多组分超临界CO2耦合腐蚀阴极反应机理

The cathodic reaction mechanisms of supercritical CO2 corrosion with impurities are crucial to the safe operation of CO2 pipelines. To overcome the shortcoming of the off-line methods which cannot capture the detailed mechanisms of corrosion, this project emphasizes on the investigation of the cathodic reaction mechanisms of synergistic corrosion of pipeline steel in the aqueous phase of supercritical CO2-SO2-NO2-O2-H2O systems, based on employing the in-situ Raman spectroelectrochemistry technology, electrochemistry methods and off-line analytical instruments. The in-situ Raman spectroelectrochemistry will be applied to indentify the intermediate products and study the corrosion mechanisms. Meanwhile, the potentiodynamic sweep and electrochemical impedance spectroscopy methods will also be employed to study the cathodic reaction mechanisms of pipeline steel corrosion under supercritical CO2 and ambient pressure environments with different impurity concentrations, temperatures and test periods. A series of analytical instruments will also be used to analyze the product scales formed under different test conditions, in order to obtain the characteristics of product scale components. The research results will serve as the fundamental basis of the mechanistic corrosion prediction model of pipeline steel in supercritical CO2-SO2-NO2-O2-H2O environments.

掌握含杂质超临界CO2输送管道的腐蚀阴极反应机理对保障其安全运行至关重要。考虑到已有研究主要使用的非现场分析手段无法准确获取腐蚀过程机理，本项目拟综合利用电化学原位拉曼光谱技术、传统电化学方法以及离线分析手段，研究超临界CO2-SO2-NO2-O2-H2O环境富水相中管线钢的耦合腐蚀阴极反应机理。本项目研究重点为使用电化学原位拉曼光谱技术对腐蚀过程进行在线分析，鉴别腐蚀过程中间产物，揭示阴极反应机理。同时，将在超临界CO2以及常压条件（不同杂质含量、温度和周期）下，对管线钢在多组分条件下耦合腐蚀阴极过程进行稳态阴极极化曲线扫描和电化学阻抗谱研究。此外，本项目还将利用多种分析仪器对不同条件下生成的腐蚀产物膜进行离线分析，以期获得腐蚀产物膜的组分特征。研究成果将为超临界CO2-SO2-NO2-O2-H2O环境腐蚀机理预测模型的建立提供理论依据。

掌握含杂质超临界CO2腐蚀阴极反应机理对保障超临界CO2输送管道安全至关重要。.本项目首先研究了X80钢和X80CrSiMoW152阀门钢在CO2-亚硫酸耦合体系中的阴极反应机理。研究结果发现，X80钢和阀门钢在CO2-亚硫酸耦合体系中阴极极化曲线均出现二段波的现象。我们推测这是由于存在亚硫酸或者亚硫酸氢根直接得电子的阴极过程所造成的。我们同时发现，亚硫酸加入后明显加速了阳极溶解过程，并且真正加速腐蚀的是阳极过程。同时，我们还提出了新的在亚硫酸辅助作用下的阳极溶解机理。.项目对比研究了X80钢在富水相超临界CO2-SO2体系和常压CO2-SO2耦合体系的电化学反应机理。实验结果发现，低浓度的SO2会抑制腐蚀的进行，并且这种抑制问题是由于腐蚀初期SO2及其水解产物在腐蚀初期吸附在基体表面或者生成FeS产物膜造成的。.项目同时研究了X80管线钢在超临界CO2-SO2-NO2-O2耦合体系中富CO2相与富水相成膜机理。实验结果发现超临界相和富水相都形成双层膜结构，然而富CO2相与富水相成膜机理完全不同：富CO2相中先形成晶体产物膜后形成非晶产物膜而富水相中成膜过程正好相反。富CO2相中内层膜保护性好于外层膜而富水相恰恰相反。研究同时发现富水相与富CO2相腐蚀产物膜成分基本相同。.项目还对不同的CO2有机胺吸收剂对N80钢在超临界CO2体系中的腐蚀机理进行了研究。研究发现，当哌嗪作为CO2吸收剂残留在捕集到的CO2中时，哌嗪对N80钢在含NO2-SO2-O2杂质的超临界CO2相以及液相环境中的腐蚀均有抑制作用。.项目中的一系列研究揭示了多种杂质在超临界CO2腐蚀过程中的作用机理，为超临界CO2-SO2-NO2-O2环境腐蚀机理预测模型的建立提供理论依据，也为制定含多种杂质的CO2输送管道的设计标准及管输CO2气体质量的控制标准的制定提供了数据支持。.本项目共发表学术论文15篇，SCI收录10篇，其中2篇发表在腐蚀电化学领域的Top期刊Electrochimica Acta上。共计参加了国际会议4次并发表3篇会议论文，进行了3次专题汇报。