Состав ингибиторов коррозии

Коррозия остается значимой проблемой для нефтегазовой промышленности, многие малые и крупные инциденты полностью или косвенно связаны с коррозионными поражениями. Нефте- и газопроводы, которые выполняют функцию транспортировки нефти и газа от скважин до перерабатывающих установок, подвержены постоянной угрозе коррозии с момента ввода в эксплуатацию. Приблизительно общие ежегодные затраты на борьбу с коррозией достигают 1,372 млрд. долларов. Внутренняя коррозия трубопроводов представляет особую угрозу на начальных этапах разработки месторождений. С 1990 по 2012 год было зарегистрировано более 9000 случаев сбоев, обусловленных внутренними коррозионными разрушениями, что составляет 54,8% всех случаев разливов. Нефтегазовые компании в США ежегодно тратят более 1,052 млрд.  долларов на борьбу с проблемой. Учитывая эти проблемы, актуальна разработка эффективных подходов к предотвращению коррозии.

Анод и катод — это два ключевых элемента процесса коррозии, часто используемые для иллюстрации переноса зарядов между железом и электролитом, а также на поверхности самого железа. Во время коррозии ионы металла перемещаются из активного центра (анода) в раствор и передают электроны от металла, находящегося в менее активном центре (катоде), к акцептору. Акцепторами электронов служат окислители, такие как кислород или ионы водорода, которые обеспечивают катодный процесс.

Анодный элемент корродирует в процессе окисления, в то время как катодный элемент также подвергается деградации, но без образования продуктов коррозии. В процессе добычи нефти и газа ионы Fe₂+ образуются на аноде при переходе железа из стали в раствор. Эти ионы вступают в реакцию с кислородом, сероводородом или диоксидом углерода. Дополнительные электроны перемещаются с анода на катод, где при восстановлении воды образуются гидроксильные ионы. Если кислород отсутствует на катоде, ионы водорода расщепляются на газообразный водород. Анодные и катодные области ‑ это зоны на внешней поверхности металла, имеющие различный электрический потенциал.

Одним из методов, применяемых для минимизации коррозии в нефтяной промышленности, являются ингибиторы. Чтобы достигнуть оптимального эффекта, ингибиторы должны добавляться в концентрации, превышающей определенный минимальный порог. Состав подбирается исходя из предполагаемых условий эксплуатации. Помимо ингибиторов, также существуют различные методы борьбы с коррозией, такие как катодная защита, органические покрытия и применение коррозионностойких сплавов. Тем не менее, пленкообразующие ингибиторы остаются распространенным решением для защиты в агрессивных средах.

В соответствии с распространением концепции «зеленой» химии в науке и инжиниринге, происходит сдерживание применения традиционных ингибиторов. Внедряются идеи и концепции для уменьшения загрязнения окружающей среды и создания экологически чистых химических реагентов. В поддержку этого тренда начинают меняться химический состав ингибиторов коррозии. Создаются составы на основе растительных экстрактов, химических средств и ионных жидкостей. Эти «зеленые» ингибиторы, действующие через адсорбцию на поверхности металла, предотвращают развитие коррозии. Минералы и фенольные соединения также важны. Однако эффективность ингибиторов зависит от множества факторов, включая их концентрацию, степень диспергирования, скорость адсорбции, температуру, устойчивость образующейся пленки, рН, реологический состав жидкости.

Проблемы коррозии усиливаются, особенно в нефтегазовой отрасли. Чтобы смягчить воздействие этой проблемы, специалисты разработали разнообразные методы, включая ингибиторы коррозии, катодную защиту и ингибиторы на основе красок. Большинство применяемых ингибиторов коррозии являются органическими и неорганическими композитами. Органические ингибиторы снижают скорость окисления через процесс адсорбции, тогда как неорганические предотвращают разрушения путем взаимодействия с анодной или катодной частью коррозионного процесса.

Тенденция на экологичность ингибиторов понятна, например, вещества бензотриазолы входящие в состав ингибиторов коррозии для предотвращения разрушения теплообменников, могут отравлять морских обитателей даже при концентрациях ≈ 0,3%. Однако органические ингибиторы не устойчивы к температурам выше 95 °C, а их применение также может быть достаточно дорогостоящим. Неорганические ингибиторы напротив устойчивы при высоких температурах на протяжении длительного времени и стоят дешевле органических, но также имеют свои недостатки. Неорганические ингибиторы утрачивают эффективность при взаимодействии с кислотными растворами. Несмотря на их эффективность при высоких концентрациях в составе, они неизбежно оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В настоящее время ведутся обширные исследования в области использования компонентов растительного происхождения в качестве ингибиторов коррозии, поскольку они представляют собой доступный и недорогой вариант.