ПОЛУЧЕНИЕ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ НА ОСНОВЕ ТИОМОЧЕВИНЫ, ФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ И АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

АННОТАЦИЯ

В статье анализируются ингибиторы коррозии, применяемые в нефтегазовой отрасли, и обсуждаются проблемы получения новых ингибиторов на основе органических соединений, в том числе тиомочевины, формальдегидной смолы и акриловой кислоты.

ABSTRACT

The article analyzes corrosion inhibitors used in the oil and gas industry, and discusses the problems of obtaining new inhibitors based on organic compounds, including thiourea, formaldehyde resin and acrylic acid.

Ключевые слова: ингибитор, коррозия, коррозионная стойкость, электрохимическая разложения, биологическая разложения, сополиконденсация.

Keywords: inhibitor, corrosion, corrosion resistance, electrochemical decomposition, biological decomposition, copolycondensation.

Введение. Известно, что предотвращение коррозии металлов, создание ингибиторных систем имеют особое практическое и теоретическое значение в различных отраслях экономики стран мира с интенсивно развивающейся промышленностью. В странах с развитой химической и нефтехимической промышленностью потери из-за коррозии металлов наносят большой экономический ущерб.

В промышленно развитых странах ежегодный ущерб от коррозии составляет 3-4% национального дохода, в связи с чем борьба с коррозией и ее предотвращение имеет особую важность. Для этого необходимо знать условия взаимодействия металлов с внешней средой, его причины и общие закономерности. Поэтому разработка и практическое применение высокоэффективных ингибиторов коррозии имеет большую важность.

Вследствие высокой скорости коррозии материалов, используемых при добыче, транспортировке, сборе и хранении нефти, газа в высокой коррозийной среде и несвоевременном применении защиты от нее, различные коррозионные разрушения приводят к преждевременным поломкам, простоям производства, напрасным потерям сырья и готовой продукции.

Коррозию следует изучать в нефтяной промышленности, поскольку значительную часть годовых общих затрат нефтегазоразрабатывающих компаний во всем мире составляют проблемы, связанные с коррозией.

Кроме того, надлежащий контроль коррозии может помочь избежать многих скрытых аварий, поскольку они могут вызвать серьезные проблемы, включая смерть людей, негативные социальные последствия, а также загрязнение водных ресурсов и окружающей среды. Коррозия на нефтяных месторождениях возникает на всех стадиях – от добычи до наземного оборудования. Это проявляется в виде просачивания или утечки нефти или газа из резервуаров, трубопроводов и других установок. Проблемы с коррозией обычно связаны с проблемами эксплуатации и технического обслуживания, что приводит к частичной или полной остановки процесса, что, в свою очередь, приводит к серьезным экономическим потерям.

Несмотря на большое количество произведенных ингибиторов коррозии, ассортимент реагентов, эффективно решающих проблему защиты от коррозии в средах, содержащих сероводород и углекислый газ и подавляющих жизнедеятельность сульфатредуцирующих бактерий, весьма ограничен.

Коррозия – это процесс разложения металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия с агрессивными средами. Коррозионная среда – это агрессивная атмосфера, растворы кислот, щелочи, соли и другие среды, вызывающие коррозию металлов. Многие металлы окисляются и разлагаются в окисленном состоянии из-за их термодинамической нестабильности в агрессивных средах.

Результаты и их обсуждения. В результате протекания коррозионных процессов уменьшается масса металлов, снижаются необходимые технологические свойства такие как механическая устойчивость, пластичность и твердость. Коррозия является одним из основных разлагающих факторов, приводящих к снижению работоспособности деталей и механизмов и их выходу из строя. Убытки от коррозии можно разделить на прямые и косвенные. Затраты на защиту от прямых коррозионных потерь и полного разрушения металла в результате потери работоспособности в настоящее время составляют 10-15% в год. К косвенным потерям от коррозии относятся снижение качества и объема выпускаемой продукции в результате снижения производительности оборудования, а также увеличение металлоемкости.

В результате коррозии в нефтегазовой отрасли наблюдается снижение производительности и отказ многих оборудований. В частности, к ним относятся трубы, краны и резервуары. Способность металлов противостоять коррозии называется коррозионной стойкостью. Металлы и их сплавы обладают разной коррозионной стойкостью в разных температурных условиях и в разных внешних средах.

В соответствии с этим, в данном исследовании является актуальным и необходимым провести исследования полифункциональных соединений на основе тиомочевины, формальдегида и акриловой кислоты и на их основе создать реагенты, эффективно защищающие от электрохимического и биологического разложения конструкционных сталей.

В качестве нового компонента формальдегид из местного сырья сначала смешивают с тиомочевиной до получения смолистой консистенции. Исходные вещества в различных пропорциях вносили в реактор при температуре 25°С. В этом случае тиомочевина с формальдегидом сначала образует смолу в виде диметилола:

Свойства тиомочевинных формальдегидных смол, в частности их стойкость, можно улучшить путем добавления некоторых добавок. В этом случае возможно получение смол с заданными свойствами.

Решающими факторами для проведения реакции конденсации тиомочевины и формальдегида в водном растворе являются:

- исходное соотношение реагентов;

- концентрация ионов водорода;

- продолжительность и температура реакции.

С учетом изложенного были синтезированы олигомеры смол, модифицированные акриловой кислотой.

Также были изучены соотношение реагентов при сополиконденсации тиомочевины, продолжительность реакции и влияние температуры. Проанализирована зависимость указанных параметров от молекулярной массы олигомера.

На основе массы сухого остатка при обжиге полученного олигомера были выбраны оптимальные режимы параметров.

Для получения представления о линейности, разветвленности, пространственной структуре и размере частиц синтезированного олигомера были изучены их относительные вязкости. Относительную вязкость изучали на вискозиметре ВПЖ-1 при температурах 25°C, 35°C, 45°C и 55°C.

Было определено, что при этом вещества реагируют по следующей схеме.

Также было определено, что растворимость и вязкость олигомера изменяются с увеличением количества связывающего реагента и скорости связывания.

Строение этого соединения подтверждено методами УФ-, ИК- спектрального и элементного анализа. ИК-спектры были получены на приборе SHIMADZU. Для образцов использовали метод распыления веществ на таблетках бромида калия. В ИК-спектре синтезированного соединения присутствуют линии в области 3332 см^-1, принадлежащие группе –CS–NH–. Свободные гидроксильные группы и связанные СO-группы характеризуются линиями в ИК-спектре в областях 1446, 1373, 1334 и 1139, 1087, 1031, 1001 см^-1 соответственно. Свободные и связанные R=O группы появляются в областях 1244 и 2341 см^-1 соответственно.

Поскольку синтезированный олигомер растворим только в органических растворителях, его используют в мельнице в измельченном до дисперсного состояния виде. Был разработан состав для получения ингибитора коррозии. Также следует отметить, что если в результате взаимодействия тиомочевины с формальдегидом образуется триметилол- или тетраметилолтиомочевина, он ускоряет переход в решеточное состояние с тетраэтоксиксаном, и способность контролировать процесс теряется. Поэтому соотношение тиомочевины и формальдегида желательно брать в соотношении 1:2, ориентируясь на образование диметилолтиомочевины.

Выводы. Ингибиторы на основе тиомочевины образуют малорастворимые комплексы с ионами железа, положительно увеличивают потенциал коррозии при одновременном снижении тока коррозии и характеризуют ингибирование по смешанному механизму, при этом было показано, что механизм защиты от коррозии органических соединений, содержащих фрагменты акриловой кислоты, принципиально отличается от механизма действия других ингибиторов. Были рекомендованы оптимальные условия ингибирования коррозии в зависимости от тока и потенциала коррозии, скорости коррозии, степени защиты, коэффициента торможения, коэффициента заполнения поверхности, константы адсорбционного равновесия, коэффициента взаимодействия и эффективной энергии активации процесса коррозии, рН среды, температуры, химической природы, концентрации и состава синтезированных веществ. Было установлено, что применение синтезированных ингибиторов на предприятиях по добыче и переработке нефти позволяет поддерживать высокий уровень защиты в системах с сероводородом и эмульгированными углеводородами.

Список литературы:

1. Yong Xiang at al. Corrosion of Carbon Steel in MDEA-Based CO2 Capture Plants Under Regenerator Conditions: Effects of O₂ and Heat-Stable Salts. Corrosion (2015). DOI: http://dx.doi.org/10.5006/1354.
2. B.B. Olimov, V.N. Akhmedov, G.A. Gafurova. Production and use of corrosion inhibitors on the basis of two-atomic phenols and local raw materials. Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 11(89). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12473 (02.00.00; №1).
3. B.B. Olimov, N.J. Yo`ldosheva. Gravimetric study of the mechanism of action of corrosion inhibitors used in the oil and gas industry. Международный научно-образовательный электронный журнал «ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА В XXI ВЕКЕ». Выпуск №19 (том 2) (октябрь, 2021). Дата выхода в свет: 31.10.2021.
4. B.B. Olimov, V.N. Akhmedov, G.A. Gafurova. Application of derivatives of diatomic phenols as corrosion inhibitors. Euro Asian Conference on Analytical Research (Germany) ISBN: 978-1-913482-99-2. 2021. 15 October. p. 136-138.