高流速下缓蚀剂在H2S和CO2环境中的构效关系

拟使用高转速高压高温试验釜、旋转圆盘电极以及电化学技术，结合XPS、AFM、IR等分析表征手段，研究带有不同基团的咪唑啉缓蚀剂在高速流动的含有H2S+CO2的盐水溶液中在碳钢表面上的吸附与脱附行为，搞清楚在H2S+CO2的酸性体系中，流速对不同分子结构的咪唑啉缓蚀剂在钢表面上吸附与脱附的影响机制，籍此建立高流速下缓蚀剂在碳钢表面上的吸附行为与缓蚀剂分子结构之间的构效关系。通过本项目研究，将对酸性气田的开发提供缓蚀剂保护技术方面的指导，为开发新型抗冲刷缓蚀剂建立理论和试验基础。

项目背景：.本项目研究主要针对我国高含硫化氢和二氧化碳的天然气输送过程中迫切需要解决的腐蚀与缓蚀剂保护中的关键科技问题。天然气地面输送过程中，气体的流速一般在3~5m/s。如此高的流速下，能否依靠投加咪唑啉缓蚀剂来起到保护作用；咪唑啉缓蚀剂在此环境中的构效关系如何，有哪些因素影响咪唑啉缓蚀剂的吸附特性等等。.主要研究内容： .1．研究在H2S+CO2盐水溶液中不同分子结构的咪唑啉缓蚀剂的缓蚀性能；.2．使用量子化学理论，计算不同分子结构的缓蚀剂的量子化学参数，并与高压釜失重、电化学试验以及表面分析结果进行对比分析，从分子层面阐述咪唑啉缓蚀剂在高流速情况下在碳钢表面上的吸附行为；.3．在对咪唑啉缓蚀剂的分子结构与其在钢表面吸附行为之间的构效关系的研究基础上，设计最佳的抗流速冲击的缓蚀剂分子结构，研究它们在高流速下在碳钢表面上的吸附能力和缓蚀性能。.重要结果与意义：.通过本基金，基本搞清了咪唑啉缓蚀剂分子结构与缓蚀效果之间的关系，为研发不同流速下应用的缓蚀剂奠定了理论基础。主要结果如下：.（1）缓蚀剂的缓蚀性能与疏水链的长度和流速有关。在低流速时(0.3m/s和0.6m/s)，咪唑啉分子中碳链长度为17时缓蚀效果最好；高流速下（5.5m/s），碳链越长，缓蚀效果越好；咪唑啉碳链中双键的存在会提高缓蚀剂的缓蚀效果。.（2）低流速下（0.3m/s和0.6m/s），咪唑啉侧链有2个氨基乙撑时，缓蚀效果最好；而高流速下（5.5m/s），侧链有多个氨基乙撑的咪唑啉的缓蚀效果最好。这部分研究结果可指导高流速下抗冲击的缓蚀剂的开发。.3. 通过对多个咪唑啉及其缓蚀效果的总结，可以得出，当缓蚀剂浓度为50mg/L时，在低流速下，接触角为65~70o 或粘附力为4.5~5.0nN的缓蚀剂的缓蚀效果好；在高流速下，接触角/粘附力越大，缓蚀效果越好。这一结论可以用来快速筛选缓蚀剂。.4. 之前，一般认为咪唑啉侧链中的氨基基团属于亲水基团，然而本研究表明，羟基的引入可以提高咪唑啉的亲水性，而氨基的引入提高了咪唑啉的疏水性，促进了缓蚀剂在碳钢表面的吸附。这对咪唑啉缓蚀剂的亲水基/疏水基的认识提高了一步。