%25 Monoetanolamini 80 Derecede Tutmak İçin Kullanılan Titanyum Elektrikli Isıtıcıda, Oksidatif Bozunma Ürünü (Bicine) Neden Yalnızca Sıvı-Buhar Arayüzünde Çukurlaşmayı Hızlandırır?

Monoetanolamin (MEA), CO₂ ve H₂S'nin uzaklaştırılması için gaz arıtımında yaygın olarak kullanılır. MEA, 80 derecede oksijen varlığında oksidatif olarak bozunur ve bisin (N,N-bis(2-hidroksietil)glisin) önemli bir bozunma ürünüdür. Bicine bir amino asit türevi ve bir şelatlayıcı maddedir. Titanyum elektrikli bir ısıtıcıda, buharlaşma ve yüzey gerilimi etkilerinden dolayı bisin tercihen sıvı-buhar arayüzünün veya menisküsün yakınında birikir. Bu temastaki konsantre bisin-titanyum iyon kompleksleri pasif filmi dengesizleştirir ve çukurlaşmayı hızlandırır. Menisküsü çevreleyen yoğun sıvı pasiftir ve daha düşük konsantrasyonda bisin içerir. Bu sınırlı saldırı, su altındaki alan mükemmel durumda kalırken su hattının neden başarısız olduğunu açıklıyor.

Menisküste Bicine Kaynaklı Çukurlaşma: Mekanizma

Su menisküsten buharlaştıkça, bisin de dahil olmak üzere uçucu olmayan bozunma ürünleri, toplu MEA çözeltisine göre 10 ila 100 kat zenginleşir. Bisin, Ti⁴⁺ iyonlarıyla stabil kompleksler oluşturabilen karboksilat ve amin fonksiyonel gruplarını içerir: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Bu kompleksleşme, pasif filmden Ti4+'yi tüketir ve yeniden pasifleştirmeyi önler. Konsantre bisin ayrıca yerel pH'ı toplu değeri olan 9-10'dan 6-7'ye düşürerek titanyum oksidin stabilitesini daha da bozar. Çukurlar 200 ila 500 saat arasında menisküste başlar. Sıvının altındaki alan etkilenmez. MEA parçalanma ürünlerinden sağlanan yüksek tuz konsantrasyonu, çukur oluşumu ile çoğalmayı arttırır.

MEA Hizmetinde Farklı Lokasyonlardaki Kantitatif Çukurlaşma Oranları

Ciddi derecede bozunmuş solventi simüle eden, %5 bisin içeren %25 MEA'da 80 derecede 1.000 saat boyunca yapılan kontrollü testler, farklı yerlerde farklı çukurlaşma davranışı göstermiştir. Dökme sıvıda (batık, 100 ppm bisine'nin altında), oyuklanma yoğunluğu 0-2 oyuk/cm2'dir, maksimum oyuk derinliği 20 µm'nin altındadır ve düzgün korozyon 0,01 mm/yıl'ın altında kalır. Menisküs bölgesinde buharlaşan film bisin ile 1000-5000 ppm'e kadar konsantre edilir, çukurlaşma yoğunluğu 50-200 çukur/cm2'dir, maksimum çukur derinliği 1000 saat sonra 0,3-0,8 mm'dir ve 1,2 mm'lik bir duvarın delinmesi 1500-2500 saatte gerçekleşir. Bisinin kristalleştiği menisküs üzerindeki buhar bölgesinde çukurlaşma yoğunluğu 5-20 çukur/cm2 ve maksimum çukur derinliği 0,1-0,2 mm'dir. Saldırı yalnızca yüzey nemle ıslandığında meydana gelir.

Menisküs krizi: bisin konsantrasyonunun ve oksijen seviyesinin etkisi

Menisküs çukurlaşmasının derecesinin, bisin konsantrasyonunun ve oksijen mevcudiyetinin önemli bir fonksiyonu olduğu gösterilmiştir. 100 ppm'den az bisin ve 5 ppm'den az oksijen içeren taze MEA için menisküsteki bisin konsantrasyonu 500 ppm'den azdır ve 0,5 mm'lik çukur derinliğine ulaşma süresi 5.000 saatten fazladır. MEA 500 ppm bisin, 5 ppm oksijen Orta derecede bozulmuş MEA 0,5 mm çukur derinliğine ulaşma süresi Menisküs Bisin 2.500-5.000 ppm 2.000-3.000 saat 1000 ppm bisin ve 5 ppm oksijen ile ağır hasar görmüş durumdaki MEA için menisküs bisin 5000-10000 ppm ve 0,5 mm çukur derinliğine ulaşma süresi 800-1500 saattir. 2.000 ppm bisin ve 5 ppm oksijende ileri düzeyde bozunmuş MEA ile menisküs bisin 10.000 ila 20.000 ppm'dir ve 0,5 mm çukur derinliğine ulaşma süresi 400 ila 800 saattir. Saldırının şiddeti ve bisin oluşturma hızı, oksijen seviyesi arttıkça artar. 20 ppm oksijen ve 1.000 ppm toplu bisin ile 0,5 mm'lik çukur derinliğine ulaşma süresi 500-1.000 saate düşürülür.

MEA Isıtıcıları Menisküs Çukurlaşmasını Önleme Kılavuzu

Aşağıda, ısıtıcı tasarımına ve MEA'nın bozunma durumuna bağlı olarak 80°C'de %25 MEA için sıvı-buhar arayüzünde bisin kaynaklı çukurlaşmayı önlemeye yönelik kılavuz bulunmaktadır.

Isıtıcı Konfigürasyonu MEA Bozunma Durumu (dakika ppm)Önerilen Azaltma Beklenen Çukurlaşma Oranı (mm/yıl)
Dikey, sabit sıvı seviyesi Taze (<100 ppm) None <0.05
Dikey Sabit Sıvı Seviyesi Orta derecede bozunmuş (500–1.000 ppm)Oksijeni en aza indirmek için nitrojen battaniyesi. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm)Yatay montaj (menisküsü çıkarır)<0.05
Yatay Herhangi biri Tamamen batık 0,02<
Dikey, PTFE kılıf Herhangi Bir Kılıf menisküs bölgesini kaplar<0.05
Mühendislik Menisküs Koruması ve Diğerleri

Menisküsteki çukurlaşma direnci titanyumun kalitesine bağlıdır. Derece 7 (paladyum-stabilize edilmiş), aynı menisküs konsantrasyonunda derece 2'ye kıyasla bisin kaynaklı çukurlaşmaya karşı 2-3 kat daha fazla dirence sahipti. Duvar kalınlığı maddi bir izindir: 0,5 mm/yıl menisküs çukurlaşmasına sahip 2,0 mm'lik bir duvar 4 yıl dayanır. MEA bozulmasını düzenlemek için, oksijeni temizlemek ve bisin üretimini en aza indirmek amacıyla korozyon inhibitörleri (örn. sodyum sülfit) kullanılabilir. Damıtma yoluyla düzenli MEA ıslahı, bisin ve diğer bozunma ürünlerini ortadan kaldırır. Bisin konsantrasyonunu hızlandıran döngüsel ıslanma ve kurumayı önlemek için sıvı seviyesi sabit tutulmalıdır.

Bilgiye Dayalı Bir Spesifikasyon Yapmak

Sıvı-buhar temasını tamamen silmek için %25 MEA'da 80 derecede yatay montaja yönelik bir titanyum elektrikli ısıtıcı tasarlayın. Dikey kurulum kaçınılmazsa, oksijen girişini ve bisin oluşumunu en aza indirmek için sıvının üzerine bir nitrojen örtüsü oluşturun. Mevcut dikey ısıtıcılar için, titanyumu konsantre bisinden ayırmak için tahmini menisküs bölgesine 50-100 mm uzunluğunda PTFE büzülme manşonu uygulayın. Operasyon sırasında HPLC veya toplam organik karbon analizi ile bisin konsantrasyonu için MEA'yı izleyin. Bisin 1000 ppm'in üzerindeyse MEA'yı düzeltin veya oksijen girişini en aza indirin. Menisküs bölgesinin boroskopla üç ayda bir incelenmesi, çukurlaşma bulunması durumunda yatay montaja geçin. Mühendis, bisinin yalnızca menisküsteki çukurlaşmayı artırdığının farkındadır ve bozulan monoetanolamin hizmetinde ısıtıcı ömrünü uzatan odaklanmış azaltma yöntemleri uygular.