發(fā)布時(shí)間：2020-03-22 19:34

【摘要】：隨著CO_2氣體驅(qū)油技術(shù)在油氣田開采中的廣泛應(yīng)用,在油氣田開采與輸送過程中CO_2會(huì)導(dǎo)致金屬管道腐蝕加劇,甚至出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象,從而引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故,并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染等問題。在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑已成為解決金屬管道腐蝕的重要手段之一。咪唑啉類緩蝕劑因其具有綠色、高效和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于油氣管道的腐蝕與防護(hù)。本研究以常用的有機(jī)油酸和二乙烯三胺為原料,通過酰胺化反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)和季銨化反應(yīng),制備出了咪唑啉季銨鹽、硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑。模擬新疆油田采出水溶液,研究了咪唑啉季銨鹽、硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑對(duì)X80管線鋼的腐蝕影響機(jī)理和緩蝕規(guī)律。該研究成果為硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑在油田采用CO_2氣體驅(qū)油技術(shù)產(chǎn)出水環(huán)境中應(yīng)用提供了理論依據(jù)。本研究采用減壓操作方法,著重以硬脂酸與二乙烯三胺為原料,先經(jīng)酰胺化反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)制備出咪唑啉中間體IP-1,適宜的反應(yīng)條件為:投料比1:1.10、酰胺化反應(yīng)溫度160℃、酰胺化反應(yīng)壓力8.11 kPa、酰胺化反應(yīng)時(shí)間3h,酰胺化反應(yīng)收率達(dá)98%以上;環(huán)化反應(yīng)溫度200℃、環(huán)化反應(yīng)壓力5.07 kPa、環(huán)化反應(yīng)時(shí)間3h,環(huán)化反應(yīng)收率為98%。咪唑啉中間體IP-1與氯化芐進(jìn)行季銨化反應(yīng)得到具有較高溶解性的咪唑啉季銨鹽緩蝕劑IM-1,再與硫脲反應(yīng)制備出硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑IM-S1。熱性能分析表明:硫脲基咪唑啉季銨鹽IM-S1型緩蝕劑具有良好的熱穩(wěn)定性能,在30℃-378℃失重率僅為1.02%。在模擬油田水溶液中進(jìn)行了腐蝕失重考察,實(shí)驗(yàn)得出:IM-S1型緩蝕劑具有顯著的緩蝕效果,對(duì)X80管線鋼的腐蝕具有良好的抑制效果。利用腐蝕失重、動(dòng)電位極化、電化學(xué)阻抗譜、微觀形貌和微區(qū)電化學(xué)(SVET)等測試方法,系統(tǒng)地研究了不同pH值和不同溫度下含CO_2水溶液中IM-S1型硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑對(duì)X80管線鋼的緩蝕性能。研究結(jié)果表明,在中性溶液和中低溫條件(25℃-40℃)下,IM-S1型硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑能有效吸附于金屬鋼表面上,從而達(dá)到對(duì)基體金屬的保護(hù),具有顯著的緩蝕效果。IM-S1型緩蝕劑在鋼表面的吸附降低了鋼表面離子電流密度,從而有效降低了鋼的腐蝕速率。從吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)角度,模擬油田水溶液,對(duì)IM-S1型硫脲基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑在金屬鋼表面吸附行為進(jìn)行了理論計(jì)算。結(jié)果表明:IM-S1型緩蝕劑在金屬鋼表面的吸附行為符合Langmuir等溫吸附,吸附自由能ΔG_(0ads)值為-38.57 kJ/mol,緩蝕劑自發(fā)吸附能力強(qiáng);吸附活化能E_a值為6.61 kJ/mol,緩蝕劑粒子在金屬鋼表面上吸附容易,緩蝕效率高。
【圖文】：

圖 1.5SVET 原理圖Fig.1.5 Schematic of SVET蝕劑吸附理論研究熱力學(xué)是用來研究緩蝕劑粒子與金屬表面相互作用力類型的常見緩蝕劑粒子與吸附對(duì)象之間的作用機(jī)理[62]。有機(jī)緩蝕劑在金屬表是與水分子發(fā)生競爭吸附的過程，在金屬表面的吸附規(guī)律取決于及腐蝕介質(zhì)的成分等多種因素，本文借助經(jīng)典吸附模型對(duì)合成的研究，，計(jì)算出吸附過程中的熱力學(xué)參數(shù)和物理化學(xué)性質(zhì)[63]。通過蝕劑在金屬表面的覆蓋率（θ）可以判斷該緩蝕劑的吸附模型。有 Langmuir（郎繆爾）等溫式、Freundlich（弗倫德利希）等溫式）等溫式，公式如下所示：Langmuir isotherm： 1 Freundlich isotherm：

稱 含量/wt% 品級(jí) 酮 ≥99.0 分析純 酸 ≥40.0 分析純 三胺 ≥99.0 分析純 脲 ≥99.0 分析純 芐 ≥99.0 分析純 油 - 工業(yè)級(jí) 腐蝕試片，其成分見表 2.3。圖 2.1 為 X80 鋼金相組織主要以鐵素體和珠光體為主。表 2.3 X80 鋼成分表Table2.3 Composition of X80Mn Si S P Nb V 1.85 0.42 0.005 0.022 0.11 0.06
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG174.42;TE988.2

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