新型曼尼希堿緩蝕劑的合成及性能研究

肖 鵬，胡鵬程，秦宇雄，王任芳 (長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

新型曼尼希堿緩蝕劑的合成及性能研究

肖 鵬，胡鵬程，秦宇雄，王任芳 (長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

利用醛、酮、胺為主要原料，合成出了一種新型曼尼希堿緩蝕劑DS-19。以靜態腐蝕速率為實驗評價指標，用正交實驗法對緩蝕劑的合成工藝條件進行優化，實驗條件下獲得的最佳合成工藝條件為胺醛酮摩爾比1.3∶1∶1、反應溫度30℃、反應時間24h。電化學測試結果表明，該緩蝕劑是以抑制陽極腐蝕過程為主的混合型緩蝕劑。

緩蝕劑；酸化；曼尼希反應

油田生產過程中的腐蝕現象一直是困擾石油工業發展的主要技術問題。實踐證明，解決該問題的主要方法是使用緩蝕劑，該方法工藝簡單、成本低廉、適應性強[1]。現階段國內油田使用的緩蝕劑主要包括咪唑啉季銨鹽和曼尼希堿。合成咪唑啉季銨鹽緩蝕劑包括酰胺化、環化、季銨化等過程，其中酰胺化溫度180℃左右，環化溫度230℃左右，合成溫度較高[2]，能耗大。以甲醛為原料合成曼尼希堿緩蝕劑，其合成溫度在80℃左右，能耗也較大[3]。為解決上述問題，可利用含孤對電子的芳香醛為原料合成新型曼尼希堿緩蝕劑，其合成溫度為室溫，這不僅有利于增強緩蝕劑的吸附性能，而且能夠大量減少能耗。

1 試驗部分

1.1試驗試劑與儀器

1)主要試劑 芳香酮；伯胺；芳香醛；無水乙醇等，以上試劑均為分析純。

2)主要儀器 三頸燒瓶；直型冷凝管；磁力攪拌器；電子天平；ST2159-1型靜態掛片腐蝕測定儀；標準N80鋼片；LK2005A型電化學工作站。

1.2緩蝕劑的合成

在裝有磁力攪拌器、溫度計的三頸燒瓶中依次加入一定量的無水乙醇、芳香胺并滴加濃鹽酸調節反應體系的pH值至中性，再加入適量的芳香醛和芳香酮。在室溫下反應數小時，得到棕黃色液體即為曼尼希堿緩蝕劑。

1.3腐蝕速率測定

參照文獻[4]的方法進行腐蝕速率測定。腐蝕速率V按下式計算：

式中，V為腐蝕速率，g/(m2·h)；W1為腐蝕前的鋼片質量，g；W2為腐蝕后的鋼片質量，g；S為試樣在腐蝕環境中的面積，m2；t為腐蝕時間，h。

2 緩蝕劑的合成條件優化

按照正交實驗表，選擇因素和水平值設計成L16(44)。以鹽酸對N80鋼片的腐蝕速率作為評價指標，綜合考察醛酮摩爾比、胺酮摩爾比、溫度、反應時間4個因素對曼尼希堿合成工藝的影響，根據文獻[4]的方法進行測定。試驗條件如下：試驗材質為N80鋼片；試驗溫度60℃；試驗時間4h、試驗壓力為常壓；緩蝕劑加量1.0%(質量分數)。試驗處理數據如表1所示。

表1 緩蝕劑正交實驗結果與分析

由表1可知，曼尼希堿的最佳合成條件為n(胺)∶n(酮)=1.3∶1；n(醛)∶n(酮)=1.0∶1；反應溫度為30℃；反應時間24h。在最優化的合成試驗條件下，再做一組追加試驗得到產物DS-19，評價結果表明，其腐蝕速率為0.41g/(m2·h)，表現出優良的緩蝕性能。

3 性能評價

3.1抗溫性與抗酸性

抗溫性與抗酸性是評價緩蝕劑的一個重要指標[3]。通過進行曼尼希堿緩蝕劑DS-19在不同濃度的鹽酸和不同溫度下的N80鋼片腐蝕試驗，測定結果如圖1所示。

由圖1可知，腐蝕速率隨著鹽酸濃度和溫度的增加而加大，當鹽酸的質量分數達到20%和試驗溫度超過90℃時，腐蝕速率急劇增加。但當鹽酸濃度小于20%且試驗溫度低于120℃時，腐蝕速率可以滿足酸化施工要求。在鹽酸濃度相同的情況下，DS-19緩蝕劑的緩蝕性能在試驗溫度為40～60℃時的變化差別不大，說明緩蝕劑DS-19在低溫環境下有較好的應用價值。對于高溫酸化作業，可以通過加大緩蝕劑的量來降低腐蝕速率。在120℃的鹽酸體系內加入2%(行業標準允許范圍內)的DS-19緩蝕劑，N80鋼片的腐蝕速率降為1.14g/(m2·h)，表明緩蝕劑具有一定抗溫性。

3.2電化學測試

室溫下，采用LK2005A型電化學工作站測定緩蝕劑DS-19的極化曲線。工作電極為待測鋼片，參比電極Ag/AgCl，輔助電極為鉑電極，掃描范圍相對開路電位為-250～+250mV，掃描速率為0.01V/s。在15%HCl中加入0.5%的DS-19緩蝕劑，另以15%HCl作為對照，分別測其極化曲線，數據記錄由計算機自動完成并以極化電位E對極化電流密度的對數lgI作圖(見圖2)。

圖1 溫度與鹽酸濃度對腐蝕速率的影響

圖2 極化曲線圖

由圖2可知，在15%HCI中添加0.5%的DS-19緩蝕劑，N80鋼片的自腐蝕電位向正方向發生較小的移動，陰、陽極極化曲線明顯向低電流方向移動，自腐蝕電流減小，而且陽極極化曲線的塔菲爾斜率明顯增大，陰極極化曲線的塔菲爾斜率也增大，但變化沒有陽極極化曲線明顯，所以DS-19緩蝕劑是以抑制陽極過程為主的混合控制型緩蝕劑。

4 結 論

1)在室溫下以芳香酮、芳香醛、伯胺為原料合成了一種曼尼希堿，該曼尼希堿在酸性介質中具有優良的緩蝕性能。

2)通過正交實驗優化條件得到曼尼希堿的最佳合成條件，即胺醛酮摩爾比為1.3∶1∶1，反應溫度為30℃，反應時間為24h。

3)電化學測試表明，DS-19緩蝕劑是以抑制陽極腐蝕過程為主的混合型緩蝕劑。

[1]張天勝.緩蝕劑[M].北京:化學工業出社,2002.

[2]魏寶明.金屬腐蝕理論及應用[M].北京:化學工業出版社,1985.

[3]Zhang Hong-yu, Huang Zhiyu.The study on the synthesize method and property of a new kind of keto-aldehyde amine acidification inhibitor[J].Total Corrosion Control,2009,23(3): 11-13.

[4]SY/T5045-1996，酸化緩蝕性能實驗方法及評價指標[S].

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.02.027

TE988

A

1673-1409(2012)02-N084-02

2011-10-29

國家大學生創新性實驗計劃項目(101048943)。

肖鵬(1987-)，男，2009年大學入學，現主要從事油田化學方面的學習。

王任芳(1965-)，女，1986年大學畢業，碩士，副教授，現主要從事油田化學方面的教學與研究工作。