非水性二氧化碳捕集溶剂在蒙斯塔德技术中心进行的测试中出现了腐蚀现象

《International Journal of Geoheritage and Parks》：Non-aqueous CO 2 capture solvent corrosion results from testing at technology centre mongstad

非水基CO?捕获溶剂NAS在蒙古达技术中心（TCM）进行了腐蚀测试，发现碳钢在低温溶剂流和stripper顶部的腐蚀率极低，不锈钢在所有条件下均表现优异，而ULTEM 1000树脂和EPDM-60A弹性体不适用，但Gislaved Gummi的专用EPDM-XH耐受性良好。研究通过监测金属溶解、热稳定盐（HSS）和水含量，结合电导率分析，证实NAS低水含量显著降低腐蚀性，其导电性与腐蚀率的关系与传统认知不符。首次系统报道水 lean溶剂在试点规模下的腐蚀数据，为未来工程选材和成本优化提供依据。

　　在2022年3月至9月期间，RTI国际公司在挪威蒙斯塔德的Technology Centre Mongstad（TCM）设施中开展了一项关于非水溶剂（NAS）用于二氧化碳捕集的技术验证。NAS是一种由次级胺、有机稀释剂和少量水分组成的新型溶剂，旨在通过降低溶剂腐蚀性来提升碳捕集过程的经济性和可靠性。此次测试不仅验证了NAS在不同工况下的捕集性能，还通过系统性腐蚀实验，评估了其对材料的耐受性，从而为未来采用NAS的碳捕集装置提供材料选择和成本分析的依据。

TCM是全球最大的基于胺类的后燃烧二氧化碳捕集测试平台，能够模拟实际工程条件下的捕集过程。该平台紧邻Equinor炼油厂，利用其烟气作为测试原料。测试中使用了多种类型的烟气，包括模拟天然气联合循环（NGCC）电厂的烟气（CO?浓度约为3.5体积%）、模拟燃煤电厂的残余流化催化裂解（RFCC）烟气（CO?浓度约为12–14体积%），以及模拟水泥生产烟气（CO?浓度约为17–18体积%）的烟气。通过将处理后的CO?重新注入进料入口，模拟了不同浓度下的烟气环境。这一多样化的测试条件有助于全面评估NAS在不同应用场景下的表现。

在测试过程中，研究人员安装了多种腐蚀试片，包括不锈钢、碳钢、树脂和弹性体材料，分别置于五个关键工艺位置，以研究不同温度、CO?负荷、流速和流体相态条件下的腐蚀速率。腐蚀试片在暴露于NAS后，通过光学显微镜、扫描电子显微镜、染色渗透检测和肖氏硬度测量等多种手段进行分析，以评估材料的物理和化学变化。结果显示，碳钢在冷溶剂流和蒸馏气相条件下的腐蚀性极低，表明在这些区域可以使用低合金钢，而不锈钢则在所有测试条件下都表现出优异的抗腐蚀性能。

与NAS相比，传统的水性溶剂如单乙醇胺（MEA）在腐蚀性方面存在显著差异。MEA的高水分含量和较高的离子溶解性使其在高温、高CO?浓度的环境中更容易引发金属腐蚀和溶剂降解。而在NAS中，由于其水分含量极低，有效减少了腐蚀性离子的生成和迁移，从而降低了对金属材料的侵蚀。同时，NAS的低离子浓度也减少了金属溶解和腐蚀产物的积累，进一步提升了设备的耐久性。

研究还发现，溶解金属和溶剂电导率可以作为评估系统腐蚀性的有效指标。在NAS测试中，溶解金属的含量明显低于MEA的测试结果，这表明NAS对金属的腐蚀性较低。此外，电导率的变化也被用于监测腐蚀情况，但现有文献中关于溶剂电导率与腐蚀速率的相关性未能准确预测NAS的腐蚀行为。这说明NAS的腐蚀机制可能与传统水性溶剂存在本质区别，因此需要更深入的机理研究来优化腐蚀评估模型。

在腐蚀过程中，金属材料的破坏通常与多种因素有关，包括溶剂中的离子浓度、温度、流速以及氧分压等。对于水性溶剂而言，CO?的吸收会生成碳酸氢盐和氢离子，这些离子在金属表面形成电化学反应，导致金属的溶解和腐蚀。而在NAS中，由于水分含量极低，这种电化学反应的强度显著减弱，从而降低了腐蚀速率。同时，NAS的低极性特性（即较低的介电常数）也限制了离子的迁移和扩散，进一步减少了腐蚀的可能性。

研究还指出，某些热稳定盐（HSS）如甲酸盐和草酸盐在水性溶剂中的积累会加剧金属腐蚀。这些物质通常由氧化降解反应生成，无法通过热再生去除，因此对设备的长期稳定性构成威胁。然而，在NAS的测试中，HSS的生成量较低，表明其在氧化降解过程中对金属的侵蚀作用相对较弱。此外，NAS的低水分含量也减少了这些HSS的形成，从而降低了对设备的潜在危害。

流速对腐蚀的影响同样值得关注。在高流速条件下，如溶剂流速较高或气体注入区域，容易形成湍流，导致金属表面的机械磨损和腐蚀。在NAS的测试中，研究人员发现，在推荐流速范围内（碳钢管道约为1.5米/秒，不锈钢管道约为2.3米/秒），腐蚀速率处于较低水平。这表明，通过合理控制流速，可以有效减少NAS对设备的侵蚀作用。然而，在某些高浓度溶剂流或高温环境下，流速的增加仍可能加剧腐蚀，因此需要进一步研究流速与腐蚀速率之间的关系。

从经济性和可持续性的角度来看，选择合适的材料对于降低碳捕集装置的建设和运营成本至关重要。传统的水性溶剂如MEA由于其高腐蚀性，通常需要使用高合金钢或特殊涂层材料，以延长设备寿命并减少维护成本。而NAS的低腐蚀性使得碳钢等低等级材料成为可行的选择，从而显著降低了材料成本。同时，由于腐蚀速率较低，设备的使用寿命也相应延长，进一步减少了长期运营成本。

在实际应用中，材料选择不仅需要考虑腐蚀性，还需要结合其他因素，如机械强度、热稳定性、耐化学性和经济性。NAS的测试结果表明，不锈钢在所有工况下都表现出良好的抗腐蚀性能，而碳钢则在低温和低浓度条件下可以安全使用。这种材料选择的灵活性为未来碳捕集装置的设计提供了更多可能性，尤其是在需要平衡成本与性能的场景中。

此外，研究还强调了对腐蚀机制的深入理解的重要性。尽管NAS的腐蚀性较低，但其具体的腐蚀机理仍需进一步探索。例如，NAS中的某些氧化降解产物是否会影响金属表面的保护层，或者是否存在其他未被充分研究的腐蚀路径。只有全面掌握这些机制，才能在实际工程中更有效地预测和控制腐蚀，确保设备的安全运行。

从更广泛的角度来看，NAS的低腐蚀性不仅有助于降低材料成本，还可能对整个碳捕集行业产生积极影响。随着全球对碳减排需求的增加，开发和应用新型低腐蚀性溶剂将成为提升碳捕集技术经济性的关键。NAS的测试结果表明，其在多个关键工艺位置均表现出良好的抗腐蚀性能，为未来大规模应用提供了有力支持。

在工业实践中，腐蚀不仅影响设备的使用寿命，还可能引发安全问题。因此，通过系统性测试和评估，选择合适的材料和优化工艺条件，是确保碳捕集装置长期稳定运行的基础。NAS的测试结果为这一目标提供了重要参考，同时也为其他水性溶剂的腐蚀性评估提供了新的思路。

综上所述，NAS的低腐蚀性使其在碳捕集应用中展现出显著优势。通过在实际工况下进行系统的腐蚀测试，研究人员不仅验证了其材料兼容性，还揭示了其在不同条件下的表现。这些结果为未来采用NAS的碳捕集装置提供了重要的数据支持，有助于优化材料选择和工艺设计，从而提升整体的经济性和可靠性。同时，NAS的测试也为进一步研究低腐蚀性溶剂的机理和应用前景提供了宝贵经验。