Nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép đường ống dẫn dầu n80 của các hợp chất imidazoline từ dầu dừa việt nam bằng phương pháp điện hóa với mô hình dòng chảy và điện cực quay
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.21 MB, 63 trang )
bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------Phạm Vũ Dũng
NGHIÊN CứU TíNH CHấT ức chế ăn mòn thép đờng ống dẫn dầu
n80 của các hợp chất imidazoline từ dầu dừa việt nam bằng
phơng pháp điện hóa với mô hình dòng chảy và
điện cực quay
Chuyên ngành : Điện hóa và bảo vệ kim loại
luận văn thạc sĩ CÔNG NGHệ HóA HọC
ngời hớng dẫn khoa học :
GS.TSKH NGUYễN Đức hùng
Hà Nội - Năm 2010
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
1
Chương 1
TỔNG QUAN
2
1.1
Các yếu tố gây ăn mòn trong đường ống dầu khí
2
1.1.1
Khái niệm về ăn mòn kim loại
2
1.1.1.1
Định nghĩa, phân loại ăn mòn kim loại
2
1.1.1.2
Ăn mòn điện hoá
2
1.1.2
Các yếu tố gây ăn mòn bề mặt bên trong đường ống
7
1.1.3.1
Ăn mòn kim loại với sự có mặt của Oxy
8
1.1.3.2
Ăn mòn kim loại với sự có mặt cùng lúc của CO2 và H2S
9
1.1.3.3
Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy
10
1.1.3.4
Ảnh hưởng của một số tác nhân khác
11
1.2
Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn
11
1.2.1
Định nghĩa và phân loại chất ức chế ăn mòn
12
1.2.2
Cơ chế tác dụng của chất ức chế ăn mòn
13
1.2.3
Chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu khí
18
1.2.3.1
18
1.2.3.2
Yêu cầu về chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu
khí
Các chất ức chế ăn mòn chứa Nitơ
19
1.2.4
Các phương pháp điều chế Imidazoline
21
1.2.4.1
Một vài nét về dầu thực vật và dầu dừa Việt Nam
22
1.3
Các phương pháp đánh giá ăn mòn kim loại trong
phòng thí nghiệm
Phương pháp điện hóa xác định dòng ăn mòn ở trạng thái
tĩnh
Phương pháp điện hóa đo dòng ăn mòn sử dụng điện cực
hình trụ quay (RCE)
27
1.3.1
1.3.2
27
29
1.3.3
Phương pháp sử dụng thiết bị Flow loop
30
1.3.4
Phương pháp mất khối lượng
31
1.3.5
Phương pháp phổ tổng trở
31
1.3.6
Phương pháp SEM & EDX
33
Chương 2
THỰC NGHIỆM
34
2.1
Điều chế hệ ức chế Imidazoline
34
2.1.1
Dụng cụ thí nghiệm
34
2.1.2
Nguyên liệu, hóa chất
35
2.1.3
35
2.2
Các phương pháp xác định tính chất của nguyên liệu và sản
phẩm
Đánh giá tính năng hệ ức chế
35
2.2.1
Xác định dòng ăn mòn ở trạng thái tĩnh
35
2.2.2
Xác định dòng ăn mòn với điện cực hình trụ quay
36
2.2.3
Phương pháp mất trọng lượng
36
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
37
3.1
Xác định tính chất của nguyên liệu
37
3.2
Tối ưu quá trình điều chế Imidazoline
37
3.3
Hiệu quả bảo vệ hệ ức chế Imidazoline tổng hợp ở trạng
thái tĩnh
Ảnh hưởng tốc độ dòng chảy tới hiệu quả bảo vệ chống ăn
mòn hệ ức chế Imidazoline tổng hợp được
Ảnh hưởng của nồng độ chất ức chế Imidazoline tổng hợp
được đến tốc độ ăn mòn kim loại – phương pháp trọng
lượng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
39
48
Tài liệu tham khảo
49
Phụ lục
51
3.4
3.5
42
46
MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam ngành công nghiệp thăm dò khai thác và chế biến dầu khí
phát triển rất lớn mạnh, việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại cho các công trình
trong ngành luôn là một vấn đề cấp thiết. Để chống ăn mòn bảo vệ các thiết
bị công nghiệp dầu khí thường kết hợp nhiều biện pháp khác nhau tuỳ theo
điều kiện tình hình thực tế, những hướng chủ yếu là: Lựa chọn vật liệu bền
với từng môi trường; Sử dụng trạm catốt; Sử dụng protector; Tạo các lớp bảo
vệ bề mặt như sơn phủ, mạ; Sử dụng các chất ức chế tạo màng bảo vệ; Mục
tiêu hướng tới của các phương pháp là vừa có hiệu quả bảo vệ kim loại cao,
kéo dài tuổi thọ của các thiết bị, vừa hạ giá thành sản phẩm chống ăn mòn,
tiết kiệm về kinh tế.
Trong quá trình khai thác đa số các khuyết tật trên đường ống dẫn dầu,
khí do bởi ăn mòn CO2, H2S hiện tượng này xuất hiện từ giếng khoan đến bề
mặt thiết bị và các trang thiết bị công nghệ. Để khống chế quá trình này,
người ta đã thêm các chất hoạt động bề mặt hữu cơ nguồn gốc Nitơ vào [24].
Imidazoline là một trong những chất ức chế ăn mòn có hoạt tính chống ăn
mòn cao trong môi trường axit, vì thế nó được sử dụng để giảm thiểu các hiện
tượng ăn mòn CO2, H2S trong lĩnh vực khai thác dầu khí. Ngoài ra
Imidazoline còn được sử dụng trong đường ống bơm ép nước vỉa để giàm
thiểu tốc độ ăn mòn thép bên trong đường ống đạt tiêu chuẩn <0,1mm/năm.
Gần đây các chất ức chế ăn mòn thép đường ống có nguồn gốc dầu
thực vật đang được nghiên cứu. Nhận thấy dầu dừa là nguồn nguyên liệu tiềm
năng với trữ lượng hàng năm sản xuất được khoảng 10 nghìn tấn (trong nước)
và có nhiều triển vọng sản xuất, cung cấp tốt hệ chất ức chế Imidazoline
chống ăn mòn thép đường ống. Hơn nữa hướng nghiên cứu đi từ dầu dừa là
một hướng nghiên cứu khả thi, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào được
công bố. Có thể nghiên cứu sản xuất thành công hệ ức chế Imidazoline từ dầu
dừa Việt Nam phục vụ lĩnh vực khai thác cho các đơn vị nhà thầu trong và
ngoài nước không những thúc đẩy nền khoa học kỹ thuật nước nhà, mà còn
tiết
kiệm
chi
phí
khai
thác
sản
xuất.
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 CÁC YẾU TỐ GÂY ĂN MÒN TRONG ĐƯỜNG ỐNG DẦU KHÍ
1.1.1 Khái niệm về ăn mòn kim loại [3]
1.1.1.1 Định nghĩa, phân loại ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại được định nghĩa là “sự phá huỷ tự diễn biến của các
vật liệu kim loại do tương tác hoá học hoặc điện hoá với môi trường xung
quanh”. Có nhiều cách phân loại các quá trình ăn mòn:
- Theo cơ chế của quá trình: Ăn mòn ứng suất, ăn mòn hoá học, ăn mòn điện
hoá, ăn mòn do vi sinh vật, …
- Theo điều kiện của quá trình: Trong pha khí, lỏng, khí quyển, không đồng
nhất cấu trúc, …
- Theo đặc tính của quá trình phá huỷ ăn mòn: Ăn mòn kim loại đồng đều, ăn
mòn kim loại không đồng đều, …
- Ăn mòn kim loại dạng điểm : dạng vết, dạng loét sâu, dạng pitting, …
Trong công nghiệp, thực tế sử dụng và bảo quản kim loại thì quá trình ăn mòn
kim loại chủ yếu xảy ra theo cơ chế điện hoá.
1.1.1.2 Ăn mòn điện hoá
Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ tự diễn biến của kim loại hoặc hợp kim
do tương tác điện hoá với môi trường điện ly xung quanh.
Đặc điểm và cơ chế của ăn mòn điện hoá
* Nguyên nhân của quá trình ăn mòn kim loại
Nguyên nhân chủ yếu gây ăn mòn kim loại nói chung cũng như ăn mòn điện
hoá nói riêng là do độ không bền vững nhiệt động học của kim loại trong môi
trường bị ăn mòn. Khi ăn mòn kim loại, kim loại sẽ chuyển sang trạng thái
oxít hoặc muối (ion) bền vững nhiệt động hơn. Như vậy việc quan tâm nghiên
cứu lý thuyết cũng như những ứng dụng thực tế về quá trình ăn mòn kim loại
thực chất là nghiên cứu các quy luật, nhiệt động học và động học của quá
trình ăn mòn kim loại cũng như những đặc trưng của quá trình ăn mòn kim
2
loại do sự không bền vững nhiệt động học đó của kim loại gây ra. Những
nhân tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn điện hoá:
- Độ bền nhiệt động của kim loại
- Cấu tạo và tính chất của hợp kim
- Đặc tính ứng suất
- Trạng thái bề mặt của kim loại
- Độ pH của dung dịch điện ly
- Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường
- Ảnh hưởng của áp suất
- Tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly
* Đặc điểm của ăn mòn điện hoá
- Có sự tham gia của điện tử tự do từ ngoài hệ vào các quá trình phản ứng
điện hoá.
- Quá trình ion hoá kim loại (quá trình oxi hoá) và quá trình khử phải xảy ra
đồng thời nhưng không tại một chỗ mà tại hai vị trí khác nhau để tạo nên
dòng điện tử chuyển động từ vùng oxi hoá đến vùng khử.
- Tốc độ của quá trình ăn mòn kim loại phụ thuộc đại lượng thế điện cực kim
loại, cụ thể:
Khi chuyển giá trị thế điện cực sang các giá trị dương hơn do tác dụng
của phân cực bằng dòng ngoài sẽ làm tăng quá trình anot và làm kìm hãm quá
trình catot.
Khi chuyển giá trị thế điện cực sang các giá trị âm hơn do tác dụng của
phân cực bằng dòng ngoài sẽ làm tăng quá trình catot và làm giảm quá trình
anot.
- Cơ chế ăn mòn kim loại điện hoá luôn luôn phải có hai quá trình anot (hoà
tan kim loại) đồng thời với quá trình catot (khử phân cực của một cấu tử trong
dung dịch điện ly như: H+, H2O, hoặc oxi hoà tan ).
3
- Vị trí các quá trình điện cực trên bề mặt kim loại có thể thay đổi theo thời
gian phụ thuộc vào sự biến đổi tính chất điện hoá vi mô và vĩ mô của các
vùng trên bề mặt kim loại.
- Phần anot của bề mặt kim loại là phần bị ăn mòn, vì vậy nếu vùng anot cố
định thì vùng bị ăn mòn của kim loại cố định còn nếu vùng anot thay đổi thì
vùng kim loại bị ăn mòn cũng thay đổi.
* Cơ chế ăn mòn điện hoá
Xét trường hợp khi nhúng một thanh kim loại không đồng nhất vào một dung
dịch điện ly. Do tính không đồng nhất mà quá trình điện cực xảy ra đồng thời
trên các vùng đó cũng khác nhau. Lấy hai vùng không đồng nhất bất kỳ của
thanh kim loại nằm sát nhau (Hình 1.1) cho thấy có ba quá trình xảy ra như
sau:
Kim loại
dung dịch điện ly
Vùng anot
Me - ne Æ
ne Æ
Vùng catot
Æ Men+.H2O
D
Æ Dne-
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên tắc của quá trình ăn mòn điện hóa
Quá trình anot (quá trình xảy ra trên cực dương)
Quá trình anot xảy ra ở khu vực mà ion kim loại bị hidrat hoá và truyền vào
dung dịch. Do đó, trên bề mặt kim loại sẽ dư một số lượng điện tử tương ứng.
+ mH2O
ne
Me
Me+n.mH2O
Trong quá trình này kim loại bị mất điện tử, nó đã bị oxi hoá.
Quá trình catot (quá trình xảy ra trên cực âm)
4
Quá trình này xảy ra ở khu vực kim loại mà ở đó các ion, nguyên tử hoặc
phân tử của chất điện ly nhận điện tử trên bề mặt kim loại. Ta gọi các ion,
nguyên tử hoặc phân tử đó là chất khử phân cực. Chất khử phân cực đã đồng
hoá các điện tử dư trên bề mặt vùng kim loại đó.
D + ne
[D.ne]
Trong đó D là chất khử phân cực
Các ion, nguyên tử hoặc phân tử nhận điện tử, nó đã bị khử
Có 2 quá trình khử phân cực catot hay gặp nhất trong thực tế là quá trình khử
phân cực oxi và khử phân cực hidro, hai quá trình này sẽ được đề cập ở phần
dưới.
Khi hai quá trình điện cực xảy ra thì đồng thời có sự chuyển động của điện tử
từ vùng anot đến vùng catot
Trong dung dịch điện ly cũng có sự dịch chuyển của các cation và anion
tương ứng.
Các điện tử dư của kim loại vùng cực dương chuyển dời đến vùng kim loại
cực âm để bù vào số điện tử của vùng này bị mất đi do chất khử cực đã đồng
hoá.
Kim loại vùng cực dương tiếp tục tan ra thì dòng điện tồn tại. Như vậy quá
trình ăn mòn kim loại xảy ra đồng thời với sự xuất hiện dòng điện giữa 2
vùng khác nhau của thanh kim loại. Vùng kim loại bị hoà tan đóng vai trò cực
dương (anot), còn vùng kia đóng vai trò cực âm (catot). Một hệ thống có xảy
ra các quá trình như ta xét trên đây gọi là nguyên tố ganvanic.
Quá trình ăn mòn điện hoá chính là quá trình làm việc của các nguyên tố
ganvanic.
Ăn mòn khử phân cực oxi
Quá trình ăn mòn kim loại mà phản ứng khử phân cực catot do ion hoá oxi thì
gọi là quá trình ăn mòn khử phân cực oxi. Quá trình này rất phổ biến trong
thực tế, thường gặp trong các công nghệ khai thác dầu bằng phương pháp ép
nước, trong quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu, … đôi khi nó cũng xuất hiện
5
cùng với quá trình ăn mòn khử phân cực hydro. Nó có thể xảy ra trong môi
trường kiềm, môi trường điện ly trung tính và dung dịch axit hữu cơ yếu.
Quá trình ăn mòn khử phân cực oxi gồm 6 giai đoạn chính sau đây:
- Oxi trong không khí khuyếch tán vào dung dịch điện ly qua bề mặt phân
cách dung dịch điện ly, không khí.
- Oxi hoà tan trong dung dịch được chuyển vận sâu vào trong dung dịch điện
ly nhờ chuyển động đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức (khuấy) của
dung dịch điện ly.
- Oxi hoà tan trong dung dịch được chuyển vận qua lớp dung dịch có tốc độ
dung dịch thay đổi từ V đến 0 gọi là lớp pran. Sự vận chuyển này nhờ chuyển
động của lớp điện ly.
- Oxi hoà tan trong dung dịch khuyếch tán qua lớp chất lỏng nằm sát điện cực.
Lớp chất lỏng này không chuyển động gọi là lớp khuyếch tán.
- Ion hoá oxi : quá trình ion hoá oxi gồm nhiều giai đoạn phức tạp:
Trong môi trường kiềm hoặc môi trường điện ly trung tính thì quá trình
ion hoá oxi được biểu diễn bằng phương trình sau :
O2
+
2 H2O + 4e
= 4 OH-
Trong môi trường axit thì quá trình ion hoá oxi biểu diễn bằng phương
trình tổng quát : O2 + 4H+ + 4e = 2H2O
- Sau khi ion hoá, trong môi trường kiềm thì có quá trình khuyếch tán của ion
OH- vào sâu trong lòng dung dịch điện ly.
Trong 6 giai đoạn thì giai đoạn 4 và 5 là khó khăn hơn cả. Do đó 2 giai đoạn
này khống chế quá trình ăn mòn khử phân cực oxi.
Khi dung dịch điện ly không chuyển động thì chiều dày lớp khuyếch tán δ đến
1mm; nhưng khi dung dịch được khuấy trộn mạnh thì chiều dày lớp khuyếch
tán chỉ còn 0,02 – 0,1 mm.
6
Vì vậy khi khuấy trộn dung dịch điện ly, tốc độ ăn mòn khử phân cực oxi tăng
lên do giảm chiều dày lớp khuyếch tán, oxi dễ dàng xâm nhập vào vùng catot
để tiến hành quá trình khử.
Sự có mặt của các ion có hoá trị thay đổi cũng đóng vai trò quan trọng đối với
quá trình khuyếch tán của oxi, các chất này được gọi là chất mang oxi hay
chất kích thích ăn mòn. Độ hoà tan của các chất này ảnh hưởng lớn đến quá
trình ăn mòn khử phân cực oxi.
Quá trình ion hoá oxi phụ thuộc vào mật độ dòng điện catot, vào bản chất kim
loại làm điện cực catot, vào nhiệt độ …
Sản phẩm của quá trình ăn mòn kim loại khử phân cực oxi trong môi trường
điện ly trung tính thường là các oxit hoặc hydroxit.
Ăn mòn khử phân cực hydro
Quá trình ăn mòn kim loại có khí hydro thoát ra do khử phân cực catot gọi là
quá trình ăn mòn khử phân cực hydro. Trong thực tế quá trình ăn mòn khử
phân cực hydro khá phổ biến, có thể xảy ra trong môi trường axit, môi trường
kiềm hoặc môi trường điện ly trung tính.
1.1.2 Các yếu tố gây ăn mòn bề mặt bên trong đường ống
Đường ống dùng để dẫn dầu, nước vỉa bơm ép ở VietsovPetro được chế
tạo từ thép N80, từ nơi xử lý nước đến giếng khoan khoảng cách ngắn nhất là
1500 m. Các tác nhân ăn mòn có trong môi trường là oxi, cacbon dioxit,
hydrosunfua, trong nhiều trường hợp có axit hydroclorit. Các tác nhân này kết
hợp với các muốn điện ly trong môi trường nước trở thành môi trường điện ly
rất mạnh, gây ăn mòn kim loại [17].
Ăn mòn kim loại trong môi trường nước vỉa, dầu thô xảy ra chủ yếu
theo cơ chế điện hoá, đặc biệt đối với kim loại không nhúng ngập hoàn toàn
trong nước thì tại mép nước, giới hạn 3 pha: kim loại – dung dịch điện ly –
không khí, tốc độ ăn mòn kim loại cao hơn so với trong môi trường nước, vì ở
giới hạn 3 pha tốc độ khuyếch tán oxi là lớn nhất, nên ăn mòn kẽ nứt phát
triển.
7
Quá trình ăn mòn kim loại bề mặt bên trong đường ống dẫn dầu, nước vỉa
được chia thành các nhóm chính sau:
- Oxy hoà tan
- Các khí hoà tan (H2S, CO2)
- Tốc độ dòng chảy
- Chất rắn hoà tan, phân tán (muối NaCl, MgCl2, …)
- Nhiệt độ, pH của nước
1.3.1.1 Ăn mòn kim loại với sự có mặt của O2
Dạng ăn mòn do oxi hoà tan gây ra thường là ăn mòn pitting và ăn mòn
đồng đều trên toàn bộ bề mặt. Oxi là một chất oxi hoá mạnh, nó phản ứng
nhanh chóng với bề mặt kim loại. Có rất ít các tài liệu công bố các nghiên cứu
ảnh hưởng của oxi tới tốc độ ăn mòn thép trong môi trường nước. Đối với các
nồng độ O2 khác nhau, áp suất hỗn hợp khí là 1200 psi, hỗn hợp khí chứa 1%
CO2 và 3,76 ppm H2S trong dung dịch 1% NaCl. Tốc độ ăn mòn kim loại xảy
ra lớn nhất ở bề mặt tiếp xúc pha là 0,356 mm/năm tại nồng độ oxi 10 ppm
(nồng độ thấp hơn yêu cầu đối với nồng độ cho phép của VietsoPetro), tốc độ
ăn mòn tăng tỷ lệ thuận với quá trình tăng nồng độ O2 [14,17].
Sản phẩm của quá trình ăn mòn điện hoá có oxi là FeO(OH)- goethite,
Fe2O3- hermatite, Fe3O4 – magnetite, và Fe(OH)2 – hydroxit sắt. Mặc dù gần
như không xuất hiện ở độ sâu 100m, tuy nhiên oxi đi vào hệ thống đường dẫn
thông qua các chỗ nối của đường ống, gioăng của máy bơm, … ở tốc độ dòng
chảy thấp, oxi làm tăng tốc độ ăn mòn cục bộ. Từ các dữ kiện trên, có thể thấy
oxi là nguyên nhân quan trọng nhất gây ăn mòn thép bề mặt bên trong đường
ống. Bằng nhiều phương pháp khác nhau, nồng độ oxi hoà tan đã được hạn
chế tới mức nhỏ nhất cso thể nhằm hạn chế khả năng xúc tác ăn mòn kim loại
của oxi.
Oxi xúc tác cho quá trình ăn mòn kim loại theo hai cơ chế chính sau:
+ Khử phân cực, mà do vậy nó dễ dàng kết hợp với nguyên tử hydro ở
catot tạo điều kiện cho phản ứng ăn mòn diễn ra.
8
+ Oxi hoá bề mặt sắt tạo ra các ion sắt, hydroxit sắt (tại pH > 3)
Hình 1.2 Sơ đồ ăn mòn đường ống do quá trình oxi hóa kim loại
1.1.3.2 Ăn mòn kim loại với sự có mặt cùng lúc của CO2 và H2S
H2S là một khí có tính axit, trong môi trường ẩm H2S phá huỷ kim loại
theo phản ứng:
H2S + Fe
H2O
FeS + H2
FeS kết tủa trên bề mặt thép và đóng vai trò là catốt đối với thép khi
hiện tượng ăn mòn điện hoá xảy ra. Do vậy, quá trình ăn mòn tạo ra các lỗ sâu
(pitting).
Khi có mặt CO2 và hơi nước quá trình ăn mòn thép xảy ra theo phản
ứng:
CO2 + H2O
H2CO3
Fe + H2CO3
FeCO3 + H2
Dạng ăn mòn do CO2 gây ra là dạng ăn mòn pitting.
Những ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn kim loại khi có mặt cùng lúc cả
hai tác nhân gây ăn mòn là CO2 và H2S, và thấy rằng ở áp suất < 0,1 psi và
nồng độ H2S < 1700 ppm màng sunfit tạo thành, như đã nói ở trên màng này
có đặc tính bảo vệ. Ở nồng độ H2S cao hơn thì màng này không còn tính bảo
vệ nữa.
9
Với nồng độ H2S thấp, 0,02mmol và áp suất 0,065 psi, đã làm giảm tốc
độ ăn mòn của thép trong môi trường có nhiệt độ 70-800C, NaCl 1M và áp
suất CO2 là 10 psi, tuy nhiên ăn mòn pitting lại tăng do sự hoà tan có chọn lọc
của pha sắt. Tại pH = 6,9 sản phẩm ăn mòn dày đã được tạo ra bao gồm hỗn
hợp 2 muối FeS và FeCO3. Khi nồng độ ion clorit > 10000 ppm, tỷ lệ
H2S/CO2 = 4 diễn ra hiện tượng ăn mòn cục bộ trên bề mặt kim loại, hỗn hợp
ăn mòn có thêm FeCl2, muối này nằm giữa màng sunfit sắt và bề mặt sắt
[8,10].
Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn kim loại vào áp suất bão hoà của CO2 :
P: là áp suất CO2 ; T: Nhiệt độ diễn ra phản ứng ăn mòn
Công thức tính toán tốc độ ăn mòn trên chưa đề cập tới sự tạo FeCO3,
hay chưa thấy có các thông số về tốc độ dòng chảy. Nhưng công thức này
cũng đã cho thấy kết quả gần đúng trong thực tế, mà qua đó có thể dự đoán
được tốc độ ăn mòn kim loại trong đường ống và do vậy đang được sử dụng
rất rộng rãi để tính toán tốc độ ăn mòn kim loại trong môi trường có CO2 [23].
1.1.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy
Trong các đường ống dẫn dầu, nước bơm ép, nước luôn hoà tan các tác
nhân ăn mòn như Oxi, H2S, CO2, vận tốc của dòng chảy ảnh hưởng trực tiếp
tới tốc độ ăn mòn kim loại. Tốc độ ăn mòn kim loại tăng cùng với sự tăng vận
tốc của dòng chảy. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này, như: khi
tốc độ tăng sẽ làm tăng tốc độ khuyếch tán của các sản phẩm ăn mòn vào môi
trường, tăng tốc độ khuyếch tán của các tác nhân ăn mòn tới bề mặt kim loại;
Hay tốc độ tăng làm giảm khả năng hấp phụ của các chất ức chế lên bề mặt
kim loại [10].
10
Hình 1.3 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy tới tốc độ ăn mòn thép
1.1.3.4 Ảnh hưởng của một số tác nhân khác
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao:
Trong điều kiện khai thác dầu khí, nhiệt độ đáy giếng có thể tới 1200C, cá biệt
một vài nơi nhiệt độ tới 150oC, nhiệt độ cũng là một yếu tố ảnh hưởng tới tốc
độ ăn mòn kim loại. Như đã biết, với các phản ứng thông thường, mỗi lần
tăng nhiệt độ lên 10oC, thì tốc độ phản ứng hóa học tăng khoảng 2 đến 4 lần,
như vậy từ nhiệt độ thường, 250C, tới nhiệt độ làm việc ở đáy giếng tốc độ
phản ứng ăn mòn điện hóa tăng ít nhất là 12 lần. Hơn nữa trong điều kiện
đường ống dẫn, với thể tích đường ống là không đổi, nhiệt độ tăng dẫn đến áp
suất trong đường ống tăng và do vậy làm tăng khả năng hòa tan của khí axit
(H2S, CO2) vào chất lỏng, và do vậy tốc độ ăn mòn ở phần đáy đường ống
cũng tăng theo [1].
1.2 BẢO VỆ KIM LOẠI BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN
Để ngăn ngừa sự ăn mòn và bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn người ta sử dụng
các phương pháp khác nhau như sử dụng các hợp kim bền, bảo vệ bề mặt
bằng chất phủ cách ly, phương pháp điện hóa … trong đó phương pháp sử
dụng chất ức chế ăn mòn được ứng dụng rộng rãi nhất đặc biệt đối với hệ
thống đường ống dẫn trong khai thác dầu khí [1].
Tùy thuộc vào bản chất kim loại và môi trường ăn mòn mà người ta tiến hành
chống ăn mòn bằng các chất ức chế khác nhau, chủ yếu bằng cách thêm vào
11
môi trường đó các phụ gia hóa học có tính năng làm chậm quá trình ăn mòn –
hay còn gọi là chất ức chế.
1.2.1 Định nghĩa và phân loại chất ức chế ăn mòn
Định nghĩa:
Theo từ điển bách khoa Việt Nam chất ức chế được định nghĩa là “chất làm
chậm lại, thậm chí làm ngừng lại các quá trình hóa học, ví dụ quá trình ăn
mòn kim loại”. Theo đó, chất ức chế ăn mòn được hiểu là chất có tác dụng
làm giảm tốc độ ăn mòn, thậm chí làm ngừng lại quá trình ăn mòn của kim
loại trong môi trường xâm thực.
Chất ức chế là những chất hóa học phản ứng với bề mặt kim loại hoặc môi
trường xung quanh tạo thành một lớp bề mặt bền vững có tác dụng bảo vệ và
ngăn ngừa sự ăn mòn. Tác dụng bảo vệ của các chất này có được là do các
phân tử hoặc ion của chúng bị hấp phụ trên bề mặt kim loại, hình thành lớp
màng mỏng bảo vệ.
Phân loại:
Về cơ bản, các chất ức chế thường là các hợp chất ion hoặc hợp chất phân tử,
chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại bị ăn mòn nhờ lực hút tĩnh điện (lực
culông), lực hút Vandevan hay lực hút hóa học. Các chất ức chế thông
thường đối với thép là các muối nitrit, phốt phát, cromat, một số hợp chất
hữu cơ và các chất khác.
Quá trình làm giảm tốc độ ăn mòn do những nguyên nhân sau:
- Làm tăng thế phân cực anốt hay catốt
- Làm giảm tốc độ khuyếch tán ion tới bề mặt kim loại
- Tăng điện trở của bề mặt kim loại
Trên thế giới, các nhà nghiên cứu đã tìm ra rất nhiều hợp chất hóa học có tác
dụng ức chế ăn mòn, tuy nhiên trong thực tế đối với hệ thống đường ống dẫn
trong khai thác dầu khí thì chỉ một số ít trong đó được sử dụng có hiệu quả và
có thể sử dụng đại trà. Dựa trên đặc tính và tác dụng của từng loại chất ức
chế, chất ức chế ăn mòn được phân loại theo nhiều cách khác nhau dựa trên
tính chất, thành phần, khả năng áp dụng …
12
Dựa vào tính chất của môi trường ăn mòn, người ta chia ra làm 3 loại:
- Chất ức chế ăn mòn trong nước và dung dịch muối
- Chất ức chế ăn mòn trong không khí
- Chất ức chế ăn mòn trong kiềm, axit
Dựa vào thành phần chất ức chế người ta chia ra làm hai loại:
- Chất ức chế ăn mòn vô cơ
- Chất ức chế ăn mòn hữu cơ
Nếu như trong thành phần chất ức chế ăn mòn hữu cơ có các nguyên tử có
cực như S và N thì nó có thể hấp phụ lên trên bề mặt kim loại.
Trong thực tế cách phân loại phổ biến nhất hiện nay là theo cơ chế tác dụng
của từng loại chất ức chế đối với quá trình ăn mòn:
- Chất ức chế ăn mòn anốt (hay còn gọi là chất ức chế ăn mòn thụ động)
- Chất ức chế ăn mòn catốt
- Chất ức chế hỗn hợp: kìm hãm cả hai quá trình anốt và catốt
1.2.2 Cơ chế tác dụng của chất ức chế ăn mòn
Có những nguyên lý chung về cơ chế tác dụng của chất ức chế ăn mòn kim
loại được nhiều người công nhận, đó là sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim
loại và tác động của nó đến động học phản ứng điện hóa mà chúng ta xét sau
đây.
Sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại
Chất ức chế ăn mòn kim loại là những chất có thành phần hóa học và cấu trúc
xác định, chúng có khả năng làm thay đổi động học các phản ứng điện hóa
gây ăn mòn theo chiều hướng giảm mạnh tốc độ ăn mòn. Nói cách khác, chất
ức chế ăn mòn là chất mà khi đưa một lượng nhỏ của chúng vào môi trường
ăn mòn làm tăng độ bền chống ăn mòn cho kim loại. Đó là kết quả của quá
trình hấp phụ vật lý hoặc hóa học các phân tử hoặc ion chất hấp phụ lên bề
mặt kim loại[8]. Trong một số trường hợp, khả năng bảo vệ của chất ức chế là
do sự hình thành trên bề mặt kim loại một lớp sản phẩm không tan do tương
tác của kim loại, môi trường và chất ức chế, lớp này làm thay đổi tính chất
hóa lý của bề mặt kim loại.
13
Sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại làm thay đổi động học phản ứng
điện hóa gây ăn mòn. Sự hấp phụ này xảy ra trên bề mặt kim loại do các lực
liên kết hóa học khác nhau tạo ra một liên kết bền giữa chất ức chế và kim
loại. Bằng phương pháp đồng vị phóng xạ, nhiều nghiên cứu đã cho thấy: để
có tác dụng ức chế ăn mòn kim loại, lượng chất ức chế hấp phụ lên bề mặt
kim loại chỉ cần rất nhỏ, thường chỉ cần một lượng đủ để che phủ đơn lớp từ
10% đến 50% toàn bộ bề mặt kim loại.
Khi hấp phụ lên bề mặt kim loại, các phân tử hoặc ion chất ức chế đẩy các
phân tử hoặc ion của các chất gây ăn mòn ra khỏi bề mặt kim loại (hấp phụ
cạnh tranh) và tạo thành một lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại. Như chúng ta đã
biết, phản ứng điện hóa gây ăn mòn thường xảy ra trên các trung tâm hoạt
động của bề mặt kim loại, điều này giải thích cho tác dụng bảo vệ của một
lượng rất nhỏ chất ức chế đã nêu trên, vì chỉ cần “vô hiệu hóa” các trung tâm
hoạt động trên bề mặt kim loại là đủ để ngăn chặn các phản ứng điện hóa gây
ăn mòn.
Khả năng hấp phụ hóa học chất ức chế lên bề mặt kim loại phụ thuộc vào bản
chất hóa học của chất ức chế cũng như phụ thuộc cấu hình electron và cấu
trúc kim loại.
Về phía kim loại, khả năng hấp phụ các hợp chất của nó phụ thuộc các tính
chất sau:
- Khả năng nhận hoặc cho điện tử. Ví dụ, kim loại càng có khả năng
nhận điện tử lớn, càng dễ hấp phụ các hợp chất có các cặp điện tử tự
do. Vì vậy, các kim loại chuyển tiếp có lớp vỏ điện tử α chưa bão hòa
dễ hấp phụ các chất ức chế hơn, đối với các kim loại này, đặc biệt là
với sắt, người ta tìm được nhiều chất ức chế hơn với các kim loại khác.
- Độ linh động của các nguyên tử trên bề mặt kim loại. Tần số dao động
của các nguyên tử lớp bề mặt (ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy)
càng lớn, kim loại càng khó hấp phụ các hợp chất hóa học lên chúng.
Vì vậy, các kim loại nặng dưới tác dụng của chất ức chế giảm ăn mòn
nhiều hơn các kim loại nhẹ, vì các kim loại nặng có nhiệt độ nóng chảy
cao, tần số dao động của các nguyên tử bề mặt thấp hơn.
- Tính hoàn chỉnh của mạng lưới tinh thể, tức năng lượng bề mặt tự do
riêng của kim loại. Kim loại càng có nhiều vị trí có năng lượng bề mặt
14
tự do riêng cao (các khiếm khuyết trong mạng lưới tinh thể, các cạnh,
góc tinh thể, các vị trí hoạt động bề mặt khác của mạng lưới tinh thể),
khả năng hấp phụ của nó càng cao.
- Khả năng của màng thụ động trên bề mặt kim loại tham gia vào phản
ứng trao đổi ion với phân tử hoặc ion chất ức chế cũng như các ion
khác có trong môi trường xâm thực. Khả năng này quyết định đến hiệu
quả làm tăng tốc độ bền màng thụ động của chất ức chế khi nó bị hấp
thụ lên bề mặt kim loại.
Về các chất ức chế, các tính chất quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng
hấp phụ của nó lên bề mặt kim loại là:
- Sự có mặt các cặp điện tử tự do trong hợp chất. Nếu trong hệ đang xét,
kim loại là chất nhận điện tử thì số cặp điện tử tự do trong chất ức chế
càng lớn, khả năng hấp phụ của nó càng cao và đương nhiên là tính bảo
vệ của nó càng cao. Ví dụ nếu ta so sánh tính bảo vệ sắt trong môi
trường axit của các hợp chất chứa nitơ (N) với các hợp chất chứa lưu
huỳnh (S) thì thấy rằng trong đa số các trường hợp, các hợp chất chứa
N có khả năng bảo vệ kém hơn các hợp chất chứa S (các amin kém hiệu
quả hơn các mercaptan). Điều này thật dễ hiểu nếu thấy rằng S trong
mercaptan có hai liên kết tự do, còn N trong amin chỉ có một. Ngoài ra,
độ âm điện, tức khả năng hút và giữ các điện tử ở S thấp hơn ở N, vì
vậy S là chất cho điện tử tốt hơn và có nhiều khả năng tham gia liên kết
cộng hóa trị hơn, do vậy hấp phụ lưu huỳnh trên sắt dễ xảy ra hơn và
độ bền liên kết của nó với kim loại cao hơn N.
- Kích thước và cấu trúc không gian của các phân tử hoặc ion chất ức
chế. Phân tử hoặc ion chất ức chế càng chiếm nhiều diện tích trên bề
mặt im loại hơn thì hiệu quả bảo vệ của chất ức chế càng lớn hơn.
Trong đa số trường hợp, các phân tử lớn bất đối xứng, có chứa các
nhóm có khả năng hấp phụ nằm ngang giữa mạch phân tử hoặc làm cho
phân tử chất ức chế nằm lệch khỏi trục thẳng đứng đều có hiệu quả bảo
vệ cao. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng: di-namilamin và decametylamin có cùng trọng lượng phân tử và diện tích
che phủ, nhưng hiệu quả bảo vệ lại hoàn toàn khác nhau.
- Độ phân cực của liên kết giữa các nguyên tử của nhóm bị hấp phụ
trong chất ức chế. Điều này có thể minh họa qua ví dụ so sánh tác dụng
15
bảo vệ của các ion dạng XO4n- lên sắt trong môi trường trung tính: các
ion này mặc dù có nhiều tính chất rất giống nhau (như kích thước, điện
tích ion …) nhưng lại khác hẳn nhau về tính bảo vệ đối với kim loại.
Chẳng hạn, ion CrO42- có tác dụng bảo vệ cho sắt, nhưng ion SO42- lại
làm tăng tốc độ ăn mòn sắt. Về vấn đề này, nhiều tác giả đưa ra các cơ
chế khác nhau nhưng đều thống nhất ở điểm: Cr là kim loại, liên kết
của nó với oxi là liên kết điện hóa trị có độ phân cực cao, các nguyên tử
oxi nằm sát bề mặt kim loại có điện tích âm hơn nhiều so với phần còn
lại của ion, tạo ra một hàng rào năng lượng kìm hãm quá trình catot và
anot gây ăn mòn kim loại. Trong khi đó, lưu huỳnh không phải là kim
loại, liên kết của nó với oxi là liên kết cộng hóa trị có độ phân cực rất
thấp, hiệu ứng kìm hãm trên không xảy ra và SO2-4 không có tác dụng
bảo vệ.
Nghiên cứu lý thuyết cũng như thực tế đều cho thấy yếu tố quan trọng nhất
ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của chất ức chế lên bề mặt kim loại và hiệu
quả bảo vệ của chất ức chế là điện tích bề mặt của kim loại và cấu trúc điện tử
của chất ức chế, nhưng cũng không thể bỏ qua các tính chất khác của phân tử
chất ức chế như kích thước phân tử, dạng hình học của phân tử cũng như độ
phân cực của nó.
Cơ chế hấp phụ của chất ức chế trên cơ sở hợp chất Nitơ [15,16]
Cơ chế ức chế ăn mòn của các hợp chất amin và dẫn xuất là do có sự
hấp phụ các hợp chất đó trên bề mặt kim loại tạo ra màng trơ ngăn cản sự phá
hủy bề mặt kim loại. Sự hấp phụ có thể xảy ra ở khu vực catot, anot hoặc cả
hai.
Sự biến tính các amin như tạo các muối, các este sẽ làm tăng khả năng
chống ăn mòn. Một số tài liệu cho rằng khi tạo muối, este hay amid sẽ làm
tăng hiệu ứng không gian cồng kềnh, hiệu quả là sự che phủ bề mặt kim loại
tăng lên.
Một trong những lý thuyết gần đây nhất đã giải thich cơ chế của các
hợp chất chứa nhóm – NH2 là lý thuyết hấp phụ bề mặt kim loại qua phân tử
nước và lý thuyết thay thế nước.
Phân tử nước hấp phụ trên bề mặt kim loại với liên kết qua đôi điện tử
của nước.
M:O–H
(Loại 1)
16
H
Phân tử chất ức chế thêm vào dung dịch sẽ thay thế phân tử nước hấp
phụ trên bề mặt kim loại.
Quá trình đó có thể biểu diễn như sau.
M:O–H
+ RNH2
H
M + O – H…NH2R
H
+ RNH2
M : NH2R + O - H
H
Nhờ quá trình hấp phụ thay thế, chất ức chế sẽ tạo ra được lớp màng ngăn
cách không cho bề mặt im loại tiếp xúc với pha nước, do đó quá trình ăn mòn
không thể xảy ra được. Lý thuyết hấp phụ lên bề mặt kim loại qua phân tử
nước:
Hình 1.4 Sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt bên trong đường ống dẫn
Ngoài việc hấp phụ lên bề mặt kim loại qua việc cho điện tử, chất ức chế
còn có thể hấp phụ lên bề mặt kim loại qua việc cho proton
M : H – O (Loại 2)
H
Nguyên tử oxi trong phân tử nước hấp phụ trên bề mặt kim loại có thể
cho điện tử. Do đó, khi có phân tử chất ức chế loại cho proton thì phân tử chất
ức chế liên kết với loại 2 tạo liên kết hydro. Các hợp chất chứa hydro linh
động có thể là các chất cho proton. Ví dụ đối với amin bận I như dodecylamin
có thể hấp phụ trên kim loại như sau:
17
M:H–O
+ RNH2
M : H – O… H – NR
H
H
H
1.2.3 Chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu khí
1.2.3.1 Yêu cầu về chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu khí
- có ái lực với bề mặt kim loại
- phải có điểm đông đặc thấp, đó là do một vài vùng có mỏ dầu trên thế giới
có điều kiện nhiệt độ môi trường thấp, - 300C, điểm đông đặc có ảnh hưởng
đến khả năng hoạt hóa của chất ức chế.
- Khả năng tạo nhũ: Việc sử dụng chất ức chế thường gặp phải vấn đề là
chúng tạo nhũ giữa dầu và nước, mà trong các điều kiện thông thường nhũ
này rất khó bị phá. Nồng độ chất ức chế cao, chúng sẽ tập trung vào việc tạo
nhũ dầu nước mà không bảo vệ bề mặt kim loại. Do vậy chất ức chế tạo ra
cần có khả năng tạo nhũ thấp, trong một số trường hợp người ta phải đưa
them vào hệ ức chế chất phá nhũ.
- Có khả năng tương hợp với các dung môi, nước và hydrocacbon là các chất
lỏng mà chất ức chế phải làm việc trong nó. Qua các hệ chất lỏng đó, chất ức
chế được đưa vào đường ống để bảo vệ kim loại. Tùy theo yêu cầu sử dụng,
chất ức chế có thể thực sự không tan trong hydrocacbon hoặc trong nước hoặc
có khả năng phân tán trong nước hoặc trong hydrocacbon.
- Có khả năng bền trong điều kiện tốc độ dòng chảy cao.
- Làm việc được trong khoảng pH rộng từ 3-9 (nghĩa là làm việc được cả
trong môi trường axit và kiềm).
- Khả năng bay hơi: đối với những chất ức chế trong môi trường khí hoặc hơi
độ bay hơi là một yêu cầu quan trọng. Áp suất hơi phải ở trong giới hạn
0,0002 – 0,001 mmHg ở 210C.
Ngoài ra mỗi chất ức chế phải có một số tính chất:
- Giữ được hiệu quả khi thay đổi môi trường
18
- Dễ dàng bốc hơi cùng sản phẩm
- Không ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm hoặc các quá trình chế biến, sử
dụng sản phẩm.
- Tính ức chế phải ổn định không bị ảnh hưởng bởi các chất bẩn phát sinh khi
làm sạch hoặc vận chuyển.
Để sử dụng chúng trong môi trường khai thác dầu khí, cần hòa tan chúng vào
các dung môi dễ dàng tương hợp với hệ chất lỏng chảy trong đường ống.
1.2.3.2 Các chất ức chế ăn mòn chứa Nitơ [16,21,24]
Phần lớn các chất ức chế hiện đang sử dụng trong khai thác dầu khí là
các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, đó là:
- Dẫn xuất axit béo mạch thẳng (no)
- Imidazoline và các dẫn xuất
- Các muối amoni bậc bốn
- Các dẫn xuất amin
Dưới đây sẽ dẫn ra các ví dụ sử dụng hệ ức chế trong khai thác dầu.
Nhiều hãng xản xuất các ức chế đã đề xuất muối N-propylendiamin và các ức
chế đặc biệt hữu hiệu và kinh tế. Thường là sử dụng các muối của axit oleic
và Naphtenic liều lượng thường dùng là 0,5 lít 50% chất có hoạt tính cho 15
dầu
khai
thác.
m3
Các muối imidazoline với Sebaxic, Xalyxylic hoặc Oleic axit là các chất ức
chế ăn mòn hiệu quả để chống ăn mòn trong các giếng dầu.
19
Trong các tại liệu còn nói tới nhóm chất thuộc họ có chứa lưu huỳnh
của Imidazoline. Checnel đã công bố một loạt các dẫn xuất polysunfit của
Imidazoline. Trong đó có chất bis-tiazolin cấu trúc:
R: là gốc axit cabonic
Một số chất ức chế rất công hiệu được điều chế bằng cách cho dietylen
triamin tác dụng với Ure hoặc Tioure. Sản phẩm Imidazoline tạo thành được
cho vào phản ứng với alhydryt, aldehyt hoặc axit để tác dụng với nhóm gốc
NH2 mạch nhánh của sản phẩm trung gian.
Các dẫn xuất muối amoni bậc 4 thường cũng có khả năng ức chế cao có công
thức:
Trong đó R1, R2 : mạch Hydrocacbon C12 đến C18. Các dẫn xuất imidazoline
gồm benzilamoni imidazoline clorid và các chất tương tự. Các dẫn xuất alkyl
bậc 4 của ammoni ví dụ như Dioctadexyldimetylammoniclorid hay
dodexyldimetyl benzilammoniclorid là ức chế hiệu nghiệm đối với dầu thô ở
nồng độ 0,001%. Chiddics, Macxi và Sandberg điều chế dẫn xuất ammoni bậc
4 bằng phản ứng alkyl hóa Imidazoline với clorua benzyl có tính chất ức chế
tốt. Litl đã tổng hợp dẫn xuất muối kép ammoni bậc 4 với mạch hydrocacbon
dài công thức (RNR2ANR2R)X2, ví dụ cụ thể các hợp chất dạng này như bisdecametylen (dimetylhexadexyl ammonibromid) và bis-tetrametylen
(nonabenzyl)
Tại Mỹ, một loạt các dẫn chất của axit béo được đăng ký patent như
các chất cho các giếng khoan công nghiệp. Ví dụ như hợp chất diamin
20
RNH(CH2)xNH2 vi R- l hydrocacbon mch thng hoc vũng cú t 8-22
nguyờn t cacbon, x t 2-10. Cỏc radical l cỏc gc ca cỏc axit ch to t du
thụng, du da hoc t m cng. Trong ú mui ca axit oleic v cỏc diamin
l nhng cht c ch rt tt. Sn phm cỏc diamin vi cỏc axit ch to c
bng phn ng oxi húa mt s hydrocacbon lng. ú l cỏc cht c ch vi
cỏc tờn thng mi Duomin-T v Alox-425.
Monoamin vi mch thng kộm hiu qu hn diamin v ớt c s
dng rng rói nh cỏc cht c ch n mũn trong cỏc ging cụng nghip. Cỏc
amid c dựng mt cỏch ph bin nht l cỏc dn xut ca imidazoline.
Polyetoxi húa l vt liu cú u im cú th ch to c cỏc h c ch vi
hũa tan theo yờu cu. Cỏc c ch c phõn chia theo hũa tan v phõn
tỏn trong nc v du. hũa tan v phõn tỏn trong mt pha tng ng cú
ý ngha rt quan trng, xỏc nh kh nng tr li v gn lờn b mt m nú cn
bo v. hũa tan trong nc tng dn vi s gia tng trong phõn t s nhúm
oxi etylen, m bo cho cỏc hot cht cú hot tớnh c ch mnh nhng li kộm
hũa tan v do ú kộm hiu qu, mt hũa tan nht nh v nõng cao kh
nng t n b mt. Nh vy cỏc diamin etocxy húa l cỏc cht c ch c
bit tt trong cỏc mụi trng n mũn khỏc nhau.
Nhúm c ch th hai trong cỏc hp cht hu c ú l Imidazoline s
dng trc tip hoc dng mui hoc dn xut. Mt lng ln cỏc
Imidazoline khỏc nhau ng dng lm cht c ch n mũn ó c cụng b.
1.2.4 Cỏc phng phỏp iu ch Imidazoline [21]
Imidazolin là danh pháp khoa học dùng để chỉ nhóm hợp chất hữu cơ
trong phân tử có chứa nhóm dị vòng nitơ. Các dẫn xuất imidazolin rất đa dạng
về chủng loại và ứng dụng. Một số trong chúng có thể sử dụng làm chất nhũ
hoá, chất làm mềm vải, chất hoạt động bề mặt (Amine 220), một số lại có các
ứng dụng trong dợc phẩm và hoá chất nh chất kích thích tuần hoàn máu
(Priscoline), chất diệt nấm mốc (Fungicide 341), một số khác lại đợc sử dụng
nh là chất ức chế ăn mòn thép và kim loại đen.
Di õy l mt s phng trỡnh phn ng iu ch cỏc dn xut
imidazoline:
21
• Đóng vòng các diamin hoặc dẫn xuất các acyl, ankyl (Xúc tác, nhiệt
độ) được thực hiện bởi Hofmann năm 1888:
• Phản ứng của diamin và axit cacboxylic (dung môi BTX, nhiệt độ 290
– 3900C )
• Phản ứng của diamin và thioamit (nhiệt độ)
• Phương pháp tạo qua dẫn xuất amid là phương pháp được sử dụng rộng
rãi nhất để điều chế hệ ức chế ăn mòn imidazoline, xuất phát từ axit
béo và các polyamine. Axit béo có thể là hóa chất công nghiệp hay đi
từ dầu thực vật.
1.2.4.1 Một vài nét về dầu thực vật – dầu dừa Việt Nam [6,7,12]
Dầu thực vật là một trong những nguyên liệu được sử dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác. Trong
công nghiệp thực phẩm dầu thực vật là một loại thức ăn dễ tiêu hoá, cung cấp
nhiều năng lượng. Trong ngành công nghiệp, dầu thực vật được sử dụng làm
22
