JP7471103B2 - 硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法 - Google Patents
硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7471103B2 JP7471103B2 JP2020027766A JP2020027766A JP7471103B2 JP 7471103 B2 JP7471103 B2 JP 7471103B2 JP 2020027766 A JP2020027766 A JP 2020027766A JP 2020027766 A JP2020027766 A JP 2020027766A JP 7471103 B2 JP7471103 B2 JP 7471103B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test
- sulfuric acid
- point corrosion
- acid dew
- water vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims description 180
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 176
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims description 70
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims description 70
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 67
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 58
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 24
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000012494 Quartz wool Substances 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Description
本発明は、硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法に関する。
火力発電所の火炉および廃棄物焼却施設の焼却炉では、水蒸気、ＳＯ２、ＳＯ３などを含む排ガスが発生する。この排ガスは、排ガス煙道などにおいて冷却されると、水蒸気とＳＯ３が凝縮して硫酸となり、硫酸露点腐食として知られるように、排ガス煙道を構成する材料（例えば、鋼材）に対し、著しい腐食を引き起こす。このような排ガス煙道に使用される材料の開発には、耐硫酸露点腐食性の評価が必須である。
従来、材料の腐食性を評価する種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１では、腐食性液体を５℃から９０℃の範囲で、加熱および冷却を繰り返すことにより、試料表面に腐食性液体を凝縮させ、試料の耐腐食性を評価する試験方法が開示されている。また、腐食性液体として、塩酸、硫酸および苛性ソーダが使用できると記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、水蒸気とＳＯ３とを試料表面で凝縮させることは困難であり、材料の耐硫酸露点腐食性を評価できない。
本発明は、上記の問題を解決し、材料の耐硫酸露点腐食性を評価するための試験装置および試験方法の提供を目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法を要旨とする。
（１）試験片に対して硫酸露点腐食試験を行う試験装置であって、
Ｏ２を供給するＯ２供給源と、
ＳＯ２を供給するＳＯ２供給源と、
前記Ｏ２供給源から供給されたＯ２、および前記ＳＯ２供給源から供給されたＳＯ２を、触媒を介して反応させることでＳＯ３を生成するＳＯ３生成部と、
水蒸気を供給する水蒸気供給源と、
前記ＳＯ３生成部で生成されたＳＯ３と前記水蒸気供給源から供給された水蒸気とを含む混合ガスが充填され、かつ、前記試験片を収容する試験槽と、を備える、
硫酸露点腐食試験装置。
Ｏ２を供給するＯ２供給源と、
ＳＯ２を供給するＳＯ２供給源と、
前記Ｏ２供給源から供給されたＯ２、および前記ＳＯ２供給源から供給されたＳＯ２を、触媒を介して反応させることでＳＯ３を生成するＳＯ３生成部と、
水蒸気を供給する水蒸気供給源と、
前記ＳＯ３生成部で生成されたＳＯ３と前記水蒸気供給源から供給された水蒸気とを含む混合ガスが充填され、かつ、前記試験片を収容する試験槽と、を備える、
硫酸露点腐食試験装置。
（２）前記ＳＯ３生成部は、前記触媒として五酸化二バナジウムまたは白金を含む、
上記（１）に記載の硫酸露点腐食試験装置。
上記（１）に記載の硫酸露点腐食試験装置。
（３）前記ＳＯ３生成部は、管状炉と、前記管状炉に挿入された燃焼管と、前記燃焼管内に設けられた前記触媒とを有する、
上記（１）または（２）に記載の硫酸露点腐食試験装置。
上記（１）または（２）に記載の硫酸露点腐食試験装置。
（４）前記触媒は、多孔質体に付着した状態で前記燃焼管内に設けられている、
上記（３）に記載の硫酸露点腐食試験装置。
上記（３）に記載の硫酸露点腐食試験装置。
（５）前記試験槽は、前記試験片が前記混合ガスと接触するように前記試験片を収容する、
上記（１）から（４）のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置。
上記（１）から（４）のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置。
（６）前記試験槽内に設置可能であり、硫酸を含む活性炭を前記試験片に付着させた状態で前記試験片を保持する試験片保持部をさらに備える、
上記（１）から（４）のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置。
上記（１）から（４）のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置。
（７）上記（１）から（６）のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置を用いて、前記試験片の耐硫酸露点腐食性を評価する、
硫酸露点腐食試験方法。
硫酸露点腐食試験方法。
本発明によれば、材料の耐硫酸露点腐食性を評価することが可能となる。
本発明における硫酸露点腐食とは、硫酸浸漬試験または硫酸全面腐食試験などにより評価される硫酸腐食ではなく、上記のとおり、ＳＯ３を含むガスと水蒸気が冷却され、材料表面で硫酸となることで生じる硫酸露点腐食を対象とする。
本発明の実施形態に係る硫酸露点腐食試験装置の各構成要素について、以下に詳細を示す。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
（１）硫酸露点腐食試験装置の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る硫酸露点腐食試験装置１を示す模式図である。硫酸露点腐食試験装置１は、Ｏ２供給源２、ＳＯ２供給源３、ＳＯ３生成部４、水蒸気供給源５、試験槽６、温度調整部７、および排気部８を含む。
図１は、本発明の一実施形態に係る硫酸露点腐食試験装置１を示す模式図である。硫酸露点腐食試験装置１は、Ｏ２供給源２、ＳＯ２供給源３、ＳＯ３生成部４、水蒸気供給源５、試験槽６、温度調整部７、および排気部８を含む。
Ｏ２供給源２は、ＳＯ３生成部４にＯ２を供給し、ＳＯ２供給源３は、ＳＯ３生成部４にＳＯ２を供給する。Ｏ２供給源２としては、Ｏ２ボンベ、Ｏ２および不活性ガスを含むボンベ、または空気ボンベを使用することができる。ＳＯ２供給源３としては、ＳＯ２ボンベ、またはＳＯ２および不活性ガスを含むボンベを使用することができる。本実施形態では、Ｏ２およびＳＯ２の供給量は、例えば、図示しない流量計によって測定される。
ＳＯ３生成部４は、Ｏ２供給源２から供給されたＯ２、およびＳＯ２供給源３から供給されたＳＯ２を反応させることによってＳＯ３を生成する。ＳＯ３生成部４において生成されたＳＯ３は、ＳＯ３流路９１を介して試験槽６に供給される。
図２は、ＳＯ３生成部４の構成の一例を示す模式図である。本実施形態では、ＳＯ３生成部４は、管状炉４１と、管状炉４１に挿入された燃焼管４２と、燃焼管４２内に設けられた触媒部４３と、燃焼管４２内において触媒部４３を挟むように設けられた一対の固定部材４４とを有する。
管状炉４１は、燃焼管４２内に設けられた触媒部４３および固定部材４４を加熱できるように構成されている。管状炉４１としては、公知の種々の管状炉を利用できるので、管状炉４１の詳細な説明は省略する。燃焼管４２は、ＳＯ３を生成させるための加熱温度に耐える材質によって構成されていればよい。本実施形態においては、燃焼管４２として、例えば、セラミックスチューブを使用することができる。
Ｏ２供給源２から供給されたＯ２およびＳＯ２供給源３から供給されたＳＯ２は、燃焼管４２に流入する。触媒部４３は、燃焼管４２に流入したＯ２およびＳＯ２を、触媒を介して反応させることでＳＯ３を生成する。本実施形態では、触媒部４３は、触媒（図示せず）としての五酸化二バナジウム（以下、Ｖ２Ｏ５と示す。）と、該Ｖ２Ｏ５（触媒）が付着した複数の多孔質体４３ａとを備える。すなわち、本実施形態では、該Ｖ２Ｏ５（触媒）は、複数の多孔質体４３ａに付着した状態で燃焼管４２内に設けられる。多孔質体としては、例えば、沸石を用いることができる。
触媒部４３は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず、Ｖ２Ｏ５を約７５０℃に加熱して溶融し、複数の多孔質体（沸石）を混合する。以下、このようにして得られた混合物を、混合物Ａとする。次に、粉状のＶ２Ｏ５に常温の水を加え、複数の多孔質体（沸石）を混合する。以下、このようにして得られた混合物を、混合物Ｂとする。そして、混合物Ａと混合物Ｂとを９：１の割合で混合したものを、燃焼管４２に詰めることで、触媒部４３が形成される。多孔質体（沸石）に触媒を付着させることにより、触媒部４３における触媒の付着面積を大きくすることができ、効率的にＳＯ３を生成させることができる。
一対の固定部材４４は、燃焼管４２内において、触媒部４３を挟むように設けられる。これにより、燃焼管４２内において触媒部４３の位置を固定することができ、Ｏ２およびＳＯ２のガス圧力によって触媒部４３（より具体的には、触媒が付着した多孔質体４３ａ）が移動することを防止できる。
本実施形態では、固定部材４４は、触媒が付着した状態で燃焼管４２内に詰められている。本実施形態では、固定部材４４として石英ウールが用いられる。また、石英ウールに付着させる触媒としては、触媒部４３において用いられる触媒と同様の触媒を用いることができる。本実施形態では、例えば、粉状のＶ２Ｏ５（触媒）に常温の水を加え、石英ウール（固定部材４４）を混合することで、石英ウール（固定部材４４）にＶ２Ｏ５（触媒）を付着させる。このようにして触媒が付着された固定部材４４が、燃焼管４２内に詰められる。この場合、固定部材４４に付着したＶ２Ｏ５（触媒）においてもＳＯ３を生成することができるので、ＳＯ３生成部４において効率よくＳＯ３を生成することができる。
水蒸気供給源５は、水蒸気流路９２を介して試験槽６に水蒸気を供給する。水蒸気供給源５は、水を加熱することで水蒸気を発生させることができる。さらに、水の中にガスを送り込み、効率的に水蒸気を発生させるようにしてもよい。ここで使用するガスは、例えば空気ガスのような、水および混合ガスと反応しないものを用いればよい。本実施形態では、水蒸気の供給量は、例えば、水の加熱温度、または上記ガスの流量により調整される。上記ガスの流量は、例えば、図示しない流量計によって測定される。
試験槽６は、評価対象となる材料から作製された試験片１１を収容する。本実施形態では、試験槽６は、複数の試験片１１を収容することができる。また、上記のように、試験槽６には、ＳＯ３生成部４で生成されたＳＯ３が供給されるとともに、水蒸気供給源５から水蒸気が供給される。これにより、試験槽内には、ＳＯ３および水蒸気を含む混合ガスが充填される。
本実施形態では、試験槽６は、複数の試験片１１の表面が上記混合ガスに接触するように、複数の試験片１１を収容する。試験槽６の材質については特に制限は設けないが、例えば、テフロン（登録商標）等の、水蒸気、混合ガスおよび硫酸と反応が生じない材質のものを選択することが好ましい。
図１に示すように、本実施形態では、ＳＯ３流路９１の一端および水蒸気流路９２の一端は、試験槽６内において開口している。ＳＯ３流路９１の一端から流出したＳＯ３および水蒸気流路９２の一端から流出した水蒸気が試験片に直接接触すると、その試験片は他の試験片よりも早く腐食するおそれがある。そのため、試験槽６内に配置された複数の試験片１１の腐食スピードが均一となるように、試験槽６内におけるＳＯ３流路９１および水蒸気流路９２の開口位置を調節することが望ましい。
温度調整部７は、試験槽６内の混合ガスの温度を、目的の温度に調整することができる。本実施形態では、温度調整部７は、ＳＯ３温度調整部７１、水蒸気温度調整部７２、および恒温槽７３を含む。試験槽６の混合ガスの温度は、例えば、試験槽６内に熱電対（図示せず）を設けることによってモニターすることができる。
ＳＯ３温度調整部７１は、ＳＯ３生成部４と試験槽６との間に設けられ、ＳＯ３を含むガスの温度を調整することができる。本実施形態では、例えば、ＳＯ３温度調整部７１としてリボンヒーターを採用し、ＳＯ３流路９１をリボンヒーターで覆うことにより、ＳＯ３ガスの温度を調整することができる。
水蒸気温度調整部７２は、水蒸気供給源５と試験槽６との間に設けられ、水蒸気の温度を調整することができる。本実施形態では、例えば、水蒸気温度調整部７２としてリボンヒーターを採用し、水蒸気流路９２をリボンヒーターで覆うことにより、水蒸気の温度を調整することができる。
恒温槽７３は、試験槽６を収容するように設けられ、試験槽６の周囲の雰囲気の温度を調整することができる。本実施形態では、例えば、恒温槽７３としては、温度設定機能を備えたインキュベーターを用いることができる。
排気部８は、混合ガスを無害化して排気することができる。ＳＯ２およびＳＯ３は有害であり、試験槽６で使用された混合ガスをそのまま排気すると環境を汚染する。また、試験終了後に、ＳＯ３生成部４、ＳＯ３流路９１、および試験槽６に、ＳＯ３を含むガスが残ったままにしておくと、腐食するおそれがある。そのため、硫酸露点腐食試験装置１には、排気部８が備えられていることが望ましい。
排気部８としては、公知の無害化装置を用いることができるので詳細な説明は省略するが、例えば、Ｈ２Ｏ２水溶液、ＮａＯＨ水溶液、および活性炭を用いて排気部８を構成することができる。
（２）硫酸露点腐食試験方法
試験槽６に試験片１１を設置し、試験槽６内が目的の使用環境となるように、Ｏ２、ＳＯ２および水蒸気の供給量、ならびに混合ガスの温度を調節することにより、所望の条件で硫酸露点腐食試験を実施することができる。
試験槽６に試験片１１を設置し、試験槽６内が目的の使用環境となるように、Ｏ２、ＳＯ２および水蒸気の供給量、ならびに混合ガスの温度を調節することにより、所望の条件で硫酸露点腐食試験を実施することができる。
本実施形態において、ＳＯ３生成部４にＶ２Ｏ５を含む触媒を使用する場合には、管状炉４１によって触媒部４３および固定部材４４を約５５０℃に加熱することが好ましい。
試験片１１の材質については特に制限はなく、例えば、鋼材、合金等が含まれる。また、試験片の形状、寸法についても特に制限はない。例えば、板材、円柱状、管状等の形状とすればよい。
試験片１１の耐硫酸露点腐食性の評価方法については特に制限は設けないが、例えば、試験前に試験片１１の厚みを測定しておき、試験後、試験片１１を試験槽６から取り出して、試験片１１表面に堆積したＦｅＳＯ４等の腐食生成物を取り除き、試験片１１の厚みを測定する。試験前後の試験片１１の厚みの変化から、試験片１１の耐硫酸露点腐食性を評価することができる。また、試験前後の試験片１１の重量を測定することにより、試験片１１の耐硫酸露点腐食性を評価してもよい。
その他、回収した試験片１１の耐硫酸露点腐食性を分析するために、公知の分析装置を用いてもよい。さらに、得られた試験片１１の機械的性質を分析するために、強度、硬さ、応力腐食割れ性等を評価する試験を実施してもよい。
試験終了後、ＳＯ２供給源３の代わりに置換用空気ボンベを設け、ＳＯ３流路９１に空気を流し、ＳＯ３生成部４、試験槽６内のＳＯ３を含むガスを排気部８へ流し、排気部８でＳＯ２およびＳＯ３を含むガスを酸化・中和して、吸着させた後に排気する。
（３）効果
本実施形態に係る硫酸露点腐食試験装置１によれば、試験槽６内にＳＯ３と水蒸気の混合ガスを供給することで、試験片上で硫酸を凝縮させることが可能となる。特に、本実施形態では、試験槽６内においてＳＯ３と水蒸気を混合させるため、効率良く試験片上に硫酸を凝縮させることができる。したがって、排ガス煙道を再現した環境において、試験片の耐硫酸露点腐食性を評価することができる。
本実施形態に係る硫酸露点腐食試験装置１によれば、試験槽６内にＳＯ３と水蒸気の混合ガスを供給することで、試験片上で硫酸を凝縮させることが可能となる。特に、本実施形態では、試験槽６内においてＳＯ３と水蒸気を混合させるため、効率良く試験片上に硫酸を凝縮させることができる。したがって、排ガス煙道を再現した環境において、試験片の耐硫酸露点腐食性を評価することができる。
（４）他の実施形態
上述の実施形態では、Ｏ２供給源２から供給されたＯ２、およびＳＯ２供給源３から供給されたＳＯ２が、ＳＯ３生成部４にて混合される場合について説明したが、Ｏ２供給源２から供給されたＯ２、およびＳＯ２供給源３から供給されたＳＯ２が、ＳＯ３生成部４へ至る前に混合されてもよい。
上述の実施形態では、Ｏ２供給源２から供給されたＯ２、およびＳＯ２供給源３から供給されたＳＯ２が、ＳＯ３生成部４にて混合される場合について説明したが、Ｏ２供給源２から供給されたＯ２、およびＳＯ２供給源３から供給されたＳＯ２が、ＳＯ３生成部４へ至る前に混合されてもよい。
さらに、上述の実施形態では、Ｏ２供給源２およびＳＯ２供給源３が別々の装置である場合について説明したが、一つの装置を、Ｏ２供給源およびＳＯ２供給源として用いてもよい。具体的には、例えば、空気を含むＳＯ２ボンベを、Ｏ２供給源およびＳＯ２供給源として用いることができる。
上述の実施形態では、ＳＯ３生成部４の触媒部４３として、混合物Ａおよび混合物Ｂを９：１の割合で混合させたものを使用する場合について説明したが、混合物Ａおよび混合物Ｂを混合する割合は、上述の例に限定されない。触媒部４３として、混合物Ａのみを使用してもよいし、混合物Ｂのみを使用してもよい。
また、上述の実施形態では、ＳＯ３生成部４の触媒部４３にＶ２Ｏ５が付着した沸石を用いる場合について説明したが、Ｖ２Ｏ５が付着した石英ウールを使用してもよい。
上述の実施形態では、ＳＯ３生成部の触媒部４３の多孔質体として、沸石を用いる場合について説明した。しかし、触媒部４３の多孔質体として、Ｏ２およびＳＯ２ガスが通過可能であり、かつ、加熱温度に耐えるものを用いることができる。本実施形態として、例えば、ＳｉＯ２ハニカム構造体を用いることができる。
上述の実施形態では、ＳＯ３生成部の固定部材４４として、石英ウールを用いる場合について説明した。しかし、固定部材４４として、Ｏ２およびＳＯ２ガスが通過可能であり、加熱温度に耐え、かつ、触媒部４３の多孔質体を燃焼管４２内に固定できるものを用いることができる。本実施形態として、例えば、白金リングを用いることができる。
上述の実施形態では、ＳＯ３生成部４の触媒にＶ２Ｏ５を使用する場合について説明したが、触媒として、白金等の他の公知の触媒を採用することができる。その場合であっても、触媒にＶ２Ｏ５を使用する場合と同様に、採用した触媒を多孔質体に付着させたものを、燃焼管４２に詰めることで、触媒部４３を形成することができる。また、採用した触媒を固定部材に付着させたものが、燃焼管４２内の触媒部４３を挟むように詰められる。
触媒として白金等の他の公知の触媒を採用する場合は、硫酸露点腐食試験において、採用した触媒が効率的にＳＯ３を生成することができるように、管状炉４１の温度を適宜設定することが望ましい。
上述の実施形態では、ＳＯ３温度調整部７１は、ＳＯ３流路９１の全領域に設けられている場合について説明したが、ＳＯ３温度調整部７１は、ＳＯ３流路９１の一部に設けられていてもよい。また、水蒸気温度調整部についても同様である。
なお、ＳＯ３温度調整部７１および／または水蒸気温度調整部７２により、試験槽６へ供給されるＳＯ３を含むガスおよび／または水蒸気の温度を調整し、試験槽６内を目的の温度に設定することが可能であれば、恒温槽７３は設けなくてもよい。
また、ＳＯ３流路９１および／または水蒸気流路９２の長さを適宜調整することで、試験槽６内を目的の温度に設定してもよい。その場合は、ＳＯ３温度調整部７１、水蒸気温度調整部７２、恒温槽７３のいずれかまたは全てを設けなくてもよい。
上述の実施形態では、ＳＯ３生成部４で生成されたＳＯ３および水蒸気供給源５から供給された水蒸気が、試験槽６内で混合される場合について説明したが、ＳＯ３と水蒸気とが試験槽６へ至る前に混合され、混合ガスとして試験槽６へ供給されてもよい。
上述の実施形態では、ＳＯ３と水蒸気とが試験槽６へ供給される場合について説明したが、実際の排ガスには塩化水素が含まれているため、実際の使用環境をより忠実に再現する場合には、ＳＯ３および水蒸気に加えて塩化水素が試験槽６へ供給されてもよい。ＳＯ３および水蒸気に加えて塩化水素を試験槽６へ供給する場合は、図示しない塩化水素供給源から、図示しない塩化水素流路を介して塩化水素が試験槽６へ供給される。なお、試験槽６内を目的の温度に設定するために、塩化水素流路に図示しない温度調整部を設けてもよい。ＳＯ３および水蒸気に加えて塩化水素を試験槽６へ供給することにより、塩化水素が存在する環境における試験片の耐硫酸および耐塩酸露点腐食性を評価することが可能である。
上述の実施形態では、試験槽６内に試験片１１を直接収容する場合について説明したが、焼却炉において材料表面に未燃炭素が付着する状況を模擬したい場合には、以下に説明するように、試験片１１に硫酸を含む活性炭を付着させた状態で保持し、試験槽６内に設置することが好ましい。
実際の使用環境、特に、焼却炉近傍で排ガスが未だ高温である領域においては、材料表面に未燃炭素が付着している。ここで水蒸気およびＳＯ３が凝縮して硫酸が生成されると、未燃炭素が、硫酸の材料を腐食する反応の触媒として作用し、材料に対してより激しい腐食を引き起こすと考えられている。そこで、本発明者らは、硫酸を含有させた活性炭を試験片に付着させた状態で、試験槽内に設置することで、材料に未燃炭素が付着する場合を模擬した。
図３は、材料表面に未燃炭素が付着する状況を模擬する場合に利用される試験片保持部の一例を示す模式図である。図３に示す試験片保持部１０を用いることにより、硫酸を含む活性炭を付着させた状態で試験片１１を保持することができる。
本実施形態では、試験片保持部１０は、椀形状を有している。試験片保持部１０としては、例えば、るつぼを使用することができる。
以下、試験片保持部１０による試験片１１の保持方法の一例を説明する。まず、試験片保持部１０の中に、硫酸を含む活性炭１０１を加える。硫酸は、例えば、濃度が８５質量％で、活性炭１ｇに対して３．３ｍＬの割合で含有させる。活性炭に硫酸を含有させておくことで、活性炭のみの場合に比べて、混合ガスが活性炭に溶け込みやすくなるという効果がある。この硫酸を含む活性炭１０１の中に、試験片１１を埋没させ、試験槽６内に設置する。
試験片保持部１０の材質は、特に制限は設けないが、例えば、陶器製等、水蒸気、混合ガスおよび硫酸と反応が生じない材質のものを選択することが好ましい。なお、試験片保持部１０の形状は、上述の例に限定されず、硫酸を含む活性炭１０１を付着させた状態で試験片１１を保持することが可能であればよい。例えば、試験片保持部１０の形状は、有底筒状であってもよく、皿のような形状であっても構わない。
試験片１１は、硫酸を含む活性炭１０１が付着するように設置すればよいが、硫酸を含む活性炭１０１の中に埋没させることが好ましい。また、活性炭に含有させる硫酸の濃度は、８０～９０質量％であることが好ましく、８０～８５質量％であることがより好ましい。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１および図２に示す硫酸露点腐食装置１を用いて、硫酸露点腐食試験を行った。試験片１１として、全面湿式研磨した、縦が２０ｍｍ、横が１０ｍｍ、厚さが３ｍｍの市販の鋼材（ＳＭ４９０ＡおよびＳＵＳ３０４）を用いた。
また、Ｏ２供給源およびＳＯ２供給源として、空気を含むＳＯ２ボンベを用いた。実験条件は、試験槽内温度：１１０℃、水蒸気量：１．２体積％であり、ＳＯ２ガス量：３体積％、ＳＯ２ガス流量：２００ｍＬ／ｍｉｎに設定した。
上記の実験条件で２４時間経過後、試験片を取り出し、硫酸露点腐食試験前後の試験片の厚みを比較し、腐食速度を算出した。ＳＭ４９０Ａに対するＳＵＳ３０４の腐食速度の割合を図４に示す。
これまでに実施された硫酸浸漬試験において、ＳＭ４９０Ａに比べてＳＵＳ３０４の腐食速度が速いことが分かっており、本発明の硫酸露点腐食試験においても、硫酸浸漬試験結果と同様の結果が得られた。このことから、本発明の硫酸露点腐食試験装置の試験槽内において、ＳＯ３と水蒸気が凝縮する実際の排ガス煙道の環境を再現し、混合ガスが試験片上に凝縮して高濃度の硫酸が試験片を腐食したことが示された。
本発明によれば、排ガス煙道の環境を再現し、試験片の耐硫酸露点腐食性を適切に評価することが可能となる。したがって、本発明は、排ガス煙道等に使用される材料の開発に大きく貢献することができる。
１．硫酸露点腐食試験装置
２．Ｏ２供給源
３．ＳＯ２供給源
４．ＳＯ３生成部
４１．管状炉
４２．燃焼管
４３．触媒部
４３ａ．多孔質体
４４．固定部材
５．水蒸気供給源
６．試験槽
７．温度調整部
７１．ＳＯ３温度調整部
７２．水蒸気温度調整部
７３．恒温槽
８．排気部
９１．ＳＯ３流路
９２．水蒸気流路
１０．試験片保持部
１０１．硫酸を含む活性炭
１１．試験片
２．Ｏ２供給源
３．ＳＯ２供給源
４．ＳＯ３生成部
４１．管状炉
４２．燃焼管
４３．触媒部
４３ａ．多孔質体
４４．固定部材
５．水蒸気供給源
６．試験槽
７．温度調整部
７１．ＳＯ３温度調整部
７２．水蒸気温度調整部
７３．恒温槽
８．排気部
９１．ＳＯ３流路
９２．水蒸気流路
１０．試験片保持部
１０１．硫酸を含む活性炭
１１．試験片
Claims (7)
- 試験片に対して硫酸露点腐食試験を行う試験装置であって、
Ｏ２を供給するＯ２供給源と、
ＳＯ２を供給するＳＯ２供給源と、
前記Ｏ２供給源から供給されたＯ２、および前記ＳＯ２供給源から供給されたＳＯ２を、触媒を介して反応させることでＳＯ３を生成するＳＯ３生成部と、
水蒸気を供給する水蒸気供給源と、
前記ＳＯ３生成部で生成されたＳＯ３と前記水蒸気供給源から供給された水蒸気とを含む混合ガスが充填され、かつ、前記試験片を収容する試験槽と、
前記試験槽内に設置可能であり、硫酸を含む活性炭を前記試験片に付着させた状態で前記試験片を保持する試験片保持部と、を備え、
前記試験槽内においてＳＯ３と水蒸気を混合させる、
硫酸露点腐食試験装置。 - 試験片に対して硫酸露点腐食試験を行う試験装置であって、
Ｏ２を供給するＯ２供給源と、
ＳＯ２を供給するＳＯ２供給源と、
前記Ｏ２供給源から供給されたＯ２、および前記ＳＯ２供給源から供給されたＳＯ２を、触媒を介して反応させることでＳＯ３を生成するＳＯ３生成部と、
水蒸気を供給する水蒸気供給源と、
前記ＳＯ３生成部で生成されたＳＯ３と前記水蒸気供給源から供給された水蒸気とを含む混合ガスが充填され、かつ、前記試験片を収容する試験槽と、
前記試験槽内に設置可能であり、硫酸を含む活性炭を前記試験片に付着させた状態で前記試験片を保持する試験片保持部と、を備える、
硫酸露点腐食試験装置。 - 前記ＳＯ３生成部は、前記触媒として五酸化二バナジウムまたは白金を含む、
請求項１または２に記載の硫酸露点腐食試験装置。 - 前記ＳＯ３生成部は、管状炉と、前記管状炉に挿入された燃焼管と、前記燃焼管内に設けられた前記触媒とを有する、
請求項１から３のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置。 - 前記触媒は、多孔質体に付着した状態で前記燃焼管内に設けられている、
請求項４に記載の硫酸露点腐食試験装置。 - 前記試験槽は、前記試験片が前記混合ガスと接触するように前記試験片を収容する、
請求項１から５のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置。 - 請求項１から６のいずれかに記載の硫酸露点腐食試験装置を用いて、前記試験片の耐硫酸露点腐食性を評価する、
硫酸露点腐食試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020027766A JP7471103B2 (ja) | 2020-02-21 | 2020-02-21 | 硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020027766A JP7471103B2 (ja) | 2020-02-21 | 2020-02-21 | 硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021131340A JP2021131340A (ja) | 2021-09-09 |
| JP7471103B2 true JP7471103B2 (ja) | 2024-04-19 |
Family
ID=77550836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020027766A Active JP7471103B2 (ja) | 2020-02-21 | 2020-02-21 | 硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7471103B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005156057A (ja) | 2003-11-27 | 2005-06-16 | Osaka Gas Co Ltd | 硫酸露点腐食防止式の熱交換器及びその使用方法 |
| JP2012117812A (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Jfe Steel Corp | 石炭船および石炭・鉄鉱石兼用船ホールド用耐食鋼の腐食試験方法及びそれを用いた船舶の使用寿命を予測する方法 |
| JP2015078885A (ja) | 2013-10-16 | 2015-04-23 | スガ試験機株式会社 | ガス腐食試験機、ガス腐食試験機用試験槽およびガス腐食試験方法 |
-
2020
- 2020-02-21 JP JP2020027766A patent/JP7471103B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005156057A (ja) | 2003-11-27 | 2005-06-16 | Osaka Gas Co Ltd | 硫酸露点腐食防止式の熱交換器及びその使用方法 |
| JP2012117812A (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Jfe Steel Corp | 石炭船および石炭・鉄鉱石兼用船ホールド用耐食鋼の腐食試験方法及びそれを用いた船舶の使用寿命を予測する方法 |
| JP2015078885A (ja) | 2013-10-16 | 2015-04-23 | スガ試験機株式会社 | ガス腐食試験機、ガス腐食試験機用試験槽およびガス腐食試験方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021131340A (ja) | 2021-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110064302B (zh) | 一种蜂窝式脱硝催化剂so2氧化率实时在线检测方法和装置 | |
| EP2429941B1 (en) | Generation of sulfur trioxide and sulfuric acid | |
| TW200305719A (en) | Method and apparatus for monitoring gases in a combustion system | |
| JP7471103B2 (ja) | 硫酸露点腐食試験装置および硫酸露点腐食試験方法 | |
| JP4007610B2 (ja) | 腐食減肉試験装置及び腐食減肉試験方法 | |
| JP4816420B2 (ja) | 塩素分析装置 | |
| Van Limpt et al. | Models and Experiments for Sodium Evaporation From Sodium‐Containing Silicate Melts | |
| JPH07146262A (ja) | 熱分析装置 | |
| Steele | Nitrogen oxides and nitrous oxide formation in lean-premixed jet-stirred reactors operated from 1 to 7 atm | |
| CN210021745U (zh) | 一种蜂窝式脱硝催化剂so2氧化率实时在线检测装置 | |
| Otsuka | Carburization of 9% Cr steels in a simulated oxyfuel corrosion environment | |
| JP2023139610A (ja) | 露点腐食試験方法 | |
| US5185268A (en) | Method for the determination of total nitrogen including adding an alkali metal halide or an alkaline earth metal halide to the sample | |
| JP2023139628A (ja) | 露点腐食試験装置 | |
| Nazarian et al. | Thermal and chemical kinetic characterization of multiphase and multicomponent substances by laser heating | |
| JP2012002694A (ja) | 高温腐食試験装置 | |
| JP2014044146A (ja) | 燃焼酸化式元素分析装置 | |
| CN212391447U (zh) | 一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统 | |
| JP3517177B2 (ja) | 燃焼排ガス中のダイオキシン濃度の推定方法および装置とそれを用いた廃棄物燃焼炉制御装置 | |
| Zublev et al. | Determining the air excess in the heating of coke furnaces. 2. Sampling and analysis | |
| Aravindakshan et al. | Studies on aluminium diffusion treated steel for heat exchanger tubes | |
| CN111426784A (zh) | 一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统及检测方法 | |
| Arapi | Investigations of the Therman Treatment of Sodium Thiosulfate in Gas Streams for the Removal of I2 | |
| Gómez‐Cápiro et al. | Challenges in Laboratory Catalytic Testing for Ammonia Decomposition under Industrially Relevant Conditions | |
| JPH07308568A (ja) | 腐食性ガス供給装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230116 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230926 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231003 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231128 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240304 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240319 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240409 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7471103 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |