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碳钢在含热稳定性盐的N-甲基二乙醇胺介质中的腐蚀行为研究

韦冬萍

   N-甲基二乙醇胺(MDEA)在使用过程中发生降解作用生成热稳定性盐(HSS),HSS的生成与积累是导致碳钢设备腐蚀加剧的重要原因。本文采用阳极极化曲线法、Tafel曲线法、EIS法等电化学手段,结合SEM和EDS法等现代表面分析技术以及挂片实验法,在研究MDEA底液浓度、各单一HSS阴离子对碳钢的腐蚀性,溶液温度、配对阳离子对HSS溶液腐蚀性影响的基础上,进一步研究了文献尚未见报道的多组分混合HSS体系对碳钢的腐蚀行为、溶解氧对HSS溶液腐蚀性的影响以及在含HSS的MDEA介质中碳钢的腐蚀反应控制过程等问题。为监测、控制实际生产过程的腐蚀问题提供了理论分析和实验依据。 本论文分为5章: 第1章:对醇胺法脱除酸性气体的情况进行概述,指出MDEA具有的优良性能;但由于MDEA的降解,HSS的生成,设备的腐蚀加剧。对已有关于醇胺介质对碳钢的腐蚀性研究进行评述;阐述本文用到的阳极极化曲线、Tafel曲线、电化学阻抗谱以及失重法的基本原理;然后提出本文的技术路线和创新意义。 第2章:应用阳极极化曲线法、EIS法及挂片法就MDEA浓度对碳钢的腐蚀性的影响规律进行研究,结果表明:MDEA浓度变化对碳钢的腐蚀性的影响规律因溶液中HSS的含量不同而异。 (1)在MDEA底液及含少量HSS(3000 mg/L CH3COOH)的各浓度MDEA试液中,随着MDEA浓度的上升溶液对碳钢的腐蚀性呈先上升后下降的趋势,腐蚀性极大值出现在MDEA溶液浓度为30%处。 (2)在HSS含量高的溶液(含HSS阴离子总浓度为13500 mg/L的HSS模拟溶液)中,随着MDEA浓度的上升溶液的腐蚀性单调下降。 第3章:采用阳极极化曲线法和EIS法来评价不同HSS阴离子对碳钢的腐蚀性。采用阳极极化曲线法、EIS法研究各单一HSS阴离子的配对阳离子(MDEAH~+和Na~+)对溶液腐蚀性的影响,同时采用EIS法以及挂片法研究多组分HSS阴离子混合体系中配对阳离子(MDEAH~+和Na~+)对溶液腐蚀性的影响。结果表明: (1)常温下,常见HSS阴离子中Cl-的腐蚀性最强,可导致碳钢发生孔蚀;溶液腐蚀性随Cl-浓度的增加明显增强。 (2)常见HSS阴离子中,甲酸根、乙酸根、丙酸根、硫酸根以及草酸根的腐蚀性较弱,溶液腐蚀性随该几种阴离子浓度的增加缓慢递增。 (3)配对阳离子为Na+(对束缚胺采取加碱中和的处理方法)时溶液的pH值较高,有利于碳钢的钝化,在一定程度上可降低溶液的腐蚀性。 第4章:以含有多种混合HSS的MDEA体系为研究介质,采用Tafel曲线法、阳极极化曲线法、挂片法、SEM、EDS和EIS法等多种手段探索碳钢在其中的腐蚀发展过程和腐蚀速率控制步骤。结果表明: (1)由于HSS模拟溶液的pH值相对较低且含有大量可作为配体的阴离子,故其对碳钢的腐蚀性比底液的大得多,HSS模拟溶液中少量Cl-的引入可以导致碳钢发生显著的孔蚀作用。 (2)碳钢在30%MDEA底液中,腐蚀反应的阴极过程和阳极过程均为电化学反应与扩散传质混合控制;HSS的生成没有改变阴极过程的控制步骤,但阳极过程转为电化学反应控制。 (3)碳钢在HSS模拟溶液中,阳极极化电位由低到高所得的EIS出现感抗、负阻抗以及Warburg阻抗响应等特征,表明相应的孔蚀、由活化状态向钝化状态过渡以及进入钝化状态的趋势。预示着在生产体系中,采取适当的措施可以降低设备的受腐蚀程度。 第5章:以含有多种混合HSS的MDEA体系为研究介质,采用EIS、Tafel曲线、SEM等手段研究溶解氧和溶液温度对碳钢的腐蚀行为的影响。结果表明: (1)碳钢经阴极活化前未除氧化层,溶解氧的阴极去极化作用提高溶液的腐蚀性;碳钢活化后去除氧化层,溶解氧的存在有利于氧化物膜的生成而使溶液的腐蚀性降低。 (2)在含溶解氧的溶液中,碳钢经阴极活化处理后,氧化物膜恢复的程度因介质中是否含大量的HSS而异;在HSS模拟溶液中由于pH值相对较低且含有大量可作为配体的阴离子,故能有效阻碍氧化物膜的形成。 (3)温度升高全面腐蚀速度提高;高温降低宏观孔蚀的形成速度。……   
[关键词]:热稳定性盐;N-甲基二乙醇胺;碳钢;腐蚀;阳极极化曲线;Tafel曲线;电化学阻抗谱
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:厦门大学2007年