煤焦油加工腐蚀机理及防腐技术探讨

学术论文 2018-06-19 11:43:28
  煤焦油的主要构成是芳香烃混合物,按其成分却数以万计。现今,我们已知的成分就有500多种,其中有近1/2可被提取出来。可是,在进行煤焦油的加工工作时,却始终无法高效的解决腐蚀问题。这一问题通常都产生于三混油采出换热器和通道、轻油换热器和附属管道、高温流体流速剧烈变动的区域。根据焦油蒸馏系统内部介质的特征及操作技术,我们知道这一腐蚀大都为电化学腐蚀、冲击腐蚀以及晶间腐蚀。 
  1 腐蚀的原因及特征 
  1.1 铵盐及水所导致的电化学腐蚀 
  若金属材料长期处于电解质溶液中,则会出发生电极反应,最终便会导致腐蚀问题的发生。这个期间,金属会失去电子而发生氧化反应,所以我们常常把这种反应称作阳极反应。其反应产物则是介质中的金属离子和其表面的金属氧化物。介质中的物质会得到电子而发生还原反应,这就是阴极反应。进行焦油的生产工作时,要使用氨水开展荒煤气的降温工作,因此焦油中肯定会存在氨水。在稀氨水内部,只有少量氨一氢氧化铵的形式存在,其它的则都为铵盐。这些铵盐中包括氨及弱酸产生的挥发铵盐和氨及强酸产生的固定铵盐。固定铵盐有氯化铵、硫氢化铵、硫酸铵等,其中主要是氯化铵。上述这些物质到达焦油蒸馏系统后,管式炉便会对它进行加温,和焦油中原有的水分反应后,便能够转化为H3O+、NH+4 、OH-、CN- 等,而上述这些化学成分均为电化学腐蚀期间阴极反应和阳极反应的催化剂,可以使电化学腐蚀的速度大大加快。此外,电化学反应还要受到温度的很大影响,所以温度的升高也会使电化学腐蚀的速度加快。进行焦油的生产加工时,只要有一点水就会出现电化学腐蚀,因此,电化学腐蚀是会贯彻工作的始终的。 
  1.2 因铵盐分解产生了游离酸而产生化学腐蚀 
  焦油最后的脱水过程中,其中依然会有一些铵盐,当加热到220 ℃~ 250℃时,固定铵盐会分解成游离酸和氨气。而这些酸在焦油内,一旦焦油内有水,则会使整个系统造成严重的腐蚀。特别是开展焦油的加工工作时,如果馏分塔应用了轻油回流的工作方式,则会产生物理分离,回流液内不可避免的会存在一些水,最终便会导致酸腐蚀。在这一过程中,馏分塔上方工艺和轻油采出管线区域是最容易产生化学腐蚀的部分。 
  1.3 因高速流体及碳粉而产生的冲击腐蚀 
  设施或者是部件的弯头区域,介质的运动速度会大大增加,进而会产生湍流,其最终结果就是构件的表面会产生极为恶劣的腐蚀问题。此外,湍流不仅会加快化学反应的速度,还会导致金属表面受到很大的流体切应力,这一力会将金属表层的腐蚀产物去除、冲走。这将会导致裸露金属受到腐蚀,且金属会以水合离子的方式被溶解带走。管道之中的流体通常都是按照水平或者竖直方法流动的,这会加剧管道内部的腐蚀。若流体猛然改变方向(一般出现于弯头、管道拐弯区域),则会产生更大的冲击蚀磨,这将会导致冲击腐蚀的产生。 
  2 如何降低腐蚀问题的发生率和危害 
  2.1 加碱中和 
  目前国内普遍采用的防止腐蚀手段是在焦油中加入Na2CO3,分解固定铵盐,中和氯化氢,形成稳定的钠盐。化学反应式为: 
  2NH4Cl+Na2CO3=2NH3+CO2+2NaCl+ H2O 
  在加碱之后,设备腐蚀问题的破坏程度会大大降低,并且这一工作方法也十分简便,只要加入适当的碱性物质便能保证设备的正常稳定运行。可是,由此反应产生的铵盐会完全存在于沥青内,这边会使沥青内钠离子的质量分数极高,对于沥青的质量和销售都有极其不利的影响。焦油加工中的最主要产品就是沥青,因此沥青对于企业的长远稳定发展有着很大的影响,必须积极探索有效的防腐工艺。 
  2.2 对原料进行预处理 
  2.2.1 减少焦油内水及铵盐的含量。焦油中所含的腐蚀因子如氯化铵、硫氢化铵、硫酸铵等都是可溶性盐类,因此,要减少焦油中固定铵盐的含量,最有效的方式便是减少焦油内的水。一般会使用超离来去除其中的水分和焦油渣,再加热之后便可以静置脱水,这样将会使焦油中的水分含量小于1.5%,可以使腐蚀因子的总量大大降低。不过,这一方法无法彻底的去掉腐蚀因子,所以不能完全解决腐蚀问题,仅仅可以降低腐蚀的速度。 
  2.2.2 脱水脱盐预处理。煤焦油脱盐的重点就是脱水,脱水的对象有下述三类:首先是悬浮水,也就是水悬浮于水中;其次是乳化水,煤焦油加工期间会产生剧烈的搅动,且煤焦油内本来就有乳化剂,产生油包水型的入桩液,其稳定性较好,一定要使用特殊的脱水方式;最后是溶解水,水在有机化合物中的存在状态是分子状态,通常难于脱出。所以,脱水的重点就是破乳和分离。在这项工作中,脱盐与脱水是同时开展的,工作内容内容就是向重质原料油内加入含氯低的较新鲜的水分,这可以使重质原料油中的结晶盐类溶解,将这个溶液实施后便会出现新的乳状液。最后,要使用多样化的破乳方法,并把较微小的水滴凝聚起来,由于密度的不同,水滴便会在重力作用下沉降、分离,最终实现脱盐脱水的目标。使用这一方式开展煤焦油的预处理工作,能够使净化后煤焦油的含水质量不超过0.25%,含盐的质量分数不超过5×10-6。可是,煤焦油的主要特征就是比重大、粘性强以及乳化性强,这便使得煤焦油脱盐、脱水以及破乳的工作难度是非常大的。 
  结语 
  分析我国现今的焦油加工防腐技术可以发现,迄今为止还未出台高效的解决方式。不过在众多的处理方式中,工作人员结合实际工作经验总结出了一套较为有效的处理方案,主要包括下述几点:(1)要抓好根本,减少原料焦油内的水分,并借助机械方法来开展脱水工作,尽可能多的去除腐蚀因子,并且要保证焦油加工设施原料水分不超过1.5%。(2)减少回流液内的水分,一般有两种工作方式。简便的方式是延长轻油的分层时间,减少轻油中水的比例;较复杂的便是对改造整个工艺过程,还要在馏分塔中采用没有水分的酚油开展回流工作。(3)最好在易受到腐蚀的区域使用哈斯合金材料,还要在辅助区域应用不锈钢材料。万一发生了腐蚀的问题,则还要使用新的管道和换热器附件。 
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