Zmogljivost nerjavnih jekel v koncentrirani žveplovi kislini

Zmogljivost nerjavnih jekel v koncentrirani žveplovi kislini
Žveplova kislina je ena najpogosteje uporabljenih kemikalij na svetu in v koncentracijahveč kot 90 mas.%, je tudi zelo jedka. Ta članek obravnava izbiro materialov zaravnanje s koncentrirano žveplovo kislino, zlasti pri povišanih temperaturah (do 200 ° C)ki se pojavijo med njegovo izdelavo. Nekatera sodobna avstenitna in dupleksna nerjaveča jekla soo njihovih omejitvah in prednostih.
Avtor Roger Francis, RR® Materials, Združeno kraljestvo

UvodŽveplova kislina je kemikalija, ki se uporablja v številnih industrijskih panogahpostopkih, pa tudi pri izpiranju številnih kovin iz njihovihrude. Proizvaja se iz žveplovega dioksida, kar je lahkoki nastane s sežiganjem žvepla, je lahko stranski proizvod ametalurški postopek taljenja ali pa se lahko proizvede s termičnimrazgradnja (regeneracija) izrabljene kisline. Žveplov dioksidreagira s kisikom preko katalizatorja pri ~ 420 ° do 625 ° C, da nastanežveplov trioksid. Slednji plin nato reagira z vodo vabsorpcijski stolpi, ki tvorijo žveplovo kislino. Ta postopek jeeksotermna in kislina lahko doseže temperature do 180 °do 200 ° C. Večina te energije se pridobi z različnimi sredstvi zazmanjšanje porabe energije. Ponavadi se kislina nato ohladiod približno 100 ° C do blizu okolice za shranjevanje.


MaterialiTradicionalno so bili uporabljeni materiali, kot je jeklo, podloženo s kislinsko opekoposod in nodularnih likalnikov, kot je Mondi® ali nizko legirani avstenitninerjaveče jeklo, kot je 316 za cevovode, v omejenem obsegutemperatura in koncentracija kisline. Vendarrazvoj sodobnih visokolegiranih nerjavnih jekel z izboljšanimiodpornost na vročo koncentrirano kislino je spremenila materialemožnosti izbire. Tabela 1 prikazuje sestavo nekaterihnerjaveča jekla, ki se uporabljajo z žveplovo kislino. 304 in 316 stasplošne avstenitne stopnje, ki jih pogosto uporabljajokemična in predelovalna industrija. Zlitina 310 je visok krom,nikljeva avstenitna zlitina z vrhunsko odpornostjo proti kisli korozijiv primerjavi s 304 in 316. ZERON®100 in 2507 stasuperduplex nerjaveča jekla s približno 50/50ravnovesje faze avstenit / ferit. Ta struktura daje veliko višjetrdnost (~ 2½ krat) kot trdnost avstenitnih zlitinmožnost prihranka pri debelini stene za aplikacije, ki vključujejovisoki tlaki in / ali temperature.Saramet®, Sandvik SX® in ZeCor® so vsi lastniški avstenitninerjaveča jekla, ki vsebujejo ~ 5% silicija, kar izboljšaodpornost proti koroziji v vroči močni kislini. Saramet pride čez dvarazličice, z nekoliko drugačnimi sestavami. ZeCor je vitkejšikrom in nikelj kot drugi dve lastniški zlitini, vendar tovsebuje več silicija, elementa, za katerega je znano, da spodbuja korozijoodpornost na vročo, močno kislino.

KorozijaNa sliki 1 so prikazane izokorozijske krivulje nekaterih običajnih zlitinv žveplovi kislini. Vidimo, da so superdupleksne zlitinenad 316L. ZERON 100 je tudi boljši od 2507, kar jeverjetno zaradi namernih dodatkov volframa inbaker do ZERON 100. Zlitina 20 se pogosto uporablja v žveplukislina in od približno 50% do 90% kisline je boljša od ZERON-a100. Vendar pa v močni kislini (GG gt; 90%) ZERON 100 kaže aizrazito povečanje korozijske odpornosti v primerjavi z 2507 inzlitina 20.

Slika 2 primerja izorozijske krivulje za trilastniške zlitine, ki vsebujejo silicij in ZERON 100. Obstajajojasne razlike med zlitinami, ki vsebujejo silicijzlitine, ki kažejo izboljšano odpornost proti koroziji v bolj razredčeni kislini.Pri raziskovanju tega prispevka avtor ni mogel najti nobenegaobjavil podatke za 310 nerjavečega jekla nad to koncentracijo kislineobseg. To je verjetno zato, ker proizvajalci kislih rastlinobravnavajo kot poslovno občutljive podatke. Vendar je znanoda se odpornost proti koroziji nerjavečega materiala 310 občutno zmanjšako koncentracija kisline pade pod 96%.Slika 3 prikazuje izorozijske krivulje za 304, 310 inSaramet 23 v zelo močni kislini1,2. Vidi se, da obstajapovečanje korozijske odpornosti 310 in Sarameta v letu 2007temperaturno območje od 180 ° do 200 ° C. Predpostavlja se, da SX inZeCor kažeta podobno vedenje. To pomeni, da lahko te zlitinese uporabljajo v delih kislih rastlin z višjo temperaturo. Tukaj jeni podatkov za ZERON 100 v celotnem temperaturnem območjuSlika 3 in ni znano, ali tudi superdupleksna nerjaveča jeklapokaži to funkcijo.

Slika 4 prikazuje stopnjo korozije nekaterih nerjavnih jekel v Ljubljanimočna žveplova kislina pri 110 ° C, vzeta pri proizvajalcihobjavljeni podatki. Vidimo, da je odpornost proti korozijiZa razliko od Sarameta 23 se z naraščajočo koncentracijo kisline zmanjšujedruge zlitine. Pri koncentracijah kisline, večjih od 100%je presežek žveplovega trioksida in zmes je nato znana kotoleum. Znano je, da je to bolj jedko za zlitine, kot je Sarametkot na ZERON 100 in zlitino 310.Čeprav ni javno dostopnih podatkov o 310 nerjavečih jeklenkah v Ljubljanizelo močna kislina, obstaja ena sama podatkovna točka. Pri kislinikoncentracija 99% in temperatura 110 ° C, korozijastopnja 310 je bila 0,1 mm / leto1. To kaže na izboljšano odpornostZERON 100 nad 310 nerjavnimi pri tej temperaturi (slika 4).ZERON 100 ima tudi podobno korozijsko odpornost kot ZeCor inSandvik SX v močnejši kislini,> 97 mas.%.V komercialnih kislinskih obratih je običajno majhna količina železa(običajno 5 ppm) in to lahko vpliva na stopnjo korozijenekaj zlitin.

Slika 5 prikazuje učinek 5 ppm železa nastopnja korozije ZERON 100 pri 110 ° C. To je mogoče videti znotrajeksperimentalna napaka, na železo ni prišlo do pomembnega vplivakorozija. Pri 200 ° C (slika 6) v 98,5% kislini je železo povzročilo majhno količinopovečanje stopnje korozije, a nič od tehnikepomembnost.

Učinek hitrostiKer so nerjavna jekla pogosto aktivna (v nasprotju s pasivnimi)v vroči koncentrirani žveplovi kislini je stopnja korozije afunkcija hitrosti. Običajno je priporočljivo, da zlitinekot sta 316 in 310, omejena na največjo hitrost pretoka1,5 m / s2. Preskusi hitrosti so bili izvedeni v prezračevani 95 mas.% Žveplakislina pri 70 ° C z uporabo vrtljivih valjastih vzorcev. Uporaba analizeSilvermana3 rotacijski pretok je bil izračunan kot enakovredendo 2,5 m / s v cevi NPS 4. Stopnja korozije ZERON 100je bila prva dva ali tri dni visoka. Nato korozijastopnja je bila manjša od 0,1 mm / leto. Visoka začetna stopnja korozijeje bil povezan z nastankom tankega črnega filma nakovinska površina. Zdi se, da film daje odpornost proti koroziji kotkaže naslednja nizka stopnja izgube kovin. Ti rezultati kažejoda se ZERON 100 lahko uporablja pri višjih temperaturah inhitrosti kot 316 L v močni žveplovi kislini. Preizkusi v močnejšihkislina pokazala še nižje stopnje korozije.Dodatek silicija ponavadi odstrani občutljivost na hitrostnerjaveča jekla do korozije v vroči, močni žveplovi kislini. Sandvikporočajo o izredno nizkih stopnjah korozije (GG lt; 0,01 mm / leto) za SX v 96%kislina pri 70 ° C in 25 m / s v podatkovnem listu zlitin. Dobili sopodobna hitrost korozije v 98,5% kisline pri 115 ° C in pretoku 10 m / shitrost. Saramet 35 je v Sloveniji pokazal podobne zelo nizke stopnje korozije98,5% kisline pri 120 ° C s hitrostjo 9 in 25 m / s4. Čeprav obstajani podatkov, objavljenih za ZeCor pri visokih hitrostih, se domneva, daje tudi boljši od razredov 304 in 316.

AplikacijePodatki na sliki 3 kažejo, da je zlitina 310 lahko zelo primerna zaoddelek za rekuperacijo toplote pod pogojem, da je koncentracija kislinepri 98% ali več. Vendar pa v nekaterih rastlinah izleti vnizke koncentracije kislin so pogoste in nato lastniškezlitine, ki vsebujejo silicij, so v svojih mejah uporabe bolj zanesljive.Vse tri zlitine, ki vsebujejo silicij, so bile uporabljene za stolpe,rezervoarji, cevi, fitingi, cedila, koritni razdelilniki, toplotaizmenjevalci in odstranjevalci megle, kjer so bile razmerepreveč obremenjujoče za 3105,6. Zlitina 310 se še vedno pogosto uporablja v močni kislini,zlasti tam, kjer se lahko proizvaja oleum. V izmenjevalcih toplote316L (pogosto z Mo≥2,5%) cevi se pogosto uporabljajo z anodnimizaščita, da ostanejo pasivni.Zgornji podatki jasno kažejo na dobro odpornost proti korozijiZERON 100 v koncentrirani žveplovi kislini pri temperaturah do200 ° C. Lahko je še posebej učinkovit pri vročini z visoko temperaturopredelava žveplove kisline. Fosfati v PCSZDA so 18 mesecev leta 18 izpostavile kolute NPS1 zerona 100koncentrirana kislina pri 200 ° C. Hitrost korozije je bila< 0,2="" mm="">PCS so vgradili tudi filter ZERON 100 pred žveplokislinska črpalka, ki deluje pri visokih temperaturah (~ 200 ° C). Po 18mesecev v uporabi je bil filter v odličnem stanju. To je bilobistven napredek glede na uporabljeni filter iz nerjavečega jekla 310prej.ZERON 100 uporablja tudi ena največjih žveplovih kislinpodjetja za oblikovanje kislinskih obratov za odprtine (slika 7).

To souporablja se za nadzor pretoka v aplikacijah, kot so razdelilniki.To izkorišča dobro odpornost ZERON-a proti erozijski koroziji100. ZERON 100 je na voljo tudi kot varjeni izmenjevalnik toplotecevi. Zaradi tega je idealen za hladilnike kislin, kjer jehladilna voda je slana ali morska, saj ima ZERON 100 adokazana zgodovina odlične odpornosti na to okolje7.

RazpoložljivostUporaba teh zlitin za nove projekte na splošno ni problemker je običajno potrebna količina mlina. Vendar pa je za poznemanjša količina na splošno, manjša količinazahteva. Lastniške zlitine, ki vsebujejo silicij, ne hranijoimetniki nerjavečega jekla v pomembnih količinah za takeaplikacij. Večina OEM ima nekatere zaloge omejeneobrazce izdelkov za podporo svojim strankam. Zlitina 310 je široko razširjenana voljo kot plošča, vendar ni tako enostavno na voljo kot cevi in ​​fitingiin prirobnice.
ZERON 100 jetorej uporabenzlitina za aplikacije, kjer je hitra dostava pomembna ali majhnapotrebne količine.ZERON 100 je popolnoma varljiv z vsemi običajnimi obločno varjenjitehnik in široke uporabe zlitine v naftni in plinski industrijipomeni, da obstaja veliko usposobljenih proizvajalcev. Zlitina 310 jevarljiv pod pogojem, da je ogljik razmeroma nizek; 0,04% je arazumen maksimum. To je treba posebej navesti kot UNSS31000 ima ogljik največ 0,08% in nizkoogljikrazličica (UNS S31002) ni na voljo. Visok silicijavstenitne zlitine je tudi razmeroma enostavno izdelati in vse pridejoz vsebnostjo ogljika 0,03%, da se ne tvori karbidovo varjenju.

Zaključki
1. Zlitina 310 ima dobro odpornost na koncentrirano žveplovo kislinopri povišanih temperaturah, vendar ni tako odporen kot kislinakoncentracija se zmanjša z 98%. Zlitina ni zlahkana voljo v obliki, ki ni plošča.
2. Visoko silicijeva avstenitna nerjaveča jekla imajo dobro korozijoodpornost v vroči koncentrirani žveplovi kislini in so boljšikot 310 v šibkejši kislini. Silicij daje tem zlitinam dobroodpornost na žveplovo kislino pri visokih hitrostih pretoka. Te zlitineso manj odporni na oleum v primerjavi z zlitino 310.
3. ZERON 100 ima koristno odpornost na vroče koncentrirane snovižveplova kislina, vmesna med zlitino 310 invisokosilikonske avstenitne zlitine. Njegova široka razpoložljivostZaradi različnih oblik izdelkov je primeren tako za novo tovarnoin višje stopnje.

Reference
1. CM Schillmoller, Tehnično poročilo Inštituta za nikelj št. 10 057.
2. DK Louie, Priročnik za proizvodnjo žveplove kisline, 2ndIzdaja, 2008, izdaja DKL Engineering.
3. DG Silverman, Korozija 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, „Sarametove zlitine - zahtevne zahteveUporaba žveplove kisline ", Konvencija AIChE, Florida, ZDA,Junij 2003.
5. "Saramet avstentično nerjaveče jeklo", Aker SolutionsObjava, 2009.
6. S Richardson, M Spence in J Horne, “Engineered ZeCorOprema za storitve žveplove kisline ", Konvencija AIChE,Florida, ZDA, junij 2007.
7. R. Francis in G. Byrne, »Izkušnje s superdupleksomNerjaveče jeklo v morski vodi ”Svet nerjavečega jekla, letnik 16,Junij 2004, KCI, stran 53.® Registrirane blagovne znamke

Članek iz SVETA IZ NERJAVEČEGA JEKLA.