Ингибитор коррозии углеродистой стали в кислой среде и способ получения ингибированной галоидводородной кислоты
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано в нефтяной промышленности для защиты нефтепромыслового оборудования и для кислотной обработки буровых скважин, а также для обработки призабойной зоны нефтяных и водонагнетательных скважин. Ингибитор содержит, мас.%: уротропин или полиэтиленполиамин 5-80, соль меди 0,1-10 и соляную кислоту или смесь 12%-ной соляной и 5%-ной уксусной кислот (при их соотношении (3-6):1 соответственно) остальное. Способ получения ингибированной галоидводородной кислоты включает разбавление галоидводородной кислоты водой и ввод в нее ингибитора коррозии, приведенного выше. Технический результат: повышение эффективности ингибирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Реферат
Изобретение относится к средствам защиты металлов от коррозии, а именно к ингибитору коррозии в кислой среде, и к способам получения ингибированной галоидводородной кислоты, которые могут быть использованы в нефтяной промышленности для кислотной обработки буровых скважин, а также для обработки призабойных зон нефтяных и водонагнетательных скважин.
Известен ингибитор коррозии углеродистой стали в солянокислотной среде, который представляет собой продукт взаимодействия бензиламина с уротропином (SU №141048, БИ №17, 1961 г.).
Известно использование анилина и уротропина в качестве ингибитора коррозии углеродистых сталей в растворах соляной кислоты (Алцыбеева А.И., Левин С.З. «Ингибиторы коррозии металлов», Л.: Химия, 1968, с.28-29).
Однако известные ингибиторы недостаточны эффективны.
Наиболее близким по решаемой задаче, технической сущности и достигаемому эффекту является ингибитор коррозии углеродистой стали в солянокислой среде на основе уротропина и сульфата меди, содержащий дополнительно 1-нафтиламин гидрохлорид или 1-нафтиламин, анилин, моноэтаноламин и воду (RU №2288298, МПК С23F 11/04, 27.11.2006).
Однако известный ингибитор является многокомпонентным и недостаточно эффективным при ингибировании соляной кислоты, что приводит к коррозионному разрушению нефтепромыслового оборудования и транспортных средств, используемых для ее перевозки.
Известен способ получения ингибированной соляной кислоты, включающий предварительное разбавление абгазной соляной кислоты сначала водой, а затем раствором, полученным путем обработки формальдегидом маточного раствора производства хлорамина Б со стадии амидирования бензолсульфохлорида водным раствором аммиака, после чего в нее вводят азотсодержащий ингибитор(патент РФ №2096523, кл. С23F 11/04, 10.10.97).
К недостаткам известного способа ингибирования соляной кислоты относятся сложность процесса, невысокая эффективность ингибирования соляной кислоты при низких концентрациях.
Известен способ получения ингибированной соляной кислоты, включающий разбавление ее водой и ввод в нее азотсодержащего компонента - первичных высших алифатических аминов формулы NH2R, где R-углеводородный радикал, содержащий от 10 до 18 атомов углерода или изоалкиламинов, содержащих разветвленную структуру аминов фракции С12-C18 (патент РФ №2159300, кл. С23F 11/04, опубл. 20.11.2000).
Ингибированная соляная кислота, получаемая по известному способу, неоднородна и недостаточно эффективна.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ получения ингибированной соляной кислоты, включающий разбавление ее водой и ввод в нее азотсодержащего компонента, в качестве которого берут первичные алифатические амины формулы NH2R или смесь первичных и вторичных алифатических аминов формулы NH2R, где R-алкил с числом углеводородных атомов С8-С20 или изоалкиламины, содержащие разветвленную структуру аминов фракции С12-С18, и дополнительный ввод неионогенного поверхностно-активного вещества (НПАВ) и формальдегидсодержащего соединения (ФСС) (RU №2206637, С23F 11/04, 2003). Как вариант способа азотсодержащее соединение предварительно до ввода в водный раствор соляной кислоты смешивают с порцией разбавленной соляной кислотой в соотношении моль/моль и в полученную смесь вводят неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ) и формальдегидсодержащее соединение (ФСС).
Ингибированная соляная кислота, получаемая по известному способу, недостаточно кондиционна по однородности, что приводит к ее расслоению и снижению степени защиты от коррозии.
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания эффективного ингибитора коррозии углеродистой стали в кислой среде, а также создания способа получения ингибированной галоидводородной кислоты, которая соответствует требованиям и нормам технических условий на нее.
Поставленная изобретением задача решается так, что ингибитор коррозии углеродистой стали в кислотной среде, включающий уротропин или полиэтиленполиамин(ПЭПА), соль меди, дополнительно содержит соляную кислоту или смесь 12%-ной соляной и 5%-ной уксусной кислот (при их соотношении (3÷6):1 соответственно) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Уротропин или ПЭПА | 5-80 |
соль меди | 0,1-10 |
Соляная кислота или смесь соляной и | |
уксусной кислот | остальное, |
а также, что в способе получения ингибированной галоидводородной кислоты, включающем разбавление галоидводородной кислоты водой с последующим вводом в раствор кислоты азотсодержащего соединения, в качестве азотсодержащего соединения вводят ингибитор коррозии, приведенный выше.
В варианте способа в ингибированную галоидводородную кислоту дополнительно вводят иодид или спиртовый раствор иодида.
В качестве солей меди берут двухвалентную соль меди, например сульфат меди, или хлорид меди, или медь углекислую основную.
Для приготовления ингибитора коррозии берут соляную кислоту или смесь 12%-ной соляной и 5%-ной уксусной кислот (при их соотношении (3÷6):1 соответственно).
В качестве иодидов вводят, например, иодид калия или иодид натрия, или 8-10% спиртовый раствор иодида, причем в качестве спирта берут, например, этиловый или метиловый спирт.
Ингибитор коррозии получают при последовательном смешении и до полного растворения химических реагентов в соответствии с рецептурой при атмосферном давлении и комнатной температуре (см. табл.1).
Таблица 1 | ||||||
№ п/п | Состав ингибитора коррозии, мас.% | |||||
Алифатическое азотсодержащее соединение | Соль меди | Раствор кислоты | ||||
1 | Уротропин | 10 | СuCl2 | 5 | HCl | 85,0 |
2 | Уротропин | 20 | СuSO4 | 2 | HCl+Укс.к-та (3:1) | 78,0 |
3 | Уротропин | 60 | СuCO3·Сu(OH)2 | 0,1 | HCl | 39,9 |
4 | ПЭПА | 40 | СuSO4 | 1 | HCl+Укс.к-та (5:1) | 59,0 |
5 | ПЭПА | 20 | СuCl2 | 10 | HCl | 70,0 |
6 | Уротропин | 80 | СuCl2 | 8 | HCl+Укс.к-та (4:1) | 12,0 |
7 | Уротропин | 50 | СuSO4 | 6 | HCl | 44,0 |
Таблица 2 | |||||||
№ п/п | Состав ингибированной кислоты, мас.% | Эффективность ингибирования,% | |||||
Галоидводородная кислота | ИК по п.1 из табл. 1 | Иодид или спирт. р-р иодида | |||||
1 | HCl техн. | 99,5 | №1 | 0,5 | - | 99,6 | |
2 | HCl | 98,5 | №4 | 0,5 | NaJ | 1,0 | 99,8 |
3 | Смесь (HCl+HF) | 99,3 | №5 | 0,7 | - | 99,8 | |
4 | Смесь (HCl+HF) | 99,0 | №6 | 0,5 | Спирт. р-р KJ* | 0,5 | 99,8 |
5 | Смесь (HCl+HF) | 99,3 | №7 | 0,7 | - | 99,9 | |
6 | HCl | 99,5 | №3 | 0,5 | - | 99,6 | |
7 | HCl | 99,2 | №6 | 0,7 | Спирт. р-р NaJ** | 0,1 | 99,7 |
8 | HCl | Прототип | - | 98,3 | |||
9 | Смесь (HCl+HF) | Прототип | - | 97,2 | |||
* - использовался метиловый спирт | |||||||
** - Использовался этиловый спирт |
Коррозионные испытания ингибитора коррозии и полученных ингибированных кислот проводят на образцах стали марки Ст3. Агрессивной средой служат 20-25%-ная соляная кислота, смесь кислот с содержанием НСl 20-25% и HF 3-5%.
В прибор для определения скорости коррозии, состоящий из стеклянного цилиндра вместимостью 400 см3, меткой на 250 см3 с пришлифованной пробкой, в которой имеется отверстие для выхода водорода, стеклянного стержня с крючками для подвешивания стальных пластин, заливают кислоту и помещают 4 пластины из стали марки Ст3. Пластины предварительно измеряют, промывают водой, спиртом, ацетоном, сушат и взвешивают. Цилиндры с пластинами помещают в термостат или водяную баню с температурой (20±3)°С. Через 24 ч пластины вынимают из раствора, промывают водой, спиртом, ацетоном, сушат и взвешивают.
Скорость коррозии (V) в г/м2ч вычисляют по формуле:
;
где m1, m2 - масса пластины до начала анализа и после, г;
S - площадь пластины, м2;
24 - время анализа.
Площадь пластины (S) в м2 вычисляют по формуле:
;
где а - длина пластины, мм;
b - ширина пластины, мм;
с - толщина пластины, мм.
Эффективность ингибирования (Z) определяют как отношение разницы в скорости коррозии стали в неингибированной и ингибированной кислотах к скорости коррозии в неингибированной кислоте:
где Vo - скорость коррозии стали в неингибированной кислоте г/м2 ч;
V1 - скорость коррозии стали в ингибированной кислоте, г/м2ч.
Из представленных в таблицах 1-2 данных видно, что заявленный ингибитор коррозии для кислых сред является эффективным и может быть использован не только для ингибирования соляной кислоты, но и для смеси соляной и фтористоводородной кислот, а ингибированные галоидводородные кислоты, полученные заявленным способом, соответствуют требованиям, предъявляемым к ингибированным кислотам.
Приготовленные заявленным способом ингибированные кислоты стабильны при перевозке и хранении, обладают широким спектром использования в различных отраслях промышленности.
1. Ингибитор коррозии углеродистой стали в кислотной среде, включающий уротропин или полиэтиленполиамин ПЭПА, соль меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соляную кислоту или смесь 12%-ной соляной и 5%-ной уксусной кислот при их соотношении (3-6):1 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
уротропин или ПЭПА | 5-80 |
соль меди | 0,1-10 |
соляная кислота или смесь соляной и уксусной кислот | остальное |
2. Способ получения ингибированной галоидводородной кислоты, включающий разбавление галоидводородной кислоты водой и ввод в нее азотсодержащего соединения, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего соединения берут ингибитор коррозии по п.1.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в ингибированную галоидводородную кислоту дополнительно вводят иодид или спиртовый раствор иодида.