咪唑啉季銨鹽緩蝕劑合成及其性能測試

王大文

（西安石油大學，陜西 西安 710065）

在開發與生產中，經常遇到油氣運輸管道修理與維護的問題，在持續的作業中，油田的金屬管道通常都會受到劇烈的磨損，這樣的磨損不僅帶來巨大的成本損失，也會帶來安全隱患。人們發現添加咪唑啉類的緩蝕劑能夠有效的解決金屬管道銹蝕、腐蝕的問題。由于咪唑啉季銨鹽緩蝕劑具有優良的緩蝕性能，并且熱穩定性好，毒性低，所以咪唑啉季銨鹽緩蝕劑被廣泛應用于石油與天然氣的集輸、儲運。咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的合成，一般是用氯化芐、氯乙酸鈉、硫酸二甲酯等季銨化合物當做中間體進行實驗.本文也是針對亞磷酸二甲酯為季銨化試劑，嘗試對咪唑啉進行季銨化改性，并且討論咪唑啉季銨鹽緩蝕劑合成工藝和性能。

1 咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的合成

1.1 儀器和藥品

鼓風干燥箱、恒溫攪拌棒、電化學溶劑分析儀。

油酸、月桂酸、氯化芐、氯化鎂、苯甲酸、氯化鈉、氯化鈣、乙醇、氯化鉀、鹽酸、硫脲、碳酸氫鈉、烏洛托品、硫酸鈉等溶劑。

1.2 緩蝕劑的制備

在實驗的制備過程中，因為三乙烯四胺成本高昂，無法進行大規模的制備。通常來說，有機酸的價格會相對低廉，所以在實際的操作中，一般采用有機酸代替三乙烯四胺，并將有機酸的使用過量以滿足實驗條件。在實驗過程當中，需要加入一定量的三乙烯四胺，用加熱套加熱，觀察溫度計指示，在100～120℃的溫度下進行加熱，并保證每個小時水溫依次上升5℃。溶劑制畢之后在合成的油酸中加入適量的氯化芐和無水乙醇，通過降溫、回流的方式將溶劑收集，最終得到咪唑啉季銨鹽緩蝕劑。

1.3 咪唑啉季銨鹽的緩蝕效率實驗

在蒸餾水中依次加入氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈉，并慢慢加入硫化氫與二氧化碳，使溶液趨于飽和，最終可以得到某油田的地層水模擬液。

制作一個尺寸大概為40mmX13mmX20MM的一塊二十號碳鋼試片，用砂紙進行打磨，并進行充分清洗并且進行質量稱量。隨后將試片放入含有不同緩蝕劑的油田地層水模擬液中。浸泡后晾干，用丙酮和無水乙醇進行清潔，根據其質量損失計算腐蝕速率，最后測試出咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的不同性能。

2 咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的性能測試

2.1 質量損失法

根據某油田的測試結論，其把二十號碳鋼試片放在油田地層水模擬液里測試腐蝕速率，并且測量OMI、BMI和LMI三種緩蝕劑的緩蝕性能（見圖1）。從圖1看出，加入緩蝕劑后二十號碳鋼試片的緩蝕速率大大降低，也可以看到，LMI緩蝕劑緩蝕效果最為明顯。

圖1 二十號碳鋼在鹽酸中的極化曲線

2.2 極化曲線法

將溫度恒定為70℃，采用電化學分析法測得二十號碳鋼的極化曲線，見圖1得知，腐蝕電流在增加緩蝕劑有不同程度的降低。查閱文獻后得知，加入BMI緩蝕劑時腐蝕電流降最多，效率達到了68.89%，這說明BMI合成的咪唑啉季銨鹽緩蝕劑，可用于實際工作生產。

在恒定溫度為70℃的液體中，實驗表明，加入同樣量的油酸咪唑啉季銨鹽（OMI）、苯甲酸咪唑啉季銨鹽（BMI）和月桂酸咪唑啉季銨鹽（LMI），在油田模擬水中的緩蝕效果不如在鹽酸體系中明顯。這三種緩蝕劑經過對比，LMI的緩蝕效果要比BMI及OMI緩蝕效果更好。這樣的結論也和質量損失法得到的結論一致。

3 結論

①3種咪唑啉緩蝕劑（油酸咪唑啉季銨鹽、苯甲酸咪唑啉季銨鹽和月桂酸咪唑啉季銨鹽都表現出較為優良的性能。

②由靜態掛片質量損失法得知:在三種緩蝕劑中，LMI的緩蝕效果要比BMI及OMI緩蝕更好，緩蝕效率最高97.31%，與質量損失法得到的結論一致。

③根據極化曲線的相關實驗可以得知:BMI緩蝕劑（苯甲酸咪唑啉季銨鹽） 會讓自腐蝕電位正移，所以對陽極反應有較強的抑制作用，同樣量的油酸咪唑啉季銨鹽（OMI）與月桂酸咪唑啉季銨鹽（LMI）將會使其作用相反。幾種緩蝕劑相互進行復配其效果會更好。

④月桂酸和油酸咪唑啉分子量比較小，并且空間位阻小，可以填充分子間形成的吸附膜的縫隙，所以幾種緩蝕劑進行復配效果最好。