煤焦油蒸馏系统腐蚀的研究

吉成林，黄 森

（宝武炭材料科技有限公司梅山分公司，江苏 南京 210039）

1 工艺简介

宝武炭材料科技有限公司梅山分公司焦油蒸馏装置采用减压蒸馏工艺。经过预处理的原料焦油经过换热后进入预脱水塔脱除大部分水分和部分轻油，然后进入脱水塔脱除水分和轻油，再经过管式加热炉加热至一定的温度后，送入减压蒸馏塔（主塔），塔顶采出酚油，塔底采出沥青，侧线采出萘油、洗油、I蒽油、II蒽油馏分。为了防止腐蚀，系统在焦油原料泵前采用碳酸钠泵连续注入碳酸钠溶液，使之与原料中的固定铵盐反应，形成稳定的钠盐，达到防止设备腐蚀的目的。考虑到碳酸钠溶液与焦油不可能100%充分混合，而原料中的固定铵盐也存在波动，操作中加碱量一般为理论加碱量的的115%～130%。

2 蒸馏系统中氯离子和加碱量关系

煤焦油的铵盐一部分为挥发铵盐，另一部分则为固定铵盐。其中挥发铵盐由于在较低温度下能分解，在焦油脱水阶段被除去，而固定铵盐仍会留在脱水焦油中，当加热到200～250℃时，分解成微游离酸气与氨气。煤焦油中的固定铵盐主要为氯化铵、硫酸铵和硫氰化铵等，其中氯化铵占整个固定铵盐的80%左右，因此重点研究氯离子在焦油蒸馏塔各馏分中的分布情况［1］。

2.1 焦油原料中的氯离子和焦油水分的关系

焦油中存在的氯包括两部分，即以氯化铵、氯化钠等形式存在的无机氯和以氯代烃形式存在的有机氯。研究过程中连续对不同厂家、时期的焦油采用，分析焦油的水分与氯离子浓度，研究氯离子与水分关系。焦油中的氯离子质量分数波动很大，焦油含氯离子质量分数最高达到108.7 mg／kg，最低值仅有15.18 mg／kg。最低值和氯离子腐蚀可容许浓度非常接近，表明焦油中的氯离子浓度和水分含量没有明显的相关性。

2.2 各馏分氯离子和加碱量的关系

为了分析焦油蒸馏塔中各馏分氯离子浓度随加碱量的变化情况，采用调整加碱量实验的方式进行研究。主要实验内容根据原料焦油中氯离子含量计算理论加碱量，按照理论加碱量加碱、理论加碱量三分之一进行加碱、完全不加碱三种方式进行生产。期间跟踪各馏分中氯离子浓度，整理并分析焦油蒸馏塔中各馏分氯离子浓度随加碱量变化的趋势。如图1所示。

图1 各馏分中氯离子浓度和焦油原料中氯离子浓度比值与加碱量关系曲线

2012年4月至7月期间，在焦油蒸馏装置上进行调整加碱量生产试验。因生产期间焦油原料中的氯离子存在波动，故整理分析数据时采用各馏分中氯离子浓度和焦油原料中氯离子浓度的比值来反映加碱量对氯离子在各馏分中分布的影响。经过分析整理后得到各馏分中氯离子浓度与焦油原料中氯离子浓度比值均值和蒸馏系统加碱量关系曲线图见图1。

2.3 硫酸根离子在焦油原料及各馏分中的分布

宝武炭材料科技有限公司梅山分公司焦油蒸馏装置调试结束后进行检查，发现塔内件萘油段、蒽油段均发生腐蚀现象，其中腐蚀最严重部分集中在蒽油馏分段。结合煤焦油原料特性，继续对煤焦油蒸馏塔各馏分中硫酸根浓度进行跟踪，见表1。分析数据发现，煤焦油蒸馏各馏分中硫酸根离子质量分数最高的为蒽油馏分，均值为93.37 mg／kg；洗油馏分中硫酸根离子次之，均值为73.56 mg／kg；萘油馏分中的硫酸根离子较低，均值为34.87 mg／kg；硫酸根离子最低的为酚油馏分，均值为14.22 mg／kg。硫酸根离子在各馏分中的质量分数大小依次为：蒽油馏分＞洗油馏分＞萘油馏分＞酚油馏分。调试期间蒽油段发生的腐蚀和硫酸根离子在各馏分中的分布存在一致性。

表1 焦油原料及各馏分中硫酸根离子浓度统计表

3 挂片试验

3.1 挂片材料的选择

考虑到不同材质的抗腐蚀性能以及其材料的价格，选取奥氏体不锈钢（316L）、超级奥氏体不锈钢（904L）、 镍基合金 （HC276）、 双相不锈钢（SAF2205）四种材质作为挂片试验的材料。挂片制作后打上钢印，安装在各馏分段靠近人孔的塔盘上；为了测试各种材料的晶间腐蚀情况，每种材质各挂2片，分别为带焊缝的和不带焊缝的。

3.2 挂片数据分析

通过观察发现HC276材质的挂片无明显腐蚀现象，表面保护膜无明显损伤；904 L材质的挂片有轻微的腐蚀迹象，腐蚀均匀、呈斑点状；SAF2205材质的挂片腐蚀现象显著，挂片外表存在大量坑洼；316 L材质的挂片腐蚀最为明显，挂片厚度明显减薄，腐蚀呈均匀态势。对挂片进行预处理后称重，分析得到各材质挂片的腐蚀速率，见表2。

表2 挂片分析数据表

4 结论

1）通过对煤焦油蒸馏中各馏分腐蚀介质分布进行研究，发现氯离子对萘油段腐蚀最严重，硫酸根对蒽油段腐蚀最明显；2）通过焦油蒸馏塔内挂片实验发现同HC276材质在焦油蒸馏塔中具有很好的抗腐蚀能力，904L材质在焦油蒸馏塔内虽然会发生轻微点蚀，但也具有一定的抗腐蚀能力；各种材质抗腐蚀效果需要在后续实际应用中进一步确认。