硫酸水合法制乙醇生产系统中的硫酸腐蚀与不锈钢选材
2002-04-28 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
硫酸水合法制乙醇生产，存在着严重的硫酸腐蚀问题。从生产工艺过程看，可以分为吸收，水解以及中和等三个系统的腐蚀。吸收反应是乙烯和浓度为98%的硫酸在80℃的温度及1.57Mpa的压力条件下作用而生成硫酸乙酯，硫酸二乙酯的过程，所以从腐蚀条件看也可以称为浓硫酸腐蚀系统。水解反应是在0。079Mpa的压力和100℃的温度下进行的，在水解过程中硫酸得以再生，并被稀释成浓度为38~42%的稀硫酸。所以从腐蚀条件看，这个系统 也可以称为高温稀硫酸腐蚀系统。乙醇从蒸出塔蒸出时带有硫酸酸雾，尽管经过了水洗，但仍留有一部分硫酸，为了不使其腐蚀后面的设备，必须用碱加以中和。从腐蚀的 角度就称该系统为酸碱腐蚀系统。下面分别讨论这三个系统的设备腐蚀问题。
浓硫酸腐蚀
经受浓硫酸腐蚀的主要设备有酸库中的浓硫酸贮藏，浓硫酸泵，阀门和管道，吸收塔系统的吸收塔，塔内冷却器，浓硫酸输入泵，硫酸酯输出泵，阀门和管道等，各设备的腐蚀环境及选材列于表29-11。
室温下浓度为98%的硫酸，其贮藏和输送管道用碳钢制造，泵和阀门用普通灰铸铁制造，都有很长的使用寿命，高硅铸铁泵在机械性能方面不如铸铁泵，因此在室温条件下不必要使用。浓硫酸输入泵所输送的硫酸，虽然也是室温没，但因该泵的压力要达到2。94Mpa，所以硫酸在泵中的流速高，冲刷严重，不仅铸铁泵会遭到严重腐蚀，就是普通镍铬不锈钢泵使用寿命也很短，兰州化学工业公司合成橡胶厂曾采用从日本进口的 70*40UCWⅡ型泵，其材质为SUS-13（即现行标准的SUS316L），泵压力为2。94Mpa，流量5m^3/h,转速2900r/min,这种泵使用约1000小时后，叶轮上的硫钉即因腐蚀而松动,使叶轮脱开,泵的流道,叶轮等呈现蜂窝状蚀坑,泵的隔板在食用3~5月后亦呈现蚀坑和麻点.后改用1Cr18Ni11Si14AlTi泵和ZG1Cr24Ni24Ni20Mo2Cu3泵,效果都很好。
现用的吸收塔外壳直径1.7m,衬里后的内径1.4m,塔高27m,塔内有20块塔板,20组U形冷却器,塔外壳材料为20g锅炉钢板,内衬耐砖防腐,衬里施工时,在塔的底部和壳体部分先衬1.5mm厚的石棉板两层,然后衬厚65mm的两层耐酸瓷砖.砖与石棉板之间的灰缝为8mm,两层砖之间的灰缝为5mm.塔顶,塔底均衬安山岩,胶粘剂为钠水玻璃胶泥.。塔内物料除浓度98%的硫酸外，还有乙烯（97%），硫酸酯，硫酸二乙酯，塔内温度，从第一块塔板到第十二块处为70+-5℃；第十三至十九块塔板处为60+-5℃，塔顶为50+-5℃，塔釜为70℃，塔内压力为1。57Mpa。这种方法处理的塔在使用中也出现耐酸砖层产生裂纹和胶泥易脱层等问题。从我国砖板衬里设备的使用情况看，这个塔的尺寸大小一般。硫酸的浓度，温度和硫酸的生产装置中的浓硫酸吸收塔相近，按理采用耐酸砖板衬里应当是成熟的，但关键在于这个塔的内部压强达1。57Mpa。造只行业的蒸煮锅，其压强只0。588Mpa，采用了预应力衬里技术，效果良好，因此这里也应考虑采用预应力衬里技术。如果用1Cr18Ni11Si4AlTi制造吸收塔，其效果会更好。
塔内冷却器原用1Cr18Ni12Mo2Ti制，其使用结果是塔下部冷却器腐蚀最严重，中部次之，上部腐蚀较轻，这和 1Cr18Ni12Mo2Ti 的耐蚀性能是吻合的，因此应当考虑采用耐浓硫酸腐蚀性能更好的材料，如1Cr18Ni11Si4AlTi等 为好。
硫酸酯贮藏存的浓度98%硫酸，温度在50℃左右，原用碳钢衬里耐酸砖板是可以的，也可以采用1Cr18Ni11Si4AlTi制造该贮藏，硫酸酯循环泵，硫酸酯输出泵和浓硫酸输入泵的共同点是泵输出的压力很高，而前两者较后两者温度为高，因此腐蚀应当是更为严重的，但生产上采用了耐硫酸腐蚀的“王牌”材料哈氏B合金制造的泵，所以使用中无问题。从节约的方面考虑，采用1Cr18Ni11Si4AlTi或 ZG1Cr24Ni24Ni20Mo2Cu3就可以了。
吸收系统输送的硫酸酯用的阀门，接触的也是浓度为98%的硫酸，而温度较高（50~70），所以普通铸铁阀门的耐蚀性是不够的，现生产装置上试用过许多种材料制的阀门，其使用寿命不等，硅锰铸铁（Si8Mn20）就是针对压差很大的节流阀腐蚀问题研制出的一种新材料，它在80℃浓度98%的硫酸中年腐蚀率为0。04mm，它的硬度大，（HB220~280），耐磨性好，能适应节流阀的冲刷腐蚀，为了减轻冲刷作用，还改进了阀头和流速的形状，1Cr18Ni9Ti制的阀，其使用寿命为2~3年，1Cr18Ni12Mo2Ti制的阀，其使用寿命为4~6年，1Cr23Ni28Mo3Cu3Ti 制的阀被用作腐蚀冲刷最严重的阀，使用寿命答5年以上，在此推荐采用1Cr18Ni11Si4AlTi制的阀或衬F3阀，必要时也可用0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti制的阀
浓硫酸腐蚀
经受浓硫酸腐蚀的主要设备有酸库中的浓硫酸贮藏，浓硫酸泵，阀门和管道，吸收塔系统的吸收塔，塔内冷却器，浓硫酸输入泵，硫酸酯输出泵，阀门和管道等，各设备的腐蚀环境及选材列于表29-11。
室温下浓度为98%的硫酸，其贮藏和输送管道用碳钢制造，泵和阀门用普通灰铸铁制造，都有很长的使用寿命，高硅铸铁泵在机械性能方面不如铸铁泵，因此在室温条件下不必要使用。浓硫酸输入泵所输送的硫酸，虽然也是室温没，但因该泵的压力要达到2。94Mpa，所以硫酸在泵中的流速高，冲刷严重，不仅铸铁泵会遭到严重腐蚀，就是普通镍铬不锈钢泵使用寿命也很短，兰州化学工业公司合成橡胶厂曾采用从日本进口的 70*40UCWⅡ型泵，其材质为SUS-13（即现行标准的SUS316L），泵压力为2。94Mpa，流量5m^3/h,转速2900r/min,这种泵使用约1000小时后，叶轮上的硫钉即因腐蚀而松动,使叶轮脱开,泵的流道,叶轮等呈现蜂窝状蚀坑,泵的隔板在食用3~5月后亦呈现蚀坑和麻点.后改用1Cr18Ni11Si14AlTi泵和ZG1Cr24Ni24Ni20Mo2Cu3泵,效果都很好。
现用的吸收塔外壳直径1.7m,衬里后的内径1.4m,塔高27m,塔内有20块塔板,20组U形冷却器,塔外壳材料为20g锅炉钢板,内衬耐砖防腐,衬里施工时,在塔的底部和壳体部分先衬1.5mm厚的石棉板两层,然后衬厚65mm的两层耐酸瓷砖.砖与石棉板之间的灰缝为8mm,两层砖之间的灰缝为5mm.塔顶,塔底均衬安山岩,胶粘剂为钠水玻璃胶泥.。塔内物料除浓度98%的硫酸外，还有乙烯（97%），硫酸酯，硫酸二乙酯，塔内温度，从第一块塔板到第十二块处为70+-5℃；第十三至十九块塔板处为60+-5℃，塔顶为50+-5℃，塔釜为70℃，塔内压力为1。57Mpa。这种方法处理的塔在使用中也出现耐酸砖层产生裂纹和胶泥易脱层等问题。从我国砖板衬里设备的使用情况看，这个塔的尺寸大小一般。硫酸的浓度，温度和硫酸的生产装置中的浓硫酸吸收塔相近，按理采用耐酸砖板衬里应当是成熟的，但关键在于这个塔的内部压强达1。57Mpa。造只行业的蒸煮锅，其压强只0。588Mpa，采用了预应力衬里技术，效果良好，因此这里也应考虑采用预应力衬里技术。如果用1Cr18Ni11Si4AlTi制造吸收塔，其效果会更好。
塔内冷却器原用1Cr18Ni12Mo2Ti制，其使用结果是塔下部冷却器腐蚀最严重，中部次之，上部腐蚀较轻，这和 1Cr18Ni12Mo2Ti 的耐蚀性能是吻合的，因此应当考虑采用耐浓硫酸腐蚀性能更好的材料，如1Cr18Ni11Si4AlTi等 为好。
硫酸酯贮藏存的浓度98%硫酸，温度在50℃左右，原用碳钢衬里耐酸砖板是可以的，也可以采用1Cr18Ni11Si4AlTi制造该贮藏，硫酸酯循环泵，硫酸酯输出泵和浓硫酸输入泵的共同点是泵输出的压力很高，而前两者较后两者温度为高，因此腐蚀应当是更为严重的，但生产上采用了耐硫酸腐蚀的“王牌”材料哈氏B合金制造的泵，所以使用中无问题。从节约的方面考虑，采用1Cr18Ni11Si4AlTi或 ZG1Cr24Ni24Ni20Mo2Cu3就可以了。
吸收系统输送的硫酸酯用的阀门，接触的也是浓度为98%的硫酸，而温度较高（50~70），所以普通铸铁阀门的耐蚀性是不够的，现生产装置上试用过许多种材料制的阀门，其使用寿命不等，硅锰铸铁（Si8Mn20）就是针对压差很大的节流阀腐蚀问题研制出的一种新材料，它在80℃浓度98%的硫酸中年腐蚀率为0。04mm，它的硬度大，（HB220~280），耐磨性好，能适应节流阀的冲刷腐蚀，为了减轻冲刷作用，还改进了阀头和流速的形状，1Cr18Ni9Ti制的阀，其使用寿命为2~3年，1Cr18Ni12Mo2Ti制的阀，其使用寿命为4~6年，1Cr23Ni28Mo3Cu3Ti 制的阀被用作腐蚀冲刷最严重的阀，使用寿命答5年以上，在此推荐采用1Cr18Ni11Si4AlTi制的阀或衬F3阀，必要时也可用0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti制的阀
