一种多羟基阳离子高温耐氧缓蚀剂的制备及应用的制作方法

1.本发明涉及缓蚀剂的合成技术领域，具体涉及一种多羟基阳离子高温耐氧缓蚀剂的制备及应用。


背景技术：

2.缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于介质中，并能防止或者减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。缓蚀剂技术目前已经成为腐蚀防护技术中最广泛的方法之一，尤其是应用于石油化工行业。在油气田开采过程中，常会使用注水注气技术来增加原油采收率，近年来油田更是提出直接使用经简单处理的油田采出水用于回注，而油田采出水大都具有较高矿化度，氯离子、钠离子、钙镁离子等含量很高，这些离子的存在加重了碳钢的腐蚀。另外，注气时氮气中含有少量的氧气，引起碳钢的氧腐蚀。在高矿化度地层水和氧气共存时，碳钢加剧腐蚀，尤其是在高温下腐蚀速率更加严重，不仅会造成生产安全事故，还造成巨大的经济损失。
3.中国专利cn108794407a公开了一种阳离子型抗氧缓蚀剂及其制备方法，该缓蚀剂利用3-二甲氨基丙胺与酰氯进行酰胺化反应，得到酰胺中间体a再与4-氯甲基嘧啶加热回流反应，制备得到。该缓蚀剂环境友好、制备简单，在高矿化度地层水中和酸溶液中都拥有良好的溶解性，在高温下仍具有良好的缓蚀性能，对碳钢在高矿化度地层水中的氧腐蚀有明显抑制作用。但该发明中缓蚀剂的耐温性能仅达到80℃左右，难以承受90℃的高温，同时用量也相对较大。
4.中国专利cnio9020956a公开了一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂及其制备方法和应用，其中制备的抗氧缓蚀剂，是一种环保型的缓蚀剂,具有很好的抗氧腐蚀效果,同时在高温下也具有良好的缓蚀性能，但在高矿化度水中缓蚀性能有待验证，同时其结构复杂成本相对较高。
5.针对现有缓蚀剂存在的用量大、结构复杂、成本高以及耐高温腐蚀性能较差等问题，亟需寻找一种耐高温、耐腐蚀、成本低且低毒高效、对环境友好的缓蚀剂。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种多羟基阳离子高温耐氧缓蚀剂的制备及应用。该缓蚀剂具有环境友好性、耐高温，耐氧腐蚀，能显著降低钢质管道的腐蚀风险，延长其使用寿命，符合油田发展的需要。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.本发明提供了一种多羟基阳离子缓蚀剂，该多羟基阳离子缓蚀剂的结构式为：
[0009][0010]
结构式中r1为h、c
nh2n 1
型脂肪烃链、c
nh2n-1
型脂肪烃链、c
nh2n-3
型脂肪烃链、c
nh2n 1
om型烷氧基脂肪烃链或苯基；r2为h、甲基、乙基、羟基或羰基；r3为h、c
nh2n 1
型脂肪烃链、c
nh2n-1
型脂肪烃链或c
nh2n-3
型脂肪烃链；r4为h、c
nh2n 1
型脂肪烃链或c
nh2n-1
型脂肪烃链，其中n＝1-22。
[0011]
在一些具体的实施方式中，所述多羟基阳离子缓蚀剂结构式中r1为甲基、乙基、异丙基或苯基，r2为h、甲基或乙基，r3为h、甲基或乙基，r4为h、甲基或乙基。
[0012]
在另一些具体的实施方式中，所述羟基阳离子缓蚀剂的结构式为以下任意一种：
[0013][0014]
本发明还提供了上述多羟基阳离子缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
[0015]
(1)中间体a的合成：醇胺与环氧化合物反应得到中间体a；化学反应式如下：
[0016][0017]
(2)多羟基阳离子缓蚀剂的合成：中间体a与3-(氯甲基)喹啉反应得到多羟基阳离子缓蚀剂；化学反应式如下：
[0018][0019]
进一步地，步骤(1)具体为，将醇胺与溶剂混合后，再滴加环氧化合物，滴加结束后加热并搅拌，反应得中间体a；步骤(2)具体为，将中间体a与3-(氯甲基)喹啉混合后加入溶剂，加热回流反应得多羟基阳离子缓蚀剂。
[0020]
进一步地，步骤(1)中所述溶剂为丙二醇，步骤(2)中所述溶剂为1，4-二氧六环。
[0021]
进一步地，步骤(1)中所述中间体a的原料按摩尔份数计，包括：0.5份醇胺、5-10份溶剂和0.5-0.6份环氧化合物。
[0022]
优选地，步骤(1)中所述中间体a的原料按摩尔份数计，包括：0.5份醇胺、5份溶剂和0.5-0.6份环氧化合物。
[0023]
进一步优选地，步骤(1)中所述中间体a的原料按摩尔份数计，包括：0.5份醇胺、5份溶剂和0.5份环氧化合物。
[0024]
进一步地，步骤(2)中所述中间体a、3-(氯甲基)喹啉和溶剂的摩尔比为1:1-1.05:10-20。
[0025]
优选地，步骤(2)中所述中间体a、3-(氯甲基)喹啉和溶剂的摩尔比为1:1-1.05:10。
[0026]
进一步优选地，步骤(2)中所述中间体a、3-(氯甲基)喹啉和溶剂的摩尔比为1:1:10。
[0027]
进一步地，步骤(1)中所述加热的温度为30-50℃；所述搅拌的时间为6-8h。
[0028]
进一步地，步骤(2)中所述加热的温度为101.1℃；步骤(2)中所述回流的时间为6-8h。
[0029]
进一步地，步骤(1)中所述环氧化合物在滴加时尽可能缓慢滴加，控制在1-2滴/秒。
[0030]
本发明中制备的多羟基阳离子缓蚀剂能够应用在钢质管道防腐中。
[0031]
本发明所取得的技术效果是：
[0032]
本发明中的缓蚀剂具有良好的水溶性，适用于高矿化度盐水条件下的碳钢腐蚀防护，该缓蚀剂在低用量下仍具有良好的缓蚀性能(该缓蚀剂在90℃、矿化度为220000mg/l的地层水溶液中对n80钢有很好的缓蚀作用)，该缓蚀剂具有环境友好性、耐高温，耐氧腐蚀，能显著降低钢质管道的腐蚀风险，延长其使用寿命，符合油田发展的需要。
具体实施方式
[0033]
值得说明的是，本发明中使用的原料中，2-((2-羟基乙基)氨基)-1-苯基丙烷-1-醇，cas号：54804-28-3，购买自北京新研汇医药研发有限公司，其余均为普通市售产品，因此对其来源不做具体限定。
[0034]
实施例1
[0035]
多羟基阳离子缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
[0036]
(1)中间体a的合成：向250ml的三颈烧瓶中加入0.5mol二异丙醇胺和5mol丙二醇，再将0.5mol的环氧丙烷缓慢滴加到烧瓶中，控制在1-2滴/秒，滴加结束后加热至30℃并搅拌6h，减压旋蒸除掉丙二醇和多余的环氧丙烷，得到中间体a1。
[0037]
(2)多羟基阳离子缓蚀剂的合成：将0.5mol的中间体a1加入装有5mol1，4-二氧六环的圆底烧瓶中，把0.5mol的3-(氯甲基)喹啉缓慢滴加到圆底烧瓶中，101.1℃加热回流反应6h后减压除去溶剂，得到缓蚀剂。
[0038]
实施例2
[0039]
多羟基阳离子缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
[0040]
(1)中间体a的合成：向250ml的三颈烧瓶中加入0.5mol二乙醇胺和10mol丙二醇，
再将0.6mol的环氧丙烷缓慢滴加到烧瓶中，控制在1-2滴/秒，滴加结束加热至50℃并搅拌8h，减压旋蒸除掉丙二醇和多余的环氧丙烷，得到中间体a2。
[0041]
(2)多羟基阳离子缓蚀剂的合成：将0.5mol的中间体a2加入装有10mol1，4-二氧六环的圆底烧瓶中，把0.5mol的3-(氯甲基)喹啉缓慢滴加到圆底烧瓶中，101.1℃加热回流反应8h后减压除去溶剂，得到缓蚀剂。
[0042]
实施例3
[0043]
多羟基阳离子缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
[0044]
(1)中间体a的合成：向250ml的三颈烧瓶中加入0.5mol 2-((2-羟基乙基)氨基)-1-苯基丙烷-1-醇和5mol丙二醇，再将0.5mol的环氧丙烷缓慢滴加到烧瓶中，控制在1-2滴/秒，滴加结束后加热至40℃并搅拌7h，减压旋蒸除掉丙二醇和多余的甲基丙烯酸缩水甘油酯，得到中间体a3。
[0045]
(2)多羟基阳离子缓蚀剂的合成：将0.5mol的中间体a3加入装有5mol1，4-二氧六环的圆底烧瓶中，把0.5mol的3-(氯甲基)喹啉缓慢滴加到圆底烧瓶中，101.1℃加热回流反应7h后减压除去溶剂，得到缓蚀剂。
[0046]
实施例4
[0047]
多羟基阳离子缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
[0048]
(1)中间体a的合成：向250ml的三颈烧瓶中加入0.5mol1-(2-羟基-乙基氨基)-丙烷-2-醇和5mol丙二醇，再将0.6mol的环氧丙烷缓慢滴加到烧瓶中，控制在1-2滴/秒，滴加结束后加热至30℃并搅拌6h，减压旋蒸除掉丙二醇和多余的环氧丙烷，得到中间体a4。
[0049]
(2)多羟基阳离子缓蚀剂的合成：将0.5mol的中间体a4加入装有10mol1，4-二氧六环的圆底烧瓶中，把0.5mol的3-(氯甲基)喹啉缓慢滴加到圆底烧瓶中，101.1℃加热回流反应6h后减压除去溶剂，得到缓蚀剂。
[0050]
对比例1
[0051]
与实施例1的区别仅在于，将二异丙醇胺换成二异丙胺，其它条件一样，生成的缓蚀剂结构式如下：
[0052][0053]
对比例2
[0054]
与实施例1的区别仅在于，将二异丙醇胺换成二乙胺，其它条件一样，生成的缓蚀剂结构式如下：
[0055][0056]
对比例3
[0057]
与实施例1的区别仅在于，将二异丙醇胺换成二甲胺，其它条件一样，生成的缓蚀剂结构式如下：
[0058][0059]
一、实施例产物表征数据
[0060]
根据核磁氢谱测得实施例1-4最终得到的缓蚀剂的结构分别为：
[0061]
实施例1：
[0062][0063]
实施例1的核磁氢谱数据：1h nmr(400mhz,cdcl3):1.18(d,9h,ch3),3.27(m,6h,ch2),3.58(m,3h,oh),4.02(m,3h,ch),4.50(m,2h,ch2),7.59-7.74(m,2h,ph),7.99-8.04(m,3h,ph),8.68(s,1h,ph)。
[0064]
实施例2：
[0065][0066]
实施例2的核磁氢谱数据：1h nmr(400mhz,cdcl3):1.18(d,3h,ch3),3.27(m,2h,ch2),3.43(m,4h,ch2),3.58-3.65(m,3h,oh),3.97-4.02(m,5h,ch,ch2),4.50(s,2h,ch2),5.12(d,1h,ch)7.59-7.74(m,2h,ph),7.97-8.02(m,3h,ph),8.67(s,1h,ph)。
[0067]
实施例3：
[0068][0069]
实施例3的核磁氢谱数据：1h nmr(400mhz,cdcl3):1.35(d,3h,ch3),3.43(m,4h,ch2),3.65(br,3h,oh),3.97(m,4h,ch2),4.21(m,1h,ch),4.50(s,2h,ch-ph),5.12(d,1h,ch),7.36-7.38(m,5h,ph),7.59-7.74(m,2h,ph),7.98-8.03(m,3h,ph),8.67(s,1h,ph)。
[0070]
实施例4：
[0071][0072]
实施例4的核磁氢谱数据：1h nmr(400mhz,cdcl3):1.19(d,6h,ch3),3.43-3.52(m,6h,ch2),3.59-3.66(m,3h,oh),3.98-4.03(m,4h,ch,ch2),4.51(s,2h,ch
2-ph),7.60-7.75(m,2h,ph),7.99-8.04(m,3h,ph),8.67(s,1h,ph)。
[0073]
二、不同温度条件下缓蚀效果试验
[0074]
试验对象：实施例1-4以及对比例1-3中的缓蚀剂。
[0075]
试验方法：考察不同条件下各实例中缓蚀剂的静态挂片腐蚀情况，试验结果如表1所示。
[0076]
条件a：在60℃，矿化度为220000mg/l的地层水中用n80钢片进行72h腐蚀挂片实验，匀速通空气，缓蚀剂使用浓度为0.05％。
[0077]
条件b：在70℃，矿化度为220000mg/l的地层水中用n80钢片进行72h腐蚀挂片实验，匀速通空气，缓蚀剂使用浓度为0.05％。
[0078]
条件c：在80℃，矿化度为220000mg/l的地层水中用n80钢片进行72h腐蚀挂片实验，匀速通空气，缓蚀剂使用浓度为0.05％。
[0079]
条件d：在90℃，矿化度为220000mg/l的地层水中用n80钢片进行72h腐蚀挂片实验，匀速通空气，缓蚀剂使用浓度为0.05％。
[0080]
表1
[0081]
[0082][0083]
从上述实施案例的试验结果能看出，以上缓蚀剂在使用量很低的情况下能表现出良好的减缓腐蚀的效果，缓蚀效率在不同温度条件下(60-90℃)能够达到87％以上。
[0084]
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。