硫酸法烷基化裝置腐蝕與防護

張瑞琪 潘成 楊秀波

遼陽石化公司 遼寧遼陽 111003

1 裝置概況

本裝置采用硫酸法碳四烷基化工藝技術(shù)，以MTBE裝置來的醚后碳四以及加氫裂化裝置來的液化石油氣中的碳四為原料，經(jīng)過原料選擇性加氫與脫輕烴、烷基化反應、閃蒸及壓縮制冷、反應產(chǎn)物精制、反應產(chǎn)物分餾等工序，最終生產(chǎn)出烷基化油，原則流程見圖1。

2 常見腐蝕

2.1 主要腐蝕類型

2.1.1 硫酸腐蝕

硫酸是烷基化反應的催化劑，同時也是裝置腐蝕的主要來源，硫酸對金屬的腐蝕主要表現(xiàn)為金屬失電子而被溶解，硫酸對碳鋼的腐蝕速率與硫酸的濃度、溫度、流速有關。隨著硫酸濃度提高，對碳鋼的腐蝕速率所有降低，這是由于濃硫酸與碳鋼反應生成致密的氧化膜，從而抑制了腐蝕的發(fā)生。當介質(zhì)流速逐漸增大時，會將氧化膜沖刷破壞而加劇腐蝕。

2.1.2 堿腐蝕

由于反應流出物要經(jīng)過堿洗等精制過程脫除產(chǎn)物中的硫酸，因此硫酸烷基化裝置的堿液管道存在堿腐蝕。堿液對碳鋼管道的腐蝕主要表現(xiàn)為拉應力與堿液共同作用下的應力腐蝕開裂。堿應力腐蝕開裂通常與堿液的濃度、溫度有關，隨濃度、溫度的升高，碳鋼對應力腐蝕的敏感性增大。

2.1.3 縫隙腐蝕

在設備焊接處的縫隙、焊縫裂紋，墊片底面和螺母上縫隙常積存少量靜止酸液，使此處發(fā)生強烈的局部腐蝕，稱之為縫隙腐蝕。

2.2 主要腐蝕部位

2.2.1 反應系統(tǒng)

烷基化反應系統(tǒng)是裝置的核心，原理是異丁烷與丁烯進料與循環(huán)異丁烷及冷劑共同進入反應器，在濃硫酸催化劑的作用下，異丁烷與丁烯發(fā)生反應，生成烷基化油。硫酸和原料的混合物腐蝕性與硫酸相當，由于局部的湍流、沖刷，對進料管線、攪拌葉輪等部位造成明顯腐蝕。

2.2.2 精制系統(tǒng)

反應產(chǎn)物通過酸洗、堿洗及水洗，脫去反應流出物帶出的酸及酸脂，易腐蝕部位有堿洗罐入口管線、堿洗出口至水洗罐管線、水洗至異丁烷塔管線，該部分既有循環(huán)堿液的沖刷腐蝕，又有中和過程中水分偏析產(chǎn)生的局部稀酸腐蝕。

2.2.3 分餾系統(tǒng)

如反應流出物夾帶的酸脂類雜質(zhì)未被完全脫除，會在下游異丁烷塔的高溫條件下分解放出二氧化硫，遇水則形成亞硫酸，會引起塔頂冷卻系統(tǒng)的嚴重腐蝕。

2.2.4 制冷壓縮系統(tǒng)

在制冷壓縮單元中，異丁烷作為冷劑用于烷基化反應器的冷卻，在閃蒸罐中閃蒸后的氣相被壓縮機重新壓縮，液相循環(huán)到反應器。閃蒸過程的酸夾帶是系統(tǒng)中的主要問題，冷劑空冷器管束會受到酸性物質(zhì)夾帶造成的腐蝕。

3 防腐措施

3.1 設備選材

3.1.1 常用材料的硫酸腐蝕特性

碳鋼：常溫情況下當硫酸濃度小于60%時，隨著硫酸濃度的增加腐蝕速度加快，當硫酸濃度大于60%時，隨著硫酸濃度的增加腐蝕速度會降低，硫酸濃度小于或等于80%時，對碳鋼有很強的腐蝕作用。不銹鋼：在溫度較高時，鐵鉻合金在硫酸中的腐蝕速率較大，鉻鎳不銹鋼的腐蝕性優(yōu)于鉻鋼。銅：銅在稀硫酸中有良好的耐蝕性，但當硫酸中有氧或氧化劑時容易發(fā)生腐蝕。鉛及鉛合金：鉛在硫酸中比較穩(wěn)定，但在高溫濃硫酸中耐蝕性明顯降低。鈦和鈦合金：在室溫下腐蝕速度比較慢，但在40%和80%濃度的時候耐蝕性降低，在發(fā)煙硫酸中比較穩(wěn)定。

3.1.2 材質(zhì)選擇

硫酸烷基化裝置的硫酸質(zhì)量分數(shù)一般在90wt%以上，操作溫度控制在10℃以下，在此條件下，碳鋼的耐蝕性優(yōu)良，通過控制合理的流速，考慮合理的腐蝕裕量，裝置中管道主要選用碳鋼材料。反應系統(tǒng)酸循環(huán)線、精制系統(tǒng)酸洗罐入口管線、酸洗至堿洗管線、堿洗至水洗管線，由于其局部產(chǎn)生稀酸環(huán)境，選用Alloy20合金。水洗罐出口至異丁烷塔管線、外甩冷劑堿洗混合器進出口管線，采用316L不銹鋼。由于管道上工藝閥門的結(jié)構(gòu)相對復雜，易形成湍流，含酸管道的閥門采用Alloy20合金。

3.2 工藝操作

3.2.1 控制原料帶水

如原料中帶水，會稀釋反應器中硫酸，大大加劇設備的腐蝕，為避免此情況發(fā)生，在原料進反應前設有聚結(jié)器，脫除物料中的游離水；同時，要加強的原料脫水預處理，避免大量水分帶入下游。

3.2.2 控制酸烴比

酸烴比是烷基化裝置的重要指標，一般控制在1-1.15：1（V/V），酸烴比過小，酸為分散相，烴為連續(xù)相，會形成“油包酸”，很容易發(fā)生物理跑酸，腐蝕下游管道及設備；酸烴比過大，會影響裝置處理量及產(chǎn)量。

3.2.3 控制溫度

反應溫度過高，會導致化學跑酸，加劇后部工序的腐蝕在操作過程中，應嚴格控制操作溫度，杜絕超溫操作。同時考慮溫度對硫酸環(huán)境腐蝕的影響，含酸管道外設置絕熱層，避免介質(zhì)溫度隨環(huán)境溫度升高而升高。

3.2.4 控制流速

對于酸、堿管道，流速對腐蝕的影響較大，因此應控制合理的流速，一般應小于0.6m/s，當需要提高裝置加工量時，應限制流速在合理范圍內(nèi)。

3.3 其他措施

建立壓力容器、壓力管道小接管臺賬，定期檢測壁厚、檢查外觀腐蝕情況，做好接管的外部防腐。廢酸泵選用雙隔膜往復泵，內(nèi)襯四氟乙烯。增加定點測厚點，尤其是進料線、堿洗出口線、異丁烷塔頂餾出線、變徑、三通、彎頭等部位[1]。

4 結(jié)語

總之，烷基化裝置的腐蝕主要表現(xiàn)為酸、硫酸酯分解產(chǎn)生的亞硫酸腐蝕；反應器反應溫度偏高以及工藝介質(zhì)含有微量水導致的腐蝕；同時，局部溫度、流速的偏高及操作不當引起的參數(shù)波動也是重要影響因素。除重點部位材質(zhì)升級以外，還應從工藝操作、管道元件選型布置、日常管理等方面采取措施，降低腐蝕對裝置的不利影響。