Într-un încălzitor electric din titan folosit pentru a menține 25% monoetanolamină la 80 de grade , de ce produsul de degradare oxidativă (Bicine) accelerează pitting numai la interfața cu lichid-vapori?

Monoetanolamina (MEA) este utilizată în mod obișnuit în tratarea gazelor pentru îndepărtarea CO₂ și H₂S. MEA este degradat oxidativ în prezența oxigenului la 80 de grade, iar bicina (N,N-bis(2{-hidroxietil)glicină) este un produs de degradare semnificativ. Bicina este un derivat de aminoacid și un agent de chelare. Într-un încălzitor electric din titan, bicina se acumulează de preferință în apropierea interfeței cu vapori lichidi sau menisc, din cauza evaporării și a efectelor tensiunii superficiale. Complecșii concentrați de ioni bicine-titan la acest contact destabilizează filmul pasiv și accelerează pitting-ul. Lichidul în vrac din jurul meniscului este pasiv și conține o concentrație mai mică de bicine. Acest atac limitat explică de ce linia de plutire eșuează în timp ce zona scufundată rămâne în stare superbă.

Pitting indus de bicine la menisc: mecanism

Produsele de degradare ne-volatile, inclusiv bicina, sunt îmbogățite cu un factor de 10 până la 100 în raport cu soluția de MEA în vrac pe măsură ce apa se evaporă din menisc. Bicina cuprinde grupări funcționale carboxilat și amină, care pot forma complecși stabili cu ionii Ti⁴⁺: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Această complexare epuizează Ti4+ din filmul pasiv și evită repasivarea. Bicina concentrată reduce, de asemenea, pH-ul local de la valoarea sa globală de 9-10 la 6-7, destabilizand și mai mult oxidul de titan. Gropile încep la menisc între 200 și 500 de ore. Zona de sub lichid nu este afectată. Concentrația mare de sare furnizată de produsele de descompunere a MEA crește proliferarea la formarea gropilor.

Rate cantitative de pitting în diferite locații în serviciul MEA

Testarea controlată în 25% MEA cu 5% bicine, simulând un solvent sever degradat, la 80 de grade timp de 1.000 de ore, a arătat un comportament diferit la pitting în diferite locații. În lichidul în vrac (scufundat, sub 100 ppm bicine), densitatea piturilor este de 0-2 gropi/cm2, adâncimea maximă a gropii este sub 20 µm și coroziunea uniformă rămâne sub 0,01 mm/an. În zona meniscului, filmul evaporat este concentrat cu bicine la 1000-5000 ppm, densitatea pitting-ului este de 50-200 gropi/cm2, adâncimea maximă a gropii este de 0,3-0,8 mm după 1000 de ore, iar perforarea unui perete de 1,2 mm are loc în 21 500 000 ore. Densitatea gropilor este de 5-20 gropi/cm2 iar adâncimea maximă a gropii este de 0,1-0,2 mm în zona de vapori de deasupra meniscului unde cristalizează bicina. Atacul are loc numai atunci când suprafața este umezită prin deliquescență.

Atacul de menisc: efectul concentrației bicinei și al nivelului de oxigen

Gradul de pitting meniscului este o funcție majoră a concentrației bicinei și a disponibilității oxigenului. Pentru MEA proaspăt cu mai puțin de 100 ppm bicină și 5 ppm oxigen, concentrația de bicine la menisc este mai mică de 500 ppm și timpul până la adâncimea gropii de 0,5 mm este mai mare de 5.000 de ore. MEA 500 ppm bicine, 5 ppm oxigen Moderat degradat MEA Timp până la 0,5 mm adâncimea gropii Menisc Bicine 2.500-5.000 ppm 2.000-3.000 ore Pentru MEA în stare grav deteriorată cu 1000 ppm de bicină și 5 ppm de menisc bigen, este 5000-10000 ppm și timpul până la 0,5 mm adâncimea gropii este de 800-1500 ore. Cu MEA puternic degradat la 2.000 ppm bicine și 5 ppm oxigen, menisc bicina este de 10.000 până la 20.000 ppm și timpul până la 0,5 mm adâncimea gropii este de 400 până la 800 de ore. Intensitatea atacului și rata de creare a bicinei cresc cu niveluri mai mari de oxigen. Cu 20 ppm de oxigen și 1.000 ppm de bicine în vrac, timpul până la o adâncime de groapă de 0,5 mm este redus la 500-1.000 de ore.

MEA Heaters Meniscus Pitting Prevention Guide

Mai jos este indicația pentru evitarea pitării induse de bicine la interfața cu vapori de lichid-pentru 25% MEA la 80oC, pe baza designului încălzitorului și a stării de degradare a MEA.

Configurația încălzitorului Condiție de degradare MEA (bicine ppm) Atenuare recomandată Rata de pitting așteptată (mm/an)
Nivel de lichid vertical, fix Proaspăt (<100 ppm) None <0.05
Nivel fix vertical de lichidDegradat într-o măsură moderată (500–1.000 ppm) Pătură de azot pentru a minimiza oxigenul. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm) Montare orizontală (elimină meniscul)<0.05
Orizontală Oricare Complet scufundat 0,02<
Manșon vertical, PTFE Any Sleeve acoperă zona meniscului<0.05
Inginerie de conservare a meniscului și altele

Rezistența la pitting la menisc depinde de calitatea titanului. Gradul 7 (stabilizat cu paladiu) a avut o rezistență de 2-3 ori mai mare la pitting indusă de bicine decât gradul 2 la aceeași concentrație de menisc. Grosimea peretelui este o toleranță de material: un perete de 2,0 mm cu pitting menisc de 0,5 mm/an durează 4 ani. Pentru a regla deteriorarea MEA, inhibitori de coroziune (de exemplu, sulfit de sodiu) pot fi utilizați pentru a elimina oxigenul și a minimiza producția de bicine. Recuperarea regulată a MEA prin distilare elimină bicina și alți produși de degradare. Nivelul lichidului trebuie menținut constant pentru a evita umezirea și uscarea ciclică care accelerează concentrația de bicine.

Realizarea unei specificații informate

Proiectați un încălzitor electric din titan pentru montare orizontală în 25% MEA la 80 de grade pentru a șterge complet contactul cu vaporii lichidi. Dacă instalarea verticală este inevitabilă, atunci construiți o pătură de azot deasupra lichidului pentru a minimiza pătrunderea oxigenului și dezvoltarea bicinei. Pentru încălzitoarele verticale existente, aplicați o lungime de 50-100 mm de manșon termocontractabil PTFE în zona estimată a meniscului pentru a separa titanul de bicine concentrat. Monitorizați MEA pentru concentrația de bicine prin HPLC sau analiza carbonului organic total în timpul funcționării. Dacă bicine este peste 1.000 ppm, recuperați MEA sau minimizați pătrunderea oxigenului. Inspecția trimestrială a zonei meniscului cu boroscop, treceți la montarea orizontală dacă se găsesc pitting. Inginerul recunoaște că bicine crește pitting doar la menisc și aplică metode de atenuare concentrate care îmbunătățesc durata de viață a încălzitorului în serviciul de monoetanolamină deteriorat.