ИНГИБИТОР СЕРОВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ И НАВОДОРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
INHIBITOR OF SULPHIDE CORROSION AND HYDROGENATION OF METAL HARDWARE

Изобретение относится к технике защиты черных металлов от сероводородной коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано для предотвращения коррозии газового и нефтепромыслового оборудования.
Известно большое количество ингибиторов сероводородной коррозии черных металлов / Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. - М.: Химия, 1977. - С.293 /. Аналогами предлагаемого ингибитора являются альдегиды, в т.ч. формальдегид. Однако они не обеспечивают необходимой степени защиты сталей от коррозии и не снижают их наводороживания, что сильно ограничивает их применение на практике / Бергман Дж. Ингибиторы коррозии. Л.: Химия, 1966. - 310 с. /. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому ингибитору являются органические производные аммиака: амины (например, этиламин, гексаметилентетрамин) или их соли (например, хлорид тетраметиламмония, хлорид тетраэтиламмония, смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония) / Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов (справочник). - Л.: Химия, 1968. - 264 с. /. Из них наиболее эффективена смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония, однако и ее применение не обеспечивает эффективной защиты от коррозии и наводороживания при повышенных содержаниях сероводорода в жидких средах, которые могут возникать при эксплуатации оборудования нефтяного и газового оборудования.
Техническим результатом заявленного изобретения является эффективное снижение скорости коррозии черных металлов в сероводородсодержащих жидких средах, а также существенное уменьшение наводороживания черных металлов.
Технический результат достигается тем, что ингибитор, содержащий органические производные аммиака, дополнительно содержит аминотриазол или его производные при следующем соотношении компонентов (% вес.):
органическое производное аммиака
2-50
аминотриазол или его производные
50-98
В качестве органического производного аммиаки использовались амины (например, этиламин, гексаметилентетрамин) или их соли (например, хлорид тетраметиламмония, хлорид тетраэтиламмония, смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония).
В качестве аминотриазола или его производных использовали 3-амино-1,2,4-триазол, 4-амино-1,2,4-триазол, 1-амино-1,2,3-триазол-4-ол, 5-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)пентанитрил, 2-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)-5-гидроксиметил)тетрагидрофуран-3,4-диол.
Ниже приводятся примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора и подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность.
Пример 1. Ингибитор содержит (% вес.):
смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония
2
3-амино-1,2,4-триазол
98
Пример 2. Ингибитор содержит (% вес.):
смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония
50
3-амино-1,2,4-триазол
50
Пример 3. Ингибитор содержит (% вес.):
смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония
25
3-амино-1,2,4-триазол
75
Эти и другие примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора, которые использовались при проведении коррозионных испытаний, сведены в таблицах 1 и 2.
3
2
1
2
1
2
1
Для оценки эффективности исследуемых композиций в отношении сероводородной коррозии черных металлов проводили коррозионные исследования на пластинках стали 70С2ХА длинной 120 мм, шириной 10 мм и толщиной 0,5 мм. Образцы зачищали наждачной бумагой, обезжиривали спиртом, сушили, взвешивали на аналитических весах. Опыты выполнялись в герметичных ячейках, заполненных раствором 0,5% NaCl+0,25 г/л НССООН (среде NACE), содержащем 2,0 г/л HS, в присутствии 50 мг/л ингибитора. Образцы помещали в исследуемый раствор при комнатной температуре на 8 сут. После коррозионных испытаний образцы промывали водой, смесью концентрированней соляной кислоты и ацетона, удаляли ластиком слой шлама, высушивали спиртом и определяли убыль массы на аналитических весах. По убыли массы рассчитывали скорость коррозии металла. Об эффективности ингибиторов в отношении замедления коррозии судили по величинам степеней защиты (Z=((K-K)/K)·100%, где K - скорость коррозии в присутствии ингибитора; K - скорость коррозии в отсутствии его).
-6
об
Н2
об
Оценку эффективности исследуемых композиций в отношении наводороживания металлов проводили на тех же образцах стали 70С2ХА, определяя содержание в них абсорбированного водорода и их пластичность. Степень наводороживания стали 70С2ХА определяли методом вакуумной экстракции. После коррозионных испытаний образец помещали в сосуд, из которого откачивали воздух до остаточного давления 1·10 мм рт.ст., и нагревали до 500°C. Количество водорода, выделяющееся при нагревании образца в вакууме, оценивали по изменению давления за 10 мин (Р), измеряемому манометром Мак-Леода при постоянном объеме вакуумной части системы. Давление выделившегося водорода (Р) рассчитывали по изменению общего давления (Р) по формуле:
Н2
об
нат
Р=Р-Р
нат
3
где Р - поправка холостого опыта. Объемную концентрацию водорода в стали (см/100 г стали) рассчитывали по формуле:
.
где k - константа, связанная с объемом аналитической части установки; М - масса стального образца, г.
H2
1
2
1
2
1
Об эффективности ингибиторов в отношении снижения наводораживания судили по величинам степеней защиты от наводораживания (Z=((V-V)/V)·100%, где V - объемная концентрация водорода в образцах выдержанных в агрессивной среде содержащей ингибитор; V - объемная концентрация водорода в образцах выдержанных в агрессивной среде без ингибитора).
0
Пластичность стали 70С2ХА оценивали на приборе НГ-1-3М по числу перегибов до разрушения ленточных образцов в исходном состоянии (П) и после их выдержки в растворе кислоты (П). Пластичность стали определяли по формуле:
.
Таблица 1
Влияние соотношения компонентов предлагаемого ингибитора на его защитные свойства в отношении коррозии и наводороживания стали.
Пример
Ингибитор
Z, %
Z<sub>H2</sub>, %
p, %
Смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония
3-амино-1,2,4-триазол
1
2
98
>95
100
100
2
50
50
>95
100
100
3
25
75
>95
100
100
4
1
99
62
59
49
5
51
49
71
55
45
Формальдегид (аналог)
50
20
10
Смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония (прототип)
83
60
52
Данные табл.1 свидетельствуют, что композиция смеси хлоридов алкилбензилдиметиламмония и 3-амино-1,2,4-триазола при соблюдении указанных соотношений компонентов (примеры 1-3) синергетически взаимодействует и обеспечивает более эффективное подавление коррозии и наводороживания стали в условиях испытаний, чем формальдегид (аналог) и смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония (прототип).
Нарушение указанных соотношений компонентов ведет к резкому снижению защитных свойств ингибитора в отношении коррозии и наводороживания (примеры 4, 5).
Природа обнаруженного синергетического эффекта в настоящее время не ясна. Однако установлено, что применение в составе композиции в качестве органического производного аммиака - аминов (например, этиламин, гексаметилентетрамин) (табл.2, примеры 6, 7, 10, 11, 14, 15, 16) или их солей (например, хлорид тетраметиламмония, хлорид тетраэтиламминия) (табл.2, примеры 8, 9, 12, 13) не ведет к потере эффективности защиты от коррозии и наводороживания.
К потере эффективности не приводит также использование в качестве производного аминотриазола - 4-амино-1,2,4-триазола или 1-амино-1,2,3-триазол-4-ола или 5-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)пентанитрила или 2-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)-5-гидроксиметил)тетрагидрофуран-3,4-диол (табл.2, примеры 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16).
Таким образом, результаты коррозионных испытаний свидетельствуют, что предлагаемый ингибитор сероводородной коррозии и наводороживания черных металлов превосходит ингибитор-аналог и ингибитор-прототип по своим защитным свойствам в отношении сероводородной коррозии и наводороживания.
Использование предлагаемого ингибитора позволит существенно увеличить сроки службы газового и нефтепромыслового оборудования в условиях эксплуатации с повышенным содержанием сероводорода в жидких технологических средах.
Таблица 2
Влияние состава предлагаемого ингибитора на его защитные свойства. Соотношение компонентов:органическое производное аммиака: производные аминотриазола = 25:75
Пример
Ингибитор
Z,
Z<sub>H2</sub>,
р, %
Соединения нуклеофильного типа
Производные аминотриазола
%
%
6
этиламин
3-амино-1,2,4-триазол
>95
100
100
7
гексаметилентетрамин
3-амино-1,2,4-триазол
>95
100
100
8
хлорид тетраметиламмония
4-амино-1,2,4-триазол
>95
100
100
9
хлорид тетраэтиламмония
4-амино-1,2,4-триазол
>95
100
100
10
этиламин
1-амино-1,2,3-триазол-4-ол
>95
100
100
11
гексаметилентетрамин
1-амино-1,2,3-триазол-4-ол
>95
100
100
12
хлорид тетраметиламмония
5-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)пентанитрил
>95
100
100
13
хлорид тетраэтиламмония
5-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)пентанитрил
>95
100
100
14
этиламин
5-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)пентанитрил
>95
100
100
15
этиламин
2-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)-5-гидроксиметил)тетрагидрофуран-3,4-диол
>95
100
100
16
гексаметилентетрамин
2-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)-5-гидроксиметил)тетрагидрофуран-3,4-диол
>95
100
100
Формальдегид (аналог)
50
20
10
Смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония (прототип)
83
60
52