CN105734582A - 一种有机成膜胺缓蚀剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属防腐技术领域，具体涉及一种有机成膜胺缓蚀剂及其应用方法。本发明一种有机成膜胺缓蚀剂，按照浓度比，由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝12～20:2～5:2～5:40～60。本发明制备的一种有机成膜胺缓蚀剂，无臭味，水溶性好，流动性好，防蚀效率高达93％以上，乳化倾向小，与油田常用杀菌剂、缓蚀剂、净化机等化学试剂有良好的配合性，对于H2S、CO2、Cl、O2和细菌类型的腐蚀介质均具有良好的缓蚀效果，可广泛用于油气井开采的井下油套管、地面设备、技术系统管线、炼厂工艺和用于抑制注水站、污水处理站金属设备、管线的腐蚀。

Description

一种有机成膜胺缓蚀剂及其应用
技术领域
本发明属于金属防腐技术领域，具体涉及一种有机成膜胺缓蚀剂及其应用方法。
背景技术
缓蚀剂是指那些用在金属表面起防护作用的物质，加入微量或少量这类化学物质可使金属材料在该介质中的腐蚀速度明显降低直至为零。同时还能保持金属材料原来的物理、力学性能不变。合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金在环境介质中发生腐蚀的有效方法。缓蚀剂技术由于具有良好的效果和较高的经济效益，已成为防腐蚀技术中应用最广泛的方法之一。尤其在石油产品的生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、机器、仪表制造及石油化工生产过程中，缓蚀技术已成为主要的防腐蚀手段之一。
缓蚀剂也称腐蚀抑制剂，它具有用量小，效果显著的特点。主要用于中性介质(锅炉用水、循环冷却水)、酸性介质(除锅垢的盐酸，电镀前镀件除锈用的酸浸溶液)和气体介质(气相缓蚀剂)。缓蚀效率愈大，抑制腐蚀的效果愈好。有时较低剂量的几种不同类缓蚀剂配合使用可获得较好的缓蚀效果，这种作用称为协同效应；相反地，若不同类型缓蚀剂共同使用时反而降低各自的缓蚀效率，则称为拮抗效应。缓蚀剂可按作用机理或保护被膜特性进行分类。
在含有大量H2S、CO2、、细菌、油气井水和管道凝析水等物质的石油天然气输气过程中，集输主干道、支管线和配气站等设备均会出现严重腐蚀，尤其还会造成管道破裂、局部穿孔和站场设备失灵等恶性事故。而缓蚀剂可以对这些腐蚀情况具有良好的缓蚀效果。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种有机成膜胺缓蚀剂。
本发明一种有机成膜胺缓蚀剂，按照浓度比，由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝12～20:2～5:2～5:40～60；其中所述有机胺的化学式为CRH2R+1N或CRH2R+3N中的一种，其中所述R为整数。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，按照浓度比，优选由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝15:3:3:50。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述R为10～20之间的整数。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中R为16。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述R为18。
上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述钝化剂为RC-650三价铬铝钝化剂、铝无铬钝化剂、RC-286镁合金无铬钝化剂、铜钝化剂、三价铬彩色钝化剂、三价铬蓝白色钝化剂、铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐中的至少一种。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中优选为铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐中的至少一种。
上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述表面活性剂为双子咪唑啉基季铵盐型表面活性剂、双子吡啶季铵盐型表面活性剂中的至少一种。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种一种有机成膜胺缓蚀剂在腐蚀系统中的应用。
上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂在腐蚀系统中的应用，其中所述腐蚀系统为油气井、注水系统。
上述所述的应用，其中所述有机成膜胺缓蚀剂在油气井中的使用量≥0.5kg/m3。
上述所述的应用，其中所述有机成膜胺缓蚀剂在注水系统中的使用量为15～20ppm。
本发明制备的一种有机成膜胺缓蚀剂，无臭味，水溶性好，流动性好，防蚀效率高达93％以上，乳化倾向小，与油田常用杀菌剂、缓蚀剂、净化机等化学试剂有良好的配合性，对于H2S、CO2、Cl、O2和细菌类型的腐蚀介质均具有良好的缓蚀效果，可广泛用于油气井开采的井下油套管、地面设备、技术系统管线、炼厂工艺和用于抑制注水站、污水处理站金属设备、管线的腐蚀。
具体实施方式
本发明一种有机成膜胺缓蚀剂，按照浓度比，由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝12～20:2～5:2～5:40～60；其中所述有机胺的化学式为CRH2R+1N或CRH2R+3N中的一种，其中所述R为整数。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，按照浓度比，优选由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝15:3:3:50。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述R为10～20之间的整数。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中R为16。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述R为18。
上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述钝化剂为RC-650三价铬铝钝化剂、铝无铬钝化剂、RC-286镁合金无铬钝化剂、铜钝化剂、三价铬彩色钝化剂、三价铬蓝白色钝化剂、铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐中的至少一种。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中优选为铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐中的至少一种。
上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其中所述表面活性剂为双子咪唑啉基季铵盐型表面活性剂、双子吡啶季铵盐型表面活性剂中的至少一种。
吸附膜型缓蚀剂如有机胺、木质素类、葡萄糖酸盐等，其中有机胺是用作冷却水系统的吸附膜剂，这种有机胺又称为膜胺，主要指C10～C20的链状脂肪族胺。如C16H33NH2、(C16H33)2NH、C18H37NH2、(C18H37)2NH，它们制造容易，缓蚀性能较好，所以应用也较广。胺及其衍生物也具有较好的缓蚀性能。有机胺分子中的亲水基团为—NH2和NH，亲油基团为烷基。有机胺投加到水中后，氨基(亲水基)吸附在金属表面，烷基(亲油基)朝外(腐蚀环境)。金属表面都吸附了有机胺后，就形成一层吸附膜。吸附膜中的烷基发挥遮蔽作用。阻止水、氯离子和氧等腐蚀性物质和金属接触，起到防止金属腐蚀的作用。由于氨基能稳固地吸附在金属表面，故可防止水流速对吸附膜的破坏作用。有机胺能透过金属表面上已存在的腐蚀产物或污垢面而逐渐在金属表面形成保护膜。因此，有机胺不仅可以用于比较清洁的系统。而且可用在已运转一段时间且存在一些腐蚀和污垢的系统。有机胺在渗透穿过腐蚀产物和污垢并在金属表面附着的过程中，能使这些污垢和腐蚀产物相互的结合松弛，与金属表面的粘聚力下降，使它们逐渐脱落而被水冲走。由于有机胺有相当好的清洗金属表面的能力，所以在污垢比较多的系统中使用有机胺时，要逐渐加入，并慢慢增加其浓度，以免剥落下来的污垢太多，造成热交换器管子堵塞。C16H33NH2、(C16H33)2NH、C18H37NH2、(C18H37)2NH，等有机胺只要加2％左右于冷却水中，就可均匀扩散到各个角落。起始浓度由20mg/L～50mg/L分批投入，待有机胺在金属表面形成单分子膜后，就消耗较少，只要补充损失量即可。有机胺的膜相当牢固，成膜后在冷却水中维持几个mg/L即可，短时间停止投药或水中有机胺浓度降到零也不会引起多大变化，发现后及时投药就可以。有机胺的缓蚀效果相当好。在一般的冷却水系统使用，其缓蚀率可达90％以上，经常受冲刷和侵蚀的区域约为50％。单独使用有机胺的防腐效果好，如再和其它缓蚀剂一起使用，防腐蚀效果则更佳。但有机胺的防腐蚀性能受盐量的影响较大。在含盐高的水中，单体胺的扩散较困难，防腐蚀能力下降，在海水中投加50mg/L的胺对碳钢的缓蚀率仅有35％～60％，增加胺的浓度至200mg/L，缓蚀率也只有60％～80％。有机胺的优点是:缓蚀效果好；抗氯性能良好，加氯杀菌不会影响有机氨的防护作用。缺点是:受盐量的影响较大；价格昂贵，处理费用高，经济上不合算。
本发明还提供一种一种有机成膜胺缓蚀剂在腐蚀系统中的应用。
上述所述一种有机成膜胺缓蚀剂在腐蚀系统中的应用，其中所述腐蚀系统为油气井、注水系统。
上述所述的应用，其中所述有机成膜胺缓蚀剂在油气井中的使用量≥0.5kg/m3。
上述所述的应用，其中所述有机成膜胺缓蚀剂在注水系统中的使用量为15～20ppm。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一、有机成膜胺缓蚀剂的制备及其物理性能
按照表1中各成分间浓度配比，制备得到本发明有机成膜胺缓蚀剂，其物理性能见表2所示。
表1各组分间浓度配比
实验组 有机胺/mg/L 钝化剂/mg/L 表面活性剂/mg/L 水/mg/L
1 15 3 3 50
2 12 4 3 40
3 20 5 5 60
4 18 2 3 50
其中，实验组1中有机胺为C16H33NH2；钝化剂为铬酸盐；表面活性剂为双子咪唑啉基季铵盐型表面活性剂；水为去离子水；
实验组2中有机胺为C18H37NH2；钝化剂为硝酸盐；表面活性剂为双子吡啶季铵盐型表面活性剂；水为去离子水；
实验组3中有机胺为(C16H33)2NH；钝化剂为钼酸盐；表面活性剂为双子吡啶季铵盐型表面活性剂；水为去离子水；
实验组4中有机胺为(C18H37)2NH；钝化剂为硝酸盐；表面活性剂为双子咪唑啉基季铵盐型表面活性剂；水为去离子水。
表2有机成膜胺缓蚀剂相关物理性能
用作油气井缓蚀剂：可采用连续投加和间隙投加两种方式；其中，连续投加处理：按照推荐用量对油套管用平衡罐从油管加入，关井2h，确保本发明有机成膜胺缓蚀剂达到井底后再缓慢开井生产；对集输管线用泵一次注入，加注周期为7天。
首次使用有机成膜胺缓蚀剂时，应采用正常处理量10～20倍进行预膜处理。
用作注水系统缓蚀剂：投加缓蚀剂前，用清洁剂清洗注水系统设备及其管道等装置。在闭式注水系统中，缓蚀剂以连续投加方式，与杀菌剂、防垢剂、絮凝剂的同时按照不同加注口注入。
二、有机成膜胺缓蚀剂缓蚀性能评价
有机成膜胺缓蚀剂对不同材质的缓蚀性能见表3所示，其中缓蚀性能评价按照专业方法Q/CY176-92B标准进行，缓蚀剂浓度达到25mg/L以上就能起到有效延缓金属化学腐蚀的作用，缓蚀速率控制在0.035mm/a以下，缓蚀率达到93％以上。
表3有机成膜胺缓蚀剂对不同材质的缓蚀性能
评价条件：H2S1000±50mg/L，NaCl％，温度40±2℃，周期72h；
材质DZ2，尺寸35/15/3mm；
S135和G105的尺寸为50/15/3mm。
有机成膜胺缓蚀剂按SY5237-91标准评价，在给定浓度下于50±2℃评价，材质的腐蚀情况如表4所示：
表4有机成膜胺缓蚀剂对材质的腐蚀情况
缓蚀剂浓度/ppm 缓蚀率/％ 试片表面状况
10 49.2 均匀
15 61.2 均匀
20 70.9 均匀

Claims (10)

1.一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：按照浓度比，由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝12～20:2～5:2～5:40～60；其中所述有机胺的化学式为CRH2R+1N或CRH2R+3N中的一种，其中所述R为整数。
2.根据权利要求1所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：按照浓度比，由以下物质制备而成：有机胺:钝化剂:表面活性剂:水＝15:3:3:50。
3.根据权利要求1或2一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：所述R为10～20之间的整数。
4.根据权利要求3所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：所述R为16。
5.根据权利要求3所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：所述R为18。
6.根据权利要求1或2所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：所述钝化剂为RC-650三价铬铝钝化剂、铝无铬钝化剂、RC-286镁合金无铬钝化剂、铜钝化剂、三价铬彩色钝化剂、三价铬蓝白色钝化剂、铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐中的至少一种，优选为铬酸盐、硝酸盐、钼酸盐中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述一种有机成膜胺缓蚀剂，其特征在于：所述表面活性剂为双子咪唑啉基季铵盐型表面活性剂、双子吡啶季铵盐型表面活性剂中的至少一种。
8.权利要求1～7任一项所述一种有机成膜胺缓蚀剂在腐蚀系统中的应用，其特征在于：所述腐蚀系统为油气井、注水系统。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述有机成膜胺缓蚀剂在油气井中的使用量≥0.5kg/m3。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述有机成膜胺缓蚀剂在注水系统中的使用量为15～20ppm。
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