油氣工業(yè)常用緩蝕劑
油氣田使用的緩蝕劑，特別是在含CO2的油氣田等腐蝕環(huán)境中，主要為“界面型”緩蝕劑，它們本身或它們的反應(yīng)產(chǎn)物吸附在金屬表面上，形成一層連續(xù)的或不連續(xù)的吸附層和保護(hù)性膜層，阻滯腐蝕過程的陰極、陽極或同時(shí)阻滯陰陽極反應(yīng)，從而產(chǎn)生緩蝕作用。
CO2腐蝕緩蝕劑的早期研究主要針對金屬在水相環(huán)境中的腐蝕，其種類較多，包括酰胺、咪唑啉、季銨鹽、雜環(huán)化合物等，已被廣泛應(yīng)用于石油、石化領(lǐng)域，發(fā)揮著極為重要的作用。隨著研究的深入及工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，管道頂部腐蝕問題越來越引起人們的重視，各種蒸氣相、氣相緩蝕劑也應(yīng)運(yùn)而生。下面詳細(xì)介紹幾類緩蝕效果較好的緩蝕劑以及該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
咪唑啉及其衍生物類
在眾多CO2緩蝕劑中咪唑啉及其衍生物用量最大，約占緩蝕劑總用量的90%左右。咪唑啉及其衍生物于1949年首次在美國獲得專利，1963年最早報(bào)道了咪唑啉作為一種緩蝕劑應(yīng)用于油田。咪唑啉具有無刺激性氣味、毒性低、熱穩(wěn)定性好、生物易降解等特點(diǎn)，能夠有效抑制CO2環(huán)境下金屬的全面腐蝕和局部腐蝕，目前已被成功地用于多個(gè)含CO2的油氣田。
關(guān)于咪唑啉在鋼鐵表面的緩蝕機(jī)理研究，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量工作，從早期吸附類型的判別、吸附模型的建立到近期官能團(tuán)的作用機(jī)理、緩蝕劑膜厚度、成膜穩(wěn)定性、咪唑啉水解性等都取得了一定的成就。
咪唑啉季銨鹽是通過季銨化改性處理將咪唑啉環(huán)上氮原子化合價(jià)變成五價(jià)形成的，由于季銨鹽分子中N+對金屬表面的吸附作用更強(qiáng)烈，所以咪唑啉季銨鹽的緩蝕性能遠(yuǎn)比咪唑啉要好。季銨陽離子能被帶負(fù)電荷的金屬表面所吸附，對陽離子放電反應(yīng)產(chǎn)生極大的影響，其排列在金屬表面就像使金屬表面帶正電荷一樣，使氫離子難于靠近金屬表面，不僅加強(qiáng)了隔離作用，而且阻礙了電荷的轉(zhuǎn)移，使陰極反應(yīng)速率降低；季銨鹽上陰離子對陽離子型緩蝕劑的靜電吸附也有較大影響。常用的季銨化試劑主要有氯乙酸鈉、芐基氯等。大量研究表明，咪唑啉季銨鹽可以有效抑制油氣工業(yè)中的CO2腐蝕。
氣相緩蝕劑
隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的液相緩蝕劑已很難達(dá)到防腐蝕目的，如液相緩蝕劑往往難以抑制濕氣管線的頂部腐蝕，故此時(shí)人們開發(fā)研制了新類型的緩蝕劑，即氣相緩蝕劑。氣相緩蝕劑分子自由度較高，特別適用于形狀復(fù)雜的管道。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)和使用過程中易被吸入體內(nèi)，造成較大的傷害，使得目前商品化氣相緩蝕劑較少。
最初，鋼鐵用氣相緩蝕劑主要為低分子量有機(jī)胺及其鹽類，如異丙胺、亞硝酸二環(huán)己胺。將咪唑啉與低分子量胺復(fù)配后用于輸氣管線，實(shí)現(xiàn)了一定的緩蝕效果。但由于這類物質(zhì)揮發(fā)性太大，氣味和毒性也大，使其應(yīng)用受到極大限制。20世紀(jì)90年代后，緩蝕劑的構(gòu)效關(guān)系逐漸清晰化，可以借助分子設(shè)計(jì)和分子組裝來指導(dǎo)氣相緩蝕劑的合成，使氣相緩蝕劑的開發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新階段，多種新型高效、低毒氣相緩蝕劑走入人們視線。低聚型緩蝕劑是受關(guān)注較多的一個(gè)研究方向。低聚型氣相緩蝕劑可以在分子內(nèi)引入不同作用的活性基團(tuán)同時(shí)抑制幾種因素的腐蝕，可以說是在分子內(nèi)實(shí)現(xiàn)了復(fù)配使用，有可能形成比分子外復(fù)配更致密的保護(hù)膜，具有更好的協(xié)同效應(yīng)。一些雜環(huán)類化合物被開發(fā)用作氣相緩蝕劑，如唑類衍生物、嗎啉類衍生物，其分子中O、N、S、P等原子作為活性吸附中心，對多種金屬具有較強(qiáng)的吸附作用，且分子內(nèi)或分子間極易形成大量氫鍵增厚吸附層，造成氫離子接近金屬表面的更大阻力，具有非常好的氣相緩蝕效果。
復(fù)配型緩蝕劑
油氣開采過程中，金屬管道大多是處于多相共存的環(huán)境中，常涉及液相、氣相交互作用共同影響材料腐蝕進(jìn)程的問題。為此開發(fā)了眾多種類的氣液雙相復(fù)合型緩蝕劑，在油氣工業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用。用于油氣管道的緩蝕劑配方，組分往往包括咪唑啉、有機(jī)酸、不同的表面活性劑和氣相緩蝕劑的復(fù)配物。有研究結(jié)果表明氣液相復(fù)合型緩蝕劑能有效減緩油田設(shè)備的腐蝕。以環(huán)保為基點(diǎn)研制針對高溫高壓CO2腐蝕環(huán)境，研制適用于多相腐蝕體系的緩蝕劑符合當(dāng)前油氣工業(yè)發(fā)展的需求。其中以現(xiàn)有緩蝕劑為基礎(chǔ)，探索不同緩蝕劑的最佳復(fù)配配方，提高緩蝕效率、擴(kuò)大緩蝕劑適用范圍、降低有毒緩蝕劑的用量，最終得到高效、低毒、通用型緩蝕劑也是這一領(lǐng)域研究不斷滿足實(shí)際需求的一條捷徑。