丙烯酸丁酯装置反应系统防腐分析

李锡鹏,赵贵斌

（兰州石化公司聚烯烃二部 甘肃 兰州 730060）

摘要：丙烯酸丁酯装置工艺生产条件逐渐成熟，但装置内部腐蚀仍然严重，在全社会倡导节能减排的背景下，令生产装置高效率运行，已然成为新的研究目标。本文简单介绍丙烯酸丁酯装置反应系统，并结合实际情况，分析其腐蚀现象以及原因，给出相应措施，减少腐蚀风险。

关键词：丙烯酸丁酯；装置反应系统；防腐

引言：丙烯酸丁酯由丙烯酸和正丁醇反应制成。分析丙烯酸丁酯装置系统内部腐蚀问题，可以得出结论：反应系统高温、材料质量等级较低、工艺不合适，是造成腐蚀的主要原因。改变当前材质、降低反应系统温度等措施，可以改善腐蚀程度，降低泄露风险，延长设备的使用寿命。

1丙烯酸丁酯装置反应系统简介

丙烯酸丁酯是由丙烯酸和正丁酯在特定温度、压力下、催化剂的作用下，反应形成的一种小型的有机溶剂[1]。该装置运用四段串联反应，将温度控制在90-100℃，以甲苯磺酸作为催化剂，可加速反应，发生酯化反应方程式如下：

      丙烯酸（AA）    丁醇（）  丙烯酸丁酯类   水

酯化反应是可逆性反应，完成反应后进入萃取系统，回收使用过的催化剂，然后进入洗涤系统，添加碱性物质进行中和，最后利用精制系统，获得所需的产品。由于丙烯酸丁酯反应系统温度不够低，而且材料中包含了两种腐蚀性很强的物质。所以在装置反应过程中，制作原料极其容易被腐蚀，聚四氟材料会发生溶胀泄漏，存在较强风险[1]。

2丙烯酸丁酯装置反应系统腐蚀现象及其原因

2.1腐蚀金属原料

2.1.1腐蚀金属原料现象

丙烯酸丁酯反应系统中具有丙烯酸和甲苯磺酸，这是两种腐蚀性十分强悍的物质，在设计系统装置时采用的材质均为不锈钢，一些不重要的部位还会运用钛钢。考察实际情况发现，整个系统装置容易出现穿孔腐蚀、支持点腐蚀等情况，设备损坏不仅有危险，还会使物质泄漏，破坏生态环境。

2.1.2腐蚀金属原料原因

设备材质为不锈钢、钛钢等材料，这些材料等级低，虽然价格便宜，但质量不能防止丙烯酸丁酯的侵蚀。短时间内看不出危害，一旦长时间使用，必然造成装置穿孔。此外，反应系统内部温度过高，很多金属在常温环境下，不会直接产生腐蚀现象，但在高温反应下，材质结构会发生变化，此时设备中，会形成其他腐蚀性物质，该物质一旦与设备直接接触，会损害其强度，影响其精度，使腐蚀加重。

2.2腐蚀聚四氟乙烯材料

2.2.1腐蚀聚四氟乙烯材料现象

聚四氟乙烯又被叫做塑料王，是一种由四氟乙烯单体聚合制成的产物，具有耐高温、抗酸、抗碱等特点。丙烯酸丁酯装置反应系统经常使用聚四氟乙烯作为垫片。但在使用过程中，聚四氟乙烯材料会出现腐蚀破坏等问题，造成阀门内漏、物质泄漏。泄漏出的有害物质会危害人身健康，破坏生态环境，阀门内漏则会影响装置运行，使设备无法正常检修。

2.2.2腐蚀聚四氟乙烯材料原因

丙烯酸丁酯反应装置的内部温度较高，在与强腐蚀性物质的双重作用下，聚四氟乙烯的腐蚀与蠕变严重。

3丙烯酸丁酯装置反应系统防腐措施

3.1调整工艺设计

按照预设方案，丙烯酸丁酯装置反应系统的温度控制在97℃左右。在实际情况中，反应系统的丙烯酸转化率提高，达到99%，高于需求值。为了降低腐蚀风险，须将温度降低，运用四段温控设计，将温度将降低至91℃、94℃、95℃、97℃，与此同时，降低丙烯酸转化率至98.5%左右。随着反应温度的降低，减少了蒸汽消耗，避免了其他反应的发生，以此提高丙烯酸丁酯的回收率，也缓解了设备的腐蚀情况[2]。

对于丙烯酸丁酯腐蚀设备现象需要调整相关的工艺参数，根据运用材料的材质和系统压力，制定合理方案。尽量避免异常升温、紧急停工或其他特殊情况发生，减少丙烯酸丁酯对系统设备的损坏[2]。

3.2升级材料质量

材料引发的腐蚀现象十分严重，是导致整个装置出现腐蚀现象的源头。由于原材料中包含各种各样的杂质，想要控制设备的腐蚀程度，需要进行原材料的杂质清除。减少原材料中的杂质，才能防止系统腐蚀性的提高。

在解决聚四氟乙烯的腐蚀问题时，使用316金属包裹聚四氟乙烯垫片替代原来的聚四氟乙烯垫片，能够提高垫片自身的强度，防止垫片腐蚀蠕变，保障垫片形状不易变形。使用耐腐性更好的改性聚四氟乙烯来替代普通聚四氟乙烯，可以有效地提高阀门使用寿命，保护阀门不受磨损，从而减少维修费用和不必要的停机时间。应对金属原材料腐蚀问题，则采用提高材料等级的方法，使用更高质的材料，如使用316不锈钢来代替普通的304不锈钢。由于316不锈钢添加了Mo元素[3]，其耐高温、耐腐蚀性更强。

3.3挑选合适的防腐保护层

防腐保护层可以对丙烯酸丁酯装置内部以及表面进行保护，可以有效地防止空气中的化学元素与装置发生反应，同时也能降低反应系统腐蚀程度。一般情况下，系统内部防腐蚀保护采用的方法是化工注剂，将一定量的缓蚀剂、阻垢剂注入相应的部位，起到溶解污渍、形成保护膜的作用。外部防腐选择瓦瓷及其他非金属材料，也可以通过电镀等方式将防腐物质均匀喷洒在系统表面，喷洒材料一般含有锌铬等元素，这些元素发生氧化作用后，会形成薄膜，能够对系统产生保护作用。这些方式不需要改变系统装置的强度或结构，不影响设备正常使用。

3.4进行装置设备清洁

系统设备在经过使用后，会出现表皮损坏的情况。部分表层能吸附灰尘和原料，在经过系列化学反应后，腐蚀系统设备。这些物质本身十分阴极，累积到一定程度后不及时进行清理，会使系统设备的腐蚀程度越来越强。面对这一问题，需要相关工作人员及时发现并处理，以保证设备正常运行。在清洁过程中，可使用碱性液体中和酸性物质，避免腐蚀性加强。一些系统设备在使用之前需要用水流清洗表面的硫化氢物质，避免运作期间的自然性伤害。

3.5应用高质量焊接

焊接不当会导致系统装备出现腐蚀开裂的现象，工作人员须保证焊接质量，尽量避免由焊接导致的一系列安全问题。焊接不是简单的拼接，需要进行严格的工艺控制，从焊接前的准备，到焊接后的处理，都不能掉以轻心。在分析焊接需要的各项参数和材料的指标后，选择恰当的焊接方法。但腐蚀现象是无法避免的，只有加强腐蚀的检测才能及时发现解决问题，有效避免腐蚀程度加剧。工作人员需要对系统装置的腐蚀程度及腐蚀性参数定期分析，及时调整产品生产工艺。

3.6简化装置结构

装置结构过于复杂、零件设计不合理，容易发生腐蚀物质滞留的情况。因此，在满足正常运作的同时，尽量简化装置结构。首先，减少设计死角。装置死角经常会残留液体、堆积固体物质，引起设备局部腐蚀，减少死角，避免物质残留。其次，减少设备之间连接缝隙。普通连接方式会使连接夹缝存在灰尘或蒸汽，易与丙烯酸丁酯进行反应，加快设备腐蚀。采用焊接方式，连续填角焊接，不仅能加固连接部位，而且使连接部位完全封闭，不易被腐蚀。最后，设计时预留腐蚀余量。由于丙烯酸丁酯物质的特殊性，装置设备长期与具有强力腐蚀性的物质接触，如丙烯酸和甲苯磺酸。所以，在顾及装置使用强度的同时，还要考虑腐蚀情况，预留腐蚀余量，避免设备受侵蚀[3]。

结论：由于丙烯酸丁酯的特殊性，腐蚀现象无法完全避免，但采取合理措施可以有效降低腐蚀概率。丙烯酸丁酯反应系统设备腐蚀的原因主要有：系统内部温度过高、腐蚀性物质含量高等。应对这些问题，可以将普通聚四氟乙烯材料更换为金属包围聚四氟乙烯材料，将304不锈钢更换为316不锈钢，挑选合适的防腐保护层，提高装置的耐腐蚀性，延长其使用寿命，保障生产过程中装置的安全运行。

参考文献：

[1]赵永锋.丙烯酸丁酯装置反应系统防腐研究[J].中国设备工程,2022(03):122-123.

[2]严子韬,王海平,苏婷婷,等.丙烯酸丁酯反应器腐蚀失效分析[J].化工机械,2018,45(04):481-483+487.

[3]蔡尧,黄贵洪,胡磊.丙烯酸丁酯生产装置工艺条件优化[J].广州化工,2014,42(09):163-164+178.