咪唑啉季銨鹽緩蝕劑合成及其性能測(cè)試

王大文

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

在開發(fā)與生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到油氣運(yùn)輸管道修理與維護(hù)的問題，在持續(xù)的作業(yè)中，油田的金屬管道通常都會(huì)受到劇烈的磨損，這樣的磨損不僅帶來巨大的成本損失，也會(huì)帶來安全隱患。人們發(fā)現(xiàn)添加咪唑啉類的緩蝕劑能夠有效的解決金屬管道銹蝕、腐蝕的問題。由于咪唑啉季銨鹽緩蝕劑具有優(yōu)良的緩蝕性能，并且熱穩(wěn)定性好，毒性低，所以咪唑啉季銨鹽緩蝕劑被廣泛應(yīng)用于石油與天然氣的集輸、儲(chǔ)運(yùn)。咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的合成，一般是用氯化芐、氯乙酸鈉、硫酸二甲酯等季銨化合物當(dāng)做中間體進(jìn)行實(shí)驗(yàn).本文也是針對(duì)亞磷酸二甲酯為季銨化試劑，嘗試對(duì)咪唑啉進(jìn)行季銨化改性，并且討論咪唑啉季銨鹽緩蝕劑合成工藝和性能。

1 咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的合成

1.1 儀器和藥品

鼓風(fēng)干燥箱、恒溫?cái)嚢璋?、電化學(xué)溶劑分析儀。

油酸、月桂酸、氯化芐、氯化鎂、苯甲酸、氯化鈉、氯化鈣、乙醇、氯化鉀、鹽酸、硫脲、碳酸氫鈉、烏洛托品、硫酸鈉等溶劑。

1.2 緩蝕劑的制備

在實(shí)驗(yàn)的制備過程中，因?yàn)槿蚁┧陌烦杀靖甙?，無法進(jìn)行大規(guī)模的制備。通常來說，有機(jī)酸的價(jià)格會(huì)相對(duì)低廉，所以在實(shí)際的操作中，一般采用有機(jī)酸代替三乙烯四胺，并將有機(jī)酸的使用過量以滿足實(shí)驗(yàn)條件。在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，需要加入一定量的三乙烯四胺，用加熱套加熱，觀察溫度計(jì)指示，在100～120℃的溫度下進(jìn)行加熱，并保證每個(gè)小時(shí)水溫依次上升5℃。溶劑制畢之后在合成的油酸中加入適量的氯化芐和無水乙醇，通過降溫、回流的方式將溶劑收集，最終得到咪唑啉季銨鹽緩蝕劑。

1.3 咪唑啉季銨鹽的緩蝕效率實(shí)驗(yàn)

在蒸餾水中依次加入氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈉，并慢慢加入硫化氫與二氧化碳，使溶液趨于飽和，最終可以得到某油田的地層水模擬液。

制作一個(gè)尺寸大概為40mmX13mmX20MM的一塊二十號(hào)碳鋼試片，用砂紙進(jìn)行打磨，并進(jìn)行充分清洗并且進(jìn)行質(zhì)量稱量。隨后將試片放入含有不同緩蝕劑的油田地層水模擬液中。浸泡后晾干，用丙酮和無水乙醇進(jìn)行清潔，根據(jù)其質(zhì)量損失計(jì)算腐蝕速率，最后測(cè)試出咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的不同性能。

2 咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的性能測(cè)試

2.1 質(zhì)量損失法

根據(jù)某油田的測(cè)試結(jié)論，其把二十號(hào)碳鋼試片放在油田地層水模擬液里測(cè)試腐蝕速率，并且測(cè)量OMI、BMI和LMI三種緩蝕劑的緩蝕性能（見圖1）。從圖1看出，加入緩蝕劑后二十號(hào)碳鋼試片的緩蝕速率大大降低，也可以看到，LMI緩蝕劑緩蝕效果最為明顯。

圖1 二十號(hào)碳鋼在鹽酸中的極化曲線

2.2 極化曲線法

將溫度恒定為70℃，采用電化學(xué)分析法測(cè)得二十號(hào)碳鋼的極化曲線，見圖1得知，腐蝕電流在增加緩蝕劑有不同程度的降低。查閱文獻(xiàn)后得知，加入BMI緩蝕劑時(shí)腐蝕電流降最多，效率達(dá)到了68.89%，這說明BMI合成的咪唑啉季銨鹽緩蝕劑，可用于實(shí)際工作生產(chǎn)。

在恒定溫度為70℃的液體中，實(shí)驗(yàn)表明，加入同樣量的油酸咪唑啉季銨鹽（OMI）、苯甲酸咪唑啉季銨鹽（BMI）和月桂酸咪唑啉季銨鹽（LMI），在油田模擬水中的緩蝕效果不如在鹽酸體系中明顯。這三種緩蝕劑經(jīng)過對(duì)比，LMI的緩蝕效果要比BMI及OMI緩蝕效果更好。這樣的結(jié)論也和質(zhì)量損失法得到的結(jié)論一致。

3 結(jié)論

①3種咪唑啉緩蝕劑（油酸咪唑啉季銨鹽、苯甲酸咪唑啉季銨鹽和月桂酸咪唑啉季銨鹽都表現(xiàn)出較為優(yōu)良的性能。

②由靜態(tài)掛片質(zhì)量損失法得知:在三種緩蝕劑中，LMI的緩蝕效果要比BMI及OMI緩蝕更好，緩蝕效率最高97.31%，與質(zhì)量損失法得到的結(jié)論一致。

③根據(jù)極化曲線的相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以得知:BMI緩蝕劑（苯甲酸咪唑啉季銨鹽） 會(huì)讓自腐蝕電位正移，所以對(duì)陽極反應(yīng)有較強(qiáng)的抑制作用，同樣量的油酸咪唑啉季銨鹽（OMI）與月桂酸咪唑啉季銨鹽（LMI）將會(huì)使其作用相反。幾種緩蝕劑相互進(jìn)行復(fù)配其效果會(huì)更好。

④月桂酸和油酸咪唑啉分子量比較小，并且空間位阻小，可以填充分子間形成的吸附膜的縫隙，所以幾種緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配效果最好。