E-301进口冷箱专用清洗剂的研制

Posted 2023-01-13 分子筛

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大庆石油学院　于翠艳万德立许涛
0 前言大庆天然气公司引进的E-301冷箱常用于油气处理厂的深冷装置，是制冷系统的关键设备。该设备由英国Linde公司制造，价值30余万美元，外观尺寸为6m×2m×1.5m，内部由铝合金板压制的波纹状翅片焊接构成的气流通道。最窄的气流通道宽度只有1.5mm。由于不可避免的原因，前面流程中的分子筛颗粒被气体带入冷箱，而分子筛的外形尺寸约在1.5mm左右。由于低温和存在液相，使分子筛颗粒粘附于换热翅片之间，积累增多后，堵塞了气流通道，造成冷箱的压降增大，增大能耗，影响正常操作。现场工程技术人员采用了反向爆破吹扫、常规清洗等多种方法均未获得理想效果，设备面临报废。本文针对冷箱实际情况，研究开发了FQX-1专用清洗剂，应用该清洗剂成功地清洗了2台E301冷箱，取得了很好的效果。
1 冷箱专用清洗剂设计分析冷箱堵塞物主要是A型分子筛，它是由[SiO4]和[AlO4]四面体通过顶角氧原子连接而构成的晶体结构。它具有很强的化学稳定性和热稳定性。天然气换冷流程中使用的A型分子筛耐热温度可达650℃，只有少数强酸方能破坏其晶体结构。由资料可知制造冷箱的材质有两种：AlMg4.5Mn和AlMnCu，分别为箱体结构材料和箱内翅片材料。由以上分析可以看出，清洗剂设计关键是该剂既能破坏分子筛晶体结构，又不致对冷箱基体材料产生腐蚀。
2 冷箱专用清洗剂研制
2.1 分子筛解体剂的筛选我们将能破坏分子筛结构的物质称为解体剂。根据文献选用了大量药剂进行解体剂的筛选。实验方法为：用14目标准筛筛取大于14目的污垢分子筛样品颗粒20克，投入100毫升药剂中，常温浸泡24小时，去除上面药液，用清水反复漂洗数遍，至液体呈中性为止。80℃下烘干，然后用60目标准筛过筛，取大于60目残余物称重(W‘)，计算解体率。小于60目的分子筛颗粒足以被流体带出冷箱。评价结果见表1。解体率(%)=20-W‘20×100%

由表1数据可知3、5、6、8号药剂能破坏分子筛结构，而这4种药剂的主体组成均为强酸。针对这些药剂可能对箱体材料产生的腐蚀情况做了进一步研究。
2.2 解体剂腐蚀性研究用以上4种解体效果好的解体剂做冷箱基体腐蚀性试验。取冷箱壳体和翅片铝合金各一块，切削成15×60×1mm试片，采用重量法进行腐蚀性试验，每次平行试片5片，结果取平均值。试验周期为24小时。试验结果见表2。

由表2可知，4种解体剂对冷箱基体均有腐蚀性，且8号还有点蚀存在，均不能直接用于冷箱的清洗。根据腐蚀理论，由于5、6号解体剂的主剂为硝酸，具有强氧化性，而冷箱基材是铝合金，出厂时进行了钝化处理，冷箱内表面均有一层稳定的氧化膜；强氧化性的硝酸对该膜的破坏性相对较小。所以，5、6号解体剂应用可能性较大。为减缓腐蚀，我们选了5种缓蚀剂分别对上述四种解体剂进行了试验。结果对3、8号解体剂缓蚀效果不明显，个别有加剧趋势(数据略)。对5号解体剂有一定缓蚀效果，对6号解体剂缓蚀效果较明显，数据如表3。
由上述实验可知，6号解体剂加入LAN-826缓蚀剂缓蚀效果明显，有望达到使用要求，为此，对6号解体剂进行了进一步研究。
2.3 专用清洗剂配方的确定我们对LAN-826的添加浓度进行了考察，试验结果见表4。

由表4可知，LAN-826缓蚀效果随添加量的增加而增大，当增大到0.5%以后，浓度再增加，缓蚀效果基本不变化。另外，腐蚀试验时间对缓蚀效果变化规律的影响不大，即不同的试验周期下，添加浓度大于0.5%后，缓蚀效果基本稳定。根据前面的实验结果，并对安全、经济等因素进行综合考虑，最终确定专用清洗剂的配方为：以HNO3为主体的复配酸，添加0.7%LAN-826缓蚀剂，命名为FQX-1。
3 冷箱清洗工艺条件的研究
3.1 清洗时间的确定为了确定清洗时间，我们考察了FQX-1不同时间的分子筛解体率，结果如下：　由以上曲线可知FQX-1对分子筛的解体率在1小时内上升缓慢，1-2小时内曲线斜率激增，解体率增大较快，升高到78%，此后半小时内曲线斜率逐渐减小，3小时以后趋于平缓，解体率达到最大值。由此可确定FQX-1清洗剂时清洗时间应大于2.5小时。尽管FQX-1清洗剂的腐蚀率较低，但随时间的增长，绝对腐蚀量是增加的。所以在分子筛解体率允许范围内，应量缩短清洗时间。因此，确定清洗时间以2.5-3小时为宜。另外，由冷箱具体条件决定清洗过程只能为常温、常压下进行。
4 结束语由以上研究最终确定进口冷箱专用清洗剂FQX-1的配方和工艺条件为：以浓HNO3为主体的复配酸，0.5%LAN-826，常温、常压浸泡，浸泡时间2.5小时。浸泡时间应严格控制。我们应用该清洗剂为大庆油田清洗了2台E-301冷箱，洗后冷箱翅片光洁如初，取得很好效果。