CN108486575B - 一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，其特征是：其结构通式为：
Description
技术领域
本发明属于油气田缓蚀剂有机化合物技术领域，尤其涉及一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂及其制备方法和用途。
背景技术
在全球资源、能源短缺的今天，石油天然气开采及输送过程中也面临着越来越严重的腐蚀问题。腐蚀对天然气运输管道的伤害是非常频繁而严重的。面对这种情况，需要每年进行检修和更换锈蚀的管道，这不仅会带来非常巨大的花费，同时也有对公众的安全构成了潜在的威胁。油井或管道中二氧化碳、硫化氢的存在，会在湿润的情况下与碳钢表面产生电化学反应，使金属设备的腐蚀问题变的尤为突出。
采取得当的缓蚀与防腐技术，既可以防范灾难的发生，又可以挽回因腐蚀造成的损失，并为石油工业带来巨大的经济效益。缓蚀剂具有高效率，低成本，操作简单等优点，使其在石油化工领域表现突出并得到广泛应用。自20世纪50年代，含N杂环的有机咪唑啉及其衍生物缓蚀剂在美国研制成功，用于油气田生产作业中金属设备防止CO2的腐蚀，并在多个油气田的应用中具有很好的缓蚀效果。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明的目的是一种油气田集输管道用的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂。
本发明的另一目的是提供该水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供该硫脲基改性咪唑啉作为油气田集输管道设备防腐剂的应用。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，其结构通式为：
其中n为1,2,3……。
一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其制备步骤为：S1,将羧甲基半胱氨酸和多胺反应得到双咪唑啉中间体,其化学反应式如下：
S2,将S1中制得的双咪唑啉中间体与季铵化试剂反应得到该水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，其化学反应式如下：
为了进一步改进技术方案，本发明所述多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。
为了进一步改进技术方案，本发明所述羧甲基半胱氨酸与多胺的质量比例为1：2～1：2.5。
为了进一步改进技术方案，本发明所述S1的具体操作步骤为：将羧甲基半胱氨酸和多胺按质量比例1：2～1：2.5加入容器中，在携水剂二甲苯存在的条件下，采取逐步升温的方法，先进行酰胺反应，再进行成环反应，即得到咪唑啉中间体。
为了进一步改进技术方案，本发明所述步骤S2中的季铵化试剂为氯化苄，将S1中制得的双咪唑啉中间体与氯化苄的反应液中缓慢滴加氯化苄，搅拌反应2～4h，得到水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂。
为了进一步改进技术方案，本发明所述步骤S1中逐步升温的过程为在不断搅拌的条件下，升温至210℃～220℃，升温反应4h，即得到双咪唑啉中间体；所述步骤S2中咪唑啉中间体冷却温度为60℃，季铵化反应时间为2～4h。
为了进一步改进技术方案，本发明所述羧甲基半胱氨酸：多胺：氯化苄的质量比例为1：2：2。
一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，将其与硫脲、KI或表面活性剂进行复配，之后作为油气田集输管道设备缓蚀剂的应用，其加入量为100～500ppm。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明制备出一种水溶性双咪唑啉衍生物达到抗油气田集输管道腐蚀的目的，该缓蚀剂是使羧甲基半胱氨酸和多胺(如：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等)反应得到双咪唑啉中间体，然后与季铵化试剂(如：氯化苄)反应得到双咪唑啉季铵盐，即水溶性双咪唑啉衍生物。经水稀释后与硫脲、KI、表面活性剂复配使用，实际使用量为0.2～2.0％，缓蚀剂用于油气田集输管道，与现有的油气田缓蚀剂相比，该种水溶性双咪唑啉衍生物引入半胱氨酸，可以与金属表面产生多中心吸附，具有更好的流动性，增强了缓蚀剂缓蚀效果，咪唑啉中的N原子经过季铵化，形成一个阳离子大分子，具有很强的覆盖作用，增强了成膜性。该种水溶性双咪唑啉衍生物属于环境友好型的绿色缓蚀剂，且经过试验，缓蚀效果良好，有效地解决了传统油溶性缓蚀剂缓蚀效果不好的问题。
本发明提供的缓蚀剂中，双咪唑啉衍生物主要由两个含C＝N双键的五元杂环，半胱氨酸和季铵化N+组成。缓蚀剂分子与金属界面发生吸附时，分子上的咪唑啉环优先吸附，形成一层疏水膜，阻碍溶液中H2O，H+，HCO3 -，HS-等腐蚀介质向金属表面迁移。引入的半胱氨酸，由于分子中含有杂原子，可以吸附在铁表面抑制腐蚀发生，并且氨基酸与金属铁的吸附伴随着化学反应的发生，形成的配合物比较稳定。经过季铵化的咪唑啉衍生物很容易就被表面带有负电荷的金属表面活性点所吸附，对氧离子的放电有很大抑制作用，从而抑制阴极反应，且增强了水溶性。在使用时，该双咪唑啉衍生物与硫脲、KI、表面活性剂复配，使具有更好的流动性，与金属接触时产生多中心化学吸附，从而提高了缓蚀效果。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一
本实施例提供一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法。该种水溶性双咪唑啉衍生物是将羧甲基半胱氨酸和多胺反应得到双咪唑啉中间体，再与氯化苄反应得到。
本实施例提供了上述改性咪唑啉的具体合成步骤，具体步骤如下：
将羧甲基半胱氨酸与二乙烯三胺按照摩尔比投入反应器，携水剂二甲苯存在的情况下在不断搅拌下逐步升温至220℃，升温反应时间为4小时，得到双咪唑啉中间体；冷却至60℃后按照摩尔比缓慢滴加氯化苄，同时在搅拌条件下反应3h，冷却后得到双咪唑啉衍生物a，经试验在水、乙醇、异丙醇中溶解性良好。
实施例二
本实施例提供一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法。该种水溶性双咪唑啉衍生物是将羧甲基半胱氨酸和多胺反应得到双咪唑啉中间体，再与氯化苄反应得到。
将羧甲基半胱氨酸与三乙烯四胺按照摩尔比投入反应器，携水剂二甲苯存在的情况下在不断搅拌下逐步升温至210℃，升温反应时间为4小时，得到双咪唑啉中间体；冷却至60℃后按照摩尔比缓慢滴加氯化苄，同时在搅拌条件下反应3h，冷却后得到双咪唑啉衍生物b，经试验在水、乙醇、异丙醇中溶解性良好。
实施例三
本实施例提供一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法。该种水溶性双咪唑啉衍生物是将羧甲基半胱氨酸和多胺反应得到双咪唑啉中间体，再与氯化苄反应得到。
将羧甲基半胱氨酸与四乙烯五胺按照摩尔比投入反应器，携水剂二甲苯存在的情况下在不断搅拌下逐步升温至220℃，升温反应时间为4小时，得到双咪唑啉中间体；冷却至60℃后按照摩尔比缓慢滴加氯化苄，同时在搅拌条件下反应3h，冷却后得到双咪唑啉衍生物c，经试验在水、乙醇、异丙醇中溶解性良好。
将上述实施例一、实施例二、实施例三中所得的水溶性双咪唑啉衍生物a、b、c分别用异丙醇稀释成20％的溶液，通过稀释来增加缓蚀剂的流动性，降低缓蚀剂的凝点，使其可以在温度较低时使用。
通过将a、b、c水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的稀释液与硫脲、碘化钾(KI)、十二烷基硫酸钠(SDS)进行复配，最佳复配比例与缓蚀效率见下表1：
表1为实施例一～三水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的稀释液的腐蚀率和缓蚀速率
综上所述，双咪唑啉衍生物是一种优良缓蚀剂，可与硫脲、碘化钾(KI)、十二烷基硫酸钠(SDS)等进行复配使用。配制、实施方便，且缓蚀效率高。本发明可用于油气田集输管道防腐。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例子，并非是对本发明其他实施形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述的技术内容稍做修改来效仿实施案例，但凡不能脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改，等同变化等，仍旧属于本发明技术方案的保护范围。
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (9)
1.一种水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，其特征是：其结构通式为：
其中n为1,2,3……。
2.一种如权利要求1所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：其制备步骤为：S1,将羧甲基半胱氨酸和多胺反应得到双咪唑啉中间体,其化学反应式如下：
S2,将S1中制得的双咪唑啉中间体与季铵化试剂反应得到该水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，其化学反应式如下：
3.如权利要求2所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：所述多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。
4.如权利要求2所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：所述羧甲基半胱氨酸与多胺的质量比例为1：2～1：2.5。
5.如权利要求2所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：所述S1的具体操作步骤为：将羧甲基半胱氨酸和多胺按质量比例1：2～1：2.5加入容器中，在携水剂二甲苯存在的条件下，采取逐步升温的方法，先进行酰胺反应，再进行成环反应，即得到咪唑啉中间体。
6.如权利要求2所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：所述步骤S2中的季铵化试剂为氯化苄，将S1中制得的双咪唑啉中间体与氯化苄的反应液中缓慢滴加氯化苄，搅拌反应2～4h，得到水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂。
7.如权利要求5所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：所述步骤S1中逐步升温的过程为在不断搅拌的条件下，升温至210℃～220℃，升温反应4h，即得到双咪唑啉中间体；步骤S2中咪唑啉中间体冷却温度为60℃，季铵化反应时间为2～4h。
8.如权利要求2所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂的制备方法，其特征是：所述羧甲基半胱氨酸：多胺：氯化苄的质量比例为1：2：2。
9.一种如权利要求1所述的水溶性双咪唑啉衍生物缓蚀剂，其特征是：将其与硫脲、KI或表面活性剂进行复配，之后作为油气田集输管道设备缓蚀剂的应用。
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