CN109668455A - 含钼合金在浓硫酸设备中的用途 - Google Patents

Abstract

一种含钼合金在浓硫酸设备中的用途，该含钼合金指钼含量≥3%的Cr‑Ni‑Mo系或Ni‑Cr‑Mo系合金。其牌号是317、317L、2205、2507、Zeron 100、AL‑6XN、ZeCor‑cl、哈氏合金C‑276、625、686、254SMO、825、904L或S44660。本发明中施加阳极保护的含钼合金材质浓硫酸设备比现有浓硫酸设备具有更广应用范围，更优的环保性能，实验数据主要体现在：①在酸侧，酸浓为90%～100%，温度为70℃～120℃，浓硫酸设备使用寿命≥8年；②在酸侧，发烟硫酸浓度为100%～120%，温度为70℃～200℃，发烟硫酸设备使用寿命≥8年；③对酸侧、水侧氯离子含量要求大幅降低，浓硫酸和发烟硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%；冷却水中适用的氯离子浓度为0.05%～15%，可使用氯离子高度浓缩的冷却水和工业污水，对于近海化工厂，亦可使用海水作为冷却水。

Description

含钼合金在浓硫酸设备中的用途

技术领域

本发明涉及浓硫酸设备技术领域，具体涉及一种含钼合金在浓硫酸设备中的用途。

背景技术

硫酸行业当前普遍使用的阳极保护浓硫酸冷却器主体材质为316L与304L，在酸侧对316L、304L不锈钢施加阳极保护后腐蚀率很低，设备寿命5～8年，适用的酸浓范围93%～98%，适用的酸温≤90℃；该阳极保护浓硫酸冷却器的特点是优良的使用寿命和极佳的性价比（造价约为高硅不锈钢浓硫酸冷却器的1/4）；但316L不锈钢耐氯离子孔蚀性能一般，冷介质侧通常需控制冷却水中氯离子浓度小于0.03%，热介质侧浓硫酸中氯离子含量需控制在0.001%以内。

也有少量企业使用高硅不锈钢材质的浓硫酸冷却器，高硅钢对浓硫酸有极佳的耐蚀性，无需施加阳极保护；但高硅钢也不耐氯离子孔蚀，高硅不锈钢材质的浓硫酸冷却器使用中需严格控制冷却水中氯离子浓度小于0.03%，热介质侧浓硫酸中氯离子含量需控制在0.001%以内。

在硫酸工业领域，上述阳极保护的304L、316L或高硅不锈钢普遍应用于硫酸冷却器、硫酸分酸器、硫酸管道硫酸储槽等设备，但均存在共同的缺点：①不耐氯离子孔蚀，对水侧、酸侧的氯离子含量都有较严格的要求，不能应用于氯离子含量较高的工业废水设备和工业废酸设备；②水质达标的企业需频繁使用清洁水对不断浓缩的冷却水进行补充和置换，水资源浪费大，置换的污水外排难度大；③水质不达标的企业需配置价格昂贵的水处理设备，无形中增加了企业的采购成本。

含钼合金在浓硫酸环境中的应用未见报道。

发明内容

本发明提供一种含钼合金在浓硫酸设备中的用途，解决现有硫酸设备水质要求高、浪费水资源及污水外排的难题，同时解决了现有浓硫酸设备不能应用于含氯硫酸的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种含钼合金在浓硫酸设备中的用途，且该含钼合金为钼含量≥3%的合金。

所述浓硫酸设备是浓硫酸冷却器、浓硫酸分布器、浓硫酸槽、浓硫酸管道、发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽或发烟硫酸管道。

所述浓硫酸冷却器中配置有阳极保护装置，其组成是：所述冷却器的换热管束、管板、筒体作为阳极，换热管束中间平行布置一根或若干根并联连接的阴极，该阴极外套有绝缘套管；冷却器的筒体上绝缘密封设置控制参比电极和监测参比电极；该阳极、阴极、控制参比电极、监测参比电极均与恒电位仪电连接而构成所述阳极保护系统；而所述阳极由含钼合金制成；所述阴极、阳极的面积比为1：5000。

所述阳极的换热管束由含钼合金制成，而管板、筒体由不锈钢或镍基合金制成。

所述含钼合金是指钼含量≥3%的Cr-Ni-Mo系或Ni-Cr-Mo系合金。

所述含钼合金的牌号是317、317L、2205、2507、Zeron 100、AL-6XN、ZeCor-cl、哈氏合金C-276、625、686、254SMO、825、904L或S44660。

所述浓硫酸冷却器中酸侧浓硫酸浓度为90%～100%，浓硫酸温度为70℃～120℃，浓硫酸中含氯离子浓度≤0.05%；冷却水中氯离子浓度为0.05%～15%。

含钼合金制造的所述发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽或发烟硫酸管道中酸侧发烟硫酸浓度为100%～120%，发烟硫酸温度为70℃～200℃；发烟硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%，适用的水中氯离子浓度：0.05%～15%。

含钼合金制造的所述浓硫酸分布器、浓硫酸槽、浓硫酸管道中酸侧浓硫酸浓度为90%～100%，浓硫酸温度为70℃～120℃，浓硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%。

根据实验数据统计，含钼合金在98%硫酸、50℃条件下，腐蚀率为0.1毫米/年；高于该温度限制，腐蚀率过大，不能满足制造浓硫酸设备的要求。但本发明对含钼合金制成的阳极配置阳极保护系统、同时配对选定特定的控制参比电极及监测参比电极材料，使得阳极保护系统控制浓硫酸冷却器的浓硫酸侧（阳极）处于钝化状态，大幅提高冷却器的耐蚀性。因而含钼合金在浓硫酸环境中的应用成为可能，而且使得含钼合金造成的换热设备具备对水质要求较低的特点，在工业应用中可减少冷却水置换，极大程度的节约用水，极少或无污水外排；亦可使用海水(氯离子浓度约2%)作为冷却水，或综合利用氯离子浓度（0.05%～15%）非常高的工业污水。由此解决了现有硫酸设备水质要求高、浪费水资源及污水外排的难题，同时解决了现有浓硫酸设备不能应用于含氯硫酸的问题。

本发明中施加阳极保护的含钼合金材质浓硫酸冷却器对比现有浓硫酸冷却器具有更广应用范围，更优的环保性能，实验数据主要体现在：①在酸侧，可使用的硫酸浓度为90%～100%，可使用的温度为70℃～120℃，设备腐蚀率≤0.1毫米/年，浓硫酸冷却器使用寿命≥8年，相当或优于现有浓硫酸设备；②在酸侧，可使用的发烟硫酸浓度为100%～120%，可使用的温度为70℃～200℃，设备腐蚀率≤0.1毫米/年，发烟硫酸冷却器使用寿命≥8年，相当或优于现有发烟酸设备；③对酸侧、水侧氯离子含量要求大幅降低，浓硫酸和发烟硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%；冷却水中适用的氯离子浓度为0.05%～15%，可使用氯离子高度浓缩的冷却水和工业污水，对于近海化工厂，亦可使用海水作为冷却水。

本发明还可适用于具有上述工况的设备，如硫酸和发烟酸生产中的硫酸分布器、硫酸槽、硫酸管道以及发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽、发烟硫酸管道等，可广泛推广应用于硫酸及发烟硫酸领域。

附图说明

图1为本发明浓硫酸冷却器的结构示意图；

图中：1，阳极；2，阴极；3，控制参比电极；4，监测参比电极；5，筒体；6，管板；7，换热管束；8，冷却水进口；9，浓硫酸出口；10，浓硫酸进口；11，冷却水出口；12，恒电位仪。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明。

下述实施例中，浓硫酸设备指浓硫酸冷却器、浓硫酸分布器、浓硫酸槽、浓硫酸管道、发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽或发烟硫酸管道。含钼合金是指钼含量≥3%的Cr-Ni-Mo系或Ni-Cr-Mo系合金。具体材料牌号是317、317L、2205、2507、Zeron 100、AL-6XN、ZeCor-cl、哈氏合金C-276、625、686、254SMO、825、904L或S44660。

实施例1，参照图1，以浓硫酸冷却器为例详细说明：该冷却器为管壳式换热器，管程介质为冷却水，壳程介质为浓硫酸，冷却水与浓硫酸通过换热管束进行换热，达到冷却浓硫酸的目的。

所述浓硫酸冷却器中配置有阳极保护装置，其组成是：所述冷却器的换热管束7、管板6、筒体5作为阳极，换热管束7中间平行布置一根或若干根并联连接的阴极2，该阴极外套有绝缘套管；冷却器的筒体5上绝缘密封设置控制参比电极3和监测参比电极4；该阳极、阴极2、控制参比电极3、监测参比电极4均与恒电位仪电连接而构成所述阳极保护系统；而所述阳极由含钼合金制成。

浓硫酸冷却器的换热管束的材质为含钼合金，筒体和管板的材质为含钼合金或不锈钢或镍基合金。

浓硫酸冷却器中换热管束的外表面、筒体的内表面、管板的内表面均为浓硫酸的接触面，共同构成阳极，是被保护的对象。为避免浓硫酸对接触面的强烈腐蚀，为浓硫酸冷却器增加阳极保护装置，如图1所示，在管束中间平行布置一根或多根阴极，在筒体的进酸口侧设置一支控制参比电极，在筒体的出酸口侧设置一支或多支监测参比电极，另配置恒电位仪通过电线电缆与阳极、阴极2、控制参比电极3、监测参比电极4。各部件的作用如下：

1.阴极的作用是导通电流，恒电位仪输出的直流电由阳极经浓硫酸导通至阴极，阴极与阳极共同构成了电流回路；阴极为一根或多根并列连接的镍基合金、不锈钢、银、铅或镀铂的棒状金属电极，特性是在硫酸中具有优良的耐蚀性和优良的电流分散能力；阴极棒平行布置于换热管束中间，阴极棒外配有开孔的绝缘聚四氟乙烯套管，使得阴极不得与阳极接触。开孔尺寸φ8毫米，开孔密度1000～1500个/平方米，使得电流分布尽量均匀；阴极、阳极的面积比为1：5000；该比例提升阴极表面的阴极电流密度使阴极表面形成阴极保护，提高阴极耐蚀性。

2.控制参比电极、监测参比电极的作用是用以读取阳极表面的电位。金属在电解质中的绝对电位是无法直接读取的，必以某一电位保持恒定的电极作为基准来读取金属电位的相对变化。腐蚀与防护学科中规定氢标准电极的电位为零，工业中常用一些惰性金属材料作为参比电极，如铂、银、金、铑、铱、钯、钨及这些金属的合金，其特性是在硫酸中具有优良的耐蚀性和电位恒定性；控制参比电极、监测参比电极绝缘、密封、固定安装于冷却器的筒体上，电极前端与浓硫酸接触，而不得与换热管束或筒体接触；这些金属材料在介质中的电位相对恒定，但相对值却不相同，因此用这些参比电极来读取阳极的电位也是相对值；所述监测参比电极为一支或多支棒状电极，用于实现多点采集。

3.恒电位仪的作用是输出直流电到浓硫酸冷却器上，并自动控制阳极处于钝化状态；恒电位仪的直流输出电压小于等于50伏；恒电位仪的输出直流电流根据具体的酸温、酸浓、水温和设备阳极表面积的大小而变动；恒电位仪的控制电位范围是以参比电极为基准的E1～E2钝化区间，钝化区内电流与电位的特征是电流基本不变而电位快速升高；不同材质的参比电极在硫酸中的稳定电位并不相同，选用不同材质的参比电极，则以参比电极为基准的E1～E2区间相对变化（举例说明：若选用参比电极A，则E1～E2区间为-100～400mV；若选用参比电极B，则E1～E2区间为200～700mV）。

上述各部件构成的阳极保护系统使得含钼合金制成的浓硫酸冷却器的阳极始终处于钝化状态，大幅降低阳极的腐蚀率，大幅提高设备使用寿命。

在上述浓硫酸冷却器中：酸侧可使用的硫酸浓度为90%～100%，可使用的温度为70℃～120℃，设备腐蚀率≤0.1毫米/年，浓硫酸冷却器使用寿命≥8年，相当或优于现有浓硫酸设备；对酸侧、水侧氯离子含量要求大幅降低，浓硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%；冷却水中适用的氯离子浓度为0.05%～15%，可使用氯离子高度浓缩的冷却水和工业污水，对于近海化工厂，亦可使用海水作为冷却水，冷却水的温度为10℃～100℃。设备使用过程中达到了水质要求低、不浪费水资源，同时解决了污水外排的难题。

实施例2，含钼合金制造的浓硫酸分布器、浓硫酸管道、浓硫酸槽的结构及阳极保护装置可以采用现有的专利文献ZL01124947.1、ZL02154414.X、ZL201010572825.2所揭示的结构或现有技术中常用的结构，当该结构中的主体部件采用上述含钼合金制造后，该设备酸侧可使用的弄硫酸浓度为90%～100%，可使用的温度为70℃～120℃，设备腐蚀率≤0.1毫米/年，浓硫酸冷却器使用寿命≥8年，相当或优于现有浓硫酸设备；对酸侧氯离子含量要求大幅降低，浓硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%。

实施例3，含钼合金制造的发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽或发烟硫酸管道结构及其配置的阳极保护装置，均可采用现有技术中常用的结构。当该结构中的主体部件采用上述含钼合金制造后，该设备在酸侧，可使用的发烟硫酸浓度为100%～120%，可使用的温度为70℃～200℃，设备腐蚀率≤0.1毫米/年，发烟硫酸冷却器使用寿命≥8年，相当或优于现有发烟酸设备；对酸侧、水侧氯离子含量要求大幅降低，发烟硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%；冷却水中适用的氯离子浓度为0.05%～15%，可使用氯离子高度浓缩的冷却水和工业污水，对于近海化工厂，亦可使用海水作为冷却水。设备使用过程中达到了水质要求低、不浪费水资源，同时解决了污水外排的难题。

Claims (10)

1.一种含钼合金在浓硫酸设备中的用途，且该含钼合金为钼含量≥3%的合金。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述浓硫酸设备是浓硫酸冷却器、浓硫酸分布器、浓硫酸槽、浓硫酸管道、发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽或发烟硫酸管道。

3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于：所述浓硫酸冷却器中配置有阳极保护装置，其组成是：所述冷却器的换热管束、管板、筒体作为阳极，换热管束中间平行布置一根或若干根并联连接的阴极，该阴极外套有绝缘套管；冷却器的筒体上绝缘密封设置控制参比电极和监测参比电极；该阳极、阴极、控制参比电极、监测参比电极均与恒电位仪电连接而构成所述阳极保护系统；而所述阳极由含钼合金制成；所述阴极、阳极的面积比为1：5000。

4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于：所述阳极的换热管束由含钼合金制成，而管板、筒体由不锈钢或镍基合金制成。

5.根据权利要求1、3或4所述的用途，其特征在于：所述含钼合金是指钼含量≥3%的Cr-Ni-Mo系或Ni-Cr-Mo系合金。

6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于：所述含钼合金的牌号是317、317L、2205、2507、Zeron 100、AL-6XN、ZeCor-cl、哈氏合金C-276、625、686、254SMO、825、904L或S44660。

7.根据权利要求3所述的用途，其特征在于：所述阴极上套装的绝缘套管上开有孔。

8.根据权利要求3所述的用途，其特征在于：所述浓硫酸冷却器中酸侧浓硫酸浓度为90%～100%，浓硫酸温度为70℃～120℃，浓硫酸中含氯离子浓度≤0.05%；冷却水中氯离子浓度为0.05%～15%。

9.根据权利要求2所述的用途，其特征在于：含钼合金制造的所述发烟硫酸冷却器、发烟硫酸蒸发器、发烟硫酸分布器、发烟硫酸槽或发烟硫酸管道中酸侧发烟硫酸浓度为100%～120%，发烟硫酸温度为70℃～200℃；发烟硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%，适用的水中氯离子浓度：0.05%～15%。

10.根据权利要求2所述的用途，其特征在于：含钼合金制造的所述浓硫酸分布器、浓硫酸槽、浓硫酸管道中酸侧浓硫酸浓度为90%～100%，浓硫酸温度为70℃～120℃，浓硫酸中含氯离子浓度为0～0.05%。