Le prestazioni degli acciai inossidabili in acido solforico concentrato

Le prestazioni degli acciai inossidabili in acido solforico concentrato
L'acido solforico è una delle sostanze chimiche più comunemente utilizzate al mondo e, in concentrazionemaggiore del 90% in peso, è anche molto corrosivo. Questo documento discute la scelta dei materiali permanipolazione di acido solforico concentrato, in particolare a temperature elevate (fino a 200 ° C)che si verificano durante la sua fabbricazione. Alcuni dei moderni acciai inossidabili austenitici e duplex lo sonoriesaminati e vengono discussi i loro limiti e vantaggi.
Di Roger Francis, RR® Materials, Regno Unito

introduzioneL'acido solforico è una sostanza chimica che viene utilizzata in numerosi settori industrialiprocessi così come nella lisciviazione di molti metalli dai lorominerali. È prodotto dall'anidride solforosa, che può esseregenerato dalla combustione di zolfo, può essere un sottoprodotto di aprocesso di fusione metallurgico, o può essere prodotto dal termicodecomposizione (rigenerazione) dell'acido esaurito. L'anidride solforosaviene fatto reagire con ossigeno su un catalizzatore a una temperatura compresa tra ~ 420 ° e 625 ° C per formarsianidride solforica. Quest'ultimo gas reagisce quindi con l'acqua neltorri assorbenti per formare acido solforico. Questo processo èesotermico e l'acido può raggiungere temperature fino a 180 °a 200 ° C. La maggior parte di questa energia viene recuperata da una serie di mezzi perridurre al minimo il consumo di energia. Di solito l'acido viene poi raffreddatoda circa 100 ° C a vicino alla temperatura ambiente per lo stoccaggio.


MaterialiTradizionalmente venivano usati materiali come l'acciaio rivestito di mattoni acidivasi e ferri duttili, come Mondi® o austenitici bassolegatiacciai inossidabili come 316 per tubazioni, entro un limitetemperatura e intervallo di concentrazione dell'acido. comunque, ilsviluppo di acciai inossidabili moderni, altamente legati, con miglioramentila resistenza all'acido concentrato caldo ha modificato i materialiopzioni di selezione. La tabella 1 mostra la composizione di alcuniacciai inossidabili che vengono utilizzati con acido solforico. 304 e 316 sonoi gradi austenitici comuni che sono ampiamente utilizzati daindustria chimica e di processo. La lega 310 è un alto contenuto di cromo,lega austenitica di nichel che ha una resistenza alla corrosione acida superiorerispetto al 304 e 316. ZERON®100 e 2507 sonoacciai inossidabili superduplex con un 50/50 circabilanciamento di fase austenite / ferrite. Questa struttura dà un molto più altoresistenza (~ 2½ volte) rispetto a quella delle leghe e delle offerte austenitichela possibilità di risparmiare spessore della parete per applicazioni che coinvolgonoalte pressioni e / o temperature.Saramet®, Sandvik SX® e ZeCor® sono tutti austenitici proprietariacciai inossidabili contenenti ~ 5% di silicio, che migliora ilresistenza alla corrosione in acido forte caldo. Saramet arriva in duevarianti, con composizioni leggermente differenti. ZeCor è più snellocromo e nichel rispetto alle altre due leghe proprietarie macontiene più silicio, un elemento noto per favorire la corrosioneresistenza in acido caldo e forte.

CorrosioneLa Figura 1 mostra le curve di isocorrosione per alcune leghe comuniin acido solforico. Si può vedere che le leghe superduplex lo sonosuperiore a 316L. ZERON 100 è anche superiore a 2507, che èritenuto dovuto all'aggiunta deliberata di tungsteno erame a ZERON 100. La lega 20 è comunemente usata in solforicoacido e da circa il 50% al 90% di acido è superiore a ZERON100. Tuttavia, in acido forte (GG gt; 90%) ZERON 100 mostra amarcato aumento della resistenza alla corrosione rispetto a 2507 elega 20.

La Figura 2 confronta le curve di iso-corrosione per i treleghe proprietarie contenenti silicio e ZERON 100. Esistononette differenze tra le leghe, con il silicio contenenteleghe che mostrano una migliore resistenza alla corrosione in acidi più diluiti.Durante la ricerca di questo articolo, l'autore non è stato in grado di trovarne alcunodati pubblicati per l'acciaio inossidabile 310 oltre questa concentrazione di acidogamma. Ciò è probabilmente dovuto ai produttori di piante acideconsiderarli dati commercialmente sensibili. Tuttavia, è notoche la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile 310 diminuisce notevolmentequando la concentrazione di acido scende al di sotto del 96%.La Figura 3 mostra le curve di isocorrosione per 304, 310 eSaramet 23 in acido molto forte1,2. Si può vedere che esiste un fileaumento della resistenza alla corrosione sia del 310 che del Saramet inl'intervallo di temperatura da 180º a 200ºC. Si presume che SX eZeCor mostra un comportamento simile. Ciò significa che queste leghe possonoessere utilizzato nelle parti a temperatura più elevata di piante acide. C'ènessun dato per ZERON 100 nell'intervallo di temperatura completo diFigura 3 e non è noto se anche gli acciai inossidabili superduplexmostra questa caratteristica.

La Figura 4 mostra il tasso di corrosione di alcuni acciai inossidabili inacido solforico forte a 110 ° C prelevato dal produttoredati pubblicati. Si può vedere che la resistenza alla corrosione diSaramet 23 diminuisce con l'aumentare della concentrazione di acido a differenza dile altre leghe. A concentrazioni di acido superiori al 100% lìè triossido di zolfo in eccesso e la miscela è quindi nota comeoleum. Questo è noto per essere più corrosivo per leghe come Sarametrispetto a ZERON 100 e lega 310.Sebbene non ci siano dati pubblicamente disponibili su 310 inossidabile inacido molto forte, c'è un unico punto dati. A un acidoconcentrazione del 99% e una temperatura di 110ºC, la corrosionetasso di 310 era 0,1 mm / anno1. Questo mostra la migliore resistenza diZERON 100 oltre 310 inossidabile a questa temperatura (Figura 4).ZERON 100 ha anche una resistenza alla corrosione simile a ZeCor eSandvik SX in acido più forte,> 97% in peso.Nelle piante acide commerciali di solito c'è una piccola quantità di ferropresente (tipicamente 5 ppm) e questo può influenzare il tasso di corrosione dialcune leghe.

La Figura 5 mostra l'effetto di 5 ppm di ferro sutasso di corrosione di ZERON 100 a 110 ° C. Lo si può vedere, dentroerrore sperimentale, non c'era alcun effetto significativo del ferro sucorrosione. A 200 ° C (Figura 6) in acido 98,5%, il ferro ha causato un piccoloaumento del tasso di corrosione, ma niente di ingegneristicosignificato.

L'effetto della velocitàPerché gli acciai inossidabili sono spesso attivi (al contrario di passivi)in acido solforico caldo e concentrato, la velocità di corrosione è afunzione della velocità. È comunemente raccomandato che le leghecome 316 e 310 essere limitato a una velocità di flusso massima di1,5 m / sec2. I test di velocità sono stati condotti in solforico al 95% in peso aeratoacido a 70 ° C utilizzando campioni cilindrici rotanti. Utilizzando l'analisidi Silverman3 il flusso rotazionale è stato calcolato per essere equivalentea 2,5 m / sec in un tubo da 4 pollici. Il tasso di corrosione di ZERON 100era alto per i primi due o tre giorni. Successivamente la corrosionetasso era inferiore a 0,1 mm / anno. L'elevato tasso iniziale di corrosioneè stato associato alla formazione di una sottile pellicola nera sulsuperficie metallica. Il film sembra conferire resistenza alla corrosione comemostrato dal conseguente basso tasso di perdita di metallo. Questi risultati mostranoche ZERON 100 può essere utilizzato a temperature più elevate evelocità superiori a 316L in acido solforico forte. Prove più fortil'acido ha mostrato tassi di corrosione ancora più bassi.Le aggiunte di silicio tendono a rimuovere la sensibilità alla velocità diacciai inossidabili alla corrosione in acido solforico caldo e forte. Sandvikriportano tassi di corrosione estremamente bassi (GG lt; 0,01 mm / a) per SX nel 96%acido a 70 ° C e 25 m / sec nella scheda tecnica della lega. Hanno ottenutoun tasso di corrosione simile nel 98,5% di acido a 115 ° C e flusso di 10 m / secvelocità. Saramet 35 ha mostrato tassi di corrosione molto bassi simili in98,5% di acido a 120 ° C a 9 e 25 m / s di velocità4. Anche se c'ènessun dato pubblicato per ZeCor ad alte velocità, si presume cheè anche superiore ai gradi 304 e 316.

ApplicazioniI dati nella Figura 3 mostrano che la lega 310 può essere molto adattala sezione di recupero del calore a condizione che la concentrazione di acido siain esecuzione al 98% o superiore. Tuttavia, in alcune piante escursioni abasse concentrazioni di acido sono comuni e quindi il proprietariole leghe contenenti silicio sono più affidabili, entro i loro limiti di utilizzo.Tutte e tre le leghe contenenti silicio sono state utilizzate per le torri,serbatoi, tubi, raccordi, filtri, distributori di trogoli, calorescambiatori e separatori di nebbia dove le condizioni sono statetroppo oneroso per 3105,6. La lega 310 è ancora ampiamente utilizzata nell'acido forte,in particolare dove si può produrre oleum. Negli scambiatori di calore,I tubi 316L (spesso con Mo≥2,5%) sono spesso utilizzati con anodicaprotezione per mantenerli passivi.I dati sopra mostrano chiaramente la buona resistenza alla corrosione diZERON 100 in acido solforico concentrato a temperature fino a200 ° C. Può essere particolarmente efficace nel calore ad alta temperaturasezione recupero impianti acido solforico. PCS Fosfati inGli USA hanno esposto una bobina NPS1 di ZERON 100 per 18 mesi inacido concentrato a 200 ° C. Il tasso di corrosione era< 0,2="" mm="">PCS ha inoltre montato un filtro ZERON 100 a monte di un solforicopompa dell'acido funzionante ad alte temperature (~ 200 ° C). Dopo 18mesi di servizio il filtro era in ottime condizioni. Questo è stato unmiglioramento sostanziale rispetto al filtro in acciaio inossidabile 310 utilizzatoin precedenza.ZERON 100 è stato utilizzato anche da uno dei maggiori solforicisocietà di progettazione di impianti acidi per piastre con orifizi (Figura 7).

Questi sonoutilizzato per controllare il flusso in applicazioni come i distributori di trogoli.Questo sfrutta la buona resistenza alla corrosione da erosione di ZERON100. ZERON 100 è disponibile anche come scambiatore di calore saldatotubi. Questo lo rende ideale per refrigeratori acidi dove ill'acqua di raffreddamento è salmastra o di mare, poiché ZERON 100 ha acomprovata storia di eccellente resistenza a questo ambiente7.

DisponibilitàL'uso di queste leghe per nuovi progetti non è generalmente un problemapoiché di solito è richiesta una quantità di produzione del mulino. Tuttavia, per l'aggiunta tardivaons, riparazioni o modifiche all'impianto, sono generalmente piccole quantitànecessario. Le leghe proprietarie contenenti silicio non sono detenute daazionisti in acciaio inossidabile in quantità significative per taleapplicazioni. I principali OEM detengono scorte limitate in alcunimoduli di prodotto per supportare i propri clienti. La lega 310 è ampiamentedisponibile come piastra, ma non è così facilmente disponibile come tubi, raccordie flange.
ZERON 100 èquindi un utilelega per applicazioni in cui la consegna rapida è importante o piccolasono necessarie quantità.ZERON 100 è completamente saldabile con tutte le comuni saldature ad arcotecniche e l'ampio utilizzo della lega da parte dell'industria petrolifera e del gassignifica che ci sono molti produttori qualificati. La lega 310 èsaldabile a condizione che il carbonio sia ragionevolmente basso; 0,04% è unmassimo ragionevole. Questo deve essere specificatamente specificato come UNSS31000 ha un massimo di carbonio dello 0,08% e il basso tenore di carboniola versione (UNS S31002) non è immediatamente disponibile. L'alto silicioanche le leghe austenitiche sono relativamente facili da fabbricare e vengono tuttecon livelli di carbonio dello 0,03% massimo per garantire l'assenza di carburisulla saldatura.

Conclusioni
1. La lega 310 ha una buona resistenza all'acido solforico concentratoa temperature elevate, ma non è così resistente come l'acidola concentrazione diminuisce dal 98%. La lega non è prontamentedisponibile in forma diversa dalla piastra.
2. Gli acciai inossidabili austenitici ad alto contenuto di silicio hanno una buona corrosioneresistenza in acido solforico concentrato caldo e sono miglioridi 310 in acido più debole. Il silicio conferisce a queste leghe buoneresistenza all'acido solforico ad alte velocità di flusso. Queste leghesono meno resistenti in oleum rispetto alla lega 310.
3. ZERON 100 ha un'utile resistenza ai concentrati caldiacido solforico, intermedio tra quello della lega 310 e illeghe austenitiche ad alto contenuto di silicio. La sua pronta disponibilità in un ampiola gamma di forme del prodotto lo rende adatto sia per nuovi impiantie miglioramenti.

Riferimenti
1. CM Schillmoller, Rapporto tecnico n. 10 057 del Nickel Institute.
2. DK Louie, Handbook of Sulfuric Acid Manufacturing, 2 °Edizione, 2008, pubblicata da DKL Engineering.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, “Saramet Alloys - Applications in DemandingApplicazioni con acido solforico ", Convenzione AIChE, Florida, USA,Giugno 2003.
5. "Saramet Austentic Stainless Steel", Aker SolutionsPubblicazione, 2009.
6. S Richardson, M. Spence e J. Horne, “Engineered ZeCorAttrezzature per il servizio con acido solforico ", Convenzione AIChE,Florida, USA, giugno 2007.
7. R. Francis e G. Byrne, “Esperienze con SuperduplexAcciaio inossidabile nell'acqua di mare "Stainless Steel World, Vol 16,Giugno 2004, KCI, pagina 53.® Marchi registrati

L'articolo di INOX WORLD.