CN106432085A - 一种脲基双咪唑啉缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种脲基双咪唑啉缓蚀剂及其制备方法，所述缓蚀剂是由咪唑啉与尿素反应生成的分子中含有脲基的双咪唑啉，制备方法主要包括第一步，由有机酸和二乙烯三胺生成咪唑啉；第二步，将咪唑啉和尿素在高温下反应，生成脲基双咪唑啉。按本发明所制备的咪唑啉可以通过分子中的多个氮原子在金属表面形成多点吸附，而脲基双咪唑啉分子中的脲基易与金属表面的羟基形成氢键，进一步强化了咪唑啉在金属表面吸附成膜能力，降低了缓蚀剂高温下从金属表面的脱附速度，因而缓蚀效率得到明显提高。

Description

一种脲基双咪唑啉缓蚀剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种油田化学用剂，尤其是脲基双咪唑啉缓蚀剂及其制备方法。
背景技术：
随着油田开发的深入，注入水、采出水量在逐年增加，由于油田水矿化度高，且含有二氧化碳、硫化氢等腐蚀气体，使得井筒和管线受到严重腐蚀，不仅造成巨大的经济损失，而且严重影响了油田的正常生产。添加缓蚀剂作为一种工艺简便、成本低廉、实用性强的防腐方法，可以在不更换设备和不影响生产的情况下对设备和管线实施保护，因此备受关注。咪唑啉衍生物以其特有的结构对油田水的腐蚀具有很好的抑制作用，在国内外应用广泛。常用的咪唑啉是由油酸与二乙烯三胺反应生成。改变脂肪酸或多乙烯多胺的分子结构，可以改变咪唑啉在金属表面的吸附速度、吸附强度以及吸附膜的致密程度，因而会改变咪唑啉的缓蚀效果。US20090181867A1通过二聚酸与两分子二乙烯三胺反应合成双咪唑啉，其缓蚀效果明显优于常规咪唑啉。鉴于伯胺、仲胺与尿素的反应(US1785730，1930)，本发明提出用尿素对咪唑啉进行改性，强化咪唑啉在金属表面的吸附能力，进一步提高缓蚀效果。但关于用尿素对咪唑啉进行改性的研究，至今国内外尚未见有报道。
发明内容：
本发明的目的是提供一种脲基双咪唑啉缓蚀剂及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的，所提出的缓蚀剂是由咪唑啉与尿素反应生成的脲基双咪唑啉，其化学结构式如下：
本发明所述脲基双咪唑啉缓蚀剂的制备方法主要包括二步：第一步，将有机酸和二乙烯三胺按照1︰1.0～1︰1.2摩尔比进行混合，140℃下搅拌回流反应1h，升温至180℃下继续反应4小时，生成咪唑啉；第二步，将咪唑啉和尿素按照1︰0.5～1︰0.7摩尔比混合，135℃下搅拌回流反应1h，升温至145℃后继续反应4h，生成脲基双咪唑啉。
主要反应方程式如下：
第一步：
第二步：
在第一步反应中所说的有机酸包括月桂酸、硬脂酸、油酸、苯甲酸等，优选油酸，所述有机酸和二乙烯三胺的摩尔比为1︰1.0～1︰1.2，优选1︰1.05。
第二步反应中咪唑啉和尿素的摩尔比为1︰0.5～1︰0.7，优选1︰0.55。
本发明的特点：
本发明制备的咪唑啉可以通过分子中的多个氮原子在金属表面形成多点吸附，增强了缓蚀剂在金属表面的成膜能力，降低了缓蚀剂高温下从金属表面的脱附速度，因而缓蚀效率得到明显提高。
本发明制备的咪唑啉分子中含有的脲基易与金属表面的羟基形成氢键，进一步强化了咪唑啉在金属表面吸附成膜能力。
本发明提供的缓蚀剂可以和多元醇磷酸酯、吡啶季铵盐等复配，组成高效污水缓蚀剂或酸化缓蚀剂。
具体实施方式：
下面通过实施例来具体说明本发明所述脲基双咪唑啉制备方法及其效果。
实施例1
将油酸0.15mol(42.37g)，二乙烯三胺0.15mol(15.45g)加入250mL三口烧瓶中，开动搅拌器，温度升到140℃时开始回流反应1h，逐渐升温到180℃，反应4小，结束反应。待反应产物降温到135℃，加入0.075mol尿素(4.50g)，反应1h后升温到145℃继续反应4h，得到液态产物脲基双咪唑啉缓蚀剂，即为本发明所述的新型缓蚀剂产品。
对上述有机酸和二乙烯三胺摩尔比为1︰1、咪唑啉和尿素的摩尔比为1︰0.5合成的脲基油酸咪唑啉的缓蚀性能考察。
模拟盐水的组成见表1。
表1模拟盐水组成
组分 NaCl MgCl2·6H2O Na2SO4·10H2O NaHCO3 CaCl2
含量mg/L 30000 1000 1000 1000 1000
用极化曲线法评价了制备的脲基双咪唑啉缓蚀剂在饱和二氧化碳的模拟盐水的缓蚀性能，结果见表2。
表2添加缓蚀剂E的极化曲线电化学参数
质量浓度/mg/L 自腐蚀电位Ecorr/mV 腐蚀电流密度icorr/μA·cm-2 缓蚀率/％
0 -712 98.27
5 -716 32.5 66.93
10 -714 29.6 69.88
20 -675 12.3 87.48
30 -679 9.8 90.03
40 -677 9.4 90.43
100 -676 8.9 90.94
由实验结果可以看出，以最低比例合成的缓蚀剂产品，在该模拟水条件下，当产品质量浓度达到30mg/L时，缓蚀率可达到90％，缓蚀效果优异。
实施例2
将油酸0.15mol(42.37g)，二乙烯三胺0.1575mol(16.22g)加入250mL三口烧瓶中，开动搅拌器，温度升到140℃时开始回流反应1h，逐渐升温到180℃，反应4小，待分出水体积达到理论出水值后，结束反应。待反应产物降温到135℃，加入0.0825mol尿素(4.95g)，反应1h后升温到145℃继续反应4h，得到液态产物脲基双咪唑啉缓蚀剂，即为本发明所述的新型缓蚀剂产品。
对上述有机酸和二乙烯三胺摩尔比为1︰1.05、咪唑啉和尿素的摩尔比为1︰0.55合成的脲基油酸咪唑啉的缓蚀性能考察。
表3添加缓蚀剂E的极化曲线电化学参数
质量浓度/mg/L 自腐蚀电位Ecorr/mV 腐蚀电流密度icorr/μA·cm-2 缓蚀率/％
0 -712 98.27
5 -718 31.1 68.35
10 -713 28.4 71.10
20 -674 8.8 91.05
30 -677 8.7 91.15
40 -677 8.4 91.45
100 -674 6.8 93.08
采用与上述实施例1中同样组分的模拟盐水进行试验。
用极化曲线法评价了制备的脲基双咪唑啉缓蚀剂在饱和二氧化碳的模拟盐水中的缓蚀性能，结果见表3。
由实验结果可以看出，以该比例合成的缓蚀剂产品，在此模拟水条件下，当产品质量浓度达到20mg/L时，缓蚀率即可达到90％，产品用量少、缓蚀效果优异。
实施例3
将油酸0.15mol(42.37g)，二乙烯三胺0.18mol(18.54g)加入250mL三口烧瓶中，开动搅拌器，温度升到140℃时开始回流反应1h，逐渐升温到180℃，反应4小，结束反应。待反应产物降温到135℃，加入0.105mol尿素(6.30g)，反应1h后升温到145℃继续反应4h，得到液态产物脲基双咪唑啉缓蚀剂，即为本发明所述的新型缓蚀剂产品。
对上述有机酸和二乙烯三胺摩尔比为1︰1.2、咪唑啉和尿素的摩尔比为1︰0.7合成的脲基油酸咪唑啉缓蚀性能考察。
采用上述与实施例1、实施例2中同样组分的模拟盐水进行试验。
用极化曲线法评价了制备的脲基双咪唑啉缓蚀剂在饱和二氧化碳的模拟盐水中的缓蚀性能，结果见表4。
表4添加缓蚀剂E的极化曲线电化学参数
质量浓度/mg/L 自腐蚀电位Ecorr/mV 腐蚀电流密度icorr/μA·cm-2 缓蚀率/％
0 -712 98.27
5 -717 30.7 68.76
10 -713 28.1 71.41
20 -678 8.7 91.15
30 -675 8.3 91.55
40 -676 7.8 92.06
100 -673 5.8 94.10
由实验结果可以看出，以该比例合成的缓蚀剂产品，在此模拟水条件下，当产品质量浓度达到20mg/L时，缓蚀率即可达到90％，产品用量少、缓蚀效果优异；且较低比例原料合成的产品相比，当质量浓度高时缓蚀效果明显提高；但高比例下合成产品也使成本增加。

Claims (5)

1.一种脲基双咪唑啉缓蚀剂，其特征在于，为咪唑啉与尿素反应生成的脲基双咪唑啉，其化学结构式为：
2.一种如权利要求1所述的脲基双咪唑啉缓蚀剂的制备方法，其特征在于包括以下两步：
第一步，将有机酸和二乙烯三胺按照1︰1.0～1︰1.2摩尔比进行混合，140℃下搅拌回流反应1h，升温至180℃下继续反应4小时，生成咪唑啉，反应方程式为：
第二步，将第一步所得咪唑啉和尿素按照1︰0.5～1︰0.7摩尔比混合，135℃下搅拌回流反应1h，升温至145℃后继续反应4h，生成脲基双咪唑啉，反应方程式为：
所述的有机酸包括月桂酸、硬脂酸、油酸和苯甲酸。
3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的有机酸为油酸。
4.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的有机酸和二乙烯三胺摩尔比为1︰1.05。
5.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的咪唑啉和尿素的摩尔比为1︰0.55。
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