nghiên cứu chống ăn mòn kim loại bằng các hệ ức chế gốc imidazolin hướng ứng dụng trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ

B GIÁO DC ÀO TO B QUC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NINH ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2011 b B GIÁO DC ÀO TO B QUC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NINH ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ Chuyên ngành: Công nghệ điện hóa và bảo vệ kim loại Mã số: 62 52 76 01 Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TSKH. Nguyễn Đức Hùng 2. TS. Nguyễn Hữu Đoan Hà Nội, 2011 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong bất kỳ luận án nào khác. Tác giả Ninh Đức Hà ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với GS. TSKH Nguyễn Đức Hùng, TS Nguyễn Hữu Đoan đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Nghiên cứu sinh xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS. TS Nguyễn Thế Nghiêm, người đã dìu dắt truyền thụ kiến thức về chuyên môn hóa hữu cơ ứng dụng chống ăn mòn kim loại trong suốt quá trình học tập công tác. Nhân dịp này nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của Phòng Đào tạo, Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự trong thời gian học tập và thực hiện luận án. Tác giả Ninh Đức Hà iii MỤC LỤC Trang DANH MC CÁC KÝ HIU , CÁC CH VIT TT viii DANH MC CÁC BNG x DANH MC CÁC HÌNH V,  TH xiv MỞ ĐẦU 1 Chương 1. Tổng quan 4 1.1. Ăn mòn in hóa 4 1.1.1. Cơ ch và c im ca ăn mòn in hóa 5 1.1.2. Ăn mòn kh phân cc ôxi 6 1.1.3. Ăn mòn kh phân cc hirô 8 1.1.4. Nhng yu t nh hưng n quá trình ăn mòn in hoá 9 1.1.4.1. bn nhit ng ca kim loi 9 1.1.4.2. Cu to và tính cht ca hp kim 10 1.1.4.3. Trng thái b mt ca kim loi 11 1.1.4.4.  pH ca dung dch in ly 11 1.1.4.5. nh hưng ca nhit  môi trưng 11 1.1.4.6. nh hưng ca áp sut 12 1.1.4.7. Tc  chuyn ng ca dung dch in ly 12 1. 2. Ăn mòn kim loi trong khai thác và ch bin du khí 13 1.2.1. Ăn mòn b mt bên trong ưng ng 13 1.2.1.1. Ăn mòn kim loi do H 2 S 14 1.2.1.2. Ăn mòn kim loi khi có mt CO 2 15 1.2.1.3. Ăn mòn kim loi vi s có mt cùng lúc ca CO 2 và H 2 S 15 1.2.1.4. nh hưng ca O 2 ti tc  ăn mòn 16 1.2.1.5. nh hưng ca tc  dòng chy ti ăn mòn thép ưng ng 18 1.2.1.6. Mt s yu t khác nh hưng ti tc  ăn mòn ưng ng 20 iv 1.2.2. Phương pháp nưc bơm ép 21 1.2.2.1. Thành phn nưc bơm ép 22 1.2.2.2 Thành phn hóa hc ca thép ch to ưng ng dn nưc bơm ép 23 1.3. Chng ăn mòn kim loi trong môi trưng khai thác du khí 23 1.3.1. Cht c ch ăn mòn cho b mt bên trong ưng ng 23 1.3.1.1. Cơ ch tác ng ca các cht c ch ăn mòn 24 1.3.1.2. Cht c ch ăn mòn ng dng trong khai thác du khí 27 1.3.2. Phương pháp tng hp imidazolin 31 1.3.2.1. Các phương pháp óng vòng to imdazolin 31 1.3.2.2. Phương pháp tng hp cht c ch ăn mòn imidazolin 32 Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm 36 2.1. Tng hp cht c ch ăn mòn imidazolin 36 2.1.1. Tng hp amit/amin, tin cht iu ch imidazolin 36 2.1.1.1. c im ca quá trình tng hp cht c ch 36 2.1.1.2. Nguyên liu 36 2.1.1.3. Thit b 38 2.1.1.4. Tng hp amit/amin 38 2.1.2. iu ch ankyl imidazolin 39 2.1.3. Tng hp acryl amit oleyl imidazolin 40 2.2. Phương pháp kho sát quá trình ăn mòn 40 2.2.1. Phương pháp in hóa 40 2.2.1.1.ưng cong phân cc 40 2.2.1.2 o tng tr in hóa 42 2.2.1.3. H thit b o ăn mòn bng phương pháp in hóa 44 2.2.2. Phương pháp tn hao trng lưng 46 2.3. Các phương pháp mô phng thc t, ánh giá ăn mòn kim loi trong khai thác và ch bin du khí 46 2.3.1. Kho sát trong iu kin tĩnh 47 v 2.3.2. Phương pháp in cc tr quay (RCE) 48 2.3.3. Thit b o ăn mòn mô phng iu kin dòng chy ng - flow loop 50 2.3.3.1. Mt s h thng o flow loop trên th gii 50 2.3.3.2. Ch to thit b flow loop 53 2.4. Chun b tin hành thí nghim 56 2.5. Phương pháp tính hiu qu bo v và xác nh cơ ch hp ph ca cht c ch 56 2.6. Xác nh cơ ch hot ng ca cht c ch ăn mòn. 57 Chương 3. Kết quả và thảo luận 59 3.1. Tng hp và pha ch h c ch ăn mòn imidazolin 59 3.1.1. Kim tra tính cht hóa lý ca nguyên liu tng hp imidazolin. 59 3.1.1.1. Nguyên liu Dietylentriamin 59 3.1.1.2. Tính cht ca axít oleic 59 3.1.1.3. Tính cht hóa lý ca du lc 59 3.1.1.4. Tính cht ca axit acrylic 61 3.1.2. Kim tra các tính cht hóa lý ca imidazolin. 61 3.1.2.1. Hiu sut phn ng và tính cht hóa lý ca amit/amin 61 3.1.2.2. Hiu sut phn ng và tính cht hóa lý ca ankyl imidazolin 65 3.1.2.3. Hiu sut phn ng ca oleyl imidazolin acryl amit. 67 3.1.3. Thành phn h c ch ăn mòn 69 3.1.3.1. H c ch amit/amin 69 3.1.3.2.Thành phn h c ch ankyl imidazolin 71 3.1.3.3. Thành phn h c ch oleyl imidazolin bin tính bng axít acrylic 72 3.2. Kh năng bo v ca h c ch ăn mòn gc imidazolin trong iu kin tĩnh 73 3.2.1. Kh năng c ch chng ăn mòn thép N80 ca amit/amin 73 3.2.1.1. Kho sát hiu qu bo v thép N80 ca h c ch theo phương pháp in hóa 73 3.2.1.2 Hiu qu bo v ca h c ch amit/amin xác nh bng phương pháp tn tht trng lưng 79 vi 3.2.1.3. Bàn lun phn 3.2.1 89 3.2.2. Kh năng c ch chng ăn mòn thép N80 ca ankyl imidazolin 91 3.2.2.1. ưng cong phân cc ca thép N80 vi các h c ch ankyl imidazolin 91 3.2.2.2. nh hưng ca thi gian ngâm mu lên hiu qu c ch ăn mòn ca H5 và H6 95 3.2.2.3. Tho lun v hiu qu bo v ca h c ch ankyl imidazolin 98 3.2.3. Kh năng bo v thép N80 ca h c ch ankyl imidazolin bin tính bng axít acrylic 99 3.2.3.1. Kho sát nh hưng ca nng  cht c ch lên hiu qu c ch ăn mòn ca H7. 99 3.2.3.2. nh hưng ca thi gian ngâm mu lên hiu qu c ch ăn mòn ca h H7 101 3.2.3.3. So sánh hiu qu bo v ca H7 và mu cht c ch thương phm 102 3.2.3.4. ánh giá bng phương pháp gim trng lưng trong môi trưng nưc bin chưa loi ôxi 104 3.2.3.5. Kho sát trong môi trưng NBNT loi ôxi 105 3.2.3.6 Th nghim hiu qu bo v kim loi bng thit b o Corrater 109 3.2.4. Kt lun phn 3.2 110 3.3. Hiu qu bo v thép N80 ca Imidazolin trong iu kin mô phng dòng chy ng 111 3.3.1. Kt qu kho sát bng phương pháp in cc tr quay (RCE) 111 3.3.1.1. Kt qu o hao ht trng lưng 111 3.3.1.2. Hiu qu bo v thép N80 ca h c ch H7, theo phương pháp o ưng cong phân cc 114 3.3.1.3. Hiu qu bo v thép N80 ca h c ch H7, theo phương pháp o tng tr 117 3.3.1.4. Kho sát cu trúc b mt kim loi ưc bo v 118 3.3.2. Hiu qu bo v thép N80 ca H7 trên thit b flow loop 119 3.3.2.1 So sánh kt qu o tng tr trong iu kin tĩnh ca thit b flow loop, vi thit b theo các phương pháp RDE và RCE 119 3.3.2.2. Tc  ăn mòn kim loi ti các tc  dòng chy khác nhau 121 3.3.2.3 nh hưng ca nng  imidazolin ti hiu qu bo v chng ăn mòn thép N80 ti tc  chy 5 m 3 /gi 124 vii 3.4. Nghiên cu cơ ch hp ph ca các h c ch 126 KẾT LUẬN 129 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT - ASTM: Cc tiêu chun Hoa Kỳ (America Standard Testing Material). - BTX: Benzen, tôluen, xylen. - CCM: thit b o ăn mòn in hóa, (Computerized corroso metter). - EDX : ph tán x năng lưng tia X ,(Energy dispersive x-ray spectroscopy). - EIS : phương pháp tng tr, (Electrochemical impedance spectroscopy). - GPES: ưng cong phân cc, (General purpose electrochemical Spectroscopy). - HTHPRCE: thit b o ăn mòn  nhit  cao, áp sut cao, (High temperature, high pressure rotating cylinder electrode). - NACE: hi k thut ăn mòn Quc t, (National Association Corrosion Engineer). - NBNT: nưc bin nhân to. - RC : thit b lng quay, (Rotating cage). - RDE : in cc ĩa quay, (Rotating disk electrode). - RCE : in cc hình tr quay- (Rotating cylinder electrode). - SEM : hin vi in t quét, (Scanning electro microscope). - SSCE : in cc bc, bc clorua, (Silver silver chloride electrode) - TCVN : tiêu chun Vit Nam. - A : ương lưng in hóa. - C d : in dung lp kép. - C inh : nng  cht c ch. - C M : nng  mol. - H1 ÷ H7: Các h c ch ăn mòn. - E corr : th ăn mòn, [V]. - E o : th mch h, [V]. - I : cưng  dòng, [A]. - I a : mt  dòng ant, [A/cm 2 ] . [...]... ép, nghiên cứu cơ chế hấp phụ của chất ức chế ăn mòn Luận án Nghiên cứu chống ăn mòn kim loại bằng các hệ ức chế gốc imidazolin hướng ứng dụng trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ sẽ có những đóng góp nhất định cho việc nghiên cứu chống ăn mòn trong đường ống dẫn nước bơm ép của công nghiệp khai thác chế biến dầu mỏ ở nước ta Tính mới của luận án: - Đã tổng hợp và pha chế 7 hệ ức chế là: tiền... dung dịch, tốc độ ăn 13 mòn giảm một ít Ví dụ quá trình ăn mòn thép ít cacbon trong nước biển trong hình 1.2 Hình 1.2 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động nước biển đến tốc độ ăn mòn thép ít cacbon [33] 1.2 Ăn mòn kim loại trong khai thác và chế biến dầu khí 1.2.1 Ăn mòn bề mặt bên trong đường ống Trong công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí các tác nhân chính gây ăn mòn kim loại như sau: các khí hòa tan... nồng độ chất ức chế và tỷ lệ nồng độ chất ức chế/ độ che phủ theo quá trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir 126 1 MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại và hợp kim trong công nghiệp khai thác dầu khí là vấn đề luôn nhận được sự quan tâm của các chuyên gia nghiên cứu ăn mòn Thực tế cho thấy, quá trình ăn mòn diễn ra rất phức tạp và chi phí cho việc theo dõi, khống chế quá trình ăn mòn trong khai thác và chế biến dầu khí chiếm... ăn mòn, phương pháp bơm ép nước ở Vietsovpetro, các khái niệm cơ bản về ăn mòn, quá trình ăn mòn trong đường ống và chất ức chế ăn mòn kim loại Chương II: Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm (22 trang), trong chương này nêu các phương pháp nghiên cứu tổng hợp chất ức chế, phương pháp khảo sát khả năng chống ăn mòn, khảo sát bề mặt kim loại Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (70 trang), trong. .. chi phí của toàn ngành dầu khí cho bảo dưỡng và chống ăn mòn kim loại như sau [29]: + Chi phí cho sửa chữa, bảo dưỡng: 1,350 tỷ đô la + Chi phí cho cán bộ giám sát kiểm tra và các sensor phát hiện ăn mòn là: 7,625 tỷ đô la + Chi phí cho chất ức chế ăn mòn là: 7,2 tỷ đô la Trong khai thác và chế biến dầu khí, chất ức chế ăn mòn kim loại được sử dụng để chống ăn mòn cho bề mặt bên trong thiết bị như: đường... dẫn các kết quả phân tích hữu cơ, các kết quả đo ăn mòn bằng phương pháp hao hụt trọng lượng và phương pháp điện hóa trong điều kiện tĩnh với 07 hệ ức chế Kết quả đo ăn mòn của chất ức chế imidazolin trong điều kiện động, kết quả chứng minh cơ chế tác dụng của chất ức chế Phần Kết luận (2 trang) 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Ăn mòn điện hóa Ăn mòn kim loại trong khai thác dầu khí xảy ra chủ yếu theo cơ chế. .. doanh dầu khí Việt - Xô (Vietsovpetro) đang sử dụng phương pháp bơm ép nước vỉa để khai thác dầu khí Nước bơm ép sử dụng là nước biển, là môi trường ăn mòn mạnh đối với kim loại Hàng năm Vietsovpetro vẫn phải sử dụng một lượng kinh phí lớn để nhập ngoại các chất ức chế chống ăn mòn kim loại Do đó nghiên cứu hệ ức chế ăn mòn kim loại có hiệu quả bảo vệ kim loại cao, giá thành rẻ và có thể thay thế các. .. hết sức quan tâm Chất ức chế hữu cơ imidazolin là họ hợp chất dị vòng năm cạnh với hai 2 nguyên tử nitơ trong vòng đã được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: công nghiệp dệt - chất xả vải, chất ức chế ăn mòn, chất bôi trơn dạng nhũ tương, công nghiệp dược phẩm [64],… Tùy vào ứng dụng của imidazolin trong ngành công nghiệp cụ thể mà người ta lựa chọn nguyên liệu và cách thức điều chế imidazolin. .. mức khá Luận án được thực hiện trên cơ sở phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài với mục tiêu: tăng hiệu quả bảo vệ kim loại của hệ ức chế trong điều kiện dòng chảy động, giảm thời gian có tác dụng của hệ ức chế, khảo sát có hệ thống khả năng bảo vệ của hệ ức chế ăn mòn tổng hợp được, kiểm tra chất ức chế ăn mòn trong điều kiện động mô phỏng quá trình ăn mòn trong đường ống dẫn nước bơm ép, nghiên. .. hoá học và cấu trúc xác định, có khả năng làm thay đổi động học các phản ứng điện hoá gây ăn mòn theo chiều hướng giảm mạnh tốc độ ăn mòn [51] Chất ức chế ăn mòn kim loại được phân loại theo động học của quá trình: chất ức chế thụ động, chất ức chế pha hơi, chất ức chế quá trình điện hóa ở catốt, chất ức chế các quá trình điện hóa ở anốt, chất ức chế tạo màng, chất ức chế trung hòa Hiện nay, Xí nghiệp . HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NINH ỨC HÀ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ. HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NINH ỨC HÀ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ. in ly 12 1. 2. Ăn mòn kim loi trong khai thác và ch bin du khí 13 1.2.1. Ăn mòn b mt bên trong ưng ng 13 1.2.1.1. Ăn mòn kim loi do H 2 S 14 1.2.1.2. Ăn mòn kim loi khi có mt