Состав для ингибирования кислотной коррозии стали

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, в частности малоуглеродистой стали в солянокислых средах и может быть использовано при кислотных обработках скважин, отмывке оборудования от минеральных отложений или травлении металлов. Состав для ингибирования кислотной коррозии стали содержит гидрохлорид тиосемикарбазида на полиэтиленполиаминной матрице, полученный конденсацией тиосемикарбазида на полиэтиленполиаминной матрице с легким талловым маслом и последующей обработкой раствором НСl. Техническим результатом является получение нового состава, обеспечивающего эффективную защиту стали от коррозии при контакте металлического оборудования с соляной кислотой. 2 пр.

 

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии малоуглеродистой стали в кислых средах. В частности, к способам получения ингибирующего состава, на основе модифицированного полиэтиленполиамина (ПЭПА) и легкого таллового масла (ЛТМ), который может быть использован в нефтегазодобывающей отрасли, а также в металлургии и энергетике при различных видах кислотной обработки металлического оборудования и транспортировке кислот. Применение солянокислотной обработки скважин, дающей положительный эффект в виде увеличения нефте- и газоотдачи, сопровождается отрицательными последствиями, связанными с коррозией оборудования скважин. Именно поэтому при солянокислотной обработке скважин требуется применение веществ, замедляющих протекание коррозионных процессов, т.е. ингибиторов коррозии.

Целью изобретения является изыскание нового состава, обеспечивающего эффективную защиту стали от коррозии при контакте металлического оборудования с соляной кислотой, с использованием простых стадий, дешевых реагентов и растворителей. Поставленная цель достигается использованием нового состава - гидрохлорида тиосемикарбазида, полученного на основе полиэтиленполиаминной матрицы, конденсированного с ЛТМ, что позволило получить высокий защитный эффект на стали Ст3 при концентрации ингибитора 0,1 г/л в 15% растворе HCl.

Известны технические ингибирующие составы на основе полиэтиленполиамина (ПЭПА) в присутствии уротропина, изопропилового спирта и неионогенного ПАВ, показывающие высокое защитное действие в растворах концентрированной соляной кислоты (Патент РФ №2347852). Другим примером использования ПЭПА для производства ингибиторов кислотной коррозии стали является Патент РФ №2620214, который описывает использование смеси ПЭПА, бензилхлорида, пропаргилового спирта и низкомолекулярных альдегидов. Использование таких смесевых ингибиторов не учитывает вклад каждого компонента в защитное действие, что приводит к перерасходу реагентов и нерациональному использованию ресурсов.

Первоначальное модифицирование полиэтиленполиаминной матрицы повышает ее эффективность, за счет образования новых функциональных центров, что позволит значительно сократить количество вводимых компонентов в ингибирующие составы без потери эффективности защитного действия. Кроме того, это поможет избежать проблем, связанных с воспроизводимостью результатов при смене исходного сырья для активной основы.

Вышеназванный результат получения ингибитора кислотной коррозии, достигается особенностью, заключающейся в том, что ПЭПА подвергают предварительной модификации, введением тиосемикарбазидного фрагмента, который в дальнейшем взаимодействует с ЛТМ. Последующей кислотной обработкой получают водорастворимый ингибирующий состав.

Способ получения ингибитора кислотной коррозии подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторную установку, состоящую из кругл о донной колбы необходимого объема, магнитной мешалки, колбонагревателя, термопары, насадки Клайзена, насадки Дина-Старка, капельной воронки с противодавлением, термометра, нисходящего холодильника Либиха, колбы-приемника, склянки Дрекселя и водоструйного насоса с краном сброса давления, загружают ПЭПА (5 мл, 1 экв.), добавляют изопропиловый спирт, затем при перемешивании и 25°С добавляют КОН (5,9 г, 1 экв.). Полученный раствор перемешивают при 25°С в течение 10 минут, затем медленно, в течение 30 минут прикапывают CS₂ (6,4 мл, 1 экв.) с одновременным нагревом реакционной массы до 35°С. Спустя 1 час к реакционной смеси медленно, в течение 20 минут, прикапывают N₂H₄⋅H₂O (5,3 мл, 1 экв.) и нагревают до 80°С. Спустя 1 час реакционную смесь охлаждают до 50°С, затем при перемешивании и дегазации прикапывают раствор ЛТМ (8,83 г, 0,5 экв.) в n-ксилоле (20 мл). Перемешивают при заданных условиях 1 час и повторно прикапывают раствор ЛТМ (8,83 г, 0,5 экв.) в n-ксилоле (20 мл). После чего перемешивают 20 минут и прикапывают третью порцию раствора ЛТМ (4,42 г, 0,25 экв.) в n-ксилоле (10 мл). Полученную реакционную смесь перемешивают 20 минут при 50°С. Далее, при пониженном давлении и 50°С отгоняют из реакционной массы изопропиловый спирт. По окончании в реакционную смесь добавляют n-ксилол (10 мл) и оставляют на 15 ч. при перемешивании и 50°С. После этого реакционную смесь (рН=8) кипятят с насадкой Дина-Старка в течение 1 часа. Затем охлаждают полученную реакционную массу до 75°С и отгоняют растворитель прямой перегонкой при перемешивании и пониженном давлении с поэтапным повышением температуры до 100°С. Полученный состав охлаждают до 25°С и сушат на воздухе в течение 24 ч. Полученный модифицированный ПЭПА растворяют в метаноле при 50°С и при перемешивании прикапывают концентрированную HCl до рН=3-4. Далее перемешивают 8 ч при 50°С и 48 ч при 25°С, после чего отгоняют растворитель прямой перегонкой при 50°С и пониженном давлении. В результате получают новый противокоррозионный состав в виде жидкой коричневой массы, растворимой в H₂O и растворах HCl.

Полученный продукт - гидрохлорид тиосемикарбазида на полиэтиленполиаминной матрице, конденсированный с легким таловым маслом.

Пример 2. Коррозионные испытания полученного ингибирующего состава проводят в лабораторных условиях гравиметрическим методом в 15% растворе соляной кислоты в воде. Образцы изготовлены из Ст3 в соответствии с ГОСТ 380-71. Время экспозиции образцов в данных условиях 24 часа. После завершения испытаний продукты коррозии удаляются с поверхности стали, и рассчитывается скорость коррозии (1) и защитный эффект ингибитора (2):

где K - скорость коррозии стали, [г/(м²⋅ч)]; m_o - масса исходного образца, г; m - масса образца после испытания и удаления продуктов коррозии, г; S - площадь поверхности образца, м²; τ - время испытания, ч.

где К_о и K - скорость коррозии стали в неингибированном растворе и с добавлением ингибитора, [г/(м²⋅ч)].

Скорость коррозии Ст3 в 15% растворе HCl при стандартных условиях составляет 14,3 г/м²⋅ч. Скорость коррозии Ст3 в 15% растворе HCl в присутствии 100 мг/л ингибитора, полученного на основе ПЭПА - 0,9 г/м²⋅ч. Таким образом, защитное действие исследуемого состава в 15% растворе HCl составляет 94%. При увеличении температуры до 80°С скорость коррозионного процесса возрастает примерно в 7 раз и составляет 98,3 г/м²⋅ч, 7,9 г/м²⋅ч для неингибированного и ингибированного растворов соответственно, защитный эффект ингибитора при этом сохраняется и составляет 92%.

Состав для ингибирования кислотной коррозии стали, содержащий гидрохлорид тиосемикарбазида на полиэтиленполиаминной матрице, полученный конденсацией тиосемикарбазида на полиэтиленполиаминной матрице с легким талловым маслом и последующей обработкой раствором НСl.