高含H2S、CO2油氣田緩蝕劑的設(shè)計(jì)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(duì)我國(guó)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(hù)中，使用緩蝕劑是國(guó)內(nèi)外腐蝕防護(hù)的一種重要手段。目前所報(bào)道的緩蝕劑中抗高濃度H2S和高濃度CO2腐蝕的不多，并且價(jià)格較高，針對(duì)性很強(qiáng)，有待進(jìn)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(duì)象，將應(yīng)用在藥物分子設(shè)計(jì)方面的定量構(gòu)效關(guān)系方法移用到緩蝕劑分子設(shè)計(jì)上，通過分子動(dòng)力學(xué)模擬和量子化學(xué)方法對(duì)設(shè)計(jì)出的新分子

2、可能具有的緩蝕性能進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)，并采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。通過系統(tǒng)的分析研究得到如下結(jié)果：
　　 采用量子化學(xué)密度泛函理論(DFT)和多元回歸分析方法對(duì)15種十一烷基咪唑啉衍生物緩蝕劑的反應(yīng)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(jìn)行了研究，建立了緩蝕劑緩蝕性能預(yù)測(cè)的QSAR模型，結(jié)果表明，分子的反應(yīng)活性區(qū)域和活性位點(diǎn)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(diǎn)，而烷基尾鏈對(duì)

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(duì)咪唑啉類緩蝕劑的緩蝕性能有很大的貢獻(xiàn)，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(yīng)，通過改變?nèi)〈鵕2上的基團(tuán)或原子來改變緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)參數(shù)值如ΔN，∑Qring、α，設(shè)計(jì)了4個(gè)烷基鏈長(zhǎng)為11的新緩蝕劑分子。QSAR模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的4個(gè)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(duì)所設(shè)計(jì)的四種新型咪唑啉緩蝕劑分子的烷基鏈長(zhǎng)度進(jìn)行了修正，并采用分子動(dòng)力學(xué)模擬(MD)和量子化學(xué)計(jì)算(QC)相結(jié)合的方法對(duì)所設(shè)計(jì)的新緩蝕劑分子進(jìn)行理論篩選和評(píng)價(jià)。MD結(jié)果表明，當(dāng)親水官能團(tuán)相同時(shí)，烷基鏈長(zhǎng)為15的分子較烷基鏈長(zhǎng)為11、17的分子具有更大的吸附能。烷基鏈長(zhǎng)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(shí)，分子上的咪唑環(huán)和親水支鏈優(yōu)先吸附，烷基長(zhǎng)

5、鏈以一定的傾角遠(yuǎn)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(yīng)活性主要分布在咪唑環(huán)和親水支鏈上，具有多個(gè)反應(yīng)活性位點(diǎn)，能在金屬表面形成多中心吸附。D分子具有最強(qiáng)的反應(yīng)活性，C、A、B分子的反應(yīng)活性依次減弱。
　　 采用溶劑法對(duì)所設(shè)計(jì)的前三種分子進(jìn)行了合成，并采用失重法和電化學(xué)極化曲線及交流阻抗等方法對(duì)其在H2S/CO2共存的

6、鹽溶液中對(duì)Q235鋼的緩蝕性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，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(yàn)證了計(jì)算機(jī)模擬方法進(jìn)行分子設(shè)計(jì)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(fù)配對(duì)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(fù)配緩蝕劑的緩蝕性能較