预燃烧和制氢装置腐蚀的潜在原因

预燃烧是指化石燃料（煤，石油和天然气），生物量或的过程碳质材料在如式1所示的蒸汽存在(蒸汽重整)或如式2所示的有限氧存在(部分氧化)下气化。其目的是生产合成气或合成气，这是一氧化碳(CO)和氢(H)的混合物₂）如图1所示。在优化的合成气体生产过程中，通过部分氧化产生的热量用于蒸汽重整。这种优化的过程被称为自热重整。

等式1：CH._4.+ 0.5 o₂→CO + 2H₂(放热)

等式2：CH._4.+ H₂O→CO + 3H₂(吸热)

合成气中可能存在的腐蚀性杂质包括但不限于二氧化碳(CO₂),硫化氢（h₂S)饲料中的杂质。一些额外的腐蚀性杂质如二氧化硫（所以₂）和三氧化硫（所以_3.)可以由这些杂质(如H₂天然气中的硫或煤中的硫)与氧(O₂）在气化过程中，如等式3,4,5所示。

公式3：S + O.₂→所以₂

等式4：2s + 3o₂→2所以_3.

等式5：2 h₂S + 3 o₂→2所以₂+ 2 h₂O.

图1。h的预燃烧过程₂生产与CO相结合₂捕获。

合成气很重要，因为它是多种液体燃料的前体，如二甲醚(DME)、甲醇、汽油、柴油和清洁气体燃料氢。(文章中有相关背景资料原油中存在的6种腐蚀性成分)。在制氢路线中，纯化的合成气被送到水气转换反应器，在那里CO被转化为CO₂和更多的H₂产生（等式6）。H.₂和co.₂(与微量H₂S)被发送到H₂年代和有限公司₂捕获单元（酸性气体捕获单元），其中高纯度h₂生成(图1)。

等式6：公司+ H₂o↔co.₂+ H₂

H的使用₂因为它只产生水(H₂o）作为废品（等式7）。

方程7:2 h₂+ O₂→2h₂O +能量

可能的腐蚀来源

燃烧前的腐蚀₂生产可以加速在气化炉(1200^O.c到1500.^O.C为部分氧化;850^O.C - 950^O.C用于蒸汽重整)和水煤气转移反应器(200^O.c到500.^O.C).存在腐蚀性气体(CO₂H₂S，所以₂所以_3.)和水蒸气会引发严重的腐蚀。

氢脆

H.₂这是另一个巨大的腐蚀源由于可能氢脆脆化．（快速了解氢脆性介绍)。H腐蚀₂发生时，原子氢扩散到周围的金属(在大多数情况下不锈钢），因此使其使其脆弱并导致随后的骨折。曾经₂原子慢慢地扩散到金属中，它们聚集在一起在金属内部产生压力。这种压力会随着时间的推移而上升，导致金属的压力降低延展性和抗拉强度,导致致开裂(嗝)．考虑到H₂溶解度随温度，浓度和压力而增加，这使得氢气诱导的裂缝在预燃烧氢生产工厂中的重要关注。

虽然有几种方法可以最大限度地减少氢脆，但降低氢水平及其与金属的接触是常用的方法。减少氢脆的常用方法之一是避免氢脆₂来源;但是，自下来₂是任何预燃烧过程厂的主要产品，这将不是推荐的解决方案。另一方面，金属的热处理可以释放扩散的H.₂通过称为“烘烤”的过程到金属表面。然而，在操作时，并不总是建议对金属进行热处理。因此，这使得材料选择最常用的推荐方法，以最小化氢脆脆化。一旦选择正确的金属，为h₂生产过程，氢脆将大大降低，而金属保留其机械性能并长时间的使用寿命。

硫化合物对腐蚀的影响

合成气中最常见的硫化物是氢₂S，所以₂所以_3.如图1所示。作为合成气净化的一部分，原料合成气被冷却或淬灭(在淬灭塔中使用喷雾水)，以冷凝大部分水蒸气，防止大多数杂质进入水煤气转换反应堆。这个过程允许SO₂所以_3.根据式8和式9，与凝结水相互作用，形成腐蚀性的亚硫酸和硫酸。

方程8:所以₂+ H₂O→H.₂所以_3.

方程9:所以_3.+ H₂O→H.₂所以_4.

这些液体酸的存在将导致酸对金属表面的侵蚀。虽然硫酸会与铁(Fe)在碳素钢形成保护层(硫酸亚铁,摘要）如等式10所示，这个Feso_4.随着时间的推移会在H中溶解₂所以_4.，使金属得不到保护，易受腐蚀速率的增加。

等式10：H₂所以_4.+ fe→feso_4.+ H₂

在缩合水蒸气或淬火的合成气体存在下，H₂S将根据等式11解离以产生原子氢。该原子氢将扩散到金属的空腔中并降低其拉伸强度和其他机械性能。这是另一个氢气脆化或氢诱导的裂缝的来源。

等式11：H₂年代↔H⁺+ HS.^-↔2 h⁺+ S^{2 -}

另外，H₂S本身与铁反应以在金属上形成临时保护层（铁（II）硫化物，FES）（等式12）。这个fes不稳定，在氢气存在下会破裂和h₂S再次产生(式13)。由于H₂H₂在合成气体中。

等式12：H₂S + FE→FES + H.₂

等式13：Fes + 2h→Fe^２＋+ H₂S.

减轻硫化物腐蚀的最好方法之一是避免杂质(H₂S和S）在进入气化炉的进料中。这可以通过煤炭实现脱硫(煤脱硫)和H₂S从天然气捕获。

二氧化碳加速腐蚀

不像在燃烧后的过程中，CO₂在4% ~ 15%范围内，H₂生产可以有一氧化碳₂浓度高达40％在水 - 气体换档反应器的出口处。这增加了可能性碳酸由于过程流中存在水蒸气（图1），形成及其随后的解离（等式14,15,16）（图1）。结果，它将导致沿管道从水 - 气体移料器到酸气体捕获单元的腐蚀。

等式14：CO.₂+ H₂O↔H₂CO._3.

等式15：H₂CO._3.↔HCO_3.^-+ H⁺

方程16:HCO_3.^-↔co._3.^{2 -}+ H⁺

减轻与碳酸相关的腐蚀，保护涂料和衬里将用于一个桥梁，以最大限度地减少腐蚀性环境与金属之间的接触。（了解更多内容工艺容器内部腐蚀管理导论)。

结论

燃烧前制氢过程中的高温高压以及腐蚀性气体的存在加速了腐蚀过程。然而，升高的温度和高压对过程的热力学效率很敏感，因此不能很容易地进行调节。因此，降低燃烧前制氢工艺装置的腐蚀速率将取决于以下一个或多个因素:

• 如果用煤作为气化炉的原料，则应进行煤脱硫。将低硫煤与高硫煤混合可以作为一种可能的解决方案。
• 如果使用天然气用作气化器饲料，那么H₂年代和有限公司₂应实施捕获。
• 申请腐蚀抑制剂将有助于阻碍腐蚀性反应。
• 使用保护涂层和衬里将有助于减少金属与腐蚀环境之间的接触。
• 正确的材料(金属)选择将承受腐蚀环境，同时保持延长服役生涯．
• 定期监测(如pH监测)液流，在线检测(如超声波法)和液体样品分析(如铁含量)将提供关于腐蚀可能性的可靠信息。