Como um trocador de calor de PTFE resiste à pasta de catalisador de ácido sulfúrico no aquecimento de unidades de alquilação?

O ambiente ácido para alquilação
Em unidades de alquilação de petróleo, o isobutano reage com olefinas leves na presença de um catalisador de ácido sulfúrico para produzir componentes de alta-octanagem para gasolina. O catalisador ácido é passado através do reator a uma concentração de 85-98% e carrega óleos solúveis em ácido, alcatrões e partículas de lodo em suspensão. A mistura é um tanto corrosiva e ligeiramente abrasiva. Este fluido agressivo ataca o trocador de calor, que controla a temperatura da reação.

Trocadores de calor metálicos, mesmo com materiais de{0}alta liga, como Hastelloy, têm vida útil limitada neste clima. O ácido ataca a superfície do metal e forma-se uma camada de produto de corrosão que é então degradada pelas partículas suspensas. O ácido ataca novos metais expostos à corrosão. O ciclo de erosão-corrosão promove a perda de metal. A vida útil é geralmente de 2 a 5 anos; as substituições são frequentes.

O PTFE é resistente ao ácido sulfúrico em qualquer concentração e em todas as temperaturas até 260 graus. O polímero homogêneo não possui nenhuma camada de produto de corrosão que possa ser desgastada. A superfície resiste a danos químicos e ataques mecânicos. O mecanismo combinado de erosão-corrosão que destrói os trocadores metálicos não ocorre no PTFE.

A sinergia da erosão-Corrosão do metal
No tratamento de pasta ácida sobre uma superfície metálica, o dano progride através de um ciclo sinérgico. O ácido ataca a superfície do metal, produzindo uma camada de produtos de corrosão – sulfatos, óxidos e hidratos metálicos. Esta camada é mais flexível e menos adesiva que o metal abaixo dela. As partículas abrasivas na lama desgastam a camada do produto de corrosão, revelando metal fresco. O novo metal corrói rapidamente e a nova camada de produto de corrosão é novamente degradada.

Este ciclo aumenta a taxa de corrosão e a taxa de erosão. A taxa geral de perda de metal pode ser de 5 a 20 vezes maior que a taxa de corrosão em ácido sem partículas ou a taxa de erosão em pasta não{3}}corrosiva.

O PTFE não irá corroer. Nenhuma camada de produto de corrosão está presente. O ácido encontra uma superfície quimicamente inerte. As partículas abrasivas podem induzir desgaste mecânico lento, mas o desgaste não é apenas uniforme, mas previsível - sem amplificação sinérgica. A parede do tubo é gradualmente desgastada por pura erosão mecânica, a uma taxa medida em mícrons a cada ano.

Parâmetro de serviço de alquilaçãoPTFE Hastelloy C-276
Taxa de corrosão ácida (sem-partículas) 0,05-0,15 mm/ano 0
Formação de camada de produto de corrosão Sim Não
Erosão da camada de produto de corrosãoSim (acelera a perda de metal) N/A
Erosão-taxa de corrosão combinada 0,25-0,75 mm/ano 0,005-0,02 mm/ano (somente desgaste mecânico)
Vida útil (anos) 2-5 15+
A vantagem do manuseio de lodo
O comportamento da corrosão é ainda mais complicado pela tendência dos óleos solúveis em ácido e das lamas presentes no ácido de alquilação se depositarem nas superfícies do permutador de calor, formando uma camada de incrustação que actua como isolamento dos tubos. Os revestimentos de produtos de corrosão em superfícies metálicas criam uma superfície áspera de alta energia para atrair a deposição de lama. A sujeira se acumula, endurece e deve ser removida mecanicamente.

O PTFE tem uma superfície lisa com baixa energia superficial, dificultando a adesão do lodo. As partículas de lama deslizam sobre a superfície do tubo sem aderir. Qualquer pequena sujeira que for depositada é simplesmente lavada. Não há remoção periódica de lodo, portanto a superfície permanece limpa e a transferência de calor permanece estável.

O bônus de compatibilidade de processo
O PTFE não é afetado pelo ácido sulfúrico em todo o espectro de composições de ácidos de alquilação-desde ácido fresco a 98% até ácido esgotado a 85% com hidrocarbonetos dissolvidos e lodo. O material não é catalítico para reações ácidas-de hidrocarbonetos. Não libera íons metálicos que possam interferir no processo de alquilação. O trocador de PTFE fornece um elemento quimicamente inerte para um processo onde a catálise indesejada pode influenciar a qualidade do produto.

Conclusão
Os trocadores de calor de PTFE são usados ​​para aquecer a pasta de catalisador de ácido sulfúrico em unidades de alquilação e fornecem um serviço superior, reduzindo a sinergia de erosão-corrosão que promove a perda de metal em trocadores metálicos. A superfície quimicamente inerte não possui uma camada de produtos de corrosão para degradar. Essa superfície lisa e de baixa{3}}energia resiste à fixação do lodo. A vida útil de 15+ anos versus 2-5 anos para Hastelloy C-276. Consequentemente, a menor frequência de substituição e a transmissão de calor confiável tornam o PTFE a melhor escolha economicamente para operação com ácido de alquilação.

A ajuda de engenharia para especificações de trocadores de calor de PTFE em aplicações de alquilação e lodo ácido é fornecida com o envio da composição ácida, teor de lodo, temperatura operacional e vida útil atual do equipamento.