高爐煤氣TRT緩蝕阻垢劑的研制與配方設(shè)計(jì)

【摘要】：針對(duì)高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕和積鹽的特點(diǎn),本課題合成了幾種高效氣相緩蝕劑,通過優(yōu)化配方設(shè)計(jì),研制了系列TRT專用高效緩蝕阻垢劑。實(shí)驗(yàn)通過合適的條件分別合成了嗎啉系列、脲胺類、季銨鹽系列氣相緩蝕劑。結(jié)果表明,4-(N,N)-二異丙基胺甲基嗎啉(DIPAM)適宜合成條件為:嗎啉、二異丙胺和甲醛的摩爾比為1:1:1.2,反應(yīng)溫度為40℃,反應(yīng)時(shí)間為5h,苯甲酸與嗎啉的摩爾比為1.5:1,產(chǎn)品為白色片狀晶體,產(chǎn)率為96.35%;4-(N,N)-二正丁基胺甲基嗎啉(DBM)的適宜合成條件為:嗎啉、二正丁胺與甲醛的摩爾比為1:1.2:1.2,反應(yīng)溫為60℃,反應(yīng)時(shí)間為5 h,產(chǎn)物為白色片狀晶體,產(chǎn)率可達(dá)93.95%;4-(N,N)-二環(huán)己基胺甲基嗎啉(DCHAM)的適宜合成條件為:嗎啉、二環(huán)己胺和甲醛的摩爾比為1:1:1.2,反應(yīng)溫為50℃,反應(yīng)時(shí)間為5 h,鹽酸與嗎啉的摩爾比為1.4:1,產(chǎn)物為白色粉狀固體,產(chǎn)率可達(dá)75.50%;二異丙胺甲基脲(DMU)的適宜合成條件為:尿素、二異丙胺和甲醛的摩爾比為1:1:1.2,反應(yīng)溫度為80℃,鹽酸與尿素的摩爾比為1.2:1,產(chǎn)物為白色粉末狀固體,產(chǎn)率為90.83%;以多聚甲醛、丙炔醇、有機(jī)胺、氯化芐、無水乙醇為原料,甲苯為攜水劑,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下合成了環(huán)己基炔氧甲基芐基季銨鹽(CABQAS)和辛基炔氧甲基芐基季銨鹽(OABQAS),產(chǎn)物為棕紅色液體。緩蝕阻垢劑選擇了環(huán)己胺、乙醇胺、丙炔醇、HPMA(水解聚馬來酸酐)作為基礎(chǔ)組分與合成的緩蝕劑關(guān)鍵組分進(jìn)行復(fù)配,以甲醇做溶劑。其中環(huán)己胺溶于水和有機(jī)溶劑,能隨水蒸氣揮發(fā),并能吸收二氧化碳生成碳酸鹽;乙醇胺有極強(qiáng)的吸收酸性氣體的能力;丙炔醇揮發(fā)性好,成膜快,能抑制乙酸、磷酸、硫酸、鹽酸等酸性物質(zhì)對(duì)鐵、銅、鎳等金屬的腐蝕,是鋼鐵行業(yè)廣泛應(yīng)用的防銹劑;HPMA分子中的羧基能與水中的成鹽陽離子形成化合物,促進(jìn)晶格畸變,使沉淀轉(zhuǎn)為流動(dòng)性好的松散性水渣,具有抑制新垢的形成和剝離老垢的作用,是一種性能優(yōu)良的阻垢劑。該復(fù)合緩蝕阻垢劑各組分均為小分子物質(zhì),具有較低的飽和蒸汽壓,容易氣化和擴(kuò)散,既能發(fā)揮最大的保護(hù)效果,同時(shí)也不易堵塞管道和閥門。采用靜態(tài)失重法和極化曲線法對(duì)合成的緩蝕劑進(jìn)行了緩蝕性能評(píng)價(jià),結(jié)果表明,合成的系列緩蝕劑均具有良好的緩蝕效果。DIPAM緩蝕劑配方中,各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為DIPAM10%、乙醇胺30%、丙炔醇10%、環(huán)己胺10%時(shí),緩蝕率可達(dá)100%。DBM緩蝕劑配方中,各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為DBM9%、環(huán)己胺15%、乙醇胺15%、丙炔醇10%時(shí),緩蝕率可達(dá)98.46%。DCHAM緩蝕劑配方中,各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為環(huán)己胺15%、乙醇胺15%、丙炔醇10%、DCHAM 12%時(shí),緩蝕率達(dá)95.67%。DMU緩蝕劑配方中,當(dāng)各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為環(huán)己胺15%、乙醇胺15%、丙炔醇10%、DMU 15%時(shí),緩蝕率達(dá)97.61%。季銨鹽緩蝕劑配方中,當(dāng)緩蝕劑用量為20%時(shí),CABQAS緩蝕率達(dá)98.47%,OABQAS緩蝕率達(dá)97.87%。采用極化曲線法對(duì)緩蝕劑配方的類型進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明上述幾類緩蝕劑均使A3掛片的腐蝕電位Ecorr發(fā)生了負(fù)移,說明幾類緩蝕劑主要抑制腐蝕過程的陰極反應(yīng),均屬于陰極極化型氣相緩蝕劑。通過優(yōu)化配方實(shí)驗(yàn),我們擬定了系列緩蝕阻垢劑的配方,其基本組成如下:環(huán)己胺15%~25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同);乙醇胺15%~30%;嗎啉鹽8%~15%;脲胺鹽5%~10%;炔氧甲基胺季銨鹽5%~10%;丙炔醇8%~15%;HPMA8%~15%;甲醇余量。采用動(dòng)態(tài)失重法在模擬高爐煤氣中對(duì)緩蝕阻垢劑的緩蝕阻垢性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),其緩蝕阻垢率可達(dá)90%。本課題研制的系列TRT緩蝕阻垢劑已在山東日照鋼鐵集團(tuán)的高爐煤氣TRT機(jī)組進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn),其緩蝕阻垢率等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到協(xié)議要求,其中煤氣排水器出水p H值基本穩(wěn)定在5.0~6.0范圍內(nèi),基本達(dá)到p H≥5.0的協(xié)議要求;緩蝕率達(dá)到72.6%,達(dá)到緩蝕率大于65%的協(xié)議要求;管壁平均損失厚度為0.08mm/a,達(dá)到平均壁厚損失小于0.1mm的協(xié)議要求。TRT軸瓦振動(dòng)值基本維持在20~26μm范圍內(nèi),機(jī)組檢修周期成倍提高,噸鐵發(fā)電量提高近30%,為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,為后續(xù)技術(shù)工藝改進(jìn)和市場開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：高爐煤氣 TRT 緩蝕阻垢劑 失重法 極化曲線 復(fù)配
【學(xué)位授予單位】：江漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.42
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 前言13-15
• 第1章 緒論15-26
• 1.1 高爐煤氣TRT技術(shù)簡介15-17
• 1.2 高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕的特點(diǎn)17-18
• 1.3 高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕積鹽原因及防護(hù)措施18-19
• 1.3.1 高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕積鹽原因18-19
• 1.3.2 高爐煤氣TRT系統(tǒng)防護(hù)措施19
• 1.4 緩蝕劑及其作用機(jī)理19-24
• 1.4.1 緩蝕劑的分類19-21
• 1.4.2 緩蝕劑的作用機(jī)理21
• 1.4.3 氣相緩蝕劑及其研究進(jìn)展21-24
• 1.5 阻垢劑及其作用機(jī)理24-26
• 1.5.1 阻垢劑的分類24-25
• 1.5.2 阻垢劑的作用機(jī)理25-26
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分26-34
• 2.1 儀器與藥品26-28
• 2.2 緩蝕劑的合成28
• 2.3 緩蝕劑評(píng)價(jià)方法28-30
• 2.3.1 靜態(tài)失重法28-30
• 2.3.2 動(dòng)態(tài)失重法30
• 2.3.3 極化曲線法30
• 2.4 阻垢劑評(píng)價(jià)方法30-32
• 2.5 緩蝕阻垢劑配方設(shè)計(jì)32-34
• 第3章 緩蝕劑的合成34-53
• 3.1 4-(N,N)-二異丙基胺甲基嗎啉(DIPAM)的合成34-39
• 3.1.1 合成原理及步驟34-35
• 3.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響35-36
• 3.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響36-37
• 3.1.4 物料配比對(duì)產(chǎn)物收率的影響37
• 3.1.5 苯甲酸用量對(duì)產(chǎn)物收率的影響37-38
• 3.1.6 產(chǎn)物紅外表征38-39
• 3.2 4-(N,N)-二正丁基胺甲基嗎啉(DBM)的合成39-42
• 3.2.1 合成原理及步驟39
• 3.2.2 物料配比對(duì)產(chǎn)物收率的影響39-40
• 3.2.3 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響40-41
• 3.2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響41
• 3.2.5 產(chǎn)物紅外表征41-42
• 3.3 4-(N,N)-二環(huán)己基胺甲基嗎啉(DCHAM)的合成42-46
• 3.3.1 合成原理及步驟42-43
• 3.3.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響43
• 3.3.3 鹽酸用量對(duì)產(chǎn)物收率的影響43-44
• 3.3.4 物料配比對(duì)產(chǎn)物收率的影響44-45
• 3.3.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響45-46
• 3.3.6 產(chǎn)物紅外表征46
• 3.4 二異丙基甲基脲(DMU)的合成46-50
• 3.4.1 合成原理及步驟46-47
• 3.4.2 鹽酸用量對(duì)產(chǎn)物收率的影響47
• 3.4.3 物料配比對(duì)產(chǎn)物收率的影響47-48
• 3.4.4 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響48-49
• 3.4.5 產(chǎn)物紅外表征49-50
• 3.5 炔氧甲基季銨鹽的合成50-51
• 3.5.1 合成原理及步驟50
• 3.5.2 產(chǎn)物的紅外譜圖分析50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-53
• 第4章 緩蝕阻垢性能評(píng)價(jià)53-64
• 4.1 4-(N,N)-二異丙基胺甲基嗎啉(DIPAM)的緩蝕性能評(píng)價(jià)53-54
• 4.2 4-(N,N)-二正丁基胺甲基嗎啉(DBM)的緩蝕性能評(píng)價(jià)54-55
• 4.3 4-(N,N)-二環(huán)己基胺甲基嗎啉(DCHAM)的緩蝕性能評(píng)價(jià)55-56
• 4.4 二異丙基甲基脲(DMU)的緩蝕性能評(píng)價(jià)56-57
• 4.5 炔氧甲基季銨鹽的緩蝕性能評(píng)價(jià)57-60
• 4.6 HPMA的阻垢性能評(píng)價(jià)60
• 4.7 動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)60-62
• 4.7.1 緩蝕阻垢劑的組成60
• 4.7.2 緩蝕阻垢劑在模擬高爐煤氣中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果60-62
• 4.8 本章小結(jié)62-64
• 第5章 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)64-77
• 5.1 TRT機(jī)組現(xiàn)狀及試驗(yàn)管網(wǎng)煤氣含塵量基本情況64
• 5.2 試驗(yàn)籌備64-66
• 5.3 藥劑投加情況66-67
• 5.4 pH值監(jiān)測67-68
• 5.5 緩蝕率監(jiān)測68-69
• 5.6 試驗(yàn)管網(wǎng)管壁監(jiān)測69
• 5.7 TRT葉片積垢和腐蝕監(jiān)測69-70
• 5.8 試驗(yàn)掛片表面狀態(tài)70-73
• 5.9 本章小結(jié)73-75
• 附件75-77
• 第6章 結(jié)論與展望77-80
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 展望78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文86

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