N-ИЗОБУТИЛ-N-2-ТРИМЕТИЛСИЛИЛОКСИ(ЭТИЛ)-N-ЦИКЛОГЕКСАН-2 -ОНИЛМЕТИЛАМИН В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРА КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C07F7/18 C23F11/04 

Изобретение относится к новому веществу, обладающему свойствами ингибитора коррозионно-механического разрушения (КМР) низколегированных сталей в сероводородсодержащих минерализованных средах.

Среди наиболее близких по назначению ингибиторов (аналог), защищенных в последнее время патентами РФ, известно, например, применение триалкилбензилметиламмония хлористого или фтористого, или йодистого, дополнительно содержащего октидециламин, хинолин или его производные в качестве ингибитора сероводородной коррозии и наводороживания стали. (SU, 1719462, 15.03.93, C 23 F 11/10).

Среди наиболее близких по структуре ингибиторов, защищенных в последнее время (прототип), известно, например, применение органоаминоалккосисиланов (см. SU, 254307, 15.06.68, C 23 F 11/10).

R(CH₂)₄Si(OC₂H₅)₃,
где
R=H₂N-, C₆H₅NH-, (C₂H₅)₂N-.

В качестве ингибитора КМР низколегированных сталей это соединение не применялось.

Недостатками прототипа являются:
1) низкий защитный эффект против общей коррозии при невысоких концентрациях (0,1 г/л) ингибитора в среде NACE;
2) низший защитный эффект против КМР сталей в сероводородсодержащих минерализованных средах.

Целью данного изобретения является:
1) синтез нового соединения, обладающего свойствами ингибитора КМР низколегированных сталей, применяемых для изготовления трубопроводов сероводородсодержащего попутного газа и нефтяного газоконденсата.

Соединение получают следующим образом.

N-изобутил-1,3-оксазолидин смешивается с силиленоловым эфиром в соотношении 1:1. Они взаимодействуют при температуре 55-110^oC с конверсией исходного оксазолидина, достигающей 95%. Продуктами реакции является изобутил (2-триметилсилокси(этил)циклогексан-2-он, 1-ил) метиламин

Соединение обладает следующими свойствами:
t_пл = 14^oC.

Молекулярная масса:
найдено,%: 283,51;
вычислено,%: 283,74.

Бруттоформула - C₁₆H₃₃ONSi.

Элементный анализ:
найдено N - 14,01; Si - 28,07
вычислено N - 14,00; Si - 28,09
Соединение изобутил (2-триметилсилилокси(этил)циклогексан-2-он, 1-ил) метиламин имеет следующий вид:

Параметры спектров ЯМР¹Н приведены в таблице 1.

Данных об использовании соединения изобутил (2-триметилсилокси(этил)циклогексан-2-он, 1-ил) метиламин в качестве ингибитора КМР низколегированных сталей в известных науке и технике решениях нет.

Исследования по определению ингибирующей эффективности соединений проводили на образцах из стали 17Г1С, широко используемой в настоящее время при строительстве газонефтепроводов.

В качестве модельной коррозионной среды (КС) применяли среду NACE, имитирующую по своему составу (5% NaCl + 0,5% CH₃COOH + 3,4 г/л H₂S) влажный сероводородсодержащий природный и попутный нефтяные газы.

Защитный эффект против КМР низколегированных сталей определяли в соответствии с РД 39-0147103-324-88 "Методика определения степени защиты сталей ингибиторами против КМР в сероводородсодержащих минерализованных средах". Уфа, ВНИИСПТнефть, 1987.

Эффективность защиты от общей коррозии (ОК) оценивали по поляризованным кривым следующим образом.

Экстраполяцией тафелевых участков анодной и катодной поляризационных кривых до значения потенциала коррозии получали величину тока коррозии в сероводородной КС. Сравнивая ход поляризационных кривых в ингибированной и не ингибированной КС получали значения токов коррозии в ингибированной (i) и не ингибированной (i₀) КС.

Степень защиты от ОК определяли по формуле
Z = (i₀-i)i₀•100%.

Данные измерений приведены в табл. 2, причем каждое значение получено как среднее арифметическое из пяти опытов.

Далее, согласно ГОСТ 1493-83 (тип образца N 4, размер 7) проводили испытания образцов из стали 17Г1С на разрывной машине МР-5-8В на воздухе, в неингибированной и ингибированной модельной среде NACE. Для испытания образцов в КС применяли специальную коррозионно-электрохимическую герметичную ячейку. Скорость деформирования образцов составляла 7,2•10^-8 м/с, что связано с необходимость обеспечения продолжительного контакта стали с КС. Затем определяли относительное сужение образцов при разрыве ψ . Параметр ψ наиболее полно отражает запас пластичности стали, который резко уменьшается при ее коррозии в сероводородсодержащих средах, то есть является показателем сероводородного растрескивания (СР) - основной причины КМР.

В табл. 3 приведены результаты испытаний по определению ψ и Z, причем каждое значение получено как среднее арифметическое из пяти параллельных опытов.

где
ψ - относительное сужение образца, определенное на воздухе по ГОСТ 1497-84,%;
относительные сужения образцов, разрушенных в неингибированной и ингибированной КС соответственно,%.

При установлении степени защиты ингибитора от СР стали более 90% переходят к следующему этапу - испытаниям ингибитора на эффективность в условиях коррозионной усталости (КУ) стали.

Защитный эффект против КУ, то есть разрушения, происходящего при действии на сталь суммарного циклического знакопеременного напряжения, которому подвержены газонефтепроводы вследствие влияния эксплуатационных факторов, определяли следующим образом.

На специальной усталостной машине плоские образцы из стали 17Г1С подвергали консольному изгибу с размахом упругопластической деформации 2ε = 0,74% при частоте нагружения 0,6 Гц, что соответствует реальным условиям эксплуатации.

Нагружение проводили на воздухе, а также в специальной герметичной накладной ячейке в не ингибированной и ингибированной КС. При этом определяли число циклов N до полного разрушения образцов.

Степень защиты Z металла ингибитором от КУ рассчитывают по формуле

где N, N_с и N_с - усталостные долговечности образцов в циклах до разрушения при испытаниях на воздухе, в не ингибированной и ингибированной КС соответственно.

В табл. 4 приведены результаты этих испытаний, причем каждое измерение получено как среднее арифметическое из пяти параллельных опытов.

Из табл. 2-4 видно, что предлагаемый ингибитор изобутил(2-триметилсилокси(этил)циклогексан 2-он, 1-ил)метиламин обладает высокой степенью защиты как от ОК, так и от СР и КУ стали в примененной КС. Его использование позволит значительно увеличить степень защиты по сравнению с прототипом и тем самым повысить эффективность защиты сталей от ОК и КМР.

Соединение может быть использовано в качестве ингибитора при защите металлов от коррозии в сероводородсодержащих минерализованных средах и в промышленности для защиты стального оборудования от коррозионно-механического разрушения. Соединение позволяет повысить степень защиты от общей коррозии с 34,5% у 4-аллилоксиметил-1,3-диоксолана, принятого в качестве прототипа, до 95% при равной их концентрации в исследуемой среде. 4 табл.

N-Изобутил-N-2-триметилсилилокси(этил)-N-циклогексан-2-онилметиламин формулы

в качестве ингибитора коррозионно-механического разрушения низколегированных сталей.