I en elektrisk varmeovn av titan som brukes til å holde 25 % monoetanolamin ved 80 grader, hvorfor akselererer det oksidative nedbrytningsproduktet (Bicine) gropdannelsen bare ved grensesnittet for væske-damp?

Monoetanolamin (MEA) brukes ofte i gassbehandling for fjerning av CO₂ og H₂S. MEA brytes oksidativt ned i nærvær av oksygen ved 80 grader, og bicin (N,N-bis(2-hydroksyetyl)glycin) er et betydelig nedbrytningsprodukt. Bicin er et aminosyrederivat og et chelateringsmiddel. I en elektrisk varmeovn i titan akkumuleres bicine fortrinnsvis nær væske--dampgrensesnittet, eller menisken, på grunn av fordampnings- og overflatespenningseffekter. Konsentrerte bicin-titan-ionkomplekser ved denne kontakten destabiliserer den passive filmen og akselererer pitting. Væsken som omgir menisken er passiv og inneholder en lavere konsentrasjon av bicin. Dette begrensede angrepet forklarer hvorfor vannlinjen svikter mens det nedsenkede området forblir i utmerket tilstand.

Bicin-indusert gropdannelse ved menisken: mekanisme

Ikke-flyktige nedbrytningsprodukter, inkludert bicin, blir beriket med en faktor på 10 til 100 i forhold til bulk MEA-løsningen når vann fordamper fra menisken. Bicin omfatter karboksylat- og aminfunksjonelle grupper, som kan danne stabile komplekser med Ti⁴⁺-ioner: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO4 → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Denne komplekseringen uttømmer Ti4+ fra den passive filmen og unngår repassivering. Den konsentrerte bicinen reduserer også den lokale pH-verdien fra bulkverdien på 9–10 til 6–7, og destabiliserer titanoksidet ytterligere. Groper starter ved menisken mellom 200 og 500 timer. Området under væsken påvirkes ikke. Den høye saltkonsentrasjonen fra MEA-nedbrytningsprodukter øker spredningen ved dannelse av groper.

Kvantitative pittingpriser på forskjellige steder i MEA-tjenesten

Kontrollert testing i 25 % MEA med 5 % bicin, simulering av alvorlig nedbrutt løsningsmiddel, ved 80 grader i 1000 timer har vist ulik gropoppførsel på forskjellige steder. I bulkvæsken (nedsenket, under 100 ppm bicine) er groptettheten 0-2 groper/cm2, maksimal gropdybde er under 20 µm og jevn korrosjon forblir under 0,01 mm/år. I menisksonen konsentreres den fordampede filmen med bicin til 1000-5000 ppm, groptettheten er 50-200 groper/cm2, maksimal gropdybde er 0,3-0,8 mm etter 1000 timer, og perforeringen av en 1,0-50 mm vegg skjer på 1,0-50 mm timer. Gruptetthet er 5-20 groper/cm 2 og maksimal gropdybde er 0,1-0,2 mm i dampsonen over menisken hvor bicin krystalliserer. Angrep oppstår bare når overflaten er fuktet av delikscens.

Meniskangrep: effekt av bicinkonsentrasjon og oksygennivå

Graden av meniskgropdannelse har vist seg å være en hovedfunksjon av bicinkonsentrasjon og tilgjengelighet av oksygen. For fersk MEA med mindre enn 100 ppm bicin og 5 ppm oksygen, er bicinkonsentrasjonen ved menisken mindre enn 500 ppm og tiden til gropdybde på 0,5 mm er større enn 5000 timer. MEA 500 ppm bicine, 5 ppm oksygen Moderat nedbrutt MEA Tid til 0,5 mm gropdybde Menisk Bicine 2500-5000 ppm 2000-3000 timer For MEA i en hardt skadet tilstand med 1000 ppm bicine og 5 ppm bicine 5000-10000 ppm og tiden til 0,5 mm gropdybde er 800-1500 timer. Med sterkt nedbrutt MEA ved 2000 ppm bicine og 5 ppm oksygen, er menisk bicine 10 000 til 20 000 ppm og tiden til 0,5 mm gropdybde er 400 til 800 timer. Angrepsintensiteten og hastigheten på dannelsen av bicin øker med høyere oksygennivåer. Med 20 ppm oksygen og 1000 ppm bulkbicin reduseres tiden til en gropdybde på 0,5 mm til 500-1000 timer.

MEA Heaters Menisk Pitting Prevention Guide

Nedenfor er retningslinjen for å unngå bicinindusert gropdannelse ved væske-dampgrensesnittet for 25 % MEA ved 80oC basert på varmeelementets design og nedbrytningsstatusen til MEA.

Oppvarmingskonfigurasjon MEA-degraderingstilstand (bicine ppm) Anbefalt redusering Forventet gropdannelseshastighet (mm/år)
Vertikal, fast væskenivå Fersk (<100 ppm) None <0.05
Vertikalt fast væskenivå Nedbrutt i moderat grad (500–1000 ppm) Nitrogenteppe for å minimere oksygen. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm) Horisontal montering (fjerner menisk)<0.05
Horisontal Enhver Helt nedsenket 0,02<
Vertikal, PTFE-hylse Enhver hylse dekker menisksonen<0.05
Engineering Menisk Preservation og andre

Pitting motstand ved menisken avhenger av kvaliteten på titan. Grad 7 (palladium-stabilisert) hadde 2-3 ganger større motstand mot bicinindusert gropdannelse enn grad 2 ved samme meniskkonsentrasjon. Veggtykkelsen er et materialtillegg: en 2,0 mm vegg med meniskgrop på 0,5 mm/år varer 4 år. For å regulere MEA-forringelse kan korrosjonshemmere (f.eks. natriumsulfitt) brukes til å rense oksygen og minimere bicinproduksjon. Regelmessig MEA-gjenvinning ved destillasjon eliminerer bicin og andre nedbrytningsprodukter. Væskenivået bør holdes konstant for å unngå syklisk fukting og tørking som akselererer bicinkonsentrasjonen.

Lage en informert spesifikasjon

Design en elektrisk varmeovn i titan for horisontal montering i 25 % MEA ved 80 grader for å slette væske-kontakten fullstendig. Hvis den vertikale installasjonen er uunngåelig, så bygg et nitrogenteppe over væsken for å minimere oksygeninntrenging og bicinutvikling. For eksisterende vertikale varmeovner, påfør en 50–100 mm lengde med PTFE krympehylse i den estimerte menisksonen for å skille titan fra konsentrert bicin. Overvåk MEA for bicinkonsentrasjon ved HPLC eller total organisk karbonanalyse under drift. Hvis bicine er over 1000 ppm, gjenvinn MEA eller minimer oksygeninntrengning. Kvartalsvis inspeksjon av menisksone med boreskop, bytt til horisontal montering dersom det oppdages groper. Ingeniøren erkjenner at bicine øker pitting utelukkende ved menisken, og han bruker fokuserte avbøtende metoder som forbedrer varmeapparatets levetid ved dårligere monoetanolamindrift.