СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТАЛИ ОТ КОРРОЗИИ В МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОДНО-НЕФТЯНЫХ СРЕДАХ, СОДЕРЖАЩИХ ДИОКСИД УГЛЕРОДА
METHOD OF PROTECTING STEEL FROM CORROSION IN MINERALISED WATER-OIL MEDIA CONTAINING CARBON DIOXIDE

Изобретение относится к способу защиты металлов от коррозии в минерализованных водно-нефтяных средах ингибиторами и может быть использовано при защите от коррозии оборудования и трубопроводов, контактирующего с водно-нефтяными средами, содержащими диоксид углерода в нефтяной отрасли.
Известны способы защиты стали от коррозии с помощью ингибиторов на основе ароматических и гетероциклических соединений: продукт конденсации бензиламина с уротропином (ТУ 6-02-1192-79. Ингибитор коррозии БА-6. Введ. 01.01.80.13 с.); смесь алкилбензилпиридина и циклического амина (ТУ 6-46893387-34-90. Ингибитор коррозии КИ-1. Введ. 01.07.90.12 с.); смесь производных толуилендиизоцианатов (ТУ 6-03-31-81. Ингибитор коррозии ТДА. Введ. 01.02.82.13 с.); производные алкипиридинийхлоридов (ТУ 6-01-530-70. Ингибитор коррозии Катапин Б-300. Введ. 01.01.71.13 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 минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углеророда.
Ближайшим аналогом по структуре и эффективности 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 минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода.
Заявленное техническое решение направлено на повышение эффективной защиты стали от коррозии в минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода.
2
В заявленном техническом решении предложен способ защиты стали от коррозии в минерализованных водно-нефтяных средах, включающий добавление в минерализованную водно-нефтяную среду, содержащую диоксид углерода, ингибитора коррозии, при этом в качестве ингибитора коррозии используют N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамид, где R - обозначение конфигурации атома С, с концентрацией 50-200 мг/л формулы:
N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамид получают прямым алкенилированием орто-(циклопент-1-енил)анилина с хлорангидридом норлейцина [Казарьянц(Красько) С.А., Салихов Ш.М., Абдрахманов И.Б., Иванова С.Р. Внутримолекулярная циклизация орто-(1-циклоалкенил)анилинов I. Синтез 2-арилзамещенных 4Н-3,1-бензоксазинов // Башкирский химический журнал. - 2009. - Т.16. - №4. - С.19-24].
Испытания защитного действия N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамида в качестве ингибитора коррозии стали в минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода, проводили в лабораторных условиях гравиметрическим методом в соответствии с РД 39-0147-276-359-86 «Руководство по проведению коррозионных исследований сред, выбору эффективных ингибиторов и антикоррозионных покрытий для защиты оборудования систем добычи и сбора нефти при применении двуокиси углерода с целью повышения нефтеотдачи» Башнипинефть, 1987.
2
4
2
В качестве рабочих сред использовали модель пластовой воды (МПВ) состава, г/л: NaCl - 140,0; CaCl - 42,0; CaSO - 0,5; MgCl - 8,0; и нефти в соотношении 90:10. Содержание диоксида в водно-нефтяной среде составляло 400 мг/л. В качестве образцов-свидетелей использовали пластинки из стали марки 3 (ГОСТ 380-90).
Обезжиренные и высушенные до постоянного веса образцы из стали 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 и вновь промывали проточной водой и сушили до постоянного веса. Далее образцы взвешивали с точностью до 0,0002 г.
Скорость коррозии (р), степень защиты стали от коррозии (Z) определяли в соответствии с формулами (1) и (2)
<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><mi>S</mi><mo>⋅</mo><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>                                    </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
2
где m-m - изменение массы, г;
2
S - площадь образца, м;
t - время испытания, ч.
<mrow><mi>Z</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>p</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>p</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>p</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mn>100,</mn><mtext>                                </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
2
где p - скорость коррозии в среде без ингибитора, г/м·ч;
2
2
р - скорость коррозии в ингибированной среде, г/м·ч.
Сущность заявленного технического решения подтверждается примерами конкретного выполнения.
Пример 1.
Синтез N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамида.
2
2
2
3
К раствору 4,67 ммоль орто-(циклопент-1-енил)анилина в CHCl прибавили 7,95 ммоль КСО и при перемешивании прикалывали хлорангидрид норлейцина. Перемешивали в течение 24 ч. Продукт подвергали разделению колоночным хроматрографированием на селикагеле (элюент - петролейный эфир:этилацетат).
ПЛ
18
17
3
3
2
2
2
2
p-
m'-
m-
o-
1
6
4
5
3'
a
3'
b
4
3
b
3
a
2'
2
5'
Выход 90%. Белые сферические кристаллы,, Т 85-87°C. Найдено, %: С 82,00, Н 5,99, N 5,49. CHNO. Вычислено, %: С 82,10, Н6,51, N 5,32, О 6,08. Спектр ЯМР H (CDCl, δ/м.д., J/Гц): 0,92 (3Н, т, J=6,9, CH), 1,30 (2Н, м, CH), 1,40 (2Н, м, CH), 1,83 (1Н, м, CH), 1,89 (1H, м, CH), 2,27 (3Н, м, CH, CH), 2,40 (1H, м, CH), 2,59 (2Н, м, CH), 4,95 (1H, дд, J=10,8, 5.4, CH), 5,75 (1H, т, J=1,8, CH), 7,09 (1H, т, J=7,5, H), 7,15 (1H, дд, J=7,5, 1.4, H), 7,26 (1H, ддд, J=8,3, 7.5, 1.4, H), 7,70 (2Н, м, Pht), 7,93 (2Н, м, Pht), 8,30 (1H, уш. с, NH), 8,38 (1H, д, J=8,3, H).
13
6
5
3'
3
4
4'
2'
2
5'
1'
1
3
Спектр ЯМР С (CDCl, δ/м.д.): 13,83 (С), 22,14 (С), 23,31 (С), 27,98 (С), 28,51 (С), 33,60 (С), 36,95 (С), 55,32 (С), 120,50 (Ar), 123,69(Ar), 123,94 (Ar), 127,60 (Ar), 127,72 (Ar), 130,73 (С), 131,51 (Ar), 134,28 (Ar), 134,55 (Ar), 140,63 (С), 166,66 (C=O), 167,86 (C=O).
Пример 2.
Испытания защитного действия N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамида в качестве ингибитора коррозии стали проводили по вышеописанной методике.
2
2
В минерализованной водно-нефтяной среде, содержащей 400 мг/л диоксида углерода, скорость коррозии без ингибитора составляет 0,60 г/м·ч, а в присутствии 200 мг/л N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамида (далее реагента) - 0,024 г/м·ч. Степень защиты от коррозии в указанных условиях составляет 96,0%.
Пример 3.
Испытания эффективности защиты от коррозии с прототипом (ингибитор ПБ-5) проводили аналогично примеру 2.
2
2
Скорость коррозии стали в минерализованной водно-нефтяной среде составляет 0,60 г/м·ч без реагента и 0,36 г/м·ч в присутствии 200 мг/л прототипа. Степень защиты в указанных условиях составляет 40,0%.
В таблице 1 представлены остальные примеры испытания N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамида в качестве ингибитора коррозии стали в минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода.
2
Результаты испытаний, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемого ингибитора коррозии стали в минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода. Наиболее высокая эффективность достигается при концентрации ингибитора от 50 до 200 мг/л (степень защиты 93,7-96,0%). 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 0,36 г/м·ч и степень защиты равна 40,0%.
Таблица 1
Эффективность N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидо-гексанамида в качестве ингибитора коррозии в минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода
№ п/п
Концентрация ингибитора, мг/л
Скорость коррозии, г/м<sup>2</sup>·ч
Степень защиты, %
Контроль
-
0,61
-
2
200,0
0,024
96,0
3 прототип
200,0
0,36
40,0
4
100,0
0,030
95,0
5
50,0
0,038
93,7
6
25,0
0,058
90,3
7
300,0
0,025
95,8
Преимущества предлагаемого ингибитора коррозии стали по сравнению с прототипом состоят в следующем.
1. Высокая степень защиты от коррозии N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамидом (93,7-96,0%) по сравнению с прототипом (40,0%).
2. Снижение скорости коррозии стали в присутствии N-(2-циклопент-1-ен-1-илфенил)-2R-N-фталимидогексанамида в 15-25 раза, а в присутствии прототипа - 1,67 раза.
3. Эффективными дозировками предлагаемого ингибитора являются 50-200 мг/л (степень защиты 93,7-96,0%), а в прототипе даже при дозировках 200 мг/л степень защиты не превышает 40,0%.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о высокой эффективности предлагаемого способа защиты стали от коррозии в минерализованных водно-нефтяных средах, содержащих диоксид углерода, который может найти применение в нефтяной отрасли.