СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТАЛИ ОТ КОРРОЗИИ В МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДНОЙ ФАЗЕ ВОДНО-НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ, СОДЕРЖАЩИХ СЕРОВОДОРОД Российский патент 2018 года по МПК C23F11/14 

Изобретение относится к способу защиты металлов от коррозии в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий ингибиторами и может быть использовано в нефтяной отрасли при защите от коррозии оборудования, контактирующего с минерализованной водной фазой водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород.

Известны способы защиты стали от коррозии в кислых средах с помощью ингибиторов на основе ароматических и гетероциклических соединений, например, таких как катапины, представляющие собой адкилбензилпиридинийхлориды, отличающиеся числом углеродных атомов в алкильной цепи. Известны следующие марки катапинов: А, К, Б-300, БПВ, ЭПВ (ТУ 6-01-530-70. Введ. 01.06.1971.13 с.), смесь алкилбензилпиридина и циклического амина (ТУ 6-46893387-34-90. Ингибитор коррозии КИ-1. Введ. 01.07.90.12 с.). А также другие ингибиторы: продукт конденсации бензиламина с уротропином (ТУ 6-02-1192-79. Ингибитор коррозии БА-6. Введ. 01.01.80.13 с.); смесь производных толуилендиизоцианатов (ТУ 6-03-31-81. Ингибитор коррозии ТДА. Введ. 01.02.82.13 с.); четвертичная соль пиридиния (ТУ 6-01-11-15-72. Ингибитор коррозии КПИ-3. Введ. 01.02.73.14 с.).

Однако указанные ингибиторы не обладают высокой эффективностью защиты в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород.

Ближайшим по структуре и эффективности аналогом является ингибитор коррозии ПБ-5, представляющий собой продукт конденсации анилина и уротропина (ТУ 6-01-28-92. Ингибитор коррозии ПБ-5. Введ. 01.01.93. 11 с.). Недостатком указанного ингибитора является низкая его эффективность в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности защиты стали в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород.

В заявленном изобретении предложен способ защиты стали от коррозии в водно-нефтяных средах, включающий добавление в минерализованную водную фазу водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород, N-гептил-1,4-фенилендиамина, полученного по [Абдрахманов И.Б. Ароматическая аминоперегруппировка Кляйзена и превращение орто-алкенилариламинов. Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук, 1989. С. 205], в концентрации 50-200 мг/л.

Испытания защитного действия N-гептил-1,4-фенилендиамина в качестве ингибитора коррозии стали в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород, проводили в лабораторных условиях гравиметрическим методом в соответствии с ГОСТ 9.506-87 «Ингибиторы коррозии металлов в водно-нефтяных средах» Государственного союза стандартов ССР от 01.07.1988.

В качестве рабочих сред использовали смесь модели минерализованной воды (ММВ) состава, г/л: NaCl - 163,00; CaCl₂⋅6H₂O - 34,00; CaSO₄⋅2H₂O - 0,14; MgCl₂⋅6H₂O - 17,00 и нефти, подготовленной по 1 группе ГОСТ 9965-76, в соотношении 70:30. Содержание сероводорода составляло 1050 мг/л. В качестве образцов-свидетелей использовали пластинки из стали марки 3 (ГОСТ 380-90).

Обезжиренные и высушенные до постоянного веса образцы из стали марки 3 помещали в рабочую среду на 6 часов при 20°C с добавлением предложенного ингибитора и без него. По истечении времени выдерживания образцы тщательно промывали в струе воды, погружали на 5-10 минут в раствор щелочи, вновь промывали проточной водой и сушили до постоянного веса. Далее образцы взвешивали с точностью до 0,0002 г.

Скорость коррозии (p), степень защиты стали от коррозии (Z) определяли в соответствии с формулами (1) и (2):

где m₁-m₂ - изменение массы, г;

S - площадь образца, м²;

t - время испытания, ч.

где p₁ - скорость коррозии в среде без ингибитора, г/м²⋅ч;

p₂ - скорость коррозии в ингибированной среде, г/м²⋅ч.

Сущность заявленного изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Синтез N-гептил-1,4-фенилендиамина

В раствор 32,4 г 1,4-фенилендиамина (0,3 моль) в 100 мл триэтиламина при перемешивании и комнатной температуре добавляли 40,35 г гептила хлористого (0,3 моль). Полученный раствор перемешивали в течение 3-4 ч при 80°С. Упариванием удаляли растворитель и оставшуюся реакционную смесь хроматографировали на окиси алюминия с использованием в качестве элюента смесь гексан - этилацетат в соотношении 5:1. Получили 55 г продукта с выходом 89,0%.

N-гептил-1,4-фенилендиамин (1), Выход 55 г (89,0%).

ИК-спектр (v, см^-1): 3375, 3430 (NH₂). Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ/м.д.): 0.84 (м, 3Н, Н-7', J=13.4 гц); 1.30 (м, 2Н, Н-6'); 1.21 (м, 2Н, Н-5'); 1.42 (м, 2Н, Н-4'); 1,45 (м, 2Н, Н-3'); 1,69 (м, 2Н, Н-2'); 3.23 (уш.с, 2Н, NH₂); 3.85 (м, 2Н, Н-1'); 6.60 (м, 2Н, Н-2, Н-6); 6.63 (м, 2Н, Н-3, Н-5). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ/м.д.): 14.0 (С-7'); 22.35 (С-6'); 31.65 (С-5'); 29.0 (С-4'); 25.87 (С-3'); 29.0 (С^2'); 67.90 (С-1'); 113.60 (С-2, С-6); 115.85 (С-3, С-5); 139.85 (С-4); 153.9 (С-1).

Найдено %: С 85.02; Н 6.50; N 8.48. C₁₃H₂₂N.

Вычислено %: С 85.12; Н 6.55; N 8.33.

Пример 2

Испытания эффективности защитного действия N-гептил-1,4-фенилендиамина (1) в качестве ингибитора коррозии стали проводили по вышеописанной методике.

В водно-нефтяной смеси ММВ : нефть с содержанием сероводорода , скорость коррозии без ингибитора составляет 0,83 г/м²⋅ч, а в присутствии 200 мг/л N-гептил-1,4-фенилендиамина (далее реагента) - 0,035 г/м²⋅ч. Степень защиты от коррозии в указанных условиях составляет 95,8%.

Пример 3

Испытания эффективности защиты от коррозии прототипом (ингибитор коррозии ПБ-5) проводили аналогично примеру 2. Скорость коррозии в водно-нефтяной смеси ММВ : нефть, содержащей сероводород , составляет 0,83 г/м²⋅ч без реагента и 0,47 г/м²⋅ч в присутствии 200 мг/л прототипа. Степень защиты в указанных условиях составляет 43,4%.

В таблице представлены остальные примеры испытания N-гептил-1,4-фенилендиамина в качестве ингибитора коррозии стали.

Результаты испытаний, приведенные в таблице, свидетельствуют о высокой эффективности N-гептил-1,4-фенилендиамина в качестве ингибитора коррозии стали в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород. Наиболее высокая эффективность достигается при концентрации ингибитора от 50 до 200 мг/л. При повышении концентрации ингибитора выше 200 мг/л степень защиты существенно не меняется, а при понижении его концентрации ниже 50 мг/л наблюдается резкое снижение степени защиты. В случае прототипа при концентрации 200 мг/л скорость коррозии составляет 0,47 г/м²⋅ч в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород, а степень защиты равна 43,4%.

Преимущества предлагаемого ингибитора коррозии стали по сравнению с прототипом состоят в следующем.

1. Высокая степень защиты от коррозии N-гептил-1,4-фенилендиамином (90,7-95,8%) по сравнению с прототипом (43,4%).

2. Снижение скорости коррозии стали в присутствии N-гептил-1,4-фенилендиамина в 11-24,0 раза, а в присутствии прототипа - 1,8 раз.

3. Эффективными дозировками предлагаемого ингибитора являются 50-200 мг/л (степень защиты 90,7-95,8%), а в прототипе даже при дозировках 200 мг/л степень защиты не превышает 43,4%.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о высокой эффективности предлагаемого способа защиты стали от коррозии в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород, который может найти применение в нефтяной отрасли.

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано для защиты оборудования в нефтяной отрасли промышленности. Способ включает добавление в минерализованную водную фазу водно-нефтяной эмульсии N-гептил-1,4-фенилендиамина в концентрации 50-200 мг/л. Технический результат: повышение степени защиты стали от коррозии, снижение скорости коррозии стали. 1 табл., 3 пр.

Способ защиты стали от коррозии в минерализованной водной фазе водно-нефтяных эмульсий, содержащих сероводород, включающий добавление в минерализованную водную фазу водно-нефтяной эмульсии N-гептил-1,4-фенилендиамина в концентрации 50-200 мг/л.