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摘要天然氣中微量的汞對(duì)輕烴裝置的鋁合金板翅式換熱器具有極強(qiáng)的腐蝕性。文章通過(guò)對(duì)脫汞工藝的分析對(duì)比，及脫汞實(shí)施效果的分析，提高人們對(duì)冷箱的汞腐蝕認(rèn)識(shí)，加深對(duì)脫汞工藝的掌握具有較強(qiáng)的參考借鑒價(jià)值。
論文關(guān)鍵詞：輕烴裝置,脫汞,腐蝕

　　目前，通常采用固體吸附劑脫除天然氣中的汞，脫汞后的天然氣汞含量可降至0.001～0.01μg/m3。按照吸附原理的不同，可以分為不可再生工藝和可再生工藝兩種：

　　①不可再生工藝 通常采用載硫活性炭作為吸附劑的固定床反應(yīng)器，原料氣先脫水后，再經(jīng)載硫活性炭脫除天然氣的汞�；钚蕴恐械牧蚩梢院凸�反應(yīng)結(jié)合而附著在活性炭過(guò)渡孔中，從而達(dá)到脫汞的目的，其化學(xué)反應(yīng)式為：2Hg＋S2→2HgS。海南海然高新能源有限公司所屬的LNG裝置2007年3月采用載硫活性碳脫汞，脫汞前原料氣中的汞含量為20～40μg/m3），脫汞后氣體中檢測(cè)不出汞含量，效果較好。

　�、诳稍偕�工藝 通常采用HgSIV作為吸附劑的固定床反應(yīng)器，原料氣在脫水的同時(shí)也脫除天然氣的汞。HgSIV脫汞分子篩是美國(guó)UOP公司生產(chǎn)的專用分子篩脫汞劑，能同時(shí)脫汞和脫水，HgSIV分子篩的表面含有銀，天然氣中的汞通過(guò)與銀相溶合的方式而脫除，HgSIV分子篩的添加方式和傳統(tǒng)分子篩一致，不需要特殊流程，可以在線再生，再生溫度和脫水用分子篩再生溫度相近，可與分子篩填裝在一個(gè)塔內(nèi)。HgSIV-3型分子篩的顆粒直徑約1.9mm，密度約730kg/m3，含水質(zhì)量分率小于5%。其化學(xué)分子式為：Mx[(ALO2)x(SiO2)y]·aAg2O·zH2O [M=Na]。埃及Khalda石油公司Salam天然氣處理廠在2000年檢測(cè)出原料天然氣的汞含量為75～175μg/m3，吸附脫汞采用HgSIV吸附劑，處理后的外銷天然氣中汞含量低于20μg/m3。

　　2、腐蝕機(jī)理 汞是一種重金屬元素，俗稱水銀，常溫下呈液態(tài)，銀白色，易流動(dòng)，密度13.5951g／cm3（即0℃時(shí)汞的密度），沸點(diǎn)356℃，凝點(diǎn)-39℃。汞能溶解多種金屬，溶解后生成的汞合金又稱汞齊。

　　一般說(shuō)來(lái)，與汞性質(zhì)相近的金屬易于被溶解，在20℃時(shí)，Al在汞中的溶解度約為2.3×10-3%。一旦輕烴裝置的天然氣中含汞，在一定條件下可能對(duì)冷箱造成嚴(yán)重?fù)p壞，其腐蝕機(jī)理主要有如下幾種：

　　1) 溶解腐蝕 純凈的金屬鋁極易與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成一層致密的Al2O3鈍化膜。但保護(hù)膜不僅在一定工況下（如變形）容易破裂，而在天然氣的密閉厭氧條件下無(wú)法再次鈍化生成保護(hù)膜。且很少量的汞就可導(dǎo)致鈍化膜破裂。Hg在鋁合金上生成附著力很小的汞齊，通過(guò)表面擴(kuò)散分離鈍化膜，使其抗腐蝕性能不斷下降。這樣，汞和鋁之間的潤(rùn)濕也變得容易，不斷發(fā)生汞對(duì)鋁的溶解腐蝕。

　　2) 化學(xué)反應(yīng)腐蝕 溶解于汞齊中的鋁易與天然氣中的微量的水反應(yīng)生成Al (OH)3，生成的Al (OH)3不溶解于汞而浮在汞表面。這樣就會(huì)有新的（再下一層的）鋁溶解于汞中,然后又與水反應(yīng)生成Al (OH)3。即：Al + Hg→Al Hg （1） 2Al Hg+ 6H2O→2Al (OH)3+3H2+2Hg （2）

　　反應(yīng)（1）和（2）形成了一個(gè)催化循環(huán)，產(chǎn)生了對(duì)鋁合金的連續(xù)腐蝕破壞。這樣反復(fù)下去，汞不會(huì)減少，鋁卻不斷與天然氣中微量的水反應(yīng)而不斷變薄，直至腐蝕開(kāi)裂。若天然氣中含氧（O2），則氧也將于汞齊中的鋁反應(yīng)生成Al2O3。生成的Al2O3不溶于汞，而浮在汞表面，這樣就會(huì)有新的（再下一層的）鋁溶解于汞中。其化學(xué)反應(yīng)腐蝕機(jī)理同與水反應(yīng)類似。

　　3) 液體金屬脆（斷） 固體金屬和液體金屬（如Hg，Ga）接觸而引起強(qiáng)度和韌性降低或低應(yīng)力脆斷的現(xiàn)象稱為液體金屬脆。1874年首次發(fā)現(xiàn)液體金屬汞可以導(dǎo)致Zn的脆性以來(lái), 人們對(duì)液體金屬脆現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛的研究, 提出了各種機(jī)制。關(guān)于液體金屬脆斷已發(fā)表了不少研究工作和評(píng)述性論文, 其理論主要有吸附降低表面能或鍵合力理論和吸附促進(jìn)局部塑性變形導(dǎo)致脆斷理論。

　　3、雅克拉站主換熱器腐蝕實(shí)例：通過(guò)雅克拉集氣處理站返廠檢修的主冷箱腐蝕情況看，由于天然氣中含汞造成運(yùn)行中出現(xiàn)汞腐蝕的設(shè)備部位主要有物流一出口封頭和集流管、物流二進(jìn)口集合管和封頭，并且既存在汞齊均勻腐蝕，也存在汞引起的鋁合金脆裂腐蝕。最終導(dǎo)致冷箱失效的真正原因是液態(tài)汞引起的鋁合金材質(zhì)的脆裂。

　　4、脫汞方案比選

　　兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況詳見(jiàn)表。

　　方案

　　方案一

　　方案二

　　浸漬硫的活性炭脫汞

　　更換分子篩脫汞

　　優(yōu)點(diǎn)

　　1.脫汞較徹底，且脫除的汞不進(jìn)入下游流程

　　2.更換周期6年；

　　3.每次更換費(fèi)用24.59萬(wàn)元；

　　4.總投資956.92萬(wàn)元，投資相對(duì)低；

　　1.固體廢棄物中不含汞，較容易處理；

　　2.可再生；

　　缺點(diǎn)

　　1.固體廢棄物含汞（活性炭供應(yīng)廠家可協(xié)議回收）；

　　2.不可再生

　　1.天然氣中所有汞都進(jìn)入下游工藝；

　　2.更換周期3-5年；

　　3.每次更換費(fèi)用427.9萬(wàn)元；

　　4.總投資1015.84萬(wàn)元，投資相對(duì)高；

　　更換分子篩脫汞方案雖然可以再生，但是原料氣中所有的汞會(huì)隨著再生氣又進(jìn)入下游用戶，對(duì)下游用戶的影響較難預(yù)測(cè)；浸漬硫的活性炭脫汞既可以減少進(jìn)入下游用戶的汞含量，也能減少對(duì)系統(tǒng)的影響；且投資省、長(zhǎng)期操作費(fèi)低，更換填料費(fèi)用低，活性炭廠家還可以協(xié)議回收吸收汞后的活性炭，故采用浸漬硫的活性炭脫汞方案較優(yōu)。

　�、芊桨复_定

　　為了裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，設(shè)置雙塔保證在更換脫汞塔填料時(shí)，整個(gè)裝置的安全運(yùn)行，避免填料的頻繁更換。調(diào)研海南高新能源有限公司的脫汞工藝，后期因原料氣中汞含量增加，填料更換周期縮短，改造成雙塔流程。確定脫汞塔設(shè)計(jì)為雙塔流程，

　　5、實(shí)施效果 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

　　脫汞投用后，我們分別選擇干燥塔前、干燥塔粉塵過(guò)濾器后、脫汞粉塵過(guò)濾器后對(duì)工藝氣體的汞含量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果 低于設(shè)計(jì)的0.1µg/Nm3：脫汞流程的投運(yùn)，減少了汞對(duì)裝置內(nèi)鋁合金材質(zhì)容器設(shè)備的腐蝕，徹底消除了鋁合金設(shè)備開(kāi)裂可能造成天然氣大量泄漏的安全隱患，提高了整套裝置的安全性能，避免了重大事故的發(fā)生。產(chǎn)品的汞含量大幅降低，也避免了產(chǎn)品中汞對(duì)用戶的不良影響。

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