Dans les épurateurs humides d'incinérateurs de déchets traitant des vapeurs d'acide chlorhydrique, quel alliage de titane (Ti-0,15Pd vs Ti-0,3Mo-0,8Ni) offre une résistance supérieure à la corrosion caverneuse ?

Les épurateurs humides des incinérateurs de déchets se situent à l'interface entre les gaz de combustion à haute température et les systèmes d'absorption de liquides corrosifs. Les vapeurs d'acide chlorhydrique provenant de la combustion de plastiques chlorés et d'autres déchets sont condensées en une liqueur d'épuration de 5-15 % de HCl à 60-80 oC. Les alliages de titane sont souvent sélectionnés pour les composants internes des épurateurs tels que les collecteurs de pulvérisation, les dévésiculeurs et les tubes de réchauffeur. Le mode de défaillance le plus courant est la corrosion caverneuse au niveau des jonctions tube-plaque tubulaire, sous les joints et sous les dépôts solides. Deux alliages de titane sont en lice pour ce service, le grade 7 (Ti-0,15Pd) et le grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), et ils offrent différentes méthodes de résistance à la corrosion caverneuse. Cet article évalue les performances des alliages dans des conditions d'épuration à l'acide chlorhydrique et détermine quel alliage offre une meilleure protection contre les attaques par fissures.

Mécanisme de corrosion caverneuse dans les épurateurs de HCl
Dans une crevasse – généralement un espace de 0,1 à 0,5 mm entre un tube en titane et un joint en PTFE ou entre un tube et une plaque tubulaire enroulée – la chimie est très différente de celle d'un liquide de lavage en vrac. Les processus cathodiques épuisent rapidement l’oxygène dans la crevasse. En l'absence d'oxygène, le titane est dissous de manière anodique avec formation d'ions Ti³⁺ et Ti⁴⁺ qui s'hydrolysent en HCl, réduisant progressivement le pH des fissures. Dans un épurateur en vrac contenant 10 % de HCl, le pH peut être inférieur à 0 à un pH d'environ 0,5. La combinaison d'une teneur élevée en chlorure, d'un pH faible et d'un transport de masse limité entraîne un environnement autocatalytique qui conduit à une corrosion caverneuse rapide une fois qu'elle a commencé.

La résistance d'un alliage à cette attaque est définie par la température critique de crevasse (CCT) et le potentiel critique de crevasse (CCP). CCT est la température maximale à laquelle un assemblage de crevasses standardisé (ASTM G78) peut être immergé pendant 72 heures sans attaque évidente de crevasses. Le CCP est le seuil au-delà duquel aucun début de crevasse ne se produit à une température et une concentration de chlorure particulières.

Grade 7 : Passivation stabilisée au palladium
Le titane de grade 7 contient 0,12-0,25 % de palladium, un métal noble qui constitue un excellent site cathodique pour le dégagement d'hydrogène et la réduction de l'oxygène. Dans l'environnement des crevasses privées d'oxygène-, le palladium catalyse la réduction des ions hydrogène (2H+ + 2e- → H2) à un surpotentiel inférieur à celui du titane lui-même. Cette réaction cathodique ajuste le potentiel de crevasse dans la direction noble et contribue ainsi à maintenir le film passif même dans des conditions de faible pH et de manque d'oxygène.

Le grade 7 a un CCT dans 10 % de HCl à 70 deg C d'environ 65 deg C -, c'est-à-dire que l'attaque des crevasses ne commence pas en dessous de 65 deg C dans des conditions de test standard. L'attaque des crevasses dure 100 à 200 heures à 75 degrés. Le grade 7 est égal ou légèrement inférieur à son CCT pour un épurateur fonctionnant à 60-70 degrés, offrant une marge de sécurité minuscule mais fonctionnelle.

12e année : Mo-Ni Power-Up
Le titane de grade 12 contient 0,2 à 0,4 % de molybdène et 0,6 à 0,9 % de nickel. Contrairement au palladium, qui modifie le processus cathodique, le molybdène est enrichi dans le film passif sous forme d'espèces de molybdate (MoO₄²⁻) qui empêchent la pénétration des ions chlorure et réduisent le taux de dissolution anodique. Le nickel augmente la stabilité du film passif dans la réduction des acides et facilite la repassivation après un dommage mécanique du film. Cette combinaison donne lieu à un film passif plus résilient, résistant à la dégradation, même dans les produits chimiques agressifs pour les fissures.

Le grade 12 a un CCT d'environ 80 degrés dans 10 % de HCl à 70 degrés, ce qui est beaucoup plus élevé que le grade 7. Le grade 12 présente une légère attaque de crevasse après 500 heures à 85 degrés. Les performances améliorées sont attribuées au fait que l'ajout de molybdène -nickel entraîne une augmentation de la stabilité intrinsèque du film passif, plutôt que la catalyse des métaux nobles, qui peut être entravée lorsque le dégagement d'hydrogène est la réaction cathodique prédominante.

Comparaison des performances des épurateurs d'incinérateurs
Les données provenant des épurateurs d'incinérateurs de déchets fonctionnant à 65 -70 degrés avec 8 à 12 % de HCl ont montré de nettes différences entre les deux alliages. Les tubes de grade 7 retirés après 5 ans de service présentent des fissures peu profondes (0,1 à 0,3 mm de profondeur) au niveau des joints de tubes roulés et sous les joints. Certaines des installations de niveau 7 ont subi une perforation traversante entre 7 et 8 ans. Dans les mêmes conditions, les tubes de grade 12 ne présentent aucune attaque de fissure significative après 5 ans, et seulement une gravure superficielle minime (0,05 mm) après 8 à 10 ans.

L'avantage du grade 12 est particulièrement évident dans les épurateurs qui ont des problèmes de température. Une exposition à un degré . 75-80 pendant de longues durées provoque une attaque dans les crevasses de grade 7 qui peuvent atteindre 0,5 mm de profondeur en quelques mois. La 12e année est relativement peu affectée à ces températures.

Matrice d'application en alliage de titane pour épurateur d'incinérateur
Conditions de fonctionnement de l'épurateur Concentration en HCl (plage de température recommandée pour l'alliage Durée de vie prévue sans crevasse-
Fonctionnement consécutif, température stable 5-10 % 55-65 degrés Grade 7 5-7 ans
Travail continu, température constante 10-15 % 55-65 degrés Grade 12 8-10 ans
Température de fonctionnement variable jusqu'à 75 degrés 5 à 10 % 60 à 75 degrés Grade 12 6 à 8 ans
Déchets à forte teneur en chlore, souvent des excursions10-15 % 65-80 degrés 12e année (min) 5-7 ans
Tout service où de lourds dépôts solides sont présents. Tout dépôt de niveau 12 augmente le risque de crevasse ; je préfère la 12e année
Nouvelle construction, durée de vie nominale de 10 ans 5-15 % 60-70 degrés Grade 12 10+ ans
Conclusion sur les spécifications de l'épurateur d'incinérateur
Dans les épurateurs humides d'incinérateurs de déchets où les vapeurs d'acide chlorhydrique devraient être à 60-80 degrés, le titane de grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) est préférable au grade 7 (Ti-0,15Pd) du point de vue de la résistance à la corrosion caverneuse. L'inhibition anodique de l'ajout de molybdène -nickel améliore la stabilité du film passif et entraîne une température critique des fissures d'environ 15 degrés supérieure à celle du grade 7. Le service d'épuration typique est à 65 -70 degrés avec 10 % de HCl. Le niveau 12 donnera 8 à 10 ans de service sans crevasse, mais le niveau 7 commencera à présenter des attaques après 5 à 7 ans. Grade 12 : L'alliage préféré pour les nouvelles installations ou les remplacements nécessitant une durée de vie de 10 ans, mais coûte un peu plus cher (environ 15 à 20 % de plus que le grade 7). Le grade 7 convient toujours aux épurateurs à basse température (55-65 degrés) ou si le coût d'investissement initial est la principale limitation, mais le grade 12 doit être spécifié lorsque la température du laveur peut être supérieure à 65 degrés ou lorsque la teneur en chlorure dépasse 10 %. Lors de votre achat, demandez des tubes ASTM B338 Grade 12 avec des surfaces décapées et des joints tube-plaque tubulaire soudés (non roulés) pour éliminer les crevasses au niveau des connexions tube-plaque tubulaire et contribuer à prolonger la durée de vie.