CN101717941B - 用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂及其制备方法。它是由无机酸铵盐30％～40％、吡啶10％～20％、缓蚀助剂1％～5％、溶剂10％～50％(质量)组成。经气液双相试验和电化学测试均表明该缓试剂在含硫的介质中具有缓蚀效果。本发明成本低廉、操作简便，具有效高的缓蚀率及其他良好实验效果。

Description

用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂及其制备方法 

技术领域：

本发明涉及一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂及其制备方法，属于石油工业防腐技术。 

背景技术：

统计资料表明，腐蚀损失是各种自然灾害之首。控制与防治腐蚀一方面可以大量节约资源，同时也节约了生产原材料和设备的能源、人力，意义深远。 

石油工业中，石油、天然气的开采、提炼、运输等很多环节都存在着钢铁设备面临腐蚀的问题，且随着油气田开采时间的延长，油气井中的腐蚀成分越来越多，使设备腐蚀的情况更加严重。严重的腐蚀一方面造成设备的失效，更换设备增加了开采成本，另一方面，运输管道的腐蚀导致压力的不稳定带来了安全隐患。解决油气田设备的腐蚀问题，已成为当今油田工程中的重要关键技术。 

油气田主要面对的是硫腐蚀，通常采用的防腐手段主要有前段脱硫法、内壁涂层法和添加缓蚀剂等方法，其中添加缓蚀剂以其成本低廉、操作简便、效果明显而得到广泛的应用。目前我国油气田应用的缓蚀剂主要是混合型缓蚀剂，从化学成分上讲，它的组成以有机物为主，和金属表面相互作用形成防腐层，抑制腐蚀的发生；从电化学的角度讲，它能同时降低腐蚀阴阳两级的电位，从而给腐蚀的发生带来能量障碍。 

但是随着钢铁等金属材料防腐层增厚，又会出现沉积附着物的情况，附着物进入压缩机等设备造成流道的堵塞，又会给生产和检修带来很大的困难。 

以某油气田的压气站情况为例，该压气站自1990年开始应用了某种气相缓蚀剂，开始几年运行平稳，随着时间增长，出现问题。缓释剂有一定的效果，如果不加注或少加注，则会在压缩机叶轮、轴及扩压器上析出坚硬的物质，如果继续加注则形成大量的附着物，同样在梳齿密封产生积聚，磨损转子。压气站不得不增加停车检修频率以保证设备正常运行。在保证缓蚀率的前提下抑制附着物的形成量是缓蚀剂研发的关键点之一。 

发明内容：

本发明目的在于提供一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂及其制备方法，本发明成本低廉、操作简便，具有效高的缓蚀率及其他良好实验效果。 

本发明提供的一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂的原料的质量组成： 

无机酸铁铵盐    30％～40％ 

吡啶            10％～20％ 

缓蚀助剂        1％～5％ 

溶剂            10％～50％。 

其中所述的无机酸铁铵盐是硫酸铁与低碳数脂肪胺反应生成的铵盐；硫酸铁与低碳数脂肪胺的质量比为1∶1～1∶4；缓蚀助剂是钼酸钠、硝酸钠、碘化钾和硫脲中的至少一种；溶剂是乙醇、丙酮和石油醚中的至少一种。 

所述的硫酸铁可用硫酸锌替代，低碳数脂肪胺的碳数为1～8。 

本发明提供的一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂的原料的质量组成： 

无机酸铁铵盐    40％ 

吡啶            10％ 

缓蚀助剂        5％ 

溶剂            45％。 

所述的无机酸铁铵盐是由硫酸铁与正丁胺或硫酸铁与叔丁胺反应生成的铵盐。 

所述的缓蚀助剂为钼酸钠、碘化钾。 

所述的溶剂是95％的乙醇。 

本发明提供的一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂的制备方法包括的步骤： 

1)向无机盐中加入蒸馏水，直到无机盐完全溶解，再向其中加入低碳数脂肪胺，直到形成均一稳定的溶液，硫酸铁与低碳数脂肪胺的质量比为1∶1～1∶4。 

2)吡啶的除杂，将工业级的吡啶置于精馏装置，调节温度，该温度范围为250～280摄氏度，收取吡啶馏分备用。 

3)按计量将上述过程制备好的无机酸铁铵盐、吡啶、缓蚀助剂和溶剂混合均匀。 

按上述计量配制成缓蚀剂，即可加入到腐蚀环境中使用。本发明适用范围：pH＝5.0～8.0介质中的金属材质均的缓蚀效果，且具有良好的金属表面成膜性能。 

本发明具有成本低廉、操作简便的特点，采用该缓蚀剂进行实验室内挂片试验，试验后钢片表面光亮如新，得到了较高的缓蚀率。通过电化学测量，其极化阻力较空白状态有了极大程度的提高。 

附图说明

图1为本发明实例4中空白试样极化曲线。 

图2为本发明实例4中添加缓蚀剂试样极化曲线。 

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但这些实施例并不限制本发明的范围。 

实例1-3为缓蚀剂的合成与配制以及挂片法对缓蚀剂的缓蚀性能评价。挂片法是实验室配制腐蚀溶液模拟实际腐蚀环境进行腐蚀挂片实验。选用A3钢(碳素结构钢)试片进行腐蚀实验，采用空白与加缓蚀剂进行对比，根据试片的腐蚀失重及腐蚀状况，计算缓蚀率。使用的吡啶是纯度为50％～60％的工业级吡啶。 

实例4为电化学法对缓蚀剂的缓蚀性能评价。采用A3钢试样-铂电极-饱和氯化钾电击的三电极体系分别测定其在饱和硫化氢水溶液中添加与为添加缓蚀剂的电化学行为。工业级吡啶的纯度50％～60％，并将其精馏，其主要成分是吡啶和吡啶、喹啉的衍生物。 

实例1： 

向硫酸铁中加入蒸馏水，直到完全溶解，再向其中缓慢滴加正丁胺，直到形成均一、稳定的溶液，硫酸铁与正丁铵的质量比1∶1；将工业级吡啶(纯度约55％)置于精馏装置，调节温度250摄氏度，收取吡啶馏分备用。将正丁铵盐、吡啶、钼酸钠和95％的乙醇按照40％∶10％∶5％∶45％配成缓蚀剂。 

试验在试管中进行，内装H₂S饱和水溶液10mL，用A3钢制备的10×10×3的钢片试样在每支试管中放一片，共10支，其中5支添加缓蚀剂(每支6～10滴)，5支为空白试样。试管密封后放在50℃的恒温水浴装置内，试验在静止状态下进行5d，取出后采用失重法称量计算液相缓蚀效率。实验室实验中，该缓蚀剂的液相缓蚀率达到98％。失重数据见表1。 

实例2： 

向硫酸铁中加入蒸馏水，直到完全溶解，再向其中缓慢滴加正丁胺，直到形成均一、稳定的溶液，硫酸铁与正丁铵的质量比1∶1；将工业级吡啶(纯度约55％)置于精馏装置，调节温度250摄氏度，收取吡啶馏分备用。将正丁铵盐、吡啶、钼酸钠和95％的乙醇按照30％∶20％∶5％∶45％配成缓蚀剂。 

试验在1L广口瓶中进行，内装H2S水溶液400mL，用A3钢制备的10×10×3的钢片试样挂在支架上至于瓶内液面以上。共两个瓶子，每个挂5片，其中一个加缓蚀剂(缓蚀剂盛放在小烧杯中，约3ml，再置于广口瓶中)，一个为空白。将密封后的瓶子放在50℃的恒温水浴装置内，试验在静止状态下进行5d，取出后采用增重法称量计算气相缓蚀效率。实验室实验中，该缓蚀剂的气相缓蚀率67％。失重数据见表2。 

实例3： 

向硫酸铁中加入蒸馏水，直到完全溶解，再向其中缓慢滴加叔丁胺，直到形成均一、稳定的溶液，硫酸铁与叔丁铵的质量比1∶1；将工业级吡啶(纯度约55％)置于精馏装置，调节温度260摄氏度，收取吡啶馏分备用。将叔丁铵盐、吡啶、碘化钾和95％的乙醇按照40％∶10％∶5％∶45％配成缓蚀剂。 

试验在试管中进行，内装不同浓度H₂SO₄水溶液10mL，用A3钢制备的10×10×3的钢片试样在每支试管中放一片，共10支，其中5支添加缓蚀剂(每支6～10滴)，5支为空白试样。试管密封后放在50℃的恒温水浴装置内，试验在静止状态下进行5d，取出后 采用失重法称量计算液相缓蚀效率。实验室实验中，该缓蚀剂的在0.1mol/L和25％的硫酸水溶液中的液相缓蚀率达到96％和59％。失重数据见表3和表4。 

实例4： 

向硫酸铁中加入蒸馏水，直到完全溶解，再向其中缓慢滴加正丁胺，直到形成均一、稳定的溶液，硫酸铁与叔丁铵的质量比1∶1；将工业级吡啶(纯度约55％)置于精馏装置，调节温度260摄氏度，收取吡啶馏分备用。将正丁铵盐、吡啶、钼酸钠和95％的乙醇按照40％∶10％∶5％∶45％配成缓蚀剂。 

试验采用A3钢试样-铂电极-饱和氯化钾电击的三电极体系分别测定其在饱和硫化氢水溶液中添加与为添加缓蚀剂的电化学行为。 

空白试验和加缓蚀剂试验的极化阻力和其他电化学参数如表5所示。可以看出添加缓蚀剂(浓度1％vol)后，腐蚀电流密度降低，极化阻力有了较大的提高。 

空白试验和加缓蚀剂试验的极化曲线如附图1和图2所示。可以看出，添加缓蚀剂后金属表面发生了钝化现象。 

缓蚀率 $\mathrm{\η}=\frac{v-v^{\′}}{v}=\frac{I_{\mathrm{corr}}-I_{\mathrm{corr}}^{\′}}{I_{\mathrm{corr}}}=97.3\%,$ 和失重法得到的数据很接近。 

表1实例1的失重数据 

表2实例2的失重数据 

表3实例3的失重数据(硫酸浓度0.1mol/L) 

表4实例3的失重数据(硫酸浓度25％) 

表5实例4的电化学数据 

	空白试样	添加缓蚀剂
			腐蚀电流密度Icorr	11.2A	293.1nA
自腐蚀电位Ecorr	-690.8mV	-162.9mV
			极化阻力Rp	2.326kohms	88.83kohms
腐蚀率	5.119mpy	133.9e-3mpy

Claims (4)

1.一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂，其特征在于：它的原料的质量组成为：

无机酸铁铵盐    30％～40％

吡啶            10％～20％

缓蚀助剂        1％～5％

溶剂            10％～50％

所述的无机酸铁铵盐是无机盐硫酸铁与低碳数脂肪胺反应生成的铵盐；硫酸铁与低碳数脂肪胺的质量比为1∶1～1∶4；缓蚀助剂是钼酸钠、硝酸钠、碘化钾和硫脲中的至少一种；所述的溶剂是乙醇、丙酮、石油醚中的至少一种；

所述的低碳数脂肪胺的碳数为1～8。

2.根据权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于：硫酸铁可用硫酸锌替代。

3.一种用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂，其特征在于它的原料的质量组成为：

无机酸铁铵盐    40％

吡啶            10％

缓蚀助剂        5％

乙醇            45％

所述的无机酸铁铵盐是由硫酸铁与正丁胺或硫酸铁与叔丁胺反应生成的铵盐；

所述的缓蚀助剂为钼酸钠或碘化钾。

4.一种权利要求1所述的用于油气田钢铁设备防腐的缓蚀剂的制备方法，其特征在于包括的步骤：

1)向无机盐硫酸铁中加入蒸馏水，直到完全溶解，再向其中加入低碳数脂肪胺，直到形成均一稳定的溶液，硫酸铁与低碳数脂肪胺的质量比为1∶1～1∶4；

2)吡啶的除杂，将工业吡啶置于精馏装置，调节温度，该温度范围为250～280摄氏度，收取吡啶馏分备用；

3)按计量将上述过程制备好的无机酸铁铵盐、吡啶、缓蚀助剂和溶剂混合均匀。 

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