Lingkungan Pengoksidasi Klorida
Asam klorida panas yang mengandung besi klorida terlarut adalah salah satu lingkungan paling agresif dalam industri proses kimia. Kombinasi asam pereduksi (HCl), oksidator kuat (Fe³⁺), dan konsentrasi klorida yang tinggi menciptakan kondisi yang menyerang sebagian besar logam melalui beberapa mekanisme simultan.
Hastelloy B-3 adalah paduan nikel-molibdenum yang dikembangkan secara khusus untuk ketahanan terhadap asam klorida murni pada semua konsentrasi dan suhu hingga titik didih. Kandungan molibdenumnya yang tinggi (sekitar 28%) memberikan ketahanan yang luar biasa terhadap asam pereduksi. Paduan ini merupakan bahan pilihan untuk banyak aplikasi penanganan HCl.
Namun, Hastelloy B-3 memiliki kerentanan kritis: tidak toleran terhadap pengotor pengoksidasi. Kehadiran besi klorida (FeCl₃) dalam HCl, bahkan pada konsentrasi serendah 50-100 ppm, dapat mempercepat korosi secara signifikan. Ion besi menggeser potensi korosi ke daerah dimana lapisan pasif pelindung pada paduan tidak stabil.
PTFE kebal terhadap HCl, FeCl₃, dan kombinasi keduanya. Tidak ada potensi korosi untuk bergeser, tidak ada film pasif yang mengganggu kestabilan. Perbandingan antara Hastelloy B-3 dan PTFE di lingkungan ini menggambarkan keterbatasan mendasar perlindungan korosi logam.
Pengoksidasi-Mekanisme Korosi yang Diinduksi pada Hastelloy B-3
Hastelloy B-3 menolak HCl murni melalui pembentukan film pasif yang kaya akan molibdenum oksida. Dalam kondisi reduksi-HCl tanpa oksigen terlarut atau ion logam pengoksidasi-film ini stabil. Paduan ini terkorosi dengan kecepatan di bawah 0,025 mm/tahun dalam HCl 20% yang mendidih.
Jika terdapat oksidator seperti besi klorida, potensi korosi bergeser 200-400 mV ke arah mulia. Pada potensi yang meningkat ini, film pasif yang kaya molibdenum menjadi tidak stabil secara termodinamika. Ini larut. Paduan yang mendasarinya, yang sekarang telah mengalami depassivasi, terkorosi secara aktif. Laju korosi dapat meningkat 10-100 kali lipat.
Besi klorida sendiri berpartisipasi dalam reaksi korosi. Ion besi direduksi menjadi ion besi pada permukaan logam: Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺. Logam menyuplai elektron dengan melarutkan: Ni → Ni²⁺ + 2e⁻. Reaksi bersihnya adalah pelarutan oksidatif paduan, yang dikatalisis oleh siklus redoks besi/besi.
| Parameter Korosi | Hastelloy B-3 | PTFE |
|---|---|---|
| Mekanisme perlindungan korosi | Film pasif yang lebih-kaya | Stabilitas ikatan C-F yang melekat |
| Laju korosi pada HCl 20% pada suhu 80 derajat , 0 ppm Fe³⁺ (mm/tahun) | <0.025 | 0 |
| Laju korosi pada HCl 20% pada suhu 80 derajat , 100 ppm Fe³⁺ (mm/tahun) | 0.1-0.5 | 0 |
| Laju korosi pada HCl 20% pada suhu 80 derajat , 500 ppm Fe³⁺ (mm/tahun) | 0.5-2.0 | 0 |
| Laju korosi pada HCl 20% pada suhu 80 derajat , 2.000 ppm Fe³⁺ (mm/tahun) | 2.0-10.0 (cepat) | 0 |
| Persyaratan pemantauan konsentrasi oksidator | Kritis | Tidak ada |
| Konsekuensi dari perjalanan oksidator | Korosi yang cepat dan berpotensi menimbulkan bencana | Tidak ada konsekuensi |
Skenario Ekskursi
Ferri klorida dapat memasuki HCl melalui beberapa rute. Kontaminasi besi dari peralatan baja hulu yang terkorosi larut dalam asam dan teroksidasi menjadi bentuk besi. Bahan mentah yang mengandung besi-menghasilkan zat besi yang larut dan teroksidasi. Dalam beberapa proses, besi klorida merupakan produk reaksi atau sengaja ditambahkan.
Penukar panas Hastelloy B-3 yang beroperasi secara memuaskan dalam HCl "murni" dapat mengalami korosi yang cepat jika peristiwa kontaminasi besi meningkatkan konsentrasi ion besi di atas ambang batas. Korosi dapat dimulai pada zona las, dimana struktur mikronya berbeda dari logam dasar, atau pada celah di bawah gasket atau endapan.
Kerusakan akibat serangan oksidator tunggal memerlukan penggantian penukar panas. Perjalanannya mungkin singkat dan tidak terdeteksi-warna asam mungkin tidak terlihat berubah pada konsentrasi besi yang rendah. Indikasi pertama adanya masalah mungkin adalah kebocoran.
Persyaratan Pemantauan dan Pengendalian
Hastelloy B-3 dalam layanan HCl memerlukan pemantauan konsentrasi oksidator secara terus menerus atau sering. Pengukuran potensial redoks memberikan indikasi-waktu nyata mengenai karakter oksidasi larutan. Potensi redoks yang meningkat menandakan peningkatan konsentrasi oksidator dan pendekatan ambang batas korosi. Ketika potensi redoks melebihi titik yang dikehendaki, tindakan perbaikan-penambahan bahan kimia untuk mengurangi oksidator, atau penyesuaian proses-harus dilakukan.
Infrastruktur pemantauan dan pengendalian ini menambah biaya dan kompleksitas proses. Hal ini juga memperkenalkan titik risiko proses: jika pemantauan gagal atau tindakan perbaikan tertunda, penukar panas berada dalam risiko.
PTFE menghilangkan infrastruktur dan risiko ini. Tidak diperlukan pemantauan oksidator untuk pengendalian korosi. Penukar panas beroperasi dengan aman pada konsentrasi besi klorida apa pun dari nol hingga saturasi.
Ringkasan
Penukar panas PTFE tanpa syarat tahan terhadap HCl panas yang mengandung besi klorida terlarut pada semua konsentrasi oksidator, sedangkan Hastelloy B-3-paduan utama untuk HCl murni-mengalami korosi yang dipercepat ketika konsentrasi ion besi melebihi 50-100 ppm. Pengoksidasi mengganggu kestabilan film pasif yang kaya molibdenum, meningkatkan laju korosi sebesar 10-100×. PTFE menghilangkan kebutuhan akan pemantauan oksidator dan risiko korosi yang parah akibat perjalanan oksidator. Dalam layanan HCl di mana terdapat kontaminasi besi atau penambahan besi klorida yang disengaja, PTFE adalah pilihan material yang berisiko lebih rendah.
Dukungan teknik untuk spesifikasi penukar panas PTFE dalam layanan HCl-FeCl₃ tersedia berdasarkan konsentrasi asam, konsentrasi ion besi (normal dan ekskursi), suhu pengoperasian, dan riwayat korosi peralatan saat ini.
