Prestasi keluli tahan karat dalam asid sulfurik pekat

Prestasi keluli tahan karat dalam asid sulfurik pekat
Asid sulfat adalah salah satu bahan kimia yang paling biasa digunakan di dunia dan, pada kepekatanlebih besar daripada 90 wt%, ia juga sangat menghakis. Makalah ini membincangkan pilihan bahan untukmenangani asid sulfurik pekat, terutama pada suhu tinggi (hingga 200 ° C)yang berlaku semasa pembuatannya. Beberapa keluli tahan karat austenitik dan dupleks moden adalahdikaji dan batasan dan kelebihannya dibincangkan.
Oleh Roger Francis, RR® Bahan, United Kingdom

PengenalanAsid sulfat adalah bahan kimia yang digunakan dalam banyak industriproses serta dalam pencucian banyak logam dari merekabijih. Ia dihasilkan dari sulfur dioksida, yang mungkindihasilkan oleh pembakaran sulfur, ia mungkin merupakan hasil sampingan dari aproses peleburan metalurgi, atau mungkin dihasilkan oleh termalpenguraian (penjanaan semula) asid habis. Sulfur dioksidabertindak balas dengan oksigen ke atas pemangkin pada suhu ~ 420 ° hingga 625 ° C untuk terbentuksulfur trioksida. Gas yang terakhir kemudian bertindak balas dengan air dimenyerap menara untuk membentuk asid sulfurik. Proses ini adalaheksotermik dan asid boleh mencapai suhu setinggi 180 °hingga 200 ° C. Sebilangan besar tenaga ini diperoleh dengan pelbagai kaedah untukmeminimumkan penggunaan tenaga. Biasanya asid kemudian disejukkandari sekitar 100 ° C hingga hampir ke persekitaran untuk penyimpanan.


BahanBahan tradisional seperti keluli berlapis bata asid digunakan untukkapal, dan besi mulur, seperti Mondi® atau austenitik aloi rendahkeluli tahan karat seperti 316 untuk paip, dalam had terhadjulat kepekatan suhu dan asid. Walau bagaimanapunpembangunan keluli tahan karat aloi moden yang moden, dengan peningkatanketahanan terhadap asid pekat panas telah mengubah bahanpilihan pilihan. Jadual 1 menunjukkan komposisi sebilangankeluli tahan karat yang digunakan dengan asid sulfurik. 304 dan 316 adalahnilai austenitik biasa yang banyak digunakan olehindustri kimia dan proses. Alloy 310 adalah kromium tinggi,aloi austenitik nikel yang mempunyai ketahanan kakisan asid yang unggulberbanding dengan 304 dan 316. ZERON®100 dan 2507 adalahkeluli tahan karat superdupleks dengan anggaran 50/50keseimbangan fasa austenit / ferit. Struktur ini memberikan yang lebih tinggikekuatan (~ 2½ kali) daripada aloi dan tawaran austenitkemungkinan penjimatan ketebalan dinding untuk aplikasi yang melibatkantekanan tinggi dan / atau suhu.Saramet®, Sandvik SX® dan ZeCor® semuanya austenitik proprietarikeluli tahan karat yang mengandungi ~ 5% silikon, yang meningkatkanketahanan kakisan dalam asid kuat panas. Saramet masuk duavarian, dengan komposisi yang sedikit berbeza. ZeCor lebih rampingkromium dan nikel daripada dua aloi proprietari yang lain tetapi iamengandungi lebih banyak silikon, unsur yang diketahui dapat mempromosikan kakisantahan dalam asid panas dan kuat.

HakisanRajah 1 menunjukkan lengkung iso-karat bagi sebilangan aloi biasadalam asid sulfurik. Ini dapat dilihat bahawa aloi superdupleks itulebih tinggi daripada 316L. ZERON 100 juga lebih tinggi daripada 2507, iaitudipercayai disebabkan oleh penambahan sengaja tungsten dankuprum hingga ZERON 100. Alloy 20 biasanya digunakan dalam sulfurikasid dan dari sekitar 50% hingga 90% asid lebih unggul daripada ZERON100. Walau bagaimanapun, dalam asid kuat (GG gt; 90%) ZERON 100 menunjukkan apeningkatan ketara dalam ketahanan kakisan berbanding dengan 2507 danaloi 20.

Rajah 2 membandingkan lengkung karat iso bagi ketiga-tiganyaaloi proprietari yang mengandungi silikon dan ZERON 100. Terdapatperbezaan jelas antara aloi, dengan silikon yang mengandungialoi menunjukkan ketahanan kakisan yang lebih baik dalam asid yang lebih cair.Semasa meneliti makalah ini, pengarang tidak dapat menjumpainyamenerbitkan data untuk 310 keluli tahan karat mengenai kepekatan asid inijulat. Ini mungkin kerana pengeluar tanaman asidmenganggap ini sebagai data sensitif secara komersial. Walau bagaimanapun, ia diketahuibahawa ketahanan kakisan 310 tahan karat menurun dengan ketaraapabila kepekatan asid turun di bawah 96%.Rajah 3 menunjukkan lengkung karat iso untuk 304, 310 danSaramet 23 dalam asid yang sangat kuat1,2. Dapat dilihat bahawa terdapatpeningkatan ketahanan kakisan kedua-dua 310 dan Saramet dijulat suhu 180º hingga 200ºC. Diandaikan bahawa SX danZeCor menunjukkan kelakuan yang serupa. Ini bermaksud bahawa aloi ini bolehdigunakan di bahagian-bahagian tanaman asid dengan suhu yang lebih tinggi. Terdapattiada data untuk ZERON 100 melebihi julat suhu lengkapGambar 3 dan tidak diketahui apakah keluli tahan karat superdupleks jugatunjukkan ciri ini.

Rajah 4 menunjukkan kadar kakisan sebilangan keluli tahan karat diasid sulfurik kuat pada suhu 110 ° C diambil dari pengilang 'data yang diterbitkan. Dapat dilihat bahawa rintangan kakisan dariSaramet 23 menurun dengan peningkatan kepekatan asid tidak sepertialoi yang lain. Pada kepekatan asid lebih besar daripada 100% di sanaadalah sulfur trioksida yang berlebihan dan campuran itu kemudian dikenali sebagaioleum. Ini diketahui lebih menghakis aloi seperti Sarametdaripada ZERON 100 dan aloi 310.Walaupun tidak ada data yang tersedia untuk umum di 310 stainless inasid yang sangat kuat, terdapat satu titik data. Pada asidkepekatan 99% dan suhu 110ºC, kakisankadar 310 ialah 0.1mm / y1. Ini menunjukkan peningkatan rintanganZERON 100 lebih dari 310 tahan karat pada suhu ini (Rajah 4).ZERON 100 juga mempunyai ketahanan kakisan yang serupa dengan ZeCor danSandvik SX dalam asid lebih kuat,> 97% berat.Pada tanaman asid komersial biasanya terdapat sebilangan kecil besihadir (biasanya 5ppm) dan ini boleh mempengaruhi kadar kakisan padabeberapa aloi.

Rajah 5 menunjukkan kesan 5ppm besi padakadar kakisan ZERON 100 pada suhu 110 ° C. Ia dapat dilihat bahawa, dalamralat eksperimen, tidak terdapat kesan besi yang ketarakakisan. Pada suhu 200 ° C (Rajah 6) dalam asid 98.5%, besi menyebabkan sedikitpeningkatan kadar kakisan, tetapi tidak ada kejuruteraankepentingan.

Kesan halajuKerana keluli tahan karat sering aktif (berbanding pasif)dalam asid sulfurik pekat yang panas, kadar kakisan adalah afungsi halaju. Adalah biasa disarankan agar aloiseperti 316 dan 310 dibatasi pada halaju aliran maksimum1.5m / saat2. Uji kecepatan telah dilakukan dalam sulfurik 95 wt% berudaraasid pada suhu 70 ° C menggunakan sampel silinder berpusing. Menggunakan analisisdari Silverman3 aliran putaran dikira samahingga 2.5m / saat dalam paip NPS 4. Kadar kakisan ZERON 100tinggi untuk dua atau tiga hari pertama. Selepas itu kakisankadarnya kurang daripada 0.1mm / tahun. Kadar kakisan awal yang tinggidikaitkan dengan pembentukan filem hitam nipis dipermukaan logam. Filem ini nampaknya memberikan ketahanan kakisan sebagaiditunjukkan oleh kadar kehilangan logam rendah berikutnya. Hasil ini menunjukkanbahawa ZERON 100 boleh digunakan pada suhu yang lebih tinggi danhalaju daripada 316L dalam asid sulfurik yang kuat. Ujian lebih kuatasid menunjukkan kadar kakisan yang lebih rendah.Penambahan silikon cenderung menghilangkan kepekaan halajukeluli tahan karat hingga karat dalam asid sulfurik yang kuat dan panas. Sandviklaporkan kadar kakisan yang sangat rendah (GG lt; 0,01mm / y) untuk SX dalam 96%asid pada suhu 70 ° C dan 25m / saat dalam lembaran data aloi. Mereka memperolehkadar kakisan yang serupa dalam 98.5% asid pada suhu 115 ° C dan 10m / saathalaju. Saramet 35 menunjukkan kadar kakisan yang sangat rendah di98.5% asid pada suhu 120 ° C pada kelajuan 9 dan 25 m / s4. Walaupun adatidak ada data yang diterbitkan untuk ZeCor pada halaju tinggi, dianggap bahawaia juga lebih unggul daripada gred 304 dan 316.

PermohonanData dalam Rajah 3 menunjukkan bahawa aloi 310 sangat sesuai untukbahagian pemulihan haba dengan syarat kepekatan asid adalahberjalan pada 98% atau lebih tinggi. Walau bagaimanapun, di beberapa tanaman lawatan kekepekatan asid rendah adalah biasa dan kemudian kepunyaanaloi yang mengandungi silikon lebih dipercayai, dalam had penggunaannya.Ketiga-tiga aloi yang mengandungi silikon telah digunakan untuk menara,tangki, paip, kelengkapan, saringan, pengedar palung, habapenukar dan penghilang kabut di mana keadaannya telah berlakuterlalu berat untuk 3105,6. Alloy 310 masih banyak digunakan dalam asid kuat,terutamanya di mana oleum dapat dihasilkan. Dalam penukar haba,Tiub 316L (selalunya dengan Mo≥2.5%) sering digunakan dengan anodikperlindungan untuk memastikan mereka pasif.Data di atas jelas menunjukkan ketahanan kakisan yang baikZERON 100 dalam asid sulfurik pekat pada suhu hingga200 ° C. Ia sangat berkesan pada suhu tinggibahagian pemulihan tanaman asid sulfurik. PCS Fosfat diAS mendedahkan gulungan NPS1 ZERON 100 selama 18 bulan padaasid pekat pada 200 ° C. Kadar kakisan adalah< 0,2="" mm="">PCS juga telah memasang penapis ZERON 100 di hulu sulfurikpam asid beroperasi pada suhu tinggi (~ 200 ° C). Selepas 18berbulan-bulan berkhidmat saringan dalam keadaan sangat baik. Ini adalahpeningkatan yang ketara berbanding penapis keluli tahan karat 310 yang digunakansebelum ini.ZERON 100 juga telah digunakan oleh salah satu sulfurik utamasyarikat reka bentuk kilang asid untuk plat orifis (Rajah 7).

Ini adalahdigunakan untuk mengawal aliran dalam aplikasi seperti pengedar melalui.Ini memanfaatkan ketahanan kakisan hakisan ZERON yang baik100. ZERON 100 juga boleh didapati sebagai penukar haba yang dikimpal dengan jahitantiub. Ini menjadikannya sangat sesuai untuk penyejuk asid di manaair penyejuk payau atau air laut, kerana ZERON 100 mempunyaiterbukti sejarah ketahanan yang sangat baik terhadap persekitaran ini7.

KetersediaanPenggunaan aloi ini untuk projek baru umumnya tidak menjadi masalahkerana kuantiti larian kilang biasanya diperlukan. Walau bagaimanapun, untuk penambahan lewatpenyesuaian, pembaikan atau pengubahsuaian kilang, jumlah yang lebih kecil umumnyadiperlukan. Aloi yang mengandungi silikon proprietari tidak dipegang olehpemegang stok keluli tahan karat dalam jumlah yang banyakaplikasi. Stok OEM utama mempunyai stok terhad di beberapaborang produk untuk menyokong pelanggan mereka. Alloy 310 secara meluasboleh didapati sebagai plat, tetapi tidak begitu mudah didapati seperti paip, kelengkapandan bebibir.
ZERON 100 ialahjadi bergunaaloi untuk aplikasi di mana penghantaran cepat penting atau kecilkuantiti diperlukan.ZERON 100 boleh dikimpal sepenuhnya oleh semua kimpalan arka biasateknik dan penggunaan aloi secara meluas oleh industri minyak dan gasbermaksud bahawa terdapat banyak perancang yang berkelayakan. Alloy 310 adalahboleh dikimpal dengan syarat karbonnya rendah; 0.04% ialahmaksimum yang munasabah. Ini perlu dinyatakan secara khusus sebagai UNSS31000 mempunyai karbon maksimum 0.08% dan karbon rendahversi (UNS S31002) tidak tersedia. Silikon tinggialoi austenit juga agak mudah dibuat dan semuanya datangdengan tahap karbon maksimum 0.03% untuk memastikan tiada bentuk karbidapada kimpalan.

Kesimpulannya
1. Alloy 310 mempunyai ketahanan yang baik terhadap asid sulfurik pekatpada suhu tinggi, tetapi tidak tahan seperti asidkepekatan menurun dari 98%. Aloi tidak mudahboleh didapati selain dari bentuk pinggan.
2. Keluli tahan karat austenitik silikon tinggi mempunyai kakisan yang baiktahan dalam asid sulfurik pekat panas dan lebih baikdaripada 310 dalam asid yang lebih lemah. Silikon memberikan aloi ini baikketahanan terhadap asid sulfurik pada halaju aliran tinggi. Aloi inikurang tahan oleum berbanding dengan aloi 310.
3. ZERON 100 mempunyai daya tahan berguna terhadap kepekatan panasasid sulfurik, antara antara aloi 310 danaloi austenitik silikon tinggi. Ketersediaannya yang luaspelbagai bentuk produk menjadikannya sesuai untuk kedua-dua kilang barudan naik taraf.

Rujukan
1. CM Schillmoller, Laporan Teknikal Institut Nikel No. 10 057.
2. DK Louie, Buku Panduan Pembuatan Asid Sulfat, ke-2Edisi, 2008, diterbitkan oleh DKL Engineering.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, “Paduan Saramet - Aplikasi dalam MenuntutAplikasi Asid Sulfurik ”, AIChE Convention, Florida, USA,Jun 2003.
5. "Saramet Austentic Stainless Steel", Aker SolutionsPenerbitan, 2009.
6. S Richardson, M Spence dan J Horne, “Engineer ZeCorPeralatan untuk Perkhidmatan Asid Sulfat ”, Konvensyen AIChE,Florida, Amerika Syarikat, Jun, 2007.
7. R. Francis dan G. Byrne, “Pengalaman dengan SuperduplexStainless Steel di Air Laut ”Stainless Steel World, Vol 16,Jun, 2004, KCI, halaman 53.® Tanda Dagangan Berdaftar

Artikel dari STAINLESS STEEL WORLD.