Ингибитор сероводородной коррозии и наводороживания металлического оборудования

Ингибитор сероводородной коррозии и наводороживания металлического оборудования

Реферат

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.

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 Н₃ССООН (среде NACE), содержащем 2,0 г/л H₂S, 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=((K₁-K₂)/K₁)·100%, где K₂ - скорость коррозии в присутствии ингибитора; K₁ - скорость коррозии в отсутствии его).

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^-6 мм рт.ст., и нагревали до 500°C. Количество водорода, выделяющееся при нагревании образца в вакууме, оценивали по изменению давления за 10 мин (Р_об), измеряемому манометром Мак-Леода при постоянном объеме вакуумной части системы. Давление выделившегося водорода (Р_Н2) рассчитывали по изменению общего давления (Р_об) по формуле:

Р_Н2=Р_об-Р_нат

где Р_нат - поправка холостого опыта. Объемную концентрацию водорода в стали (см³/100 г стали) рассчитывали по формуле:

.

где k - константа, связанная с объемом аналитической части установки; М - масса стального образца, г.

Об эффективности ингибиторов в отношении снижения наводораживания судили по величинам степеней защиты от наводораживания (Z_H2=((V₁-V₂)/V₁)·100%, где V₂ - объемная концентрация водорода в образцах выдержанных в агрессивной среде содержащей ингибитор; V₁ - объемная концентрация водорода в образцах выдержанных в агрессивной среде без ингибитора).

Пластичность стали 70С2ХА оценивали на приборе НГ-1-3М по числу перегибов до разрушения ленточных образцов в исходном состоянии (П₀) 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, %	ZH2, %	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,	ZH2,	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

1. Ингибитор сероводородной коррозии и наводороживания металлического оборудования, содержащий органическое производное аммиака, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аминотриазол или его производное, а в качестве органического производного аммиака он содержит этиламин или гексаметилентетрамин, или хлорид тетраметиламмония, или хлорид тетраэтиламмония, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

органическое производное аммиака	2-50
аминотриазол или его производное	50-98

2. Ингибитор коррозии по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминотриазола или его производного он содержит 3-амино-1,2,4-триазол или 4-амино-1,2,4-триазол, или 1-амино-1,2,3-триазол-4-ол, или 5-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)пентанитрил, или 2-(4-амино-1,2,3,-триазол-2-ил)-5-гидроксиметил)тетрагидрофуран-3,4-диол.