Ефективността на неръждаемите стомани в концентрирана сярна киселина

Ефективността на неръждаемите стомани в концентрирана сярна киселина
Сярната киселина е един от най-често използваните химикали в света и при концентрациинад 90 тегловни%, той също е много корозивен. Тази статия обсъжда избора на материали заработа с концентрирана сярна киселина, особено при повишени температури (до 200 ° C)които се появяват по време на производството му. Някои от съвременните аустенитни и дуплексни неръждаеми стомани саи се обсъждат техните ограничения и предимства.
От Роджър Франсис, RR® Материали, Обединено кралство

ВъведениеСярната киселина е химично вещество, което се използва в множество индустриалнипроцеси, както и при излугването на много метали от технитеруди. Произвежда се от серен диоксид, който може да бъдегенериран чрез изгаряне на сяра, той може да бъде страничен продукт отметалургичен процес на топене или може да се получи чрез термичноразлагане (регенериране) на отработена киселина. Серен диоксидвзаимодейства с кислород над катализатор при ~ 420 ° до 625 ° C, за да се образувасерен триоксид. След това последният газ реагира с вода вабсорбиращи кули за образуване на сярна киселина. Този процес еекзотермичен и киселината може да достигне температури до 180 °до 200 ° С. По-голямата част от тази енергия се възстановява чрез редица средства заминимизиране на консумацията на енергия. Обикновено киселината след това се охлаждаот около 100 ° C до близо до околната среда за съхранение.


МатериалиТрадиционно се използват материали като стомана, облицована с кисели тухлисъдове и пластични ютии, като Mondi® или нисколегиран аустенитеннеръждаеми стомани като 316 за тръбопроводи, в рамките на ограничентемпература и концентрация на киселина. както и да еразработване на модерни, високолегирани неръждаеми стомани, с подобрениустойчивостта на гореща концентрирана киселина е променила материалитеопции за избор. Таблица 1 показва състава на някоинеръждаеми стомани, които се използват със сярна киселина. 304 и 316 саобщите аустенитни степени, които са широко използвани отхимическа и преработвателна промишленост. Сплав 310 е с високо съдържание на хром,никелова аустенитна сплав, която има превъзходна устойчивост на киселинна корозияв сравнение с 304 и 316. ZERON®100 и 2507 сасупердуплексни неръждаеми стомани с приблизително 50/50фаза на аустенит / ферит. Тази структура дава много по-високаякост (~ 2½ пъти) от тази на аустенитните сплави и предложениявъзможността за спестяване на дебелина на стената за приложения, включващивисоки налягания и / или температури.Saramet®, Sandvik SX® и ZeCor® всички са собственост аустенитнинеръждаеми стомани, съдържащи ~ 5% силиций, което подобряваустойчивост на корозия в гореща силна киселина. Сарамет идва на двеварианти, с малко по-различни композиции. ZeCor е по-слабхром и никел, отколкото другите две собствени сплави, но тойсъдържа повече силиций, елемент, за който е известно, че насърчава корозиятаустойчивост в гореща, силна киселина.

КорозияФигура 1 показва изо-корозионните криви за някои често срещани сплавив сярна киселина. Вижда се, че супердуплексните сплави сапревъзхожда 316L. ZERON 100 също превъзхожда 2507, което есе смята, че се дължи на умишлените добавки на волфрам имед до ZERON 100. Сплав 20 обикновено се използва в сярнакиселина и от около 50% до 90% киселина превъзхожда ZERON100. Въпреки това, в силна киселина (GG gt; 90%) ZERON 100 показва aзначително увеличение на устойчивостта на корозия в сравнение с 2507 исплав 20.

Фигура 2 сравнява кривите на изорозия за тритепатентовани сплави, съдържащи силиций и ZERON 100. Имаясно разлики между сплавите със съдържащи силицийсплави, показващи подобрена устойчивост на корозия в по-разредена киселина.При изследването на тази статия авторът не успя да намери такавапубликува данни за 310 неръждаема стомана над тази концентрация на киселинаобхват. Това е може би защото производителите на киселинни растенияразглеждат това като търговски чувствителни данни. Известно е обачече устойчивостта на корозия на неръждаема стомана 310 значително намалявакогато концентрацията на киселина падне под 96%.Фигура 3 показва изо-корозионните криви за 304, 310 иСарамет 23 в много силна киселина1,2. Вижда се, че имаувеличаване на устойчивостта на корозия както на 310, така и на Saramet втемпературен диапазон 180º до 200ºC. Предполага се, че SX иZeCor показват подобно поведение. Това означава, че тези сплави могатда се използва в части с по-висока температура на киселинни растения. Иманяма данни за ZERON 100 за целия температурен диапазон отФигура 3 и не е известно дали супердуплексните неръждаеми стомани същопокажете тази функция.

Фигура 4 показва скоростта на корозия на някои неръждаеми стомани всилна сярна киселина при 110 ° C, взета от производителитепубликувани данни. Вижда се, че устойчивостта на корозия наSaramet 23 намалява с увеличаване на концентрацията на киселина за разликадругите сплави. При концентрации на киселина над 100% таме излишък на серен триоксид и сместа тогава е известна катоолеум. Известно е, че това е по-разяждащо за сплави като Sarametотколкото на ZERON 100 и сплав 310.Въпреки че няма публично достъпни данни за 310 неръждаема стомана вмного силна киселина, има единна точка от данни. При киселинаконцентрация 99% и температура 110 ° C, корозиятаскоростта от 310 е 0,1 mm / y1. Това показва подобрената устойчивост наZERON 100 над 310 неръждаема при тази температура (Фигура 4).ZERON 100 също има подобна устойчивост на корозия на ZeCor иSandvik SX в по-силна киселина,> 97 тегловни%.В търговските заводи с киселини обикновено има малко количество желязоприсъства (обикновено 5ppm) и това може да повлияе на скоростта на корозия нанякои сплави.

Фигура 5 показва ефекта от 5ppm желязо върхускорост на корозия на ZERON 100 при 110 ° C. Вижда се, че отвътреекспериментална грешка, нямаше значителен ефект на желязото върхукорозия. При 200 ° C (Фигура 6) в 98,5% киселина, желязото причинява малкоувеличаване на скоростта на корозия, но нищо от инженерствотозначение.

Ефектът от скоросттаТъй като неръждаемите стомани често са активни (за разлика от пасивните)в гореща, концентрирана сярна киселина скоростта на корозия е aфункция на скоростта. Обикновено се препоръчва сплавикато 316 и 310 да бъдат ограничени до максимална скорост на потока от1,5 м / сек2. Проведени са тестове за скорост в аерирана 95 тегл.% Сяракиселина при 70 ° C с помощта на въртящи се цилиндрични проби. Използване на анализана Силвърман3 ротационният поток се изчислява като еквивалентендо 2,5 м / сек в NPS 4 тръба. Скоростта на корозия на ZERON 100беше висока през първите два или три дни. След това корозиятаскоростта е по-малка от 0,1 мм / годишно. Високата първоначална скорост на корозиябеше свързано с образуването на тънък черен филм върхуметална повърхност. Изглежда, че филмът придава устойчивост на корозия катопоказан от последващата ниска степен на загуба на метал. Тези резултати показватче ZERON 100 може да се използва при по-високи температури искорости от 316L в силна сярна киселина. Тестове в по-силникиселина показа дори по-ниски нива на корозия.Добавките на силиций са склонни да премахват чувствителността към скоростта нанеръждаеми стомани до корозия в гореща, силна сярна киселина. Сандвикотчитат изключително ниски нива на корозия (GG lt; 0,01 mm / y) за SX при 96%киселина при 70 ° C и 25m / sec в паспорта за сплав. Те получихаподобна скорост на корозия в 98,5% киселина при 115 ° C и 10m / sec потокскорост. Сарамет 35 показа подобни много ниски нива на корозия през98,5% киселина при 120 ° C при 9 и 25 m / s скорост4. Въпреки че иманяма данни за ZeCor при високи скорости, предполага се, четой също е по-добър от 304 и 316 клас.

ПриложенияДанните на фигура 3 показват, че сплав 310 може да бъде много подходяща засекцията за възстановяване на топлината, при условие че концентрацията на киселина еработи на 98% или повече. Въпреки това, в някои растения екскурзии дониските концентрации на киселина са често срещани и след това патентованисъдържащите силиций сплави са по-надеждни в рамките на техните граници на употреба.И трите сплави, съдържащи силиций, са използвани за кули,резервоари, тръби, фитинги, филтри, чрез разпределители, топлинаобменници и елиминиращи мъгла там, където са били условиятатвърде обременителен за 3105,6. Сплав 310 все още се използва широко в силна киселина,особено там, където може да се получи олеум. В топлообменниците,316L (често с Mo≥2,5%) тръби често се използват с аноднизащита, за да ги запази пасивни.Данните по-горе ясно показват добрата устойчивост на корозия наZERON 100 в концентрирана сярна киселина при температури до200 ° С. Той може да бъде особено ефективен при висока температурасекция за възстановяване на инсталации със сярна киселина. PCS фосфати вСАЩ изложиха макара NPS1 на ZERON 100 в продължение на 18 месеца презконцентрирана киселина при 200 ° C. Скоростта на корозия е< 0,2="" mm="">PCS са монтирали и ZERON 100 филтър пред сяратакиселинна помпа, работеща при високи температури (~ 200 ° C). След 18месеци в експлоатация филтърът беше в отлично състояние. Това бешезначително подобрение спрямо използвания филтър от неръждаема стомана 310преди това.ZERON 100 се използва и от една от основните сярникомпании за проектиране на киселинни инсталации за отворни плочи (Фигура 7).

Това саизползва се за управление на потока в такива приложения като чрез разпределители.Това използва добрата устойчивост на корозия на ерозия на ZERON100. ZERON 100 се предлага и като заварен топлообменниктръби. Това го прави идеално подходящ за киселинни охладители, къдетоохлаждащата вода е солена или морска, тъй като ZERON 100 има aдоказана история на отлична устойчивост на тази среда7.

НаличностИзползването на тези сплави за нови проекти обикновено не е проблемтъй като обикновено се изисква количество на мелницата. За късно добавяне обачепо-малки количества, обикновено ремонти или модификации на инсталациизадължително. Запазените сплави, съдържащи силиций, не се държат отакционери от неръждаема стомана в значителни количества за такиваприложения. Основните OEM притежават ограничени акции в някоипродуктови форми за подкрепа на своите клиенти. Сплав 310 е широко разпространенапредлага се като плоча, но не е толкова лесно достъпна като тръби, фитингии фланци.
ZERON 100 епо този начин полезенсплав за приложения, при които бързата доставка е важна или малкаса необходими количества.ZERON 100 е напълно заваряем от всички обичайни дъгови заваркитехники и широкото използване на сплавта от петролната и газовата промишленостозначава, че има много квалифицирани производители. Сплав 310 езаваряеми, при условие че въглеродът е сравнително нисък; 0,04% е aразумен максимум. Това трябва да бъде специално посочено като UNSS31000 има въглероден максимум от 0,08% и нисковъглероденВерсията (UNS S31002) не е лесно достъпна. Високият силицийаустенитните сплави също са относително лесни за производство и всички идватс нива на въглерод от 0,03% максимум, за да се гарантира, че не се образуват карбидина заваряване.

Заключения
1. Сплав 310 има добра устойчивост на концентрирана сярна киселинапри повишени температури, но не е толкова устойчив като киселинатаконцентрацията намалява от 98%. Сплавта не е лесноПредлага се под формата на плоча.
2. Високосилициевите аустенитни неръждаеми стомани имат добра корозияустойчивост в гореща концентрирана сярна киселина и са по-добриот 310 в по-слаба киселина. Силицият придава на тези сплави доброустойчивост на сярна киселина при високи скорости на потока. Тези сплависа по-малко устойчиви на олеум в сравнение със сплав 310.
3. ZERON 100 има полезна устойчивост на горещо концентриранисярна киселина, междинно между тази на сплав 310 ивисококалциеви аустенитни сплави. Готовата му наличност в широкгама от продуктови форми го прави подходящ както за новия заводи по-високи оценки.

Препратки
1. CM Schillmoller, Технически доклад № 10 057 на института за никел.
2. DK Louie, Наръчник за производство на сярна киселина, 2ndИздание, 2008 г., публикувано от DKL Engineering.
3. DG Silverman, Корозия 44, 1 (1988) 42.
4. С. Кларк, „Сараметови сплави - търсенето на приложенияПриложения на сярна киселина ”, Конвенция AIChE, Флорида, САЩ,Юни 2003 г.
5. „Сараметска аустенична неръждаема стомана“, Aker SolutionsПубликация, 2009 г.
6. S Richardson, M Spence и J Horne, “Engineered ZeCorОборудване за обслужване на сярна киселина ”, Конвенция AIChE,Флорида, САЩ, юни 2007 г.
7. Р. Франсис и Г. Бърн, „Опит със супердуплексНеръждаема стомана в морска вода ”Свят от неръждаема стомана, том 16,Юни 2004 г., KCI, стр. 53.® Регистрирани търговски марки

Статията от СВЕТА НА НЕРЪЖДАЕМА СТОМАНА.