H2S/CO2体系缓蚀剂的协同效应及协同机制

Synergistic effect of corrosion inhibitors, which is an improved performance of a mixture of inhibitors compared with the individual inhibitors in preventing the corrosion of metals, has proved to be an effective method to improve the inhibition performance or to decrease the required dosage of the inhibitor, and so it has always been a hot issue in the study of inhibitor theory. The synergistic inhibition effect between imidazoline derivates, nitrogen containing heterocyclic compounds and other compounds will be researched in this project by using dynamic weight loss method, potentiodynamic polarization curve and electrochemical impedance spectrum, aiming to solve the key scientific problems encountered during the gas transportation in high sour gas field. Their adsorption behaviors on metal surface will be investigated in order to find out the factors affecting synergistic effect by combination use of AFM、XPS、SERS and ECSTM and to explain the mechanism of synergistic effect with an atomic or molecular resolution. This research will not only develop the corrosion inhibitor theory, but also guide the development of high efficiency inhibitors used in high sour gasfield, therefore is of great theoretical and practical significance.

缓蚀剂的协同效应是指一种缓蚀剂的性能由于其它物质（或缓蚀剂）的加入而得到增强的现象。利用协同效应，可以有效提高缓蚀性能，减少缓蚀剂用量，因此协同效应研究一直是缓蚀剂理论研究中的热点问题。本项目针对我国高酸性气田地面输气过程中迫切需要解决的H2S/CO2腐蚀与缓蚀剂保护中的关键科学问题，使用动态失重法、动电位极化法、电化学阻抗谱等技术，研究H2S/CO2体系中咪唑啉衍生物、含氮杂环化合物与其它物质之间的缓蚀协同效应。结合AFM、XPS、SERS和ECSTM等表面分析手段，研究缓蚀剂协同体系在碳钢表面上的吸附行为，藉此搞清影响缓蚀剂协同效应的因素以及从原子分子层次解释协同效应产生的机制。本研究不仅可以丰富和发展缓蚀剂理论，还可指导高酸性气田高效缓蚀剂的开发，因此具有十分重要的理论意义和实用价值。

在油气田经常遇见CO2和CO2/H2S引起的碳钢腐蚀，控制不好，不仅会造成大量的经济损失，还严重威胁着人们的生命安全。在油气田加注缓蚀剂是一种操作简单、经济有效的腐蚀防护方法。通常加入的缓蚀剂都不是单一的组分，而是多种组分的复配。研究缓蚀剂的协同效应具有重要的意义。主要研究内容和成果如下：.1..研究发现，有些缓蚀剂具有针对性。对9种缓蚀剂分别在CO2以及H2S/CO2共存体系中的缓蚀性能的研究表明，H2S的存在可显著提高咪唑啉季铵盐（IAS）、吡啶季铵盐（BPC）、十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）、十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十八胺（OCT）的缓蚀性能，同时严重恶化硫脲（TU）、L-半胱氨酸（CYS）和十二烷基磺酸钠（SDS）的缓蚀作用。其主要原因是IAS、BPC、OCT、DTAB、TTAB和CTAB等缓蚀剂均可在溶液中发生电离或质子化，形成的阳离子与带负电荷的碳钢表面间的静电引力会促进缓蚀剂在碳钢表面的吸附，而其它几种则由于不能形成阳离子而缓蚀效果下降。.2..使用分子动力学对缓蚀剂这种行为进行了研究。结果表明，HS-离子可以显著富集在IAS、BPC、TTAB等缓蚀剂阳离子周围，导致缓蚀剂在该体系中缓蚀性能的提高。.3..研究了OCT和IAS分别与DTAB、TTAB、CTAB三种阳离子表面活性剂的协同效应。结果表明，OCT与TTAB及IAS与DTAB间存在较好的缓蚀协同效应。.4..研究了喹啉季铵盐（QB）与双子表面活性剂（12-3OH-12）的缓蚀协同性能。发现QB与较低浓度12-3OH-12之间存在协同缓蚀效应，最高缓蚀效率可达96.1%；与较高浓度12-3OH-12则具有拮抗效应。对这一现象使用竞争吸附和联合吸附理论进行了解释。.5..针对双组份协同体系，使用自由体积分数（FFV）研究了最佳的复配比例。随着复合缓蚀剂成分间质量浓度的变化，缓蚀剂膜具有不同的FFV，而FFV的变化规律与协同效应参数S值间存在很好的相关性。这一结果可有助于缓蚀剂协同效应的预测及最佳复配比例的确定。.通过本课题的研究，发表SCI论文4篇，其中3篇发表在Corrosion Science上。