一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂及其制备方法

摘要

一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂及其制备方法，它涉及一种气相缓蚀剂及其制备方法。本发明目的是要解决现有缓蚀剂无法对高CO2含量的油气输送管道起到缓蚀作用的问题。一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂由甲组份和乙组份混合而成，其中所述的甲组份由N-甲基二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺、咪唑、仲辛醇聚氧乙烯醚、苯并三氮唑、喹啉和蒸馏水制备而成；其中所述的乙组份为磺酸盐类阴离子表面活性剂。方法：一、制备甲组份：二、混合：将乙组份加入甲组份进行混合，混匀后在室温下静置一定时间，即得到用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂。本发明主要用于制备用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相缓蚀剂及其制备方法。

背景技术

近年来CO₂腐蚀已成为油气田开采中主要腐蚀形式，已经影响天然气工业的安全生产。 腐蚀与防护研究成为油气工业中迫切需要解决的问题。防止或减少CO₂气体及其弱酸性水溶 液对天然气输送系统金属管线腐蚀是目前的研究热点。

CO₂的腐蚀要由于CO₂溶于水中形成碳酸，碳酸与低碳钢表面发生反应造成腐蚀。以往 防止天然气集输管道腐蚀的方法多为使用高合金钢及玻璃钢材料、内壁涂层或衬里、提高pH 值等方式，它们的防腐性能各有优缺点。虽然高合金钢和玻璃钢在CO₂腐蚀环境中具有良好 的防腐效果，但耐蚀金属材料和玻璃钢价格昂贵，国内不可能大量推广采用；与之相比，使 用内涂层比使用耐腐蚀金属材料的价格便宜且寿命长，但其处理工艺复杂，涂层和衬里一旦 出现缺陷，极易导致严重的局部腐蚀；提高pH值的方法将会造成管壁大量污垢沉积，从而 降低了天然气传输的效率。缓蚀剂对金属具有较强的缓解腐蚀的能力，既可以大大降低金属 的腐蚀速率，又可以减少使用成本。缓蚀技术由于具有良好的防腐效果和较高的经济效益， 在石油化工领域已成为最主要的防腐蚀手段。在腐蚀介质中加入少量缓蚀剂，不会改变介质 的性质，不需改变原来的设备和工艺，也不需要特殊的附加设备，且效率高，成本低，操作 简单。因此，缓蚀剂在天然气的输送、油气的传输、油田的开采等方面已成为最主要的防腐 蚀手段。但是对于某些高CO₂含量的油气输送管道，一般的缓蚀剂却失去效果，或需提高缓 蚀剂的使用量才能达到对CO₂较高的吸收程度。因此，迫切需要寻找一种新的油气集输管道 缓蚀剂设计技术以满足高CO₂含量的油气输送管道的需要。所以现有的缓蚀剂无法对某些高 CO₂含量的油气输送管道起到缓蚀的作用。因此，迫切需要寻找一种新的油气集输管道缓蚀 剂设计技术以满足高CO₂含量的油气输送管道的需要。

发明内容

本发明目的是要解决现有缓蚀剂无法对高CO₂含量的油气输送管道起到缓蚀作用的问 题，而提供一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂及其制备方法。

一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂由甲组份和乙组份混合而成，所述的乙组份 占甲组份体积的300ppm～500ppm(ppm：百万分之一)，其中所述的甲组份按质量分数比由 10％～20％的N-甲基二乙醇胺、3％～7％的乙醇胺、1％～3％的二乙烯三胺、0.10％～0.25％的咪唑、 0.25％～0.40％的仲辛醇聚氧乙烯醚、1.00％～1.50％的苯并三氮唑、0.80％～1.00％的喹啉和 68％～80％的蒸馏水制备而成；其中所述的乙组份为磺酸盐类阴离子表面活性剂。

一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备甲组份：①、称量：按质量分数比称取10％～20％的N-甲基二乙醇胺、3％～7％ 的乙醇胺、1％～3％的二乙烯三胺、0.10％～0.25％的咪唑、0.25％～0.40％的仲辛醇聚氧乙烯醚、 1.00％～1.50％的苯并三氮唑、0.80％～1.00％的喹啉和68％～80％的蒸馏水；②、预聚合：首先 将步骤①按质量分数比称取的10％～20％的N-甲基二乙醇胺、3％～7％的乙醇胺、1％～3％的二 乙烯三胺和0.10％～0.25％的咪唑混合均匀，并在温度为90℃～100℃、搅拌速度为 100r/min～150r/min的条件下加热搅拌2h～4h，得到预聚物；③、聚合：先将步骤②制备的预 聚物冷却至室温，然后加入步骤①按质量分数比称取的0.25％～0.40％的仲辛醇聚氧乙烯醚、 1.00％～1.50％的苯并三氮唑和0.80％～1.00％的喹啉，并在温度为90℃～120℃、搅拌速度为 100r/min～150r/min的条件下加热搅拌4h～8h，得到聚合物；④、稀释：先将步骤③制备的聚 合物冷却至室温，再加入步骤①按质量分数比称取的68％～80％的蒸馏水进行稀释，搅拌均匀 后即得到甲组份；二、混合：在室温下按乙组份占甲组份体积的300ppm～500ppm将乙组份加 入甲组份进行混合，混匀后在室温下静置至混匀过程中产生的气泡完全消失为止，即得到用 于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂；步骤二中所述的乙组份为磺酸盐类阴离子表面活性剂。

本发明优点：一、本发明制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂所应用多胺类有 机溶剂易获得、价格低，较高的降低了气相缓蚀剂的经济成本；二、本发明制备的用于天然 气金属集输管道的气相缓蚀剂所应用多胺类溶剂无毒且对人体伤害小，挥发程度低，缓蚀剂 用蒸馏水进行稀释，蒸馏水所占比例相对较高，所以此气相缓蚀剂无毒不可燃；三、本发明 制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂在应用过程中，在金属表面形成一层均匀致密 的保护膜来吸收CO₂，被消耗后通过天然气带出金属输气管道，易排出，低残留，所以此气 相缓蚀剂对本体溶液或钢体无污染、无影响；四、本发明制备的用于天然气金属集输管道的 气相缓蚀剂常温常压下为棕色液体形式，易携带，且多胺类分子中不含有活泼H原子，因而 化学稳定性好、挥发性小，可长时间储存，并且使用方便；五、本发明制备的用于天然气金 属集输管道的气相缓蚀剂应用多胺类分子中含有N原子，胺在水溶液中解离使溶液显碱性， 易与CO₂这类酸性气体起反应，并且二乙烯三胺和乙醇胺的加入，可以激活N-甲基二乙醇胺， 从而克服N-甲基二乙醇胺碱性较弱的缺点，因此本缓蚀剂可大量吸收CO₂，用量少，效果好； 六、本发明制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂采用多胺类复配方式，可以降低之 前缓蚀剂对装置能耗的要求和装置对缓蚀剂的处理能力，改善CO₂的净化度，对高CO₂含量 的输气管道具有良好的实用性。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂，用于天然 气金属集输管道的气相缓蚀剂由甲组份和乙组份混合而成，所述的乙组份占甲组份体积的 300ppm～500ppm(ppm：百万分之一)，其中所述的甲组份按质量分数比由10％～20％的N-甲基 二乙醇胺、3％～7％的乙醇胺、1％～3％的二乙烯三胺、0.10％～0.25％的咪唑、0.25％～0.40％的 仲辛醇聚氧乙烯醚、1.00％～1.50％的苯并三氮唑、0.80％～1.00％的喹啉和68％～80％的蒸馏水 制备而成；其中所述的乙组份为磺酸盐类阴离子表面活性剂。

缓蚀剂是通过有机醇胺分子兼有亲水性和疏水性的双亲性特性，通过表面活性剂和扩散 剂来协调缓释剂，使其分子与天然气分子之间产生相互作用力，实现醇胺分子自发扩散到金 属表面，使其分子中胺基(亲水性)的氮元素的孤电子对与金属形成空轨道配位作用，在金 属表面形成具有定向排列的烷基(亲油性)背向金属表面的动态吸附层，一方面改变了金属 表面的电荷状态和界面性质，使金属表面的能量状态趋于稳定化，增加腐蚀反应的活化能， 使腐蚀速度减慢；一方面使金属表面形成一层疏水保护膜，阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物 质的转移，并阻止了金属与天然气中CO₂的接触，减少了电荷转移或物质转移，从而降低腐 蚀作用。本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂针对高二氧化碳含量的天 然气输送管道出现的腐蚀问题，研究一种复合有机醇胺泡排缓蚀剂，对较低二氧化碳含量的 天然气输送管道有同样良好的缓蚀效果。

本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂所应用多胺类有机溶剂易获 得、价格低，较高的降低了气相缓蚀剂的经济成本。

本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂所应用多胺类溶剂无毒且对人 体伤害小，挥发程度低，缓蚀剂用蒸馏水进行稀释，蒸馏水所占比例相对较高，所以此气相 缓蚀剂无毒不可燃。

本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂在应用过程中，在金属表面形 成一层均匀致密的保护膜来吸收CO₂，被消耗后通过天然气带出金属输气管道，易排出，低 残留，所以此气相缓蚀剂对本体溶液或钢体无污染、无影响。

本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂常温常压下为棕色液体形式， 易携带，且多胺类分子中不含有活泼H原子，因而化学稳定性好、挥发性小，可长时间储存， 并且使用方便。

本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂应用多胺类分子中含有N原 子，胺在水溶液中解离使溶液显碱性，易与CO₂这类酸性气体起反应，并且二乙烯三胺和乙 醇胺的加入，可以激活N-甲基二乙醇胺，从而克服N-甲基二乙醇胺碱性较弱的缺点，因此本 缓蚀剂可大量吸收CO₂，用量少，效果好。

本实施方式所述的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂采用多胺类复配方式，可以降 低之前缓蚀剂对装置能耗的要求和装置对缓蚀剂的处理能力，改善CO₂的净化度，对高CO₂含量的输气管道具有良好的实用性。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的磺酸盐类阴离子表 面活性剂为烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐或α-磺基单羧酸酯。

具体实施方式三：本实施方式是一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂的制备方法， 具体是按以下步骤完成的：

一、制备甲组份：①、称量：按质量分数比称取10％～20％的N-甲基二乙醇胺、3％～7％ 的乙醇胺、1％～3％的二乙烯三胺、0.10％～0.25％的咪唑、0.25％～0.40％的仲辛醇聚氧乙烯醚、 1.00％～1.50％的苯并三氮唑、0.80％～1.00％的喹啉和68％～80％的蒸馏水；②、预聚合：首先 将步骤①按质量分数比称取的10％～20％的N-甲基二乙醇胺、3％～7％的乙醇胺、1％～3％的二 乙烯三胺和0.10％～0.25％的咪唑混合均匀，并在温度为90℃～100℃、搅拌速度为 100r/min～150r/min的条件下加热搅拌2h～4h，得到预聚物；③、聚合：先将步骤②制备的预 聚物冷却至室温，然后加入步骤①按质量分数比称取的0.25％～0.40％的仲辛醇聚氧乙烯醚、 1.00％～1.50％的苯并三氮唑和0.80％～1.00％的喹啉，并在温度为90℃～120℃、搅拌速度为 100r/min～150r/min的条件下加热搅拌4h～8h，得到聚合物；④、稀释：先将步骤③制备的聚 合物冷却至室温，再加入步骤①按质量分数比称取的68％～80％的蒸馏水进行稀释，搅拌均匀 后即得到甲组份；二、混合：在室温下按乙组份占甲组份体积的300ppm～500ppm将乙组份加 入甲组份进行混合，混匀后在室温下静置至混匀过程中产生的气泡完全消失为止，即得到用 于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂。

本实施方式步骤二中所述的乙组份为磺酸盐类阴离子表面活性剂。

本实施方式制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂所应用多胺类有机溶剂易获 得、价格低，较高的降低了气相缓蚀剂的经济成本。

本实施方式制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂所应用多胺类溶剂无毒且对人 体伤害小，挥发程度低，缓蚀剂用蒸馏水进行稀释，蒸馏水所占比例相对较高，所以此气相 缓蚀剂无毒不可燃。

本实施方式制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂在应用过程中，在金属表面形 成一层均匀致密的保护膜来吸收CO₂，被消耗后通过天然气带出金属输气管道，易排出，低 残留，所以此气相缓蚀剂对本体溶液或钢体无污染、无影响。

本实施方式制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂常温常压下为棕色液体形式， 易携带，且多胺类分子中不含有活泼H原子，因而化学稳定性好、挥发性小，可长时间储存， 并且使用方便。

本实施方式制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂应用多胺类分子中含有N原 子，胺在水溶液中解离使溶液显碱性，易与CO₂这类酸性气体起反应，并且二乙烯三胺和乙 醇胺的加入，可以激活N-甲基二乙醇胺，从而克服N-甲基二乙醇胺碱性较弱的缺点，因此本 缓蚀剂可大量吸收CO₂，用量少，效果好。

本实施方式制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂采用多胺类复配方式，可以降 低之前缓蚀剂对装置能耗的要求和装置对缓蚀剂的处理能力，改善CO₂的净化度，对高CO₂含量的输气管道具有良好的实用性。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中所述的磺酸盐类 阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐或α-磺基单羧酸酯。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂的制备方法，具体是按以下步骤完 成的：

一、制备甲组份：①、称量：称取120g的N-甲基二乙醇胺、40g的乙醇胺、30g的二乙 烯三胺、1.5g的咪唑、3.5g的仲辛醇聚氧乙烯醚、10g的苯并三氮唑、10g的喹啉和750g的 蒸馏水；②、预聚合：首先将步骤①称取的120g N-甲基二乙醇胺、40g乙醇胺、30g二乙烯 三胺和1.5g咪唑混合均匀，并在温度为95℃、搅拌速度为120r/min的条件下加热搅拌3h， 得到预聚物；③、聚合：先将步骤②制备的预聚物冷却至室温，然后加入步骤①称取的3.5g 仲辛醇聚氧乙烯醚、10g苯并三氮唑和10g喹啉，并在温度为100℃、搅拌速度为120r/min 的条件下加热搅拌6h，得到聚合物；④、稀释：先将步骤③制备的聚合物冷却至室温，再加 入步骤①称取的750g蒸馏水进行稀释，搅拌均匀后即得到甲组份；二、混合：在室温下按乙 组份占甲组份体积的500ppm将乙组份加入甲组份进行混合，混匀后在室温下静置至混匀过 程中产生的气泡完全消失为止，即得到用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂。

本实施方式步骤二中所述的乙组份为磺酸盐类阴离子表面活性剂。

检测本试验制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂、现有的缓蚀剂MY-80HZY、 现有的缓蚀剂MY-871-WY、现有的缓蚀剂KW-3281、现有的缓蚀剂IMC-89-Z、现有的缓蚀 剂IMC-30-C和不加任何缓蚀剂的空白对照组对高CO₂含量的输气管线的缓蚀效果，其评价 方法采用常温常压静态失重挂片法，试验时间为24小时，缓蚀剂添加浓度为50ppm，材料选 X60钢，介质采用吉林油田“长岭-松原”高CO₂含量的输气管线现场水样模拟溶液，检测结 果如表1所示。

表1

通过检测的数据可以看出，试验制备的用于天然气金属集输管道的气相缓蚀剂缓蚀效率 最高，年腐蚀速率最低，针对高CO₂含量的输气管线具有很好的缓蚀性能。