维普资讯 http://www.cqvip.com ・２２・ 长江大学学报（自科版） ２００６年３月第３卷第１期ｍ＇ｒｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ Ｓｏｌ Ｅｄｉｔ） Ｍａｒ．２００６．Ｖｏ１．３ Ｎｏ．１ Ｓｃｉ＆Ｅｎｇ Ｖ 油酸咪唑啉的合成及其缓蚀性能研究 刘华荣，徐立丹，陈 武，梅 平 （长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２３） ［摘要］以油酸、Ｚ－乙烯三胺为原料合成了一种新型油酸咪唑啉缓蚀剂，采用静态挂片失重法评价了油酸 咪唑啉及复配油酸咪唑啉在酸性介质中的缓蚀性能。 ［关键词］油酸咪唑啉；静态挂片法；酸性介质；缓蚀性能 ［中图分类号］ＴＥ９８８．２ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７３—１４０９（２００６】０１—００２２—０３ 酸化是油田广泛采用的解堵增产措施，但是在作业过程中酸化液体系会对设备管线造成严重腐蚀， 腐蚀会导致重大的生产安全事故。为了避免酸化腐蚀的发生，必须解决酸化过程中的腐蚀问题。解决酸 化腐蚀最有效的途径是，在酸化液体系中加入缓蚀剂［１］，减缓酸化液对设备管线的腐蚀，以达到行业标 准规定的腐蚀速率（≤ｌＯｇ／（ｍ。・ｈ））的要求。眯唑啉类缓蚀剂是一类广泛使用的酸化液缓蚀剂 ｚ一］。 笔者以油酸、二乙烯三胺为原料，合成了一种新型缓蚀剂油酸咪唑啉（ＯＡＣ），并采用静态挂片失重法 评价了０ＡＣ及复配ｏＡＣ在酸性介质中的缓蚀性能。 １试验部分 １．１仪器与试剂 所用试验仪器有电动搅拌器、三口烧瓶、控热电热套、恒温水浴、恒温烘箱、分析天平及常规玻璃 仪器。所用试剂有油酸、二乙烯三胺、表面活性剂ＳＡ一０１等，均为工业品。 １．２油酸咪唑啉的合成 在装有温度计、电动搅拌器和回流冷凝器的２５０ｍｌ三口烧瓶中，加入１９．Ｏｇ油酸，接通回流冷凝 水，开动搅拌器，同时缓慢加入ｌ２．Ｏｇ．－Ｌ烯三胺；加料完毕，接通电源加热升温至一定温度，反应数 小时；停止加热，冷却后即得油酸咪唑啉（ＯＡＣ）。 １．３缓蚀性能评价 参照石油天然气行业标准ＳＹ／５２７３—１９９１中的静态挂片失重法 ，对缓蚀剂ＯＡＣ在不同酸性腐蚀 介质中的缓蚀性能进行了评价。挂片材料为Ｎ８０钢片。试验前钢片用细砂纸打磨光洁，再用石油醚、 无水乙醇清洗干净后，干燥称重备用。试验温度７０＋ｌ℃，挂片时间８ｈ。取出挂片用水冲洗并用毛刷清 除腐蚀产物。用滤纸擦干，将钢片置于干燥器中干燥１２ｈ，用分析天平称准至０．１ｍｇＩｓ］。 １．４腐蚀速率厦缓蚀率的计算 腐蚀速率：：＝硐 缓蚀率 圭塑塑 十 未加缓蚀剂的腐蚀速率 耋孚 堑 ×１ ｏｏ 。 ２结果与讨论 ２．１ 盐酸介质中的腐蚀与缓蚀试验 配制不同质量分数的盐酸（ＨＣ１）溶液，将Ｎ８ ０钢片浸入溶液中，保持温度为７０℃，反应时间为 ［收稿日期］２００５一Ｉ１—１５ ［基金项目］湖北省自然科学基金项目（２０ＯＳＡＢＡ３０８）。 ［作者简介］刘华荣（］９８ｏ一），女，２００１年大学毕业，助教，现主要从事大学化学方面的教学和科研工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３卷第１期 刘华荣等：油酸咪唑啉的合成及其缓蚀性能研究 ８ｈ。比较不加和加入ＯＡＣ的试验结果。将腐蚀前后的钢片进行失重分析，计算腐蚀速率，所得结果如 表１所示。 从表１可以看出，７Ｏ℃时，加与不加０ＡＣ 时，随着ＨＣ１浓度的增加，腐蚀速率均呈增大趋 衰１ ＯＡＣ在盐酸溶液中的腐蚀速率 势。加入ＯＡＣ后，随缓蚀剂加量的增加，腐蚀速 ＯＡＣ加嚣 丕旦． 塑量堕丝堕丝蕉里 ： ： ： ／ｍｇ・Ｌ一１ ３ ＨＣＩ ６ ＨＣＩ ９ ＨＣＩ １２ ＨＣＩ 率逐渐减小。当ＯＡＣ浓度达到２００ｍｇ／Ｌ后，腐 ９８．０ １０９．０ 蚀速率减小已经不太明显。表明ＯＡＣ对Ｎ８０钢片 ８．３ １１．５ ３．５ ５．６ 在ＨＣ１介质中的腐蚀具有较好的抑制作用。在 ２．６ ４．７ ＨＣ１浓度≤ｌ２ ，ＯＡＣ加量≥１００ｍｇ／Ｌ时，可满 ２．１ ４．３ 足腐蚀速率≤１０ｇ／（ｍ ｈ）的要求。 ２．２氢氟酸介质中的腐蚀与缓蚀试验 配制不同质量分数的氢氟酸（ＨＦ）溶液，将 Ｎ８０钢片浸入溶液中，保持反应温度７Ｏ℃，反应 衰２ ＯＡＣ在氢氟酸溶液中的腐蚀速率 时间为８ｈ。比较不加和加入０ＡＣ的试验结果。将 ＯＡＣ加量 至回 ！垫量堕塑堕照蕉皇 ： ：！： ： ／ｍｇ・Ｌ １ １ ＨＦ ２ ＨＦ ３ ＨＦ 腐蚀前后的钢片进行失重分析，计算腐蚀速率，所 ０ 得结果如表２所示。 ５０ １００ 从表２可以看出，７Ｏ℃时，加与不加ＯＡＣ ２００ 时，随着ＨＦ浓度的增加，腐蚀速率均呈增大趋 ２５０ 势。加入ＯＡＣ后，随缓蚀剂加量的增加，腐蚀速 率逐渐减小。当ＯＡＣ浓度达到２００ｍｇ／Ｌ后，腐蚀速率减小已经不太明显。表明ＯＡＣ对Ｎ８０钢片在 ＨＦ介质中的腐蚀具有一定的抑制作用，但不能达到腐蚀速率≤１０ｇ／（ｍ。・ｈ）的要求。 ２．３ １２％ＨＣｉ＋３ ＨＦ混合介质中的腐蚀与缓蚀试验 采用上述相同的方法测定了７０￣Ｃ，１２ ９／６Ｈｃｌ＋３ ＨＦ混合酸液介质中加入不同浓度ＯＡＣ后的缓蚀 效果，并与空白试验结果进行了对照，所得结果如表３所示 从表３可以看出，７Ｏ℃时，在ｌ２ ＨＣｌ＋ 衰３ ＯＡＣ在ｌ２％ＨＣＩ＋３％ＨＦ中的缓蚀妓果 ３ ９，６ ＨＦ混合酸液中，Ｎ８０钢的腐蚀速率达到 ２４１．５ｇ／（ｍ。・ｈ），比ｌ２ ＨＣ１对Ｎ８０钢的腐 蚀速率（１５０．０ ｇ／（ｍ。・ｈ））和３ ＨＦ对Ｎ８０ 钢的腐蚀速率（１７８．Ｏｇ／（ｍ。・ｈ））之和 （３２８．０ ｇ／（ｒｌｌ。・ｈ））要小。加入０ＡＣ后，随 着缓蚀剂加量的增加，腐蚀速率逐渐减小。当 ＯＡＣ加量达到２５０ｍｇ／Ｌ时，腐蚀速率为１４．３ ｇ／（ｍ ・ｈ），还不能满足腐蚀速率≤ｌＯ ｇ／（ｍ －ｈ）的要求。 ２．４复配油酸咪唑啉缓蚀剂的缓蚀效果试验 ． 文献［７］指出，在缓蚀剂中加人少量表面活性剂，可增加缓蚀剂的缓蚀效果。鉴于此，笔者在腐 蚀介质中加入表面活性剂ＳＡ一０１，测定了７０￣Ｃ时１２ ＨＣ１＋３％ＨＦ混合酸液介质中加入不同浓度ＯＡＣ 后的腐蚀速率，所得结果如表４所示。 由表４可以看出，随着表面活性剂ＳＡ一０１加量的增加（Ｏ－－２０ｍｇ／Ｌ），ＮＳ０钢在ｌ２ ９，６ ＨＣ１＋３ ＨＦ 混合酸液介质中的腐蚀速率呈下降趋势ｉ当进一步增大ＳＡ一０１的加量（＞２０ｒａｇ／Ｌ）时，腐蚀速率反而 还略有升高。这可能是由于在ＯＡＣ中加人少量表面活性剂ＳＡ ０１时，可增加缓蚀剂在腐蚀介质中的分 散性和渗透性，在金属表面形成有效的、完整的吸附膜，增强了缓蚀剂的缓蚀效果。当表面活性剂 ＳＡ一０１浓度进一步增大时，可能是由于表面活性剂ＳＡ一０１在Ｎ８０钢表面的吸附性较ＯＡＣ要强，从而降 低了ＯＡＣ的缓蚀性能的缘故。在ｌ２ ＨＣ１＋３％ＨＦ混合酸液中，加入２００ｍｇ／Ｉ 的ＯＡＣ和２０ｍｇ／Ｌ的 ＳＡ一０１后，可使Ｎ８０钢的腐蚀速率降至７．２ ｇ／（ｍ。・ｈ），达到腐蚀速率≤ｌｏ ｇ／（ｍ ・ｈ）的要求。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・２４・ 长江大学学报（自科版） ２００６年３月 衰４加入ＳＡ－０ｌ后ＯＡＣ在１２％ＨＣＩ＋３％ＨＦ混合酸液中的腐蚀速率 １ ２６．１ ８０．２ １４．３ １０６，６ ７０．３ １２．８ ７６．５ ５Ｚ．３ １０．６ ５８．７ １９．６ ８．９ ２６．５ １】．３ ４．８ ３２．Ｚ １８．５ ８．４ ４１．３ ２１．３ １５．１ ２．５ 复配油酸咪唑啉缓蚀剂的缓蚀机理探讨 咪唑啉类缓蚀剂为吸附性缓蚀剂 。一方面，油酸咪唑啉分子中氮原子上的孤对电子与金属表面铁 原子上的空ｄ轨道配位成键，产生化学吸附；另一方面，分子中的双键也可以通过丌键的作用在金属表 面发生化学吸附；再一方面，在酸性水溶液中，具有含氮五元杂环的咪唑啉可生成带正电的季铵阳离 子，被带负电的金属表面所吸附，阻止Ｈ 接近金属表面，对Ｈ＋放电具有较大的抑制作用。同时，当 油酸咪唑啉（ＯＡＣ）中加入少量表面活性剂（ＳＡ一０１）后，可增加缓蚀剂在酸性介质中的分散性和渗透 性，增强缓蚀剂的缓蚀效果。 ３结 论 １）以油酸、二乙烯三胺为原料合成了一种新型油酸咪唑啉缓蚀剂。合成的油酸眯唑啉缓蚀剂在盐 酸溶液中对Ｎ８０钢具有较好的缓蚀作用，但在氢氟酸溶液中对Ｎ８０钢的缓蚀作用较差。 ２）在盐酸与氢氟酸的混合酸液体系中，油酸咪唑啉缓蚀剂对Ｎ８ｏ钢具有一定的缓蚀作用。加入表 面活性剂（ＳＡ ０１）后，可改善油酸咪唑啉缓蚀剂的缓蚀性能。在ｌ２ ９／６＋３ ９／６ ＨＦ混合酸液中，加入 ２００ｍｇ／Ｌ ＯＡＣ和２０ｍｇ／Ｌ的ＳＡ－０１后，可使Ｎ８０钢的腐蚀速率降至７．２ ｇ／（ｍ。・ｈ），达到腐蚀速率 ≤１０ｇ／（ｍ ・ｈ）的要求。 ３）复配油酸咪唑啉缓蚀剂的缓蚀机理主要是吸附成膜机制。少量表面活性剂的加入，其作用是改 善了油酸咪唑啉在酸性介质中的分散性和渗透性。 ［参考文献］ ［１］Ｈｏｎｇ Ｔ・Ｓｕｎ Ｙ Ｈ，Ｊｅｐｓｏｎ Ｗ Ｐ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ｕｎｄｅｒ ｍｕｈｉｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｕｓｉｎｇ ＥＩＳ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏ ｉ。ｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，４４（ｉ）：９７～１０１． ［２］邵丹，徐家业．眯唑啉类化合物在盐酸中对Ａ３钢的缓蚀性能［Ｊ］．油田化学，１９９７。１４（４）；３１７～３１９，３２８． ［３］张贵才， 涛・葛际江等．咪唑啉缓蚀剂合成过程中成环程度与其性能的关系［Ｊ］．西安石油大学学报（自然科学版）。２００５．２０ （２）：５５～５７，７６． ［４３ Ｐｅｒｒｉｎ Ｆ Ｘ・Ｐａｇｅｔｔｉ Ｊ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｆｉｌｍ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ａ Ｃｕ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｌｅｃｔｆｏ一０ｘｉｄａｔｉｏｎ ０ｆ ２一ＭｅｒｃａＤ— ｔｏｂｅｎｚｉｍｉｄａｇｏｌｅ ｒＪ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｌ９９４，３６（２）Ｉ ３１３～３１５． ［５］ＳＹ／５２７３—９１。油田注水缓蚀评价方法Ｉｓ］． ［６］梅平・艾俊哲，陈武等．二氧化￣ｘ，－ＪＮ８０钢腐蚀行为的影响研究［Ｊ］．腐蚀与防护．２００４，２５（９）：３７９～３８２． ［７３李狄 电化学原理Ｉ－Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９９．４１２～４１３． 【８］朱镭，于萍，罗运柏等．眯唑啉缓蚀剂的研究与应用进展［Ｊ］．材料保护，２００３，３６（１２）：４～７． ［编辑］ 弘文