CN103102310B - 肉桂基咪唑啉衍生物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抑制碳钢腐蚀的酸洗缓蚀剂，具体的说是一种肉桂基咪唑啉衍生物及其制备方法。肉桂酸和三乙烯四胺经脱水反应得到的肉桂基咪唑啉衍生物，其结构式为：

Description

肉桂基咪唑啉衍生物及其制备方法

技术领域

本发明涉及抑制碳钢腐蚀的酸洗缓蚀剂，具体的说是一种肉桂基咪唑啉衍生物及其制备方法。

背景技术

油气田采出的油水混合液中成分复杂，主要含有盐类、二氧化碳和硫化氢等，其中水相中的无机盐随着时间的延长逐渐沉积在管壁上，形成混合盐垢并堵塞管道。针对以上问题，油田一般采用酸洗的方法进行除垢。酸洗液为一定比例的盐酸和氢氟酸混合物，在酸洗的过程中，管道不可避免的受到酸液的腐蚀，为了降低金属材质所受到的损坏，一般采用添加缓蚀剂的方式。

目前常用的缓蚀剂有无机盐类、有机胺类、咪唑啉类和季铵盐类，其中无机盐类毒性较大，一些含磷的化合物易引起水体的富营养化，对环境造成破坏，本着环境保护的原则，开发环境友好型缓蚀剂迫在眉睫。

咪唑啉衍生物是有机胺和有机羧酸脱水而得的杂环类化合物，其五元环上的氮原子还有孤对电子，能够和金属上铁原子的空3d轨道进行配合，进而吸附在金属表面，阻隔腐蚀介质的侵蚀。咪唑啉具有一定的缓蚀效果，加之它环保、廉价，将其开发成带有不同基团的咪唑啉衍生物缓蚀剂具有较高的应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种肉桂基咪唑啉衍生物及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种肉桂基咪唑啉衍生物，肉桂酸和三乙烯四胺经脱水反应得到的肉桂基咪唑啉衍生物，其结构式为：

肉桂基咪唑啉衍生物的制备方法，

取三乙烯四胺升温高至150-160℃，升温过程中滴入二甲苯8mL，并加入肉桂酸，进行搅拌均匀并通入氮气；混合均匀后再升温，待温度升至170-190℃进行酰化脱水反应5-6h以后，再次升温，待温度达到230-240℃进行环化脱水3-4h；环化后干燥即得到棕褐色粘稠状的肉桂基咪唑啉衍生物；肉桂酸与三乙烯四胺物质量之比为1∶1.6。

所述环化后将其转入旋转蒸发仪中蒸出多余溶剂，然后置于真空干燥箱中40-50℃下进行干燥，即得到棕褐色粘稠状的肉桂基咪唑啉衍生物。

肉桂基咪唑啉衍生物的应用，所述肉桂基咪唑啉衍生物可作为油田碳钢的缓蚀剂。将肉桂基咪唑啉衍生物与酸洗液或盐酸介质混合后作为油田碳钢制品的的缓蚀剂；缓释剂中肉桂基咪唑啉衍生物的浓度为10-200mg/L。所述酸洗液为13-15％盐酸和3％氢氟酸的混合液；盐酸介质为1M的盐酸。

本发明的有益效果是：

1.成本低。本发明缓蚀剂有效成分为肉桂基咪唑啉，是肉桂酸和三乙烯四胺脱水环化后得到的产物，合成简单，价格低廉。

2.毒性小。本发明缓蚀剂与目前常用的有机碳钢缓蚀剂相比，不含磷、硫等易造成环境污染的元素，符合绿色缓蚀剂发展的趋势。

3.效率高。本发明缓蚀剂具有用量小，缓蚀性能高的特点。

具体实施方式

本发明采用失重法和动电位极化两种方法进行缓蚀性能表征。失重实验采用静态全浸悬挂法，每组实验选用3个平行试样。室温下的实验是在敞开体系中进行的。动电位极化法采用三电极体系，测量含有不同缓蚀剂浓度的1M盐酸中Q235A碳钢的极化曲线。

实施例1

肉桂基咪唑啉的制备方法：

取三乙烯四胺升温高至150-160℃，升温过程中滴入二甲苯8mL，并加入肉桂酸，进行搅拌均匀并通入氮气；混合均匀后再升温，待温度升至170-190℃进行酰化脱水反应5-6h以后，再次升温，待温度达到230-240℃进行环化脱水3-4h；反应完毕后将其转入旋转蒸发仪中蒸出多余溶剂，然后置于真空干燥箱中40-50℃下进行干燥，即得到棕褐色粘稠状的肉桂基咪唑啉衍生物；肉桂酸与三乙烯四胺物质量之比为1∶1.6。

红外谱

图数据如下：

3290cm^-1为-N-H的伸缩振动峰，3029cm^-1处出现了苯环的＝C-H伸缩振动峰，2900cm^-1处为-C-H伸缩振动峰，1600cm^-1处为-C＝N双键吸收峰，是咪唑啉的特征吸收峰，1650cm^-1和1570cm^-1处为副产物酰胺的吸收峰，由此可见合成产物为咪唑啉和酰胺的混合物。700cm^-1和760cm^-1处两个峰表示该产物为苯环的单取代化合物。

条件：实验材料为Q235A碳钢，将上述所得的肉桂基咪唑啉溶于1M盐酸中，用超声波分散20分钟，即得到缓蚀剂，缓释剂中肉桂基咪唑啉浓度为10mg/L。而后将Q235A碳钢于温度为15℃条件下浸没在上述缓释剂中，实验周期为24h。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重实验75.77％，动电位极化64.22％，显示为有一定缓蚀性的缓蚀剂。

(在腐蚀的作用下，材料的质量会发生系统变化，此即用重量法测定材料抗蚀能力的理论基础。重量法由于简单而直观，因而在实验室和现场实验中被大量的应用。

失重法是根据材料在腐蚀前后的重量变化来测定腐蚀速率，为方便不同实验条件下及不同试样的数据相互比较分析，通常采用单位时间内单位面积上的失重即公式(1)来表征平均腐蚀速率，通过公式(2)便可得到缓蚀剂对碳钢的缓蚀效率。

$v=\frac{W_0-W_1-W_2}{A\×t}---\left(1\right)$

$\mathrm{IE}=(1-\frac{v}{v_0})\×100\%---\left(2\right)$

其中：W₀——浸泡前试片的质量；W₁——实验并除去腐蚀产物后试样的重量

W₂——空白试样校正失重；v——试样腐蚀速率；A——试样表面积；

t——实验周期

极化曲线法可以得到碳钢的腐蚀电流，腐蚀电流越大说明腐蚀情况越严重，利用腐蚀电流根据公式(3)得到缓蚀剂的缓蚀效率，从而评价缓蚀效果。

$\mathrm{IE}=(1-\frac{I_{\mathrm{corr}}}{{I^0}_{\mathrm{corr}}})\×100\%---\left(3\right)$

IE——缓蚀剂的缓蚀率；I_corr——在有缓蚀剂体系中材料的腐蚀电流密度；

I⁰ _corr——在空白腐蚀介质中材料的腐蚀电流密度

通常失重法和动电位极化法得到的缓蚀率并不是很一致，这是由于失重法测得的是一段时间内的平均腐蚀速率，而动电位极化测量的是瞬时腐蚀速率。

实施例2

条件：实验材料为Q235A碳钢，将上述所得的肉桂基咪唑啉溶于海水中，用超声波分散20分钟，即得到缓蚀剂，缓释剂中肉桂基咪唑啉浓度为40mg/L。而后将Q235A碳钢于温度为15℃条件下浸没在上述缓释剂中，实验周期为24h。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重实验80.10％，动电位极化71.38％，显示为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例3

条件：实验材料为Q235A碳钢，将上述所得的肉桂基咪唑啉溶于海水中，用超声波分散20分钟，即得到缓蚀剂，缓释剂中肉桂基咪唑啉浓度为80mg/L。而后将Q235A碳钢于温度为15℃条件下浸没在上述缓释剂中，实验周期为24h。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重实验82.70％，动电位极化72.26％，显示为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例4

条件：实验材料为Q235A碳钢，将上述所得的肉桂基咪唑啉溶于海水中，用超声波分散20分钟，即得到缓蚀剂，缓释剂中肉桂基咪唑啉浓度为100mg/L。而后将Q235A碳钢于温度为15℃条件下浸没在上述缓释剂中，实验周期为24h。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重实验85.71％，动电位极化74.53％，显示为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例5

条件：实验材料为Q235A碳钢，将上述所得的肉桂基咪唑啉溶于海水中，用超声波分散20分钟，即得到缓蚀剂，缓释剂中肉桂基咪唑啉浓度为200mg/L。而后将Q235A碳钢于温度为15℃条件下浸没在上述缓释剂中，实验周期为24h。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重实验88.49％，动电位极化75.69％，显示为用量低、效率高的缓蚀剂。

Claims (4)

1.一种肉桂基咪唑啉衍生物，其特征在于：肉桂基咪唑啉衍生物的结构式为：

2.一种权利要求1所述的肉桂基咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于

取三乙烯四胺升温高至150-160℃，升温过程中滴入二甲苯8mL，并加入肉桂酸，进行搅拌均匀并通入氮气；混合均匀后再升温，待温度升至170-190℃进行酰化脱水反应5-6h以后，再次升温，待温度达到230-240℃进行环化脱水3-4h；环化后干燥即得到棕褐色粘稠状的肉桂基咪唑啉衍生物；肉桂酸与三乙烯四胺物质的量之比为1:1.6。

3.按权利要求2所述肉桂基咪唑啉衍生物的制备方法，其特征在于：所述环化后将其转入旋转蒸发仪中蒸出多余溶剂，然后置于真空干燥箱中40-50℃下进行干燥，即得到棕褐色粘稠状的肉桂基咪唑啉衍生物。

4.一种权利要求1所述的肉桂基咪唑啉衍生物的应用，其特征在于：所述肉桂基咪唑啉衍生物可作为油田碳钢的缓蚀剂；

将肉桂基咪唑啉衍生物与酸洗液或盐酸介质混合后作为油田碳钢制品的的缓蚀剂；缓释剂中肉桂基咪唑啉衍生物的浓度为10-200mg/L；

所述酸洗液为13-15％盐酸和3％氢氟酸的混合液；盐酸介质为1M的盐酸。