煤焦油蒸餾系統(tǒng)腐蝕的研究

吉成林，黃 森

（寶武炭材料科技有限公司梅山分公司，江蘇 南京 210039）

1 工藝簡(jiǎn)介

寶武炭材料科技有限公司梅山分公司焦油蒸餾裝置采用減壓蒸餾工藝。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的原料焦油經(jīng)過(guò)換熱后進(jìn)入預(yù)脫水塔脫除大部分水分和部分輕油，然后進(jìn)入脫水塔脫除水分和輕油，再經(jīng)過(guò)管式加熱爐加熱至一定的溫度后，送入減壓蒸餾塔（主塔），塔頂采出酚油，塔底采出瀝青，側(cè)線采出萘油、洗油、I蒽油、II蒽油餾分。為了防止腐蝕，系統(tǒng)在焦油原料泵前采用碳酸鈉泵連續(xù)注入碳酸鈉溶液，使之與原料中的固定銨鹽反應(yīng)，形成穩(wěn)定的鈉鹽，達(dá)到防止設(shè)備腐蝕的目的。考慮到碳酸鈉溶液與焦油不可能100%充分混合，而原料中的固定銨鹽也存在波動(dòng)，操作中加堿量一般為理論加堿量的的115%～130%。

2 蒸餾系統(tǒng)中氯離子和加堿量關(guān)系

煤焦油的銨鹽一部分為揮發(fā)銨鹽，另一部分則為固定銨鹽。其中揮發(fā)銨鹽由于在較低溫度下能分解，在焦油脫水階段被除去，而固定銨鹽仍會(huì)留在脫水焦油中，當(dāng)加熱到200～250℃時(shí)，分解成微游離酸氣與氨氣。煤焦油中的固定銨鹽主要為氯化銨、硫酸銨和硫氰化銨等，其中氯化銨占整個(gè)固定銨鹽的80%左右，因此重點(diǎn)研究氯離子在焦油蒸餾塔各餾分中的分布情況［1］。

2.1 焦油原料中的氯離子和焦油水分的關(guān)系

焦油中存在的氯包括兩部分，即以氯化銨、氯化鈉等形式存在的無(wú)機(jī)氯和以氯代烴形式存在的有機(jī)氯。研究過(guò)程中連續(xù)對(duì)不同廠家、時(shí)期的焦油采用，分析焦油的水分與氯離子濃度，研究氯離子與水分關(guān)系。焦油中的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動(dòng)很大，焦油含氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)到108.7 mg／kg，最低值僅有15.18 mg／kg。最低值和氯離子腐蝕可容許濃度非常接近，表明焦油中的氯離子濃度和水分含量沒(méi)有明顯的相關(guān)性。

2.2 各餾分氯離子和加堿量的關(guān)系

為了分析焦油蒸餾塔中各餾分氯離子濃度隨加堿量的變化情況，采用調(diào)整加堿量實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行研究。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)原料焦油中氯離子含量計(jì)算理論加堿量，按照理論加堿量加堿、理論加堿量三分之一進(jìn)行加堿、完全不加堿三種方式進(jìn)行生產(chǎn)。期間跟蹤各餾分中氯離子濃度，整理并分析焦油蒸餾塔中各餾分氯離子濃度隨加堿量變化的趨勢(shì)。如圖1所示。

圖1 各餾分中氯離子濃度和焦油原料中氯離子濃度比值與加堿量關(guān)系曲線

2012年4月至7月期間，在焦油蒸餾裝置上進(jìn)行調(diào)整加堿量生產(chǎn)試驗(yàn)。因生產(chǎn)期間焦油原料中的氯離子存在波動(dòng)，故整理分析數(shù)據(jù)時(shí)采用各餾分中氯離子濃度和焦油原料中氯離子濃度的比值來(lái)反映加堿量對(duì)氯離子在各餾分中分布的影響。經(jīng)過(guò)分析整理后得到各餾分中氯離子濃度與焦油原料中氯離子濃度比值均值和蒸餾系統(tǒng)加堿量關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖1。

2.3 硫酸根離子在焦油原料及各餾分中的分布

寶武炭材料科技有限公司梅山分公司焦油蒸餾裝置調(diào)試結(jié)束后進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)件萘油段、蒽油段均發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，其中腐蝕最嚴(yán)重部分集中在蒽油餾分段。結(jié)合煤焦油原料特性，繼續(xù)對(duì)煤焦油蒸餾塔各餾分中硫酸根濃度進(jìn)行跟蹤，見(jiàn)表1。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，煤焦油蒸餾各餾分中硫酸根離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的為蒽油餾分，均值為93.37 mg／kg；洗油餾分中硫酸根離子次之，均值為73.56 mg／kg；萘油餾分中的硫酸根離子較低，均值為34.87 mg／kg；硫酸根離子最低的為酚油餾分，均值為14.22 mg／kg。硫酸根離子在各餾分中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小依次為：蒽油餾分＞洗油餾分＞萘油餾分＞酚油餾分。調(diào)試期間蒽油段發(fā)生的腐蝕和硫酸根離子在各餾分中的分布存在一致性。

表1 焦油原料及各餾分中硫酸根離子濃度統(tǒng)計(jì)表

3 掛片試驗(yàn)

3.1 掛片材料的選擇

考慮到不同材質(zhì)的抗腐蝕性能以及其材料的價(jià)格，選取奧氏體不銹鋼（316L）、超級(jí)奧氏體不銹鋼（904L）、 鎳基合金 （HC276）、 雙相不銹鋼（SAF2205）四種材質(zhì)作為掛片試驗(yàn)的材料。掛片制作后打上鋼印，安裝在各餾分段靠近人孔的塔盤(pán)上；為了測(cè)試各種材料的晶間腐蝕情況，每種材質(zhì)各掛2片，分別為帶焊縫的和不帶焊縫的。

3.2 掛片數(shù)據(jù)分析

通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)HC276材質(zhì)的掛片無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象，表面保護(hù)膜無(wú)明顯損傷；904 L材質(zhì)的掛片有輕微的腐蝕跡象，腐蝕均勻、呈斑點(diǎn)狀；SAF2205材質(zhì)的掛片腐蝕現(xiàn)象顯著，掛片外表存在大量坑洼；316 L材質(zhì)的掛片腐蝕最為明顯，掛片厚度明顯減薄，腐蝕呈均勻態(tài)勢(shì)。對(duì)掛片進(jìn)行預(yù)處理后稱(chēng)重，分析得到各材質(zhì)掛片的腐蝕速率，見(jiàn)表2。

表2 掛片分析數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)煤焦油蒸餾中各餾分腐蝕介質(zhì)分布進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氯離子對(duì)萘油段腐蝕最嚴(yán)重，硫酸根對(duì)蒽油段腐蝕最明顯；2）通過(guò)焦油蒸餾塔內(nèi)掛片實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)同HC276材質(zhì)在焦油蒸餾塔中具有很好的抗腐蝕能力，904L材質(zhì)在焦油蒸餾塔內(nèi)雖然會(huì)發(fā)生輕微點(diǎn)蝕，但也具有一定的抗腐蝕能力；各種材質(zhì)抗腐蝕效果需要在后續(xù)實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步確認(rèn)。