CC BY
77
Р. Р. Даминев (д.т.н., проф.), А. А. Исламутдинова (к.т.н., доц.),
А. И. Шаяхметов (студ.), И. В. Гайдукова (студ.)
Ингибитор коррозии на основе трибутил-1-хлор-
о /*' о
изопропениламмониихлорида и борной кислоты
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке,
кафедра общей химической технологии 453118, г. Стерлитамак, пр. Октября 2; тел. (3473) 291121, e-mail: a3at.sh@gmail.com
R. R. Daminev, A. A. Islamutdinova, A. I. Shayakhmetov, I. V. Gaydukova
Corrosion inhibitor based on tributyl-1-chloropropenylammonium chloride and boric acid
Branch of Ufa State Petroleum Technological University, general chemical technology department
2, Octyabrya Pr, 453118, Sterlitamak, Russia; рh. (3473) 291121, e-mail: a3at.sh@gmail.com
Посредством взаимодействия трибутиламина с 1,2-дихлорпропеном синтезировано новое четвертичное аммониевое соединение — трибутил-1-хлоризопропениламмонийхлорид. Изучены антикоррозионные свойства данного вещества электрохимическим методом в среде имитата пластовой воды на модельной установке при нормальных условиях. Также получена органо-неорганичесая композиция на основе синтезированного четвертичного амина и борной кислоты, представляющая раствор данных компонентов в дистиллированной воде. Она позволяет увеличить его собственный коэффициент ингибирования и защитный эффект.
Ключевые слова: антикоррозионные свой-
By the reaction of tributylamine and 1,2-dichloropropen new quaternary ammonium compound — tributyl-1-chlorpropenylammonium chloride — has been prepared. Anticorrosion properties of the compound has been studied by the electrochemical method in stratal water imitate on the model set at normal conditions. Also an organic-nonorganic compostion based on the quaternary amine and boric acid in distillate water has been obtained. It allows to increase inhibitory coefficient and protective effect of the amine
Key words: anticorrosion properties; boric acid; composition; inhibitor; modification; quaternary ammonium compounds; tributylamine.
ства; борная кислота; ингибитор; композиция; модификация; трибутиламин; четвертичные аммониевые соединения.
В ходе эксплуатации значительная часть нефтегазовых и нефтегазопромысловых сооружений подвержены сильной коррозии, вызванной высокой коррозионной активностью внешней и рабочей среды, содержащей высокоминерализованные пластовые воды, сероводород, углекислоту, кислород, кислые и основные продукты. При высоких скоростях движения технологических потоков, обеспечивающих интенсивное перемешивание фаз, образуются эмульсионные системы типа «масло в воде» или «вода в масле» 1,2. При их отстаивании происходит деэмульгирование, приводящее к тому, что вода становится коррозионной средой.
Увеличение влияния коррозионного фактора объясняется повышением объема добываемого сырья (нефть, газ, газовый конденсат), а
Дата поступления 13.04.11
также возрастающей напряженностью работы оборудования при интенсивных методах добычи, транспортировки и переработки продукции. В результате коррозионного разрушения оборудования предприятия несут огромные экономические потери.
Антикоррозионная защита технологического оборудования производится различными способами, но наиболее эффективным и относительно простым в применении является применение ингибиторов коррозии. Их основное преимущество состоит в том, что они пригодны для защиты пораженных коррозией систем без замены подвергающихся воздействию коррозионных сред деталей и узлов 3.
Больший интерес как ингибиторы коррозии представляют четвертичные аммониевые соединения (ЧАС). Они характеризуются ста-
бильностью концентратов и рабочих растворов, относительно толерантны к присутствию органических веществ, эффективны в широком диапазоне значений кислотности среды, низкотоксичны.
Таким образом, расширение номенклатуры аминосодержащих ингибиторов коррозии, в том числе и путем синтеза новых веществ или получения смесей на основе данных соединений и их исследование, является в настоящее время актуальной проблемой.
Нашей задачей была разработка способа получения антикоррозионной композиции на основе четвертичного аммониевого соединения — трибутил-1-хлоризопропениламмонийхлорида (ТБХПАХ) и борной кислоты и дальнейшее исследование возможности ее применения в качестве ингибитора коррозии электрохимическим методом.
Экспериментальная часть
ТБХПАХ был получен путем алкилирова-ния трибутиламина 1,2-дихлорпропеном в мольном соотношении 1.2:1.0 по схеме:
(С4Н9)3К + СНС1 = СС1СН3—► _► [(С4Н9)зК(С(СНз)=СНС1)]+СГ
Процесс проводился в реакторе при постоянном перемешивании и нагревании исходной смеси реагентов до интервала температур 110— 140 оС при атмосферном давлении с конденсацией паров реагентов посредством обратного конденсатора 4.
С целью выявления антикоррозионных свойств полученного ЧАС были проведены предварительные испытания соединения электрохимическим методом 5 на модельной установке, представляющей собой циркуляционную ячейку объемом 500 мл, заполненную имитатом пластовой воды М1 (ИПВ), представляющей собой водный раствор ЫаС1 (17 г/л), МаИС03 (0.8 г/л), MgC12•6H2O (0.2 г/л) и СаС12 (0.2 г/л) 6 с погруженными в нее электродами датчика поляризационного сопротивления. Датчик подключался к индикатору скорости коррозии типа «Моникор-2М» (НПО Электра). Для испытаний использовались образцы-электроды цилиндрической формы, изготовленные из стали 3 длиной 30 мм и диаметром 6 мм. Рабочая поверхность электродов перед экспериментом подготавливалась в соот-
ветствии с требованиями метода. В ИПВ дискретным образом добавлялись равные количества раствора ТБХПАХ в дистиллированной воде с концентрацией 2 г/л и снимались показания индикатора скорости коррозии. Замеры производились при нормальных условиях в течение 12 ч.
Количественная оценка действия ТБХПАХ как ингибитора на скорость коррозионного процесса проводилась на основе вычисления коэффициента ингибирования и защитного эффекта. Коэффициент ингибирования у определялся по уравнению:
К
где К — скорость коррозии металла в отсутствие ингибитора;
Ккз — скорость коррозии металла при наличии ингибитора.
Защитный эффект Ъ вычислялся в соответствии с формулой:
2 = К - ККЗ ,100%
К
В целях усиления антикоррозионных свойств исходный раствор ТБХПАХ был модифицирован добавлением борной кислоты в количестве 5 г на 1000 мл раствора. Таким образом, была получена органо-неорганическая композиция, которая была исследована на описанной выше модельной установке при аналогичных условиях.
Результаты и их обсуждение
Синтезированный трибутил-1 -хл оризо-пропениламмонийхлорид представляет собой порошкообразное вещество от белого до светло-кремового цвета; хорошо растворим в воде, нерастворим в таких органических растворителях, как ацетон, толуол, изопропиловый спирт, диэтиловый эфир, четыреххлористый углероде.
Результаты измерений при предварительных испытания на наличие антикоррозионных свойства и вычислений приведены в табл. 1 и отображены на рис. 1.
Количественная оценка ингибирующего действия ТБХПАХ
Время, в пересчете на ч Скорость коррозии, мм/год Коэффициент ингибирования, у Защитный эффект Т, %
Без добавления раствора ЧАС
0.33 1.03 - —
0.67 1.53 — —
1.00 1.82 — —
1.33 1.48 — —
1.67 1.08 — —
2.00 1.23 — —
2.33 1.53 — —
После добавления 5 мл раствора ЧАС (на 500 мл среды)
3.25 1.41 1.1 11.1
3.58 1.42
3.92 1.30
4.25 1.36
После добавления 7.5 мл раствора ЧАС
4.58 1.20 1.4 30.7
4.92 1.16
5.25 1.09
5.58 1.06
После добавления 10 мл раствора ЧАС
6.03 1.10 1.7 39.2
6.37 1.02
6.70 0.95
7.03 0.93
После добавления 12.5 мл раствора ЧАС
9.03 0.42 3.5 71.2
9.37 0.57
9.70 0.48
10.03 0.45
10.37 0.44
После добавления 15 мл раствора ЧАС
10.78 0.55 3.4 70.6
11.12 0.50
11.45 0.45
Продолжительность опыта, ч
Рис. 1. Динамика изменения скорости коррозии образцов при добавлении ТБХПАХ
Из приведенных данных видно, что рассматриваемый раствор ТБХПАХ проявляет относительно высокие противокоррозионные свойства в высокоминерализованной среде ИПВ, обеспечивая при дозировке 25 мл/л защитный эффект, равный Ъ = 71.2% при коэффициенте ингибирования у= 3.5.
Результаты измерений при исследовании композиции ТБХПАХ и борной приведены в табл. 2 и показаны на рис. 2.
01234 56789 10 11
П родол ж и тельное тъ опы та, ч
Рис. 2. Динамика изменения скорости коррозии образцов при добавлении композиции
Количественная оценка ингибирующего действия композиции
Время, ч Скорость коррозии, мм/год Коэффициент ингибирования, у Защитный эффект Т, %
Без добавления раствора ЧАС
0.33 1.401 — —
0.67 1.531 — —
1.00 1.518 — —
1.33 1.642 — —
1.67 1.882 — —
2.00 1.895 — —
2.33 1.676 — —
2.67 2.112 — —
После добавления 7.5 мл раствора ЧАС (на 500 мл сре ды)
3.67 0.945 2.46 59.4
4.00 0.804
4.33 0.858
После добавления 10 мл раствора ЧАС
4.67 0.482 3.24 69.2
5.00 0.597
5.33 0.712
5.67 0.691
6.00 0.651
После добавления 12.5 мл раствора ЧАС
8.67 0.411 5.33 81.3
9.00 0.344
9.33 0.403
9.67 0.428
10.00 0.423
10.33 0.396
После добавления 15 мл раствора ЧАС
10.67 0.401 5.20 80.8
11.00 0.485
11.33 0.406
Как видно из результатов, полученная композиция проявляет высокие антикоррозионные свойства в высокоминерализованной среде ИПВ, имея при дозировке 25 мл/л защитный эффект, равный Ъ = 81.3% при коэффициенте ингибирования у= 5.3.
Таким образом, полученная композиция трибутил-1-хлоризопропениламмонийхлорида и борной кислоты обладает относительно высокой ингибирующей способностью и превосходит по эффективности ряд промышленных ингибиторов, обеспечивающих при тех же дозировках меньший защитный эффект 7. Подтверждена применимость данной композиции при защите аппаратуры от коррозии.
Результаты исследования позволяют рекомендовать данную композицию в качестве составляющей высокоэффективных ингибиторов коррозии нефтепромыслового оборудования.
Литература
1. Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хороши-лов А. В. Коррозия и защита от коррозии / Под ред. И. В.Семеновой.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.- 336 с.
2. Саакиян Л. С., Ефремов А. П. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии.- М.: Недра, 1982.- 227 с.
3. Новый справочник химика и технолога. Электродные процессы. Химическая кинетика и диффузия. Коллоидная химия.- С.-Пб.: АНО НПО «Профессионал», 2004.- 838 с.
4. Исламутдинова А. А., Садыков Н. Б. // Баш. хим. ж.- 2006.- Т.13, №3.- С.54.
5. Фоменков О. А., Комарова О. В. // Вестник ТГУ.- 2009.- Т.14, вып.1. — С.102.
6. ГОСТ 9.514-99. Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Электрохимический метод определения защитной способности.- М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.- 24 с.
7. Фахретдинов П. С., Борисов Д. Н., Романов Г. В., Ходырев Ю. П., Галиакберов Р. М. // Нефтегазовое дело.- 2008.- Т.2.
