Em um aquecedor elétrico de titânio usado para manter 25% de monoetanolamina a 80 graus, por que o produto de degradação oxidativa (bicina) acelera a corrosão apenas na interface de vapor líquido-?

A monoetanolamina (MEA) é comumente usada no tratamento de gases para a remoção de CO₂ e H₂S. MEA é degradado oxidativamente na presença de oxigênio a 80 graus, e a bicina (N,N-bis(2-hidroxietil)glicina) é um produto de degradação significativo. A bicina é um derivado de aminoácido e um agente quelante. Em um aquecedor elétrico de titânio, a bicina se acumula preferencialmente perto da interface de vapor líquido-, ou menisco, devido aos efeitos de evaporação e tensão superficial. Complexos concentrados de íon bicine-titânio neste contato desestabilizam o filme passivo e aceleram a corrosão. A massa líquida que envolve o menisco é passiva e contém uma concentração menor de bicina. Este ataque limitado explica porque é que a linha de água falha enquanto a área submersa permanece em excelentes condições.

Pitting Induzido por Bicine no Menisco: Mecanismo

Produtos de degradação não{0}}voláteis, incluindo bicina, são enriquecidos por um fator de 10 a 100 em relação à solução de MEA em massa à medida que a água evapora do menisco. A bicina compreende grupos funcionais carboxilato e amina, que podem formar complexos estáveis ​​​​com íons Ti⁴⁺: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Essa complexação esgota o Ti4+ do filme passivo e evita a repassivação. A bicina concentrada também reduz o pH local de seu valor bruto de 9–10 para 6–7, desestabilizando ainda mais o óxido de titânio. As pontuações começam no menisco entre 200 e 500 h. A área sob o líquido não é afetada. A alta concentração de sal fornecida pelos produtos de degradação do MEA aumenta a proliferação após a formação de caroços.

Taxas quantitativas de corrosão em diferentes locais no serviço MEA

Testes controlados em 25% de MEA com 5% de bicina, simulando solvente severamente degradado, a 80 graus por 1.000 horas, mostraram diferentes comportamentos de corrosão em diferentes locais. No líquido a granel (submerso, abaixo de 100 ppm de bicina), a densidade de pites é de 0-2 pites/cm2, a profundidade máxima de pites é inferior a 20 µm e a corrosão uniforme permanece abaixo de 0,01 mm/ano. Na zona do menisco, o filme evaporado é concentrado com bicina a 1.000-5.000 ppm, a densidade de picadas é de 50-200 covas/cm2, a profundidade máxima da cova é de 0,3-0,8 mm após 1.000 horas, e a perfuração de uma parede de 1,2 mm ocorre em 1.500-2.500 horas. A densidade de pites é de 5-20 pites/cm 2 e a profundidade máxima de pites é de 0,1-0,2 mm na zona de vapor acima do menisco onde a bicina cristaliza. O ataque ocorre apenas quando a superfície é molhada pela deliquescência.

Ataque meniscal: efeito da concentração de bicina e nível de oxigênio

O grau de corrosão meniscal é demonstrado ser uma função importante da concentração de bicina e da disponibilidade de oxigênio. Para MEA fresco com menos de 100 ppm de bicina e 5 ppm de oxigênio, a concentração de bicina no menisco é inferior a 500 ppm e o tempo para profundidade de perfuração de 0,5 mm é superior a 5.000 horas. MEA 500 ppm bicina, 5 ppm de oxigênio MEA moderadamente degradado Tempo até 0,5 mm de profundidade do poço Menisco Bicina 2.500-5.000 ppm 2.000-3.000 horas Para o MEA em um estado gravemente danificado com 1.000 ppm de bicina e 5 ppm de oxigênio, o menisco bicina é 5.000-10.000 ppm e o tempo para A profundidade do poço de 0,5 mm é de 800-1500 horas. Com MEA altamente degradado a 2.000 ppm de bicina e 5 ppm de oxigênio, a bicina do menisco é de 10.000 a 20.000 ppm e o tempo para profundidade de cova de 0,5 mm é de 400 a 800 horas. A intensidade do ataque e a taxa de criação de bicina aumentam com níveis mais elevados de oxigênio. Com 20 ppm de oxigênio e 1.000 ppm de bicina a granel, o tempo para uma profundidade de poço de 0,5 mm é reduzido para 500-1.000 horas.

Guia de prevenção de corrosão meniscal dos aquecedores MEA

Abaixo está a diretriz para evitar corrosão induzida por bicina na interface de vapor-líquido para 25% de MEA a 80oC com base no projeto do aquecedor e no status de degradação do MEA.

Configuração do aquecedor Condição de degradação MEA (bicine ppm) Mitigação recomendada Taxa de corrosão esperada (mm/ano)
Nível de líquido fixo e vertical Fresco (<100 ppm) None <0.05
Nível de líquido fixo verticalDegradado moderadamente (500–1.000 ppm)Manta de nitrogênio para minimizar o oxigênio. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2.000 ppm)Montagem horizontal (remove o menisco)<0.05
Horizontal Qualquer Totalmente submerso 0,02<
Manga vertical de PTFE Qualquer manga cobre a zona do menisco<0.05
Preservação de Menisco de Engenharia e Outros

A resistência à corrosão no menisco depende da qualidade do titânio. O grau 7 (paládio-estabilizado) teve 2-3 vezes maior resistência à corrosão induzida por bicina do que o grau 2 na mesma concentração de menisco. A espessura da parede é uma margem de material: uma parede de 2,0 mm com corrosão meniscal de 0,5 mm/ano dura 4 anos. Para regular a deterioração do MEA, inibidores de corrosão (por exemplo, sulfito de sódio) podem ser usados ​​para eliminar o oxigênio e minimizar a produção de bicina. A recuperação regular de MEA por destilação elimina bicina e outros produtos de degradação. O nível do líquido deve ser mantido constante para evitar umedecimento e secagem cíclicos que aceleram a concentração da bicina.

Fazendo uma especificação informada

Projete um aquecedor elétrico de titânio para montagem horizontal em 25% MEA a 80 graus para apagar completamente o contato com vapor líquido-. Se a instalação vertical for inevitável, construa uma manta de nitrogênio acima do líquido para minimizar a intrusão de oxigênio e o desenvolvimento de bicina. Para aquecedores verticais existentes, aplique uma manga retrátil de PTFE de 50 a 100 mm de comprimento na zona estimada do menisco para separar o titânio da bicina concentrada. Monitore MEA quanto à concentração de bicina por HPLC ou análise de carbono orgânico total durante a operação. Se a bicina estiver acima de 1.000 ppm, recupere o MEA ou minimize a entrada de oxigênio. Inspeção trimestral da zona do menisco com boroscópio, mude para montagem horizontal se for encontrada corrosão. O engenheiro reconhece que a bicina aumenta a corrosão apenas no menisco e aplica métodos de mitigação focados que melhoram a vida útil do aquecedor em serviços deteriorados de monoetanolamina.