Modèle thermodynamique pour les chromates, molybdates et tungstates de sodium et de potassium impliqués dans la corrosion des aciers à haute température

L’objectif principal de cette étude est de mieux comprendre les réactions chimiques de corrosion à haute température (entre 600 et 950°C), connue sous le nom de « corrosion chaude », lors des procédés de conversion de l'énergie par combustion dans des milieux riches en O-H-S-C-Cl et en sels alcalins. Pour ce faire, nous avons analysé de nombreuses réactions chimiques susceptibles de se produire puis développé un nouveau modèle thermodynamique multicomposant permettant de prédire les phases corrosives susceptibles de se former dans ces environnements. Les installations en acier et en acier inoxydable contenant les éléments d’alliage Ni, Cr, Mo, W et V peuvent être sujettes à ce type de corrosion. Typiquement entre 600 et 950°C, des gaz corrosifs (CO2, SO2, O2, H2O, etc.), des cendres volantes (NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4, Na2CO3, K2CO3, etc.), des dépôts solides, voire des sels fondus, peuvent se former. Les sels fondus pouvant se former sont (NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4, Na2CO3, K2CO3, Na2S2O7, et K2S2O7), (Na2CrO4 et K2CrO4), (Na2MoO4 et K2MoO4), (Na2WO4 et K2WO4), et (Na2Cr2O7, K2Cr2O7, Na2Mo2O7, K2Mo2O7, Na2W2O7, et K2W2O7). Ils déclenchent une série de réactions ayant un impact néfaste sur la durabilité et la performance des équipements utilisés. Les phases solides et liquide faisant intervenir ces sels alcalins sont prises en compte dans le nouveau modèle thermodynamique développé pour le système (NaCl + Na2CO3 + Na2SO4 + Na2S2O7 + Na2CrO4 + Na2Cr2O7 + Na2MoO4 + Na2Mo2O7 + Na2O + KCl + K2CO3 + K2SO4 + K2S2O7 + K2CrO4 + K2Cr2O7 + K2MoO4 + K2Mo2O7 + K2O) (dilué en Na2O et en K2O). Ce modèle permet d’évaluer les conditions limites pouvant favoriser la formation de dépôts de chromates, dichromates, molybdates, et dimolybdates de sodium et de potassium, et d’éventuellement prévenir la formation de ces dépôts.

Abstract

The main objective of this study is to better understand high-temperature corrosion chemical reactions (between 600 and 950°C), known as « hot corrosion », during energy conversion processes through combustion in environments rich in O-H-S-C-Cl and alkaline salts. We analyzed numerous chemical reactions that might occur and then developed a new multicomponent thermodynamic model permitting to predict the corrosive phases that may form in these environments. Steel and stainless steel installations consisting of the alloying elements Ni, Cr, Mo, W and V can be subject to this type of corrosion. Typically, between 600 and 950°C, corrosive gases (CO2, SO2, O2, H2O, etc.), fly ashes (NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4, Na2CO3, K2CO3, etc.), solid deposits and even molten salts may form. The molten salts that can form are (NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4, Na2CO3, K2CO3, Na2S2O7, and K2S2O7), (Na2CrO4 and K2CrO4), (Na2MoO4 and K2MoO4), (Na2WO4 and K2WO4), and (Na2Cr2O7, K2Cr2O7, Na2Mo2O7, K2Mo2O7, Na2W2O7, and K2W2O7). They can trigger a series of reactions having a detrimental impact on the durability and performance of the equipments used. The solid and liquid phases involving these alkaline salts are considered in the new thermodynamic model developed for the system (NaCl + Na2CO3 + Na2SO4 + Na2S2O7 + Na2CrO4 + Na2Cr2O7 + Na2MoO4 + Na2Mo2O7 + Na2O + KCl + K2CO3 + K2SO4 + K2S2O7 + K2CrO4 + K2Cr2O7 + K2MoO4 + K2Mo2O7 + K2O) (diluted in Na2O and K2O). The model permits to assess the limiting conditions that could favor the formation of deposits of chromates, dichromates, molybdates, and dimolybdates of sodium and potassium, and possibly prevent the formation of these deposits.