Waarom versnelt het oxidatieve afbraakproduct (Bicine) in een elektrische verwarmer van titanium die wordt gebruikt om 25% mono-ethanolamine op 80 graden te houden de putvorming alleen op het vloeistof-dampgrensvlak?

Monoethanolamine (MEA) wordt veel gebruikt bij de gasbehandeling voor de verwijdering van CO₂ en H₂S. MEA wordt oxidatief afgebroken in de aanwezigheid van zuurstof bij 80 graden, en bicine (N,N-bis(2-hydroxyethyl)glycine) is een aanzienlijk afbraakproduct. Bicine is een aminozuurderivaat en een chelaatvormer. In een elektrische verwarmer van titanium hoopt bicine zich bij voorkeur op nabij het vloeistof-dampgrensvlak of de meniscus, als gevolg van verdamping en oppervlaktespanningseffecten. Geconcentreerde bicine-titaanionencomplexen bij dit contact destabiliseren de passieve film en versnellen putvorming. De bulkvloeistof rond de meniscus is passief en bevat een lagere concentratie bicine. Deze beperkte aanval verklaart waarom de waterlijn het begeeft terwijl het onder water gelegen gebied in uitstekende staat blijft.

Bicine-geïnduceerde putjes bij de meniscus: mechanisme

Niet-vluchtige afbraakproducten, waaronder bicine, worden verrijkt met een factor 10 tot 100 ten opzichte van de bulk-MEA-oplossing naarmate water uit de meniscus verdampt. Bicine omvat functionele carboxylaat- en aminegroepen, die stabiele complexen kunnen vormen met Ti⁴⁺-ionen: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Deze complexering haalt Ti4+ uit de passieve film en vermijdt repassivering. De geconcentreerde bicine verlaagt ook de lokale pH van de bulkwaarde van 9–10 naar 6–7, waardoor het titaniumoxide verder wordt gedestabiliseerd. Pitten beginnen tussen 200 en 500 uur bij de meniscus. Het gebied onder de vloeistof wordt niet beïnvloed. De hoge zoutconcentratie die wordt geleverd door MEA-afbraakproducten verhoogt de proliferatie bij de vorming van putten.

Kwantitatieve putpercentages op verschillende locaties in MEA Service

Gecontroleerd testen in 25% MEA met 5% bicine, waarbij ernstig afgebroken oplosmiddel wordt gesimuleerd, bij 80 graden gedurende 1000 uur, heeft op verschillende locaties verschillend putgedrag aangetoond. In de bulkvloeistof (ondergedompeld, minder dan 100 ppm bicine) bedraagt ​​de putdichtheid 0-2 putjes/cm2, de maximale putdiepte is minder dan 20 µm en uniforme corrosie blijft beneden 0,01 mm/jaar. In de meniscuszone wordt de verdampte film geconcentreerd met bicine tot 1000-5000 ppm, de putjesdichtheid is 50-200 putjes/cm², de maximale putdiepte is 0,3-0,8 mm na 1000 uur en de perforatie van een wand van 1,2 mm vindt plaats in 1500-2500 uur. De putjesdichtheid is 5-20 putjes/cm2 en de maximale putdiepte is 0,1-0,2 mm in de dampzone boven de meniscus waar bicine kristalliseert. Aantasting vindt alleen plaats als het oppervlak bevochtigd wordt door vervloeiing.

Meniscusaanval: effect van bicineconcentratie en zuurstofniveau

Er is aangetoond dat de mate van putvorming in de meniscus een belangrijke functie is van de bicineconcentratie en de beschikbaarheid van zuurstof. Voor verse MEA met minder dan 100 ppm bicine en 5 ppm zuurstof is de bicineconcentratie bij de meniscus minder dan 500 ppm en is de tijd tot putdiepte van 0,5 mm groter dan 5.000 uur. MEA 500 ppm bicine, 5 ppm zuurstof Matig afgebroken MEA Tijd tot 0,5 mm putdiepte Meniscus Bicine 2.500-5.000 ppm 2.000-3.000 uur Voor de MEA in zwaar beschadigde toestand met 1000 ppm bicine en 5 ppm zuurstof is de meniscus bicine 5000-10.000 ppm en de tijd tot 0,5 mm put diepte is 800-1500 uur. Met sterk afgebroken MEA bij 2.000 ppm bicine en 5 ppm zuurstof, is meniscus bicine 10.000 tot 20.000 ppm en is de tijd tot 0,5 mm putdiepte 400 tot 800 uur. De intensiteit van de aanval en de snelheid waarmee bicine wordt aangemaakt, nemen toe met hogere zuurstofniveaus. Met 20 ppm zuurstof en 1.000 ppm bulkbicine wordt de tijd tot een putdiepte van 0,5 mm teruggebracht tot 500-1.000 uur.

MEA-verwarmers Gids ter voorkoming van meniscusputjes

Hieronder vindt u de richtlijn voor het vermijden van door bicine veroorzaakte putjes op het vloeistof-dampgrensvlak voor 25% MEA bij 80oC, gebaseerd op het verwarmingsontwerp en de degradatiestatus van de MEA.

Verwarmingsconfiguratie MEA-afbraakconditie (bicine ppm) Aanbevolen mitigatie Verwachte putsnelheid (mm/jr)
Verticaal, vast vloeistofniveau Vers (<100 ppm) None <0.05
Verticaal vast vloeistofniveau In gematigde mate afgebroken (500–1000 ppm)Stikstofdeken om zuurstof te minimaliseren. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm)Horizontale montage (verwijdert meniscus)<0.05
Horizontaal Alle Volledig ondergedompeld 0,02<
Verticale, PTFE-hoes Elke mouw bedekt de meniscuszone<0.05
Engineering Meniscusbehoud en anderen

De weerstand tegen putjes bij de meniscus hangt af van de kwaliteit van het titanium. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) had een 2-3 keer grotere weerstand tegen bicine-geïnduceerde putjes dan graad 2 bij dezelfde meniscusconcentratie. De wanddikte is een materiaaltoeslag: een wand van 2,0 mm met meniscusputting van 0,5 mm/jaar gaat 4 jaar mee. Om de verslechtering van MEA te reguleren kunnen corrosieremmers (bijv. natriumsulfiet) worden gebruikt om zuurstof op te vangen en de productie van bicine te minimaliseren. Regelmatige MEA-terugwinning door destillatie elimineert bicine en andere afbraakproducten. Het vloeistofniveau moet constant worden gehouden om cyclisch bevochtigen en drogen te voorkomen, wat de bicineconcentratie versnelt.

Een geïnformeerde specificatie maken

Ontwerp een elektrische verwarmer van titanium voor horizontale montage in 25% MEA bij 80 graden om het vloeistof-dampcontact volledig te elimineren. Als verticale installatie onvermijdelijk is, bouw dan een stikstofdeken boven de vloeistof om het binnendringen van zuurstof en de ontwikkeling van bicine te minimaliseren. Breng bij bestaande verticale verwarmingstoestellen een PTFE-krimphuls van 50–100 mm lengte aan in de geschatte meniscuszone om het titanium van de geconcentreerde bicine te scheiden. Monitor MEA op bicineconcentratie door HPLC of totale organische koolstofanalyse tijdens bedrijf. Als de bicinewaarde hoger is dan 1.000 ppm, herstel dan de MEA of minimaliseer het binnendringen van zuurstof. Driemaandelijkse inspectie van de meniscuszone met boroscoop, overstappen op horizontale montage als er putjes worden aangetroffen. De ingenieur erkent dat bicine de putvorming alleen bij de meniscus vergroot, en hij past gerichte mitigatiemethoden toe die de levensduur van de verwarming verbeteren bij een verslechterde werking van mono-ethanolamine.