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

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC 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 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC 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 bảo vệ kim loại Mã số: 62 52 76 01 Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH Nguyễn Đức Hùng TS Nguyễn Hữu Đoan Hà Nội, 2011 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa tác giả công bố luận án khác Tác giả Ninh Đức Hà ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS TSKH Nguyễn Đức Hùng, TS Nguyễn Hữu Đoan trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo giúp đỡ suốt trình thực Luận án Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Nguyễn Thế Nghiêm, người dìu dắt truyền thụ kiến thức chuyên môn hóa hữu ứng dụng chống ăn mòn kim loại suốt trình học tập công tác Nhân dịp nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè giúp đỡ trình thực Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi Phòng Đào tạo, Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ quân thời gian học tập thực luận án Tác giả Ninh Đức Hà iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU , CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii x xiv MỞ ĐẦU Chương Tổng quan 1.1 Ăn mòn điện hóa 1.1.1 Cơ chế đặc điểm ăn mòn điện hóa 1.1.2 Ăn mòn khử phân cực ôxi 1.1.3 Ăn mòn khử phân cực hiđrô 1.1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến trình ăn mòn điện hoá 1.1.4.1.Độ bền nhiệt động kim loại 1.1.4.2 Cấu tạo tính chất hợp kim 10 1.1.4.3 Trạng thái bề mặt kim loại 11 1.1.4.4 Độ pH dung dịch điện ly 11 1.1.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường 11 1.1.4.6 Ảnh hưởng áp suất 12 1.1.4.7 Tốc độ chuyển động dung dịch điện ly 12 Ăn mòn kim loại khai thác chế biến dầu khí 13 1.2.1 Ăn mòn bề mặt bên đường ống 13 1.2.1.1 Ăn mòn kim loại H2S 14 1.2.1.2 Ăn mòn kim loại có mặt CO2 15 1.2.1.3 Ăn mòn kim loại với có mặt lúc CO2 H2S 15 1.2.1.4 Ảnh hưởng O2 tới tốc độ ăn mòn 16 1.2.1.5 Ảnh hưởng tốc độ dòng chảy tới ăn mòn thép đường ống 18 1.2.1.6 Một số yếu tố khác ảnh hưởng tới tốc độ ăn mòn đường ống 20 iv 1.2.2 Phương pháp nước bơm ép 21 1.2.2.1 Thành phần nước bơm ép 22 1.2.2.2 Thành phần hóa học thép chế tạo đường ống dẫn nước bơm ép 23 1.3 Chống ăn mòn kim loại môi trường khai thác dầu khí 23 1.3.1 Chất ức chế ăn mòn cho bề mặt bên đường ống 23 1.3.1.1 Cơ chế tác động chất ức chế ăn mòn 24 1.3.1.2 Chất ức chế ăn mòn ứng dụng khai thác dầu khí 27 1.3.2 Phương pháp tổng hợp imidazolin 31 1.3.2.1 Các phương pháp đóng vòng tạo imdazolin 31 1.3.2.2 Phương pháp tổng hợp chất ức chế ăn mòn imidazolin 32 Chương Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 36 2.1 Tổng hợp chất ức chế ăn mòn imidazolin 36 2.1.1 Tổng hợp amit/amin, tiền chất điều chế imidazolin 36 2.1.1.1 Đặc điểm trình tổng hợp chất ức chế 36 2.1.1.2 Nguyên liệu 36 2.1.1.3 Thiết bị 38 2.1.1.4 Tổng hợp amit/amin 38 2.1.2 Điều chế ankyl imidazolin 39 2.1.3 Tổng hợp acryl amit oleyl imidazolin 40 2.2 Phương pháp khảo sát trình ăn mòn 40 2.2.1 Phương pháp điện hóa 40 2.2.1.1.Đường cong phân cực 40 2.2.1.2 Đo tổng trở điện hóa 42 2.2.1.3 Hệ thiết bị đo ăn mòn phương pháp điện hóa 44 2.2.2 Phương pháp tổn hao trọng lượng 46 2.3 Các phương pháp mô thực tế, đánh giá ăn mòn kim loại khai thác chế biến dầu khí 46 2.3.1 Khảo sát điều kiện tĩnh 47 v 2.3.2 Phương pháp điện cực trụ quay (RCE) 48 2.3.3 Thiết bị đo ăn mòn mô điều kiện dòng chảy động - flow loop 50 2.3.3.1 Một số hệ thống đo flow loop giới 50 2.3.3.2 Chế tạo thiết bị flow loop 53 2.4 Chuẩn bị tiến hành thí nghiệm 56 2.5 Phương pháp tính hiệu bảo vệ xác định chế hấp phụ chất ức chế 56 2.6 Xác định chế hoạt động chất ức chế ăn mòn 57 Chương Kết thảo luận 59 3.1 Tổng hợp pha chế hệ ức chế ăn mòn imidazolin 59 3.1.1 Kiểm tra tính chất hóa lý nguyên liệu tổng hợp imidazolin 59 3.1.1.1 Nguyên liệu Dietylentriamin 59 3.1.1.2 Tính chất axít oleic 59 3.1.1.3 Tính chất hóa lý dầu lạc 59 3.1.1.4 Tính chất axit acrylic 61 3.1.2 Kiểm tra tính chất hóa lý imidazolin 61 3.1.2.1 Hiệu suất phản ứng tính chất hóa lý amit/amin 61 3.1.2.2 Hiệu suất phản ứng tính chất hóa lý ankyl imidazolin 65 3.1.2.3 Hiệu suất phản ứng oleyl imidazolin acryl amit 67 3.1.3 Thành phần hệ ức chế ăn mòn 69 3.1.3.1 Hệ ức chế amit/amin 69 3.1.3.2.Thành phần hệ ức chế ankyl imidazolin 71 3.1.3.3 Thành phần hệ ức chế oleyl imidazolin biến tính axít acrylic 72 3.2 Khả bảo vệ hệ ức chế ăn mòn gốc imidazolin điều kiện tĩnh 73 3.2.1 Khả ức chế chống ăn mòn thép N80 amit/amin 73 3.2.1.1 Khảo sát hiệu bảo vệ thép N80 hệ ức chế theo phương pháp điện hóa 73 3.2.1.2 Hiệu bảo vệ hệ ức chế amit/amin xác định phương pháp tổn thất trọng lượng 79 vi 3.2.1.3 Bàn luận phần 3.2.1 89 3.2.2 Khả ức chế chống ăn mòn thép N80 ankyl imidazolin 91 3.2.2.1 Đường cong phân cực thép N80 với hệ ức chế ankyl imidazolin 91 3.2.2.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm mẫu lên hiệu ức chế ăn mòn ĐH5 ĐH6 95 3.2.2.3 Thảo luận hiệu bảo vệ hệ ức chế ankyl imidazolin 98 3.2.3 Khả bảo vệ thép N80 hệ ức chế ankyl imidazolin biến tính axít acrylic 99 3.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất ức chế lên hiệu ức chế ăn mòn ĐH7 99 3.2.3.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm mẫu lên hiệu ức chế ăn mòn hệ ĐH7 101 3.2.3.3 So sánh hiệu bảo vệ ĐH7 mẫu chất ức chế thương phẩm 102 3.2.3.4 Đánh giá phương pháp giảm trọng lượng môi trường nước biển chưa loại ôxi 104 3.2.3.5 Khảo sát môi trường NBNT loại ôxi 105 3.2.3.6 Thử nghiệm hiệu bảo vệ kim loại thiết bị đo Corrater 109 3.2.4 Kết luận phần 3.2 110 3.3 Hiệu bảo vệ thép N80 Imidazolin điều kiện mô dòng chảy động 111 3.3.1 Kết khảo sát phương pháp điện cực trụ quay (RCE) 111 3.3.1.1 Kết đo hao hụt trọng lượng 111 3.3.1.2 Hiệu bảo vệ thép N80 hệ ức chế ĐH7, theo phương pháp đo đường cong phân cực 114 3.3.1.3 Hiệu bảo vệ thép N80 hệ ức chế ĐH7, theo phương pháp đo tổng trở 117 3.3.1.4 Khảo sát cấu trúc bề mặt kim loại bảo vệ 118 3.3.2 Hiệu bảo vệ thép N80 ĐH7 thiết bị flow loop 119 3.3.2.1 So sánh kết đo tổng trở điều kiện tĩnh thiết bị flow loop, với thiết bị theo phương pháp RDE RCE 119 3.3.2.2 Tốc độ ăn mòn kim loại tốc độ dòng chảy khác 121 3.3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ imidazolin tới hiệu bảo vệ chống ăn mòn thép N80 tốc độ chảy m3/giờ 124 vii 3.4 Nghiên cứu chế hấp phụ hệ ức chế 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: Cục tiêu chuẩn Hoa Kỳ (America Standard Testing Material) - BTX: Benzen, tôluen, xylen - CCM: thiết bị đo ăn mòn điện hóa, (Computerized corroso metter) - EDX : phổ tán xạ lượng tia X ,(Energy dispersive x-ray spectroscopy) - EIS : phương pháp tổng trở, (Electrochemical impedance spectroscopy) - GPES: đường cong phân cực, (General purpose electrochemical Spectroscopy) - HTHPRCE: thiết bị đo ăn mòn nhiệt độ cao, áp suất cao, (High temperature, high pressure rotating cylinder electrode) - NACE: hội kỹ thuật ăn mòn Quốc tế, (National Association Corrosion Engineer) - NBNT: nước biển nhân tạo - RC : thiết bị lồng quay, (Rotating cage) - RDE : điện cực đĩa quay, (Rotating disk electrode) - RCE : điện cực hình trụ quay- (Rotating cylinder electrode) - SEM : hiển vi điện tử quét, (Scanning electro microscope) - SSCE : điện cực bạc, bạc clorua, (Silver silver chloride electrode) - TCVN : tiêu chuẩn Việt Nam - A : đương lượng điện hóa - Cd: điện dung lớp kép - Cinh: nồng độ chất ức chế - CM: nồng độ mol - ĐH1 ÷ ĐH7: Các hệ ức chế ăn mòn - Ecorr: ăn mòn, [V] - Eo: mạch hở, [V] - I : cường độ dòng, [A] - Ia: mật độ dòng anốt, [A/cm2] data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... 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 Chuyên ngành: Công nghệ điện... điện ly 12 Ăn mòn kim loại khai thác chế biến dầu khí 13 1.2.1 Ăn mòn bề mặt bên đường ống 13 1.2.1.1 Ăn mòn kim loại H2S 14 1.2.1.2 Ăn mòn kim loại có mặt CO2 15 1.2.1.3 Ăn mòn kim loại với có... 3.1.3.1 Hệ ức chế amit/amin 69 3.1.3.2.Thành phần hệ ức chế ankyl imidazolin 71 3.1.3.3 Thành phần hệ ức chế oleyl imidazolin biến tính axít acrylic 72 3.2 Khả bảo vệ hệ ức chế ăn mòn gốc imidazolin