Синтез ингибирующего состава для предотвращения коррозии нефтепромыслового оборудования
Общая характеристика анализатора скорости коррозии "Моникор-2М". Анализ особенностей синтеза ингибирующего состава для предотвращения коррозии нефтепромыслового оборудования. Знакомство с наиболее эффективными решениями защиты металлов от коррозии.
Рубрика | Химия |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 05.12.2018 |
Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Синтез ингибирующего состава для предотвращения коррозии нефтепромыслового оборудования
Получен ингибитор коррозии на основе продуктов конденсации полиэтиленполиамина (ПЭПА) и 1,2-дихлорэтана. Реакцию осуществляли в аппарате, снабжённом мешалкой при температуре 75 °С в течение 4-х часов. Полученную смесь подвергли однократной перегонке с целью извлечения из остатка компонентов, представляющих наибольшую ценность в плане защитной способности. Разделение смеси оценивали по изменению показателя преломления дистиллята.
Ингибирующий состав подвергнут исследованием на антикоррозионную способность электрохимическим методом с использованием анализатора скорости коррозии “Моникор-2М». Полученные данные о величине коррозионного тока обработаны с помощью специально разработанного программного комплекса, позволяющего рассчитать величину защитной способности ингибитора. Также изучены его основные физико-химические свойства: внешний вид, плотность, растворимость и температура вспышки. Обнаружено, что данный ингибитор обладает высокими показателями ингибирующей способности и может применяться как ингибитор коррозии нефтепромыслового оборудования.
Бурильная и обсадная колонна, а также другое металлическое оборудование, применяемое при бурении скважин, могут подвергаться воздействию коррозии. Растворенные в буровом растворе газы, такие, как кислород, двуокись углерода и сероводород могут привести к серьезному коррозионному разрушению оборудования, как на поверхности, так и внутри скважины.
Международный союз теоретической и прикладной химии даёт следующее определение термина коррозии: «это необратимая межфазная реакция материала (металла, керамики, полимера) с окружающей средой, которая приводит к расходу материала или его растворения в компонентах окружающей среды. Часто, но не обязательно, считается, что коррозия даёт неблагоприятные последствия для материала. Исключительно физические или механические процессы, такие как плавление или испарение, истирание или механическое разрушение не включены в термин коррозии» [1].
Буровой раствор должен иметь такие параметры, при которых исключается возникновение осложнений. Надлежащая химическая и механическая обработка могут значительно продлить срок службы основного оборудования. Игнорирование этих вопросов может привести к потере скважины и даже к человеческим жертвам.
Оборудование нефтяных скважин и системы нефтегазосбора многих месторождений интенсивно корродируют вследствие соприкосновения с сильноагрессивными технологическими средами. Скорость коррозии в этой отрасли изменяется от 0.3 до 3.0 и более мили-метров в год. Это ведет к большим затратам на ремонт оборудования и нарушению установленных нормативных сроков амортизации. Согласно статистическим данным 17-20% общего количества аварий на нефтепромыслах связано с коррозией. В результате таких аварий теряется большое количество и добываемого продукта, и металла.
Решений для защиты металлов от коррозии множество. Среди них основными можно выделить использование защитных покрытий металлических частей оборудования, а также протекторная защита металла. Однако на сегодняшний день предпочтение отдаётся химиической антикоррозионной защите, а именно применению различных ингибиторов коррозии, которые по стандарту ISO 8044 являются «химическими веществами, снижающими скорость коррозии, когда они присутствуют в системе коррозии при соответствующей концентрации, без значительного изменения концентрации любого другого агента коррозии» [2].
В настоящее время ингибиторы можно применять практически в любой отрасли промышленности [3]. Применение ингибиторов в нефтяной и газодобывающей промышленности значительно увеличивает срок службы оборудования и трубопроводов, транспортирующих нефть и газ. В настоящее время нефтяная и газодобывающая промышленность является крупнейшим потребителем ингибиторов коррозии [4].
Весьма эффективно применение ингибиторов в металлургической промышленности при травлении проката, труб, стальных изделий, а также в машиностроении при травлении изделий перед окраской, эмалированием, нанесением гальванических и химических покрытий. В некоторых случаях применение ингибиторов коррозии при травлении является необходимым условием получения высококачественной продукции.
Широко применяют ингибиторы в теплоэнергетике для кислотных промывок оборудования от различного рода минеральных отложений, накипи, что позволяет значительно увеличить теплопередачу и повысить эффективность работы станций.
Используют ингибиторы и в пищевой промышленности, при очистках оборудования сахароваренных заводов, емкостей, предназначенных для хранения и перевозки молочных и других пищевых продуктов [5].
Можно отметить и такие случаи, когда создание специальных ингибиторов определяло развитие той или иной отрасли техники. Так, использование сильных окислителей в ракетной технике стало возможным лишь благодаря разработке ингибиторов, которые эффективно подавляют коррозию металла корпуса ракеты, а создание некоторых видов химических источ-ников тока - после разработки ингибиторов, предотвращающих коррозию электродов [6].
Несмотря на то, что минеральные ингибиторы более дешевые и доступные, использование ингибиторов органического строения оправдано более высокой антикоррозионной способностью. В свою очередь органические ингибиторы подразделяются на азотсодержащие, борсодержащие, фосфорсодержащие соединения, и смешанные соединения [7].
Но у ингибиторов органического происхождения есть ряд недостатков. Это:
Получение некоторых ингибиторов является трудоемким и многостадийным, базируется на дорогом и труднодоступном сырье.
Некоторые органические ингибиторы являются высокотоксичными, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду.
Под действием воды и кислорода воздуха многие органические реагенты подвергаются различным химическим превращениям, за счет чего снижается их защитный эффект, и появляются новые, порой токсичные продукты.
Ряд соединений, применяемых в качестве ингибиторов, способствует развитию микроорганизмов и водорослей и, тем самым, вызывают появление биообрастаний на поверхности и провоцируют биокоррозию.
Некоторые органические ингибиторы не могут использоваться в хлорированной воде, в воде с высоким содержанием ионов хлора и кальция, в кислых или щелочных средах.
Низкомолекулярные полифункциональные органические соединения, защищая черные металлы, усиливают коррозию некоторых цветных металлов и сплавов, по-видимому, за счет образования комплексных соединений [8].
Эти и некоторые другие причины приводят к постоянному созданию новых ингибиторов коррозии [9].
В качестве ингибиторов преимущественно используют органические соединения, реже - неорганические. Широкое применение имеют смеси веществ, представляющих собой в большинстве случаев отходы производств, побочные или легкодоступные компоненты, в той или иной степени, модифицированные для придания им необходимых свойств [4].
Экспериментальная часть
В данной работе рассматриваются гетероорганические соединения, представляющие собой вторичные и третичные амины и их производные, а также их соли.
Механизм действия основан на геометрическом и энергетическом сродстве аминогрупп с поверхностью металла, за счет чего происходит адсорбция данных функциональных групп (рис. 1). Оставшаяся часть молекулы ингибитора располагается над поверхностью металла, образуя гидрофобный слой, препятствующий разрушению.
Рис. 1. Принципиальная схема защитного действия ингибиторов коррозии
анализатор коррозия нефтепромысловый
Механизм ингибирования основан на торможении процессов катодной и анодной коррозии под действием поверхностной активности ингибирующего состава, который должен удовлетворять следующим требованиям:
сочетать высокую степень защиты наряду с низкой экономической стоимостью;
комплексное защитное действие от различных агрессивных сред;
безопасность для окружающей среды, людей и оборудования;
низкую себестоимость, ресурсо- и энергозатратность;
простоту технологии синтеза.
Для синтеза ингибитора была выбрана химическая реакция (рис. 2) конденсации полиэтиленполиамина (ПЭПА) с 1,2-дихролэтаном с образованием высокомолекулярных соединений циклического строения, проявляющих высокую ингибирующую способность.
Рис. 2. Реакция синтеза ингибитора коррозии
По результатов испытаний проведения реакции при различных условиях и соотношениях реагентов были получены наиболее оптимальные параметры осуществления процесса: при интенсивном перемешивании и температуре 75 °С небольшими порциями в реактор приливают 1,2-ДХЭ при мольном соотношении ПЭПА (полиэтиленполиамин) : ДХЭ (дихлорэтан) = 2.0 : 1.0. Смесь перемешивают в течение 4-х часов. Об окончании реакции можно убедиться визуально по признакам пожелтения раствора и исчезновения слоя дихлорэтана, а также хроматографическим методом.
В связи с тем, что для синтеза использовался технический полиэтиленполиамин, представляющий собой его водный раствор, а также с тем, что непрореагировавший ПЭПА и низкомолекулярные продукты конденсации не представляют высокой ценности для ингибирования коррозии, полученную смесь подвергли однократной перегонке. В качестве критерия оценки состава смеси использовали показатель преломления.
Для построения зависимости показателя преломления от объёма полученного дистиллята производилась однократная перегонка 14 мл полученного продукта конденсации (рис. 3).
Рис. 3. Показатели преломления проб дистиллята
Оптимальная температура перегонки была установлена на уровне 165 °С, так как при температуре 180 °С и выше начинается разложение компонентов смеси.
Основные физико-химические свойства полученного остатка перегонки представлены в табл. 1.
Таблица. 1. Свойства остатка перегонки
Далее с помощью электрохимического анализа, проводимого на анализаторе скорости коррозии «МОНИКОР-2М» была произведена оценка защитного антикоррозионного действия.
Результаты и их обсуждение
Графики, полученные в ходе проведения экспериментов (рис. 4, 5) были обработаны при помощи специального программного комплекса CEAMP, анализирующего опытные данные и позволяющего рассчитывать основные показатели эффективности ингибитора. Данный продукт разработан нашей исследовательской группой и на данный момент проходит стадию регистрации.
Рис. 4. Скорость коррозии (мм/год) при использовании ингибитора концентрации 0.050 г/л, 0.125 г/л, 0.500 г/л (сверху вниз)
Рис. 5. Скорость коррозии (мм/год) при использовании ингибитора концентрации 0.250 г/л, 0.400 г/л, 0.650 г/л (сверху вниз)
Результаты (табл. 2) ингибирующей способности полученного состава в среде 15.0% раствора соляной кислоты.
Таблица. 2. Результаты электрохимического анализа
анализатор коррозия нефтепромысловый
Выводы
В ходе исследований был выявлен ингибирующий состав, полученный на основе остатка перегонки продуктов конденсации полиэтиленполиамина и дихлорэтана, обладающий высокими ингибирующими свойствами в модельных растворах. Определены оптимальные условия синтеза и выделения ингибитора. Данный ингибирующий состав рекомендуется для использования при нефтедобыче для защиты нефтепромыслового оборудования.
Литература
1.IUPAC: "Сборник химической терминологии ("Золотая книга")", 2014; http://goldbook.iupac.org/C01351.html, Доступ 2015.05.08.
2.ISO 8044: 1999, "Коррозия металлов и сплавов - Основные термины и определения".
3.Иванов А.Н., Исламутдинова А.А., Идрисова В.А. Исторический очерк о разработке ингибиторов коррозии на базе филиала УГНТУ в г. Стерлитамаке. Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: Материалы XIV Международной научной конференции. УГНТУ. Уфа: изд-во «Реактив». 2014. С.48-49.
4.Жаксыбаева А.Г., Хамитова А.С. Ингибиторы коррозии для сохранения металлических изделий. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. №12-1. С.23-26.
5.Гафаров Н.А. Ингибиторы коррозии. 2002. Т.2. С.368.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика процессов коррозии, их классификация. Условия возникновения коррозионного процесса. Основы кинетической теории коррозии и ее приложение к коррозии идеально чистых металлов. Коррозия технических металлов. Методы защиты металлов.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 08.12.2010Проблема коррозии, механизм и виды разрушений. Термодинамическая оценка и кинетическое обоснование процесса коррозии стали. Классификация ингибиторов. Методы определения скорости коррозии. Материальный баланс процесса получения борат метилфосфита.
дипломная работа [941,7 K], добавлен 13.12.2010Причины возникновения коррозии металла. Теоретическое исследование вопроса о защите металла от коррозии средствами бытовой химии. Экспериментальное исследование освежителя воздуха как средства защиты металла от коррозии в различных химических средах.
научная работа [23,4 K], добавлен 15.05.2015Способы защиты металлов от коррозии. Известные приёмы противостояния коррозии. Катодная защита металлоизделий. Роль ингибиторов в замедлении химической реакции окисления. Нанесение защитных лакокрасочных покрытий. Протекторная защита металлоизделий.
презентация [499,0 K], добавлен 10.05.2015Причины почвенной коррозии - разрушения металла под воздействием агрессивной почвенной среды. Факторы, определяющие коррозионную агрессивность почвы, методы защиты. Подверженность коррозии различных металлов. Схема коррозии подземного трубопровода.
презентация [210,1 K], добавлен 16.05.2016Уменьшение скорости коррозии как метод противокоррозийной защиты металлов и сплавов. Классификация защитных покрытий (металлические, гальванические, металлизация напылением, неметаллические покрытия, органические, ингибиторная, кислородная и другие).
курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.11.2009Термодинамическая возможность электрохимической коррозии металлов. Катодные процессы. Гомогенный и гетерогенный пути протекания электрохимической коррозии металлов. Коррозионные гальванические элементы и причины их возникновения. Методы защиты металлов.
курсовая работа [635,9 K], добавлен 14.04.2016Общие сведения о коррозии металлов, ее виды и типы. Причины возникновения химической и электрохимической коррозии и механизм ее протекания. Методы защиты металлических изделий от коррозионных процессов. Антикоррозийная защита неметаллическими покрытиями.
практическая работа [28,5 K], добавлен 03.11.2011Сущность и механизм коррозии металла; ее виды - общая, местная, межкристаллитная и химическая. Главные проблемы окраски по ржавчине с точки зрения физической химии. Фосфатирование и "холодное цинкование" как средства антикоррозийной защиты поверхностей.
презентация [4,3 M], добавлен 23.04.2012Рассмотрение причин и механизмов химической коррозии металлов и сплавов. Изучение влияния аэрации кислорода на скорость разрушения меди в кислотах. Оценка эффективности применения изолирующих (битумных) покрытий для защиты от подземной коррозии.
контрольная работа [710,7 K], добавлен 30.06.2011Нанесение лакокрасочных покрытий как один из наиболее надежных и относительно дешевых методов защиты металлов от коррозии. Силикат натрия как известный в теплоэнергетике ингибитор коррозии. Характеристика пигмента в покрытиях на основе алкидного лака.
дипломная работа [502,2 K], добавлен 12.03.2011Характеристики и сущность коррозионных процессов. Классификация коррозионных сред. Скорость коррозии. Методы защиты от коррозии. Применение противокоррозионных защитных покрытий.
курсовая работа [30,9 K], добавлен 18.10.2002Процессы разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой, виды коррозионных разрушений. Процесс химической коррозии. Электрохимическая коррозия под действием внутренних макро- и микрогальванических пар. 3ащита металлов от коррозии.
реферат [303,4 K], добавлен 16.10.2011Проблема ущерба от коррозии металлов. Разработка ингибиторов коррозии. Окислители, ингибиторы адсорбционного, комплексообразующего и полимерного типа. Двухкомпонентные ингибиторы полимерного типа на основе фосфорсодержащих соединений и полиэлектролитов.
автореферат [233,9 K], добавлен 28.01.2010Основные закономерности процесса коррозии металла и исследование методов, защищающих автомобили от коррозии. Химическая коррозия металлов. Превращение гидроксида железа (III) в гидратируемый оксид железа (III) или "ржавчину". Межкристаллитная коррозия.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 30.03.2016Механизм электрохимической коррозии. Характеристика материалов, устойчивых в растворе серной кислоты. Химический состав стали, используемой для изготовления емкости хранения. Изоляционные покрытия трубопроводов, их катодная защита от подземной коррозии.
курсовая работа [927,2 K], добавлен 16.05.2012Классификация деэмульгаторов: ионогенные (анионактивные и катионактивные) и неионогеннные (гидрофильные и гидрофобные). Основные виды ингибиторов коррозии. Рассмотрение примеров использования в нефтяной промышленности бактерицидов НАПОР-1012 и СНПХ-1002.
презентация [91,4 K], добавлен 01.02.2015Коррозия - самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Классификация видов и типы коррозии. Способы поверхностной защиты стали: антикоррозионная краска, холодное цинкование.
реферат [23,4 K], добавлен 08.02.2012История происхождения железа. Сущность процесса разрушения металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Предохранение поверхности металла от коррозии путем создания на нем защитного слоя и применения ингибиторов.
презентация [1,3 M], добавлен 22.02.2015Определение анодных и катодных процессов, составление суммарного уравнения коррозийного процесса и схемы коррозийного элемента. Возникновение электрического тока во внешней цепи. Обнаружение ионов железа в растворе. Восстановление воды до гидроксид-ионов.
лабораторная работа [49,3 K], добавлен 02.06.2015