Miks kiirendab oksüdatiivne lagunemissaadus (bitsiin) titaanist elektrisoojendis, mida kasutatakse 25% monoetanoolamiini hoidmiseks 80 kraadi juures, ainult vedela{2}}auru liidesel?

Monoetanoolamiini (MEA) kasutatakse tavaliselt gaasi töötlemisel CO₂ ja H2S eemaldamiseks. MEA laguneb oksüdatiivselt hapniku juuresolekul 80 kraadi juures ja bitsiin (N,N-bis(2-hüdroksüetüül)glütsiin) on oluline lagunemissaadus. Bitsiin on aminohapete derivaat ja kelaativ aine. Titaanist elektriküttekehas koguneb bitsiin aurustumise ja pindpinevuste mõju tõttu eelistatavalt vedeliku-auru liidese ehk meniski lähedusse. Sellel kontaktil olevad kontsentreeritud bitsiini-titaanioonide kompleksid destabiliseerivad passiivse kile ja kiirendavad punktide moodustumist. Meniski ümbritsev vedelik on passiivne ja sisaldab bitsiini väiksemas kontsentratsioonis. See piiratud rünnak selgitab, miks veeliin ebaõnnestub, samas kui veealune ala on suurepärases seisukorras.

Bitsiinist põhjustatud süvendite teke meniskis: mehhanism

Mitte-lenduvad lagunemissaadused, sealhulgas bitsiin, rikastuvad 10–100 korda võrreldes MEA põhilahusega, kui vesi aurustub meniskist. Bitsiin sisaldab karboksülaadi ja amiini funktsionaalrühmi, mis võivad moodustada stabiilseid komplekse Ti4+ ioonidega: Ti⁴⁺ + 3C6H₁₁NO4 → [Ti(C6H₁NO4)3]⁴⁺. See komplekseerumine kahandab passiivsest kilest Ti4+ ja väldib taaspassivatsiooni. Kontsentreeritud bitsiin vähendab ka kohalikku pH-d selle massiväärtuselt 9–10 kuni 6–7, destabiliseerides veelgi titaanoksiidi. Süvendid algavad meniskist vahemikus 200 kuni 500 tundi. Vedelikualune ala ei ole mõjutatud. MEA laguproduktidest saadav kõrge soola kontsentratsioon suurendab süvendite tekkimisel vohamist.

Kvantitatiivsed punktide määrad MEA teenuse erinevates kohtades

Kontrollitud testimine 25% MEA-s 5% bitsiiniga, simuleerides tugevalt lagunenud lahustit 80 kraadi juures 1000 tunni jooksul, on näidanud erinevates kohtades erinevat täppide tekke käitumist. Puistevedelikus (uputatud, alla 100 ppm bitsiini) on aukude tihedus 0-2 süvendi/cm2, maksimaalne süvendi sügavus on alla 20 µm ja ühtlane korrosioon jääb alla 0,01 mm/aastas. Meniski tsoonis kontsentreeritakse aurustunud kile bitsiiniga 1000-5000 ppm-ni, süvendite tihedus on 50-200 süvendi/cm2, maksimaalne süvendi sügavus on 0,3-0,8 mm 1000 tunni pärast ja 1,2 mm seina perforatsioon toimub 00-25,05 tunni jooksul. Punktide moodustumise tihedus on 5-20 süvendi/cm 2 ja süvendite maksimaalne sügavus on 0,1-0,2 mm aurutsoonis meniski kohal, kus bitsiin kristalliseerub. Rünnak ilmneb ainult siis, kui pind on vedeldamise tõttu märjaks.

Meniski rünnak: bitsiini kontsentratsiooni ja hapnikutaseme mõju

On näidatud, et meniski süvendite määr on bitsiini kontsentratsiooni ja hapniku kättesaadavuse peamine funktsioon. Värske MEA puhul, milles on vähem kui 100 ppm bitsiini ja 5 ppm hapnikku, on bitsiini kontsentratsioon meniskis alla 500 ppm ja 0,5 mm süvendi sügavuse saavutamise aeg on pikem kui 5000 tundi. MEA 500 ppm bitsiini, 5 ppm hapnikku Mõõdukalt lagunenud MEA Aeg kuni 0,5 mm süvendi sügavuseni Meniski bitsiin 2500-5000 ppm 2000-3000 tundi Tugevalt kahjustatud olekus MEA puhul 1000 ppm meniskibitsiini ja 5 ppm hapnikku 5000-10000 ppm ja aeg 0,5 mm süvendi sügavusele on 800-1500 tundi. Tugevalt lagunenud MEA-ga 2000 ppm bitsiini ja 5 ppm hapniku juures on meniskibitsiin 10 000 kuni 20 000 ppm ja aeg süvendi sügavusele 0,5 mm on 400 kuni 800 tundi. Rünnaku intensiivsus ja bitsiini tekke kiirus suurenevad hapniku kõrgema taseme korral. 20 ppm hapniku ja 1000 ppm lahtise bitsiini korral väheneb 0,5 mm süvendi sügavuse saavutamise aeg 500–1000 tunnini.

MEA küttekehade meniski süvendite ennetamise juhend

Allpool on toodud juhised, kuidas vältida bitsiinist põhjustatud täppide tekkimist vedeliku-auru liidesel 25% MEA puhul temperatuuril 80 oC, lähtudes kütteseadme konstruktsioonist ja MEA lagunemisolekust.

Soojendi konfiguratsioon MEA lagunemise seisund (bitsiini ppm) Soovitatav leevendus, eeldatav täppide tekke määr (mm/a)
Vertikaalne, fikseeritud vedelikutase Värske (<100 ppm) None <0.05
Vertikaalne fikseeritud vedelikutase Mõõdukalt lagunenud (500–1000 ppm) Lämmastikukate hapniku minimeerimiseks. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm) Horisontaalne kinnitus (eemaldab meniski)<0.05
Horisontaalne Iga Täielikult vee all 0,02<
Vertikaalne, PTFE-hülss Iga varrukas katab meniski tsooni<0.05
Inseneri meniski säilitamine ja teised

Punktide vastupanu meniskis sõltub titaani kvaliteedist. 7. astmel (pallaadium-stabiliseeritud) oli sama meniski kontsentratsiooni korral 2-3 korda suurem resistentsus bitsiinist põhjustatud täppide tekkele kui 2. astmel. Seina paksus on materjalivaru: 2,0 mm sein meniski täppidega 0,5 mm/aastas kestab 4 aastat. MEA riknemise reguleerimiseks võib hapniku eemaldamiseks ja bitsiini tootmise minimeerimiseks kasutada korrosiooniinhibiitoreid (nt naatriumsulfiti). Regulaarne MEA taastamine destilleerimise teel kõrvaldab bitsiini ja muud lagunemissaadused. Vedeliku taset tuleb hoida konstantsena, et vältida tsüklilist märgumist ja kuivamist, mis kiirendab bitsiini kontsentratsiooni.

Teadliku spetsifikatsiooni koostamine

Kavandage titaanist elektrisoojendi horisontaalseks paigaldamiseks 25% MEA-ga 80 kraadi juures, et vedelikuauru kontakt täielikult kustutada. Kui vertikaalne paigaldamine on vältimatu, ehitage vedeliku kohale lämmastikukate, et minimeerida hapniku sissetungi ja bitsiini teket. Olemasolevate vertikaalsete küttekehade puhul paigaldage hinnangulisele meniskitsoonile 50–100 mm pikkune PTFE kokkutõmbumismuhv, et eraldada titaan kontsentreeritud bitsiinist. Jälgige MEA bitsiini kontsentratsiooni HPLC või kogu orgaanilise süsiniku analüüsi abil töötamise ajal. Kui bitsiini sisaldus on üle 1000 ppm, koguge MEA või minimeerige hapniku sissepääs. Kord kvartalis meniski tsooni ülevaatus boreskoobiga, süvendite avastamisel vahetage horisontaalkinnitus. Insener mõistab, et bitsiin suurendab aukude tekkimist ainult meniskis, ja ta rakendab keskendunud leevendamismeetodeid, mis parandavad küttekeha eluiga halvenenud monoetanoolamiini töös.