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

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. GS. TSKH. Nguyễn Đức Hùng
2. TS. 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
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

viii
x

xiv

MỞ ĐẦU

1

Chương 1. Tổng quan

4

1.1. Ăn mòn điện hóa

4

1.1.1. Cơ chế và đặc điểm của ăn mòn điện hóa

5

1.1.2. Ăn mòn khử phân cực ôxi

6

1.1.3. Ăn mòn khử phân cực hiđrô

8

1.1.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn điện hoá

9

1.1.4.1.Độ bền nhiệt động của kim loại

9

1.1.4.2. Cấu tạo và tính chất của hợp kim

10

1.1.4.3. Trạng thái bề mặt của kim loại

11

1.1.4.4. Độ pH của dung dịch điện ly

11

1.1.4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

11

1.1.4.6. Ảnh hưởng của áp suất

12

1.1.4.7. Tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly

12

1. 2. Ăn mòn kim loại trong khai thác và chế biến dầu khí

13

1.2.1. Ăn mòn bề mặt bên trong đường ống

13

1.2.1.1. Ăn mòn kim loại do H2S

14

1.2.1.2. Ăn mòn kim loại khi có mặt CO2

15

1.2.1.3. Ăn mòn kim loại với sự có mặt cùng lúc của CO2 và H2S

15

1.2.1.4. Ảnh hưởng của O2 tới tốc độ ăn mòn

16

1.2.1.5. Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy tới ăn mòn thép đường ống

18

1.2.1.6. Một số yếu tố khác ảnh hưởng tới tốc độ ăn mòn đường ống

20

iv
1.2.2. Phương pháp nước bơm ép

21

1.2.2.1. Thành phần nước bơm ép

22

1.2.2.2 Thành phần hóa học của thép chế tạo đường ống dẫn nước bơm ép

23

1.3. Chống ăn mòn kim loại trong môi trường khai thác dầu khí

23

1.3.1. Chất ức chế ăn mòn cho bề mặt bên trong đường ống

23

1.3.1.1. Cơ chế tác động của các chất ức chế ăn mòn

24

1.3.1.2. Chất ức chế ăn mòn ứng dụng trong khai thác dầu khí

27

1.3.2. Phương pháp tổng hợp imidazolin

31

1.3.2.1. Các phương pháp đóng vòng tạo imdazolin

31

1.3.2.2. Phương pháp tổng hợp chất ức chế ăn mòn imidazolin

32

Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

36

2.1. Tổng hợp chất ức chế ăn mòn imidazolin

36

2.1.1. Tổng hợp amit/amin, tiền chất điều chế imidazolin

36

2.1.1.1. Đặc điểm của quá trình tổng hợp chất ức chế

36

2.1.1.2. Nguyên liệu

36

2.1.1.3. Thiết bị

38

2.1.1.4. Tổng hợp amit/amin

38

2.1.2. Điều chế ankyl imidazolin

39

2.1.3. Tổng hợp acryl amit oleyl imidazolin

40

2.2. Phương pháp khảo sát quá trình ăn mòn

40

2.2.1. Phương pháp điện hóa

40

2.2.1.1.Đường cong phân cực

40

2.2.1.2 Đo tổng trở điện hóa

42

2.2.1.3. Hệ thiết bị đo ăn mòn bằng phương pháp điện hóa

44

2.2.2. Phương pháp tổn hao trọng lượng

46

2.3. Các phương pháp mô phỏng thực tế, đánh giá ăn mòn kim loại trong
khai thác và chế biến dầu khí

46

2.3.1. Khảo sát trong điều kiện tĩnh

47


v
2.3.2. Phương pháp điện cực trụ quay (RCE)

48

2.3.3. Thiết bị đo ăn mòn mô phỏng điều kiện dòng chảy động - flow loop

50

2.3.3.1. Một số hệ thống đo flow loop trên thế giới

50

2.3.3.2. Chế tạo thiết bị flow loop

53

2.4. Chuẩn bị tiến hành thí nghiệm

56

2.5. Phương pháp tính hiệu quả bảo vệ và xác định cơ chế hấp phụ của
chất ức chế

56

2.6. Xác định cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn.

57

Chương 3. Kết quả và thảo luận

59

3.1. Tổng hợp và pha chế hệ ức chế ăn mòn imidazolin

59

3.1.1. Kiểm tra tính chất hóa lý của nguyên liệu tổng hợp imidazolin.

59

3.1.1.1. Nguyên liệu Dietylentriamin

59

3.1.1.2. Tính chất của axít oleic

59

3.1.1.3. Tính chất hóa lý của dầu lạc

59

3.1.1.4. Tính chất của axit acrylic

61

3.1.2. Kiểm tra các tính chất hóa lý của imidazolin.

61

3.1.2.1. Hiệu suất phản ứng và tính chất hóa lý của amit/amin

61

3.1.2.2. Hiệu suất phản ứng và tính chất hóa lý của ankyl imidazolin

65

3.1.2.3. Hiệu suất phản ứng của oleyl imidazolin acryl amit.

67

3.1.3. Thành phần hệ ức chế ăn mòn

69

3.1.3.1. Hệ ức chế amit/amin

69

3.1.3.2.Thành phần hệ ức chế ankyl imidazolin

71

3.1.3.3. Thành phần hệ ức chế oleyl imidazolin biến tính bằng axít acrylic

72

3.2. Khả năng bảo vệ của hệ ức chế ăn mòn gốc imidazolin trong điều
kiện tĩnh

73

3.2.1. Khả năng ức chế chống ăn mòn thép N80 của amit/amin

73

3.2.1.1. Khảo sát hiệu quả bảo vệ thép N80 của hệ ức chế theo phương
pháp điện hóa

73

3.2.1.2 Hiệu quả bảo vệ của hệ ức chế amit/amin xác định bằng phương
pháp tổn thất trọng lượng

79


vi
3.2.1.3. Bàn luận phần 3.2.1

89

3.2.2. Khả năng ức chế chống ăn mòn thép N80 của ankyl imidazolin

91

3.2.2.1. Đường cong phân cực của thép N80 với các hệ ức chế ankyl
imidazolin

91

3.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu lên hiệu quả ức chế ăn mòn
của ĐH5 và ĐH6

95

3.2.2.3. Thảo luận về hiệu quả bảo vệ của hệ ức chế ankyl imidazolin

98

3.2.3. Khả năng bảo vệ thép N80 của hệ ức chế ankyl imidazolin biến tính
bằng axít acrylic

99

3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ức chế lên hiệu quả ức chế
ăn mòn của ĐH7.

99

3.2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu lên hiệu quả ức chế ăn mòn
của hệ ĐH7

101

3.2.3.3. So sánh hiệu quả bảo vệ của ĐH7 và mẫu chất ức chế thương phẩm

102

3.2.3.4. Đánh giá bằng phương pháp giảm trọng lượng trong môi trường
nước biển chưa loại ôxi

104

3.2.3.5. Khảo sát trong môi trường NBNT loại ôxi

105

3.2.3.6 Thử nghiệm hiệu quả bảo vệ kim loại bằng thiết bị đo Corrater

109

3.2.4. Kết luận phần 3.2

110

3.3. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của Imidazolin trong điều kiện mô phỏng
dòng chảy động

111

3.3.1. Kết quả khảo sát bằng phương pháp điện cực trụ quay (RCE)

111

3.3.1.1. Kết quả đo hao hụt trọng lượng

111

3.3.1.2. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của hệ ức chế ĐH7, theo phương pháp
đo đường cong phân cực

114

3.3.1.3. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của hệ ức chế ĐH7, theo phương pháp

đo tổng trở

117

3.3.1.4. Khảo sát cấu trúc bề mặt kim loại được bảo vệ

118

3.3.2. Hiệu quả bảo vệ thép N80 của ĐH7 trên thiết bị flow loop

119

3.3.2.1 So sánh kết quả đo tổng trở trong điều kiện tĩnh của thiết bị flow
loop, với thiết bị theo các phương pháp RDE và RCE

119

3.3.2.2. Tốc độ ăn mòn kim loại tại các tốc độ dòng chảy khác nhau

121

3.3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ imidazolin tới hiệu quả bảo vệ chống ăn
mòn thép N80 tại tốc độ chảy 5 m3/giờ

124


vii
3.4. 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.

-

Ecorr: thế ăn mòn, [V].

-

Eo: thế mạch hở, [V].

-

I : cường độ dòng, [A].

-

Ia: mật độ dòng anốt, [A/cm2] .


data error !!! can't not

read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....