摘要天然氣中微量的汞對輕烴裝置的鋁合金板翅式換熱器具有極強的腐蝕性。文章通過對脫汞工藝的分析對比，及脫汞實施效果的分析，提高人們對冷箱的汞腐蝕認識，加深對脫汞工藝的掌握具有較強的參考借鑒價值。
論文關鍵詞：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：

　?、俨豢稍偕�工�? 通常采用載硫活性炭作為吸附劑的固定床反應器，原料氣先脫水后，再經載硫活性炭脫除天然氣的汞?；钚蕴恐械牧蚩梢院凸�反應結合而附著在活性炭過渡孔中，從而達到脫汞的目的，其化學反應式為：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），脫汞后氣體中檢測不出汞含量，效果較好。

　?、诳稍偕�工�? 通常采用HgSIV作為吸附劑的固定床反應器，原料氣在脫水的同時也脫除天然氣的汞。HgSIV脫汞分子篩是美國UOP公司生產的專用分子篩脫汞劑，能同時脫汞和脫水，HgSIV分子篩的表面含有銀，天然氣中的汞通過與銀相溶合的方式而脫除，HgSIV分子篩的添加方式和傳統分子篩一致，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塔內。HgSIV-3型分子篩的顆粒直徑約1.9mm，密度約730kg/m3，含水質量分率小于5%。其化學分子式為：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、腐蝕機理 汞是一種重金屬元素，俗稱水銀，常溫下呈液態，銀白色，易流動，密度13.5951g／cm3（即0℃時汞的密度），沸點356℃，凝點-39℃。汞能溶解多種金屬，溶解后生成的汞合金又稱汞齊。

　　一般說來，與汞性質相近的金屬易于被溶解，在20℃時，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冷箱造成嚴重損壞，其腐蝕機理主要有如下幾種：

　　1) 溶解腐蝕 純凈的金屬鋁極易與空氣中的氧氣反應，生成一層致密的Al2O3鈍化膜。但保護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法再次鈍化生成保護膜。且很少量的汞就可導致鈍化膜破裂。Hg在鋁合金上生成附著力很小的汞齊，通過表面擴散分離鈍化膜，使其抗腐蝕性能不斷下降。這樣，汞和鋁之間的潤濕也變得容易，不斷發生汞對鋁的溶解腐蝕。

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

　　反應（1）和（2）形成了一個催化循環，產生了對鋁合金的連續腐蝕破壞。這樣反復下去，汞不會減少，鋁卻不斷與天然氣中微量的水反應而不斷變薄，直至腐蝕開裂。若天然氣中含氧（O2），則氧也將于汞齊中的鋁反應生成Al2O3。生成的Al2O3不溶于汞，而浮在汞表面，這樣就會有新的（再下一層的）鋁溶解于汞中。其化學反應腐蝕機理同與水反應類似。

　　3) 液體金屬脆（斷） 固體金屬和液體金屬（如Hg，Ga）接觸而引起強度和韌性降低或低應力脆斷的現象稱為液體金屬脆。1874年首次發現液體金屬汞可以導致Zn的脆性以來, 人們對液體金屬脆現象進行了廣泛的研究, 提出了各種機制。關于液體金屬脆斷已發表了不少研究工作和評述性論文, 其理論主要有吸附降低表面能或鍵合力理論和吸附促進局部塑性變形導致脆斷理論。

　　3、雅克拉站主換熱器腐蝕實例：通過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行中出現汞腐蝕的設備部位主要有物流一出口封頭和集流管、物流二進口集合管和封頭，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。最終導致冷箱失效的真正原因是液態汞引起的鋁合金材質的脆裂。

　　4、脫汞方案比選

　　兩個方案的優缺點對比情況詳見表。

　　方案

　　方案一

　　方案二

　　浸漬硫的活性炭脫汞

　　更換分子篩脫汞

　　優點

　　1.脫汞較徹底，且脫除的汞不進入下游流程

　　2.更換周期6年；

　　3.每次更換費用24.59萬元；

　　4.總投資956.92萬元，投資相對低；

　　1.固體廢棄物中不含汞，較容易處理；

　　2.可再生；

　　缺點

　　1.固體廢棄物含汞（活性炭供應廠家可協議回收）；

　　2.不可再生

　　1.天然氣中所有汞都進入下游工藝；

　　2.更換周期3-5年；

　　3.每次更換費用427.9萬元；

　　4.總投資1015.84萬元，投資相對高；

　　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隨著再生氣又進入下游用戶，對下游用戶的影響較難預測；浸漬硫的活性炭脫汞既可以減少進入下游用戶的汞含量，也能減少對系統的影響；且投資省、長期操作費低，更換填料費用低，活性炭廠家還可以協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。

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　　為了裝置長期穩定的運行，設置雙塔保證在更換脫汞塔填料時，整個裝置的安全運行，避免填料的頻繁更換。調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。確定脫汞塔設計為雙塔流程，

　　5、實施效果 經濟效益和社會效益分析

　　脫汞投用后，我們分別選擇干燥塔前、干燥塔粉塵過濾器后、脫汞粉塵過濾器后對工藝氣體的汞含量進行測試，測試結果 低于設計的0.1µg/Nm3：脫汞流程的投運，減少了汞對裝置內鋁合金材質容器設備的腐蝕，徹底消除了鋁合金設備開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生。產品的汞含量大幅降低，也避免了產品中汞對用戶的不良影響。

參考文獻：
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