许世芹 任重海
中石化中原石油工程设计有限公司 河南郑州 450018
摘要:针对油田采出液若不深度处理,直排,影响和污染周边环境,引起工农矛盾,影响油田健康、可持续、绿色发展的实际,深度处理过程中药剂选择各环节必须,缓蚀剂也是重中之重,而种类、用量、效果与所处理水物化性及工艺有关。文章通过对缓蚀剂的分类、作用机理、吸附方式和通过实验分析选择的详细叙述,寻找到与水质相匹配的缓蚀剂。
关键词:缓蚀剂;试验;吸附;机理;
一、概述
油田采出液若仅脱水而不深度处理,直接或就地排放,环境和周边产生严重影响和污染,势必引起工农关系的激化,甚至产生赔偿,影响油田健康、可持续、绿色发展。脱出水经深度处理,达标排放或回注是必由之路,但深度处理中可定遇到很多棘手的问题,如:工艺的选择、技术的选择、设备的选择、药剂的选择等等,特别是药剂选择,各个环节都需要,而且 、用量、效果与所处理水物化性及工艺有关,现选取其中的缓蚀剂进行分析、研究。
二、缓蚀剂研究
缓蚀剂(亦称金属缓蚀剂):加入少量能大大抑制金属腐蚀的化学剂。好的、适用的缓蚀剂应满足低毒、高效、稳定、其他处理剂配伍好、来源广、不伤害地层、能水溶或分散、成本低等要求。按不同的标准,缓蚀剂有可分:①按所含元素特征:有机、无机型;②按作用机理:吸附膜型、沉淀膜型、氧化膜型;③按使用温度:高温、低温④按使用作用发生的电极:阳极型、混合型、阴极型;⑤按腐蚀介质:酸性介质、中性介质;⑥按离子电学性质:阴离子型缓、阳离子型、非离子型、两性;⑦按溶解性:水溶性、水分散、醇溶性、油溶性。举例说明:
1、作用机理:
用于油田采出水处理和回注系统的缓蚀剂按作用机理分成3类:
①氧化膜型:本身是氧化剂或以介质中的溶解氧作氧化剂,使金属表面形成钝态氧化膜,造成金属离子化过程受阻,减缓腐蚀。这类缓蚀剂本身具有氧化性和金属作用,或本身无氧化性,需和水中溶解氧共存,使金属表面发生特征吸附,阻滞金属离子化过程,或使金属表面氧化,生成极薄而致密的保护性氧化膜。有的本身也参加吸附,保护膜中能发现它们的阴离子。对于本身不具氧化性的(如苯甲酸钠),则必须有溶解氧存在,才会有缓蚀效果。
氧化膜型缓蚀剂缓蚀效率高,性能很好,已广泛应用。但用量不足可能在金属表面形成大阴极、小阳极而发生孔蚀。
②沉淀膜型:通过电化学反应在金属表面生成沉淀膜。多数情况沉淀膜在阴极区形成并覆盖表面,抑制金属电化学阴极过程腐蚀的;有时还能覆盖金属全表面,抑制金属电化学腐蚀的阳、阴极过程。由此可分为:
a、阴极抑制型:石灰、碳酸氢钙、聚磷酸盐、硫酸锌(中性含氧水中,硫酸锌对钢铁缓蚀作用是锌离子与阴极反应生成的氢氧根离子发生反应,生成难溶氢氧化锌沉淀膜,覆盖于金属阴极表面,抑制阴极过程,起到缓蚀剂作用)等。它们和氧化膜型相反,是“安全缓蚀剂”,用量不足并不会加剧腐蚀。
b、混合抑制型:多为有机物,沉淀膜由缓蚀剂分子上的反应基团和腐蚀过程中生成的金属离子相互作用形成。还有些先通过吸附作用,然后在金属表面进一步聚合形成保护膜。
③吸附膜型:多为有机缓蚀剂。在腐蚀介质中对金属表面有良好吸附性,这种吸附改变金属表面性质,抑制腐蚀。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这类缓蚀剂分子往往由含有电负性高的O、N、P、S等的亲水性极性基团和主要成分是C、H元素的疏水或亲油非极性基团组成。加到腐蚀介质中后通过吸附一方面改变金属表面电荷状态和界面性质,使金属表面能量状态趋予稳定,增加腐蚀反应的活化能,减缓腐蚀速度;另一方面被吸附的非极性基团能在金属表面形成疏水性保护膜,阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质转移,降低腐蚀速度。
2、主要吸附方式:
①物理吸附:缓蚀剂在金属表面的吸附源于缓蚀剂离子和金属表面电荷产生的、起重要的静电引力和两者之间的范德华力。这种吸附迅速、可逆,其受温度影响小、吸附热小。物理吸附缓蚀剂保护膜多属于阴极抑制型(即吸附阴离子)。影响极性基团吸附能力的主因有中心原子的极化性能、非极性基团和取代基的诱导效应与共轭效应等。因此,由强碱性的缓蚀剂和表面电位负的金属配合使用,缓蚀效果就会更好。
②化学吸附:为抑制阳极反应;大部分有机缓蚀剂含有N、O、S、P为中心原子的极性基团,有一定供电子能力,两者可形成配位键而发生化学吸附。化学吸附有点类似于化学反应,有非常明显的吸附选择性,如含N有机物对铁吸附效果好,含S有机物对铜吸附效果好。化学吸附速度小于物理吸附,且不可逆,受温度影响小。另外,化学吸附不像物理吸附那样取决于金属表面的电荷状况,而是中性分子在金属表面的吸附,但比物理吸附更容易受缓蚀剂分子结构影响。有人认为物理和化学吸附相互联系,前者是后者的初级阶段,前者对完成后者起重要作用。
3、缓蚀剂择优:
针对油田水质特点,试验挑选了R75、XY01、SQ76、SY17缓蚀剂进行室内实验(50℃,挂7天,钢试片),评价方法依据 《油田产出水用缓蚀剂性能评价方法》SY/T5273-2000。将缓蚀剂按预先设计浓度加入大罐放水的试验水介质中,然后挂上钢片,定期测定腐蚀情况判断缓蚀剂效果(同时需做一个不加缓蚀剂的空白实验,对比)。
序号缓蚀剂名称评价浓度(ppm)缓蚀率%
1R75油井缓蚀剂10070.8
2SQ76油溶性缓蚀剂10074.0
3SY17水质缓蚀剂10075.8
4XY01复合缓蚀剂10087.2
试验数据可知:XY01复合缓蚀剂缓蚀率高达87.2%,缓蚀效果很好;其他几种虽也有较好缓蚀效果,但与XY01相比仍有差距。
针对XY01复合缓蚀剂,对其采用三电极体系进行极化曲线测试。测试,参比电极:甘汞电极,辅助电极:大面积铂电极,铁:工作电极(1cm×1cm正方形表面)。每次实验前,电极表面去脂、800目砂纸打磨光滑,放入三电极体系中稳定1h再测。
序号123456
浓度(g/L)00.52468
平衡电位 V1.2671.1411.0690.9120.9001.122
对应电流A (E-07)10.05.533.262.031.6786
NaCl溶液加XY01后负移腐蚀电位,故主要是抑制阴极过程。加入后对应电流均大幅度下降,表明缓蚀作用明显。根据电流降低计算,缓蚀率为85.03%。曲线测试结果证实XY01复合缓蚀剂缓蚀效果比其他几种更优。
作者简介:
许世芹:女,1976年生,高级工程师,现工作于中石化中原石油工程设计有限公司
论文作者:许世芹,任重海
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/4
标签:缓蚀剂论文; 阴极论文; 金属表面论文; 基团论文; 电极论文; 抑制论文; 金属论文; 《防护工程》2018年第9期论文;