)中對N80鋼片腐蝕速率均可滿足3～4 g/(m2·h)的緩蝕劑評價一級指標，可用于現(xiàn)場不同酸化環(huán)境中的腐蝕防護。

曼尼希堿 緩蝕劑 評價

目前油氣田普遍使用的緩蝕劑有以下幾種：(1)曼尼希堿類緩蝕劑；(2)咪唑啉類緩蝕劑；(3)季銨鹽類緩蝕劑。其中由于曼尼希堿在高溫、高濃度酸條件下緩蝕效果好而倍受重視[4-5]。

苯乙酮、甲醛與芳香胺等為原料合成出的雙曼尼希堿作為主劑，并利用協(xié)同效應進行復配，制備出一種酸化緩蝕劑，采用靜態(tài)掛片法評價了該劑在不同條件下的緩蝕性能。

1 試驗部分

1.1 主要試劑和儀器

芳香胺、苯乙酮、甲醛、丙炔醇、無水乙醇、石油醚和鹽酸，均為分析純。

N80鋼片、電熱套、三口燒瓶、冷凝管、恒溫磁力攪拌器和電子天平。

1.2 雙曼尼希堿的合成

在裝有溫度計和回流冷凝管的三口燒瓶中加入一定量的芳香胺，以無水乙醇為溶劑，攪拌并滴加鹽酸，控制溶液的pH值，按照反應物的比例加入一定量的苯乙酮與甲醛，加熱至一定溫度，攪拌回流數(shù)小時，得到棕黃色透明液體。反應方程式：

本文設計了一個基于機器學習模型和無線傳感技術(shù)的高危人群在押人員生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，通過該監(jiān)測系統(tǒng)可以連續(xù)采集在押人員的心率、心電、血壓和血氧等多個生命體征參數(shù)，醫(yī)護人員和值班民警可以通過監(jiān)控中心遠程實時監(jiān)控在押人員的重要生命體征參數(shù)，當在押人員身體出現(xiàn)緊急情況或突發(fā)疾病時，系統(tǒng)能自動傳輸報警信息。同時基于機器學習算法搭建健康分析數(shù)據(jù)模型可以對在押人員的生理參數(shù)進行分析診斷，以此對在押人員進行疾病管控、健康干預和醫(yī)護指導。該系統(tǒng)的總體設計架構(gòu)如圖3 所示。

1.3 緩蝕效果評價

緩蝕性能評價采用常壓靜態(tài)掛片法，腐蝕評價方法參照SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙曼尼希堿型緩蝕劑配方優(yōu)化

依照SY/T 5405—1996方法，向酸液中添加上述合成的雙曼尼希堿時腐蝕速率為4.679 5 g/(m2·h)，效果較好，但不能滿足標準要求。研究表明，通過添加丙炔醇與之復配，利用協(xié)同效應可以增強雙曼尼希堿型緩蝕劑的緩蝕效果[6-8]。

在常壓、90 ℃和腐蝕時間4 h的條件下，評價在質(zhì)量分數(shù)為1.5%雙曼尼希堿中添加不同質(zhì)量分數(shù)的丙炔醇對N80鋼片腐蝕速率的影響，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 不同丙炔醇加量下的腐蝕速率

由圖1看出，當丙炔醇的加量很少時即可使復配物腐蝕速率達到緩蝕劑評價一級指標3～4 g/(m2·h)。這是因為丙炔醇分子含有π鍵，能夠與金屬原子間形成π—d化學鍵，從而在金屬表面形成配合物膜，與雙曼尼希堿分子產(chǎn)生協(xié)同效應，從而增加了緩蝕效果。

隨著丙炔醇質(zhì)量分數(shù)增加，N80鋼片腐蝕速率逐漸減小，當丙炔醇質(zhì)量分數(shù)超過0.4%以后，腐蝕速率減小的趨勢減慢。綜合成本等因素，確定緩蝕劑的質(zhì)量比為：雙曼尼希堿∶丙炔醇=1∶0.4，并對復配物進行了性能評價。

2.2 緩蝕劑用量對緩蝕性能的影響

在常壓、90 ℃和腐蝕時間4 h的條件下，評價緩蝕劑對質(zhì)量分數(shù)為15%鹽酸介質(zhì)中N80鋼片腐蝕速率的影響，試驗結(jié)果見圖2。由圖2可知，當緩蝕劑加量很少時，鋼片腐蝕速率即可達到3～4 g/(m2·h)的緩蝕劑評價一級指標。隨著繼續(xù)增加緩蝕劑的用量，腐蝕速率迅速減小；當緩蝕劑質(zhì)量分數(shù)超過1.5%以后，腐蝕速率減小的趨勢減慢，這是因為當緩蝕劑的質(zhì)量分數(shù)達到某一值時，金屬腐蝕速率最小，緩蝕劑的緩蝕效率達到極限值。因此選擇質(zhì)量分數(shù)為1.5%緩蝕劑開展鋼片腐蝕評價試驗。

圖2 不同緩蝕劑加量下的腐蝕速率

2.3 反應溫度對緩蝕性能的影響

在常壓、腐蝕時間4 h條件下，評價質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸介質(zhì)和不同溫度下緩蝕劑對N80鋼片的緩蝕性能，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同腐蝕溫度下的腐蝕速率

由圖3可知，在質(zhì)量分數(shù)為1.5%緩蝕劑用量條件下，逐漸升高鹽酸介質(zhì)的溫度，鋼片腐蝕速率逐漸增大，緩蝕效果降低。這是因為溫度升高時，緩蝕劑分子與金屬表面間的吸附作用明顯降低，導致金屬腐蝕加劇，緩蝕劑的緩蝕效率急劇下降。當溫度達到90 ℃時，腐蝕速率增大到1.652 3 g/(m2·h)，滿足緩蝕劑評價一級指標3～4 g/(m2·h)。

2.4 介質(zhì)對緩蝕性能的影響

在常壓、90 ℃和腐蝕時間4 h的條件下，評價不同介質(zhì)下緩蝕劑對N80鋼片的緩蝕性能，試驗結(jié)果見表1。

表1 緩蝕劑在不同介質(zhì)中的緩蝕性能

由表1可以看出：緩蝕劑不僅在鹽酸中表現(xiàn)出了良好的緩蝕性能，在氫氟酸和土酸中同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的緩蝕性能，在質(zhì)量分數(shù)為1.5%緩蝕劑用量條件下，在不同介質(zhì)中鋼片腐蝕速率均可達到3～4 g/(m2·h)的緩蝕劑評價一級指標，可用于不同酸化環(huán)境中的腐蝕防護。

3 結(jié)論與建議

(1)利用苯乙酮、甲醛與芳香胺等為原料合成出雙曼尼希堿作為主劑，添加丙炔醇與之復配，制備出一種雙曼尼希堿型緩蝕劑，緩蝕劑的質(zhì)量配比為：雙曼尼希堿∶丙炔醇=1∶0.4。

(2)在常壓、90 ℃和腐蝕時間為4 h條件下，質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸對N80鋼片的腐蝕速率隨著緩蝕劑用量的增加呈減小的趨勢，當緩蝕劑質(zhì)量分數(shù)超過1.5%以后，腐蝕速率減小的趨勢變緩。

(3)在常壓、腐蝕時間4 h和緩蝕劑質(zhì)量分數(shù)為1.5%條件下，質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸對N80鋼片的腐蝕速率隨著腐蝕溫度的升高逐漸增大，當溫度達到90 ℃時，腐蝕速率增大到1.652 3 g/(m2·h)，滿足緩蝕劑評價一級指標3～4 g/(m2·h)。

(4)在常壓、90 ℃和腐蝕時間4 h的條件下，在鹽酸、氫氟酸及土酸介質(zhì)中添加質(zhì)量分數(shù)為1.5%緩蝕劑，N80鋼片腐蝕速率均可滿足3～4

g/(m2·h)的緩蝕劑評價一級指標，可用于現(xiàn)場不同酸化環(huán)境中的腐蝕防護。

[1] 蔣秀,鄭玉貴.油氣井緩蝕劑研究進展[J].腐蝕科學與防護技術(shù),2003,15(3):164-168.

[2] 曹懷山,張景華,任麗，等.BH961型酸化緩蝕劑[J].油田化學,2002,19(4):325-327.

[3] 田發(fā)國,李建波,顏紫霖，等.一種新型油井高溫酸化緩蝕劑SYB的制備及性能評價[J].石油與天然氣化工,2009,38(5):426-429.

[4] 吳大康,李克華,黃芹.一種曼尼希堿酸化緩蝕劑的合成及性能研究[J].化學與生物工程,2007,24(10):65-66.

[5] 李善建,于洪江,王京光.一種曼尼希堿型鹽酸酸化緩蝕劑的合成及緩蝕性能[J].油田化學,2008,25(2):118-121.

[6] Muralidharan S,Phain K L N,Pitchumani S,et al.Polyamino-benzoquinone polymers:A new class of corrosion inhibitors for mild steel[J].J Electrochem Society,1995,142(5):1478-1483.

[7]M A Quraishi,R Sardar.Dithiazolidines—A new class of heterocyclic inhibitors for prevention of mild steel corrosion in hydrochloric acid solution[J].Corrosion,2002,58(2):102-107.

[8] AI-Mayouf A M,Al-Ameery A K,Al-Suhybani A A.Inhibition of type 304 stainless steel corrosion in 2M sulfuric acid by some benzoazoles-time and temperature effects [J].Corrosion,2001,57(7):614-620.

(編輯 張向陽)

Synthesis and Performance Evaluation of Double Mannich Base Corrosion Inhibitor

HuYun

(SINOPECJianghanOilfieldBranch,Wuhan430035,China)

Double Mannich base was synthesized with acetophenone, formaldehyde and aromatic amines, and then corrosion inhibitor was prepared with the addition of propynol. Mass ratio of Double Mannich base to propynol was 1∶0.4. Inhibition performance of the agent under different conditions was evaluated by static coupon method. The results showed that during a corrosion time of 4 h, corrosion rate of 15% hydrochloric acid on N80 steel sheet decreased with the increase of corrosion inhibitor dosage at normal pressure and 90 ℃; when the amount of corrosion inhibitor increased to 1.5%, decreasing trend of corrosion rate slowed down; corrosion rate of 15% hydrochloric acid to N80 steel sheet rose with the increase of corrosion temperature, although corrosion rate was only 1.652 3 g/(m2·h) when temperature reached 90 ℃. The inhibitor can be used to protect N80 steel from different acid corrosion, because primary evaluation index for the corrosion of N80 steel sheet in hydrochloric acid, hydrofluoric acid and mud acid should not be higher than 3～4 g/(m2·h).

mannich base, corrosion inhibitor, evaluation

2017-01-12；修改稿收到日期：2017-04-21。

胡韻(1984—)，助理研究員，現(xiàn)在該公司石油工程技術(shù)研究院從事酸化壓裂相關(guān)研究工作。E-mail：wili5535@163.com