Miksi hapettuva hajoamistuote (bisiini) kiihdyttää pistelyä vain nestehöyryn rajapinnassa titaanisesta sähkölämmittimestä, jota käytettiin pitämään 25 % monoetanoliamiinista 80 asteessa?

Monoetanoliamiinia (MEA) käytetään yleisesti kaasukäsittelyssä CO2:n ja H2S:n poistamiseen. MEA hajoaa oksidatiivisesti hapen läsnä ollessa 80 asteessa, ja bisiini (N,N-bis(2-hydroksietyyli)glysiini) on merkittävä hajoamistuote. Bisiini on aminohappojohdannainen ja kelatoiva aine. Titaanisessa sähkölämmittimessä bisiini kerääntyy ensisijaisesti nestehöyryn rajapinnan tai meniskin lähelle haihtumis- ja pintajännitysvaikutusten vuoksi. Konsentroidut bisiini-titaani-ionikompleksit tässä kosketuksessa horjuttavat passiivista kalvoa ja nopeuttavat pisteen muodostumista. Meniskiä ympäröivä bulkkineste on passiivinen ja sisältää pienemmän pitoisuuden bisiiniä. Tämä rajoitettu hyökkäys selittää, miksi vesiviiva epäonnistuu, vaikka vedenalainen alue pysyy erinomaisessa kunnossa.

Bisiinin aiheuttama pistelytys nivelkierossa: mekanismi

Ei--haihtuvat hajoamistuotteet, mukaan lukien bisiini, rikastuvat kertoimella 10-100 verrattuna MEA-massaliuokseen, kun vesi haihtuu meniskistä. Bisiini sisältää karboksylaatti- ja amiinifunktionaalisia ryhmiä, jotka voivat muodostaa stabiileja komplekseja Ti4+-ionien kanssa: Ti4⁺ + 3C6H11NO4 → [Ti(C6H11NO4)3]4⁺. Tämä kompleksoituminen kuluttaa Ti4+:n passiivisesta kalvosta ja välttää uudelleenpassivoitumisen. Konsentroitu bisiini alentaa myös paikallista pH:ta sen bulkkiarvosta 9–10 arvoon 6–7, mikä edelleen destabiloi titaanioksidia. Kuopat alkavat meniskistä 200 ja 500 tunnin välillä. Nesteen alla oleva alue ei vaikuta. MEA:n hajoamistuotteista saatu korkea suolapitoisuus lisää lisääntymistä kuoppien muodostumisen yhteydessä.

Kvantitatiiviset Pitting-hinnat eri paikoissa MEA-palvelussa

Kontrolloitu testaus 25 % MEA:ssa, jossa on 5 % bisiiniä, simuloi voimakkaasti hajoanutta liuotinta, 80 asteessa 1 000 tunnin ajan, on osoittanut erilaista pistesyöpymiskäyttäytymistä eri paikoissa. Bulkkinesteessä (upotettu, alle 100 ppm bisiinia) pistetiheys on 0-2 kuoppaa/cm2, kuoppasyvyys on alle 20 µm ja tasainen korroosio jää alle 0,01 mm/vuosi. Meniskivyöhykkeellä haihtunut kalvo väkevöidään bisiinillä 1000-5000 ppm:iin, kuoppatiheys on 50-200 kuoppaa/m², kuopan maksimi syvyys on 0,3-0,8 mm 1000 tunnin kuluttua ja 1,2 mm:n seinämän rei'itys tapahtuu 00-215 tunnissa. Pistetiheys on 5-20 kuoppaa/cm 2 ja kuopan suurin syvyys on 0,1-0,2 mm höyryvyöhykkeellä meniskin yläpuolella, jossa bisiini kiteytyy. Hyökkäys tapahtuu vain, kun pinta on kostutettu vanhentumisesta.

Meniskihyökkäys: bisiinipitoisuuden ja happitason vaikutus

Meniskin kuoppaisuuden asteen on osoitettu olevan pääasiallinen bisiinipitoisuuden ja hapen saatavuuden funktio. Tuoreella MEA:lla, jossa on alle 100 ppm bisiiniä ja 5 ppm happea, bisiinipitoisuus meniskissä on alle 500 ppm ja aika 0,5 mm:n kuopan syvyyteen on yli 5 000 tuntia. MEA 500 ppm bisiini, 5 ppm happea Kohtalaisen hajoanut MEA Aika 0,5 mm kuopan syvyyteen Meniscus Bicine 2 500-5 000 ppm 2 000-3 000 tuntia MEA:lle, joka on pahasti vaurioitunut, 1000 ppm meniskibisiiniä ja 5 ppm happea 5000-10000 ppm ja aika 0,5 mm kuopan syvyyteen on 800-1500 tuntia. Voimakkaasti hajotetun MEA:n ollessa 2 000 ppm bisiiniä ja 5 ppm happea, meniskbisiini on 10 000 - 20 000 ppm ja aika 0,5 mm:n kuopan syvyyteen on 400 - 800 tuntia. Hyökkäyksen voimakkuus ja bisiinin muodostumisnopeus kasvavat korkeampien happipitoisuuksien myötä. Kun happea on 20 ppm ja bulkkibisiiniä 1 000 ppm, aika 0,5 mm:n kuopan syvyyteen lyhenee 500-1 000 tuntiin.

MEA Heaters Meniscus Pitting Prevention Guide

Alla on ohje bisiinin aiheuttaman pistesyöpymisen välttämiseksi nestehöyryn rajapinnassa 25 % MEA:lle 80 oC:ssa lämmittimen suunnittelun ja MEA:n hajoamistilan perusteella.

Lämmittimen kokoonpano MEA:n hajoamisolosuhteet (bisiini ppm) Suositeltu lievennys Odotettu pistekorkeus (mm/v)
Pysty, kiinteä nestetaso Tuore (<100 ppm) None <0.05
Pystysuora kiinteä nestetaso Haihtunut kohtalaisesti (500–1 000 ppm)Typpipeite hapen minimoimiseksi. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm) Vaakaasennus (poistaa meniskin)<0.05
Vaakasuora Mikä tahansa Täysin upotettu 0,02<
Pystysuora, PTFE-holkki Mikä tahansa holkki peittää meniskin alueen<0.05
Engineering Meniscus Preservation ja muut

Pisteresistanssi meniskissä riippuu titaanin laadusta. Asteikolla 7 (palladium-stabiloitu) oli 2-3 kertaa suurempi vastustuskyky bisiinin aiheuttamaa pistesyöpymistä vastaan ​​kuin asteen 2 vastustuskyky samalla meniskipitoisuudella. Seinämäpaksuus on materiaalivaraus: 2,0 mm seinä, jossa on 0,5 mm/vuosi menisk-kuoppaus, kestää 4 vuotta. MEA:n pilaantumisen säätelemiseksi voidaan käyttää korroosionestoaineita (esim. natriumsulfiittia) hapen poistamiseksi ja bisiinin tuotannon minimoimiseksi. Säännöllinen MEA:n regenerointi tislaamalla eliminoi bisiinin ja muut hajoamistuotteet. Nesteen taso tulee pitää vakiona, jotta vältetään syklinen kostuminen ja kuivuminen, joka nopeuttaa bisiinin pitoisuutta.

Tietoisen määrittelyn tekeminen

Suunnittele titaaninen sähkölämmitin vaakasuoraan asennukseen 25 % MEA:ssa 80 asteessa nestehöyryn kosketuksen poistamiseksi kokonaan. Jos pystysuora asennus on väistämätöntä, rakenna nesteen yläpuolelle typpipeite hapen tunkeutumisen ja bisiinin kehittymisen minimoimiseksi. Käytä olemassa oleville pystysuorille lämmittimille 50–100 mm pituista PTFE-kutisteholkkia arvioituun meniskivyöhykkeeseen erottamaan titaani tiivistetystä bisiinistä. Seuraa MEA:n bisiinipitoisuutta HPLC:llä tai orgaanisen hiilen kokonaisanalyysillä käytön aikana. Jos bisiiniä on yli 1 000 ppm, ota MEA talteen tai minimoi hapen sisäänpääsy. Meniskivyöhykkeen neljännesvuosittainen tarkastus boreskoopilla, vaihda vaakasuoraan asennukseen, jos pistesaumaa löytyy. Insinööri ymmärtää, että bisiini lisää pistesyyksiä vain meniskissä, ja hän soveltaa kohdennettuja lievennysmenetelmiä, jotka parantavat lämmittimen käyttöikää huonontuneessa monoetanoliamiinissa.