咪唑啉季铵盐缓蚀剂合成及其性能测试

王大文

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

在开发与生产中，经常遇到油气运输管道修理与维护的问题，在持续的作业中，油田的金属管道通常都会受到剧烈的磨损，这样的磨损不仅带来巨大的成本损失，也会带来安全隐患。人们发现添加咪唑啉类的缓蚀剂能够有效的解决金属管道锈蚀、腐蚀的问题。由于咪唑啉季铵盐缓蚀剂具有优良的缓蚀性能，并且热稳定性好，毒性低，所以咪唑啉季铵盐缓蚀剂被广泛应用于石油与天然气的集输、储运。咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成，一般是用氯化苄、氯乙酸钠、硫酸二甲酯等季铵化合物当做中间体进行实验.本文也是针对亚磷酸二甲酯为季铵化试剂，尝试对咪唑啉进行季铵化改性，并且讨论咪唑啉季铵盐缓蚀剂合成工艺和性能。

1 咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成

1.1 仪器和药品

鼓风干燥箱、恒温搅拌棒、电化学溶剂分析仪。

油酸、月桂酸、氯化苄、氯化镁、苯甲酸、氯化钠、氯化钙、乙醇、氯化钾、盐酸、硫脲、碳酸氢钠、乌洛托品、硫酸钠等溶剂。

1.2 缓蚀剂的制备

在实验的制备过程中，因为三乙烯四胺成本高昂，无法进行大规模的制备。通常来说，有机酸的价格会相对低廉，所以在实际的操作中，一般采用有机酸代替三乙烯四胺，并将有机酸的使用过量以满足实验条件。在实验过程当中，需要加入一定量的三乙烯四胺，用加热套加热，观察温度计指示，在100～120℃的温度下进行加热，并保证每个小时水温依次上升5℃。溶剂制毕之后在合成的油酸中加入适量的氯化苄和无水乙醇，通过降温、回流的方式将溶剂收集，最终得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂。

1.3 咪唑啉季铵盐的缓蚀效率实验

在蒸馏水中依次加入氯化钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钠，并慢慢加入硫化氢与二氧化碳，使溶液趋于饱和，最终可以得到某油田的地层水模拟液。

制作一个尺寸大概为40mmX13mmX20MM的一块二十号碳钢试片，用砂纸进行打磨，并进行充分清洗并且进行质量称量。随后将试片放入含有不同缓蚀剂的油田地层水模拟液中。浸泡后晾干，用丙酮和无水乙醇进行清洁，根据其质量损失计算腐蚀速率，最后测试出咪唑啉季铵盐缓蚀剂的不同性能。

2 咪唑啉季铵盐缓蚀剂的性能测试

2.1 质量损失法

根据某油田的测试结论，其把二十号碳钢试片放在油田地层水模拟液里测试腐蚀速率，并且测量OMI、BMI和LMI三种缓蚀剂的缓蚀性能（见图1）。从图1看出，加入缓蚀剂后二十号碳钢试片的缓蚀速率大大降低，也可以看到，LMI缓蚀剂缓蚀效果最为明显。

图1 二十号碳钢在盐酸中的极化曲线

2.2 极化曲线法

将温度恒定为70℃，采用电化学分析法测得二十号碳钢的极化曲线，见图1得知，腐蚀电流在增加缓蚀剂有不同程度的降低。查阅文献后得知，加入BMI缓蚀剂时腐蚀电流降最多，效率达到了68.89%，这说明BMI合成的咪唑啉季铵盐缓蚀剂，可用于实际工作生产。

在恒定温度为70℃的液体中，实验表明，加入同样量的油酸咪唑啉季铵盐（OMI）、苯甲酸咪唑啉季铵盐（BMI）和月桂酸咪唑啉季铵盐（LMI），在油田模拟水中的缓蚀效果不如在盐酸体系中明显。这三种缓蚀剂经过对比，LMI的缓蚀效果要比BMI及OMI缓蚀效果更好。这样的结论也和质量损失法得到的结论一致。

3 结论

①3种咪唑啉缓蚀剂（油酸咪唑啉季铵盐、苯甲酸咪唑啉季铵盐和月桂酸咪唑啉季铵盐都表现出较为优良的性能。

②由静态挂片质量损失法得知:在三种缓蚀剂中，LMI的缓蚀效果要比BMI及OMI缓蚀更好，缓蚀效率最高97.31%，与质量损失法得到的结论一致。

③根据极化曲线的相关实验可以得知:BMI缓蚀剂（苯甲酸咪唑啉季铵盐） 会让自腐蚀电位正移，所以对阳极反应有较强的抑制作用，同样量的油酸咪唑啉季铵盐（OMI）与月桂酸咪唑啉季铵盐（LMI）将会使其作用相反。几种缓蚀剂相互进行复配其效果会更好。

④月桂酸和油酸咪唑啉分子量比较小，并且空间位阻小，可以填充分子间形成的吸附膜的缝隙，所以几种缓蚀剂进行复配效果最好。