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一种提高c钢耐蚀性能的新型缓蚀剂

*通信:

Qhatan A Yousif伊拉克共和国卡迪西亚大学理学院化学系
电话:+ 9647813112362;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

采用动电位极化法和开路电位法研究了三水合二硫威钠缓蚀剂对碳钢在饱和co2和脱氧0.5 M H2SO4酸性溶液中腐蚀的影响。结论表明，所评价的三水二硫威钠化合物的冗余效果取决于腐蚀介质的浓度和性质:腐蚀电流密度(icorr)随着三水二硫威钠抑制剂浓度的增加而降低。提高三水合二硫威钠的浓度不仅可以提高缓蚀剂的效率，还可以降低腐蚀速率。腐蚀电位变得正一些。极化结果表明，该化合物表现为混合型抑制剂，在除氧酸性介质中效果最佳。根据这些数据，推荐使用三水合地硫威钠作为一种有效的抑制剂。

关键字

c钢;三水合二硫威钠;腐蚀抑制作用;混合抑制剂

简介

腐蚀是石油和天然气工业中遇到的一个常见问题，因为炼油厂、管道和石化工厂都面临着相当大的腐蚀问题。工业设备的内部腐蚀通常是由于表面暴露在水、硫化氢和二氧化碳中引起的，也可能是由系统中未经检查的微生物活动引起的[1］．腐蚀速率主要由流量决定管理多相流体的碰撞。例如，在流量较低的情况下，腐蚀更常见，而流量较大则表明可能发生流动加速腐蚀，以及侵蚀腐蚀。观察到的腐蚀程度通常与存在的残留物的数量和性质有关。低流速允许残留物沉淀在底部，而流速较大的流动倾向于远离管道的摇摆残留物，从而减少了潜在的点蚀和腐蚀位置[2］．腐蚀问题及其消除在石油和天然气行业中尤为严重，因为这些行业由于腐蚀而遭受的经济损失特别高[3.］．

多年来，二氧化碳造成的腐蚀一直是油气生产和运输过程中公认的问题。4]，因为气体在进入后聚集在设备中。干燥的二氧化碳气体在天然气和石油制造系统中通常经历的工作温度下不会导致腐蚀，但当它随后与水相和碳钢接触时，它会促进电化学反应[LD乐动体育官网5］．当二氧化碳溶解在水中时，会形成碳酸，使液体呈酸性。因此，当氢刻度值增加时，二氧化碳引起的腐蚀尤其有利;在升高的温度下，水溶液结构的改变，金属的解离条件以及酸性相的出现[6，7］．因此，它是天然气和石油生产中遇到的主要腐蚀形式[8］．在高温下，碳化铁天然气和石油管道上出现划痕，金属在这种情况下开始腐蚀。二氧化碳腐蚀可以观察到两种基本形式:点蚀[9]和平均流量设置下的局部二氧化碳腐蚀形式[10］．

在天然气和石油部门控制腐蚀的不同方法中，利用腐烂材料是最有效的方法之一[11，12］．缓蚀剂的种类很多，大致分为阴极缓蚀剂、阳极缓蚀剂和混合缓蚀剂。根据它们的化学结构，也有更微妙的排列，其中最大的抑制剂是有机化合物，具有一个或多个极性基团，可能强烈地吸附在金属表面[13-15］．上述抑制剂(包括含有氮(N)、磷(P)和/或硫(S)原子的部分)可以减缓溶液-金属界面下的响应腐蚀速率，而不需要复杂的反应速率测量。人们普遍认为有机抑制剂是通过在溶液-金属界面的吸附作用而起作用的。缓蚀剂降低了腐蚀电流，腐蚀电位的变化是通过破坏电化学过程所必需的过程来实现的。对碳钢在酸性恶劣溶液下的衰变起始进行了长期评价[16-39]在其他研究中，蓝桉用表面分析和电化学测量方法研究了“桃金娘科”作为C38钢在H₂所以₄解决方案(40］．在天然气和油田的抑制带来了额外的复杂性，需要根据实施的特点，即井、打捞单位、管道、工厂等特定的生态引发剂。破坏性化合物，比如H₂年代,有限公司₂，有机酸有可能会欺骗井中的起裂误差[41］．采用电化学技术评估了X-70管线钢在50°C的羧氨基咪唑啉饱和二氧化碳盐水中的缓蚀性能[42]因为它具有抑制c钢合金腐蚀的潜力，与其他咪唑啉衍生物一起[43］．本工作研究了三水合二硫威钠对伊拉克石油设备中广泛使用的碳钢(c钢)在0.5 M H下的腐蚀抑制作用₂所以₄在脱脂和饱和二氧化碳溶液中使用电化学程序。

实验

化学品和解决方案

以c钢为工作电极，研究了氮化铝的缓蚀性能₂)和298.15 K的饱和二氧化碳酸性溶液中均出现了二硫威三水合钠抑制剂。通过光学发射分析确认了从伊拉克油田获得的碳钢的化学成分光谱学(OES) (PMI MASTER Pro 2 Oxford, UK)，数据显示在表1．样品被切割成尺寸(1厘米× 1厘米，厚度0.5厘米)，用砂纸抛光到镜面光面，然后浸泡在含水氧化铝悬浮液中，使表面非常柔软。然后，用热苯清洗碳钢表面(注意，注意这是一个癌症可疑剂)和丙酮与蒸馏水，最后通过氮气流干燥。

表1。用发射光谱法测定碳钢的化学成分。

用环氧树脂覆盖从碳钢管中取出的工作c钢试样，以建立1厘米的截面附近²，因为在酸化合物的相互作用下。通过实施恒温浴循环器(前HYSC公司，韩国)，所有情况下保持一致的温度，298.15 K。所有溶液都是用蒸馏水和硫酸(通过Scharlau公司获得)新鲜配制的。溶液0.5 M H₂所以₄通过97% H₂所以₄在水里。

缓蚀研究

三水合二硫威钠(SIGMA-ALDRICH公司提供)的抑制作用图。1)对c钢在饱和二氧化碳酸性溶液中不腐蚀以及不同浓度的三水合二硫威钠在(1 × 10³M到3 × 10³）.

电化学测试

电化学测量使用的分类是一个标准的五颈耐热玻璃细胞(250毫升)，包含三个电极，包括一个工作电极(碳钢)，铂电极作为辅助，此外一个饱和甘汞电极(Hg | Hg₂Cl₂(s) | KCl)作为参考。剩下的两个颈，允许气体进入和退出。工作电极的方形表面为1cm²用环氧树脂固定。辅助电极由铂箔构成，涂以黑铂，增加比表面积，具有较高的催化活性，构建饱和甘汞电极，构成精密的拉格辛毛细管，置于功能电极表面附近，以减轻欧姆电势降(I × R)。铂电极和引电极采用精密的ragingin毛细管浸泡在饱和二氧化碳溶液中，用美国GAMRY公司生产的Potentiostat/Galvanostat/ZRA Interface 1000连接，测量开路电位(OCP)，得到动态电位曲线。使用化学分析仪(版本6.23)在相对于自由腐蚀电位的极化值±100 mV下估计Tafel极化曲线的电化学参数。

结果与讨论

开路电位

开路电位(OCP)随时间的变化为腐蚀反应的阴极和阳极过程提供了思路[44］．OCP的波动作为浸没时间的任务，有可能被用来显示屏蔽膜的显影过程[45]，即开路电位是给定测试溶液中碳钢平衡时的稳态电位，没有外部源极化或使电位偏离平衡值。将碳钢浸泡在除氧或二氧化碳0.5 M硫酸溶液中，测量电势随时间的变化。当电位与时间成常数时，估计OCP [46］．研究了不同浓度(1 × 10⁴M到3 × 10³M)饱和CO中三水合二硫威钠抑制剂²0.5 m h₂所以₄在298.15 K时为脱氧图。2而且3.,分别。

从开路来看，电势曲线如图所示图。2而且3.，可以看出，在将碳钢引入化合物中10分钟后，就达到了稳定的位置。在没有三水合二硫威钠抑制剂的情况下，在最初的400秒浸泡时间内，OCP向高尚方向漂移。由于缺乏三水合二硫威钠，由于在引入化合物之前存在于碳钢上的空气溶解，开路电位变为负值[47］．随后，在饱和二氧化碳中观察到-580.0 mV至-590.0 mV的中间电位，在脱气0.5 M H中观察到525.0 mV至-530.0 mV的电位₂所以₄溶液相对于饱和甘汞电极则单位稳态。这种OCP随时间的差异揭示了硫酸对c钢电极的腐蚀性。这一迹象解释了传入高频和高频率的电势低强度，在遭受点蚀的材料的特殊情况下，它们的强度向阴极方向增加，向阳极方向缓慢衰减[48，49］．如果腐蚀过程的阳极过程中包含CO₂溶液中的腐蚀和除氧溶液中的点蚀，则可以预期在坑的形成之前有一个起始期，因此电位的第一个性质变为点蚀总电位的正，随后OCP进一步下降[50］．结果表明，在无抑制剂的情况下，饱和二氧化碳的OCP低于0.5 M H脱氧时的OCP₂所以₄解决方案。与此同时，电位值的提高会导致腐蚀速率的增加，同时膜的发展也会受到抑制。

加入三水合二硫威钠抑制剂(1 × 10⁴M)到饱和二氧化碳和脱氧0.5 M H₂所以₄溶液趋于平衡态，势性趋于下降，不影响E-t曲线特征的波动，说明催化固膜溶解。因此，位移随三水合二硫威钠抑制剂浓度的增加而增加。三水二硫威钠抑制剂存在时，OCP的波动逐渐增大，表明三水二硫威钠影响了碳钢腐蚀的阳极反应[51］．碳钢在饱和二氧化碳0.5 M硫酸溶液中的OCP比脱氧水低560.0 mV，为518.0 mV。通过在碳钢表面建立阻蚀剂屏蔽层，可以使OCP向正方向变化。52］．这一结论可以理解为在硫原子旁边建立了稳定的Fe (II)配合物[53］．因此，保护层在较高的浓度(3 × 10³M)三水合二硫威钠抑制剂。

动电位极化曲线

图。4而且5描述三水合二硫威钠抑制剂浓度(1 × 10⁴M到1 × 10³M)趋于饱和和除氧0.5 M H时碳钢的极化曲线₂所以₄298.15 K溶液。在0.5 mv的扫描体积下进行了动电位极化测量^－1．检查图。4而且5揭示了在三水二硫威钠抑制剂的作用下，阴极曲线或阳极曲线的现值比没有三水二硫威钠抑制剂的情况下降低。这一结论表明，三水合二硫威钠的增加减轻了阳极的减轻，但对氢的阻碍也很大进化反应为腐蚀过程。从动态电位扫描的分析数据中也获得了构成几乎相等斜率的Tafel线，指向氢涨落反应被激活[54］．这一性能反映了二硫威三水合钠的抑制作用。随着三水二硫威钠抑制剂浓度的增加，当前密度的变化范围也随之增加。因此，电化学结构，如电流腐蚀密度(i_相关系数)，腐蚀电位(E_相关系数)，阳极Tafel斜率(β_一个)和阴极Tafel斜率(β_c)，采用Tafel外推法在腐蚀电位(E_相关系数)，而参数则列于表2和表3．

表2。碳钢在饱和CO中的腐蚀参数₂0.5 m h₂所以₄在298.15 K下暴露于不同浓度的三水合二硫威钠抑制剂。

表3。碳钢在0.5 M H脱氧条件下的腐蚀参数₂所以₄在298.15 K下暴露于不同浓度的三水合二硫威钠抑制剂。

表2和表3结果表明，在无缓蚀剂的情况下，腐蚀电流密度为I_相关系数高:285.0 μA/cm²碳钢在饱和二氧化碳0.5 M H₂所以₄浓度为386.0 μA/cm²在除氧溶液中;腐蚀电流密度的增加I_相关系数结果表明，增加电子泵由阳极反应为腐蚀反应。0.5 M H₂所以₄化合物，阳极的衰变响应是铁的减缓^{2 +}化合物内部的离子，而阴极反应是放出氢离子构成氢气，从而引发并增加腐蚀速率[55］．然而，加入三水二硫威钠缓蚀剂后，腐蚀电流密度和腐蚀程度随三水二硫威钠缓蚀剂用量的增加而降低。该值为7.970 μA/cm²在饱和二氧化碳酸性溶液中为9.180 μA/cm²在最佳浓度为1 × 10的脱氧溶液中⁴M.一般来说，在除氧溶液中，碳钢样品腐蚀电流密度的降低比在0.5 M H的充气溶液中要大₂所以₄解决方案如下图6。．这可能是因为在除氧溶液中，碳钢表面形成的封锁膜比在饱和co溶液中要厚₂0.5 M H₂所以₄酸性溶液。

有人指出，如果E_相关系数在抑制剂存在的情况下，与E_相关系数在没有抑制剂的情况下，可以将抑制剂的性质评估为阴极或阳极变化[56-58］．在目前的研究中，E_相关系数结果表明，三水合二硫威钠的位错平均为85 mV，可能是一种混合型抑制剂。腐蚀电位E_相关系数数值向性质略进的方向偏移，这样的结论建议阳极和氢进化促进反应;因此，三水合二硫威钠抑制剂可被归类为混合型抑制剂[59］．阳极Tafel斜坡(β_一个)和阴极Tafel斜坡(β_c)在加入三水合二硫威钠抑制剂后几乎有轻微改变，略大于H的预测₂进化根据Volmer-Tafel机制[60］．引入三水合二硫威钠抑制剂后，检测到阳极和阴极Tafel斜率的变化，表明这两种反应都得到了缓解[61］．这可以通过考虑c钢电极被氧化铁覆盖，并且氧化膜的存在可以通过迫使一个势垒通过氧化膜进行电荷转移来明显影响表面还原过程来解释。因此，阳极Tafel斜率(β_一个)和阴极Tafel斜坡(β_c)在无抑制和抑制溶液中几乎相等。这说明缓蚀剂分子可能吸附在c钢表面电极上，在不影响阳极响应仪的情况下阻碍碳钢表面的反应腐蚀部位[62，63］．

缓蚀效率可通过以下公式(1)计算[64]：

(1）

(我在哪里_相关系数)uninh和(i_相关系数)inh为未抑制腐蚀电流密度和抑制腐蚀电流密度。文中给出了缓蚀效率和腐蚀速率值，它们是化学分析程序输出用于分析动态电位扫描的参数表4和表5．

表4。碳钢在饱和co中的腐蚀速率及缓蚀效果₂0.5 m h₂所以₄在298.15 K下，从不同体积的三水二硫威钠抑制剂中得到化合物。

表5所示。碳钢在0.5 M H脱氧条件下的腐蚀速率和缓蚀率₂所以₄在298.15 K的温度下，在不同浓度的三水合二硫威钠抑制剂的作用下形成了溶液。

表4和表5结果表明，在不添加三水二硫威钠缓蚀剂时，腐蚀速率值较高，但加入三水二硫威钠缓蚀剂后，腐蚀速率降低。因此，随着三水合二硫威钠缓蚀剂浓度的增加，腐蚀速率降低，在饱和co中腐蚀速率为2.958 mpy₂0.5 m h₂所以₄在最佳浓度(1 × 10³M)。在除氧酸性溶液中，随着二硫威三水合抑制剂浓度的增加，腐蚀速率的降低幅度大于饱和co₂如图。7．在碳钢表面电极上形成一层显著厚度的保护膜，从而增强了c钢对腐蚀性介质的抵抗能力。随着三水合二硫威钠抑制剂浓度的增加，抑制效率增加。因此，除氧溶液对碳钢的缓蚀率大于饱和co溶液₂0.5 m h₂所以₄，如图8。．

随着三水二硫威钠抑制剂浓度的增加，缓蚀率增加，在(1 × 10)下可达97.20%³M)如图所示图。4．

从极化数据中采集表二至表五结果表明，在0.5 M H的溶液中加入二硫威三水合钠抑制剂后，阴极和阳极反应均被抑制₂所以₄酸性溶液。从热力学角度看，二硫威三水钠抑制剂分子由于硫原子上有两对电子，吸附在碳钢表面，阻挡了硫酸的攻击，强调了二硫威三水钠是一种优良的抑制剂。

缓蚀机理

首先，研究了饱和co中电化学阴极反应的机理₂酸性介质[65-69，用以下公式解释:

（2）

（3）

（4）

（5）

(6）

二氧化碳腐蚀过程中的电化学反应总体如式(7)所示。

铁+有限公司₂+ H₂O→FeCO_3.+ H₂↑(7)

反之，碳钢在除氧酸性介质中的电化学反应如式(8)和式(9)所示[68-70］．

Fe→Fe^{2 +}+2 e- (8)

2H++ 2e -→H

↑(9)

此外，二硫威三水钠抑制剂的抑制作用在0.5 M H₂所以₄解决方案可以解释如下。二硫威三水合钠抑制剂(图1)的化学结构包含氮原子上的一个孤对电子，硫原子上的两个孤对电子和碳与硫原子之间的双键π电子。电化学测试结果表明，三水合二硫威钠通过吸附在c -钢电极溶液界面抑制了碳钢在硫酸化合物下的衰变。三水合二硫威钠分子通过静电相互作用在金属表面吸附的可能性[71-74]在带电分子和金属中。这导致分子抑制剂中的未共享电子对(N, S)与分子抑制剂相互作用d-轨道在c钢表面形成Fe (II)配合物[75-77]，以及碳和硫原子之间π电子与碳钢表面的相互作用。根据上述结论，对三水二硫威钠缓蚀剂提出了所提供的缓蚀程序:

1.当c钢浸泡在酸性溶液中后，三水合二硫威钠(Na-DDC)配合物从溶液的主体向金属表面扩散。

2.在金属表面Na⁺-DDC配合物转化为Fe^{2 +}-DDC配合物在阳极位置。

（10）

释放的Na⁺离子可以与形成在阴极上。

(11)

结论

随着三水合二硫威钠抑制剂浓度的增加，开路电位值向更正的方向移动，并发现在饱和-CO中，碳钢腐蚀时发生的阴极和阳极响应都有所缓解₂除氧0.5 M H₂所以₄解决方案。因此，在没有三水合二硫威钠抑制剂的情况下，二氧化碳在酸性化合物中的腐蚀通过阳极反应增加了碳钢表面的解离。然而，三水合二硫威钠抑制剂的加入降低了铁离子在溶液中的释放。这证实了三水合二硫威钠化合物是一种优秀的抑制剂，并实现了混合型抑制剂的功能。此外，通过电化学评估得到的结论表明，抑制事件随着抑制剂浓度的增加而增加，并且在缺氧0.5 M H时抑制作用更强₂所以₄溶液比在酸性饱和二氧化碳介质中。随着三水合二硫威钠缓蚀剂浓度的增加，腐蚀电流密度和腐蚀速率均有所降低。因此，抑制效果随着三水二硫威钠抑制剂浓度的增加而增加。

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