Em purificadores úmidos de incineradores de resíduos que lidam com vapores de ácido clorídrico, qual liga de titânio (Ti-0,15Pd vs Ti-0,3Mo-0,8Ni) oferece resistência superior à corrosão em fendas?

Os lavadores úmidos do incinerador de resíduos ficam na interface entre gases de combustão-de alta temperatura e sistemas de absorção de líquidos corrosivos. Os vapores de ácido clorídrico da queima de plásticos clorados e outros resíduos são condensados ​​em um líquido purificador de 5-15% de HCl a 60-80oC. As ligas de titânio são frequentemente selecionadas para componentes internos de purificadores, como coletores de pulverização, eliminadores de névoa e tubos de reaquecedor. O modo de falha mais comum é a corrosão em fendas nas junções dos tubos com os espelhos, sob as juntas e sob depósitos sólidos. Existem duas ligas de titânio que são concorrentes para este serviço, Grau 7 (Ti-0,15Pd) e Grau 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) e oferecem diferentes métodos de resistência à corrosão em frestas. Este artigo avalia o desempenho das ligas em condições de purificador de ácido clorídrico e determina qual liga oferece melhor proteção contra ataque em fendas.

Mecanismo de corrosão em fendas em purificadores de HCl
Em uma fenda – geralmente uma folga de 0,1-0,5 mm entre um tubo de titânio e uma junta de PTFE ou entre um tubo e uma placa de tubo enrolada – a química é muito diferente do líquido de purificação a granel. Os processos catódicos esgotam rapidamente o oxigênio na fenda. Na ausência de oxigênio, o titânio é dissolvido anodicamente com a formação de íons Ti³⁺ e Ti⁴⁺ que hidrolisam em HCl, reduzindo constantemente o pH da fenda. Em um purificador a granel com 10% de HCl, o pH pode estar abaixo de 0 a um pH de aproximadamente 0,5. A combinação de alto teor de cloreto, baixo pH e transporte de massa limitado resulta em um ambiente autocatalítico que leva à rápida corrosão em fendas, uma vez iniciada.

A resistência de uma liga a este ataque é definida pela temperatura crítica de fenda (CCT) e pelo potencial crítico de fenda (CCP). CCT é a temperatura máxima na qual um conjunto de fenda padronizado (ASTM G78) pode ser imerso por 72 horas sem ataque evidente de fenda. O PCC é o limite além do qual não ocorre início de fenda em uma determinada temperatura e concentração de cloreto.

Grau 7: Passivação Estabilizada com Paládio
O titânio grau 7 contém 0,12-0,25% de paládio, um metal nobre que é um excelente local catódico para evolução de hidrogênio e redução de oxigênio. No ambiente de fendas carentes de oxigênio, o paládio catalisa a redução de íons de hidrogênio (2H+ + 2e- → H2) em um sobrepotencial menor do que o próprio titânio. Esta reação catódica ajusta o potencial de fenda na direção nobre e, portanto, ajuda a sustentar o filme passivo mesmo sob condições de baixo pH e falta de oxigênio.

O grau 7 tem um CCT em HCl a 10% a 70°C de cerca de 65°C - ou seja, o ataque em fendas não começa abaixo de 65°C sob condições de teste padrão. O ataque em fenda ocorre durante 100-200 horas a 75 graus. O grau 7 está igual ou ligeiramente abaixo do seu CCT para um purificador operando a 60-70 graus, proporcionando uma margem de segurança pequena, mas funcional.

12ª série: Mo-Ni Power-Up
O titânio grau 12 possui 0,2-0,4% de molibdênio e 0,6-0,9% de níquel. Em contraste com o paládio, que altera o processo catódico, o molibdênio é enriquecido no filme passivo como espécies de molibdato (MoO₄²⁻) que impedem a penetração do íon cloreto e reduzem a taxa de dissolução anódica. O níquel aumenta a estabilidade do filme passivo na redução de ácidos e auxilia na repassivação após danos mecânicos ao filme. Essa combinação resulta em um filme passivo mais resiliente, resistente à quebra, mesmo em produtos químicos agressivos em fendas.

O grau 12 tem um CCT de cerca de 80 graus em 10% de HCl a 70 graus, o que é muito superior ao grau 7. O grau 12 mostra um leve ataque em fendas após 500 horas a 85 graus. O desempenho aprimorado é atribuído ao fato de que a adição de molibdênio-níquel leva a um aumento na estabilidade intrínseca do filme passivo, em vez da catálise de metal nobre, que pode ser dificultada quando a evolução do hidrogênio é a reação catódica predominante.

Comparação de desempenho do purificador de incinerador
Dados de lavadores de incineradores de resíduos operando a 65-70 graus com 8-12% de HCl mostraram diferenças claras entre as duas ligas. Tubos grau 7 removidos após 5 anos de serviço apresentam ataque de fendas rasas (0,1-0,3 mm de profundidade) nas juntas dos tubos laminados e sob as juntas. Algumas das instalações de Grau 7 sofreram perfuração através de fendas aos 7-8 anos. Sob as mesmas condições, os tubos de Grau 12 não apresentam nenhum ataque significativo de fissuras após 5 anos, e apenas um ataque superficial mínimo (0,05 mm) após 8-10 anos.

A vantagem do Grau 12 é particularmente óbvia em lavadores que apresentam problemas de temperatura.. 75-80 grau de exposição por longos períodos causa ataque em fendas de Grau 7 que podem crescer até 0,5 mm de profundidade em meses. O grau 12 não é relativamente afetado nessas temperaturas.

Matriz de aplicação de liga de titânio para purificador de incinerador
Condição operacional do purificador Concentração de HCl (faixa de temperatura recomendada da ligaFenda prevista-Vida livre
Operação consecutiva, temperatura estável 5-10% 55-65 graus Grau 7 5-7 anos
Trabalho contínuo, temperatura consistente 10-15% 55-65 graus Grau 12 8-10 anos
Temperatura operacional variável varia até 75 graus 5 a 10% 60 a 75 graus Grau 12 6 a 8 anos
Alto desperdício de cloro, frequentemente excursões10-15% 65-80 graus Grau 12 (min) 5-7 anos
Qualquer serviço onde estejam presentes depósitos sólidos pesados. Qualquer depósito de Grau 12 aumenta o risco de fissuras; prefiro a 12ª série
Nova construção, 10 anos de vida útil 5-15% 60-70 graus Grau 12 10+ anos
Conclusão sobre as especificações do purificador do incinerador
Em lavadores úmidos de incineradores de resíduos onde se espera que os vapores de ácido clorídrico estejam a 60-80 graus, o titânio grau 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) é preferível ao grau 7 (Ti-0,15Pd) do ponto de vista da resistência à corrosão em frestas. A inibição anódica da adição de molibdênio-níquel melhora a estabilidade do filme passivo e resulta em uma temperatura crítica de fenda aproximadamente 15 graus mais alta do que o Grau 7. O serviço típico de purificação é de 65-70 graus com 10% de HCl. O grau 12 proporcionará 8 a 10 anos de serviço sem fissuras, mas o grau 7 começará a exibir ataque após 5 a 7 anos. Grau 12: A liga preferida para novas instalações ou substituições que exigem 10 anos de vida útil, mas custa um pouco mais (cerca de 15-20% mais que o Grau 7). O grau 7 ainda é adequado para lavadores de temperatura mais baixa (55-65 graus) ou se o custo de capital inicial for a principal limitação, mas o grau 12 deve ser especificado onde a temperatura do purificador puder ser superior a 65 graus ou onde o teor de cloreto ultrapassar 10%. Ao comprar, solicite tubos ASTM B338 Grau 12 com superfícies decapadas e juntas soldadas (não laminadas) entre tubo e espelho para eliminar fendas nas conexões entre tubo e espelho e ajudar a prolongar a vida útil.