Ruostumattomien terästen suorituskyky väkevässä rikkihapossa

Ruostumattomien terästen suorituskyky väkevässä rikkihapossa
Rikkihappo on yksi yleisimmin käytetyistä kemikaaleista maailmassa ja pitoisuuksinayli 90 painoprosenttia, se on myös erittäin syövyttävää. Tässä artikkelissa käsitellään materiaalien valintaaväkevän rikkihapon käsittely, erityisesti korotetuissa lämpötiloissa (jopa 200 ° C)valmistuksen aikana. Jotkut moderneista austeniittisista ja duplex-ruostumattomista teräksistä ovattarkistetaan ja niiden rajoituksista ja eduista keskustellaan.
Roger Francis, RR® Materiaalit, Iso-Britannia

JohdantoRikkihappo on kemikaali, jota käytetään lukuisissa teollisuuden aloillasekä monien metallien huuhtoutumisesta niiden metalleistamalmit. Se on valmistettu rikkidioksidista, joka voi ollasyntyy polttamalla rikkiä, se voi olla a: n sivutuotemetallurginen sulatusprosessi, tai se voidaan tuottaa lämpökäsittelylläkäytetyn hapon hajoaminen (regenerointi). Rikkidioksidisaatetaan reagoimaan hapen kanssa katalyytin päällä ~ 420 - 625 ° C: ssa muodostaenrikkitrioksidi. Jälkimmäinen kaasu reagoi sitten vedessäabsorboivat tornit rikkihapon muodostamiseksi. Tämä prosessi oneksoterminen ja happo voi saavuttaa jopa 180 ° lämpötilan200 ° C: seen. Suurin osa tästä energiasta otetaan talteen monin eri tavoinminimoida energiankulutus. Yleensä happo jäähdytetäännoin 100 ° C: sta lähellä ympäröivää ympäristöä varastointia varten.


MateriaalitPerinteisesti käytettiin materiaaleja, kuten happotiilillä vuorattua terästäastiat ja pallografiittisilitysraudat, kuten Mondi® tai vähän seosterästä sisältävä austeniittinenruostumattomat teräkset, kuten 316 putkille, rajoitetustilämpötilan ja hapon pitoisuusalue. Kuitenkinnykyaikaisten, seostettujen ruostumattomien terästen kehittäminen parannetuillavastustuskyky kuumalle väkevälle hapolle on muuttanut materiaalejavalintavaihtoehdot. Taulukossa 1 on esitetty joidenkin koostumusrikkihapon kanssa käytettävät ruostumattomat teräkset. 304 ja 316 ovat- yleiset austeniittilaadut, joitakemian- ja prosessiteollisuus. Seos 310 on korkea kromi,nikkeli-austeniittiseos, jolla on erinomainen haponkorroosionkestävyysverrattuna 304 ja 316. ZERON®100 ja 2507 ovatsuperduplex-ruostumattomat teräkset noin 50/50austeniitti / ferriittifaasitasapaino. Tämä rakenne antaa paljon korkeammanlujuus (~ 2,5 kertaa) kuin austeniittisten seosten ja tarjousten vahvuusmahdollisuus seinän paksuuden säästöihin sovelluksissakorkeat paineet ja / tai lämpötilat.Saramet®, Sandvik SX® ja ZeCor® ovat kaikki omistettuja austeniittisiaruostumattomat teräkset, jotka sisältävät ~ 5% piitä, mikä parantaakorroosionkestävyys kuumassa vahvassa hapossa. Saramet tulee kahtenavariantteja, hieman erilaisilla koostumuksilla. ZeCor on kevyempi sisäänpäinkromia ja nikkeliä kuin kaksi muuta omaa seosta, mutta sesisältää enemmän piitä, elementin, jonka tiedetään edistävän korroosiotakestävyys kuumassa, vahvassa hapossa.

KorroosioKuvassa 1 on esitetty joidenkin yleisten seosten iso-korroosiokäyrätrikkihapossa. Voidaan nähdä, että superduplex-seokset ovatparempi kuin 316L. ZERON 100 on myös parempi kuin 2507, mikä onuskotaan johtuvan volframin jakupari ZERON 100: een. Seosta 20 käytetään yleisesti rikkihapossahappo ja noin 50-90% happoa se on parempi kuin ZERON100. Vahvassa hapossa (GG gt; 90%) ZERON 100 osoittaa kuitenkin amerkittävä korroosionkestävyyden kasvu verrattuna 2507: een jaseos 20.

Kuvassa 2 verrataan näiden kolmen iso-korroosiokäyriäomat seokset, jotka sisältävät piitä ja ZERON 100. Onselvästi eroja seosten välillä piitä sisältävän aineen kanssaseokset, joilla on parempi korroosionkestävyys laimeammassa hapossa.Tutkiessaan tätä paperia kirjoittaja ei löytänyt yhtäänjulkaistut tiedot 310 ruostumattomasta teräksestä tästä happopitoisuudestaalue. Tämä johtuu todennäköisesti happolaitosten valmistajistapitää tätä kaupallisesti arkaluonteisena datana. Se on kuitenkin tiedossaettä ruostumattoman teräksen 310 korroosionkestävyys vähenee huomattavastikun happopitoisuus laskee alle 96%.Kuvio 3 esittää isokorroosikäyrät malleille 304, 310 jaSaramet 23 erittäin vahvassa hapossa1,2. Voidaan nähdä, että on olemassasekä 310: n että Sarametin korroosionkestävyyden kasvu vuonnalämpötila-alue 180–200 ºC. Oletetaan, että SX jaZeCor näyttää samanlaista käyttäytymistä. Tämä tarkoittaa, että nämä seokset voivatvoidaan käyttää happolaitosten korkeamman lämpötilan osissa. Onei tietoja ZERON 100: sta koko lämpötila-alueellaKuva 3, eikä tiedetä onko myös superduplex-ruostumattomia teräksiänäytä tämä ominaisuus.

Kuvassa 4 on esitetty joidenkin ruostumattomien terästen korroosioastevahva rikkihappo 110 ° C: n lämpötilassa, joka on otettu valmistajienjulkaistut tiedot. Voidaan nähdä, ettäSaramet 23 vähenee happokonsentraation kasvaessa toisinmuut seokset. Happopitoisuuksilla, jotka ovat yli 100% sielläon ylimääräinen rikkitrioksidi ja seos tunnetaan sitten nimelläoleum. Tämän tiedetään syövyttävän enemmän seoksia, kuten Sarametkuin ZERON 100: een ja seokseen 310.Vaikka 310 ruostumattomasta teräksestä ei ole julkisesti saatavilla olevaa tietoa vuonnaerittäin vahva happo, on yksi tietopiste. Hapossapitoisuus 99% ja lämpötila 110ºC, korroosionopeus 310 oli 0,1 mm / v1. Tämä osoittaaZERON 100 yli 310 ruostumatonta tässä lämpötilassa (kuva 4).ZERON 100: lla on myös samanlainen korroosionkestävyys kuin ZeCorilla jaSandvik SX vahvemmassa hapossa,> 97 painoprosenttia.Kaupallisissa happolaitoksissa on yleensä pieni määrä rautaaläsnä (tyypillisesti 5ppm) ja tämä voi vaikuttaajotkut seokset.

Kuva 5 esittää 5 ppm raudan vaikutuksenZERON 100: n korroosionopeus 110 ° C: ssa. Voidaan nähdä, että sisälläkokeellisen virheen vuoksi raudalla ei ollut merkittävää vaikutustakorroosio. 200 ° C: ssa (kuva 6) 98,5-prosenttisessa hapossa rauta aiheutti pienen määränkorroosionopeuden kasvu, mutta ei mitään teknistämerkitys.

Nopeuden vaikutusKoska ruostumattomat teräkset ovat usein aktiivisia (toisin kuin passiiviset)kuumassa, väkevässä rikkihapossa korroosionopeus on anopeuden funktio. Seoksia suositellaan yleisestikuten 316 ja 310, on rajoitettu enimmäisvirtausnopeuteen1,5 m / s2. Nopeustestit on suoritettu ilmastetussa 95 painoprosentissa rikkihapossahappo 70 ° C: ssa käyttäen pyöriviä sylinterimäisiä näytteitä. Analyysin avullaSilverman3 pyörimisvirtaus laskettiin vastaavaksi2,5 m / s NPS 4 -putkessa. ZERON 100: n korroosioasteoli korkea kahden ensimmäisen tai kolmen päivän ajan. Tämän jälkeen korroosionopeus oli alle 0,1 mm / vuosi. Korkea korroosionopeusliittyi ohuen mustan kalvon muodostumiseenmetallipinta. Kalvo näyttää antavan korroosionkestävyydenosoittaa myöhempi metallihäviöaste. Nämä tulokset osoittavatettä ZERON 100: ta voidaan käyttää korkeammissa lämpötiloissa jayli 316 litraa vahvassa rikkihapossa. Testit vahvemmissahapon korroosioaste oli vielä alhaisempi.Piin lisäykset pyrkivät poistamaan nopeuden herkkyydenruostumattomat teräkset korroosioon kuumassa, vahvassa rikkihapossa. Sandvikraportoi SX: n erittäin alhaisista korroosioasteista (GG lt; 0,01 mm / v) 96 prosentissahappo 70 ° C: ssa ja 25 m / s seosdataulukossa. He saivatsamanlainen korroosionopeus 98,5% hapossa 115 ° C: ssa ja 10 m / s virtauksessanopeus. Saramet 35 osoitti samanlaisia ​​erittäin alhaisia ​​korroosioasteita vuonna98,5% happoa 120 ° C: ssa nopeudella 9 ja 25 m / s4. Vaikka onkinei ole julkaistu tietoja ZeCorista suurilla nopeuksilla, sen oletetaan olevanse on myös parempi kuin 304 ja 316.

SovelluksetKuvan 3 tiedot osoittavat, että seos 310 voi olla erittäin sopivalämmön talteenottokohta edellyttäen, että happokonsentraatio on98% tai enemmän. Joissakin kasveissa retkiämatalat happokonsentraatiot ovat yleisiä ja sitten omapiitä sisältävät seokset ovat luotettavampia niiden käyttörajoissa.Kaikkia kolmea piitä sisältävää seosta on käytetty torneihin,säiliöt, putket, liittimet, siivilät, kaukalot jakelijat, lämpölämmönvaihtimet ja sumunpoistajat missä olosuhteet ovat olleetliian raskas 310: lle5,6. Seosta 310 käytetään edelleen laajalti vahvassa hapossa,etenkin missä oleumia voidaan tuottaa. LämmönvaihtimissaAnodisten kanssa käytetään usein 316L (usein Mo ≥ 2,5%) putkiasuojaa, jotta ne pysyvät passiivisina.Yllä olevat tiedot osoittavat selvästiZERON 100 väkevässä rikkihapossa lämpötilassa enintään200 ° C. Se voi olla erityisen tehokas korkeassa lämpötilassarikkihappolaitosten talteenotto-osa. PCS-fosfaatitUSA paljasti ZERON 100: n NPS1-kelan 18 kuukauden ajanväkevää happoa 200 ° C: ssa. Korroosioaste oli< 0,2="" mm="">PCS on myös asentanut ZERON 100 -suodattimen rikkihapon ylävirtaanhappopumppu, joka toimii korkeissa lämpötiloissa (~ 200 ° C). 18 jälkeenkuukauden käyttö suodatin oli erinomaisessa kunnossa. Tämä oli amerkittävä parannus käytettyyn 310 ruostumattomasta teräksestä valmistettuun suodattimeen verrattunaaiemmin.ZERON 100 on myös ollut yksi tärkeimmistä rikkihapoistahappolaitosten suunnitteluyritykset aukkolevyille (kuva 7).

Nämä ovatkäytetään virtauksen säätämiseen sellaisissa sovelluksissa kuin kaukosäätimet.Tämä hyödyntää ZERONin hyvää korroosionkestävyyttä100. ZERON 100 on saatavana myös saumahitsattuina lämmönvaihtiminaletkut. Tämä tekee siitä ihanteellisen happojäähdyttimille, joissajäähdytysvesi on murtovettä tai merivettä, koska ZERON 100: lla ontodistettu historia erinomaisesta vastustuskyvystä tähän ympäristöön7.

SaatavuusNäiden seosten käyttö uusissa projekteissa ei yleensä ole ongelmakoska tavallisesti vaaditaan myllykäyttöinen määrä. Myöhäisistä lisäyksistäkorjauksia tai laitosmuutoksia, yleensä pienempiä määriävaaditaan. Alkuperäiset piitä sisältävät seokset eivät ole hallussamerkittäviä määriä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja varastojasovellukset. Suurimmilla OEM-valmistajilla on rajoitetusti varastoja joissakintuotemuodot asiakkaidensa tukemiseksi. Alloy 310 on laajasti käytettysaatavana levynä, mutta ei ole niin helposti saatavilla putkina, liittiminäja laipat.
ZERON 100 onsiten hyödyllinenseos sovelluksiin, joissa nopea toimitus on tärkeää tai pienitarvitaan.ZERON 100 on täysin hitsattava kaikilla tavallisilla kaarihitsauksillatekniikoita ja seoksen laajaa käyttöä öljy- ja kaasuteollisuudessatarkoittaa, että päteviä valmistajia on paljon. Seos 310 onhitsattava edellyttäen, että hiili on kohtuullisen alhainen; 0,04% on akohtuullinen enimmäismäärä. Tämä on määritettävä erityisesti nimellä UNSS31000: n hiilimaksimi on 0,08% ja vähähiilinenversio (UNS S31002) ei ole helposti saatavilla. Korkea piiausteniittisia seoksia on myös suhteellisen helppo valmistaa ja ne kaikki tulevatjonka hiilipitoisuus on enintään 0,03%, jotta karbideja ei muodostuhitsauksessa.

Päätelmät
1. Seoksella 310 on hyvä vastustuskyky väkevälle rikkihapollekorotetuissa lämpötiloissa, mutta se ei ole niin kestävä kuin happopitoisuus laskee 98 prosentista. Seosta ei ole helpostisaatavana muussa muodossa kuin levymuodossa.
2. Korkealla silikonisella austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä on hyvä korroosiokestävyys kuumassa väkevässä rikkihapossa ja ovat parempiayli 310 heikommassa hapossa. Pii antaa näille seoksille hyväärikkihaponkestävyys suurilla virtausnopeuksilla. Nämä seoksetovat vähemmän vastustuskykyisiä oleumissa kuin seoksessa 310.
3. ZERON 100: lla on hyödyllinen kestävyys kuumakonsentraatillerikkihappo, välituote seoksen 310 jarunsaasti piitä sisältävät austeniittiset seokset. Se on saatavana laajastituotemuotovalikoima tekee siitä sopivan molempiin uusiin laitoksiinja korkeammat arvosanat.

Viitteet
1. CM Schillmoller, Nickel Institutein tekninen raportti nro 10 057.
2. DK Louie, rikkihappojen valmistuksen käsikirja, toinenPainos, 2008, julkaisija DKL Engineering.
3. PO Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, “Saramet Alloys - sovellukset vaativissa kohteissaRikkihapposovellukset ”, AIChE-yleissopimus, Florida, USA,Kesäkuu 2003.
5. “Saramet Austentic Ruostumaton Teräs”, Aker SolutionsJulkaisu, 2009.
6. S Richardson, M Spence ja J Horne, “Suunniteltu ZeCorLaitteet rikkihappopalveluja varten ”, AIChE-yleissopimus,Florida, USA, kesäkuu 2007.
7. R. Francis ja G. Byrne, “Kokemuksia superduplexistaRuostumaton teräs merivedessä ”Stainless Steel World, Vol 16,Kesäkuu 2004, KCI, sivu 53.® Rekisteröidyt tavaramerkit

RUOSTUMATTOMAN TERÄKSEN MAAILMAN artikkeli.