不同类型co2缓蚀剂的合成及机理研究唐明进

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1、西南石油大学化学化工学院题目几种CO2缓蚀剂的合成及机理研究姓名唐明进学号201421000481教师李建波邮箱709141320@qq.com时间2015年5月9日21西南石油大学化学化工学院不同类型CO2缓蚀剂的合成及机理研究摘要：系统综述了CO2缓蚀剂的合成路线、腐蚀机理和缓蚀机理，并按照其不同分子结构特点进行了分类比较，介绍了CO2缓蚀剂（咪唑啉缓蚀剂、季铵盐缓蚀剂及曼尼希碱缓蚀剂等）的缓蚀机理。最后分析了各种缓蚀剂目前存在的不足并对其发展趋势进行了展望。关键词：CO2缓蚀剂腐蚀机理合成CO2常作为天然气或石油伴生气的组分存在于油气中。

2、另外，采用CO2来提高石油采收率，也可将CO2加入原油集输系统。因此，油气工业中广泛存在CO2的腐蚀问题。一般认为,干燥的CO2对钢铁没有腐蚀，但在潮湿的环境下或溶于水后，它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重,可引起石油天然气管道和设备早期腐蚀，并造成严重的后果。1CO2的腐蚀机理随着高CO2油气田的相继开发，各国对CO2产生的严重腐蚀破坏、主要的影响因素及其破坏机理和腐蚀防护措施等进行了广泛的研究[1-3]。目前，一致认为钢铁在CO2水溶液中的腐蚀，其基本过程可表示如下:腐蚀的阳极反应:关于腐蚀的阴极反应，主要有两种观点：21西南石油大学化学化工学院1

3、.1非催化的氢离子阴极还原反应1.2表面吸附CO2的氢离子催化还原反应式中，下标ad和sol分别代表吸附在钢铁表面的和溶液中的粒子。关于高温高压下CO2的腐蚀机理，至今所作的研究还较少。实际上，CO2腐蚀往往表现为全面腐蚀和一种典型的沉积物下方的局部腐蚀共同出现。液相缓蚀剂选择应尽量选择可在金属表面形成附着力较强的缓蚀剂薄膜的缓蚀剂，且有良好的可溶性和水中分散性，同时具有与水的亲和力和吸附的两面性，可耐一定的水/油/气相流冲刷。而今后的研究侧重点在于如何提高缓蚀剂与金属表面之间的附着力，使形成的膜不易被高速流冲走，在连续地或周期性地冲刷内表面时

4、，可在金属表面形成连续的保护膜以达到防腐的目的。21西南石油大学化学化工学院2咪唑啉类缓蚀剂咪唑啉类缓蚀剂一般由3部分组成，即具有1个含氮五元杂环，杂环上与氮原子(N)成键的具有不同活性基团(如酰胺官能团、胺基官能团、羟基)的亲水支链R1和含有不同碳链的烷基憎水支链R2。在油气田防CO2和H2S腐蚀过程中以咪唑啉及其衍生物的用量最大。2.1咪唑啉缓蚀剂的作用机理咪唑啉类缓蚀剂的应用非常广泛，但是对其缓蚀机理还没有研究透彻，目前普遍认为其缓蚀效果与其化学结构、金属表面状态及腐蚀环境相关。理论计算及XPS、AFM检测结果表明，含杂原子的亲水基团是咪

5、唑啉分子的活性部位，N原子上的孤对电子及咪唑啉环的π电子，能与金属表面的Fe原子上的空d轨道形成电子给受体作用，因而咪唑啉分子能紧密地吸附在金属表面，而疏水基团远离并接近垂直于金属表面排列，形成单分子吸附层保护膜，从而防止腐蚀性成分扩散至金属表面，抑制腐蚀过程的发生。若咪唑啉浓度足够高时，则在金属表面形成双层吸附层，即另一层咪唑啉分子的疏水基团与吸附在金属表面的咪唑啉疏水基团因疏水作用而缠结，其亲水基团则更加远离金属表面排列，单分子吸附层厚度约为2nm双分子吸附层约为4nm[4-7]，其吸附模型如图2-1所示。21西南石油大学化学化工学院图2-

6、1咪唑啉衍生物双分子层在金属表面的吸附模型咪唑啉缓蚀剂吸附到金属表面形成吸附层保护膜后，可以改变腐蚀介质中的氢离子氧化还原电位，络合某些氧化剂而降低其电位，对金属阳离子的放电过程影响很大，从而抑制阳极反应的发生。此外，咪唑啉季铵盐上的阴离子对缓蚀剂在金属表面的静电吸附也有一定的促进作用。这些因素的协同作用，使得咪唑啉缓蚀剂的缓蚀效果显著。咪唑啉的缓蚀性能与自身化学结构有直接关系。一般而言，疏水基团越大，缓蚀性能越好，而确定疏水基团后，水溶性增加时缓蚀性能亦会增强[8-9]。咪唑啉类缓蚀剂主要分为油溶型和水溶型两类。这类缓蚀剂一般是由一个含氮的五

7、元杂环、一个非极性的烃基和一个极性的氨基三部分组成。非极性长链烃基可使其油溶性增强，故易溶于油中；极性氨基氮原子上有未成键的孤对电子，可与金属形成配位键，故可在金属表面形成吸附膜。当金属与酸性介质接触时，咪唑啉类缓蚀剂在金属表面形成吸附膜，改变了氢离子的氧化还原电位，并且可络合溶液中的某些氧化剂，通过降低电位来达到缓蚀的目的。Suzuki[10]研究发现，在CO2腐蚀介质中，当咪唑啉的烷基疏水基碳链为C11时，亲水基链长为221西南石油大学化学化工学院时的临界浓度达最低，随着链长的增加，临界浓度增加。亲水基链上胺基取代基的作用不容忽视。2.2咪

8、唑啉类缓蚀剂的合成咪唑啉的合成有多种方法，包括由羧酸与多胺合成、由腈与多胺合成、由羧酸酯与多胺衍生物合成等。常见的是由长链脂肪酸或芳香酸（如月桂酸、豆