【摘要】：隨著CO_2氣體驅油技術在油氣田開采中的廣泛應用,在油氣田開采與輸送過程中CO_2會導致金屬管道腐蝕加劇,甚至出現腐蝕穿孔現象,從而引發(fā)火災和爆炸事故,并造成巨大的經濟損失和環(huán)境污染等問題。在腐蝕介質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,被廣泛應用于油氣管道的腐蝕與防護。本研究以常用的有機油酸和二乙烯三胺為原料,通過酰胺化反應、環(huán)化反應和季銨化反應,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X80管線鋼的腐蝕影響機理和緩蝕規(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氣體驅油技術產出水環(huán)境中應用提供了理論依據。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,先經酰胺化反應、環(huán)化反應制備出咪唑啉中間體IP-1,適宜的反應條件為:投料比1:1.10、酰胺化反應溫度160℃、酰胺化反應壓力8.11 kPa、酰胺化反應時間3h,酰胺化反應收率達98%以上;環(huán)化反應溫度200℃、環(huán)化反應壓力5.07 kPa、環(huán)化反應時間3h,環(huán)化反應收率為98%。咪唑啉中間體IP-1與氯化芐進行季銨化反應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行了腐蝕失重考察,實驗得出:IM-S1型緩蝕劑具有顯著的緩蝕效果,對X80管線鋼的腐蝕具有良好的抑制效果。利用腐蝕失重、動電位極化、電化學阻抗譜、微觀形貌和微區(qū)電化學(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X80管線鋼的緩蝕性能。研究結果表明,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,從而達到對基體金屬的保護,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。從吸附熱力學和吸附動力學角度,模擬油田水溶液,對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行了理論計算。結果表明: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;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象之間的作用機理[62]。有機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的成分等多種因素，本文借助經典吸附模型對合成的研究，，計算出吸附過程中的熱力學參數和物理化學性質[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 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 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
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG174.42;TE988.2

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本文編號：2595517