新型曼尼希堿緩蝕劑的合成及性能研究

肖 鵬，胡鵬程，秦宇雄，王任芳 (長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023)

新型曼尼希堿緩蝕劑的合成及性能研究

肖 鵬，胡鵬程，秦宇雄，王任芳 (長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023)

利用醛、酮、胺為主要原料，合成出了一種新型曼尼希堿緩蝕劑DS-19。以靜態(tài)腐蝕速率為實驗評價指標，用正交實驗法對緩蝕劑的合成工藝條件進行優(yōu)化，實驗條件下獲得的最佳合成工藝條件為胺醛酮摩爾比1.3∶1∶1、反應溫度30℃、反應時間24h。電化學測試結(jié)果表明，該緩蝕劑是以抑制陽極腐蝕過程為主的混合型緩蝕劑。

緩蝕劑；酸化；曼尼希反應

油田生產(chǎn)過程中的腐蝕現(xiàn)象一直是困擾石油工業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)問題。實踐證明，解決該問題的主要方法是使用緩蝕劑，該方法工藝簡單、成本低廉、適應性強[1]?，F(xiàn)階段國內(nèi)油田使用的緩蝕劑主要包括咪唑啉季銨鹽和曼尼希堿。合成咪唑啉季銨鹽緩蝕劑包括酰胺化、環(huán)化、季銨化等過程，其中酰胺化溫度180℃左右，環(huán)化溫度230℃左右，合成溫度較高[2]，能耗大。以甲醛為原料合成曼尼希堿緩蝕劑，其合成溫度在80℃左右，能耗也較大[3]。為解決上述問題，可利用含孤對電子的芳香醛為原料合成新型曼尼希堿緩蝕劑，其合成溫度為室溫，這不僅有利于增強緩蝕劑的吸附性能，而且能夠大量減少能耗。

1 試驗部分

1.1試驗試劑與儀器

1)主要試劑 芳香酮；伯胺；芳香醛；無水乙醇等，以上試劑均為分析純。

2)主要儀器 三頸燒瓶；直型冷凝管；磁力攪拌器；電子天平；ST2159-1型靜態(tài)掛片腐蝕測定儀；標準N80鋼片；LK2005A型電化學工作站。

1.2緩蝕劑的合成

在裝有磁力攪拌器、溫度計的三頸燒瓶中依次加入一定量的無水乙醇、芳香胺并滴加濃鹽酸調(diào)節(jié)反應體系的pH值至中性，再加入適量的芳香醛和芳香酮。在室溫下反應數(shù)小時，得到棕黃色液體即為曼尼希堿緩蝕劑。

1.3腐蝕速率測定

參照文獻[4]的方法進行腐蝕速率測定。腐蝕速率V按下式計算：

式中，V為腐蝕速率，g/(m2·h)；W1為腐蝕前的鋼片質(zhì)量，g；W2為腐蝕后的鋼片質(zhì)量，g；S為試樣在腐蝕環(huán)境中的面積，m2；t為腐蝕時間，h。

2 緩蝕劑的合成條件優(yōu)化

按照正交實驗表，選擇因素和水平值設(shè)計成L16(44)。以鹽酸對N80鋼片的腐蝕速率作為評價指標，綜合考察醛酮摩爾比、胺酮摩爾比、溫度、反應時間4個因素對曼尼希堿合成工藝的影響，根據(jù)文獻[4]的方法進行測定。試驗條件如下：試驗材質(zhì)為N80鋼片；試驗溫度60℃；試驗時間4h、試驗壓力為常壓；緩蝕劑加量1.0%(質(zhì)量分數(shù))。試驗處理數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 緩蝕劑正交實驗結(jié)果與分析

由表1可知，曼尼希堿的最佳合成條件為n(胺)∶n(酮)=1.3∶1；n(醛)∶n(酮)=1.0∶1；反應溫度為30℃；反應時間24h。在最優(yōu)化的合成試驗條件下，再做一組追加試驗得到產(chǎn)物DS-19，評價結(jié)果表明，其腐蝕速率為0.41g/(m2·h)，表現(xiàn)出優(yōu)良的緩蝕性能。

3 性能評價

3.1抗溫性與抗酸性

抗溫性與抗酸性是評價緩蝕劑的一個重要指標[3]。通過進行曼尼希堿緩蝕劑DS-19在不同濃度的鹽酸和不同溫度下的N80鋼片腐蝕試驗，測定結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，腐蝕速率隨著鹽酸濃度和溫度的增加而加大，當鹽酸的質(zhì)量分數(shù)達到20%和試驗溫度超過90℃時，腐蝕速率急劇增加。但當鹽酸濃度小于20%且試驗溫度低于120℃時，腐蝕速率可以滿足酸化施工要求。在鹽酸濃度相同的情況下，DS-19緩蝕劑的緩蝕性能在試驗溫度為40～60℃時的變化差別不大，說明緩蝕劑DS-19在低溫環(huán)境下有較好的應用價值。對于高溫酸化作業(yè)，可以通過加大緩蝕劑的量來降低腐蝕速率。在120℃的鹽酸體系內(nèi)加入2%(行業(yè)標準允許范圍內(nèi))的DS-19緩蝕劑，N80鋼片的腐蝕速率降為1.14g/(m2·h)，表明緩蝕劑具有一定抗溫性。

3.2電化學測試

室溫下，采用LK2005A型電化學工作站測定緩蝕劑DS-19的極化曲線。工作電極為待測鋼片，參比電極Ag/AgCl，輔助電極為鉑電極，掃描范圍相對開路電位為-250～+250mV，掃描速率為0.01V/s。在15%HCl中加入0.5%的DS-19緩蝕劑，另以15%HCl作為對照，分別測其極化曲線，數(shù)據(jù)記錄由計算機自動完成并以極化電位E對極化電流密度的對數(shù)lgI作圖(見圖2)。

圖1 溫度與鹽酸濃度對腐蝕速率的影響

圖2 極化曲線圖

由圖2可知，在15%HCI中添加0.5%的DS-19緩蝕劑，N80鋼片的自腐蝕電位向正方向發(fā)生較小的移動，陰、陽極極化曲線明顯向低電流方向移動，自腐蝕電流減小，而且陽極極化曲線的塔菲爾斜率明顯增大，陰極極化曲線的塔菲爾斜率也增大，但變化沒有陽極極化曲線明顯，所以DS-19緩蝕劑是以抑制陽極過程為主的混合控制型緩蝕劑。

4 結(jié) 論

1)在室溫下以芳香酮、芳香醛、伯胺為原料合成了一種曼尼希堿，該曼尼希堿在酸性介質(zhì)中具有優(yōu)良的緩蝕性能。

2)通過正交實驗優(yōu)化條件得到曼尼希堿的最佳合成條件，即胺醛酮摩爾比為1.3∶1∶1，反應溫度為30℃，反應時間為24h。

3)電化學測試表明，DS-19緩蝕劑是以抑制陽極腐蝕過程為主的混合型緩蝕劑。

[1]張?zhí)靹?緩蝕劑[M].北京:化學工業(yè)出社,2002.

[2]魏寶明.金屬腐蝕理論及應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,1985.

[3]Zhang Hong-yu, Huang Zhiyu.The study on the synthesize method and property of a new kind of keto-aldehyde amine acidification inhibitor[J].Total Corrosion Control,2009,23(3): 11-13.

[4]SY/T5045-1996，酸化緩蝕性能實驗方法及評價指標[S].

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.02.027

TE988

A

1673-1409(2012)02-N084-02

2011-10-29

國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目(101048943)。

肖鵬(1987-)，男，2009年大學入學，現(xiàn)主要從事油田化學方面的學習。

王任芳(1965-)，女，1986年大學畢業(yè)，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事油田化學方面的教學與研究工作。