硫化氢(H2S)的相对分子质量为34.08,密度为1.539kg/m3。硫化氢在水中的溶解度随着温度升高而降低。在760mmHg,30℃时,硫化氢在水中的饱和浓度大约3580mg/L。
在油气工业中,含H2S溶液中钢材的各种腐蚀(包括硫化氢腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂)已引起了足够重视,并展开了众多的研究。其中包括Armstrong和Henderson对电极反应分两步进行的理论描述;Keddamt等提出的H2S04中铁溶解的反应模型;Bai和Conway对一种产物到另一种产物进行的还原反应机理进行了系统的研究。研究表明,阳极反应是铁作为离子铁进入溶液的,而阴极反应,特别是无氧环境中的阴极反应是源于H2S中的H+的还原反应。总的腐蚀速率随着pH的降低而增加,这归于金属表面硫化铁活性的不同而产生。Sardisco,Wright和Greco研究了30℃时H2S-C02-H20系统中碳钢的腐蚀,结果表明,在H2S分压低于0.1Pa时,金属表面会形成包括FeS2,FeS,Fe1-XS在内的具有保护性的硫化物膜。然而,当H2S分压介于0.1~4Pa时,会形成以Fe1-XS为主的包括FeS,FeS2在内的非保护性膜。此时,腐蚀速率随H2S浓度的增加而迅速增长,同时腐蚀速率也表现出随pH降低而上升的趋势。Sardisco和Pitts发现,在pH处于6.5~8.8时,表面只形成了非保护性的Fe1-XS;当pH处于4~6.3时,观察到有FeS2,FeS,Fe1-XS形成。而FeS保护膜形成之前,首先是形成Fe S1-X;因此,即使在低H2S浓度下,当pH在3~5时,在铁刚浸入溶液的初期,H2S也只起加速腐蚀的作用,而非抑制作用。只有在电极浸入溶液足够长的时间后,随着FeS1-X逐渐转变为FeS2和FeS,抑制腐蚀的效果才表现出来。根据Hausler等人的研究结果,尽管界面反应的重要性不容忽略,但腐蚀中的速率控制步骤却是通过硫化物膜电荷的传递。
干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用,硫化氢只有溶解在水中才具有腐蚀性。在油气开采中与CO2和氧相比,H2S在水中的溶解度最高。H2S一旦溶于水,便立即电离,使水具有酸性。
释放出的氢离子是强去极化剂,极易在阴极夺取电子,促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的全面腐蚀。
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