高含H2S、CO2油氣田緩蝕劑的設計與合成.pdf

1、H2S、CO2腐蝕是世界石油工業(yè)中常見的腐蝕類型，對我國石油工業(yè)的發(fā)展也產(chǎn)生了非常大的影響。在H2S、CO2腐蝕防護中，使用緩蝕劑是國內(nèi)外腐蝕防護的一種重要手段。目前所報道的緩蝕劑中抗高濃度H2S和高濃度CO2腐蝕的不多，并且價格較高，針對性很強，有待進一步研究開發(fā)。本文選取油田常用的15種十一烷基咪唑啉類緩蝕劑為研究對象，將應用在藥物分子設計方面的定量構(gòu)效關(guān)系方法移用到緩蝕劑分子設計上，通過分子動力學模擬和量子化學方法對設計出的新分子

2、可能具有的緩蝕性能進行了理論預測，并采用實驗方法對設計結(jié)果進行驗證。通過系統(tǒng)的分析研究得到如下結(jié)果：
　　 采用量子化學密度泛函理論(DFT)和多元回歸分析方法對15種十一烷基咪唑啉衍生物緩蝕劑的反應活性及微觀結(jié)構(gòu)與其抗H2S、CO2緩蝕效率之間的關(guān)系進行了研究，建立了緩蝕劑緩蝕性能預測的QSAR模型，結(jié)果表明，分子的反應活性區(qū)域和活性位點主要集中在咪唑啉分子的頭部，咪唑環(huán)和親水取代基上的雜原子是分子的主要活性位點，而烷基尾鏈對

3、活性幾乎不產(chǎn)生影響；電子轉(zhuǎn)移參數(shù)ΔN、咪唑環(huán)上非氫原子凈電荷之和∑Qring及分子極化率α對咪唑啉類緩蝕劑的緩蝕性能有很大的貢獻，增加分子的ΔN和α值、降低∑Qring能顯著改善緩蝕劑的緩蝕效率。在QSAR研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟硬酸堿(SHAB)理論和分子內(nèi)協(xié)同效應，通過改變?nèi)〈鵕2上的基團或原子來改變緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)參數(shù)值如ΔN，∑Qring、α，設計了4個烷基鏈長為11的新緩蝕劑分子。QSAR模型預測結(jié)果表明所設計的4個緩蝕劑分子都具

4、有較好的抗H2S、CO2腐蝕性能。
　　 根據(jù)前人的研究結(jié)果，對所設計的四種新型咪唑啉緩蝕劑分子的烷基鏈長度進行了修正，并采用分子動力學模擬(MD)和量子化學計算(QC)相結(jié)合的方法對所設計的新緩蝕劑分子進行理論篩選和評價。MD結(jié)果表明，當親水官能團相同時，烷基鏈長為15的分子較烷基鏈長為11、17的分子具有更大的吸附能。烷基鏈長為15的四種新緩蝕劑分子A、B、C、D與金屬界面發(fā)生吸附時，分子上的咪唑環(huán)和親水支鏈優(yōu)先吸附，烷基長

5、鏈以一定的傾角遠離金屬表面，形成一層疏水膜，阻礙腐蝕介質(zhì)向金屬表面遷移；分子在Fe表面的吸附穩(wěn)定性按D、C、A、B的順序逐漸減弱。QC結(jié)果顯示，A、B、C、D分子的反應活性主要分布在咪唑環(huán)和親水支鏈上，具有多個反應活性位點，能在金屬表面形成多中心吸附。D分子具有最強的反應活性，C、A、B分子的反應活性依次減弱。
　　 采用溶劑法對所設計的前三種分子進行了合成，并采用失重法和電化學極化曲線及交流阻抗等方法對其在H2S/CO2共存的

6、鹽溶液中對Q235鋼的緩蝕性能進行了評價，結(jié)果表明三種緩蝕劑都具有較好的緩蝕性能，其平均最佳緩蝕效率分別為92.96％、90.72％、94.36％，最佳緩蝕劑添加濃度為100mg/L，驗證了計算機模擬方法進行分子設計的正確性。
　　 最后，采用失重法研究了1-(2-甲基-硫脲乙基)-2-十五烷基.咪唑啉(B)與2-氨基噻唑(AT)復配對Q235鋼在CO2/H2S共存鹽溶液中緩蝕協(xié)同作用，結(jié)果表明，相同條件下復配緩蝕劑的緩蝕性能較