醛酮胺缩合物的合成及缓蚀性能研究开题报告.doc

长江大学毕业设计(论文)开题报告题 目 名 称: 醛酮胺缩合物的合成及缓蚀性能研究题 目 类 别: 毕业论文系 （部）: 化学工程系专 业 班 级: 学 生 姓 名: 指 导 教 师: 辅 导 教 师: 开题报告日期: 醛酮胺缩合物的合成及缓蚀性能研究学 生：李伟亮 长江大学工程技术学院指导老师：李克华 长江大学工程技术学院一、 题目来源题目名称：醛酮胺缩合物的合成及缓蚀性能研究题目类别：毕业论文。题目来源：生产实践。二、研究目的和意义曼尼希反应（Die Mannich Reaction）亦称胺甲基化反应（aminomethytation），是从20世纪初发展起来的一个重要有机反应1，它是由一个含活泼氢原子的化合物和甲醛（或其他醛）及胺的缩合反应，反应结果是活泼氢原子被胺甲基所取代，得到氨基化合物，及Mannich碱，它广泛应用作缓蚀剂，除草剂，水处理剂，植物生长调节剂，显色剂等精细化工产品。Mannich碱作为缓蚀剂效果好，发展前途较大，可用作海水中钢铁防锈剂，石油制品贮存器内壁的酸缓蚀剂及各种酸洗缓蚀剂等，尤其在油田酸化作业中作为高温浓盐酸的缓蚀剂备受重视2。目前在国内应用的较好的几种高温浓盐酸缓蚀剂如“78013”，“CT1-2”“CT1-3”的主剂均为曼尼希碱4，另外曼尼希碱还可用作高温浓磷酸的缓蚀剂5。在石油工业中，酸化处理是提高油井采收率的一项重要措施，酸液一般采用质量分数为15%或20%的HCL。盐酸能与许多金属，金属氧化物反应，具有很强的腐蚀性。被溶蚀下来的的金属铁离子在一定pH值条件下会产生氢氧化铁凝胶，易堵塞气层喉道，大大缩短了油田设备和集输管线的使用寿命5 ，而且某些金属离子如三价铁离子进入地层会对地层产生永久损害。并且在油气井开发中，从油水井到管道和储罐以及各种工艺设备都会遭到严重的腐蚀，造成巨大的经济损失。因此，开展防腐、缓蚀研究具有重要的现实意义，对于提高经济效益以及石油工业的发展至关重要。三、阅读的主要参考文献及资料名称1 惠斌,孟娜等. 离子液体中的Mannich反应研究J 化学试剂, 2006, 28(6): 323325; 3282 王江,张卫. Mannich碱的缓蚀行为和缓蚀机理J 精细石油化工报, 2001, ( 4): 19223 朱治良,郑家兴. 7801缓蚀剂在酸性介质中缓蚀机理的研究J 华中理工大学报, 1995, 23( 5): 1211244 赵文涛等. 曼尼希碱的缓蚀行为研究 见:第八届全国缓蚀剂学术讨论会论文集 武汉:华中理工大学出版社,1994, 605 王江等. 在磷酸中缓蚀剂KA-01和硫脲对A3钢的缓蚀性能 油田化学,1999, 16(2): 1186 刘宝友,许丹倩,罗书平等. Bronsted酸离子液体催化的醛、酮、胺三组分Mannich反应J 化工学报, 2004, 55(12): 204420467 Wan Daozheng (万道正). Mannich Reactions and Chemistry of Mannich Base(Mannich反应和Mannich 碱化学). Beijing: Academic Press, 19868 刘静静,孙铭勤. 油田污水处理及酸化用缓蚀剂J 承德石油高等专科学校学报, 2005 ,7 (3) : 14189 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) :616310 王江,何耀春,王纪孝. 酸性介质缓蚀剂KA - O1 的合成与评价J 油田化学,1997 ,14 (2) :11912211 张大全,高立新,周国定. 多单元气相缓蚀剂的合成,气相缓蚀能力及电化学研究J 电化学, 2003 , 9 (3) :30831312 王京光,于洪江,李谦定. 一种曼尼希碱型盐酸酸化缓蚀剂的研制J 西安石油大学学报(自然科学版), 2007，(03)：771913 赵时仁. 松香胺聚氧乙烯醚对A3 钢在盐酸介质中缓蚀性能的研究J 材料保护, 1994 , 27 (8) :14114 张利, 陈文汩. 几种硫酸酸洗缓蚀剂性能的研究J 腐蚀与防护,2002, 23(9):38438615 管保山，周晓群. 酸化缓蚀剂的研究与应用J 钻采工艺研究, 1997, 21(3)：273016 原青民. 油、气井酸化缓蚀剂述评J 石油钻采工艺, 1986, (02)：738017 苑权,李克华,李立蜂. 醛酮胺缩合物的合成及缓蚀性能研究J 化工科技, 2004, 12(6): 2831 18 郑家兴. 酸化缓蚀剂的研究和发展J 油田化学, 1988,5(3): 23423919 刘朝霞,张贵才,孙铭勤. 一种高温盐酸酸化缓蚀体系的研究与评价J 石油与天然气化工, 2004, (06):6164四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向1 国内外现状和发展趋势腐蚀在现代工业和生活中常常是一种极重要的破坏因素，它给人类带来巨大的经济损失和社会危害。由于突发的腐蚀断裂而引起飞机、火车、轮船失事及化工设备的破损或爆炸，时有报道，不仅严重危及人身安全，而且污染物的泄漏常引起严重的环境污染。地球的金属资源是有限的，腐蚀既浪费了“金属资源”，也耗费了生产这些金属材料和设备所需要的“能源”及“水源”，因此加快腐蚀与防护的科技进步，对促进国民经济的可持续发展具有重大意义。缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中的,可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。使用缓蚀剂是一种常用的防腐蚀措施，它少量加入腐蚀环境中能够和金属表面发生物理化学作用，从而显著降低金属材料的腐蚀。缓蚀剂的使用不需要特殊设备，也不需要改变金属构件的性质，具有经济、适应性强的优点，广泛应用于工业各过程中如酸洗、冷却水系统、油气井酸化、油田注水、金属制品的储运等等。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。一直以来,Mannich反应都是合成含氮化合物的最为常用的反应之一， 人们对Mannich反应的兴趣在于,Mannich反应产物(又叫Mannich碱)不仅在药物、农药、染料、调料、涂料、炸药等方面有着广泛的用途, 而且是有机化学中合成天然生物活性分子的重要中间体6。醛、酮、胺三组分合成 -氨基酮的反应是最为典型的一类Mannich反应7。我国目前使用的酸化缓蚀剂主要有季铵盐、曼尼希碱和咪唑啉等几大类8。曼尼希碱由于缓蚀性能良好,近年来在酸化作业中被大量使用9。合成曼尼希碱所常用的胺为苄胺10、苯胺等。环己胺价格较低、来源广、毒性弱,可以用作合成缓蚀剂的重要原料11。以环己胺为主要原料与37 %甲醛溶液、苯乙酮反应合成出一种低成本曼尼希碱12。 酸性介质缓蚀剂发展较快是在20世纪40年代以后。目前,国内酸性介质缓蚀剂品种很多,如天津若丁、兰42A、兰2828 、7416 、7701 、7801 、8703 、川天122 、川天123 、IMC 等缓蚀剂13。但是,仍然存在缓蚀效果不好、水溶性较差、稳定性不强等缺点14。酸化处理是油田常用的一种增产增注的措施15，但是酸液注入地层的过程会对地面管汇集井筒管壁产生严重的腐蚀，从而造成重大的经济损失16，而且三价铁离子进入地层会对地层产生永久损害，所以酸液中必须加入缓蚀剂。因此开发缓蚀性能好，成本低，环保型的缓蚀剂是一个重要的研究方向17。随着高温深井的不断出现，对缓蚀剂提出了更高的要求，目前国内外在开发研究高温酸化缓蚀剂方面已做了大量工作16,18，但对高温用于浓酸的缓蚀剂的研究和报道很少。一般在高温下酸浓度需适当降低，缓蚀剂用量也需增加，有时还需复配以增效剂。根据使用情况，目前国内效果较好的高温酸化缓蚀剂在高温下存在易结焦，分层，溶解分散性不够稳定的缺点，可能造成地层伤害。因此研究性能优越的高温酸化缓蚀剂显得很重要19。根据Mannich反应，合成一种醛酮胺的缩合物，并且利用其与一些化合物的协同作用可制备一些优良的酸化缓蚀剂17。2 研究的主攻方向Mannich反应是以德国化学家卡尔曼尼西（KarlMannich）（18871947）的名字而命名的6。由于此反应在医药和生物碱等的合成中有着广泛的应用价值，因而越来越被合成化学家所重视。随着时间的推移，它的应用已远远超过了它最初的工作范围，反应几乎深入到了人类生活资料生产的各个领域。其中Mannich碱具有优异的缓蚀性能，尤其作为酸性介质中金属的缓蚀剂而受到重视7。Mannich碱作为缓蚀剂的应用非常广泛，但单一的Mannich碱型缓蚀剂由于本身的分子结构等问题，单独使用时缓蚀效果不理想，目前，利用缓蚀剂之间的协同效应，对Mannich碱型缓蚀剂进行了较多的复配研究8。随着工业技术的不断进步，缓蚀剂的领域不断扩大。目前在涂料中的应用正日益受到青睐，为改善和提高机械设备的防锈能力，使其钝化并抑制腐蚀物质向金属表面扩散和移动，加进少量便大大提高涂料对金属的保护效果。根据料涂覆的特点，目前大多研制开发化学吸附型有机物作缓蚀剂。在研究缓蚀剂的种类上，研究开发具有多功能、高效、低毒或利用天然原料制造易生物降解的环境可接受的缓蚀剂，新型缓蚀剂的设计合成，采用工业生产过程中的废弃物或副产品作为缓蚀剂，不同种类缓蚀剂的协同缓蚀作用，将是该研究方向的重要内容9。五、研究内容，重点研究的关键问题和解决思路研究内容：（1） 本次实验研究的是根据Mannich反应，合成一种醛酮胺的缩合物，并利用其与一些化合物的协同作用可制备一些优良的酸化缓蚀剂。（2） 为提高缓蚀效果，加入乌洛托品进行复配，在恒温下（60），反应4小时，做出性能评价，选出最佳复配条件。重点研究的关键问题：（1）考虑所用催化剂的浓度（2）醛酮胺缩合反应时的操作，要防止反应液温度过高（3）防止发生自缩合反应的操作解决思路：缓蚀剂是直接投加到腐蚀系统中去的，具有操作简便，见效快和能保护整个设备系统的优点。和其他防腐蚀方法比较10使用缓蚀剂有如下明显优点：（1）基本上不改变腐蚀环境，就可获得良好的防腐效果；（2）基本上不增加设备投资；（3）缓蚀剂的效果不受被保护设备形状的影响；（4）同一配方的缓蚀组合有时可以防止多种材料在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏11。由醛、胺、酮缩合生成的Mannich碱具有优异的缓蚀性能，尤其作为酸性介质中金属的缓蚀剂而受到重视，但常用的苄胺、环己胺、松香胺等生成的Mannich碱吸附能力较弱，必须与乌洛托品配合使用才能达到满意的效果12。为了达到更好的缓蚀效果，本文选用其它有机胺(AM)来合成Mannich碱，并与一些化合物进行复配，研究其性能，得到一种性能优良的缓蚀剂。本实验对用醛、酮、胺合成Mannich碱的实验进行了正交设计，通过测定腐蚀速率从而选出最优反应条件。再用最优产品与一种化合物进行复配，通过正交实验设计，选出最佳复配比值，得到最优酸化缓蚀剂，并对其性能进行了研究。由于油田酸液一般采用盐酸，所以整个腐蚀速率的测定及各种性能评价均在盐酸体系下进行，采用质量分数为15%的盐酸。六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法（1）查阅、总结醛酮胺缩合反应及其缓蚀性能