[发明专利]抑制低碳微合金钢超临界CO2腐蚀的缓蚀剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制低碳微合金钢CO₂腐蚀缓蚀剂的制备方法，特别是咪唑啉缓蚀剂及其衍生物制备方法。

背景技术

CO₂溶于水对钢铁的腐蚀性极强，这是因为在同样的pH条件下，CO₂水溶液的酸度比盐酸高，因此对钢铁的腐蚀要比盐酸还要严重。CO₂腐蚀能够引起钢铁的全面腐蚀和局部腐蚀，使管道和设备早期失效，并造成严重后果，不仅造成巨大的经济损失，而且还造成了严重的社会后果，危害人民群众的生命安全。因此，对抑制CO₂腐蚀的研究具有深刻的现实意义。目前，抑制CO₂腐蚀的技术大致有以下几种：采用耐蚀合金；施加阴极保护；添加涂层或衬里；加注缓蚀剂等。缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境(介质)时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。

近年来，针对防CO₂腐蚀的需要，研究人员研发了一些抑制CO₂腐蚀的缓蚀剂，主要包括有机氨、酰胺、咪唑啉、季铵盐、杂环化合物和有机硫类等，其中应用最多的是咪唑啉、酰胺和季铵盐类。

采用缓蚀剂控制低分压条件下CO₂腐蚀，已经取得了良好的效果，通常添加少量的缓蚀剂就可以大幅度降低碳钢的腐蚀速率。然而，在一些深油气田中CO₂的压力和温度通常会高于100MPa和120℃而处于超临界状态。所谓超临界CO₂，是指把CO₂置于封闭体系中升温和加压，当温度和压力超过CO₂的临界温度(31.1℃)和临界压力(7.38MPa)后，CO₂就转变为超临界流体状态。超临界状态的CO₂具有低粘度、高扩散性和高压缩性，在水中的溶解度远高于低压条件下的溶解度，对钢铁材料产生非常严重的腐蚀。

咪唑啉一般由有机酸和有机多胺进行缩合反应得到。目前常用的咪唑啉及其衍生物的合成方法有3种，即升温自由脱水法、真空脱水法、溶剂脱水法。尚洪帅制备了一种咪唑啉衍生物(尚洪帅.油气田腐蚀环境中缓蚀剂的合成与复配性能研究[D].北京:北京化工大学材料科学与工程学院,2012)，但文献中只表明该咪唑啉衍生物对低压CO₂条件下的钢的腐蚀有抑制作用，使用的最高压力为1.5MPa。目前，还没有关于抑制超临界CO₂条件下低碳微合金钢腐蚀的缓蚀剂的报道，

发明内容

本发明目的制备一种对超临界CO₂条件下低碳微合金钢的腐蚀具有很好的抑制作用的缓蚀剂。缓蚀剂是采用溶剂脱水法合成的咪唑啉及其衍生物。

本发明的技术方案为：

首先在装有冷凝回流装置、分水器、蛇形冷凝管的三口瓶中加入高级脂肪酸，抽真空，N₂置换2-4次，在N₂气体的保护下加入适量的多乙烯多胺和携水剂，升温至反应进入酰化阶段；然后在酰化反应结束后继续升温至脱水成环温度，加热至反应结束即可；减压蒸馏去除产物中多余的携水剂和水，重结晶可得到咪唑啉。将咪唑啉首先与季铵化试剂反应，然后再将产物与硫脲反应可得到一种咪唑啉衍生物。具体步骤如下：

(1)咪唑啉的制备方法：

咪唑啉的制备是在无氧环境中进行，其制备原料是高级脂肪酸和多乙烯多胺，本发明采用的分别是硬脂酸和二乙烯三胺，携水剂采用的是二甲苯。硬脂酸和二乙烯三胺的摩尔比为1：1.2、二甲苯的质量占原料质量的63%。将硬脂酸放入装有冷凝回流装置、分水器、蛇形冷凝管的三口烧瓶，抽真空，N₂置换3次，在N₂气体保护下加入二乙烯三胺和二甲苯，缓慢升温至150℃，阶段升温至165℃，该阶段反应时间为2-4h；然后升温至190℃，阶段升温至230℃，该阶段反应时间为3-7h;最后减压蒸馏去除多余的二甲苯和产物水，得到咪唑啉。

(2)咪唑啉衍生物的制备方法：

首先采用步骤(1)中的制备方法得到咪唑啉中间体，然后将咪唑啉与氯化苄按摩尔比1:1.1在50-90℃不断搅拌下反应3h；反应结束后加入与咪唑啉相同摩尔量的硫脲，升温至90-110℃，并不断搅拌，反应1.5-2h，得到咪唑啉衍生物。