油气工业常用缓蚀剂

2020-01-07 05:45:13 来源:永利402com官方网站 61

油气田使用的缓蚀剂,特别是在含CO2的油气田等腐蚀环境中,主要为“界面型”缓蚀剂,它们本身或它们的反应产物吸附在金属表面上,形成一层连续的或不连续的吸附层和保护性膜层,阻滞腐蚀过程的阴极、阳极或同时阻滞阴阳极反应,从而产生缓蚀作用。


CO2腐蚀缓蚀剂的早期研究主要针对金属在水相环境中的腐蚀,其种类较多,包括酰胺、咪唑啉、季铵盐、杂环化合物等,已被广泛应用于石油、石化领域,发挥着极为重要的作用。随着研究的深入及工业技术的发展,管道顶部腐蚀问题越来越引起人们的重视,各种蒸气相、气相缓蚀剂也应运而生。下面详细介绍几类缓蚀效果较好的缓蚀剂以及该领域的研究进展。


咪唑啉及其衍生物类

在众多CO2缓蚀剂中咪唑啉及其衍生物用量最大,约占缓蚀剂总用量的90%左右。咪唑啉及其衍生物于1949年首次在美国获得专利,1963年最早报道了咪唑啉作为一种缓蚀剂应用于油田。咪唑啉具有无刺激性气味、毒性低、热稳定性好、生物易降解等特点,能够有效抑制CO2环境下金属的全面腐蚀和局部腐蚀,目前已被成功地用于多个含CO2的油气田。


关于咪唑啉在钢铁表面的缓蚀机理研究,国内外学者已经开展了大量工作,从早期吸附类型的判别、吸附模型的建立到近期官能团的作用机理、缓蚀剂膜厚度、成膜稳定性、咪唑啉水解性等都取得了一定的成就。


咪唑啉季铵盐是通过季铵化改性处理将咪唑啉环上氮原子化合价变成五价形成的,由于季铵盐分子中N+对金属表面的吸附作用更强烈,所以咪唑啉季铵盐的缓蚀性能远比咪唑啉要好。季铵阳离子能被带负电荷的金属表面所吸附,对阳离子放电反应产生极大的影响,其排列在金属表面就像使金属表面带正电荷一样,使氢离子难于靠近金属表面,不仅加强了隔离作用,而且阻碍了电荷的转移,使阴极反应速率降低;季铵盐上阴离子对阳离子型缓蚀剂的静电吸附也有较大影响。常用的季铵化试剂主要有氯乙酸钠、苄基氯等。大量研究表明,咪唑啉季铵盐可以有效抑制油气工业中的CO2腐蚀。


气相缓蚀剂

随着天然气工业的发展,传统的液相缓蚀剂已很难达到防腐蚀目的,如液相缓蚀剂往往难以抑制湿气管线的顶部腐蚀,故此时人们开发研制了新类型的缓蚀剂,即气相缓蚀剂。气相缓蚀剂分子自由度较高,特别适用于形状复杂的管道。其缺点是生产和使用过程中易被吸入体内,造成较大的伤害,使得目前商品化气相缓蚀剂较少。


最初,钢铁用气相缓蚀剂主要为低分子量有机胺及其盐类,如异丙胺、亚硝酸二环己胺。将咪唑啉与低分子量胺复配后用于输气管线,实现了一定的缓蚀效果。但由于这类物质挥发性太大,气味和毒性也大,使其应用受到极大限制。20世纪90年代后,缓蚀剂的构效关系逐渐清晰化,可以借助分子设计和分子组装来指导气相缓蚀剂的合成,使气相缓蚀剂的开发进入了一个新阶段,多种新型高效、低毒气相缓蚀剂走入人们视线。低聚型缓蚀剂是受关注较多的一个研究方向。低聚型气相缓蚀剂可以在分子内引入不同作用的活性基团同时抑制几种因素的腐蚀,可以说是在分子内实现了复配使用,有可能形成比分子外复配更致密的保护膜,具有更好的协同效应。一些杂环类化合物被开发用作气相缓蚀剂,如唑类衍生物、吗啉类衍生物,其分子中O、N、S、P等原子作为活性吸附中心,对多种金属具有较强的吸附作用,且分子内或分子间极易形成大量氢键增厚吸附层,造成氢离子接近金属表面的更大阻力,具有非常好的气相缓蚀效果。


复配型缓蚀剂

油气开采过程中,金属管道大多是处于多相共存的环境中,常涉及液相、气相交互作用共同影响材料腐蚀进程的问题。为此开发了众多种类的气液双相复合型缓蚀剂,在油气工业中发挥了巨大的作用。用于油气管道的缓蚀剂配方,组分往往包括咪唑啉、有机酸、不同的表面活性剂和气相缓蚀剂的复配物。有研究结果表明气液相复合型缓蚀剂能有效减缓油田设备的腐蚀。以环保为基点研制针对高温高压CO2腐蚀环境,研制适用于多相腐蚀体系的缓蚀剂符合当前油气工业发展的需求。其中以现有缓蚀剂为基础,探索不同缓蚀剂的最佳复配配方,提高缓蚀效率、扩大缓蚀剂适用范围、降低有毒缓蚀剂的用量,最终得到高效、低毒、通用型缓蚀剂也是这一领域研究不断满足实际需求的一条捷径。


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