Aplicação de tanino do quebracho como inibidor natural da corrosão em meios à alta pressão de CO2

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Química Tecnológica

Autores

Bernardes Marcolino, J. (PUCRS) ; Maria da Costa, E. (PUCRS) ; dos Santos Grasel, F. (PUCRS) ; Ligabue, R. (PUCRS)

Resumo

Neste trabalho, avaliou-se três diferentes amostras comerciais de tanino do quebracho (Schinopsis lorentzii) como inibidor de corrosão em meios ricos em CO2 e O2 sob condições de 15MPa e 70°C e tempo de 168h para o aço SAE 1010. Para caracterização dos filmes de corrosão formados foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo e ensaios de polarização potenciodinâmica. Testes de perda de massa foram utilizados para a determinação da taxa de corrosão e a eficiência do tanino como inibidor. As taxas de corrosão obtidas foram classificadas como corrosão severa a alta, obtendo-se eficiências de inibição de até 86 %. As curvas de polarização deslocaram-se para potencias mais nobres quando adicionado tanino.

Palavras chaves

Quebrecho; Anticorrosivo; Taninos naturais

Introdução

Estudos de processos corrosivos em aços ao carbono tornaram-se fundamentais para indústria petrolífera. As maiores perdas neste setor estão relacionadas com a corrosão à alta temperatura e pressão e à presença de CO2 em água, o que resulta na formação de ácido carbônico, tornando esses meios mais agressivos (YIN, et al., 2009). Segundo López (2003), este problema se deve ao pouco conhecimento das condições de campo, a insuficiente manutenção preditiva e a baixa resistência à corrosão destes aços. Como consequência do processo corrosivo há a formação de um filme de carbonato de ferro (FeCO3), o qual, pode ser ou não protetor dependendo das condições em que é formado (CHOI et al., 2010; PAOLINELLI, 2008; ZHANG, 2012). Quando o FeCO3 é exposto a meios com O2 podem ocorrer alterações químicas que modificam suas características protetoras. Por isso, segundo Heuer (1999), é importante compreender o comportamento de oxidação do FeCO3, pois sua instabilidade em presença de O2 pode ser determinante na formação de filmes protetores e na eficácia do uso de inibidores. Geralmente, compostos orgânicos contendo O2, N2 e S2 são utilizados como inibidores em meio ácido, pois são adsorvidos na superfície metálica e bloqueiam sítios ativos de corrosão, porém possuem alta toxicidade. Portanto, o uso de inibidores não tóxicos, biodegradáveis e eficazes se faz necessário. Taninos são compostos polifenólicos naturais e sua inibição se deve provavelmente, a complexação das hidroxilas fenólicos com a superfície metálica. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de três diferentes amostras comerciais de tanino do quebracho como inibidor de corrosão, em meio ácido em presença de agua saturada com CO2 e O2 à alta temperatura e pressão.

Material e métodos

Os ensaios de indução da corrosão foram realizados em reator de aço inoxidável (da marca Parr) utilizando-se amostras prismática do aço SAE 1010 com dimensões de (10x10x19) mm, estrutura ferrítica-perlítica e composição química (0,11%C, 0,01%Si, 0,52%Mn, 0,012%P, 0,009%S, 99,21%Fe), durante 168 h, sob condições de 70 °C e 15 MPa, em soluções de H2O saturada com CO2 em presença de O2 e tanino do quebracho. As três diferentes amostras de tanino do quebracho em pó adquiridos foram da marca Silvateam, os quais foram identificados como TAN1, TAN2 e TAN3, devido aos diferentes graus de sulfitação. Foram feitas três soluções aquosas com 1,5 g/L de tanino. Também foi realizado um ensaio no qual não foi adicionado tanino à solução com o objetivo de comparar as características dos filmes de produto de corrosão formados e as taxas de corrosão com e sem adição de tanino. A morfologia e espessura média dos filmes de produtos de corrosão foram analisados por MEV/FEG, na superfície externa da amostra de aço (vista de topo) e da seção transversal, respectivamente. As taxas de corrosão foram obtidas por ensaios de perda de massa conforme norma ASTM G1-03 (2010). Ensaios de polarização potenciodinâmica foram realizados a uma velocidade de varredura de 1 mV/s em um potenciostato/galvanostato (Autolab), em uma célula eletroquímica convencional com solução eletrolítica de Na2SO4 de 0,1 M, pH 7. O aço SAE 1010 como eletrodo de trabalho (antes e após corrosão), o calomelano saturado (ECS) como eletrodo de referência e a platina como contra eletrodo. Os dados coletados foram tratados com o próprio software do programa da Autolab e mediante extrapolação de Tafel foi obtido o potencial de corrosão, a densidade de corrente de corrosão e a resistência à polarização.

Resultado e discussão

Quando o aço foi exposto ao meio corrosivo sem a presença de tanino pode-se observar um filme de produtos de corrosão com espessura média de aproximadamente 41 μm Figura 1(a). Quando adicionado tanino ao meio corrosivo, Figuras 1 (b), (c) e (d), observou-se filmes de produtos de corrosão contento carbonato de ferro e ferrotanatos. Filmes de produtos de corrosão menos espessos foram observados quando adicionado tanino, na ordem de, 19 μm para TAN1, 16 μm para TAN2, e 12 μm para o TAN3. O grau de severidade da corrosão de acordo com as taxas de corrosão uniforme, pode ser classificado de acordo com a norma NACE-RP-07-75, como severa para taxas maiores que 0,25 mm/a, alta para valores de 0,13 a 0,25 mm/a, moderada de 0,025 a 0,12 mm/a e baixa para valores menores do que 0,025 mm/a. Para os ensaios sem tanino (1,42 mm/a), TAN2 (0,51 mm/a) e TAN3 (0,79 mm/a) a severidade da corrosão foi classificada como severa, já para TAN1 (0,19 mm/a), como alta. Notou-se uma redução significativa nas taxas de corrosão quando adicionado tanino, indicando a potencialidade do tanino como inibidor de corrosão. Obteve-se uma eficiência de 86 % para TAN1, 64 % para TAN2 e 45 % para TAN3. As curvas de polarização potenciodinâmica obtidas estão representadas na Figura 2 e relacionam o potencial aplicado (VECS) com a densidade de corrente (A/cm²) e indicam que, quando adicionado tanino, houve um aumento no potencial de corrosão quando comparado ao filme sem tanino. No entanto, a densidade de corrente de corrosão foi maior para ensaios com tanino e a resistência à polarização menor. Observou-se que as propriedades eletroquímicas dos filmes de produtos de corrosão foram similares para os três tipos de taninos utilizados.

Imagens de MEV (vista de topo e seção transversal) dos filmes de produtos de corrosão formados com e sem taninos.


Curvas de polarização dos filmes de produto de corrosão formados sem e com tanino.

Conclusões

Três diferentes amostras comerciais de taninos de quebracho foram estudados como inibidores de corrosão em aço SAE 1010 sob condições elevadas de temperatura e pressão. Com a adição de taninos houve a formação de filmes de produtos de corrosão com características protetoras, além de uma redução significativa nas taxas de corrosão. Conclui-se que os taninos de quebracho apresentam potencial para serem utilizados como inibidores naturais de corrosão de aço SAE 1010 em meios aquosos contendo CO2, não sendo prejudicial à saúde humana e ao meio ambiente.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer a PUCRS por toda a estrutura cedida.

Referências

ASTM INTERNATIONAL. Standard practice for preparing, cleaning, and evaluating corrosion test specimens. ASTM G1 – 03 (reapproved 2010). Pennsylvania (EUA), 2010. 9p
CHOI, Y. S. Effect of impurities on the corrosion behavior of CO2 transmission pipeline steel in supercritical CO2 – Water environments. Environmental Science & Technology, v. 44, p. 9233-9238, 2010.
HEUER, J. K.; STUBBINS, J. F. An XPS characterization of FeCO3 films from CO2 corrosion. Corrosion Science, v. 41, p. 1231-1243, 1999.
LÓPEZ, D. A.; PÉREZ, T.; SIMISON, S. N. The influence of microstructure and chemical composition of carbon and low alloy steels in CO2 corrosion. A state-of-the-art appraisal. Materials & Design, v. 24, p. 561-575, 2003.
NACE Standard RP0775. Preparation, Instalation, Analysis, and Interpretation of Corrosion Coupons in Oilfield Operations, n° 21017. 2005. 16p.
PAOLINELLI, L. D.; PÉREZ, T.; SIMISON, S. N. The effect of pre-corrosion and steel microstructure on inhibitor performance in CO2 corrosion. Corrosion Science, v. 50, p. 2456-2464, 2008.
YIN, Z. F.; et. al. Scaling characteristics and growth of corrosion product films in turbulent flow solution containing satured CO2. Materials and Corrosion, v. 60, n. 1, p. 5-13, 2009.
ZHANG, G. A.; et. al. Discussion of the CO2 corrosion mechanism between low partial pressure and supercritical condition. Corrosion Science, v. 59, p. 186-197, 2012.