Nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép đường ống dẫn dầu n80 của các hợp chất imidazoline từ dầu dừa việt nam bằng phương pháp điện hóa với mô hình dòng chảy và điện cực quay

Để chống ăn mòn bảo vệ các thiết bị công nghiệp dầu khí thường kết hợp nhiều biện pháp khác nhau tuỳ theo điều kiện tình hình thực tế, những hướng chủ yếu là: Lựa chọn vật liệu bền với t

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

MỤC LỤC

1.1 Các yếu tố gây ăn mòn trong đường ống dầu khí 2

1.1.3.2 Ăn mòn kim loại với sự có mặt cùng lúc của CO2 và H2S 9

1.2 Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn 11

1.2.1 Định nghĩa và phân loại chất ức chế ăn mòn 12

1.2.3 Chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu khí 18

1.2.3.1 Yêu cầu về chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu

khí

18

1.2.4.1 Một vài nét về dầu thực vật và dầu dừa Việt Nam 22

1.3 Các phương pháp đánh giá ăn mòn kim loại trong

1.3.3 Phương pháp sử dụng thiết bị Flow loop 30

1.3.4 Phương pháp mất khối lượng 31

2.1.3 Các phương pháp xác định tính chất của nguyên liệu và sản

3.3 Hiệu quả bảo vệ hệ ức chế Imidazoline tổng hợp ở trạng

3.5 Ảnh hưởng của nồng độ chất ức chế Imidazoline tổng hợp

được đến tốc độ ăn mòn kim loại – phương pháp trọng lượng

46

Phụ lục 51

1

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam ngành công nghiệp thăm dò khai thác và chế biến dầu khí phát triển rất lớn mạnh, việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại cho các công trình trong ngành luôn là một vấn đề cấp thiết Để chống ăn mòn bảo vệ các thiết

bị công nghiệp dầu khí thường kết hợp nhiều biện pháp khác nhau tuỳ theo điều kiện tình hình thực tế, những hướng chủ yếu là: Lựa chọn vật liệu bền với từng môi trường; Sử dụng trạm catốt; Sử dụng protector; Tạo các lớp bảo

vệ bề mặt như sơn phủ, mạ; Sử dụng các chất ức chế tạo màng bảo vệ; Mục tiêu hướng tới của các phương pháp là vừa có hiệu quả bảo vệ kim loại cao, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị, vừa hạ giá thành sản phẩm chống ăn mòn, tiết kiệm về kinh tế

Trong quá trình khai thác đa số các khuyết tật trên đường ống dẫn dầu, khí do bởi ăn mòn CO2, H2S hiện tượng này xuất hiện từ giếng khoan đến bề mặt thiết bị và các trang thiết bị công nghệ Để khống chế quá trình này, người ta đã thêm các chất hoạt động bề mặt hữu cơ nguồn gốc Nitơ vào [24] Imidazoline là một trong những chất ức chế ăn mòn có hoạt tính chống ăn mòn cao trong môi trường axit, vì thế nó được sử dụng để giảm thiểu các hiện tượng ăn mòn CO2, H2S trong lĩnh vực khai thác dầu khí Ngoài ra Imidazoline còn được sử dụng trong đường ống bơm ép nước vỉa để giàm thiểu tốc độ ăn mòn thép bên trong đường ống đạt tiêu chuẩn <0,1mm/năm

Gần đây các chất ức chế ăn mòn thép đường ống có nguồn gốc dầu thực vật đang được nghiên cứu Nhận thấy dầu dừa là nguồn nguyên liệu tiềm năng với trữ lượng hàng năm sản xuất được khoảng 10 nghìn tấn (trong nước)

và có nhiều triển vọng sản xuất, cung cấp tốt hệ chất ức chế Imidazoline chống ăn mòn thép đường ống Hơn nữa hướng nghiên cứu đi từ dầu dừa là một hướng nghiên cứu khả thi, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào được công bố Có thể nghiên cứu sản xuất thành công hệ ức chế Imidazoline từ dầu dừa Việt Nam phục vụ lĩnh vực khai thác cho các đơn vị nhà thầu trong và ngoài nước không những thúc đẩy nền khoa học kỹ thuật nước nhà, mà còn tiết kiệm chi phí khai thác sản xuất

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 CÁC YẾU TỐ GÂY ĂN MÒN TRONG ĐƯỜNG ỐNG DẦU KHÍ

1.1.1 Khái niệm về ăn mòn kim loại [3]

1.1.1.1 Định nghĩa, phân loại ăn mòn kim loại

Ăn mòn kim loại được định nghĩa là “sự phá huỷ tự diễn biến của các vật liệu kim loại do tương tác hoá học hoặc điện hoá với môi trường xung quanh” Có nhiều cách phân loại các quá trình ăn mòn:

- Theo cơ chế của quá trình: Ăn mòn ứng suất, ăn mòn hoá học, ăn mòn điện hoá, ăn mòn do vi sinh vật, …

- Theo điều kiện của quá trình: Trong pha khí, lỏng, khí quyển, không đồng nhất cấu trúc, …

- Theo đặc tính của quá trình phá huỷ ăn mòn: Ăn mòn kim loại đồng đều, ăn mòn kim loại không đồng đều, …

- Ăn mòn kim loại dạng điểm : dạng vết, dạng loét sâu, dạng pitting, …

Trong công nghiệp, thực tế sử dụng và bảo quản kim loại thì quá trình ăn mòn kim loại chủ yếu xảy ra theo cơ chế điện hoá

1.1.1.2 Ăn mòn điện hoá

Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ tự diễn biến của kim loại hoặc hợp kim

do tương tác điện hoá với môi trường điện ly xung quanh

Đặc điểm và cơ chế của ăn mòn điện hoá

* Nguyên nhân của quá trình ăn mòn kim loại

Nguyên nhân chủ yếu gây ăn mòn kim loại nói chung cũng như ăn mòn điện hoá nói riêng là do độ không bền vững nhiệt động học của kim loại trong môi trường bị ăn mòn Khi ăn mòn kim loại, kim loại sẽ chuyển sang trạng thái oxít hoặc muối (ion) bền vững nhiệt động hơn Như vậy việc quan tâm nghiên cứu lý thuyết cũng như những ứng dụng thực tế về quá trình ăn mòn kim loại thực chất là nghiên cứu các quy luật, nhiệt động học và động học của quá trình ăn mòn kim loại cũng như những đặc trưng của quá trình ăn mòn kim

3

loại do sự không bền vững nhiệt động học đó của kim loại gây ra Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn điện hoá:

- Độ bền nhiệt động của kim loại

- Cấu tạo và tính chất của hợp kim

- Đặc tính ứng suất

- Trạng thái bề mặt của kim loại

- Độ pH của dung dịch điện ly

- Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

- Ảnh hưởng của áp suất

- Tốc độ chuyển động của dung dịch điện ly

* Đặc điểm của ăn mòn điện hoá

- Có sự tham gia của điện tử tự do từ ngoài hệ vào các quá trình phản ứng điện hoá

- Quá trình ion hoá kim loại (quá trình oxi hoá) và quá trình khử phải xảy ra đồng thời nhưng không tại một chỗ mà tại hai vị trí khác nhau để tạo nên dòng điện tử chuyển động từ vùng oxi hoá đến vùng khử

- Tốc độ của quá trình ăn mòn kim loại phụ thuộc đại lượng thế điện cực kim loại, cụ thể:

Khi chuyển giá trị thế điện cực sang các giá trị dương hơn do tác dụng của phân cực bằng dòng ngoài sẽ làm tăng quá trình anot và làm kìm hãm quá trình catot

Khi chuyển giá trị thế điện cực sang các giá trị âm hơn do tác dụng của phân cực bằng dòng ngoài sẽ làm tăng quá trình catot và làm giảm quá trình anot

- Cơ chế ăn mòn kim loại điện hoá luôn luôn phải có hai quá trình anot (hoà tan kim loại) đồng thời với quá trình catot (khử phân cực của một cấu tử trong dung dịch điện ly như: H+, H2O, hoặc oxi hoà tan )

4

- Vị trí các quá trình điện cực trên bề mặt kim loại có thể thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào sự biến đổi tính chất điện hoá vi mô và vĩ mô của các vùng trên bề mặt kim loại

- Phần anot của bề mặt kim loại là phần bị ăn mòn, vì vậy nếu vùng anot cố định thì vùng bị ăn mòn của kim loại cố định còn nếu vùng anot thay đổi thì vùng kim loại bị ăn mòn cũng thay đổi

* Cơ chế ăn mòn điện hoá

Xét trường hợp khi nhúng một thanh kim loại không đồng nhất vào một dung dịch điện ly Do tính không đồng nhất mà quá trình điện cực xảy ra đồng thời trên các vùng đó cũng khác nhau Lấy hai vùng không đồng nhất bất kỳ của thanh kim loại nằm sát nhau (Hình 1.1) cho thấy có ba quá trình xảy ra như sau:

Kim loại dung dịch điện ly

Vùng anot

Me - ne Æ Æ Men+.H2O

Vùng catot ne Æ D Æ Dne

-Hình 1.1 Sơ đồ nguyên tắc của quá trình ăn mòn điện hóa

Quá trình anot (quá trình xảy ra trên cực dương)

Quá trình anot xảy ra ở khu vực mà ion kim loại bị hidrat hoá và truyền vào dung dịch Do đó, trên bề mặt kim loại sẽ dư một số lượng điện tử tương ứng

ne Me Me+n.mH2O Trong quá trình này kim loại bị mất điện tử, nó đã bị oxi hoá

Quá trình catot (quá trình xảy ra trên cực âm)

+ mH2O

5

Quá trình này xảy ra ở khu vực kim loại mà ở đó các ion, nguyên tử hoặc phân tử của chất điện ly nhận điện tử trên bề mặt kim loại Ta gọi các ion, nguyên tử hoặc phân tử đó là chất khử phân cực Chất khử phân cực đã đồng hoá các điện tử dư trên bề mặt vùng kim loại đó

D + ne [D.ne]

Trong đó D là chất khử phân cực

Các ion, nguyên tử hoặc phân tử nhận điện tử, nó đã bị khử

Có 2 quá trình khử phân cực catot hay gặp nhất trong thực tế là quá trình khử phân cực oxi và khử phân cực hidro, hai quá trình này sẽ được đề cập ở phần dưới

Khi hai quá trình điện cực xảy ra thì đồng thời có sự chuyển động của điện tử

Kim loại vùng cực dương tiếp tục tan ra thì dòng điện tồn tại Như vậy quá trình ăn mòn kim loại xảy ra đồng thời với sự xuất hiện dòng điện giữa 2 vùng khác nhau của thanh kim loại Vùng kim loại bị hoà tan đóng vai trò cực dương (anot), còn vùng kia đóng vai trò cực âm (catot) Một hệ thống có xảy

ra các quá trình như ta xét trên đây gọi là nguyên tố ganvanic

Quá trình ăn mòn điện hoá chính là quá trình làm việc của các nguyên tố ganvanic

Ăn mòn khử phân cực oxi

Quá trình ăn mòn kim loại mà phản ứng khử phân cực catot do ion hoá oxi thì gọi là quá trình ăn mòn khử phân cực oxi Quá trình này rất phổ biến trong thực tế, thường gặp trong các công nghệ khai thác dầu bằng phương pháp ép nước, trong quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu, … đôi khi nó cũng xuất hiện

6

cùng với quá trình ăn mòn khử phân cực hydro Nó có thể xảy ra trong môi trường kiềm, môi trường điện ly trung tính và dung dịch axit hữu cơ yếu Quá trình ăn mòn khử phân cực oxi gồm 6 giai đoạn chính sau đây:

- Oxi trong không khí khuyếch tán vào dung dịch điện ly qua bề mặt phân cách dung dịch điện ly, không khí

- Oxi hoà tan trong dung dịch được chuyển vận sâu vào trong dung dịch điện

ly nhờ chuyển động đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức (khuấy) của dung dịch điện ly

- Oxi hoà tan trong dung dịch được chuyển vận qua lớp dung dịch có tốc độ dung dịch thay đổi từ V đến 0 gọi là lớp pran Sự vận chuyển này nhờ chuyển động của lớp điện ly

- Oxi hoà tan trong dung dịch khuyếch tán qua lớp chất lỏng nằm sát điện cực Lớp chất lỏng này không chuyển động gọi là lớp khuyếch tán

- Ion hoá oxi : quá trình ion hoá oxi gồm nhiều giai đoạn phức tạp:

Trong môi trường kiềm hoặc môi trường điện ly trung tính thì quá trình ion hoá oxi được biểu diễn bằng phương trình sau :

O2 + 2 H2O + 4e = 4 OHTrong môi trường axit thì quá trình ion hoá oxi biểu diễn bằng phương trình tổng quát : O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

Sau khi ion hoá, trong môi trường kiềm thì có quá trình khuyếch tán của ion

OH- vào sâu trong lòng dung dịch điện ly

Trong 6 giai đoạn thì giai đoạn 4 và 5 là khó khăn hơn cả Do đó 2 giai đoạn này khống chế quá trình ăn mòn khử phân cực oxi

Khi dung dịch điện ly không chuyển động thì chiều dày lớp khuyếch tán δ đến 1mm; nhưng khi dung dịch được khuấy trộn mạnh thì chiều dày lớp khuyếch tán chỉ còn 0,02 – 0,1 mm

Quá trình ion hoá oxi phụ thuộc vào mật độ dòng điện catot, vào bản chất kim loại làm điện cực catot, vào nhiệt độ …

Sản phẩm của quá trình ăn mòn kim loại khử phân cực oxi trong môi trường điện ly trung tính thường là các oxit hoặc hydroxit

Ăn mòn khử phân cực hydro

Quá trình ăn mòn kim loại có khí hydro thoát ra do khử phân cực catot gọi là quá trình ăn mòn khử phân cực hydro Trong thực tế quá trình ăn mòn khử phân cực hydro khá phổ biến, có thể xảy ra trong môi trường axit, môi trường kiềm hoặc môi trường điện ly trung tính

1.1.2 Các yếu tố gây ăn mòn bề mặt bên trong đường ống

Đường ống dùng để dẫn dầu, nước vỉa bơm ép ở VietsovPetro được chế tạo từ thép N80, từ nơi xử lý nước đến giếng khoan khoảng cách ngắn nhất là

1500 m Các tác nhân ăn mòn có trong môi trường là oxi, cacbon dioxit, hydrosunfua, trong nhiều trường hợp có axit hydroclorit Các tác nhân này kết hợp với các muốn điện ly trong môi trường nước trở thành môi trường điện ly rất mạnh, gây ăn mòn kim loại [17]

Ăn mòn kim loại trong môi trường nước vỉa, dầu thô xảy ra chủ yếu theo cơ chế điện hoá, đặc biệt đối với kim loại không nhúng ngập hoàn toàn trong nước thì tại mép nước, giới hạn 3 pha: kim loại – dung dịch điện ly – không khí, tốc độ ăn mòn kim loại cao hơn so với trong môi trường nước, vì ở giới hạn 3 pha tốc độ khuyếch tán oxi là lớn nhất, nên ăn mòn kẽ nứt phát triển

- Chất rắn hoà tan, phân tán (muối NaCl, MgCl2, …)

- Nhiệt độ, pH của nước

1.3.1.1 Ăn mòn kim loại với sự có mặt của O 2

Dạng ăn mòn do oxi hoà tan gây ra thường là ăn mòn pitting và ăn mòn đồng đều trên toàn bộ bề mặt Oxi là một chất oxi hoá mạnh, nó phản ứng nhanh chóng với bề mặt kim loại Có rất ít các tài liệu công bố các nghiên cứu ảnh hưởng của oxi tới tốc độ ăn mòn thép trong môi trường nước Đối với các nồng độ O2 khác nhau, áp suất hỗn hợp khí là 1200 psi, hỗn hợp khí chứa 1%

CO2 và 3,76 ppm H2S trong dung dịch 1% NaCl Tốc độ ăn mòn kim loại xảy

ra lớn nhất ở bề mặt tiếp xúc pha là 0,356 mm/năm tại nồng độ oxi 10 ppm (nồng độ thấp hơn yêu cầu đối với nồng độ cho phép của VietsoPetro), tốc độ

ăn mòn tăng tỷ lệ thuận với quá trình tăng nồng độ O2 [14,17]

Sản phẩm của quá trình ăn mòn điện hoá có oxi là FeO(OH)- goethite,

Fe2O3- hermatite, Fe3O4 – magnetite, và Fe(OH)2 – hydroxit sắt Mặc dù gần như không xuất hiện ở độ sâu 100m, tuy nhiên oxi đi vào hệ thống đường dẫn thông qua các chỗ nối của đường ống, gioăng của máy bơm, … ở tốc độ dòng chảy thấp, oxi làm tăng tốc độ ăn mòn cục bộ Từ các dữ kiện trên, có thể thấy oxi là nguyên nhân quan trọng nhất gây ăn mòn thép bề mặt bên trong đường ống Bằng nhiều phương pháp khác nhau, nồng độ oxi hoà tan đã được hạn chế tới mức nhỏ nhất cso thể nhằm hạn chế khả năng xúc tác ăn mòn kim loại của oxi

Oxi xúc tác cho quá trình ăn mòn kim loại theo hai cơ chế chính sau: + Khử phân cực, mà do vậy nó dễ dàng kết hợp với nguyên tử hydro ở catot tạo điều kiện cho phản ứng ăn mòn diễn ra

9

+ Oxi hoá bề mặt sắt tạo ra các ion sắt, hydroxit sắt (tại pH > 3)

Hình 1.2 Sơ đồ ăn mòn đường ống do quá trình oxi hóa kim loại

1.1.3.2 Ăn mòn kim loại với sự có mặt cùng lúc của CO 2 và H 2 S

H2S là một khí có tính axit, trong môi trường ẩm H2S phá huỷ kim loại theo phản ứng:

H2S + Fe FeS + H2

FeS kết tủa trên bề mặt thép và đóng vai trò là catốt đối với thép khi hiện tượng ăn mòn điện hoá xảy ra Do vậy, quá trình ăn mòn tạo ra các lỗ sâu (pitting)

Khi có mặt CO2 và hơi nước quá trình ăn mòn thép xảy ra theo phản ứng:

CO2 + H2O H2CO3

Fe + H2CO3 FeCO3 + H2

Dạng ăn mòn do CO2 gây ra là dạng ăn mòn pitting

Những ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn kim loại khi có mặt cùng lúc cả hai tác nhân gây ăn mòn là CO2 và H2S, và thấy rằng ở áp suất < 0,1 psi và nồng độ H2S < 1700 ppm màng sunfit tạo thành, như đã nói ở trên màng này

có đặc tính bảo vệ Ở nồng độ H2S cao hơn thì màng này không còn tính bảo

vệ nữa

H 2 O

10

Với nồng độ H2S thấp, 0,02mmol và áp suất 0,065 psi, đã làm giảm tốc

độ ăn mòn của thép trong môi trường có nhiệt độ 70-800C, NaCl 1M và áp suất CO2 là 10 psi, tuy nhiên ăn mòn pitting lại tăng do sự hoà tan có chọn lọc của pha sắt Tại pH = 6,9 sản phẩm ăn mòn dày đã được tạo ra bao gồm hỗn hợp 2 muối FeS và FeCO3 Khi nồng độ ion clorit > 10000 ppm, tỷ lệ

H2S/CO2 = 4 diễn ra hiện tượng ăn mòn cục bộ trên bề mặt kim loại, hỗn hợp

ăn mòn có thêm FeCl2, muối này nằm giữa màng sunfit sắt và bề mặt sắt [8,10]

Sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn kim loại vào áp suất bão hoà của CO2 :

P: là áp suất CO2 ; T: Nhiệt độ diễn ra phản ứng ăn mòn

Công thức tính toán tốc độ ăn mòn trên chưa đề cập tới sự tạo FeCO3, hay chưa thấy có các thông số về tốc độ dòng chảy Nhưng công thức này cũng đã cho thấy kết quả gần đúng trong thực tế, mà qua đó có thể dự đoán được tốc độ ăn mòn kim loại trong đường ống và do vậy đang được sử dụng rất rộng rãi để tính toán tốc độ ăn mòn kim loại trong môi trường có CO2 [23]

1.1.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy

Trong các đường ống dẫn dầu, nước bơm ép, nước luôn hoà tan các tác nhân ăn mòn như Oxi, H2S, CO2, vận tốc của dòng chảy ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ ăn mòn kim loại Tốc độ ăn mòn kim loại tăng cùng với sự tăng vận tốc của dòng chảy Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này, như: khi tốc độ tăng sẽ làm tăng tốc độ khuyếch tán của các sản phẩm ăn mòn vào môi trường, tăng tốc độ khuyếch tán của các tác nhân ăn mòn tới bề mặt kim loại; Hay tốc độ tăng làm giảm khả năng hấp phụ của các chất ức chế lên bề mặt kim loại [10]

11

Hình 1.3 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy tới tốc độ ăn mòn thép

1.1.3.4 Ảnh hưởng của một số tác nhân khác

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao:

Trong điều kiện khai thác dầu khí, nhiệt độ đáy giếng có thể tới 1200C, cá biệt một vài nơi nhiệt độ tới 150oC, nhiệt độ cũng là một yếu tố ảnh hưởng tới tốc

độ ăn mòn kim loại Như đã biết, với các phản ứng thông thường, mỗi lần tăng nhiệt độ lên 10oC, thì tốc độ phản ứng hóa học tăng khoảng 2 đến 4 lần, như vậy từ nhiệt độ thường, 250C, tới nhiệt độ làm việc ở đáy giếng tốc độ phản ứng ăn mòn điện hóa tăng ít nhất là 12 lần Hơn nữa trong điều kiện đường ống dẫn, với thể tích đường ống là không đổi, nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất trong đường ống tăng và do vậy làm tăng khả năng hòa tan của khí axit (H2S, CO2) vào chất lỏng, và do vậy tốc độ ăn mòn ở phần đáy đường ống cũng tăng theo [1]

1.2 BẢO VỆ KIM LOẠI BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN

Để ngăn ngừa sự ăn mòn và bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn người ta sử dụng các phương pháp khác nhau như sử dụng các hợp kim bền, bảo vệ bề mặt bằng chất phủ cách ly, phương pháp điện hóa … trong đó phương pháp sử dụng chất ức chế ăn mòn được ứng dụng rộng rãi nhất đặc biệt đối với hệ thống đường ống dẫn trong khai thác dầu khí [1]

Tùy thuộc vào bản chất kim loại và môi trường ăn mòn mà người ta tiến hành chống ăn mòn bằng các chất ức chế khác nhau, chủ yếu bằng cách thêm vào

Chất ức chế là những chất hóa học phản ứng với bề mặt kim loại hoặc môi trường xung quanh tạo thành một lớp bề mặt bền vững có tác dụng bảo vệ và ngăn ngừa sự ăn mòn Tác dụng bảo vệ của các chất này có được là do các phân tử hoặc ion của chúng bị hấp phụ trên bề mặt kim loại, hình thành lớp màng mỏng bảo vệ

Phân loại:

Về cơ bản, các chất ức chế thường là các hợp chất ion hoặc hợp chất phân tử, chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại bị ăn mòn nhờ lực hút tĩnh điện (lực culông), lực hút Vandevan hay lực hút hóa học Các chất ức chế thông thường đối với thép là các muối nitrit, phốt phát, cromat, một số hợp chất hữu cơ và các chất khác

Quá trình làm giảm tốc độ ăn mòn do những nguyên nhân sau:

- Làm tăng thế phân cực anốt hay catốt

- Làm giảm tốc độ khuyếch tán ion tới bề mặt kim loại

- Tăng điện trở của bề mặt kim loại

Trên thế giới, các nhà nghiên cứu đã tìm ra rất nhiều hợp chất hóa học có tác dụng ức chế ăn mòn, tuy nhiên trong thực tế đối với hệ thống đường ống dẫn trong khai thác dầu khí thì chỉ một số ít trong đó được sử dụng có hiệu quả và

có thể sử dụng đại trà Dựa trên đặc tính và tác dụng của từng loại chất ức chế, chất ức chế ăn mòn được phân loại theo nhiều cách khác nhau dựa trên tính chất, thành phần, khả năng áp dụng …

13

Dựa vào tính chất của môi trường ăn mòn, người ta chia ra làm 3 loại:

- Chất ức chế ăn mòn trong nước và dung dịch muối

- Chất ức chế ăn mòn trong không khí

- Chất ức chế ăn mòn trong kiềm, axit

Dựa vào thành phần chất ức chế người ta chia ra làm hai loại:

- Chất ức chế ăn mòn vô cơ

- Chất ức chế ăn mòn hữu cơ

Nếu như trong thành phần chất ức chế ăn mòn hữu cơ có các nguyên tử có cực như S và N thì nó có thể hấp phụ lên trên bề mặt kim loại

Trong thực tế cách phân loại phổ biến nhất hiện nay là theo cơ chế tác dụng của từng loại chất ức chế đối với quá trình ăn mòn:

- Chất ức chế ăn mòn anốt (hay còn gọi là chất ức chế ăn mòn thụ động)

- Chất ức chế ăn mòn catốt

- Chất ức chế hỗn hợp: kìm hãm cả hai quá trình anốt và catốt

1.2.2 Cơ chế tác dụng của chất ức chế ăn mòn

Có những nguyên lý chung về cơ chế tác dụng của chất ức chế ăn mòn kim loại được nhiều người công nhận, đó là sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại và tác động của nó đến động học phản ứng điện hóa mà chúng ta xét sau đây

Sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại

Chất ức chế ăn mòn kim loại là những chất có thành phần hóa học và cấu trúc xác định, chúng có khả năng làm thay đổi động học các phản ứng điện hóa gây ăn mòn theo chiều hướng giảm mạnh tốc độ ăn mòn Nói cách khác, chất

ức chế ăn mòn là chất mà khi đưa một lượng nhỏ của chúng vào môi trường

ăn mòn làm tăng độ bền chống ăn mòn cho kim loại Đó là kết quả của quá trình hấp phụ vật lý hoặc hóa học các phân tử hoặc ion chất hấp phụ lên bề mặt kim loại[8] Trong một số trường hợp, khả năng bảo vệ của chất ức chế là

do sự hình thành trên bề mặt kim loại một lớp sản phẩm không tan do tương tác của kim loại, môi trường và chất ức chế, lớp này làm thay đổi tính chất hóa lý của bề mặt kim loại

14

Sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại làm thay đổi động học phản ứng điện hóa gây ăn mòn Sự hấp phụ này xảy ra trên bề mặt kim loại do các lực liên kết hóa học khác nhau tạo ra một liên kết bền giữa chất ức chế và kim loại Bằng phương pháp đồng vị phóng xạ, nhiều nghiên cứu đã cho thấy: để

có tác dụng ức chế ăn mòn kim loại, lượng chất ức chế hấp phụ lên bề mặt kim loại chỉ cần rất nhỏ, thường chỉ cần một lượng đủ để che phủ đơn lớp từ 10% đến 50% toàn bộ bề mặt kim loại

Khi hấp phụ lên bề mặt kim loại, các phân tử hoặc ion chất ức chế đẩy các phân tử hoặc ion của các chất gây ăn mòn ra khỏi bề mặt kim loại (hấp phụ cạnh tranh) và tạo thành một lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại Như chúng ta đã biết, phản ứng điện hóa gây ăn mòn thường xảy ra trên các trung tâm hoạt động của bề mặt kim loại, điều này giải thích cho tác dụng bảo vệ của một lượng rất nhỏ chất ức chế đã nêu trên, vì chỉ cần “vô hiệu hóa” các trung tâm hoạt động trên bề mặt kim loại là đủ để ngăn chặn các phản ứng điện hóa gây

ăn mòn

Khả năng hấp phụ hóa học chất ức chế lên bề mặt kim loại phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất ức chế cũng như phụ thuộc cấu hình electron và cấu trúc kim loại

Về phía kim loại, khả năng hấp phụ các hợp chất của nó phụ thuộc các tính chất sau:

- Khả năng nhận hoặc cho điện tử Ví dụ, kim loại càng có khả năng nhận điện tử lớn, càng dễ hấp phụ các hợp chất có các cặp điện tử tự

do Vì vậy, các kim loại chuyển tiếp có lớp vỏ điện tử α chưa bão hòa

dễ hấp phụ các chất ức chế hơn, đối với các kim loại này, đặc biệt là với sắt, người ta tìm được nhiều chất ức chế hơn với các kim loại khác

- Độ linh động của các nguyên tử trên bề mặt kim loại Tần số dao động của các nguyên tử lớp bề mặt (ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy) càng lớn, kim loại càng khó hấp phụ các hợp chất hóa học lên chúng

Vì vậy, các kim loại nặng dưới tác dụng của chất ức chế giảm ăn mòn nhiều hơn các kim loại nhẹ, vì các kim loại nặng có nhiệt độ nóng chảy cao, tần số dao động của các nguyên tử bề mặt thấp hơn

- Tính hoàn chỉnh của mạng lưới tinh thể, tức năng lượng bề mặt tự do riêng của kim loại Kim loại càng có nhiều vị trí có năng lượng bề mặt

15

tự do riêng cao (các khiếm khuyết trong mạng lưới tinh thể, các cạnh, góc tinh thể, các vị trí hoạt động bề mặt khác của mạng lưới tinh thể), khả năng hấp phụ của nó càng cao

- Khả năng của màng thụ động trên bề mặt kim loại tham gia vào phản ứng trao đổi ion với phân tử hoặc ion chất ức chế cũng như các ion khác có trong môi trường xâm thực Khả năng này quyết định đến hiệu quả làm tăng tốc độ bền màng thụ động của chất ức chế khi nó bị hấp thụ lên bề mặt kim loại

Về các chất ức chế, các tính chất quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của nó lên bề mặt kim loại là:

- Sự có mặt các cặp điện tử tự do trong hợp chất Nếu trong hệ đang xét, kim loại là chất nhận điện tử thì số cặp điện tử tự do trong chất ức chế càng lớn, khả năng hấp phụ của nó càng cao và đương nhiên là tính bảo

vệ của nó càng cao Ví dụ nếu ta so sánh tính bảo vệ sắt trong môi trường axit của các hợp chất chứa nitơ (N) với các hợp chất chứa lưu huỳnh (S) thì thấy rằng trong đa số các trường hợp, các hợp chất chứa

N có khả năng bảo vệ kém hơn các hợp chất chứa S (các amin kém hiệu quả hơn các mercaptan) Điều này thật dễ hiểu nếu thấy rằng S trong mercaptan có hai liên kết tự do, còn N trong amin chỉ có một Ngoài ra,

độ âm điện, tức khả năng hút và giữ các điện tử ở S thấp hơn ở N, vì vậy S là chất cho điện tử tốt hơn và có nhiều khả năng tham gia liên kết cộng hóa trị hơn, do vậy hấp phụ lưu huỳnh trên sắt dễ xảy ra hơn và

độ bền liên kết của nó với kim loại cao hơn N

- Kích thước và cấu trúc không gian của các phân tử hoặc ion chất ức chế Phân tử hoặc ion chất ức chế càng chiếm nhiều diện tích trên bề mặt im loại hơn thì hiệu quả bảo vệ của chất ức chế càng lớn hơn Trong đa số trường hợp, các phân tử lớn bất đối xứng, có chứa các nhóm có khả năng hấp phụ nằm ngang giữa mạch phân tử hoặc làm cho phân tử chất ức chế nằm lệch khỏi trục thẳng đứng đều có hiệu quả bảo

vệ cao Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng: amilamin và decametylamin có cùng trọng lượng phân tử và diện tích che phủ, nhưng hiệu quả bảo vệ lại hoàn toàn khác nhau

di-n Độ phân cực của liên kết giữa các nguyên tử của nhóm bị hấp phụ trong chất ức chế Điều này có thể minh họa qua ví dụ so sánh tác dụng

16

bảo vệ của các ion dạng XO4n- lên sắt trong môi trường trung tính: các ion này mặc dù có nhiều tính chất rất giống nhau (như kích thước, điện tích ion …) nhưng lại khác hẳn nhau về tính bảo vệ đối với kim loại Chẳng hạn, ion CrO42- có tác dụng bảo vệ cho sắt, nhưng ion SO42- lại làm tăng tốc độ ăn mòn sắt Về vấn đề này, nhiều tác giả đưa ra các cơ chế khác nhau nhưng đều thống nhất ở điểm: Cr là kim loại, liên kết của nó với oxi là liên kết điện hóa trị có độ phân cực cao, các nguyên tử oxi nằm sát bề mặt kim loại có điện tích âm hơn nhiều so với phần còn lại của ion, tạo ra một hàng rào năng lượng kìm hãm quá trình catot và anot gây ăn mòn kim loại Trong khi đó, lưu huỳnh không phải là kim loại, liên kết của nó với oxi là liên kết cộng hóa trị có độ phân cực rất thấp, hiệu ứng kìm hãm trên không xảy ra và SO2-4 không có tác dụng bảo vệ

Nghiên cứu lý thuyết cũng như thực tế đều cho thấy yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của chất ức chế lên bề mặt kim loại và hiệu quả bảo vệ của chất ức chế là điện tích bề mặt của kim loại và cấu trúc điện tử của chất ức chế, nhưng cũng không thể bỏ qua các tính chất khác của phân tử chất ức chế như kích thước phân tử, dạng hình học của phân tử cũng như độ phân cực của nó

Cơ chế hấp phụ của chất ức chế trên cơ sở hợp chất Nitơ [15,16]

Cơ chế ức chế ăn mòn của các hợp chất amin và dẫn xuất là do có sự hấp phụ các hợp chất đó trên bề mặt kim loại tạo ra màng trơ ngăn cản sự phá hủy bề mặt kim loại Sự hấp phụ có thể xảy ra ở khu vực catot, anot hoặc cả hai

Sự biến tính các amin như tạo các muối, các este sẽ làm tăng khả năng chống ăn mòn Một số tài liệu cho rằng khi tạo muối, este hay amid sẽ làm tăng hiệu ứng không gian cồng kềnh, hiệu quả là sự che phủ bề mặt kim loại tăng lên

Một trong những lý thuyết gần đây nhất đã giải thich cơ chế của các hợp chất chứa nhóm – NH2 là lý thuyết hấp phụ bề mặt kim loại qua phân tử nước và lý thuyết thay thế nước

Phân tử nước hấp phụ trên bề mặt kim loại với liên kết qua đôi điện tử của nước

M : O – H (Loại 1)

17

H Phân tử chất ức chế thêm vào dung dịch sẽ thay thế phân tử nước hấp phụ trên bề mặt kim loại

Quá trình đó có thể biểu diễn như sau

Nhờ quá trình hấp phụ thay thế, chất ức chế sẽ tạo ra được lớp màng ngăn cách không cho bề mặt im loại tiếp xúc với pha nước, do đó quá trình ăn mòn không thể xảy ra được Lý thuyết hấp phụ lên bề mặt kim loại qua phân tử nước:

Hình 1.4 Sự hấp phụ chất ức chế lên bề mặt bên trong đường ống dẫn

Ngoài việc hấp phụ lên bề mặt kim loại qua việc cho điện tử, chất ức chế còn có thể hấp phụ lên bề mặt kim loại qua việc cho proton

M : H – O (Loại 2)

H Nguyên tử oxi trong phân tử nước hấp phụ trên bề mặt kim loại có thể cho điện tử Do đó, khi có phân tử chất ức chế loại cho proton thì phân tử chất

ức chế liên kết với loại 2 tạo liên kết hydro Các hợp chất chứa hydro linh động có thể là các chất cho proton Ví dụ đối với amin bận I như dodecylamin

có thể hấp phụ trên kim loại như sau:

M : O – H + RNH 2 M + O – H…NH 2 R

H H

+ RNH 2 M : NH 2 R + O - H

H

18

1.2.3 Chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu khí

1.2.3.1 Yêu cầu về chất ức chế ăn mòn sử dụng trong khai thác dầu khí

- có ái lực với bề mặt kim loại

- phải có điểm đông đặc thấp, đó là do một vài vùng có mỏ dầu trên thế giới

có điều kiện nhiệt độ môi trường thấp, - 300C, điểm đông đặc có ảnh hưởng đến khả năng hoạt hóa của chất ức chế

- Khả năng tạo nhũ: Việc sử dụng chất ức chế thường gặp phải vấn đề là chúng tạo nhũ giữa dầu và nước, mà trong các điều kiện thông thường nhũ này rất khó bị phá Nồng độ chất ức chế cao, chúng sẽ tập trung vào việc tạo nhũ dầu nước mà không bảo vệ bề mặt kim loại Do vậy chất ức chế tạo ra cần có khả năng tạo nhũ thấp, trong một số trường hợp người ta phải đưa them vào hệ ức chế chất phá nhũ

- Có khả năng tương hợp với các dung môi, nước và hydrocacbon là các chất lỏng mà chất ức chế phải làm việc trong nó Qua các hệ chất lỏng đó, chất ức chế được đưa vào đường ống để bảo vệ kim loại Tùy theo yêu cầu sử dụng, chất ức chế có thể thực sự không tan trong hydrocacbon hoặc trong nước hoặc

có khả năng phân tán trong nước hoặc trong hydrocacbon

- Có khả năng bền trong điều kiện tốc độ dòng chảy cao

- Làm việc được trong khoảng pH rộng từ 3-9 (nghĩa là làm việc được cả trong môi trường axit và kiềm)

- Khả năng bay hơi: đối với những chất ức chế trong môi trường khí hoặc hơi

độ bay hơi là một yêu cầu quan trọng Áp suất hơi phải ở trong giới hạn 0,0002 – 0,001 mmHg ở 210C

Ngoài ra mỗi chất ức chế phải có một số tính chất:

- Giữ được hiệu quả khi thay đổi môi trường

M : H – O + RNH2 M : H – O… H – NR

H H H

Để sử dụng chúng trong môi trường khai thác dầu khí, cần hòa tan chúng vào

các dung môi dễ dàng tương hợp với hệ chất lỏng chảy trong đường ống

1.2.3.2 Các chất ức chế ăn mòn chứa Nitơ [16,21,24]

Phần lớn các chất ức chế hiện đang sử dụng trong khai thác dầu khí là

các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, đó là:

- Dẫn xuất axit béo mạch thẳng (no)

- Imidazoline và các dẫn xuất

- Các muối amoni bậc bốn

- Các dẫn xuất amin

Dưới đây sẽ dẫn ra các ví dụ sử dụng hệ ức chế trong khai thác dầu

Nhiều hãng xản xuất các ức chế đã đề xuất muối N-propylendiamin và các ức

chế đặc biệt hữu hiệu và kinh tế Thường là sử dụng các muối của axit oleic

và Naphtenic liều lượng thường dùng là 0,5 lít 50% chất có hoạt tính cho 15

Các muối imidazoline với Sebaxic, Xalyxylic hoặc Oleic axit là các chất ức

chế ăn mòn hiệu quả để chống ăn mòn trong các giếng dầu

20

Trong các tại liệu còn nói tới nhóm chất thuộc họ có chứa lưu huỳnh của Imidazoline Checnel đã công bố một loạt các dẫn xuất polysunfit của Imidazoline Trong đó có chất bis-tiazolin cấu trúc:

R: là gốc axit cabonic

Một số chất ức chế rất công hiệu được điều chế bằng cách cho dietylen triamin tác dụng với Ure hoặc Tioure Sản phẩm Imidazoline tạo thành được cho vào phản ứng với alhydryt, aldehyt hoặc axit để tác dụng với nhóm gốc

NH2 mạch nhánh của sản phẩm trung gian

Các dẫn xuất muối amoni bậc 4 thường cũng có khả năng ức chế cao có công thức:

Trong đó R1, R2 : mạch Hydrocacbon C12 đến C18 Các dẫn xuất imidazoline gồm benzilamoni imidazoline clorid và các chất tương tự Các dẫn xuất alkyl bậc 4 của ammoni ví dụ như Dioctadexyldimetylammoniclorid hay dodexyldimetyl benzilammoniclorid là ức chế hiệu nghiệm đối với dầu thô ở nồng độ 0,001% Chiddics, Macxi và Sandberg điều chế dẫn xuất ammoni bậc

4 bằng phản ứng alkyl hóa Imidazoline với clorua benzyl có tính chất ức chế tốt Litl đã tổng hợp dẫn xuất muối kép ammoni bậc 4 với mạch hydrocacbon dài công thức (RNR2ANR2R)X2, ví dụ cụ thể các hợp chất dạng này như bis-decametylen (dimetylhexadexyl ammonibromid) và bis-tetrametylen (nonabenzyl)

Tại Mỹ, một loạt các dẫn chất của axit béo được đăng ký patent như các chất cho các giếng khoan công nghiệp Ví dụ như hợp chất diamin

21

RNH(CH2)xNH2 với R- là hydrocacbon mạch thẳng hoặc vũng cú từ 8-22 nguyờn tử cacbon, x từ 2-10 Cỏc radical là cỏc gốc của cỏc axit chế tạo từ dầu thụng, dầu dừa hoặc từ mỡ cứng Trong đú muối của axit oleic và cỏc diamin

là những chất ức chế rất tốt Sản phẩm cỏc diamin với cỏc axit chế tạo được bằng phản ứng oxi húa một số hydrocacbon lỏng Đú là cỏc chất ức chế với cỏc tờn thương mại Duomin-T và Alox-425

Monoamin với mạch thẳng kộm hiệu quả hơn diamin và ớt được sử dụng rộng rói như cỏc chất ức chế ăn mũn trong cỏc giếng cụng nghiệp Cỏc amid được dựng một cỏch phổ biến nhất là cỏc dẫn xuất của imidazoline Polyetoxi húa là vật liệu cú ưu điểm cú thể chế tạo được cỏc hệ ức chế với độ hũa tan theo yờu cầu Cỏc ức chế được phõn chia theo độ hũa tan và độ phõn tỏn trong nước và dầu Độ hũa tan và độ phõn tỏn trong một pha tương ứng cú

ý nghĩa rất quan trọng, xỏc định khả năng trụ lại và gắn lờn bề mặt mà nú cần bảo vệ Độ hũa tan trong nước tăng dần với sự gia tăng trong phõn tử số nhúm oxi etylen, đảm bảo cho cỏc hoạt chất cú hoạt tớnh ức chế mạnh nhưng lại kộm hũa tan và do đú kộm hiệu quả, mật độ hũa tan nhất định và nõng cao khả năng đạt đến bề mặt Như vậy cỏc diamin etocxy húa là cỏc chất ức chế đặc biệt tốt trong cỏc mụi trường ăn mũn khỏc nhau

Nhúm ức chế thứ hai trong cỏc hợp chất hữu cơ đú là Imidazoline sử dụng trực tiếp hoặc ở dạng muối hoặc dẫn xuất Một lượng lớn cỏc Imidazoline khỏc nhau ứng dụng làm chất ức chế ăn mũn đó được cụng bố

1.2.4 Cỏc phương phỏp điều chế Imidazoline [21]

Imidazolin là danh pháp khoa học dùng để chỉ nhóm hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm dị vòng nitơ Các dẫn xuất imidazolin rất đa dạng

về chủng loại và ứng dụng Một số trong chúng có thể sử dụng làm chất nhũ hoá, chất làm mềm vải, chất hoạt động bề mặt (Amine 220), một số lại có các ứng dụng trong dược phẩm và hoá chất như chất kích thích tuần hoàn máu (Priscoline), chất diệt nấm mốc (Fungicide 341), một số khác lại được sử dụng như là chất ức chế ăn mòn thép và kim loại đen

Dưới đõy là một số phương trỡnh phản ứng điều chế cỏc dẫn xuất imidazoline:

• Phản ứng của diamin và thioamit (nhiệt độ)

• Phương pháp tạo qua dẫn xuất amid là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để điều chế hệ ức chế ăn mòn imidazoline, xuất phát từ axit béo và các polyamine Axit béo có thể là hóa chất công nghiệp hay đi

từ dầu thực vật

1.2.4.1 Một vài nét về dầu thực vật – dầu dừa Việt Nam [6,7,12]

Dầu thực vật là một trong những nguyên liệu được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác Trong công nghiệp thực phẩm dầu thực vật là một loại thức ăn dễ tiêu hoá, cung cấp nhiều năng lượng Trong ngành công nghiệp, dầu thực vật được sử dụng làm

23

nguyên liệu để sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa Dầu thực vật có tính khô để sản xuất các chất tạo màng sơn, véc ni, các vật liệu chống thấm tách ẩm … Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, dầu thực vật làm nguyên liệu để tổng hợp chất hoá dẻo, các polyme mạch thẳng, đặc biệt là tổng hợp chất ức chế ăn mòn

Việt Nam là một nước nông nghiệp do vậy ta có nguồn nguyên liệu dầu thực vật rất phong phú Dầu dừa với trữ lượng hàng năm sản xuất được khoảng 10 nghìn tấn (trong nước) hứa hẹn có nhiều triển vọng sản xuất, cung cấp tốt hệ chất ức chế Imidazoline chống ăn mòn thép đường ống Ở Việt Nam, dừa được trồng nhiều ở Thanh Hoá, Nghĩa Bình, Phú Khánh, Nam Trung Bộ Trong dầu dừa có chứa các axit béo lauric (44%-52%), myristic (13%-19%), panmitic (7,5%-10%) [4,7] Hàm lượng các chất béo không no rất ít

Thành phần hóa học của dầu thực vật

Các loại dầu khác nhau thì có thành phần hóa học khác nhau Tuy nhiên, thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là este tạo thành từ axit béo có phân tử lượng cao và glyxerin (chiếm 95 − 97%) Công thức cấu tạo chung của nó là:

Thành phần khác của dầu thực vật đó là các axit béo Các axit béo có trong dầu thực vật đại bộ phận ở dạng kết hợp trong glyxerit và một lượng nhỏ ở trạng thái tự do

Thường axit béo sinh ra từ dầu mỡ có thể vào khoảng 95% so với trọng lượng dầu mỡ ban đầu Về cấu tạo, axit béo là những axit cacboxylic mạch

24

thẳng có cấu tạo khoảng 6 − 30 nguyên tử cacbon Các axit lúc này có thể no

hoặc không no

Bảng 1.1 Các thành phần axit béo của các mẫu dầu thực vật

Một thành phần nữa trong dầu thực vật là glyxerin, nó tồn tại ở dạng

kết hợp trong glyxerit Glyxerin là rượu ba chức, trong dầu mỡ, lượng

glyxerin thu được khoảng 8 ÷ 12% so với trọng lượng dầu ban đầu

Ngoài các hợp chất chủ yếu ở trên trong dầu thực vật còn chứa một

lượng nhỏ các hợp chất khác như các photphatit, các chất sáp, chất nhựa, chất

nhờn, các chất gây mùi, các tiền tố và sinh tố…

Tính chất lý học của dầu thực vật

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc: Các loại dầu khác nhau thì

nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc là khác nhau Các giá trị nhiệt độ này

không ổn định, nó thường là một khoảng nào đó

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc ở các hợp chất tinh khiết thì

bằng nhau, nhưng ở dầu thực vật thì lại chênh lệch nhau từ 10°C đến 14°C

25

+ Tính tan của dầu thực vật: Dầu thực vật tan tốt trong các dung môi

phân cực, tan ít hơn trong rượu và thực tế không tan trong nước Độ tan của dầu vào dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ hoà tan

+ Màu của dầu: Dầu mỡ có màu gì là phụ thuộc vào hợp phần của nó,

nhất là do các chất màu hoà tan Dầu tinh khiết không màu, dầu có màu vàng

là do các carotenoit và các dẫn xuất, dầu có màu xanh là của clorofin…

0,971, mức độ no của dầu càng lớn thì tỷ trọng càng cao

+Chiết quang: Chỉ số chiết quang tăng lên khi tăng số cacbon trong

phân tử Khi tăng nối đôi trong phân tử, chỉ số chiết quang giảm xuống

+Nhiệt độ sôi: Dầu thực vật có nhiệt độ sôi cao

Tính chất hóa học của dầu thực vật

Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là este của axit béo với glyxerin do vậy chúng có đầy đủ tính chất của một este:

¾ Phản ứng xà phòng hóa:

Trong những điều kiện thích hợp dầu mỡ có thể thuỷ phân (t°, áp suất, xúc tác):

C3H5(OCOR)3 + 3H2O ⇔ 3RCOOH + CH3H5(OH)3

Phản ứng qua các giai đoạn trung gian tạo thành các diglyxerit và monoglyxerit

Nếu trong quá trình thủy phân có mặt các loại kiềm (NaOH, KOH) thì sau quá trình thủy phân, axit béo sẽ tác dụng với kiềm tạo thành muối kiềm của các axit béo tức là xà phòng:

3RCOOH + 3NaOH Š 3RCOONa + 3H2O

Tổng quát hai quá trình trên:

C3H5(OCOR)3 + 3NaOH Š 3RCOONa + C3H5(OH)3

+ Phản ứng hydro hoá: là phản ứng được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ,

áp suất và có mặt của xúc tác niken

+ Trong những điều kiện thích hợp, dầu có chứa các axit béo không no

có thể cộng hợp với các halogen

¾ Phản ứng trao đổi este (rượu phân):

Các glyxerit trong điều kiện có mặt của xúc tác vô cơ như các xúc tác axit H2SO4, HCl hoặc các xúc tác bazơ NaOH, KOH có thể tiến hành este hoá trao đổi với các rượu bậc một như metylic, etylic… tạo thành các alkyl este axit béo và glyxerin:

C3H5(OCOR)3 + 3CH3OH ⇔ C3H5(OH)3 + 3RCOOCH3Phản ứng này có ý nghĩa thực tế rất quan trọng vì người ta có thể sử dụng các alkyl este axit béo làm nhiên liệu giảm một cách đáng kể lượng khí thải độc hại ra môi trường, đồng thời cũng thu được một lượng glyxerin sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm và vật dụng, sản xuất nitro glyxerin làm thuốc nổ…

¾ Phản ứng oxy hóa:

Dầu thực vật mà có chứa nhiều các loại axit béo không no dễ bị oxy hoá, thường xảy ra ở nối đôi trong mạch cacbon Tuỳ thuộc vào bản chất của chất oxy hoá và điều kiện phản ứng mà tạo ra các sản phẩm oxy hoá không hoàn toàn như peroxyt, xetoaxit,…hoặc các sản phẩm đứt mạch có phân tử lượng bé

Dầu thực vật tiếp xúc với không khí có thể xảy ra quá trình oxy hoá làm biến chất dầu mỡ

¾ Phản ứng trùng hợp:

Một số chỉ tiờu quan trọng của dầu thực vật

Để biểu thị phần nào tớnh chất và cấu tạo của từng loại dầu, người ta thống nhất quy định một số chỉ tiờu cú tớnh chất đặc trưng cho dầu thực vật Những chỉ số này cú thể sơ bộ giỳp ta đỏnh giỏ phẩm chất của dầu mỡ, đồng thời cũng giỳp ta tớnh toỏn trong sản xuất được thuận lợi

• Chỉ số xà phũng hoỏ: Là số mg KOH cần thiết để trung hoà và xà

phũng húa hoàn toàn 1g dầu Thụng thường, dầu thực vật cú chỉ số xà phũng húa khoảng 170 – 260 Chỉ số này càng cao thỡ dầu càng chứa nhiều axit bộo phõn tử lượng thấp và ngược lại

• Chỉ số axit: Là số mg KOH cần thiết để trung hoà hết lượng chất bộo

tự do cú trong 1g dầu Chỉ số axit của dầu thực vật khụng cố cố định, dầu càng biến chất thỡ chỉ số axit càng cao

• Chỉ số iot: Là số gam iot tỏc dụng với 100g dầu mỡ Chỉ số iot biểu

thị mức độ khụng no của dầu mỡ, chỉ số này càng cao thỡ mức độ khụng no càng lớn và ngược lại

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĂN MềN KIM LOẠI TRONG PHềNG THÍ NGHIỆM [9,18,19,20]

1.3.1 Phương phỏp điện húa xỏc định dũng ăn mũn ở trạng thỏi tĩnh

Phương phỏp giỳp đỏnh giỏ nhanh tốc độ ăn mũn thộp Ở trạng thỏi tĩnh tương ứng với điều kiện ăn mũn khi đường ống ngừng làm việc

Để đo dòng ăn mòn ta dùng đồ thị Tafel: là đồ thị biểu diễn mối quan

hệ giữa E và lgi hình 1.5

Sơ đồ phương phỏp đo:

28

Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị đo đường cong phân cực

1.Bình nghiên cứu có 3 điện cực (WE: điện cực nghiên cứu; RE: điện cực so sánh; CE: điện cực đối); 2.Bộ potentiostat; 3.Bộ biến đổi tín hiệu tương

tự thành tín hiệu số và ngược lại; 4.Máy tính, máy in, màn hình

Ban đầu đo quá trình phân cực catot từ giá trị dòng lớn đến giá trị dòng nhỏ, tiếp đến ta ngắt dòng để đo điện thế ổn định Ec, sau đó chuyển sang đo quá trình phân cực anot từ dòng nhỏ đến dòng lớn hơn

Sau khi xây dựng được đường cong E-lgi ta dùng phương pháp ngoại suy đồ thị để xác định tốc độ ăn mòn Trên đường cong phân cực nhánh catôt, nhánh anôt ở khoảng mật độ dòng trung bình có một phần là đoạn thẳng thì ta ngoại suy từ phần thẳng này đến điện thế ăn mòn Eo để xác định dòng ăn mòn

ic Để ngoại suy được chính xác thì trên các nhánh của đường cong phân cực

Hình 1.6- Đồ thị Tafel đo dòng ăn mòn