催化聚合C5石油树脂生产过程中设备管道腐蚀的分析和防治

2011-04-11 03:06光,赵
化学工程师 2011年3期
关键词:石油树脂钢材气相

李 光,赵 红

(大庆华科股份有限公司,黑龙江 大庆 163714)

生产与技术改造

催化聚合C5石油树脂生产过程中设备管道腐蚀的分析和防治

李 光,赵 红

(大庆华科股份有限公司,黑龙江 大庆 163714)

本文对C5石油树脂催化聚合生产过程中,管道及设备Cl-腐蚀情况进行了分析,并通过工艺调整及部分设备及管道更换材质,有效防止了Cl-的腐蚀,通过试生产取得了很好的效果。

C5石油树脂;氯离子腐蚀;聚合;催化剂

Abstract:The control of tunnel corrosion in catalytic polymerization C5petroleum resin was analyzed.The chloride corrosion was prevented effectively by progress adjustment and materials replacement of part devices and tunnels.The trial production received good results.

Keyword:C5petroleum resin;chloride corrosion;aggregate;catalyst

近年来,随着石油树脂生产技术的改进,应用领域的扩展,市场需求的不断增长,石油树脂生产逐步成为裂解制乙烯副产品C5、C9馏分综合利用的主要途径之一。石油树脂的生产过程主要有两种,一是热聚合,二是催化聚合。而在催化聚合C5树脂的生产过程中,不同的树脂牌号,采用不同的原料或配方,却使用相同的催化剂——AlCl3。在使用AlCl3作催化剂制造石油树脂的生产全过程不可避免的受到不同程度的设备管道腐蚀的危害,设备和管道腐蚀的防治问题已经成为生产平稳运行、安全生产、降低生产消耗和成本的关键所在。

1 设备管道腐蚀的分析

催化聚合C5石油树脂的生产过程主要有以下步骤:催化聚合、催化剂脱除、溶剂分离、造粒包装。除造粒包装过程外,其他生产过程中均存在管道和设备的腐蚀问题,并且均与AlCl3的使用有关。由于生产过程中不可避免的有水的存在,并且催化剂脱除工艺是使用NaOH水溶液碱洗和水洗的过程,催化剂AlCl3和水作用会在物料中形成HCl和少量的Cl-,在物料流程中多数设备和管道处于这两种条件之下。因此,主要体现为酸性腐蚀和Cl-腐蚀。

HCl是腐蚀性极强的一种气体,溶于钢材表面的水膜中形成盐酸,对金属的腐蚀破坏作用极大,钢材在酸性条件下发生反应:Fe+H+→Fe2++H,这种反应导致钢材发生两种情况:(1)溶解型腐蚀;(2)“氢脆”开裂,阴极反应生成的H2进入钢材中并通过应力诱导的作用扩散,富集于高应力区域。氢的富集使钢材的局部断裂应力下降,当氢富集区H2浓度达到临界值时,就发生氢致开裂型的腐蚀断裂,也叫“氢脆”开裂。这种情况多发生在高碳钢和构件的高应力区,如焊缝边缘,热处理区域边缘。

钢材Cl-腐蚀的机理,非常复杂,形成的产物多为FeOH(红锈)和Fe3O4,晶体成长速度很快,颗粒较大,结构疏松易脱落,锈层对钢材没有任何保护作用。

对于碳钢,Cl-的含量为3%时随着Cl-的增加而腐蚀加剧,由孔蚀到溃疡状腐蚀,但一旦大于3%的Cl-含量时,腐蚀率会随着Cl-的增加而降低。

现场研究发现,腐蚀的形态主要有以下几种:

(1)均匀腐蚀 多发生在水体全浸且液体流动速度低的部位,钢材表面比较平整光滑,通过监控情况易掌握,突发情况较少。

(2)沟槽腐蚀 多体现在容器液相出入口接管口的附近,或液体直接冲刷面。相对面积较大,危害较大,常造成设备损坏严重。管路的焊口边缘极易发生,常造成泄漏和焊口断裂。

(3)麻点腐蚀 多出现在设备的气相上方的金属凹面。与水滴形成有关,腐蚀较重。

(4)点坑腐蚀 多出现在汽液交汇界面和设备盲点,这与气液变化和盲点水易积聚有关。

1.1 催化聚合过程的腐蚀分析和防治

在C5原料和溶剂中均含有微量的水,微量水对催化过程是必要的,使连引发而加速反应的进行,而同时少量水与AlCl3作用形成HCl气体,HCl气体在反应釜的气相空间中与水雾形成酸性气体,对钢材具有极强的腐蚀作用。聚合部分的腐蚀主要体现在釜顶气相空间,腐蚀的特点是麻点腐蚀。

催化聚合过程腐蚀的防治,主要手段就是严格控制进釜物质的水含量,既要满足催化反应的需求,又要防止过量水对腐蚀的影响,为此要求进釜物质中水含量不超过150×10-6,否则设备的腐蚀速度很快。

1.2 催化剂脱除过程的腐蚀分析和防治

对于催化剂脱除过程的腐蚀比较复杂,因为目前AlCl3催化剂脱除采取的工艺手段主要是NaOH水溶液碱洗和水洗,由于水的介入,使腐蚀问题尤为突出。

因此,采用搪瓷类釜器可以有效防止腐蚀发生,工艺路线也很关键,与釜气相衔接的工艺管路采用碳钢腐蚀会非常严重,应考虑采用防腐蚀材料,或改变工艺路线,回避气相的HCl腐蚀。也有成功的使用碳钢设备而回避腐蚀的催化剂脱除工艺路线。水洗终点的物料的状态对后续工序的腐蚀进程的控制影响非常重要,催化剂脱除的程度直接影响溶剂分离工序的腐蚀防治,所以要控制好,碱洗总碱量必须过量;碱水浓度要合适,一般5%~10%为宜;水洗终点pH值为7~8;脱除过程物料混合要充分;脱除后的物料要通过沉降分离可见水。

1.3 溶剂分离过程的腐蚀分析和防治

催化剂AlCl3在聚合液中脱除后,聚合液中有3种方式的氯存在,即:(1)树脂包裹的AlCl3微粒;(2)油包水或未脱除干净的微量水,水中含有;(3)在反应过程中加到有机分子上的。在适当条件下,均会以Cl-或HCl的形态出现在系统中,从而腐蚀设备管道。

由于树脂聚合液的溶剂分离是高温(220~280℃)条件下进行,以上3种状态下的氯都会从树脂液中随同溶剂分离出来,这样就会在溶剂气相管路、换热设备、溶剂储存和输送设备管道发生较为严重的腐蚀情况。

溶剂分离塔:塔的腐蚀主要是在入孔等水平设置的盲端接管与法兰处的下端处,原因是由于环境或保温效果的差异,会在这里形成水的冷凝积聚,积聚的水中有微量的HCl和Cl-,从而发生复杂的腐蚀,一般会形成沟槽或点坑状腐蚀。防治的方法有两个:(1)设备制造时,水平盲端接管向塔中心方向向下倾斜制作;(2)设备保温要保证质量,达到温度要求。

溶剂分离塔气相线:由于蒸出的气相溶剂中含有微量的HCl气体和水蒸汽,气相管道的降温作用会使蒸出的水蒸汽在管路的内表面形成露珠,HCl极易溶于水滴中,造成露点腐蚀。露点腐蚀的形成特点是,当管路内表面温度等于混合气体中水蒸汽露点时,表面上就发生干湿交替现象,使混合气体中的Cl-在干湿交替区内浓缩,导致该表面发生腐蚀,由于气相管路温度较高,这种腐蚀的作用非常严重,一般很快就会出现漏点。防治这种腐蚀的关键是阻止管路中露珠的形成,使用蒸汽伴热保温是一种简单有效的方式,关键要根据管路的直径合理安排伴热管路。

溶剂冷凝器及后续设备管路:溶剂冷凝设备和后续设备管路在溶剂液化过程和液化后的溶剂储存输送中不可避免处于腐蚀状态下,一般的手段和方法无法使腐蚀进程控制在可接受的程度,在溶剂冷凝器气相入口加入缓蚀剂的办法可有效控制腐蚀进程,现场实际使用效果良好。

3 结语

催化聚合C5石油树脂生产过程中设备管道,由于使用介质的特性,腐蚀的问题在不同的工序有不同表象,通过采取合理有效的防治控制措施,各部位的腐蚀问题均能实现良好的控制结果。

Analysis and control of tunnel corrosion in catalytic polymerization C5petroleum resin

LIGuang,ZHAO Hong
(Daqing Huake Company Limited,Daqing 163714,China)

(略)

TQ320.5

A

1002-1124(2011)03-0051-02

2011-01-12

李 光(1973-),女,工程师,主要从事石油烃类裂解副产物的综合利用以及树脂改性生产工作。

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