Nghiên cứu chống ăn mòn kim loại bằng ức chế gốc imidazolin trong công nghiệp dầu mỏ

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NINH ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2011 b BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NINH ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI BẰNG CÁC HỆ ỨC CHẾ GỐC IMIDAZOLIN HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ Chuyên ngành: Công nghệ điện hóa và bảo vệ kim loại Mã số: 62 52 76 01 Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Đức Hùng 2. Nguyễn Hữu Đoan Hà Nội, 2011 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong bất kỳ luận án nào khác.

Tác giả Ninh Đức Hà ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với GS. TSKH Nguyễn Đức Hùng, TS Nguyễn Hữu Đoan đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Nghiên cứu sinh xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.

TS Nguyễn Thế Nghiêm, người đã dìu dắt truyền thụ kiến thức về chuyên môn hóa hữu cơ ứng dụng chống ăn mòn kim loại trong suốt quá trình học tập công tác. Nhân dịp này nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của Phòng Đào tạo, Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự trong thời gian học tập và thực hiện luận án. Tác giả Ninh Đức Hà iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU , CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiv MỞ ĐẦU 1 Chương 1.

Cơ chế và đặc điểm của ăn mòn điện hóa 5 1. Ăn mòn khử phân cực ôxi 6 1. Ăn mòn khử phân cực hiđrô 8 1. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn điện hoá 9 1.Độ bền nhiệt động của kim loại 9 1.

Cấu tạo và tính chất của hợp kim 10 1. Trạng thái bề mặt của kim loại 11 1. Độ pH của dung dịch điện ly 11 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường 11 1.

Ảnh hưởng của áp suất 12 1. Tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly 12 1. Ăn mòn kim loại trong khai thác và chế biến dầu khí 13 1. Ăn mòn bề mặt bên trong đường ống 13 1.

Ăn mòn kim loại do H2S 14 1. Ăn mòn kim loại khi có mặt CO2 15 1. Ăn mòn kim loại với sự có mặt cùng lúc của CO2 và H2S 15 1. Ảnh hưởng của O2 tới tốc độ ăn mòn 16 1.

Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy tới ăn mòn thép đường ống 18 1. Một số yếu tố khác ảnh hưởng tới tốc độ ăn mòn đường ống 20 iv 1. Phương pháp nước bơm ép 21 1. Thành phần nước bơm ép 22 1.2 Thành phần hóa học của thép chế tạo đường ống dẫn nước bơm ép 23 1.

Chống ăn mòn kim loại trong môi trường khai thác dầu khí 23 1. Chất ức chế ăn mòn cho bề mặt bên trong đường ống 23 1. Cơ chế tác động của các chất ức chế ăn mòn 24 1. Chất ức chế ăn mòn ứng dụng trong khai thác dầu khí 27 1.

Phương pháp tổng hợp imidazolin 31 1. Các phương pháp đóng vòng tạo imdazolin 31 1. Phương pháp tổng hợp chất ức chế ăn mòn imidazolin 32 Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm 36 2.

Tổng hợp chất ức chế ăn mòn imidazolin 36 2. Tổng hợp amit/amin, tiền chất điều chế imidazolin 36 2. Đặc điểm của quá trình tổng hợp chất ức chế 36 2. Tổng hợp amit/amin 38 2.

Điều chế ankyl imidazolin 39 2. Tổng hợp acryl amit oleyl imidazolin 40 2. Phương pháp khảo sát quá trình ăn mòn 40 2. Phương pháp điện hóa 40 2.Đường cong phân cực 40 2.2 Đo tổng trở điện hóa 42 2.

Hệ thiết bị đo ăn mòn bằng phương pháp điện hóa 44 2. Phương pháp tổn hao trọng lượng 46 2. Các phương pháp mô phỏng thực tế, đánh giá ăn mòn kim loại trong khai thác và chế biến dầu khí 46 2. Khảo sát trong điều kiện tĩnh 47 v 2.

Phương pháp điện cực trụ quay (RCE) 48 2. Thiết bị đo ăn mòn mô phỏng điều kiện dòng chảy động - flow loop 50 2. Một số hệ thống đo flow loop trên thế giới 50 2. Chế tạo thiết bị flow loop 53 2.

Chuẩn bị tiến hành thí nghiệm 56 2. Phương pháp tính hiệu quả bảo vệ và xác định cơ chế hấp phụ của 56 chất ức chế 2. Xác định cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn. Kết quả và thảo luận 59 3.

Tổng hợp và pha chế hệ ức chế ăn mòn imidazolin 59 3. Kiểm tra tính chất hóa lý của nguyên liệu tổng hợp imidazolin. Nguyên liệu Dietylentriamin 59 3. Tính chất của axít oleic 59 3.

Tính chất hóa lý của dầu lạc 59 3. Tính chất của axit acrylic 61 3. Kiểm tra các tính chất hóa lý của imidazolin. Hiệu suất phản ứng và tính chất hóa lý của amit/amin 61 3.

Hiệu suất phản ứng và tính chất hóa lý của ankyl imidazolin 65 3. Hiệu suất phản ứng của oleyl imidazolin acryl amit. Thành phần hệ ức chế ăn mòn 69 3. Hệ ức chế amit/amin 69 3.Thành phần hệ ức chế ankyl imidazolin 71 3.

Thành phần hệ ức chế oleyl imidazolin biến tính bằng axít acrylic 72 3. Khả năng bảo vệ của hệ ức chế ăn mòn gốc imidazolin trong điều 73 kiện tĩnh 3. Khả năng ức chế chống ăn mòn thép N80 của amit/amin 73 3. Khảo sát hiệu quả bảo vệ thép N80 của hệ ức chế theo phương 73 pháp điện hóa 3.2 Hiệu quả bảo vệ của hệ ức chế amit/amin xác định bằng phương 79 pháp tổn thất trọng lượng vi 3.

Bàn luận phần 3. Khả năng ức chế chống ăn mòn thép N80 của ankyl imidazolin 91 3. Đường cong phân cực của thép N80 với các hệ ức chế ankyl 91 imidazolin 3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu lên hiệu quả ức chế ăn mòn 95 của ĐH5 và ĐH6 3.

Thảo luận về hiệu quả bảo vệ của hệ ức chế ankyl imidazolin 98 3. Khả năng bảo vệ thép N80 của hệ ức chế ankyl imidazolin biến tính 99 bằng axít acrylic 3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ức chế lên hiệu quả ức chế 99 ăn mòn của ĐH7. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu lên hiệu quả ức chế ăn mòn 101 của hệ ĐH7 3.

So sánh hiệu quả bảo vệ của ĐH7 và mẫu chất ức chế thương phẩm 102 3. Đánh giá bằng phương pháp giảm trọng lượng trong môi trường 104 nước biển chưa loại ôxi 3. Khảo sát trong môi trường NBNT loại ôxi 105 3.6 Thử nghiệm hiệu quả bảo vệ kim loại bằng thiết bị đo Corrater 109 3. Kết luận phần 3.

Hiệu quả bảo vệ thép N80 của Imidazolin trong điều kiện mô phỏng 111 dòng chảy động 3. Kết quả khảo sát bằng phương pháp điện cực trụ quay (RCE) 111 3. Kết quả đo hao hụt trọng lượng 111 3. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của hệ ức chế ĐH7, theo phương pháp 114 đo đường cong phân cực 3.

Hiệu quả bảo vệ thép N80 của hệ ức chế ĐH7, theo phương pháp 117 đo tổng trở 3. Khảo sát cấu trúc bề mặt kim loại được bảo vệ 118 3. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của ĐH7 trên thiết bị flow loop 119 3.1 So sánh kết quả đo tổng trở trong điều kiện tĩnh của thiết bị flow 119 loop, với thiết bị theo các phương pháp RDE và RCE 3. Tốc độ ăn mòn kim loại tại các tốc độ dòng chảy khác nhau 121 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ imidazolin tới hiệu quả bảo vệ chống ăn 124 mòn thép N80 tại tốc độ chảy 5 m3/giờ vii 3.

Nghiên cứu cơ chế hấp phụ của các hệ ức chế 126 KẾT LUẬN 129 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT - ASTM: Cục tiêu chuẩn Hoa Kỳ (America Standard Testing Material). - BTX: Benzen, tôluen, xylen. - CCM: thiết bị đo ăn mòn điện hóa, (Computerized corroso metter). - EDX : phổ tán xạ năng lượng tia X ,(Energy dispersive x-ray spectroscopy).

- EIS : phương pháp tổng trở, (Electrochemical impedance spectroscopy). - GPES: đường cong phân cực, (General purpose electrochemical Spectroscopy). - HTHPRCE: thiết bị đo ăn mòn ở nhiệt độ cao, áp suất cao, (High temperature, high pressure rotating cylinder electrode). - NACE: hội kỹ thuật ăn mòn Quốc tế, (National Association Corrosion Engineer).

- NBNT: nước biển nhân tạo. - RC : thiết bị lồng quay, (Rotating cage). - RDE : điện cực đĩa quay, (Rotating disk electrode). - RCE : điện cực hình trụ quay- (Rotating cylinder electrode).

- SEM : hiển vi điện tử quét, (Scanning electro microscope). - SSCE : điện cực bạc, bạc clorua, (Silver silver chloride electrode) - TCVN : tiêu chuẩn Việt Nam. - A : đương lượng điện hóa. - Cd: điện dung lớp kép.

- Cinh: nồng độ chất ức chế. - CM: nồng độ mol. - ĐH1 ÷ ĐH7: Các hệ ức chế ăn mòn. - Eo: thế mạch hở, [V].

- Ia: mật độ dòng anốt, [A/cm2]. ix - Ic: mật độ dòng catốt, [A/cm2]. - Icorr : mật độ dòng ăn mòn, [A/cm2]. - If: mật độ dòng faraday, [A/cm2].

- Iinh: dòng ăn mòn khi có chất ức chế ăn mòn, [A/cm2]. - Iuninh: Dòng ăn mòn khi không có chất ức chế ăn mòn, [A/cm2]. - Kads: Hằng số hấp phụ - M: Tốc độ ăn mòn (theo dòng ăn mòn, trọng lượng, tổng trở). - Mo: Tốc độ ăn mòn khi không có chất ức chế.

- MPY: Mils per year, 1Mils = 0,0024cm. - ppb : Part per billion, phần tỷ. - ppm : Part per million, phần triệu. - Rp : Điện trở phân cực, [Ω cm2].

- Rct: Điện trở chuyển điện tích, [Ω cm2]. - Rs: Điện trở dung dịch, [Ω cm2]. - Zf : Tổng trở Faraday, [Ω cm2]. - Ucyl: Tốc độ bề mặt, vòng/phút.

- Vcorr: Tốc độ ăn mòn, mm/năm - ω: Tốc độ quay, rad/s. - Z: Hiệu quả bảo vệ, %. - Z”: Điện trở ảo, [Ω cm2]. - Zω: Tổng trở khuếch tán, [Ω cm2].

- ε: Đương lượng gam. - ∆G: Năng lượng hấp phụ tự do, [KJ/Mol]. x DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.