Ингибитор коррозии черных металлов в углекислотных средах

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ В УГЛЕКИСЛОТНЫХ СРЕДАХ(71) Заявитель Гродненское производственное республиканское унитарное предприятие ГПО Азот(73) Патентообладатель Гродненское производственное республиканское унитарное предприятие ГПО Азот(57) 1. Ингибитор коррозии черных металлов в углекислотных средах, содержащий моноэтаноламин, циклогексанон,циклогексилциклогексанон,продукт автоконденсации циклогексанона и-2 оксиэтилэтилендиамин при следующих соотношениях компонентов, мас.моноэтаноламин 0,8-30,0 циклогексанон 0,5-8,5 циклогексилциклогексанон 5-24 продукт автоконденсации циклогексанона 10-64-2-оксиэтилэтилендиамин 0,1-20,0. 2. Ингибитор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алифатические спирты С 1-С 7 в количестве 1-40 мас. . Ингибитор предназначен для защиты от коррозии черных металлов в углекислотных однофазных и двухфазных средах и может быть использован для борьбы с коррозией оборудования нефтяных и газовых скважин в продукции которых присутствует углекислый газ. В качестве аналога нового ингибитора выбран ингибитор углекислотной коррозии черных металлов в двухфазных средах типа углеводород-электролит, насыщенных углекислым газом, содержащий кубовый остаток моноэтаноламиновой очистки природного газа и органическую добавку. В качестве органической добавки он содержит кубовый остаток ректификации циклогексанола при следующем соотношении компонентов, мас.кубовый остаток моноэтаноламиновой очистки природного газа кубовый остаток ректификации циклогексанола 4875 1 В качестве прототипа изобретения выбран ингибитор кислотной коррозии в нефтепромысловых средах,который содержит кислородсодержащий отход производства капролактама и азотсодержащую органическую добавку. В качестве кислородсодержащего отхода производства он содержит куб ректификации продуктов окисления циклогексана и дегидрирования циклогексанола или его смесь со спиртовой фракцией производства капролактама, а в качестве азотсодержащей добавки моноэтаноламин или азотсодержащие отходы производства аммиака или капролактама при массовом соотношении кислород и азотсодержащих компонентов в смеси 2,5-1,1 3. Недостатком ингибитора кислотной коррозии в нефтепромысловых средах, а также ингибитора углекислотной коррозии черных металлов в двухфазных средах является их низкая эффективность в двухфазных средах насыщенных углекислым газом. Задачей ингибитора является повышение защитного действия ингибитора в различных средах. Для решения этой задачи предложено использовать и ингибитор коррозии черных металлов в углекислотных средах, содержащий моноэтаноламин, циклогексанон, циклогексилциклогексанон, продукт автоконденсации циклогексанона и -2- оксиэтилэтилендиамин при следующих соотношениях компонентов,мас.моноэтаноламин 0,8-30,0 циклогексанон 0,5-8,5 циклогексилциклогексанон 5-24 продукт автоконденсации циклогексанона 10-64-2-оксиэтилэтилендиамин 0,1-20,0. Ингибитор дополнительно содержит алифатические спирты 1-7 в количестве 1-40 мас. . Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, так как из последнего не выявляется влияние существенных признаков этого изобретения на достижение нового технического результата. В качестве одного из основных компонентов нового ингибитора используется продукт автоконденсации циклогексанона-димер, представляющий собой смесь двух неразделяемых изомеров - 2 циклогексенилциклогексанона и 2-циклогекселиденциклогексанона, который условно (далее по тексту заявки) назван дианоном. Для улучшения растворимости предлагаемого ингибитора в водяной фазе используется растворитель спирт с длиной углеродной цепи 1-7- метиловый, этиловый, пропиловый, изопропиловый, бутиловый и др. Возможно использование в качестве растворителя смеси спиртов, например, спиртовой фракции. Спиртовая фракция - полупродукт производства циклогексанона с температурой кипения 80-105 С, с содержанием спирта С 3-С 5 до 70 , имеющей следующий состав, мас.амиловый спирт 40-53 изоамиловый спирт 0,5-1,7 циклогексанон 2-22 циклопентанон 1-3 изобутиловый спирт 0,5-2,5 н-бутиловый спирт 0,3-0,6 н-пропиловый спирт 0,1-0,6 тяжелокипящие примеси в воде остальное. Экспериментальным путем установлено, что оптимальное соотношение ингибитора коррозии и растворителя в пределах (мас. ) ингибитор 60-99, спирт 1-40 и определяется условиями применения ингибитора. Помимо высоких защитных свойств в отношении общей коррозии стали в углекислотных средах, предлагаемый ингибитор предотвращает наводороживание и способствует сохранению первоначальных пластических свойств металла. Ингибитор обладает значительным последствием (до 30 суток), устойчив при длительном хранении, термостабилен (не теряет эффективности при нагревании до 200 С), малотоксичен. Каждый из компонентов нового ингибитора не обеспечивает защиты черных металлов от коррозии в углекислотных средах. Только в смеси наблюдается резкое увеличение защитного действия, так называемый эффект синергизма. Ингибитор готовится простым смешиванием компонентов в определенных весовых соотношениях при атмосферном давлении и температуре от 15 до 90 С. В результате образуется продукт со следующими физико-химическими свойствами. Внешний вид - однородная подвижная жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета с плотностью 980-1020 кг/м 3 (20 С), с температурой замерзания ниже (-) 30 С. Растворим в спирте, нефти, ограниченно в воде. Защитные свойства ингибитора и его компонентов определены в лабораторных условиях на образцах Ст. 3 весовым методом в коррозионных средах, моделирующих сильнообводненные нефтяные и газоконден 2 4875 1 сационные скважины. Коррозионные испытания проводили в циркуляционной ячейке с рабочим объемом 350 мл, скорость движения агрессивной среды - 1,0 м/с. Состав исследуемых смесей ингибитора приведен в табл. 1. Таблица 1 Состав смеси, мас.Номер смеси Для изучения влияния количественного соотношения компонентов на эффективность предлагаемого ингибитора испытаниям подвергали смеси (состав в таблице 1) и чистые компоненты. Испытания проводили в условиях в качестве контрольных образцов использовали плоские образцы из стали СТЗ в качестве реакционной среды используют двухфазную систему, состоящую из 0,1 н раствора хлористого натрияи керосина. Соотношение водной и углеводородной фаз 101. Реакционная среда насыщена углекислым газом (С 2) Р 1105 Па, подкислена соляной кислотой до рН 2. Испытания проводили в течение 6 часов при температуре 20 С, скорости движения реакционной среды 1,0 м/сек и концентрации вводимого ингибитора 0,5 г/дм 3. Обработку полученных результатов проводили по формулам где К - скорость коррозии, г/м 2 ч М 0 - масса образца до испытания, г М - масса образца после испытания, г- площадь поверхности образца, м 2 Т - время испытания, ч где- степень защиты,Ко - скорость коррозии образца в неингибированной Среде, г/м 2 ч Кп - скорость коррозии образца в ингибированной Среде, г/м 2 ч Результаты испытаний представлены в табл. 2.-2-оксиэтилэтилендиамин 2,33 19 Фон/без ингибитора 2,89 Как видно из результатов, представленных в табл. 2, отдельные компоненты не обеспечивают высокой защиты от коррозии, только в смеси проявляется синергетический эффект - эффект взаимного усиления защитного действия. Эффективность смеси зависит от количественного соотношения компонентов. Максимальным защитным действием обладают смеси, состоящие из пяти компонентов. При этом с ростом содержания кетонов в смеси защитное действие ингибитора возрастает. Результаты исследования зависимости защитного действия ингибитора и прототипа от концентрации и температуры представлены в табл. 3. Зависимость защитного действия ингибиторов от концентрации и температуры изучены в среде (0,1 нкеросин) (101), подкисленной до рН 2, насыщенной СО 2. Время испытаний 6 ч (20 С), 3 ч (80 С). 2,0 2,34 3,65 19 26 0,5 2,68 4,01 7 19 0,005 2,75 4,63 5 7 Фон (без ингибитора) 0 2,69 4,96 Как видно из представленных данных, с ростом концентрации и температуры защитное действие предлагаемого ингибитора возрастает. По степени защиты предлагаемый ингибитор превосходит прототип в испытанном интервале концентраций 0,005-2,0 г/дм 3 при 80 С - на 73 абс. Так как новый ингибитор ограниченно растворим в воде, предлагается при применении его в однофазных водных средах использовать его спиртовые растворы. Исследовалось защитное действие смеси предлагаемого ингибитора с метанолом, изопропиловым спиртом и спиртовой фракцией при их различном соотношении. Определение влияния предлагаемого ингибитора и его смесей с растворителем на коррозию стали СтЗ изучены в реакционной среде водный раствор 3 насыщенный углекислым газом (Р 1105 Па) при температуре 200 , время испытаний 6 ч, скорость движения среды 1 м/сек. Концентрация ингибитора 1 4 4875 1 г/дм 3 оставалась постоянной, менялось лишь в ней соотношение ингибитор-спирт. Результаты представлены в табл. 4. Таблица 4 Состав смеси (мас. ) Степень защиты, ,Ингибитор Спирт Метанол Изопропиловый спирт Спиртовая фракция 1 2 3 4 5 100 0 69 69 69 99 1 70 89 86 95 5 71 97 97 90 10 78 85 90 75 25 90 80 80 50 50 98 77 61 40 60 99,8 65 54 20 80 84 10 3 0 100 6 37 2 Как видно из представленных результатов, в однофазных углекислотных средах из-за малой растворимости защитное действие предлагаемого ингибитора ниже, чем в двухфазных средах, и составляет 70 . При введении растворителя (спирта) в смесь, защитное действие возрастает. С ростом молекулярной массы спирта требуется меньшее его количество. Анализируя полученные результаты по изучению смесей предлагаемого ингибитора и растворителя необходимо отметить, что содержание растворителя не должно превышать 40 . Только в случае с метанолом возможно повышение его содержания в смеси до 50. Оценено влияние предлагаемого ингибитора на механическую прочность металла. Опыты проводили на проволочных образцах из стали БСтОм диаметром 2 мм, длиной 15 мм на машине К-2 при постоянном направлении кручения. Образцы предварительно выдерживали в коррозионной среде (0,1 н -керосин)(1018, рН 2, Рсо 2-1105 Па) без ингибитора и с ингибитором. Способность ингибитора оказывать влияние на пластичность стали оценивали по коэффициенту, где- число скручиваний до разрушения образца после пребывания в ингибированной среде- число скручиваний стали после пребывания в коррозионной среде без ингибитора. Результаты представлены в табл. 5. Таблица 5 Ингибитор Состояние поставки 36 Без ингибитора 25 Предлагаемый ингибитор 36 1,4 Циклогексанон (аналог) 5 0,2 Моноэтаноламин (прототип) 6 0,2 Результаты испытаний показывают, что в присутствии предлагаемого ингибитора наблюдается увеличение циклической прочности стали до исходной величины. Таким образом, предлагаемый ингибитор в отличие от аналога и прототипа, предотвращает наводораживание стали. Предлагаемый новый ингибитор, наряду с лабораторными, прошел широкие промышленные испытания на нефтяных промыслах Удмуртии, Белоруссии и Украины и рекомендован для использования при нефтегазодобыче. Источники информации 1.1667 С 2, 1997. 2. Алцибеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л. Химия, 1968. - С. 87. Там же, с. 97. 3.2023052 С 1, 1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.