ЛЕТУЧИЙ ИНГИБИТОР СЕРОВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ СТАЛИ
VOLATILE INHIBITOR OF HYDROGEN-SULPHIDE STEEL CORROSION

Изобретение относится к технологии защиты стального оборудования и трубопроводов от сероводородной коррозии с помощью летучих ингибиторов коррозии (ЛИК).
Аналогами предлагаемого ингибитора являются индивидуальные амины, продукты их гетероалкилирования, основания Шиффа, пиридин и его производные, однако, по ряду причин, они не нашли широкого применения /1-4/.
При этом большинство прототипов исследовалось при их непосредственном нанесении на стальную поверхность, что не относит разрабатываемые составы к классу ЛИК /5/.
Задачей настоящего изобретения является разработка высокоэффективного летучего ингибитора сероводородной коррозии стали, обеспечивающего длительную защиту при различных условиях эксплуатации защищаемого оборудования, в том числе и в условиях значительного содержания сероводорода в газе (до 15 об.%).
Поставленная задача достигается тем, что ингибитор, содержащий алифатический амин, дополнительно содержит третичный амин (ТА) и регулятор кислотности при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Алифатический амин
25-90
Третичный амин (ТА)
10-75
Регулятор кислотности
0,1-60
Ниже приводится подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность, а также примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора.
2
2
Индивидуальные амины известны как ингибиторы HS-коррозии стали, однако они обладают либо малой гидрофобностью при высокой летучести, либо, наоборот, большой гидрофобностью при низкой летучести. При этом и те, и другие представители аминов оказывают незначительный ингибирующий эффект на HS-коррозию стали в газовой фазе.
При правильном подборе различных аминов и их совместном введении в коррозионную среду нами впервые было обнаружено значительное повышение эффективности защиты, свидетельствующее о существенном взаимном усилении действия всех компонентов. Для объяснения обнаруженного неаддитивного возрастания эффективности ингибирования при совместном введении в коррозионную среду указанных выше веществ требуется проведение фундаментальных общенаучных исследований и в настоящее время не представляется возможным описать природу обнаруженного явления.
2
Защитное действие ЛИК оценивали в газовой фазе над средой, моделирующей пластовую воду газового месторождения, которую предварительно насыщали HS. Исследования проводили в отношении образцов стали 08пс. Ячейка для испытаний представляла собой сосуд объемом 2 л, который на 1/3 заполняли модельной средой. Ингибитор вводили непосредственно в жидкую фазу в концентрации 1 г/л аминов. Образцы подвешивали на нейлоновой нити так, чтобы они полностью располагались в газовой фазе. Ячейку плотно закрывали крышкой с ниппельным клапаном, после чего в сосуд подавали азот до 1 избыточной атмосферы /6/. Перед испытаниями плоские стальные образцы зачищали наждачной бумагой различной зернистости. Продолжительность опытов составляла 10 суток. Об эффективности защиты судили по скорости коррозии, которые рассчитывали по формуле:
K=Δm/(S*t), где Δm - потеря массы образца, S - площадь образца, t - продолжительность испытаний.
Ингибитор готовили посредствам смешения различных аминов, алифатического спирта и регулятора кислотности в весовых соотношениях, указанных в таблицах 1-6.
Таблица 1
Скорость коррозии K (г/м<sup>2</sup>·ч) стали 08пс при введении в среду индивидуального амина (аналоги)
Ингибитор
К, г/м<sup>2</sup>·ч
без ингибитора
0,46
-
ЭА
-
0,44
ПА
-
0,39
н-БА
-
0,33
АА
-
0,38
ДЭА
-
0,40
ДПА
-
0,37
ДБА
-
0,38
ДАА
-
0,21
изоБА
-
0,45
в-БА
-
0,40
изоАА
-
0,32
в-ПА
-
0,33
ДИБА
-
0,40
ДВБА
-
0,42
ДИАА
-
0,40
ТЭА
-
0,31
ТПА
-
0,33
ТИПА
-
0,36
ТБА
-
0,40
ТИБА
-
0,41
ТВБА
-
0,45
ТАА
-
0,42
ТИАА
-
0,45
ДМА
-
0,45
ДМБА
-
0,41
Таблица 5
Скорость коррозии К(г/м<sup>2</sup>·ч стали 08 пс при введении в среду ингибитора состава: смесь третичных аминов+алифатический амин
Смеси
Соотношение масс аминов (масс.%)
1:1:1
2:1:1
1:2:1
1:1:2
ДЭА+ТИАА+ДМА
0,06
0,03
0,02
0,11
ДПА+ТАА+ДМБА
0,01
0,05
0,03
0,11
ДБА+ТПА+ТЭА
0,09
0,04
0,12
0,16
ДАА+ТБА+ДМБА
0,15
0,05
0,17
0,09
изоАА+ТПА+ДМА
0,09
0,03
0,02
0,05
ДИАА+ТИБА+ТЭА
0,12
0,04
0,02
0,12
Таблица 7
Скорости коррозии К (г/м<sup>2</sup>·ч) стали 08пс при введении в среду ингибитора-аналога и ингибитора-прототипа
Ингибитор
К (г/м<sup>2</sup>·ч)
Без ингибитора
0,46
Предлагаемый состав
0,17-0,01
Аналоги
0,45-0,21
Прототипы
0,32-0,15
Список сокращений в таблицах 1-7
ЭА
этиламин
ПА
пропиламин
н-БА
н-бутиламин
АА
амиламин
ДЭА
диэтиламин
ДПА
дипропиламин
ДБА
дибутиламин
ДАА
диамиламин
изоБА
изобутиламин
в-БА
втор-бутиламин
изоАА
изоамиламин
в-ПА
втор-пентиламин
ДИБА
диизобутиламин
ДВБА
ди-втор-бутиламин
ДИАА
диизоамиламин
ТЭА
триэтиламин
ТПА
трипропиламин
ТИПА
триизопропиламин
ТБА
три-н-бутиламин
ТИБА
триизобутиламин
ТВБА
три-втор-бутиламин
ТАА
триамиламин
ТИАА
триизоамиламин
ДМА
N,N-диметиланилин
ДМБА
диметилбензиламин
УК
уксусная кислота
ПК
пропионовая кислота
ВК
валериановая кислота
БК
бензойная кислота
0
ин
0
0
ин
В таблице 1 приведены результаты испытаний индивидуальных аминов (аналоги). По приведенным данным можно оценить защитный эффект по формуле: Z=(К-К)/К, где К - скорость коррозии в фоновой среде, К - скорость коррозии в присутствии ингибитора. Соответственно, для индивидуальных аминов Z колеблется от 2 до 54%.
В таблицах 2-4 представлены скорости коррозии в присутствии двойных смесей аминов (алифатический амин+третичный амин). Z для смесей с соотношением 90:10 находится в пределах 37÷98% (таблица 2), для соотношения 50:50 в пределах 28÷98% (таблица 3), для соотношения 10:90 - 4÷96%. Таким образом, взаимное усиление защитных свойств в большей мере характерно для смесей с большим содержанием алифатического амина. При снижении содержания алифатического амина значительно снижается защита некоторыми композициями, а также снижается общее число высокоэффективных смесей.
В таблице 5 приведены результаты для некоторых тройных смесей состава: алифатический амин + смесь третичных аминов - которые также иллюстрируют найденную зависимость. Z в случае таких смесей возрастает еще больше и находится в диапазоне 63÷98%.
Данные испытания показали, что смесевые ингибиторные составы эффективнее отдельных компонентов. Таким образом, очевидно проявление неаддитивности защитных свойств различных аминов при их совместном использовании, причем в относительно широком интервале соотношений.
При введении в электролит амины изменяют величину кислотности раствора, которая может влиять на защитные свойства ингибитора. В таблице 6 приведены результаты испытаний смесевых ингибиторов при добавлении различных количеств регуляторов кислотности. Из представленных данных видно, что в некоторых случаях добавление регулятора кислотности увеличивает защитную способность ингибитора, однако в других случаях кислотность ингибированного раствора изначально является наиболее оптимальной и добавление регулятора не требуется.
Индивидуальные амины можно рассматривать как аналог, а ингибиторы на основе пиридиновых оснований, ранее широко используемые на практике, как прототип разработанного ингибитора. Из данных, приведенных в таблице 7, видно, что предлагаемый состав превосходит как ингибитор-аналог, так и ингибитор-прототип по своим защитным свойствам.
Все входящие в состав предлагаемого ингибитора вещества производятся промышленно и не являются дефицитными.
Использование предлагаемого ингибитора позволит существенно увеличить сроки безаварийной работы оборудования и трубопроводов, перекачивающих влажный сероводородсодержащий газ.
Литература
1. Негреев В. Ф. Коррозия оборудования нефтяных промыслов. Баку. Азнефтеиздат - 1951. - 128 с.
2. Брегман Дж. Ингибиторы коррозии. Л.: Химия. - 1966. - 310 с.
3. Вяхирев Р.И., Гафаров Н.А., Митрофанов А.В., Холзаков Н.В., Павловский Б.Р., Нургалиев Д.М., Киченко Б.В. Проблемы коррозии и ингибиторной защиты трубопроводов с сероводородсодержащей продукцией в целях оценки перспективы эксплуатации газопроводов УКПГ-ГПЗ на Оренбургском ГКМ. М.: ИРЦ Газпром. - 1996. - 41 с.
4. Розенфельд И.Л., Фролова Л.В., Брусникина В.М., Легезин Н.Е., Альтшулер Б.Н. // Защита металлов. - 1981. - №1. - С.43-49.
5. Вагапов Р.К., Кашковский Р.В., Кузнецов Ю.И. // Коррозия: материалы, защита. - 2010. - №10. - С.16-24.
6. Кашковский Р.В., Кузнецов Ю.И., Вагапов Р.К. // Коррозия: материалы, защита. - 2010. - №4. - С.13-18.