Антикоррозионные композиционные материалы на основе органоминеральных ингредиентов

АННОТАЦИЯ

Разработан антикоррозионный композиционный материал на основе госсиполовой смолы и аминоспиртов для защиты металлических оборудований от агрессивных сред. Взаимодействие аминов жирными кислотами, содержащимися в госсиполовой смоле, могут давать диапазон различных веществ, как за счет взаимодействия с основным продуктом, так и между собой, поэтому выделение в чистом виде продукта реакции сложно. Вещества данной группы исследовались как ингибитор коррозии.

ABSTRACT

An anticorrosive composite material based on gossypol resin and amino alcohols has been developed to protect metal equipment from aggressive environments. The interaction of amines with fatty acids contained in gossypol resin can give a range of different substances, both due to interaction with the main product and among themselves, therefore, the isolation of the reaction product in a pure form is difficult. Substances of this group have been studied as a corrosion inhibitor.

Ключевые слова: госсиполовая смола, моноэтаноламин, диэтаноламин, ингибитор, коррозия,  степень защиты, скорость коррозия, солянокислая среда.

Keywords: gossypol resin, monoethanolamine, diethanolamine, inhibitor, corrosion, degree of protection, corrosion rate, hydrochloric acid environment.

Введение. Проблема защиты от коррозии оборудования и трубопроводов при добыче и транспортировки газа весьма актуальна, так как безопасность условий их эксплуатации и срок службы в значительной степени зависят от своевременного применения и качества проводимых антикоррозионных мероприятий. Самым доступным методом защиты оборудования для добычи и транспорта газа от сероводородной и углекислотной коррозий и кислотных обработок является ингибирование их поверхности. К сожалению, в стране потребность в ингибиторах в настоящее время удовлетворяется импортными ингибиторами, что вызвало необходимость поиска отечественных ингибиторов на основе доступного, местного сырья.

Для снижения затрат на получение ингибиторов коррозии следует по возможности использовать местное недефицитное сырье. Основываясь на том, что в Узбекистане имеются многочисленные источники сырья, пригодного для получения ингибиторов коррозии, на основе отходов вакуумной разгонки – хлопковый соапстоков – госсиполовой смолы, нами были предприняты попытки разработать с их помощи эффективных композиционных ингибирующих материалов для защиты оборудований нефтегазодобывающей промышленности от коррозии.

Объект и методика исследования были выбраны госсиполовая смола, являющиеся отходом масложирового производства, жидкий аммиак, аминоспирты – моноэтоноламин (H₂NCH₂CHOH), диэтаноламин (HN(CH₂CH₂OH)₃), триэтаноламин (N(CH₂CH₂OH))₃, β(N,N-диэтиленаминолэтаноламин) ((C₂H)₂NCH₂CH₂OH).

Процесс получения амидированной госсиполовой смолы проводился нами следующим образом: 100 гр госсиполовой смолы нагревали до температуры 80-100⁰С с перемешиванием в лабораторной мешалке и добавляли расчетное количество модификатора. Жирные кислоты, входящие в состав госсиполовой смолы, вступают в реакцию конденсации с модификатором с образованием модифицированной госсиполовой смолы.

В модифицированную госсиполовую смолу постепенно вводили по определенному расчету количество аминоспирта в соотношении 2:1, 4:1, 10:1 потом нагревали в течение часа при перемешивании лабораторными мешалками, в результате чего образовалась густая амидированная госсиполовая смола.

Результаты исследования и их анализ в лаборатории «Механохимическая технология композиционных материалов» ГУП «Фан ва тараккиёт» ТашГТУ совместно с ООО «KOMPOZIT NANOTEXNOLOGIYASI» на основе отобранных на Янгиюлском масложир комбинате отходов госсиполовой смолы был получен композиционный препарат ингибитор коррозии. Госсиполовая смола как было, показано выше образуется на масложировых комбинатах в большом количестве как вторичное сырье.

Химический состав госсиполовой смолы [1, 2] неоднороден и до настоящего времена из-за своей изменчивости до конца не установлен. Основой госсиполовой смолы являются свободные жирные кислоты, далее полимеризованные жирные кислоты, а также госсипол и продукты его термического и химического превращения за счет поликонденсации с аминокислотами, углеводами и другими компонентами, присутствующими в хлопковом семени. Молекула госсипола представляет собой шестиатомных диальдегидофенол гомолого 2,2-бинафтила. Вещество растворимо в большинстве органических растворителей и практически не растворимо в воде.

Как многоатомный фенол госсипол способен давать ряд производных за счёт гидроксилов. При обработке госсипола растворимыми щелочами образуются растворимые в воде госсиполяты (натрия, калия, аммония), которые разрушаются с выделением свободного госсипола при действии минеральных кислот [1].

Госсиполовая смола - представляет собой черную, густую, вязкую и липкую массу, удельного веса 0,90-0,91 г/см³, влажность не выше 0,3%.

Физико-химические характеристики госсиполовой смолы приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-химические характеристики отдельные фракции госсиполовой смолы

Из таблицы 1 видно, что в состав смолы входит примерно 60% жирных кислот, значительную часть которых составляют ненасыщенные высокомолекулярные кислоты, а именно олеиновая и линолиновая кислоты. В качестве второго компонента для получения композиционных ингибиторов коррозии использованы аминоспирты (моно и диэтаноламин), производство которых освоено отечественной промышленностью и не является дефицитным [3]. Используемые для получения ингибитора коррозии аминоспирты представляют собой густую, маслянистую жидкость, смешиваются во всех пропорциях с водой и спиртами [4]. Основные физико-химические характеристики аминоспиртов приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-химические характеристики аминоспиртов

Второй компонент композиций – аминоспирты являются бифункциональными соединениями, при их взаимодействии с вышеуказанными кислотами возможно протекание двух различных реакций:

где R-С₂Н₅. n-1, 2, 3

Состав и свойства госсиполовой смолы зависят от качества исходного сырья, соблюдения технологических режимов разложения жиров, глубины дистилляции полученных жирных кислот и других факторов.

Процесс синтеза получения амидированной госсиполовой смолы проводился нами следующим образом: 100 гр обезвоженной госсиполовой смолы нагревали до температуры 160-200⁰С с перемешиванием в лабораторной мешалке и добавляли расчетное количество модификатора. Жирные кислоты, входящие в состав госсиполовой смолы, вступают в реакцию конденсации с модификатором с образованием модифицированной госсиполовой смолы.

В модифицированную госсиполовую смолу постепенно вводили по определенному расчету количество аминоспирта в соотношении 2:1, 4:1, 10:1 потом нагревали в течение часа при перемешивании лабораторными мешалками, в результате чего образовалась густая амидированная госсиполовая смола. При взаимодействии модифицированной госсиполовой смолы с моноэтаноламином образуется аминосодержащая модифицированная полимеризованная госсиполовая смола по схеме:

1-стадия:

2-стадия:

Аминосодержащие полимеризованные госсиполовые смолы условно назвали ПГС (полимеризованная госсиполовая смола). Препарат был поставлен в виде 20% раствора в органическом растворителе (очищенный газоконденсат месторождения Шуртан) и представляет собой темную подвижную жидкость с характерным запахом растворителя. В более конкретном виде взаимодействие высших карбоновых кислотных эфиров, входящих в состав госсиполовой смолы с аминоспирами (моноэтаноламин) протекает по следующим схемам [5]:

R-COOR+H₂N-CH₂-CH₂-OH →R-COHN-CH₂-CH₂OH+R-OH

Как видно из вышеприведенной формулы протекает, что взаимодействие аминов жирными кислотами, содержащимися в госсиполовой смоле, могут давать диапазон различных веществ, как за счет взаимодействия с основным продуктом, так и между собой, поэтому выделение в чистом виде продукта реакции сложно. Вещества данной группы исследовались как ингибитор коррозии.

Вывод: Таким образом, на основе госсиполовой смолы и аминоспиртов можно разработать антикоррозионные композиционные материалы для защиты металлических оборудований от агрессивных сред.

Список литературы:

1. Ржехин В.П. «Госсипол и его производные». Изд. ВНИИЖа. Л. 1975.
2. Слозина Г.З., Ржехин В.П. и др. Труды ВНИИЖа. вып. ХХV. Л. 1998.
3. Краткая химическая энциклопедия. Том 5. стр.1026. М. 1991.
4. Маркман А.Л., Ржехин В.П. и др. «Госсипол и его производные». Пищпром. М. 1995.
5. Краткая химическая энциклопедия. М. Том 1. стр.709. 1991.