噻唑啉类高温缓蚀剂的合成及缓蚀性能研究

摘要

近年来,快速发展的炼油工业促进了含酸及高酸原油的开采与炼制,使高温环烷酸腐蚀凸显为炼厂腐蚀的主要问题之一。解决炼厂的环烷酸腐蚀问题有很多种途径,其中加注缓蚀剂防腐是最经济、方便、有效的方法之一。含N、S杂原子,不饱和双键能够提供自由电子和空轨道以给予及接受电子的噻唑啉类化合物,被认为是极为有效的有机缓蚀剂组分。因此,以烷基酮、单质硫与氨气为原料,二甲苯为溶剂,合成了一系列噻唑啉类缓蚀剂。考察了以环己酮为原料合成2,2-五亚甲基-4,5-四亚甲基-1,3-噻唑啉的反应时间、反应温度、硫酮摩尔比、溶剂二甲苯的用量对反应产率的影响。得出最佳的合成条件为:在不添加溶剂、通入氨气、反应时间2h、反应温度50℃及硫酮摩尔比为0.875时,该反应产率最高达到88.9％。通过元素分析法、红外光谱法及GC/MS分析法对产品进行结构表征。
　　 将合成2,2-五亚甲基-4,5-四亚甲基-1,3-噻唑啉最适宜条件直接应用到以正丁酮、仲辛酮为原料合成噻唑啉类缓蚀剂的过程中,其产率分别为89.2％、72.2％,也取得了较好的结果。
　　 利用静态失重法考察了具有不同取代基团的磷系缓蚀剂、不同取代基团噻唑啉类缓蚀剂对A3钢片缓蚀性能的影响。研究表明:当取代烷基基团相同时,亚磷酸酯类缓蚀效果较磷酸酯类效果好;磷系缓蚀剂的缓蚀效果随着摩尔质量的增大而降低;单独使用时丁酮合成噻唑啉效果最好,磷系缓蚀剂中亚磷酸三甲酯效果最好;噻唑啉与亚磷酸三甲酯复配后应用到山东石大科技集团有限公司减二线馏分油中,当腐蚀体系酸值为3mgKOH·g-1,缓蚀剂总浓度在205μg·g-1,缓蚀率达到100％。
　　 通过采用密度泛函理论中B3LXP方法,计算出缓蚀剂分子的前线轨道能量,Mulliken原子电荷,电子转移数(△N)等特征参量,系统分析了反应活性和选择性,以确定其吸附活性点位,分析反应活性对分子链长的影响,从分子水平上解释了静态失重的实验结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 概述

1.1.1 常减压装置的高温腐蚀

1.1.2 影响环烷酸腐蚀的因素

1.1.3 常减压装置高温部位腐蚀控制方法

1.1.4 环烷酸腐蚀的监测方法

1.1.5 缓蚀机理及影响缓蚀性能的因素

1.2 高温缓蚀剂国内外研究现状

1.2.1 磷系缓蚀剂

1.2.2 非磷系缓蚀剂

1.2.3 混合型缓蚀剂

1.3 缓蚀性能的评价方法

1.3.1 铁粉试验法

1.3.2 金属挂片法

1.3.3 静态高压反应釜试验法

1.3.4 动态高压反应釜试验法

1.4 缓蚀剂的发展前景

1.5 研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器与药品

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验药品

2.2 试验方法

2.2.1 油品酸值的测定

2.2.2 噻唑啉的合成

2.2.3 缓蚀剂缓蚀性能评价

第三章 噻唑啉类衍生物的合成及结构表征

3.1 噻唑啉的合成

3.1.1 反应时间对产率的影响

3.1.2 反应温度对产率的影响

3.1.3 硫酮摩尔配比对产率的影响

3.1.4 溶剂用量对产率的影响

3.2 产物结构表征

3.2.1 元素分析

3.2.2 红外光谱分析

3.2.3 CG/MS分析

3.3 反应机理探讨

3.4 本章小结

第四章 噻唑啉类衍生物的缓蚀效果研究

4.1 磷系缓蚀剂缓蚀性能的评价

4.1.1 亚磷酸酯类缓蚀性能的评价

4.1.2 磷酸酯类缓蚀性能的评价

4.1.3 复配主体的确定

4.2 CTH噻唑啉缓蚀性能研究

4.2.1 CTH、NCTH缓蚀性能评价

4.2.2 确定复配总浓度

4.2.3 考察TMP和CTH(NCTH)复配缓蚀效果

4.2.4 考察TMP/NCTH复配比例

4.2.5 TMP/NCTH在酸值3mgKOH·g-1体系中的缓蚀效果

4.2.6 TMP/NCTH在石大科技减二线馏分油中的应用

4.3 OTH噻唑啉缓蚀性能研究

4.3.1 OTH、NOTH缓蚀性能评价

4.3.2 考察TMP/NOTH复配缓蚀效果

4.3.3 考察TMP/NOTH复配比例

4.3.4 考察TMP和NOTH复配比例

4.3.5 TMP/NOTH在酸值3mgKOH·g-1体系中的缓蚀效果

4.3.6 TMP/NOTH在石大科技减二线馏分油中的应用

4.4 BTH噻唑啉缓蚀性能研究

4.4.1 BTH缓蚀性能评价及复配总浓度选取

4.4.2 考察TMP/BTH复配比例

4.4.3 TMP/BTH在酸值3mgKOH·g-1体系中的缓蚀效果

4.4.4 TMP/BTH在石大科技减二线馏分油中的应用

4.5 噻唑啉缓蚀性能作用机制的探讨

4.5.1 噻唑啉缓蚀性能与分子结构关系的探讨

4.5.2 复配缓蚀剂在石大科技减二线馏分油中缓蚀效果

4.6 本章小结

第五章 噻唑啉分子反应活性密度泛函理论研究

5.1 计算方法

5.2 优化分子结构

5.3 前线轨道分布

5.4 局部反应活性

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

创新点

致谢

附录