濃硫酸中のステンレス鋼の性能

濃硫酸中のステンレス鋼の性能
硫酸は、世界で最も一般的に使用されている化学物質の1つであり、90wt％を超えると、腐食性も高くなります。このペーパーでは、材料の選択について説明します特に高温（200°Cまで）での濃硫酸の取り扱いその製造中に発生します。現代のオーステナイトおよび二相ステンレス鋼の一部は検討し、それらの制限と利点について説明します。
ロジャーフランシス、RR® 材料、イギリス

前書き硫酸は多くの産業で使用されている化学物質ですプロセスだけでなく、それらからの多くの金属の浸出において鉱石。それは二酸化硫黄から生成されます硫黄の燃焼によって生成され、それはの副産物かもしれません冶金製錬プロセス、またはそれは熱によって生成されることがあります使用済み酸の分解（再生）。二酸化硫黄〜420°〜625°Cで触媒上で酸素と反応させ、三酸化硫黄。後者のガスは次に水と反応します硫酸を形成する吸収塔。このプロセスは発熱し、酸は180°もの高温に達する可能性があります200℃まで。このエネルギーのほとんどは、さまざまな手段で回収され、エネルギー消費を最小限に抑えます。通常、酸はその後冷却されます約100°Cから周囲温度に近い状態で保管します。


材料従来、酸レンガで裏打ちされた鋼などの材料が容器、およびモンディなどのダクタイル鋳鉄® または低合金オーステナイト限られた範囲内で、配管用の316などのステンレス鋼温度と酸濃度範囲。しかし改良された最新の高合金ステンレス鋼の開発高温の濃酸に対する耐性が材料を変えました選択オプション。表1はいくつかの構成を示しています硫酸で使用されるステンレス鋼。 304と316はによって広く使用されている一般的なオーステナイトグレード化学およびプロセス産業。合金310は高クロムであり、耐酸腐食性に優れたニッケルオーステナイト合金304および316と比較。®100と2507は約50/50の超二相ステンレス鋼オーステナイト/フェライト相平衡。この構造ははるかに高いオーステナイト合金よりも強度（〜2½倍）が高く、関係する用途での肉厚の節約の可能性高圧および/または高温。サラメット®、サンドビックSX® とZeCor® すべて独自のオーステナイトです〜5％のシリコンを含むステンレス鋼高温強酸での耐食性。サラメットは2つに来るわずかに異なる組成を持つバリアント。 ZeCorはよりリーンですクロムとニッケルは他の2つの独自の合金よりも腐食を促進することが知られている元素であるシリコンを多く含む熱く、強い酸の抵抗。

腐食図1は、いくつかの一般的な合金の等腐食曲線を示しています硫酸中。スーパーデュプレックス合金が316Lより優れています。 ZERON 100は2507よりも優れています。タングステンの意図的な追加によるものと考えられ、ZERON 100に銅。Alloy20は一般的に硫酸で使用されます酸と約50％から90％の酸はゼロンより優れています100.しかし、強酸（GG gt; 90％）では、ZERON 100は2507と比較して耐食性が著しく向上し、合金20。

図2は、3つの等腐食曲線を比較していますシリコンとZERON 100を含む独自の合金。合金間の明確な違い、シリコン含有より希薄な酸で改善された耐食性を示す合金。この論文を調べたところ、著者は何も見つけることができませんでした。この酸濃度での310ステンレス鋼の公開データ範囲。これはおそらく酸性植物の製造業者がこれを商業上機密のデータと見なしてください。しかし、それは知られています310ステンレスの耐食性が著しく低下すること酸濃度が96％を下回ったとき。図3は、304、310および非常に強い酸のサラメット231,2。あることがわかりますの310とサラメットの両方の耐食性の増加温度範囲は180º〜200ºCです。 SXとZeCorも同様の動作を示します。つまり、これらの合金は酸性植物の高温部分で使用されます。有るZERON 100の全温度範囲にわたるデータはありません図3と超二相ステンレス鋼もかどうかは不明この機能を表示します。

図4は、いくつかのステンレス鋼の腐食速度を示しています。メーカーから取られた110°Cの強硫酸公開されたデータ。の耐食性がサラメット23は、酸濃度の増加とともに減少します他の合金。そこに100％を超える酸濃度で過剰の三酸化硫黄であり、混合物はオレウム。これはサラメットのような合金に対してより腐食性があることが知られていますZERON 100と合金310よりも。中の310ステンレスに関する公的に利用可能なデータはありませんが非常に強い酸、単一のデータポイントがあります。酸で濃度99％、温度110ºC、腐食310の速度は0.1mm / yでした1。これは、改善された耐性を示していますこの温度でZERON 100は310ステンレスを超えます（図4）。ZERON 100はZeCorおよびより強い酸中のサンドビックSX、GG gt; 97 wt％。市販の酸性プラントでは、通常少量の鉄があります存在し（通常5ppm）、これは腐食速度に影響を与える可能性がありますいくつかの合金。

図5は、5 ppmの鉄がZERON 100の110°Cでの腐食速度。内で、実験誤差、鉄の有意な影響はありませんでした腐食。 200°C（図6）の98.5％酸で、鉄は腐食速度は増加しますが、工学的なものはありません意義。

速度の影響ステンレス鋼はしばしば（受動的ではなく）能動的であるため高温の濃硫酸では、腐食速度は速度の関数。一般的に合金をお勧めします316や310などの最大流速に制限されます1.5m /秒2. 速度テストは、曝気された95 wt％硫酸で行われました回転円筒サンプルを使用して70°Cで酸。分析の使用シルバーマン3 回転流は同等であると計算されましたNPS 4パイプで2.5m /秒まで。 ZERON 100の腐食速度最初の2〜3日間は高かった。その後腐食率は0.1mm /年未満でした。高い初期腐食速度上の黒い薄膜の形成に関連していた金属表面。フィルムは耐食性を与えるように見えますその後の低い金属損失率で示されます。これらの結果はZERON 100は高温で使用でき、強硫酸中の速度は316Lを超えます。より強いテスト酸はさらに低い腐食速度を示した。シリコンを追加すると、高温の強い硫酸中で腐食するステンレス鋼。サンドビックSXの腐食率が非常に低い（GG lt; 0.01mm / y）と96％で報告するアロイデータシートの70℃、25m /秒での酸。彼らは得た115°C、10m /秒の流量で98.5％の酸における同様の腐食速度速度。サラメット35は同様の非常に低い腐食率を示しました120°C、速度9および25 m / sで98.5％の酸4。ありますが高速でのZeCorのデータは公開されていません。また、304および316グレードよりも優れています。

用途図3のデータは、合金310が非常に適していることを示しています。酸濃度が98％以上で実行されています。しかし、いくつかの植物では、遠足低酸濃度が一般的であり、その後独自のシリコン含有合金は、使用範囲内であればより信頼性が高くなります。3つのシリコン含有合金はすべてタワーに使用されています。タンク、パイプ、継手、ストレーナー、トラフディストリビューター、熱条件がされている交換器および霧のエリミネーター310にとっては面倒すぎる5,6。 Alloy 310は依然として強酸で広く使用されています。特に発煙硫酸を生産できる場所。熱交換器では、316L（多くの場合、Moが2.5％を超える）チューブは、陽極で頻繁に使用されますそれらを受動的に保つ保護。上記のデータは、優れた耐食性を明確に示していますZERON 100を濃硫酸で最高温度まで200℃。高温の熱に特に効果的です硫酸プラントの回収セクション。のPCSリン酸塩USAは、ZERON 100のNPS1スプールを18か月間公開しました200℃で濃酸。腐食速度はGG lt; 0.2mm / yでした。PCSはまた、硫黄の上流にZERON 100フィルターを取り付けました高温（〜200°C）で作動する酸ポンプ。 18の後数ヶ月の使用でフィルターは良好な状態でした。これは使用されている310ステンレス鋼フィルターに比べて大幅な改善以前。ZERON 100はまた主要な硫酸の1つによって使用されましたオリフィスプレートの酸性プラント設計会社（図7）。

これらはトラフ分配器などのアプリケーションでフローを制御するために使用されます。これはゼロンの優れた耐食性を利用しています100. ZERON 100はシーム溶接熱交換器としても利用可能チューブ。これは、酸冷却器に最適です。ゼロン100は、冷却水が汽水または海水です。この環境に対する優れた耐性の実証済みの歴史7.

可用性新しいプロジェクトにこれらの合金を使用することは、一般的に問題ではありません通常、ミル稼働量が必要です。ただし、追加が遅い場合オン、修理、またはプラントの改造、より少ない量が一般的です必須。独自のシリコン含有合金は、そのために相当量のステンレス鋼株主アプリケーション。主要OEMは、一部の在庫を限定的に保有しています顧客をサポートする製品フォーム。合金310は広くプレートとして利用できますが、パイプ、継手としてはすぐには利用できませんとフランジ。
ZERON 100はしたがって、有用な迅速な配達が重要または小さいアプリケーション向けの合金数量が必要です。ZERON 100は、一般的なすべてのアーク溶接で完全に溶接可能です。技術と石油およびガス産業による合金の幅広い使用多くの資格のある製作者がいることを意味します。合金310は炭素が適度に低いという条件で溶接可能。 0.04％は合理的な最大値。これはUNSとして特別に指定する必要がありますS31000の炭素の最大値は0.08％で、低炭素バージョン（UNS S31002）はすぐには入手できません。ハイシリコンオーステナイト合金はまた、製造が比較的簡単であり、すべて来る炭化物が形成されないようにするため、最大0.03％の炭素レベル溶接。

結論
1. Alloy 310は、濃硫酸に対して優れた耐性を持っています高温では、酸ほど耐性がありません濃度は98％から減少します。合金は容易ではありませんプレート以外の形態でご利用いただけます。
2.高いケイ素のオーステナイトのステンレス鋼によい腐食があります高温の濃硫酸での耐性と優れています弱酸で310よりも。シリコンはこれらの合金に良い高流速での硫酸に対する耐性。これらの合金合金310に比べて発煙硫酸の耐性が低い。
3. ZERON 100は高温濃縮に対して有用な耐性を持っています硫酸、310合金とその中間の硫酸高シリコンオーステナイト合金。その幅広い可用性幅広い製品形態により、両方の新工場に適していますとアップグレード。

参考文献
1. CM Schillmoller、ニッケル協会テクニカルレポートNo. 10 057。
2. DK Louie、硫酸製造ハンドブック、第2DKL Engineeringにより発行された2008年版。
3. DGシルバーマン、腐食44、1（1988）42。
4. S.クラーク、「サラメット合金-要求の厳しい用途硫酸アプリケーション」、AIChEコンベンション、米国フロリダ州、2003年6月。
5.「Saramet Austenticステンレス鋼」、Aker Solutions2009年発行。
6. Sリチャードソン、Mスペンス、Jホーン、「エンジニアリングされたZeCor硫酸サービス用機器」、AIChE条約、米国フロリダ州、2007年6月。
7. R.フランシスとG.バーン、「Superduplexの経験海水中のステンレス鋼」ステンレス鋼の世界、Vol 162004年6月、KCI、53ページ。® 登録商標

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