煤焦油蒸餾系統腐蝕的研究

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。經過預處理的原料焦油經過換熱后進入預脫水塔脫除大部分水分和部分輕油，然后進入脫水塔脫除水分和輕油，再經過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，側線采出萘油、洗油、I蒽油、II蒽油餾分。為了防止腐蝕，系統在焦油原料泵前采用碳酸鈉泵連續注入碳酸鈉溶液，使之與原料中的固定銨鹽反應，形成穩定的鈉鹽，達到防止設備腐蝕的目的。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，操作中加堿量一般為理論加堿量的的115%～130%。

2 蒸餾系統中氯離子和加堿量關系

煤焦油的銨鹽一部分為揮發銨鹽，另一部分則為固定銨鹽。其中揮發銨鹽由于在較低溫度下能分解，在焦油脫水階段被除去，而固定銨鹽仍會留在脫水焦油中，當加熱到200～250℃時，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，其中氯化銨占整個固定銨鹽的80%左右，因此重點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機氯和以氯代烴形式存在的有機氯。研究過程中連續對不同廠家、時期的焦油采用，分析焦油的水分與氯離子濃度，研究氯離子與水分關系。焦油中的氯離子質量分數波動很大，焦油含氯離子質量分數最高達到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有明顯的相關性。

2.2 各餾分氯離子和加堿量的關系

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，采用調整加堿量實驗的方式進行研究。主要實驗內容根據原料焦油中氯離子含量計算理論加堿量，按照理論加堿量加堿、理論加堿量三分之一進行加堿、完全不加堿三種方式進行生產。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。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系曲線

2012年4月至7月期間，在焦油蒸餾裝置上進行調整加堿量生產試驗。因生產期間焦油原料中的氯離子存在波動，故整理分析數據時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反映加堿量對氯離子在各餾分中分布的影響。經過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加堿量關系曲線圖見圖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試結束后進行檢查，發現塔內件萘油段、蒽油段均發生腐蝕現象，其中腐蝕最嚴重部分集中在蒽油餾分段。結合煤焦油原料特性，繼續對煤焦油蒸餾塔各餾分中硫酸根濃度進行跟蹤，見表1。分析數據發現，煤焦油蒸餾各餾分中硫酸根離子質量分數最高的為蒽油餾分，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量分數大小依次為：蒽油餾分＞洗油餾分＞萘油餾分＞酚油餾分。調試期間蒽油段發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計表

3 掛片試驗

3.1 掛片材料的選擇

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

3.2 掛片數據分析

通過觀察發現HC276材質的掛片無明顯腐蝕現象，表面保護膜無明顯損傷；904 L材質的掛片有輕微的腐蝕跡象，腐蝕均勻、呈斑點狀；SAF2205材質的掛片腐蝕現象顯著，掛片外表存在大量坑洼；316 L材質的掛片腐蝕最為明顯，掛片厚度明顯減薄，腐蝕呈均勻態勢。對掛片進行預處理后稱重，分析得到各材質掛片的腐蝕速率，見表2。

表2 掛片分析數據表

4 結論

1）通過對煤焦油蒸餾中各餾分腐蝕介質分布進行研究，發現氯離子對萘油段腐蝕最嚴重，硫酸根對蒽油段腐蝕最明顯；2）通過焦油蒸餾塔內掛片實驗發現同HC276材質在焦油蒸餾塔中具有很好的抗腐蝕能力，904L材質在焦油蒸餾塔內雖然會發生輕微點蝕，但也具有一定的抗腐蝕能力；各種材質抗腐蝕效果需要在后續實際應用中進一步確認。