Hvordan tåler en PTFE-varmeveksler svovelsyrekatalysatorslurry i oppvarming av alkyleringsenhet?

Det sure miljøet for alkylering
I petroleumsalkyleringsenheter omsettes isobutan med lette olefiner i nærvær av en svovelsyrekatalysator for å produsere høy-oktankomponenter for bensin. Syrekatalysator føres gjennom reaktoren i en konsentrasjon på 85-98 % og bærer suspenderte syreløselige oljer, tjære og slampartikler. Blandingen er noe etsende og lett slitende. Denne aggressive væsken angriper varmeveksleren, som kontrollerer reaksjonstemperaturen.

Metalliske varmevekslere, selv med høy-legeringsmaterialer som Hastelloy, har begrenset levetid i dette klimaet. Syren angriper metalloverflaten og det dannes et belegg av korrosjonsprodukt som deretter brytes ned av de suspenderte partiklene. Syren angriper nytt metall utsatt for korrosjon. Erosjons-korrosjonssyklusen fremmer tap av metall. Levetiden er vanligvis 2 til 5 år; utskiftninger er hyppige.

PTFE er motstandsdyktig mot svovelsyre i alle konsentrasjoner og ved alle temperaturer opp til 260 grader. Den homogene polymeren har ikke noe korrosjonsproduktlag som kan slites ned. Overflaten motstår kjemisk skade og mekanisk angrep. Den kombinerte erosjons-korrosjonsmekanismen som ødelegger metalliske vekslere finner ikke sted på PTFE.

Erosjonssynergien-Korrosjon av metall
Ved syreoppslemmingsbehandling på en metallisk overflate utvikler skaden seg via en synergistisk syklus. Syren angriper metalloverflaten, og produserer et belegg av korrosjonsprodukter - metallsulfater, oksider og hydrater. Dette laget er mer fleksibelt og mindre klebende enn metallet under det. De slipende partiklene i slurryen sliter på korrosjonsproduktlaget, og avslører ferskt metall. Det nye metallet korroderer raskt og det nye laget med korrosjonsprodukt blir igjen nedbrutt.

Denne syklusen øker korrosjonshastigheten og erosjonshastigheten. Den totale hastigheten for metalltap kan være 5 til 20 ganger høyere enn korrosjonshastigheten i syre uten partikler eller erosjonshastigheten i ikke-korrosiv slurry.

PTFE vil ikke korrodere. Ingen korrosjonsproduktlag er tilstede. Syren møter en kjemisk inert overflate. Slipepartiklene kan indusere langsom mekanisk slitasje, men slitasjen er ikke bare jevn, men forutsigbar - ingen synergistisk forsterkning. Rørets vegg slites gradvis bort av ren mekanisk erosjon, med en hastighet som måles i mikron hvert år.

Alkyleringstjenesteparameter PTFE Hastelloy C-276
Syrekorrosjonshastighet (partikkel-fri) 0,05-0,15 mm/år 0
Dannelse av korrosjonsproduktlag Ja Nei
Korrosjonsproduktlag erosjonJa (akselererer metalltap) N/A
Erosjon-korrosjonshastighet kombinert 0,25-0,75 mm/år 0,005-0,02 mm/år (kun mekanisk slitasje)
Levetid (år) 2-5 15+
Fordelen med slamhåndtering
Korrosjonsoppførselen kompliseres ytterligere av tendensen til syreløselige oljer og slam som er tilstede i alkyleringssyren til å avsettes på varmeveksleroverflatene, og danner et begroingslag som fungerer som isolasjon til rørene. Korrosjonsproduktbelegg på metalliske overflater skaper en grov overflate med høy energi for å tiltrekke slamavsetning. Massen bygger seg opp, stivner og må fjernes mekanisk.

PTFE har en glatt overflate med lav overflateenergi som gjør det vanskelig for slam å feste seg til. Slampartiklene glir over røroverflaten uten å feste seg. Eventuelt lite møkk som blir avsatt blir ganske enkelt vasket bort. Ingen periodisk slamfjerning, derfor forblir overflaten ren og varmeoverføringen forblir stabil.

Prosesskompatibilitetsbonusen
PTFE er upåvirket av svovelsyre over hele spekteret av alkyleringssyresammensetninger-fra fersk syre på 98 % til brukt syre på 85 % med oppløste hydrokarboner og slam. Materialet er ikke katalytisk overfor syre-hydrokarbonreaksjoner. Det frigjør ikke metallioner som kan forstyrre alkyleringsprosessen. PTFE-veksleren gir et kjemisk inert element til en prosess der uønsket katalyse kan påvirke produktkvaliteten.

Konklusjon
PTFE-varmevekslere brukes til oppvarming av svovelsyrekatalysatorslurry i alkyleringsenheter og gir overlegen service ved å redusere erosjons-korrosjonssynergien som fremmer metalltap i metalliske vekslere. Den kjemisk inerte overflaten har ikke et lag med korrosjonsprodukter som kan brytes ned. Den glatte overflaten med lav-energi motstår festing av slammet. Levetiden på 15+ år versus 2-5 år for Hastelloy C-276. Følgelig gjør den lavere utskiftningsfrekvensen og den pålitelige varmeoverføringen PTFE til det økonomiske valget for alkyleringssyredrift.

Teknisk hjelp for PTFE varmevekslerspesifikasjoner i alkylerings- og syreslamapplikasjoner gis med innsending av syresammensetning, slaminnhold, driftstemperatur og gjeldende utstyrs levetid.