咪唑啉石油管道防腐剂的制备研究.pdf

本科毕业设计 (论文) 题目：咪唑啉石油管道防腐剂的制备研究院 （系）：材料与化工学院专业： 高分子材料与工程班级：090309 学生：魏少辉学号：090309119 指导教师：马爱洁2013 年 06 月I 咪唑啉石油管道防腐剂的制备研究摘 要本课题研究的内容是以二甲苯为溶剂，以月桂酸和二乙烯三胺为原料， 制备了烷基咪唑啉类缓蚀剂中间体， 并用中间体和二硫化碳制备了硫脲基咪唑啉衍生物防腐剂 实验探讨了中间体合成过程中酸胺的摩尔比、反应温度、 携水剂用量对中间体产率的影响及反应温度、时间、二硫化碳用量对硫脲基咪唑啉产率的影响利用红外光谱对中间体和硫脲基咪唑啉的结构进行了表征，采用静态失重法探讨了硫脲基咪唑啉在腐蚀性介质中对Q235钢的缓蚀性能，测试了硫脲基咪唑啉的成膜性能和乳化性能 结果表明在最佳工艺条件下所得的脲硫基咪唑啉缓释效率达 70%左右，有优良的油溶性与成膜性关键词 ：硫脲基咪唑啉；防腐剂；缓蚀率II Preparation of Imidazoline preservative oil pipeline Abstract The contents of this research is use the xylene as solvent, dodecylic acid and diethylenetriamine as the raw material, prepared by the intermediate alkyl imidazoline corrosion inhibitors and intermediates for preparing the carbon disulfide and imidazoline derivatives, thiourea preservatives.Experimental Investigation of acid synthesis intermediates molar ratio of amine, reaction temperature, carrying liquid dosage on the yield of intermediates and reaction temperature, time, carbon disulfide, thiourea dosage on the yield of imidazoline.Using infrared spectroscopy intermediates and thiourea imidazoline structure was characterized, tested thiourea imidazoline :film forming ability and emulsifying properties, static weight loss method discussed thioureido Imidazoline for Q235 in corrosive media steel corrosion inhibition. The results showed that the optimum process conditions resulting urea group imidazoline release efficiency of about 70%, and has excellent oil-soluble film-forming. Key Words: The green scale inhibitor; Polyepoxysuccinic acid; Scale inhibition mechanism; Barium sulfate scale; Scale inhibitor of oil field目录摘 要 . IABSTRACT . II1 绪论 11.1 输油管道腐蚀现状 1 1.2 输油管道腐蚀产生的原因 . 1 1.3 输油管道腐蚀类型及腐蚀机理 . 2 1.3.1 溶解氧腐蚀 3 1.3.2 二氧化碳腐蚀 3 1.3.3 硫化氢腐蚀 3 1.3.4 氯离子腐蚀 4 1.4 缓蚀剂的概述 4 1.5 咪唑啉型缓蚀剂 5 1.5.1 咪唑啉类缓蚀剂的缓释机理 6 1.5.2 咪唑啉的合成 7 1.5.3 咪唑啉衍生物的合成 7 1.5.4 咪唑啉类缓蚀剂合成的影响因素 7 1.5.5 硫脲基咪唑啉的缓蚀性能 8 1.6 本课题研究的主要内容 8 1.7 本课题研究的意义 82 实验部分. 102.1 实验仪器及药品 10 2.1.1 实验药品 10 2.1.2 实验仪器 10 2.2 实验方案及过程 10 2.2.1 咪唑啉中间体的制备 10 2.2.2 硫脲基咪唑啉的制备 11 2.2.3 中间体及硫脲基咪唑啉红外谱图的表征 11 2.2.4 钢片的处理 . 12 2.2.5 静态缓释率的测定 . 12 2.2.6 腐蚀挂片电镜扫描观察 12 2.2.7 乳化倾向的测定 123 结果与讨论 133.1 咪唑啉中间体制备工艺的确定及产物表征 13 3.1.1 确定酸胺摩尔比 13 3.1.2 反应温度 14 3.1.3 携水剂用量 153.1.4 中间产物红外结构表征 16 3.2 硫脲基咪唑啉的制备工艺的确定及性能的表征 17 3.2.1 溶剂的选择与用量 17 3.2.2 反应温度 . 17 3.2.3 二硫化碳用量 . 18 3.2.4 反应时间 . 19 3.2.5 硫脲基咪唑啉的红外表征 19 3.3 脲硫基咪唑啉静态防腐效率的测定 20 3.4 防腐剂的成膜性能的测定 21 3.5 防腐剂乳化性的测定 214 结论 23参考文献 24致谢 26毕业设计（论文）知识产权声明. 27毕业设计（论文）独创性声明 281绪论1 1 绪论1.1 输油管道腐蚀现状目前，我国石油、 天然气资源的输送主要依靠管道来实现，管材一般为钢制螺旋焊管。

随着我们国家经济发展， 石油输送管道的建设也步入高峰，但石油输送管道也容易遭到破坏，而其中管道腐蚀造成的破坏大约占据了30%我国东部几个油田各类管道因腐蚀穿孔达2万次 /年， 更换管道数量 400公里/年四川天然气管道， 1971年5月～1986年5月的15年问 因腐蚀导致的爆炸和燃烧事故达83起，经济损失达 6亿多元 1993年仅中原油田生产系统因腐蚀生成的经济损失达16亿元我国石化工业 1989年因腐蚀造成的经济损失约20亿元输油、输气管道少则数百公里，多则几千公里它要穿过土壤、河流等，土壤的多相性．冬季、夏季的冻结、 融化．地下水位变化、 植物根茎对涂层的穿透微生物 杂散电流等复杂的埋地条件给管道造成复杂的腐蚀环有机硫化物、盐、地层水、矿物质 氧我国油气田生产及城市燃气管网中遇到的腐蚀，绝大多数是电化学腐蚀 油管的腐蚀大致上可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀，其中最严重的是局部腐蚀造成的腐蚀穿孔局部腐蚀的主要腐蚀机理是相变诱导腐蚀、缝隙腐蚀、 晶间腐蚀和应力腐蚀等[1]油田的开采方法、井内流体运动状态、油气及地层水的组成和性质、液面等，都对油管的腐蚀的速率及分布有重要影响由于管道穿越地段地形复杂，所处环境不仅在空间上不同， 还随时间变化， 会遭受各种介质的侵蚀。

架空管道易受大气腐蚀， 土壤或水中的管道则要遭受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀[2]据有关资料研究统计，地下管道的平均腐蚀速度在1.5mm/ a以上我国的地下油气管道投产 1~2年后即发生腐蚀穿孔的情况已屡见不鲜近10年中管道的泄漏事故有 28%是由于腐蚀穿孔造的 管道的腐蚀，不仅会造成因穿孔而引起的油、气跑漏损失以及由于维修所带来的材料和人力的浪费，而且还可能因腐蚀穿孔引起火灾特别是天然气管道还可能因腐蚀而引起爆炸[3]1.2 输油管道腐蚀产生的原因随着国民经济的发展， 管道输油的优点日益突显出来 输油管道基本上都采用碳素钢无缝钢管、 直缝电阻焊钢管和螺旋焊缝钢管输油管道的敷设一般采用地上架空或埋地两种方式 但无论采用那种方式， 当金属管道和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起其表面锈蚀这种现象是十分普遍的 金属管道遭到腐蚀后， 在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，影响所输油品的质量， 缩短输油管道的使用寿命， 严重可能造成泄漏污染环境，甚至不能使用由于金属腐蚀而引起的损失是很大的，因此，了解腐蚀发生的原因，采取有效的防护措施， 有着十分重大的意义 从腐蚀发生的原因分析， 油气管道腐蚀与西安工业大学毕业设计（论文）2 外界环境密切相关， 另一方面与管道的材料本身、防腐措施的效果有关。

外界条件包括周围介质的特性及环境条件1) 管道周围介质的腐蚀性，介质的腐蚀性强弱与土壤的性质及其微生物密切相关，然而相对于长输管道涉及的土壤性质比较复杂，准确评定其腐蚀性相当困难我国石油行业制定出两种评定方法：在一般地区， 按土壤的电阻率大小把腐蚀性分为强中弱三级；在复杂地区，根据土壤状况、土质、电阻率，含水量PH 等多种因素综合用打分的方法将土壤分为不腐蚀、弱腐蚀、中等腐蚀、强腐蚀 4 个等级另外，土壤中的细菌种类、地貌特征及地下水位等，可对防腐层产生影响，这可能与菌群种类有关，如硫酸盐还原菌、致酸性细菌等[4]2) 周围介质的物理性状的影响，主要包括地下水的变化、土壤是否有水分交替变化等情况的影响3) 温度的影响，包括环境温度和管道运行期间产生的温度温度升高会造成腐蚀速率大大增加 温度的高低与管路敷设深度有直接关系，同时更受地域差别的影响4) 油气本身含有氧化性物质，如含水，O2及 H2S、CO2等酸性气体可造成类似原电池的电化学反应和破坏金属晶格的化学反应，可造成管道内壁的腐蚀1.3 输油管道腐蚀类型及腐蚀机理腐蚀是由于金属材料表面和环境介质发生化学和电化学作用，引起材料的变化和破坏。

单纯由化学作用而引起的腐蚀叫化学腐蚀例如，金属裸露在空气中，与空气中的 O2、 H2S、 SO2、 Cl-等接触时，在金属表面上生成相应的化合物 （如氧化物、硫化物、氯化物等）通常金属在常温和干燥的空气里并不腐蚀，单在高温下就容易被氧化，生成一层氧化皮（由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成），同时还会发生脱碳现象 此外，在油品中含有多种形式的有机硫化物，环烷酸它们对金属输油管道也会产生化学腐蚀 当金属和电解质溶液接触时， 由电化学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀 它和化学腐蚀不同，是由于形成了原电池而引起的金属管道与含有水分的大气， 土壤、湖泊、海洋接触这些介质中含有 CO2、SO2、HCI、NaCI及灰尘都是不同浓度的电解质溶液，金属本身由于含有杂质，由于铁元素和杂质元素的电位不同， 所以当钢铁暴露于潮湿空气中时，由于表面的吸附作用，就使铁表面上覆盖一层极薄的水膜水的电离度虽小，但仍能电离成H+离子和 OH–离子，在酸性介质的大气环境中H+的数量由于水中溶解了 CO2、SO2等气体而增加因此，铁和杂质就好像放在含有H+、OH–、HCO 3、HSO3-等离子的溶液中一样，形成了原电池铁为阳极，杂质为阴极。

由于铁和杂质紧密地接触，电化学腐蚀作用得以不断进行铁变成铁离子进入水膜， 同时多余的电子移向杂质水膜中的 Fe2+离子和 OH-离子结合，生成 Fe(OH) 2附着在铁表面，这样铁 便很快遭受腐蚀具体腐蚀机理如下西安工业大学毕业设计（论文）3 1.3.1溶解氧腐蚀油田中产生腐蚀最麻烦的是水中的溶解氧，溶解氧浓度对缓慢流动的水中低碳钢的影响氧对腐蚀的影响有两方面的作用[5]a.吸氧腐蚀碳钢中杂质为阴极，铁为阳极，油田中水为电解液，因此便形成了腐蚀电池电子从阳极流向阴极， 使铁失去电子，油田水中溶解氧获得电子，从而使铁成为氢氧化铁，使钢材被腐蚀，其电极反应如下：在中性溶液中： O2 + 2H+。