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长江大学毕业论文开题报告 题 目 名 称 酸化缓蚀剂的合成及性能评价 院 (系) 化学与环境工程学院 专 业 班 级 化工10901班 学 生 姓 名 肖 鹏 指 导 教 师 刘 罡 辅 导 教 师 李 克 华 开题报告日期 2013年4月11日 酸化缓蚀剂的合成及性能评价学 生:肖 鹏 长江大学化学与环境工程学院指导教师:李克华 长江大学化学与环境工程学院一 题目来源来源于油气井开采的生产实际。二研究目的和意义酸化是强化采油(EOR)的一种措施,是油气井增产、注入井增注的一项有效的技术措施。其原理是通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物等的溶解和溶蚀作用,恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。酸化按照工艺不同可分为酸洗、基质酸化和压裂酸化(也称酸压)。在酸化施工过程中,为防止酸液对油管、套管及各种工艺设备造成腐蚀,避免造成巨大的经济损失和严重的安全隐患,必须向酸液中加入缓蚀剂。我们研究的目的就是研制出一种酸化缓蚀剂来应用于油气井的开采中。缓蚀剂在金属防护工程中占有重要的地位,在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。从目前热力设备防腐及其他工业领域防腐情况来看,酸洗时使用缓蚀剂是一种行之有效、经济效益显著的防腐手段。虽然目前缓蚀剂从分子设计、合成路线与工艺,复配增效,应用性能等方面都取得了较大的发展,但是其理论进展仍远滞后于实践,对于不少缓蚀剂的缓蚀机理尚存争议,因此运用各种手段方法研究缓蚀剂的作用机理,发展和完善缓蚀剂理论,成为目前缓蚀剂研究领域的热门课题。根据结构与物性关系的研究发现,含有富电子的芳香环或者含有电负性较大的原子(如N、O、S等原子)的分子,具有较好的缓蚀性能。曼尼希反应(Mannich Reaction)是含有活泼氢的化合物(如醛、酮等),与醛和胺进行脱水缩合生成 -氨基酮的反应,此反应产物称为曼尼希碱。在金属防腐蚀方面,曼尼希碱是广泛使用的典型的吸附型缓蚀剂,以其为主剂复配得到的缓蚀剂大量应用于酸洗、油气井酸化、金属制品储运、水处理等工业生产中,尤其作为盐酸高温缓蚀剂的主剂倍受重视。曼尼希碱缓蚀效果明显、结构稳定、酸溶性强、抗温抗酸性能好,作为酸性介质的缓蚀剂具有良好的开发和应用价值。三 阅读的主要参考文献及资料名1 胡鹏程,李克华,李久启,刘志华,尹小丽. 新型酸化缓蚀剂的合成及性能J. 断块油气田,2011,(02):261-263.2 吴大康,李克华,黄芹. 一种曼尼希碱酸化缓蚀剂的合成及性能研究J. 化学与生物工程,2007,(10):65-66.3 苑权,李克华,李立峰,周珊珊,谢水祥. 醛酮胺缩合物的合成及缓蚀性能研究J. 化工科技,2004,(06):28-31.4 中国石油天然气总公司.SY/T5405-1996酸化用缓蚀剂性能实验方法及评价指标S.北京:1996.5 万道正. 曼尼希反应和曼尼希碱化学M. 北京:科学出版社,1986.6 曹楚南. 腐蚀电化学原理(第三版)M. 北京:化学工业出版社,2008.7 何雁,黄志宇,冯英. 一种高温酸化缓蚀剂的合成及其性能研究J. 西南石油学院院报,2001,23(5):61-63.8 康宏远. 新型双曼尼希碱缓蚀剂的性能J. 精细石油化工,2011,28(3):48-52.9 王江,张卫. 曼尼希碱的缓蚀行为和缓蚀机理J. 精细石油化工,2001,18(4):19-22.10 李谦定,王京光. 一种新型高效油气井酸化缓蚀剂的研制J. 天然气工业,2008,28(2):96-98.11 郑海洪,李建波. YZ-1酸化缓蚀剂的合成及性能J. 石油化工腐蚀与防护,2008,25(4):8-10.12 汪晓军,肖锦. 天然高分子接枝吡啶季铵盐酸缓蚀剂的研究J. 现代化工,1998,18(4):23-24.13 王招娣,司云森. 一种曼尼希碱在酸性介质中对碳钢缓蚀行为的研究J. 表面技术,2011,40(1):59-62.14 阮宜平,汤兵,黄树焕. 有机物质在金属表面的吸附研究进展J. 表面技术,2009,38(2):70-72.15 李恒娟. 高温盐酸缓蚀剂合成及应用研究D.西安石油大学,2011.16 闫莹. 新型杂环化合物碳钢酸洗缓蚀剂的合成、评价及机理研究D.中国科学院研究生院(海洋研究所),2007.17 Vishwanatham S, Haldar N. Furfuryl alcohol as corrosion inhibitor for N80 steel in hydrochloric acidJ. Corrosion Science,2008,50:2999-3004.18 Kumar S. L. A, Gopiraman M, Kumar M. S. 2-Acetylpyridine-N(4)-Morpholine Thiosemicarbazone (HAcpMTSc) as a Corrosion Inhibitor on Mild Steel in HClJ. Ind. Eng. Chem. Res,2011,50:7824-7832.19 Jayaraman A, Earthman J. C, Wood T. K. Corrosion inhibition by aerobic biofirms on SAE 1018 steelJ. Appl Microbiol Biotechnol,1997,47:62-68.20 Sanchez M, Alonso C, Fullea J, Granizo L, Izquierdo J. D. Protection of reinforcements using mixed corrosion inhibitors. Dependence of inhibition mechanism on interaction between rebar and corrosion inhibitorJ. Corrosion Engineering, Science and technology,2011,46(4):445-452.21 Jovancicevic V, Olson D. L, Mishra B, et al. Inhibition of CO2 corrosion of mild steel by imidazolines and their precursors J . Corrosion,1999,55(5):449-455.四国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向4.1 国内外研究状况近年来,缓蚀剂受到了人们的极大重视。缓蚀剂作为一种经济适用和高效的防腐蚀产品, 在保护资源、 减少材料损失方面起着重要的作用。随着石油工业的研究进展,缓蚀剂技术就成为人们广泛关注的防腐蚀手段之一。20世纪初,缓蚀剂的有效组成从天然植物类转向矿物原料加工产品,使缓蚀剂的品种有了进一步的增加,其性能也有了较大的提高。20年代以来,人们又相继发现了一系列含氮、磷、硫、砷的有机化合物是很有效的缓蚀剂。1928年前苏联学者将蒽或蒽油经碳化处理制得酸洗缓蚀剂。此后,又用某些植物的茎和叶的抽提液作为硫酸酸洗缓蚀剂,这些缓蚀剂对抑制金属在酸溶液中的腐蚀均有较好的效果。30年代中期,人工合成有机缓蚀剂获得成功,被认为是缓蚀剂技术的一次重大突破。大批有机物如蒽、硫脲、噻唑、吡啶、喹啉及其衍生物被用于酸性介质中抑制金属腐蚀。与此同时,无机缓蚀剂在海水、工业循环用水等中性介质中,表现出的优异的缓蚀性能也得到了较快的发展3。40年代开始,缓蚀剂研究方面的总趋势是使用分子量较高的,组成更复质作为缓蚀剂的有效成分。锅炉供水系统中以已胺、吗啉、苄基氨代替了氨,不仅起到了中和酸性物质的作用,而且兼有抑制腐蚀的作用。50年代初期,苯并三唑(BTA)对铜系金属的优异缓蚀性能引起欧美科技界的广泛重视,并迅速被开发应用于作为中性及碱性溶液中铜及其合金的缓蚀剂。为适应在酸性介质中铜、铝、钢铁等金属的需求,又相继研制出巯基苯并噻唑(MBA),硝基苯并三唑(BTA-NO2),羧基苯并三唑(BTA-COOH),氨基苯并三唑(BTA-NH2),甲基苯并三唑(BTA-CH3)等苯并三唑的衍生物。60到70年代,印度的Desai M.N教授等阐述了有关铜、铝及其合金在工业冷却水、盐酸、硫酸、硝酸、碱液及盐类溶液中各种有机缓蚀剂的缓蚀性能的研究结果。缓蚀剂的品种涉及广泛,有硫脲、苯胺、苯甲酸、苯酚、醛类及其各种衍生物,还有天然高分子化合物等。80年代初期,Salch.R M等从保护生态环境考虑,探索从天然植物中提取缓蚀剂的有效成分,实验取得初步成功。1986年,陶映初等先后发表了从茶叶、花椒、果皮中提取缓蚀剂的有效组分;从芦苇、水莲的叶、茎提取缓蚀剂有效组分取得较好的结果,并研制出LK-45酸浸钢材用缓蚀剂。90年代以来,有机缓蚀剂的研制开发和应用倍受国内外学者的关注。含N、O、S、P等杂原子的有机杂环化合物,能够有效地吸附在金属表面,因而表现出优良的缓蚀性能,国内外学者进行了大量的研究。Quraishi、Bentiss等人还发现三唑及其衍生物由于分子中含有多个杂原子,能够产生多个吸附中心,紧密地吸附在金属表面,从而达到缓蚀的目的。近年来缓蚀剂和缓蚀技术的研究和应用发展很快,如多功通用缓蚀剂、高效低毒型缓蚀剂(如环保型精细化学品HA-1气相缓蚀剂)、杂环型缓蚀剂、低聚型缓蚀剂已相继研制成功。4.2 发展趋势与研究的主攻方向随着工业和科学技术的进步,缓蚀剂科学技术也得到了发展,各种理论模型的建立,评价缓蚀性能公式的推导,阴阳极抑制反应系数概念的提出,使人们对缓蚀机理有了较深刻的认识;各种新的研究方法及其检测技术的发展,如光电化学法,电子自旋共振技术,扫描隧道显微镜技术,电化学阻抗检测技术,表面化增强激光拉曼光谱等,对科学工作者合成,评价新的缓蚀剂提供了可靠的研究手段。我国近10年对缓蚀剂的研究和应用发展很快,部分产品性能达到国际领先水平,但总体水平与国外还有差距,部分防锈产品仍需进口,探索从天然植物,海产动植物中,提取,分离,加工新型缓蚀剂的有效成分;利用医药,食品,工农业副产品提取缓蚀剂组分,并进行复配或改性处理研制新的缓蚀剂;运用量子化学理论和分子设计等先进科学技术合成高效多功能环境保护型和低聚型缓蚀剂等,仍将是今后缓蚀剂研究方向的重点。五主要研究内容,需重点研究的关键问题及解决思路5.1研究内容1. 优选原料合成出曼尼希碱缓蚀剂;2. 利用正交实验优化合成条件;3. 筛选出缓蚀效果最佳的缓蚀剂并评价缓蚀剂的缓蚀性能。5.2关键问题1. 得到具有较好缓蚀效果的酸化缓蚀剂;2. 确定在合成过程中反应温度、反应时间、反应物的用量对缓蚀剂缓蚀性能的影响;3. 确定腐蚀体系中温度、酸度、缓蚀剂的浓度对缓蚀剂缓蚀性能的影响。6 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决的办法1. 工具书:有机化学,有机化学实验等。2. 计算机:能登录中国知网(CNKI),上网查阅相关资料、文献、数据库;能运行Word、Excel、Origin、ChemOffice等软件。3. 实验环境条件:主要试剂:苯乙酮;苯甲醛;硫脲;无水乙醇;盐酸;丙酮;蒸馏水。主要仪器:标准N80钢片;三颈烧瓶;回流冷凝管;

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