Промышленные испытания нитрита калия в качестве ингибитора коррозии и процесса осмоления моноэтаноламина в узле МЭА-очистки

В агрегатах АМ-76 очистка конвертированного газа от СО₂согласно проекту осуществляется 15¸18% водным раствором моноэтаноламина.

В процессе очистки газа от диоксида углерода в рабочем растворе МЭАпротекает ряд побочных реакций, в которых принимают участие амин, сернистые соединения, диоксид углерода и другие соединения, что приводит к накоплению в рабочем растворе продуктов осмоления МЭАи усилению коррозионной агрессивности рабочего раствора, деградации моноэтаноламина и к его потерям [19].

Согласно проекту АМ-76для защиты оборудования моноэтаноламиновой очистки от коррозии в рабочий раствор МЭАпредусматривалось вводить ингибитор коррозии - пентоксид ванадия в количестве 0,11¸0,15%.

В процессе очистки газа пятивалентный ванадий восстанавливается в низшую четырех и трех валентную форму не обладающую ингибирующей способностью. При этом содержание V₂O₅в рабочем растворе понижается и не должно быть ниже 0,02% вес..

Для обеспечения проектного содержания V₂O₅ в растворе МЭАпредусматривалось проводить окисление низших оксидов ванадия, пропуская через рабочий раствор воздух или технический азот с содержанием кислорода 2¸3% об.. Опыт эксплуатации отделения МЭА - очистки показал, что при подаче воздуха или азота, содержащего кислород, в рабочий раствор происходило осмоление амина и значительное накопление смол в рабочем растворе. Поэтому подачу воздуха (обогащенного азотом) в раствор прекратили. Это привело к накоплению низших оксидов ванадия в растворе МЭА и ухудшению его качества.

Далее, согласно проекту АМ-76в рабочий раствор предусматривалось вводить 2% карбоната калия или КОНдля замедления процесса окисления МЭА. Впроцессе эксплуатации было установлено, что введение К₂СО₃ или КОНв систему моноэтаноламиновой очистки в таком количестве способствовало вспениванию рабочего раствора МЭА.

В связи с этим добавку К₂СО₃ (КОН)в рабочий раствор МЭАсократили примерно на порядок. Ингибитор в раствор не вводили.

Наосновании литературных данных о пассивирующем влиянии нитрит ионов [20] и опыта использования KNO₂в системе “Карсол” были проведены лабораторные исследования по выяснению влияния нитрита калия на качество рабочего раствора МЭА [21].

В процессе исследования установлено, что введение KNO ₂ в рабочий раствор МЭАв количестве 0,5¸1,0г/дм³ не влияет на вспениваемость раствора, снижает коррозионную активность раствора, предотвращая образование продуктов деградации аминов, является ингибитором окисления моноэтаноламина, обладает более высоким пассивирующим действием образцов стали 3 по сравнению с ингибитором коррозии пентоксидом ванадия.

Для окончательного заключения об использовании нитрита калия в качестве ингибитора осмоления МЭАбыли проведены промышленные испытания KNO₂в агрегате АМ-76на Горловском ОАО“Концерн Стирол”.

Для введения нитрита калия в систему очистки предварительно готовили раствор моноэтаноламина с содержанием КNО₂ примерно 1%.

С этой целью из системы в промежуточную емкость поз.333 дренировали “бедный” раствор амина, в котором растворяли нитрит калия. Приготовленный в емкости раствор откачивали в емкость “бедного” (регенерированного) раствора поз.320 и далее насосом подавали на орошение верхней части абсорбера поз.301.

До начала ввода KNO₂ в систему и в период проведения промышленных испытаний нитрита калия фиксировали показания приборов по расходу газа на агрегат, раствора на абсорберы, сопротивлению абсорбера и температуры в регенераторах. В рабочем растворе определяли содержание МЭА, смолы, СО₂, а также вспениваемость и коррозионную активность раствора МЭА. В очищенном газе после абсорбера, в свежем синтез-газе после метанатора и peгeнераторных газах фотоколориметрическим методом определялось содержание оксидов азота.

Показатели работы узла очистки конвертированного газа раствором МЭА до и после введения в него нитрита калия представлены в табл.5.15-5.16.

Из табл.5.15 видно, что до введения KNO₂при нагрузке 36,2¸37,0 тыс.м³/ч по технологическому газу на агрегат в систему МЭА на очистку поступал конвертированный газ с содержанием СО₂ 17,0¸17,36% об.. На орошение абсорбера поз.301 подавали 690¸740 м³ /ч“бедного” и 650¸700 м³/ч “полубедного” раствора МЭА. При этом сопротивление абсорбера колебалось в пределах 0,75¸0,84 ати при проектной норме 0,65¸0,95 ати. Содержание СО₂ в газе после очистки составляло 0,004¸0,015% при норме не более 0,1%.

Как видно из табл.5.15 и до введения KNO₂ в систему МЭА в газах на выходе из отделения очистки присутствовали оксиды азота, содержание которых составляло на выходе из абсорбера 0,062¸0,16 мг/м³, после регенераторов 0,086¸0,2 мг/м³. В свежем синтез-газе после метанатора оксиды азота отсутствовали.

В период промышленных испытаний KNO₂ в качестве ингибитора процесса осмоления моноэтаноламина нагрузка по газу и раствору на абсорбер была практически такой же, как и до ввода KNO₂. Концентрация МЭА в растворе, поступающем на орошение абсорбера, составляла 11,0¸11,6%. При этом остаточное содержание СО₂ в свежем синтез-газе примерно оставалось таким же, как и до ввода KNO₂ и колебалось в пределах 0,009¸0,026% при регламентной норме не более 0,1% об.

Для введение KNO₂ в систему, как уже отмечалось ранее, в емкости поз.333 в “бедном” растворе в течение суток растворили 66 кг KNO₂ и ввели в раствор, поступающий на орошение верхней части абсорбера. В течение следующих суток в систему ввели еще 66 кг KNO₂.При этом нитрит калия в рабочем растворе отсутствовал. В газах после абсорбера и регенераторов содержание оксидов азота составляло 0,38 и 4,1 мг/м³, соответственно. В синтез-газе после метанатора оксиды азота отсутствовали.

На следующий день в раствор еще ввели 33 кг KNO₂.Нитрит калия в рабочем растворе отсутствовал. В газе на выходе из абсорбера содержание оксидов азота составляло 0,9 мг/м³, из регенераторов - 5,6 мг/м³. В последующие сутки КNО₂не вводили, количество NO_хв газах после абсорбера и регенераторов уменьшилось и достигало 0,095 и 0,178 мг/м³, соответственно; после метанатора отсутствовало. Содержание смол в насыщенном растворе после абсорбера снизилось с 1,7 до 0,85 г/дм³, т.е. в 2 раза, что подтверждается результатами лабораторных исследований о возможности применения нитрита калия в качестве ингибитора процесса осмоления моноэтаноламина.

В период проведения обследования проводился контроль вспенивания раствора МЭА.Полученные результаты представлены в табл.5.15. Из таблицы видно, что в период испытаний высота пены насыщенного раствора после абсорбера колебалась в пределах 13¸16см (норма не более 40см) и не превышала высоту пены рабочего раствора (17¸21см) до введения в него нитрита калия.

Из приведенных данных видно, что добавка KNO₂в раствор амина не нарушает гидродинамику процесса очистки.

Значительный интерес представляло изучение в промышленных условиях влияния нитрита калия на коррозионную активность раствора МЭА.

Результаты испытания на скорость коррозии образцов углеродистой стали 3 в рабочем растворе до и после введения в него нитрита калия представлены в табл.5.16.

Из данных, приведенных в табл.5.16 видно, что до введения KNO₂при концентрации МЭАв рабочем растворе 10,3% скорость коррозии образцов стали 3 в среде насыщенного, “полубедного” и “бедного” растворов составляла 0,026; 0,013 и 0,01 мм/год, соответственно. Сталь 3 при такой скорости коррозии относится к Ш группе стойких металлов. После введения в раствор МЭА165 кг KNO₂коррозионная активность раствора заметно снизилась и составляла 0,0044 мм/год для насыщенного и 0,0033 мм/год для “полубедного” растворов. Сталь 3 в среде такого раствора относится ко П группе весьма стойких металлов.

Таблица 5.16. Результаты испытаний образцов углеродистой стали 3 в рабочем растворе МЭА до и после ввода в него KNO₂ (температура испытаний - 80°С).

N п/п	Наименование среды	Скорость коррозии мм/год	Группа,балл
До ввода KNO2
1.	“Бедный” раствор МЭА II потока после регенератора поз.303-А/Б.	0,011	III стойкие, 4 балл
2.	“Полубедный” раствор МЭА I потока после регенератора поз.303-А/Б.	0,013	III стойкие, 4 балл
3.	Насыщенный раствор МЭА на выходе из абсор-бера поз.301	0,025	III стойкие, 4 балл

После ввода KNO₂

4.	“Полубедный” раствор МЭА I потока после реге-нератора поз.303-А/Б.	0,0033	II весьма стойкие, 2 балл
5.	Насыщенный раствор МЭА на выходе из абсор-бера поз.301	0,0044	II весьма стойкие, 2 балл

Как видно из приведенных данных, введение KNO₂ в систему МЭА-очистки значительно снижает коррозионную активность рабочего раствора, что позволяет улучшить состояние оборудования и стабилизировать работу агрегата АМ-76.

Таким образом, в период промышленных испытаний KNO₂установлено, что:

1). Использование нитрита калия примерно на порядок снижает коррозионную активность раствора МЭА. Вспениваемость раствора и степень очистки газа от СО₂ при этом не возрастает.

2). Введение нитрита калия в рабочий раствор снижает содержание смолистых веществ в насыщенном растворе МЭА на выходе из абсорбера.

Следовательно, предотвращая образование продуктов деградации амина в рабочем растворе, нитрит калия является ингибитором процесса окисления моноэтаноламина. По данной работе получен патент на изобретение [22].