KR20220050129A - 우레아 플랜트에서의 페라이트계 강 부품 - Google Patents

우레아 플랜트에서의 페라이트계 강 부품 Download PDF

Info

Publication number
KR20220050129A
KR20220050129A KR1020227003098A KR20227003098A KR20220050129A KR 20220050129 A KR20220050129 A KR 20220050129A KR 1020227003098 A KR1020227003098 A KR 1020227003098A KR 20227003098 A KR20227003098 A KR 20227003098A KR 20220050129 A KR20220050129 A KR 20220050129A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
ferritic
urea
steel
stripper
Prior art date
Application number
KR1020227003098A
Other languages
English (en)
Inventor
키르크 안구아 오페이
알렉산더 알레이다 안토니우스 스키어더
Original Assignee
스태미카본 비.브이.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스태미카본 비.브이. filed Critical 스태미카본 비.브이.
Publication of KR20220050129A publication Critical patent/KR20220050129A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/04—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/004—Very low carbon steels, i.e. having a carbon content of less than 0,01%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/06—Evaporators with vertical tubes
    • B01D1/065—Evaporators with vertical tubes by film evaporating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/14—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C273/16—Separation; Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/003—Multiple wall conduits, e.g. for leak detection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00081—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
    • B01J2219/0277—Metal based
    • B01J2219/0286—Steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/35—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 출원은 일 태양에서, 반응기를 포함하는 고압 합성 섹션을 포함하는 우레아 플랜트에서 우레아를 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 반응기에서 우레아 형성 조건 하에 NH3 공급물 및 CO2 공급물을 반응시켜 우레아, 물, 카르바메이트 및 암모니아를 포함하는 우레아 합성 용액을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 카르바메이트-함유 액체 스트림을 페라이트계 강 합금으로 제조된 상기 고압 합성 섹션의 장비 부품과 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다.

Description

우레아 플랜트에서의 페라이트계 강 부품
본 발명은 우레아 생성 방법, 우레아 플랜트용 고압 스트리퍼(stripper), 페라이트계 스테인리스 강의 용도, 부품의 제조 방법, 열교환기 튜브, 및 복합 강관을 포함하는 장치에 관한 것이다. 또한, 특정 강 합금을 포함하는 장비 부품을 포함하는 우레아 플랜트가 기술된다.
우레아는 암모늄 카르바메이트를 형성하기 위한 CO2와 NH3의 반응 및 우레아 합성 용액을 제공하기 위한 우레아 및 물로의 탈수에 의해 상업적으로 생산된다. 우레아 합성 용액은 우레아, 물, 암모늄 카르바메이트, 및 암모니아를 포함한다. 중간 생성물 암모늄 카르바메이트는, 적어도 우레아 플랜트의 고압 합성 섹션에 전형적으로 적용되는 더 높은 온도에서, 극도로 부식성이다. 합성 용액의 부식성으로 인해, 우레아 제조업체는 특히 충분히 긴 수명의 고압 장비를 갖도록 건설 재료의 품질 및 조성에 대해 매우 엄격한 요구 사항을 설정해야만 했다.
우레아 합성에 관여하는 카르바메이트-함유 용액에 노출된 오스테나이트계 스테인리스 강은, 예를 들어 고압 합성 섹션에 부동태화 공기를 도입함으로써, 주어진 양의 산소에 의해 부동태화된(비-부식) 상태로 유지될 수 있는 것으로 알려져 있다(문헌[Ullmann's Encyclopaedia, chapter Urea, 2010]). 부동태화는 보호용 크롬 산화물 층의 형성에 의해 제공된다. 그러나, 산화물 층은 뜨거운 카르바메이트 용액에 서서히 용해될 수 있다.
일반적으로, 부동태화 금속의 부식 시스템은 분극 곡선을 사용하여 분석될 수 있다. 첫 번째 경우에, 음분극 곡선은 금속의 양분극 곡선과 오직 하나의 안정한 교차 곡선만을 갖는다. 이는 예를 들어 산화제를 함유하는 산 용액 중에서 스테인리스 강에 전형적이다. 두 번째 경우에, 양분극 곡선과 음분극 곡선은 상이한 전위에서 3개의 교차점을 가지며, 이들 중 하나는 불안정하며, 이들 중 하나는 능동 영역에 있고 다른 하나는 수동 영역에 있다. 산소 카르바메이트 용액 중의 스테인리스 강이 이러한 거동에 전형적이다. 세 번째 경우에, 오직 하나의 교차점만 능동 영역에 있으며 높은 부식 속도가 발생한다. 이 경우는 공기가 없는 카르바메이트 용액 중의 스테인리스 강에 특징적이다(문헌[G. Notten, Corrosion Engineering Guide, KCI Publishing 2008, para. 2.4.5]).
부동태화 공기의 사용은, 반응기 내의 주어진 절대 압력(반응기 설계에 의해 고정됨)에 대해, 반응기 내의 불활성 물질로 인해 NH3 및 CO2의 분압이 낮아져서, 반응기가 작동하는 액체 반응 매질의 비등 온도를 감소시켜 전환율이 감소되는 단점을 갖는다. 또한, 불활성 물질에 의해 반응기의 유효 부피기 감소된다. 또한, 부동태화 공기는 결국 합성 섹션으로부터 배기될 불활성 물질 가스 스트림으로 들어가며, 이는 불활성 물질로부터의 암모니아 제거를 필요로 하여, 부동태화 공기가 많을수록 중압 또는 저압 카르바메이트 용액으로서의 NH3 및 CO2 재순환을 증가시키는데, 이는 불리하다.
암모니아 배출은 환경적 이유 및 공급원료 손실로 인해 문제가 된다. 불활성 물질의 스크러빙 후 폭발성 혼합물의 형성을 피하기 위해, 합성 섹션의 상류에서 CO2 공급물로부터 수소를 제거해야 할 수 있다.
온도는 우레아 합성에 이용되는 강의 부식 거동에서 중요한 요인이다. 예를 들어, 부동태화 산화물 층은 더 높은 온도에서 덜 안정할 수 있다. 분극 곡선이 또한 온도에 따라 달라진다.
스트리핑 유형의 우레아 생성 방법에서, 고압 스트리퍼 내의 열교환 튜브는 이러한 튜브에서의 높은 온도, 높은 카르바메이트 함량 및 낮은 산소 분압의 조합으로 인해, 부식 위험과 관련하여 가장 중요한 장소를 보통 나타내는 것으로 간주된다.
스트리퍼는 비용이 많이 드는 장비 부품이며 긴 수명이 매우 중요하다. 특히 열교환기 튜브에서, 수명은 전형적으로 부식에 의해 제한된다. 게다가, 튜브의 교체, 수리 또는 플러깅(plugging)은, 또한 플랜트 다운타임(downtime)의 관점에서, 비용이 많이 들고 불안정한 작동의 위험을 초래한다. 따라서, 바람직하게는 스트리퍼 유지보수가 최소화된다. 게다가, 입증된 더 낮은 부식 속도는 플랜트 장비의 의무적인 검사의 빈도를 감소시켜 플랜트 가동 시간(uptime)을 증가시킬 수 있다. 낮은 부식 속도는 스트리퍼 장비의 원하는 매우 높은 신뢰성을 달성하고 높은 온 스트림 인자(on stream factor)를 달성하고 원치 않는 가동 중지(shutdown)의 횟수를 감소시키는 데 또한 중요하다.
CO2 스트리핑 유형의 우레아 플랜트에서, 오스테나이트계 강 UNS S31050(25Cr-22Ni-2Mo)이 오랜 시간 동안 사용되어 왔으며, 전형적으로 공기로서 첨가되는 0.6 부피% 이상의 부동태화 산소를 필요로 한다.
1990년대에, 듀플렉스 오스테나이트계-페라이트계 강 합금이 우레아 플랜트에서 건설 재료로서 도입되었다.
당업계에서, 듀플렉스 스테인리스 강은 페라이트계 및 오스테나이트계 스테인리스 강의 결정립으로 이루어진 2상 미세구조를 갖기 때문에 "듀플렉스"라고 불린다.
스타미카본(Stamicarbon) CO2 스트리핑 유형의 우레아 플랜트에서, 국제특허 공개 WO 95/00674호에 기재된 바와 같은 듀플렉스 강 합금이 고압 합성 섹션에 사용될 수 있다. 그러한 강은 UNS S32906으로도 알려진 슈퍼 듀플렉스 강인 상표명 사푸렉스(Safurex)(등록상표)로 상업적으로 판매된다. 이러한 슈퍼 듀플렉스 강 합금의 사용은 CO2 공급물에 대해 0.3 부피% 산소의 첨가된 부동태화 공기의 양을 고려하여 부동태화 산소의 수준을 50%만큼, 또는 0.1 부피%와 같이 훨씬 더 낮은 수준으로 감소시킨다. 이러한 합금은 우레아 플랜트 내의 모든 고압 장비에, 특히 고온 카르바메이트에 노출되는 부품(예를 들어, 라이닝, 배관)에, 즉 HP 합성 섹션에서 사용될 수 있다. 전반적인 수동적 부식 속도는 온 스트림에서(즉, 작동 중에) 연간 0.01 mm 미만으로 보고되지만; 작동 중에 가장 높은 온도에 노출된 스트리퍼 튜브의 소정 수직 부품에서는, 온 스팀에서 연간 최대 0.09 mm의 수동적 부식 속도가 관찰되었다.
추가의 적합한 듀플렉스 강 합금은 국제특허 공개 WO 2017/013180호, 및 미국 특허 출원 공개 제2018/195158호로도 공개된 국제특허 공개 WO 2017/014632호에 기재되어 있으며, 둘 모두 더 높은 온도, 예를 들어 200℃ 초과의 카르바메이트 환경에서 낮은 수동적 부식 속도를 갖는 듀플렉스 스테인리스 강 합금을 기술한다. 이 합금은 스트리퍼 튜브에 특히 적합하다.
암모니아-스트리핑 또는 자가-스트리핑(스냄프로게티(Snamprogetti) 공정)을 갖는 우레아 플랜트에서는, 오랜 시간 동안 스트리퍼 튜브가 티타늄으로 제조되어 왔다. 이후에는 바이메탈 튜브가 사용되었다. 이 튜브는 2개의 동축 튜브, 즉 오스테나이트계 스테인리스 강으로 제조된 외측 튜브와 Zr로 제조된 내측 튜브로 이루어진다. 더 최근에는 완전 Zr 튜브, 및 티타늄(외부) 및 지르코늄(내부) 빌렛의 압출에 의해 수득되는 튜브가 사용된다.
따라서, 본 발명은 제1 태양에서, 반응기를 포함하는 고압 합성 섹션을 포함하는 우레아 플랜트에서 우레아를 생성하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 상기 반응기에서 우레아 형성 조건 하에 NH3 공급물 및 CO2 공급물을 반응시켜 우레아, 물, 카르바메이트 및 암모니아를 포함하는 우레아 합성 용액을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 카르바메이트-함유 액체 스트림을 페라이트계 강 합금으로 제조된 상기 고압 합성 섹션의 장비 부품과 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다. 페라이트계 강 합금은 바람직하게는 중량%로:
C 최대 0.005
Si 0.1 내지 0.4
Mn 최대 0.4
P 최대 0.020
S 최대 0.020
Cu 최대 0.25
Ni 최대 0.50
Cr 20.0 내지 35.0
Mo 0.75 내지 1.50
N 0.0050 내지 0.0125
Nb 0.060 내지 0.375
잔부의 Fe, 총계로 최대 0.50 중량%의 첨가된 가공성 원소, 및 불순물을 포함하며, 바람직하게는 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시킨다(바람직한 함금 조성 1).
바람직하게는, 페라이트계 강 합금은 중량%로:
C 최대 0.0030
Si 0.1 내지 0.3
Mn 최대 0.2
P 최대 0.020
S 최대 0.020
Cu 최대 0.25
Ni 최대 0.20
Cr 25.0 내지 27.5
Mo 0.75 내지 1.50
N 0.0050 내지 0.0125
Nb 0.060 내지 0.375
잔부의 Fe 및 불가피하게 발생하는 불순물을 포함하며; 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시킨다(바람직한 합금 조성 2).
바람직하게는, Nb의 양은 식 15*(중량%) N < Nb < 25*(중량% N)을 충족시킨다(바람직한 합금 조성 3).
일반적으로, 장비 부품은 순수 페라이트계 미세구조를 갖는다. 따라서, 장비 부품은 1상 페라이트계 미세구조를 갖는다. 이는 본 명세서에 사용되는 바와 같은 모든 페라이트계 강 합금에 적용되며 듀플렉스 스테인리스 강 합금과의 차이를 제공한다.
본 발명은 또한 우레아 플랜트를 위한 고압 스트리퍼에 관한 것이며, 스트리퍼는 튜브, 쉘, 및 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트를 포함하는 쉘-및-튜브 열교환기이고, 스트리퍼는 강하막(falling-film) 유형 수직 쉘-및-튜브 열교환기이고, 스트리퍼는 튜브의 상부에 튜브 내에 카르바메이트를 추가로 포함하는 우레아 용액을 수용하기 위한 입구를 포함하며, 스트리퍼는 쉘과 튜브 및 2개의 튜브 시트들 사이의 쉘 공간에 스팀을 수용하기 위한 입구를 포함하고, 튜브는, 페라이트계 강으로 제조되며 작동 중에 카르바메이트를 포함하는 상기 우레아 용액과 접촉하는 부품을 적어도 포함한다. 바람직하게는 튜브 부품은 순수 페라이트계 미세구조를 갖는다.
본 발명은 또한 암모늄 카르바메이트 환경에서의 페라이트계 스테인리스 강의 용도에 관한 것이며, 상기 용도는 암모늄 카르바메이트를 포함하는 유체에 강을 노출시키는 것을 포함한다.
본 발명은 또한 구성요소를 제조하는 방법에 관한 것이며, 구성요소는 서로에 대해 야금 결합을 갖는 제1 부품 및 제2 부품을 포함하고, 제1 부품은 페라이트계 스테인리스 강으로 제조되고, 제2 부품은 예를 들어 제1 부품과는 상이한 유형의 강으로 제조되며, 상기 방법은:
i) 제조될 물체의 형상을 한정하는 주형을 제공하는 단계:
ii) 상기 제1 부품에 상응하는 주형의 일부를 페라이트계 스테인리스 강 합금 분말인 제1 스테인리스 강 합금 분말로 충전하는 단계;
iii) 상기 제2 부품에 상응하는 주형의 일부를 상기 제1 스테인리스 강 합금 분말과는 상이한 원소 조성을 갖는 제2 스테인리스 강 합금 분말로 충전하는 단계;
iv) 상기 제1 및 제2 스테인리스 강 합금 분말로 충전된 상기 주형을 열간 등압 가압법(hot isostatic pressing, HIP)으로 처리하여 압밀된 물체를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 열교환기 튜브에 관한 것이며, 열교환기 튜브는 내부 튜브 층 및 외부 튜브 층을 포함하는 바이메탈 튜브이고, 내부 튜브 층은 페라이트계 강 합금으로 제조되고 외부 튜브 층은 듀플렉스 스테인리스 강, 티타늄, 티타늄 합금, 지르코늄, 지르코늄 합금 및 오스테나이트 스테인리스 강의 군으로부터 선택되는 재료로 제조된다.
본 발명은 또한:
- 적어도 하나의 강 튜브, 및
- 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 강으로 구성된 적어도 하나의 홀더 요소를 포함하며, 강 튜브는 홀더 요소를 관통하고, 튜브의 외부 표면 상에 그리고 홀더 요소 상에 제공된 용접 조인트에 의해 홀더 요소에 부착되고,
상기 장치는,
- 강 튜브가, 순수 페라이트계 미세구조를 갖는 내부 튜브 부품 및 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 외부 튜브 부품을 포함하는 복합 튜브인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 본 발명에 사용되는 바와 같은 페라이트계 강 합금은 순수 페라이트계 미세구조를 갖는다. 따라서, 강은 예를 들어 1상 페라이트계 미세구조를 갖는다. 특히, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 페라이트계 강 합금은 듀플렉스 페라이트계-오스테나이트계 스테인리스 강이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 스트리퍼를 개략적으로 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 우레아 플랜트를 개략적으로 예시한다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 스트리퍼를 개략적으로 예시한다.
제1 태양에서, 본 발명은 언급된 원소 조성, 특히 Nb를 포함하는 바람직한 합금 조성 1 내지 3을 갖는 페라이트계 강 합금이, 카르바메이트에 의해 야기되는 바와 같은 부식에 대한 매우 높은 정도의 저항성을 제공하면서, 작동 동안 우레아 합성 용액과 같은 카르바메이트 함유 용액과 접촉하는 장비 부품을 위해 우레아 합성 플랜트의 고압 섹션에서 사용될 수 있다는 현명한 통찰력에 광범위하게 기초한다. 이러한 원소 조성을 갖는 장비 부품은 순수 페라이트계 미세구조를 갖는다.
그와 같은 이러한 페라이트계 강은 그레고리(Gregory)의 미국 특허 제3807991호에 기재되어 있다. 여기서, 내부식성 결과는 ASTM A262-70에 따라 황산제2철 - 50% 황산에 대한 노출에 의해 측정되는 바와 같이 주어진다. 그러나, 미국 특허 출원 공개 제2018/195158A1호, 단락 [0027]에서 논의된 바와 같이, 127℃에서 수행되는 황산제2철-황산 시험 용액을 사용한 스트라이허(Streicher) 시험과 같은 통상적으로 사용되는 부식 시험으로부터의 결과는 우레아 플랜트의 특정 장비(스트리퍼 튜브)에서 실제로 관찰되는 부식과 상관관계가 없다. 특히, 부식 속도는 환경 특이적이다. 또한, 산화제를 갖는 산성 용액의 음분극 곡선은 카르바메이트 용액에서 강 합금의 음분극 곡선과 상이하다.
본 발명자들은, 언급된 유형의 페라이트계 강 합금이 암모늄 카르바메이트를 갖는 고압 오토클레이브에서 우수한 내부식성을 제공하여, 부동태화 공기 첨가 없이 공정 조건을 시뮬레이션한다는 것을 발견하였다. 결과는 하기 실시예 1에 제공되어 있으며 특히 매우 낮은 수동적 부식 속도를 나타낸다.
이에 의해, 본 발명은 우레아 플랜트의 고압 합성 섹션에서, 특히 스트리퍼 튜브에서 사용하기 위해 이러한 페라이트계 강을 이용할 수 있게 한다.
본 발명은 제1 태양에서 우레아 생성 방법에 관한 것이며, 여기서, 카르바메이트-함유 액체 스트림은 페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품과 접촉하고, 페라이트계 강 합금은 중량% 단위로:
C 최대 0.005; 바람직하게는 최대 0.0030
Si 0.1 내지 0.4; 바람직하게는 0.1 내지 0.3
Mn 최대 0.4; 바람직하게는 최대 0.2
P 최대 0.020
S 최대 0.020
Cu 최대 0.25
Ni 최대 0.50; 바람직하게는 최대 0.20
Cr 20.0 내지 35.0; 바람직하게는 25.0 내지 27.5
Mo 0.75 내지 1.50
N 0.0050 내지 0.0125
Nb 0.060 내지 0.375
잔부의 Fe 및 불가피하게 발생하는 불순물을 포함하고, 바람직하게는 이로 이루어지며, 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시킨다.
따라서, Nb의 양은, 중량 기준으로, 질소의 양의 12 내지 30배이다.
C, Si, Mn, Ni 및 Cr에 대한 바람직한 범위는 독립적으로 사용될 수 있으며 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는, Nb의 양은 식 15*(중량%) N < Nb < 25*(중량% N)을 충족시킨다. 바람직한 실시 형태에서, C, Si, Mn, Ni 및 Cr은 모두 언급된 바람직한 범위를 가지며, 더 바람직하게는 Nb는 식 15*(중량%) N < Nb < 25*(중량% N)을 충족시킨다. 예를 들어 진공 정련(vacuum refining)에 의해 낮은 수준의 C 및 N이 달성될 수 있다. 예를 들어 아르곤 산소 탈탄소를 사용하여 낮은 수준의 C가 얻어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 진공에서 용융물의 전자 빔 정련이 사용될 수 있다. N 함량은 바람직하게는 가능한 한 낮다. 예를 들어, 50 ppm(중량 기준)의 N의 수준이 예를 들어 사용된다. 일부 실시 형태에서, N은 더 낮을 수 있으며, 일부 실시 형태에서 강 합금은 중량 기준으로 최대 125 중량 ppm의 N을 포함한다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, Nb의 존재는 Cr 질화물 또는 Cr 탄화물로서 임의의 C 또는 N의 침전을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 방식으로, 결정립계에서의 부동태화에 이용가능한 낮은 Cr을 갖는 구역의 형성이 회피되고 입계 부식(intergranular corrosion)이 방지된다. 이는 암모늄 카르바메이트 용액과 접촉할 때 극히 낮은 수준의 수동적 부식 속도에 기여한다.
용어 "최대"가 사용되는 경우, 당업자는 다른 수치가 구체적으로 언급되지 않는 한 범위의 하한이 0 중량%임을 알 것이다. 따라서 C, Mn, Cu, P, S 및 Ni에 대해, 이들은 선택적인 성분이기 때문에, 하한이 0 중량%이다. 이들 원소는 명시된 바와 같이 제어된 최대 수준으로 오염물로서 또는 특별히 첨가된 대로 페라이트계 강 합금에 존재할 수 있다.
언급된 조성을 갖는 페라이트계 강 등급은 그레고리의 미국 특허 제3807991호에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 페라이트계 강에서, Cr은 내부식성을 제공하기 위해 20.0 내지 35.0 중량%, 바람직하게는 25.0 내지 27.5 중량%로 사용된다. Cr은 강에서 페라이트 형성제의 역할을 할 수 있다.
Mo는 추가로 개선된 내부식성을 제공하기 위해 0.75 내지 1.50 중량%, 바람직하게는 0.75 내지 1.50 중량%로 사용된다. Mo는 또한 페라이트계 안정화 원소이다.
Si는 제조 동안 탈산화 첨가제로서 사용될 수 있다. Si는 또한 페라이트계 안정화 원소이다.
Mn은 최대 0.4 중량%, 바람직하게는 최대 0.2 중량%의 양을 갖는 선택적인 원소이다.
황(S)은 내부식성에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, S의 함량은 최대 0.020 중량%, 예컨대 최대 0.010 중량%로 제한되어야 한다.
인(P)은 일반적인 불순물 원소이다. 대략 0.020 중량% 초과의 양으로 존재하는 경우, 이는 예를 들어 기계적 특성에 악영향을 미칠 수 있다. 합금 중의 P의 양은 최대 0.020 중량%, 예컨대 최대 0.010 중량%로 제한되어야 한다.
Cu 함량은 낮게 유지되어야 한다. 따라서, Cu는 최대 0.25 중량%이다.
강 합금은 페라이트계 강 합금이며 따라서 Ni는 최대 0.50 중량%, 바람직하게는 최대 0.20 중량%이다. Ni는 오스테나이트 형성 원소로 간주된다.
페라이트계 강의 잔부는 Fe, 총계로 최대 0.50 중량%의 가공성 원소, 및 (불가피하게 발생하는) 불순물이다. 불가피한 불순물의 예는 일부러 첨가되지는 않았지만, 예를 들어 페라이트계 강의 제조에 사용되는 재료에서 불순물로서 일반적으로 발생하기 때문에 완전히 회피할 수 없는 원소 및 화합물이다. 예를 들어, 고철(scrap) 금속이 강에서 Fe의 공급원으로서 사용될 수 있다. 선택적으로 사용되는 총계로 최대 0.50 중량%의 가공성 원소는 가공성을 위해 첨가되는 금속 원소이다.
상기에 논의된 바와 같은 페라이트계 강 합금 조성에 대한 선호는 본 발명의 모든 태양의 페라이트계 강에 대해 적용된다.
일반적으로 페라이트계 강은 부적합한 것으로 간주되기 때문에, 언급된 조성을 갖는 페라이트계 강 합금이 암모늄 카르바메이트에 대해 높은 수준의 내부식성을 나타낸다는 것이 실로 놀라운 일이다. 이론에 구애되고자 함이 없이, 본 발명자들은 Nb 및 Mo의 첨가에 의해 균형을 이루는, 매우 낮은 수준의 N과 조합된 매우 낮은 수준의 C 및 Ni가 함께 작용하여 오스테나이트 형성 및 크롬 질화물 및 크롬 탄화물을 방지하는 것으로 생각한다. 페라이트계/오스테나이트계 듀플렉스 강에서 니켈은 암모늄 카르바메이트 환경에서의 내부식성을 보장하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
본 출원에서, 용어 "페라이트계 강 합금"은 "페라이트계-오스테나이트계 듀플렉스 강 합금"과는 별개로 사용되는데, 전자는 순수 페라이트계 미세구조를 갖는 반면 듀플렉스 스테인리스 강은 순수 페라이트계 미세구조를 갖지 않는다는 점에서 구별된다.
본 발명은 또한 우레아 플랜트에서 우레아를 생성하는 방법, 및 또한 그러한 우레아 플랜트에 관한 것이다. 우레아 플랜트는 반응기를 포함하는 고압 합성 섹션을 포함한다. 본 방법은 반응기에서 우레아 형성 조건 하에 NH3 공급물 및 CO2 공급물을 반응시켜 우레아, 물, 카르바메이트 및 암모니아를 포함하는 우레아 합성 용액을 형성하는 단계를 포함하고, 본 방법은 카르바메이트-함유 액체 스트림을, 언급된 조성을 갖는 페라이트계 강 합금으로 제조된 상기 고압 합성 섹션의 장비 부품과 접촉시키는 단계를 (추가로) 포함한다. 일부 실시 형태에서, 상기 접촉 및 상기 반응은 하나의 동일한 단계이고, 반응기는 상기 장비 부품을 포함한다. 따라서, 우레아 생성 방법은 반응기에서 우레아 형성 조건 하에 NH3 공급물 및 CO2 공급물을 반응시켜 우레아 합성 용액을 형성하는 단계를 포함하며, 카르바메이트-함유 액체 스트림을 장비 부품과 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 장비 부품은 상기 고압 합성 섹션에 포함되고, 상기 장비 부품은 페라이트계 강 합금, 바람직하게는 언급된 조성, 더 바람직하게는 본 명세서에 기재된 바람직한 합금 조성 1 내지 3을 갖는 페라이트계 강 합금으로 제조된다. 장비 부품은 특히 순수 페라이트계 미세구조를 갖는다. 상기 액체 스트림의 카르바메이트 성분은 상기 반응기에서 상기 우레아 형성 반응으로부터 유래된다.
카르바메이트-함유 액체 스트림은 예를 들어 카르바메이트 또는 카르바메이트 재순환 스트림을 또한 함유하는 우레아 합성 용액이다. 카르바메이트-함유 액체 스트림은 예를 들어, 15 중량%내지 95 중량%의 카르바메이트, 예컨대 45 중량%내지 95 중량%의 카르바메이트를 포함하고, 예를 들어, 10 중량%이상, 및/또는 50 중량%미만의 우레아, 및 예를 들어, 1 중량% 초과 및/또는 20 중량% 미만의 양의 물을 추가로 포함할 수 있다. 카르바메이트-함유 액체 스트림은 예를 들어 180℃이며, 예컨대 200℃ 초과이다. 카르바메이트-함유 액체 스트림은 예를 들어 카르바메이트의 용액이며, 여기서, 예를 들어 물이 용매이다.
본 방법은 예를 들어 우레아 합성 용액으로부터 카르바메이트를 분해하여 NH3 및 CO2를 포함하는 가스 스트림을 제공하는 단계 및 상기 가스 스트림을 응축시켜 카르바메이트, 및 전형적으로 우레아 합성 섹션으로 재순환되는 물을 포함하는 액체 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 분해는 예를 들어 중압 및/또는 저압으로, 예를 들어 또한 합성 섹션의 부품인 고압 스트리퍼에서 수행된다.
바람직한 실시 형태에서, 고압 합성 섹션은 스트리퍼를 포함하고, 상기 방법은 우레아 합성 용액이 상기 스트리퍼에서 스트리핑 단계를 거치게 하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 스트리퍼의 설계와 독립적으로, 스트리핑 단계는 우레아 합성 용액을 고압에서 가열하고 용액을 가스 스트림과 동시 역류 접촉시키는 것을 포함하며, 여기서, 가스 스트림은 NH3 및/또는 CO2에 대해 더 낮은 부분 증기압을 갖는다. 가스 스트림은 예를 들어 NH3 공급물이거나, CO2 공급물이거나, 또는 우레아 합성 용액의 하류 기화에 의해 수득된다. 스트리핑 단계는 액체상에서 암모늄 카르바메이트의 NH3 및 CO2로의 분해 및 액체상으로부터 가스상으로의 NH3 및 CO2의 이동을 촉진하는 것을 포함한다. 용액은 보통 스트리핑 동안 벽 표면(이 벽은 열 전달을 위해 사용되며 예를 들어 튜브 벽임) 위에 공급된다. 바람직하게는 적어도 이러한 벽 부품은 기술된 바와 같이 페라이트계 강으로 제조된다. 바람직하게는 용액은 스트리핑 동안, 더 바람직하게는 스트리퍼 튜브에서 강하막으로서 제공된다. 원칙적으로, 예를 들어 스팀과 같은 가열 매질에 의한 임의의 종류의 가열이 사용될 수 있다.
바람직하게는 스트리퍼는 튜브를 포함하는 쉘-및-튜브 열교환기이다. 바람직하게는 스트리퍼 튜브는 부분적으로는 언급된 페라이트계 강 합금으로 제조된다. 더 바람직하게는 적어도, 튜브의 내부 표면을 형성하는 튜브의 부품은 언급된 페라이트계 강 합금으로 제조된다. 바람직하게는, 본 방법은 카르바메이트를 포함하는 우레아 용액을 스트리퍼 튜브에 통과시켜, 언급된 페라이트계 강 합금으로 제조된 스트리퍼 튜브의 부품과 접촉시키는 단계, 및 바람직하게는, 예컨대 스팀과 같은 가열 매질을 공급함으로써 튜브를 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 튜브는 전적으로 페라이트계 강 합금으로 제조된다. 일부 실시 형태에서, 작동 중에 카르바메이트와 접촉하는 내부 표면을 제공하는 부품은 언급된 페라이트계 강으로 제조된다.
바람직하게는, 본 방법은 스트리퍼를 수직 강하막 쉘-및-튜브 열교환기로서 작동시키는 단계를 포함하고, 튜브에서 우레아 용액(또한 카르바메이트를 포함함)의 강하막을 유지하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 본 방법은 스트립 가스를 튜브의 하부로 공급하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 스트립 가스는 CO2 공급물이다. 바람직하게는 우레아 생성을 위한 CO2 공급물의 50 중량% 이상 또는 75 중량% 이상 또는 심지어 90 중량% 이상이 스트립 가스로서 스트리퍼로 공급된다. 대안적으로, NH3이 스트립 가스로서 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 당업계에 잘 알려진 바와 같이 자가-스트리핑이 또한 사용될 수 있다. 자가-스트리핑의 경우에, 3.2 이상, 전형적으로 3.2 내지 3.4의 CO2에 대한 NH3의 몰비(N/C 비; 이론적 초기 혼합물에 기초함)가 반응기에 사용되고 과량의 NH3이 합성 용액의 가열에 의해 스트립 가스로서 사용된다. 자가-스트리핑 및 암모니아 스트리핑에서는, 일반적으로 CO2 스트리핑에 대한 것보다 더 높은 온도가 사용되어, 카르바메이트의 부식 효과를 훨씬 더 심각하게 만든다. 따라서, 자가-스트리핑 및 암모니아 스트리핑을 위해, 본 발명이 특히 유리하다.
스트리핑 공정은 전형적으로 특히 우레아 용액의 강하막 및 가스의 상향 유동에 의한, 스트리퍼 튜브에서의 카르바메이트를 포함하는 우레아 용액과 스트립 가스 사이의 역류 접촉을 포함한다. 스트리퍼는 일반적으로 쉘-및-튜브 열교환기이며, 바람직하게는 용액을 위한 입구 및 가스를 위한 출구를 상부에 갖고 스트리핑된 용액을 위한 출구를 하부에 갖고, CO2 스트리핑 및 암모니아 스트리핑의 경우에 스트립 가스를 위한 입구를 하부에 갖는다(이들 입구 및 출구는 모두 튜브 측에 대한 것임). 바람직하게는 쉘 측에서 스팀은 튜브 내의 우레아 용액과의 병류인 스팀의 유동을 제공하기 위해 응축물을 위한 출구보다 높게 배열된 입구로부터 공급된다. 가열을 포함하는 스트리핑 단계에서, 우레아 용액 중의 카르바메이트의 적어도 일부가 분해되어 CO2 및 NH3을 제공하며, 이는 스트리핑되고, 스트리퍼로부터의 혼합 가스는 HP 카르바메이트 응축기로 공급되어 카르바메이트로 응축된다. HP 카르바메이트 응축기로부터의 카르바메이트는 반응기로 재순환된다. 선택적으로, 응축기 및 반응기는 하나의 용기, 예를 들어, 풀(pool) 반응기에서 조합된다. 이미 일부 우레아가 HP 카르바메이트 응축기에서 형성될 수 있다. HP 카르바메이트 응축기는 예를 들어, 쉘-및-튜브 열교환기이고, 예를 들어 수평 응축기이고, 예를 들어, 튜브 내의 냉각 유체 및 쉘 측의 응축될 가스를 수용하도록 구성된다.
카르바메이트의 분해는 흡열 반응이므로, 스트리핑은 우레아 용액을 가열하는 것을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 스트리퍼 튜브의 적어도 일부에서의 온도는 200℃ 초과, 또는 심지어 205℃ 이상이고, 특히 이러한 부분에서 언급된 페라이트계 강 합금이 사용될 수 있다. 언급된 온도는 예를 들어 튜브의 내부 표면에서 피층 온도이다. 원칙적으로, 임의의 종류의 가열이 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 스트리핑은 자가-스트리핑에 기초하고, 스트리퍼 하부의 온도로서 200℃ 이상, 바람직하게는 200 내지 210℃ 범위의 온도에서 수행된다. 그러한 온도는 자가-스트리핑에 전형적이다. 그러한 고온에서 스테인리스 강은 부식의 관점에서 스트리퍼를 위한 건설 재료로서 적합하지 않다는 것이 통상적인 견해이며; 티타늄 및 다른 재료가 대신에 사용된다(문헌[Ullmann's Encyclopedia, Urea, 2010]). 놀랍게도, 언급된 바와 같은 페라이트계 강 합금은 그러한 온도에서 그리고 예를 들어 자가-스트리핑 원리에 따라 작동하는 스트리퍼의 튜브에 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
이론에 구애되고자 함이 없이, 언급된 페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품은 작동 중에 산화크롬의 부동태화 층을 갖는다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 부동태화 층은 예를 들어 장비의 제조 또는 설치 동안 형성될 수 있다. 예를 들어, 층은 공기 및 수증기와의 접촉 시 자발적으로 형성된다.
바람직한 실시 형태에서, CO2 공급물에 함유된 산소 분획은 CO2 공급물에 첨가되는 부동태화 공기의 부재 시에도 장비 부품의 수명 동안 부동태화 층을 유지하는 데 유리하게 사용된다. CO2 공급물은 예를 들어 합성가스 생성 공정으로부터 수득될 수 있다. 합성가스 생성 공정은 예를 들어 H2를 제공할 수 있으며, 이는 암모니아 플랜트에서 N2와 반응하여 NH3로 되고, 형성된 NH3은 적어도 부분적으로는 우레아 합성을 위한 공급물로서 사용된다. 합성가스 생성 공정은 예를 들어 하류 수성 가스 전이 반응(water gas shift reaction)에 의한 스팀 메탄 개질, 또는 탄화수소를 CO2 및 H2를 함유하는 반응 혼합물로 전환하는 다른 공정을 포함한다. 사용되는 경우, 스팀 개질은 예를 들어 1차 개질과 함께 하류 2차 개질을 포함한다. 2차 개질은 예를 들어, 산소를 첨가하는 자열 개질을 포함한다. 일반적으로, 반응 혼합물은 또한 약간의 O2를 포함한다. CO2는, 예를 들어 흡수 매질에서의 흡착 및 탈착을 사용하여, 예를 들어 반응 혼합물로부터 분리된다. 분리된 스트림, 예를 들어 탈착된 가스 스트림은 CO2에 더하여 O2를 함유할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, O2의 수준은 소정 최소 수준 초과로 제어된다.
예를 들어, 합성 섹션에서의 산소의 농도는 합성 섹션에서의 총 공정 유체에 대해 중량 기준으로 5 ppm 미만, 3 ppm 미만, 1 ppm 미만, 0.50 ppm 미만 또는 0.10 ppm 미만이다. 합성 섹션에서의 산소의 농도는 예를 들어 합성 섹션에서의 총 공정 유체에 대해 중량 기준으로 10 ppb 초과이다.
바람직하게는, 부동태화 공기가 합성 섹션에 첨가되지 않는다.
따라서, 바람직한 실시 형태에서, 우레아 생성 방법은 또한 CO2 및 O2를 포함하는 제1 가스 스트림으로부터 CO2를 분리함으로써 상기 CO2 공급물을 수득하는 단계를 또한 포함하며, 고압 합성 섹션에 존재하는 산소의 양은 50 몰% 이상 또는 90 몰% 이상이 상기 제1 가스 스트림으로부터 유래된다. 제1 가스 스트림은 예를 들어 논의된 바와 같은 스팀 메탄 개질을 포함하는, 예를 들어 합성가스 생성 공정으로부터의 반응 혼합물이다. 우레아 플랜트의 HP 합성 섹션에 존재하는 산소는 50 몰% 이상 또는 90 몰% 이상이 그러한 제1 가스 스트림으로부터 유래된다는 특징은, 다량의 산소 또는 공기가 CO2 공급물에 첨가되거나 HP 합성 섹션에 도입되지 않음을 나타낸다. 이러한 방식으로, 유리하게는 상류 공정에서의 CO2 생성, 예를 들어 합성가스 생성에 의해 이미 존재하는 산소가 구성요소의, 특히 스트리퍼 튜브의 페라이트계 강을 부동태화된 상태로 유지하는 데 사용된다.
스트리핑된 우레아 용액은 예를 들어 중압 또는 저압으로 회수 섹션으로 공급되며, 이 경우 분해기에서 추가의 카르바메이트가 분해되고 암모니아가 제거되어 정제된 우레아 용액 및 가스 스트림을 제공하고, 이 스트림은 응축기에서 응축되어 카르바메이트 용액을 제공한다. 카르바메이트 용액은 고압 합성 섹션으로 다시 펌핑된다. 정제된 우레아 용액은 예를 들어 물을 제거하기 위한 진공 증발기를 포함하는 증발 섹션으로 공급되어 우레아 용융물을 제공한다. 증발기로부터의 수증기는 전형적으로 응축되고, 응축물은 전형적으로 우레아 가수분해 유닛 및 탈착기를 포함하는 폐수 처리 섹션으로 공급되어 정화된 폐수 및 CO2 및 NH3을 포함하는 스트림을 제공하고, 이는 우레아 합성 섹션으로 재순환될 수 있다. 증발 섹션으로부터의 우레아 용융물은 예를 들어 마무리 섹션으로 공급되며, 여기서, 예를 들어 과립화 또는 프릴링(prilling)에 의해 고체 우레아 생성물로 고화된다. 정제된 우레아 용액은 또한 예를 들어, 순도 수준을 설정하고 특히 최대 금속 함량을 특정하는 ISOI 22241-4:2009에 따라, 예를 들어, DEF(디젤 배기 유체(Diesel Exhaust Fluid))를 제조하기 위해, 예를 들어 적절한 희석 후에, 사용될 수 있다. DEF는 매우 낮은 금속 함량을 가져야 한다. 낮은 금속 함량은 또한 다른 유형의 액체 및 고체 우레아 생성물에 바람직하다. 낮은 금속 함량을 달성하기 위해서는, 낮은 부식 수준이 중요한데, 부식이 공정 스트림으로 금속 이온을 도입할 수 있기 때문이다.
본 발명은 또한 고압 스트리퍼에 관한 것이다.
도 1은 그러한 고압 스트리퍼의 비제한적인 예를 개략적으로 예시한다. 스트리퍼(1)는 우레아 플랜트를 위한 스트리퍼이며, 쉘-및-튜브 열교환기이고, 튜브(2), 쉘(3) 및 상부 튜브 시트(4) 및 하부 튜브 시트(5)를 포함한다. 튜브는 튜브 다발(bundle)로 배열된다. 실제로, 튜브 다발은 예를 들어 1000개 초과의 튜브 또는 2000개 초과의 튜브, 예를 들어 3000 내지 5000개의 튜브 또는 훨씬 더 많은 튜브를 포함할 수 있다. 스트리퍼는, 카르바메이트를 포함하는 우레아 용액(U1)이 작동 중에 튜브의 상부에서 튜브에 수용되도록 이러한 용액을 수용하기 위한 입구를 갖는 강하막 유형 수직 쉘-및-튜브 열교환기이거나, 또는 그러한 열교환기로서 작동하도록 구성된다. 스트리퍼는 쉘(3)과 튜브(2) 및 2개의 튜브 시트들 사이의 쉘 공간(6)에 스팀(S1)을 수용하기 위한 입구를 추가로 포함한다. 튜브는 언급된 페라이트계 강으로 제조된 부품을 적어도 포함하고, 작동 중에 상기 우레아 용액(U1)과 접촉하며 이는 또한 카르바메이트를 포함한다. 따라서, 내부 튜브 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 전부가 언급된 페라이트계 강에 의해 제공되며, 이는 기재된 바와 같은 원소 조성, 예를 들어 바람직한 합금 조성 1 내지 3에 따른 원소 조성을 갖는다.
따라서, 스트리퍼는, 둘 모두 튜브와 액체 연통하는, 우레아 용액(U1)을 위한 입구 및 스트리핑된 우레아 용액(U2)을 위한 출구뿐만 아니라; 둘 모두 쉘 공간(6)과 유체 연통하는, 스팀(S1A)을 위한 입구 및 응축물 및 가능하게는 일부 스팀(S1B)을 위한 출구를 갖는다. 출구(S2)는 입구(S1)보다 낮게 그리고 하부 튜브 시트(5) 위에 그리고 근처에 배열된다. CO2 스트리퍼의 경우에, 스트리퍼는 튜브의 하부로의 스트립 가스로서 사용되는 CO2 공급물을 위한 입구(7)를 포함한다. 스트리퍼는 혼합 가스를 위한 출구(8)를 상부에 추가로 포함한다.
튜브는 스팀과 우레아 용액 사이의 간접적인 열교환을 위한 열교환 튜브이다. 부가적으로, 튜브에서 스트립 가스와 우레아 용액 사이의 역류 접촉이 발생한다.
상부 튜브 시트(4)는 바람직하게는 탄소강으로 제조된 내압 내부 부분 및 내부식성 강의 오버레이(overlay)를 포함한다. 이 오버레이는 상부 튜브 시트 측에 제공된다. 오버레이는 예를 들어 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된다.
하부 튜브 시트(5)는 바람직하게는 탄소강으로 제조된 내압 내부 부분 및 내부식성 강의 오버레이를 포함한다. 이 오버레이는 하부 튜브 시트 측에 제공된다. 오버레이는 예를 들어 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된다.
본 발명은 또한 언급된 페라이트계 강을 포함하는 장비 부품을 포함하는 고압 섹션을 포함하는 우레아 플랜트에 관한 것이다. 우레아 플랜트는 예를 들어 기재된 바와 같은 스트리퍼를 포함한다. 스트리퍼는 언급된 페라이트계 강으로 제조된 부품을 포함하는 튜브를 포함한다.
예를 들어, 본 발명은 반응기, 스트리퍼(바람직하게는 기재된 바와 같음) 및 HP 카르바메이트 응축기, 및 선택적으로 스크러버를 포함하는 고압 섹션에 관한 것이며, 반응기는 스트리퍼의 입구에 연결된 액체를 위한 출구를 갖고, 스트리퍼는 액체를 위한 출구 및 가스를 위한 출구를 갖고, 스트리퍼의 가스를 위한 출구는 응축기의 입구에 연결되며, 응축기는 반응기의 입구에 연결된 액체를 위한 출구를 갖고, 합성 섹션은 CO2 공급물을 위한 입구 및 NH3 공급물을 위한 출구뿐만 아니라 카르바메이트 스트림을 위한 입구를 갖는다. 반응기는 스크러버의 입구와 선택적으로 연결된 가스를 위한 출구를 갖는다. 선택적인 스크러버는 예를 들어 응축기와 연결된 액체를 위한 출구를 갖는다. 반응기 및 응축기는 선택적으로 단일 용기에서 조합된다. 응축기는, 예를 들어 U자형 튜브 다발을 갖는, 예를 들어 쉘-및-튜브 열교환기이다.
도 2는 그러한 우레아의 비제한적인 예를 개략적으로 예시한다. 고압 섹션은, 바람직하게는 기재된 바와 같은 스트리퍼, 고압 카르바메이트 응축기(HPCC), 반응기(R), CO2 공급물을 위한 입구 및 NH3 공급물을 위한 입구를 포함한다. 반응기(R)는 예를 들어 CO2 공급물을 위한 입구를 갖는 CO2 스트리퍼인 스트리퍼(S)의 입구와 연결된, 카르바메이트를 또한 포함하는 우레아 합성 용액(U1)을 위한 출구를 갖는다. 스트리퍼는 혼합 가스(SG)를 위한 출구 및 스트리핑된 우레아 용액(U2)을 위한 출구를 갖는다. 가스(SG)는 고압 카르바메이트 응축기(HPCC)로 공급되고, 여기서 카르바메이트 용액(C1)으로 응축되고, 이는 반응기(R)로 공급된다. 카르바메이트 응축기는 예를 들어 NH3 공급물을 위한 입구를 가질 수 있다. 스트리퍼는 예를 들어 기재된 바와 같은 페라이트계 강 및/또는 다른 종류의 강을 포함하는 튜브를 포함하는, 예를 들어 쉘-및-튜브 열교환기이고, 스팀(S1)과 같은 가열 매질을 사용한다. 응축기에서, 예를 들어 스팀(S2)은 상승된다. 선택적으로 우레아 플랜트는, 스트리핑된 우레아 용액(U2)이 공급되며, 예를 들어, 우레아 용액(U3) 및 가스를 제공하기 위한 분해기 또는 플래시 용기, 및 HP 섹션으로 직접적으로 또는 간접적으로 재순환되는 카르바메이트 용액(C2)을 제공하기 위한 상기 가스용 응축기를 포함하는 중압 가공 섹션(MPP)을 포함한다. 플랜트는 바람직하게는, 선택적으로 상기 중압 처리로부터의 스트리핑된 우레아 용액(U2)을 위한 입구를 갖고 정제된 우레아 용액(U4) 및 가스를 제공하기 위해 (예를 들어, 스팀(S3)을 이용한) 가열을 사용하는 분해기, 및 HP 섹션으로 직접적으로 또는 간접적으로 재순환되는 카르바메이트 용액(C3)을 제공하기 위한 상기 가스용 응축기를 포함하는 저압 회수 섹션(LPR)을 추가로 포함한다. 플랜트는 선택적으로, 우레아 용융물(UM) 및 본질적으로 수증기인 증기(V1)를 제공하기 위해 정제된 우레아 용액(U4)을 수용하는, 예를 들어 진공 증발기를 포함하는 증발 섹션을 추가로 포함한다.
본 발명의 스트리퍼 및 우레아 플랜트는 바람직하게는 기재된 바와 같은 우레아 생성 공정을 수행하기에 적합하다. 기재된 바와 같은 우레아 생성 공정은 바람직하게는 기재된 바와 같은 스트리퍼를 사용하여 수행되고 바람직하게는 기재된 바와 같은 우레아 플랜트에서 수행된다. 우레아 생성 공정에 대한 선호는 스트리퍼에 대한 그리고 우레아 플랜트에 대한 선호로서 동일하게 적용된다. 특히, 페라이트계 강 조성에 대한 바람직한 특징은 스트리퍼 및 우레아 플랜트에 대해 동등하게 적용된다.
또 추가의 실시 형태에서, 본 발명의 우레아 플랜트 및/또는 본 방법에 사용되는 우레아 플랜트는 HP 합성 섹션을 포함하며, 상기 HP 합성 섹션은 예를 들어 반응기, 스트리퍼 및 HP 카르바메이트 응축기, 및 선택적으로 스크러버를 포함하고, HP 합성 섹션은 언급된 페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품을 포함한다. 장비 부품은 바람직하게는 고압 카르바메이트 응축기, 반응기 또는 스크러버의 구성요소 또는 부품이고, 예를 들어, 풀 응축기 또는 풀 반응기의 부품이다. 바람직하게는 장비 부품은 HP 합성 섹션에 포함된 응축기, 풀 응축기 또는 풀 반응기의 열교환 튜브이다.
페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품은 예를 들어 고압 제어 밸브의 플러그, 스템(stem) 또는 제거가능한 시트, 고압 체크 밸브 또는 이의 구성요소, 고압 안전 밸브 또는 이의 구성요소이다.
페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품은 예를 들어 HP 합성 섹션의 밸브를 위한 밸브 블록이다.
페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품은 예를 들어 이젝터(ejector)의 본체와 같은 이젝터의 부품이며, 이젝터는 HP 합성 섹션에 포함된 고압 이젝터이다. HP 이젝터는 예를 들어 NH3 공급물 유동 라인, 또는 카르바메이트 재순환 유동 라인에 제공되며, 예를 들어 암모니아-구동 액체-액체 이젝터이다.
페라이트계 강 합금으로 제조된 장비 부품은 예를 들어 액체 분할기이다. 액체 분할기는 예를 들어 보어 홀(bore hole)을 갖는 페룰(예를 들어, 실린더)이며, 이러한 페룰은 스트리퍼의 튜브 단부 위에 배치되도록 구성된다. 액체 분배기의 추가의 바람직한 특징은 이하에서 논의되는 바와 같다.
본 발명은 또한 암모늄 카르바메이트 환경에서의 페라이트계 스테인리스 강의 용도에 관한 것이며, 상기 용도는 암모늄 카르바메이트를 포함하는 유체에 강을 노출시키는 것을 포함한다. 공정을 위한 바람직한 페라이트계 강이 또한 사용하기에 바람직하다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "카르바메이트"는 암모늄 카르바메이트를 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, HP는 100 bara 이상, 예를 들어 110 내지 160 bara이고, MP는 20 내지 60 bara이고, LP는 4 내지 10 bara이고, 대기압은 1 내지 2 bara, 예를 들어, 1.0 내지 1.8 bara이고 대기압 미만(LLP)은 1.0 bara 미만, 예를 들어 0.2 내지 0.5 bara이며; 이러한 압력 범위는 공정 용액에 대한 것이고, 스팀 및 가열 유체에 대해 반드시 동일하지는 않다. 약어 "bara"는 절대 압력 단위의 바(bar)를 의미한다.
바이메탈 튜브
본 발명의 또 추가의 태양은 바이메탈 튜브 및 그러한 튜브를 포함하는 배열(arrangement), 특히 그러한 튜브를 포함하는 우레아 플랜트의 고압 스트리퍼에 관한 것이다.
양호한 내부식성, 적은 유지보수 및 긴 수명을 위해, 스트리퍼에서 튜브-대-튜브 시트 조인트가 매우 중요하다.
스트리퍼는 예를 들어 쉘, 튜브(전형적으로 100개 초과의 튜브 또는 심지어 1000개 초과의 튜브)를 갖는 튜브 다발, 및 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트를 포함하는 쉘-및-튜브 열교환기이다. 튜브 시트는 전형적으로, 작동 시 적어도 우레아 용액에 노출된 면에서 내부식성 강 층(전형적으로 오버레이 용접에 의해 적용됨)을 갖는 내압 부품으로서의 탄소강판이다. 스트리퍼 튜브는 튜브 시트에 드릴링된 보어 홀을 통해 삽입된다. 각각의 튜브는 용접에 의해 튜브 시트에, 특히 튜브 시트 상에 적용된 내부식성 용접 오버레이에 결합된다. 용접부가 다음 두 가지 기능을 갖기 때문에 이러한 용접부는 매우 높은 품질의 것이어야 한다: 1) 튜브 시트에 튜브를 강하게 연결해야 함, 및 2) 부식성 암모늄 카르바메이트가 탄소강 튜브 시트와 접촉하는 것을 방지하도록 보어 홀을 완전히 밀봉해야 함. 예를 들어 튜브-대-튜브 시트 조인트 내의 핀홀과 같은 용접 결함은 압력 유지 탄소강 튜브 시트의 심각한 부식 손상을 야기할 수 있다.
또한, 스트리퍼 수명은 스트리퍼 튜브의 수동적 부식에 의해 제한된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 수동적 부식은 실질적인 면에서 부식성 매질에 노출된 스테인리스 강의 부식 속도가 0.30 mm/년 미만임을 지칭한다.
본 발명자들은 놀랍게도, 스트리퍼 튜브에서 발생하는 바와 같이 200℃ 초과의 고온에서도 그리고 부동태화 산소의 추가 없이도, 특정 페라이트계 강 합금이 카르바메이트 용액에 대해 고도로 내부식성임을 발견하였다. 그러나, 다른 페라이트계 스테인리스 강은 암모늄 카르바메이트에서 매우 불량한 성능을 나타낸다(오스테나이트계 스테인리스 강보다 훨씬 더 불량함).
드로인(Droin)의 미국 특허 제4071083호는, 우레아 플랜트의 CO2 스트리퍼의 튜브는 페라이트계 강으로 제조될 수 있는 한편, 튜브 시트의 클래딩(오버레이)은 18 내지 22%의 CR, 14 내지 18%의 Ni, 1 내지 3%의 Mo 및 4 내지 6%의 Mn을 갖는 오스테나이트계 강으로 제조됨을 기술한다. 양호한 튜브-대-튜브 시트 조인트를 제공하기 위해, 튜브에 오스테나이트계 강으로 제조된 페룰(슬리브)이 제공되며 이러한 페룰은 튜브 시트의 클래딩에 용접된다. 페룰의 오스테나이트계 강은 25Cr-22Ni-2Mo이며, 이는 부동태화 공기가 CO2 공급물에서 0.6 부피% 산소로 사용됨을 암시한다. 미국 특허 제4071083호는 사용되는 페라이트계 강이 스트리핑 조건 하에서 카르바메이트에 의한 부식에 저항함을 언급하지만, 이는 높은 수준의 부동태화 공기를 가정한다. 이 문헌은 페룰만 오스테나이트계 강으로 된 복합 튜브를 생성하는 것이 저렴하다고 교시한다. 각각의 튜브에 대해, 튜브와 페룰 사이의 조인트는 튜브 시트 내에 위치되며, 이는 단점이다. 특히, 조인트는 탄소강판의 깊이에 위치한다. 게다가, 미국 특허 제4071083호는 우레아 용액이 튜브에 어떻게 공급되는지를 고려하지 않는다.
본 발명에서, 스트리퍼는 튜브에서 우레아 용액의 강하막으로 작동하도록 구성된다.
이를 위해, 스트리퍼 튜브의 상단부 상에, 바람직하게는 액체 분할기(액체 분배기로도 지칭됨)가 장착되며, 이는 액체 진입용 홀을 갖는 슬리브 또는 페룰이다. 액체 분할기는 스트리퍼 튜브의 상부 튜브 단부 상에 위치된다. 상부 튜브 단부는 상부 튜브 시트로부터 돌출한다. 액체 분할기에는 예를 들어 상부에 가스 튜브가 제공된다. 액체 분할기에 대한 배경 기술 참조 문헌은 미국 특허 출원 공개 제2012/0282149호이다.
예를 들어, 각각의 액체 분할기는 직경이 각각 2 내지 5 mm인 3 내지 5개의 홀을 튜브 벽에 갖는다. 양호한 액체 필름 형성을 보장하기 위해 홀의 정확한 직경이 중요하다. 튜브 플러깅에 대한 것을 비롯한 유지보수 및 검사를 위해, 액체 분할기가 제거될 수 있는 것이 필수적이다. 따라서, 튜브-대-튜브 시트 조인트는 액체 분할기 또는 슬리브를 통과하지 않는다. 액체 분할기는 예를 들어 액체 분할기의 가스 스터브(stub)의 단부가 돌출하는 홀을 갖는 얇은 시트에 의해 제자리에 유지된다. 시트는 액체 분할기가 스트리퍼의 작동 중에 떨어지거나 이동하는 것을 방지한다. 액체 분할기는 예를 들어 개스킷을 사용하여 튜브 단부 상에 장착된다.
따라서, 페라이트계 강이 스트리퍼에서 튜브에 사용되는 경우에, 튜브-대-튜브 시트 조인트를 제공하는 방식이 필요하다.
따라서, 일 태양에서 본 출원은, 내부 튜브 층 및 외부 튜브 층을 포함하는 바이메탈 튜브인 열교환기 튜브에 관한 것이며, 내부 튜브 층은 페라이트계 강 합금으로 제조되고 외부 튜브 층은 듀플렉스 스테인리스 강, 티타늄, 티타늄 합금, 지르코늄, 지르코늄 합금 또는 오스테나이트 스테인리스 강의 군으로부터 선택되는 재료로 제조된다.
외부 튜브 층의 경우, 듀플렉스 페라이트계-오스테나이트계 스테인리스 강 합금이 바람직하다. 바람직하게는 내부 튜브 층은 본 명세서에 기재된 바와 같은 페라이트계 강 합금으로 제조된다. 바람직하게는, 내부 튜브 층 및 외부 튜브 층은 서로에 대해 야금 결합을 갖는다.
이러한 방식으로, 튜브 시트에 대한 튜브의 조인트는 외부 튜브와 튜브 시트의 오버레이 사이의 용접에 의해 제조될 수 있다. 이는 2개의 유사한 강의 용접을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 용접될 부품 둘 모두 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된다. 이는 신뢰할 수 있는 용접부를 가능하게 한다. 특히, 페라이트계 강을 오스테나이트계 강 또는 듀플렉스 스테인리스 강과 용접하는 것에 의한 페라이트계 강으로의 N 및 C의 확산 및 가능한 결과적인 부식 위험 증가가 회피된다.
내부 튜브 층 및 외부 튜브 층은 서로에 대해 야금 결합을 갖는다. 이 결합은 튜브 내부에 있고, 따라서 우레아 용액에 노출되지 않는다. 튜브는 예를 들어 총 벽 두께가 2 내지 4 mm이고, 각각의 튜브 층은 예를 들어 두께가 1 내지 3 mm이다. 내부 튜브 층과 외부 튜브 층은 서로 동심이다.
바이메탈 튜브는 예를 들어 바이메탈 튜브에 대해 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 다른 제조 방법이 또한 가능하다.
일 실시 형태에서, 바이메탈 튜브는 2가지 상이한 합금을, 선택적으로 필거링될(pilgered) 튜브로 공압출함으로써 제조된다. 예를 들어, 페라이트계 강 슬리브가 튜브 내로 삽입되고, 슬리브 및 튜브는 예를 들어 싱크 드로잉(sink drawing)에 의해 함께 드로잉된다.
두 합금은 예를 들어 빌렛의 형태이다. 일 실시 형태에서, 바이메탈 튜브의 제조는 제2 빌렛 내부에 끼워진 페라이트계 강 빌렛의 고온 압출을 포함하며, 여기서 제2 빌렛은 예를 들어 오스테나이트계 또는 듀플렉스 강이다. 압출된 피스는 예를 들어, 최종 직경 및 벽 두께를 얻기 위해 냉간-필거링된다.
추가의 태양에서, 본 발명은 적어도 하나의 강 튜브 및 적어도 하나의 홀더 요소를 포함하는 장치, 예를 들어, 배열에 관한 것이며, 홀더 요소는 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 강을 포함한다. 강 튜브는 홀더 요소를 관통하고, 튜브의 외부 표면 상에 그리고 홀더 요소 상에 제공된 용접 조인트에 의해 홀더 요소에 부착된다. 강 튜브는, 순수 페라이트계 미세구조를 갖는 내부 튜브 부품 및 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 외부 튜브 부품을 포함하는 복합 튜브이다.
이에 의해, 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조가 순수 페라이트계 미세구조보다 더 우수한 용접성을 갖는다는 사실로 인해, 튜브가 페라이트계 미세구조만을 포함하는 경우 필요하였던 용접부의 영역에서의 튜브의 사후 열처리가 필요 없이 강하고 신뢰할 수 있는 용접 조인트가 달성될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 본 장치는 튜브 내로 부식성 매질을 도입하기 위한 수단, 및 튜브를 외부로부터 가열하기 위한 수단을 포함한다. 일 실시 형태에서, 내부 튜브 부품은 부식성 매질에 대해 제1 내부식성을 갖는 페라이트계 강을 포함하고, 외부 튜브 부품은 동일한 부식성 매질에 대해 제2 내부식성을 갖는 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 강을 포함하며, 페라이트계 강의 제1 내부식성은 튜브를 외부로부터 가열하기 위한 수단에 의해 야기되는 승온(예컨대, 180 내지 230℃의 범위)에서 제2 내부식성보다 높다. 튜브 내로 부식성 매질을 도입하기 위한 수단은 예를 들어 입구이다. 튜브를 외부로부터 가열하기 위한 수단은 예를 들어 튜브 다발로 배열된 튜브들을 둘러싸는 쉘이며, 쉘은 스팀을 위한 입구 및 스팀 및/또는 응축물을 위한 출구를 갖는다.
예를 들어, 부식성 매질은, 튜브를 외부로부터 가열하기 위한 수단에 의해 유발되는 승온에서 상기 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 것보다 페라이트 강이 더 높은 내부식성을 갖는 매질이다.
바람직하게는, 페라이트계 재료는 우레아 플랜트에 존재하는 바와 같은 암모니아 카르바메이트 환경에서 우수한 부식 특성(외부 튜브 부품의 강보다 우수함)을 갖는다. 페라이트계 재료는 외부 튜브 부품의 강 등급에 대해 측정된 것보다 낮은 부식 속도로 더 낮은 산소 압력(공정에 대한 공기의 첨가 없이) 및 높은 온도에서 사용될 수 있다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 부식성 매질은 물, 우레아 및 암모늄 카르바메이트의 혼합물을 포함한다.
일 실시 형태에 따르면, 외부 튜브 부품은 25% 초과의 크롬, 4 내지 9%의 Ni, 1 내지 5%의 Mo, 및 낮은 불순물 수준, 예를 들어 UNS S32906을 갖는 듀플렉스 스테인리스 강으로 이루어진다. 오스테나이트계 스테인리스 강, 예를 들어 UNS S31050을 사용하는 것이 또한 가능하다.
본 명세서에서 소위 스트리퍼에 의해 구현되는 본 발명에 따른 장치의 예가 도 3에 도시되어 있다.
스트리퍼의 기능은 부식성 중간체 암모늄 카르바메이트로부터 우레아를 분리하는 것이다. 스트리퍼로 들어가는 공정 유체는 물, 우레아 및 암모늄 카르바메이트의 혼합물이다. 스트리퍼는 각각의 열교환기 튜브 상에 하나의 페룰을 갖는 스탠딩 튜브 및 시트 열교환기이다. 페룰은 각각의 튜브로 들어가는 액체 유동 및 분배를 제어한다. 정상 작동 동안, 열교환기 튜브의 내부 표면 상에 액체 필름이 생성된다. 스트리핑은 열에 의해 수행되고, 스트리핑 가스(예를 들어, CO2)에 의해 보조된다. 카르바메이트 용액이 가열될 때, 카르바메이트는 기체상에서 암모니아 및 이산화탄소로 분해된다. 물과 우레아는 액체로서 하부에서 (하부 챔버로부터) 스트리퍼를 빠져나가고, 공정 가스는 스트리퍼의 상단으로부터, 특히 상부 챔버로부터 빠져나간다.
바람직한 실시 형태에서, 장치, 바람직하게는 스트리퍼는 홀더 요소(예를 들어, 튜브 시트임)를 관통하는 튜브를 포함한다. 외부 튜브와 동일한 재료(예를 들어, 강 S32906)로 제조된 액체 분배기는 튜브 단부 위에 배치된 보어 홀을 갖는 실린더로 이루어진다. 보어 홀은 공정 유체(우레아 및 암모늄 카르바메이트 함유 수성 스트림)가 튜브로 들어갈 수 있게 한다.
도 3은 예시적인 본 발명의 장치, 특히 홀더 요소(튜브 시트(4)로서 예시됨)를 관통하며 돌출 튜브 단부(16)를 갖는 튜브(2)를 갖는 예시적인 우레아 스트리퍼를 도시한다. 튜브(2)는 외부 튜브 부품(11) 및 내부 튜브 부품(12)을 포함하는 복합 튜브이다 액체 분배기(9)는 예를 들어 외부 튜브 부품(11)과 동일한 재료(예를 들어, UNS S32906)로 제조되고 예를 들어 보어 홀(10)을 갖는 실린더로 구성된다. 액체 분배기(9)는 튜브 단부(16) 위에 배치된다. 보어 홀은 공정 유체(우레아 및 암모늄 카르바메이트 함유 수성 스트림)가 튜브로 들어가고 스트리핑 동안 내부 튜브 부품(12)과 접촉할 수 있게 한다. 내부 튜브 부품(12)은 순수 페라이트계 미세구조를 가지며 페라이트계 강, 바람직하게는 논의된 바와 같은 페라이트계 강 합금으로 제조된다. 스트리퍼의 작동 중에, 상부 챔버(17) 내의 우레아 용액의 액위(liquid level)(13)는 보어 홀(10) 위에서 유지된다. 상부 챔버(17)는 우레아 용액을 위한 입구(18)를 포함한다. 챔버(17)에서, 또한 용접부(19)가 외부 튜브 부품(11), 특히, 그의 돌출 단부와 상부 튜브 시트(4)의 오버레이(20) 사이에 제공된다.
선택적으로, 가스 튜브(14)가 액체 분배기(9) 상에 장착된다. 가스 튜브는 장치의 작동 중에 액위(13) 위에 배열되는 가스를 위한 출구(15)를 갖는다.
이러한 실시 형태의 이점은 외부 튜브 재료가, 특히 하부 챔버 및 상부 챔버에서 발생하는 (비교적 낮은) 온도에서, 암모늄 카르바메이트 함유 환경에서의 부식에 대해 양호한 저항성을 갖는다는 것이다. 따라서, 내부 튜브와 외부 튜브를 함께 연결하기 위해 특정 조취를 취할 필요가 없으며, 예를 들어 오메가-결합 연결이 필요하지 않다. 외부 튜브 재료가 오스테나이트계 강 또는 오스테나이트계-페라이트계 스테인리스 강을 포함하는 방법, 스트리퍼 및 플랜트의 실시 형태에 대해 동일한 이점이 적용된다.
제조 방법
또 추가의 태양에서, 본 발명은 바이메탈 구성요소, 특히 열교환 튜브의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명자들은 놀랍게도, 200℃ 초과(예를 들어, 205 내지 220℃의 범위)의 고온에서도 그리고 (본질적으로) 산소-무함유 카르바메이트 용액에서도 특정 페라이트계 강 합금이 카르바메이트 용액에 대해 고도로 내부식성임을 발견하였다.
그러나, 우레아 플랜트에서 그러한 페라이트계 강 합금을 포함하거나 이로 제조된 장비 부품을 사용하기 위해, 장비 부품은 우레아 플랜트의 유닛 및 섹션의 다른 부품에 함께 결합되어야 한다. 전형적으로, 강 부품들을 연결하기 위해 용접이 사용된다. 그러나, 페라이트계 스테인리스 강의 경우, 특히 오스테나이트계 강 또는 듀플렉스 스테인리스 강에 대한 페라이트계 스테인리스 강의 용접부의 경우 내부식성에 영향을 미치지 않는 고품질 용접부를 달성하는 것은 까다롭다. 더 높은 N 또는 C 함량을 갖는 오스테나이트계 강 또는 듀플렉스 스테인리스 강에 페라이트 강을 용접할 때 페라이트 강으로 N 및 C가 확산할 위험성이 있으며, 이는 부식 위험성을 증가시킬 수 있다.
따라서, 더 잘 결합될 수 있는, 특히 오스테나이트계 강 및 듀플렉스 스테인리스 강과 같은 다른 유형의 강으로 제조된 장비 부품에 더 잘 결합될 수 있는 페라이트계 강 합금을 포함하는 우레아 플랜트의 장비 부품이 필요하다.
본 발명은 일 태양에서 구성요소, 바람직하게는 우레아 플랜트를 제조하는 방법에 관한 것이며, 구성요소는 서로에 대해 야금 결합을 갖는 제1 부품 및 제2 부품을 포함하고, 제1 부품은 페라이트계 스테인리스 강으로 제조되고, 제2 부품은 예를 들어 제1 부품과는 상이한 유형의 강으로 제조되며, 예를 들어 제2 부품은 오스테나이트계 스테인리스 강 또는 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조되고, 상기 방법은,
i) 제조될 물체의 형상을 한정하는 주형을 제공하는 단계:
ii) 상기 제1 부품에 상응하는 주형의 일부를 페라이트계 스테인리스 강 합금 분말인 제1 스테인리스 강 합금 분말로 충전하는 단계;
iii) 상기 제2 부품에 상응하는 주형의 일부를 상기 제1 스테인리스 강 합금 분말과는 상이한 원소 조성을 갖는 제2 스테인리스 강 합금 분말로 충전하는 단계;
iv) 상기 제1 및 제2 스테인리스 강 합금 분말로 충전된 상기 주형을 열간 등압 가압법(HIP)으로 처리하여 압밀된 물체를 제공하는 단계를 포함한다.
HIP는 예를 들어 충전된 주형을 미리 결정된 시간 동안 미리 결정된 온도 및 미리 결정된 압력에 두어 분말의 입자들이 서로에 대해 야금적으로 결합하도록 하여 물체를 생성하는 것을 포함한다. 온도는 합금의 융점 미만이고, 예를 들어 500℃ 초과 또는 900℃ 초과이다. 압력은 예를 들어 500 바 초과, 900 바 초과이다. 시간은 예를 들어 30분 이상 또는 60분 이상이다. 압력은 등압 유체 압력, 특히 등압 가스 압력으로서 적용된다. 주형은 예를 들어 용기이다. 용기는 예를 들어 HIP 스테이지 동안 가압로(pressure furnace) 내에 배치되고, 예를 들어 아르곤이 노에서 압력 가스로서 사용된다. 용기 재료는 예를 들어 HIP 온도에서 가단성이다. 용기는 예를 들어 HIP 압력에서 누출 방지성(leak proof)이다.
충전 단계는 예를 들어 진공을 가하여 주형으로부터 공기를 제거하는 단계를 포함한다. 충전 단계는 예를 들어 주형 또는 용기를 폐쇄 및 밀봉하는 단계를 포함한다.
미국 특허 출원 공개 제2018/0304224호는 페라이트계-오스테나이트계 강 합금의 열간 등압 가압법(HIP)에 의해 제조된 물체를 기술한다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 본 제조 방법에 사용되는 바와 같은 HIP는 미국 특허 출원 공개 제2018/0304224호에 사용된 것과 유사하다.
강 합금 분말은 예를 들어 고온 합금의 무화에 의해 얻어진다. 분말은 예를 들어 D50이 80 내지 130 μm의 범위인 입자 크기 분포를 갖는 입자로 이루어진다.
바람직하게는, 본 방법은 압밀된 물체를 주형으로부터 이형시키거나 물체로부터 주형을 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 본 방법은 선택적으로, 예를 들어, 그에 홀을 형성하기 위해, 압밀된 물체를 기계가공 또는 드릴링하는 단계를 포함한다. 압밀된 물체는 또한 추가의 기계가공 또는 드릴링을 필요로 하지 않고 바로 구성요소를 앞서 제공할 수도 있다.
제조된 구성요소가 우레아 플랜트의 부품인 실시 형태에서, 제1 부품은 작동 중에 예를 들어 카르바메이트-함유 용액에 노출되는 표면을 포함한다. 유리하게는, 제2 부품은 예를 들어 제2 구성요소에 용접하기 위해 사용될 수 있다. 제2 구성요소는 예를 들어 오스테나이트계 또는 듀플렉스 강의 용접 스폿에서 제조된다. 예를 들어, 제2 구성요소 및 제2 부품은 동일한 유형의 강으로 제조된다. 제2 부품은 예를 들어 구성요소의 외측 표면을 포함한다.
이 구성요소는, 예를 들어, 제1 부품이 내부 튜브 층이고 제2 부품이 외부 튜브 층인 바이메탈 스트리퍼 튜브이다.
바람직하게는, 제1 부품은 예를 들어 본 명세서에 기재된 바람직한 합금 조성 1 내지 3에 따른, 본 명세서에 기재된 바와 같은 페라이트계 강 합금으로 제조된다.
본 발명은 또한, 특히 함께 야금 결합된 제1 부품과 제2 부품을 포함하는 우레아 플랜트를 위한, 구성요소에 관한 것이며, 제1 부품은 페라이트계 강, 바람직하게는 언급된 페라이트계 강으로 제조되고, 제2 부품은 예를 들어 오스테나이트계 또는 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된다. 이 구성요소는 예를 들어 기재된 바와 같은 스트리퍼 튜브이다. 본 발명은 또한 이러한 스트리퍼 튜브를 포함하는 스트리퍼에 관한 것이다. 스트리퍼는, 예를 들어, 기재된 바와 같은 강하막 구성을 갖는 쉘-및-튜브 열교환기이다. 이 구성요소는 예를 들어 기술된 바와 같은 HIP 방법에 의해 수득 가능하다. 제2 부품은 예를 들어 등방성 미세구조를 갖는 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조된다.
실시예
본 발명을 이제 하기 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시할 것이다.
실시예 1
산소 무함유 암모늄-카르바메이트에서 몇몇 등급의 페라이트계 스테인리스 강(FSS)의 부식 시험을 수행하였다. 듀플렉스 스테인리스 강 등급(DSS-01) 및 오스테나이트계 스테인리스 강 등급(ASS-05)을 기준으로서 사용하여 성능을 비교한다. 부동태화 공기 없이(제로 산소) 210℃에서 농축된 암모늄-카르바메이트를 함유하는 고압 오토클레이브에서 부식 시험을 수행하였다. 조성(중량% 단위, 잔부 Fe) 및 그 결과가 표 1에 나타나 있다. 50 ppm 초과의 Nb, 50 ppm 미만의 C 및 125 ppm 미만의 N을 함유하는 페라이트계 강 FSS-90은 기준 듀플렉스 스테인리스 강보다 훨씬 더 낮은 부식 속도를 제공하였다. 기준 DSS-01(0.22 mm/y)과 비교하여 페라이트계 강 FSS-90의 상기 부식 시험에서, 수동적 부식의 경우, 0.11 mm/년의 매우 낮은 부식 속도는, 기존의 스트리퍼 및 스트리퍼 튜브의 예상 수명 15 내지 18년과 비교하여, 상기 FSS-90 튜브를 함유하는 스트리퍼의 예상 수명이 심지어 부동태화 공기의 사용 없이 20년 초과임을 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001

Claims (17)

  1. 반응기를 포함하는 고압 합성 섹션을 포함하는 우레아 플랜트에서 우레아를 생성하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 반응기에서 우레아 형성 조건 하에 NH3 공급물 및 CO2 공급물을 반응시켜 우레아, 물, 카르바메이트 및 암모니아를 포함하는 우레아 합성 용액을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 카르바메이트-함유 액체 스트림을 페라이트계 강 합금으로 제조된 상기 고압 합성 섹션의 장비 부품과 접촉시키는 단계를 추가로 포함하며, 상기 페라이트계 강 합금은 중량% 단위로:
    C 최대 0.005
    Si 0.1 내지 0.4
    Mn 최대 0.4
    P 최대 0.020
    S 최대 0.020
    Cu 최대 0.25
    Ni 최대 0.50
    Cr 20.0 내지 35.0
    Mo 0.75 내지 1.50
    N 0.0050 내지 0.0125
    Nb 0.060 내지 0.375
    잔부의 Fe, 총계로 최대 0.50 중량%의 첨가된 가공성 원소, 및 불순물을 포함하며, 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시키는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 페라이트계 강 합금은 중량% 단위로:
    C 최대 0.0030
    Si 0.1 내지 0.3
    Mn 최대 0.2
    P 최대 0.020
    S 최대 0.020
    Cu 최대 0.25
    Ni 최대 0.20
    Cr 25.0 내지 27.5
    Mo 0.75 내지 1.50
    N 0.0050 내지 0.0125
    Nb 0.060 내지 0.375
    잔부의 Fe 및 불가피하게 발생하는 불순물을 포함하며; 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시키고; 상기 장비 부품은 순수 페라이트계 미세구조를 갖는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Nb의 양은 식 15*(중량%) N < Nb < 25*(중량% N)을 충족시키는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 합성 섹션은 스트리퍼(stripper)를 포함하고, 상기 방법은 상기 우레아 합성 용액이 상기 스트리퍼에서 스트리핑 단계를 거치게 하는 것을 포함하고, 상기 스트리퍼는 튜브를 포함하는 쉘-및-튜브 열교환기이고, 상기 스트리퍼 튜브는 적어도 부분적으로는 상기 페라이트계 강 합금으로 제조되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트리퍼 튜브의 적어도 일부에서의 온도는 200℃ 초과인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 CO2 및 O2를 포함하는 제1 가스 스트림으로부터 CO2를 분리함으로써 상기 CO2 공급물을 수득하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 고압 합성 섹션에 존재하는 산소의 양은 90 몰% 이상이 상기 제1 가스 스트림으로부터 유래되는, 방법.
  7. 우레아 플랜트를 위한 고압 스트리퍼로서, 상기 스트리퍼는 튜브, 쉘, 및 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트를 포함하는 쉘-및-튜브 열교환기이며, 상기 스트리퍼는 강하막(falling-film) 유형 수직 쉘-및-튜브 열교환기이고, 상기 스트리퍼는 상기 튜브의 상부에 상기 튜브 내에 카르바메이트를 추가로 포함하는 우레아 용액을 수용하기 위한 입구를 포함하며, 상기 스트리퍼는 상기 쉘과 상기 튜브 및 2개의 튜브 시트들 사이의 쉘 공간에 스팀을 수용하기 위한 입구를 포함하고, 상기 튜브는 페라이트계 강으로 제조되고 작동 중에 카르바메이트를 포함하는 상기 우레아 용액과 접촉하는 부품을 적어도 포함하는, 고압 스트리퍼.
  8. 제7항에 있어서, 상기 튜브는 내부 튜브 층 및 외부 튜브 층을 포함하는 바이메탈 튜브이고, 상기 내부 튜브 층은 페라이트계 강 합금으로 제조되며 순수 페라이트계 미세구조를 갖고, 상기 외부 튜브 층은 듀플렉스 스테인리스 강, 티타늄, 티타늄 합금, 지르코늄, 지르코늄 합금 및 오스테나이트 스테인리스 강의 군으로부터 선택되는 재료로 제조되고; 상기 스트리퍼는 상기 외부 튜브와 상기 상부 튜브 시트의 상부 면 사이에 용접부를 포함하는, 고압 스트리퍼.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 상부 튜브 시트는 탄소강으로 제조된 내압 내부 부품 및 내부식성 강의 오버레이(overlay)를 포함하고, 상기 용접부는 상기 외부 튜브와 상기 오버레이 사이에 있는, 고압 스트리퍼.
  10. 암모늄 카르바메이트 환경에서의 페라이트계 스테인리스 강의 용도로서, 상기 용도는 암모늄 카르바메이트를 포함하는 유체에 상기 강을 노출시키는 것을 포함하고, 상기 페라이트계 강은 중량%(wt%) 단위로:
    C 최대 0.005
    Si 0.1 내지 0.4
    Mn 최대 0.4
    P 최대 0.020
    S 최대 0.020
    Cu 최대 0.25
    Ni 최대 0.50
    Cr 20.0 내지 35.0
    Mo 0.75 내지 1.50
    N 0.0050 내지 0.0125
    Nb 0.060 내지 0.375
    잔부의 Fe, 총계로 최대 0.50 중량%의 첨가된 가공성 원소, 및 불순물을 포함하며, 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시키고;
    바람직하게는 상기 페라이트계 강은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 조성을 갖는, 용도.
  11. 구성요소를 제조하는 방법으로서, 상기 구성요소는 서로에 대해 야금 결합을 갖는 제1 부품 및 제2 부품을 포함하고, 상기 제1 부품은 페라이트계 스테인리스 강으로 제조되고, 상기 제2 부품은 예를 들어 상기 제1 부품과는 상이한 유형의 강으로 제조되며, 상기 방법은:
    i) 제조될 물체의 형상을 한정하는 주형을 제공하는 단계:
    ii) 상기 제1 부품에 상응하는 상기 주형의 일부를 페라이트계 스테인리스 강 합금 분말인 제1 스테인리스 강 합금 분말로 충전하는 단계;
    iii) 상기 제2 부품에 상응하는 상기 주형의 일부를 상기 제1 스테인리스 강 합금 분말과는 상이한 원소 조성을 갖는 제2 스테인리스 강 합금 분말로 충전하는 단계;
    iv) 상기 제1 및 제2 스테인리스 강 합금 분말로 충전된 상기 주형을 열간 등압 가압법(hot isostatic pressing, HIP)으로 처리하여 압밀된 물체를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스 강은:
    C 최대 0.005
    Si 0.1 내지 0.4
    Mn 최대 0.4
    P 최대 0.020
    S 최대 0.020
    Cu 최대 0.25
    Ni 최대 0.50
    Cr 20.0 내지 35.0
    Mo 0.75 내지 1.50
    N 0.0050 내지 0.0125
    Nb 0.060 내지 0.375
    잔부의 Fe, 총계로 최대 0.50 중량%의 첨가된 가공성 원소, 및 불순물을 포함하며, 중량% 단위로 Nb의 양은 하기 식 12*(중량% N) < Nb < 30*(중량% N)을 충족시키고;
    상기 구성요소는 우레아 플랜트를 위한 것이며, 상기 제1 부품은 순수 페라이트계 미세구조를 갖고, 상기 제2 부품은 오스테나이트계 또는 듀플렉스 스테인리스 강으로 제조되는, 방법.
  13. 열교환기 튜브로서, 상기 열교환기 튜브는 내부 튜브 층 및 외부 튜브 층을 포함하는 바이메탈 튜브이고, 상기 내부 튜브 층은 페라이트계 강 합금으로 제조되고 상기 외부 튜브 층은 듀플렉스 스테인리스 강, 티타늄, 티타늄 합금, 지르코늄, 지르코늄 합금 및 오스테나이트 스테인리스 강의 군으로부터 선택되는 재료로 제조되고, 바람직하게는 상기 페라이트계 강 합금은 제1항, 제2항 또는 제3항에 정의된 바와 같은 페라이트계 강 합금인, 열교환기 튜브.
  14. 제13항에 있어서, 상기 외부 튜브 층은 듀플렉스 스테인리스 강 합금으로 제조되고, 상기 내부 튜브 층은 순수 페라이트계 미세구조를 갖고/갖거나,
    바람직하게는 상기 외부 튜브 층은 25% 초과의 크롬, 4 내지 9%의 Ni, 및 1 내지 5%의 Mo를 갖는 듀플렉스 스테인리스 강으로 이루어지고/이루어지거나,
    바람직하게는 상기 내부 튜브 층 및 상기 외부 튜브 층은 서로에 대해 야금 결합을 갖는, 열교환기 튜브.
  15. 장치로서,
    - 적어도 하나의 강 튜브, 및
    - 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 강으로 구성된 적어도 하나의 홀더 요소를 포함하며, 상기 강 튜브는 상기 홀더 요소를 관통하고, 상기 튜브의 외부 표면 상에 그리고 상기 홀더 요소 상에 제공된 용접 조인트에 의해 상기 홀더 요소에 부착되고,
    상기 장치는
    - 상기 강 튜브가, 순수 페라이트계 미세구조를 갖는 내부 튜브 부품 및 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 외부 튜브 부품을 포함하는 복합 튜브인 것을 특징으로 하는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 배열(arrangement)은
    - 상기 튜브 내로 부식성 매질을 도입하기 위한 수단, 및
    - 상기 튜브를 외부로부터 가열하기 위한 수단을 포함하며,
    - 상기 부식성 매질은, 상기 튜브를 외부로부터 가열하기 위한 수단에 의해 유발되는 승온에서 상기 듀플렉스 오스테나이트-페라이트 미세구조 또는 순수 오스테나이트계 미세구조를 갖는 것보다 상기 페라이트 강이 더 높은 내부식성을 갖는 매질인, 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 외부 튜브 부품은 25% 초과의 크롬, 4 내지 9%의 Ni, 및 1 내지 5%의 Mo를 갖는 듀플렉스 스테인리스 강으로 이루어지는, 장치.
KR1020227003098A 2019-07-05 2020-07-03 우레아 플랜트에서의 페라이트계 강 부품 KR20220050129A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19184798.7 2019-07-05
EP19184798 2019-07-05
PCT/NL2020/050438 WO2021006729A1 (en) 2019-07-05 2020-07-03 Ferritic steel parts in urea plants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220050129A true KR20220050129A (ko) 2022-04-22

Family

ID=67437551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227003098A KR20220050129A (ko) 2019-07-05 2020-07-03 우레아 플랜트에서의 페라이트계 강 부품

Country Status (9)

Country Link
US (3) US11746084B2 (ko)
EP (1) EP3994292A1 (ko)
JP (1) JP2022539597A (ko)
KR (1) KR20220050129A (ko)
CN (3) CN117187700A (ko)
AU (2) AU2020311257B2 (ko)
CA (1) CA3145519A1 (ko)
EA (1) EA202290076A1 (ko)
WO (1) WO2021006729A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2021240893A1 (en) * 2020-03-25 2022-09-29 Casale Sa Use of ferritic steel in the high pressure section of urea plants
CN117295712B (zh) * 2021-04-28 2024-09-24 斯塔米卡邦有限公司 具有内部静态混合器的化学反应器
MX2024003661A (es) * 2021-10-13 2024-04-15 Casale Sa Metodo de control de la corrosion.
EP4436703A1 (en) * 2022-03-28 2024-10-02 Stamicarbon B.V. Urea plant with valve; urea production process; use and method
EP4261204A1 (en) * 2022-04-13 2023-10-18 Yara International ASA A falling film heat exchanger

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4538812B1 (ko) 1966-05-12 1970-12-08 Mitsui Toatsu Chemicals
TR18774A (tr) * 1971-02-13 1977-08-23 Stamicarbon Amonyum karbamat muhtevi coezeltilerin yueksek bir suhunette islenmesine mahsus bir usul
BE790330A (fr) 1971-10-29 1973-04-19 Airco Inc Alliage d'acier inoxydable ferritique
JPS4718831A (en) 1972-02-12 1972-09-18 Stamivaco Nv Method for treating ammonium carbamate with chlorine
FR2308893A1 (fr) 1975-04-23 1976-11-19 Creusot Loire Echangeur tubulaire a embouts, travaillant a chaud et sous pre ssion
JPS57140643A (en) 1981-02-25 1982-08-31 Kubota Ltd Coated pipe for reactor subjected to pyrolysis and reforming of hydrocarbon
SE501321C2 (sv) 1993-06-21 1995-01-16 Sandvik Ab Ferrit-austenitiskt rostfritt stål samt användning av stålet
WO1999050610A1 (de) 1998-03-27 1999-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Wärmetauscherrohr, verfahren zur herstellung eines wärmetauscherrohrs sowie kondensator
ATE316823T1 (de) 2000-10-09 2006-02-15 Urea Casale Sa Vorrichtung zur zersetzung von karbamat und zum strippen von ammoniak sowie kohlendioxid aus harnstofflösungen
JP4426415B2 (ja) 2004-10-01 2010-03-03 東洋エンジニアリング株式会社 反応装置
JPWO2006118071A1 (ja) 2005-04-27 2008-12-18 東洋エンジニアリング株式会社 尿素合成装置およびその改造方法
ITMI20061223A1 (it) 2006-06-26 2007-12-27 Snam Progetti Tubo bimetallico resistente alla corrosione e suo utilizzo in apparecchiature a fascio tubiwero
CN102099500B (zh) 2008-07-23 2013-01-23 新日铁住金不锈钢株式会社 尿素水箱用铁素体系不锈钢
IT1394209B1 (it) 2009-05-06 2012-06-01 Saipem Spa Apparecchiatura a fascio tubiero con elementi regolatori del flusso liquido
EP2286909A1 (en) * 2009-08-17 2011-02-23 Stamicarbon B.V. An apparatus for the decomposition of non-converted ammonium carbamate in urea solutions in a urea synthesis process
JP5793283B2 (ja) 2010-08-06 2015-10-14 新日鐵住金ステンレス株式会社 ブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼
JP5684547B2 (ja) * 2010-11-26 2015-03-11 新日鐵住金ステンレス株式会社 尿素ｓｃｒシステム部品用フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP5856879B2 (ja) 2011-03-29 2016-02-10 新日鐵住金ステンレス株式会社 バイオ燃料供給系部品用フェライト系ステンレス鋼およびバイオ燃料供給系部品
KR20130125823A (ko) 2011-03-29 2013-11-19 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션 바이오 연료 공급계 부품용 페라이트계 스테인리스 강, 바이오 연료 공급계 부품, 배열 회수기용 페라이트계 스테인리스 강 및 배열 회수기
US20130121868A1 (en) * 2011-05-24 2013-05-16 Electric Power Research Institute, Inc. Method of manufacturing a weld-free apparatus for connection of dissimilar metals using functionally graded compositionally control powder metallurgy and hot isostatic processing methods
JP5273266B2 (ja) * 2012-02-08 2013-08-28 新日鐵住金株式会社 二重管およびそれを用いた溶接構造体
CA2883538C (fr) * 2012-09-03 2019-11-26 Aperam Stainless France Tole d'acier inoxydable ferritique, son procede de fabrication, et son utilisation, notamment dans des lignes d'echappement
EP2801396A1 (en) 2013-05-10 2014-11-12 Casale Sa Use of duplex stainless steel in an ammonia-stripping of urea plants
EP3087212B1 (en) * 2013-12-27 2018-10-10 Stamicarbon B.V. Use of a corrosion resistant duplex steel alloy for the production of a component for a urea manufacturing plant
EP3153599B1 (en) * 2014-09-02 2019-02-20 JFE Steel Corporation Ferritic stainless steel sheet for urea-scr casing
CA2991658C (en) 2015-07-20 2023-12-19 Sandvik Intellectual Property Ab Duplex stainless steel and formed object thereof
HUE048545T2 (hu) 2015-07-20 2020-07-28 Stamicarbon Duplex rozsdamentes acél és annak felhasználása
CA3028947A1 (en) * 2016-06-29 2018-01-04 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Heat resistant ferritic steel and ferritic heat transfer member
JP6861069B2 (ja) * 2017-03-29 2021-04-21 日鉄ステンレス株式会社 フェライト系ステンレス鋼

Also Published As

Publication number Publication date
US20230123681A1 (en) 2023-04-20
EA202290076A1 (ru) 2022-03-21
CN114072532A (zh) 2022-02-18
CA3145519A1 (en) 2021-01-14
JP2022539597A (ja) 2022-09-12
US11746084B2 (en) 2023-09-05
US20240262787A1 (en) 2024-08-08
CN117165862A (zh) 2023-12-05
AU2023203342A1 (en) 2023-06-22
US12084406B2 (en) 2024-09-10
CN117187700A (zh) 2023-12-08
US20220251032A1 (en) 2022-08-11
WO2021006729A1 (en) 2021-01-14
AU2020311257A1 (en) 2022-02-17
EP3994292A1 (en) 2022-05-11
AU2020311257B2 (en) 2023-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020311257B2 (en) Ferritic steel parts in urea plants
JP6629422B2 (ja) 二相ステンレス鋼及びその使用
EP1642639B1 (en) Reactor
JP7029386B2 (ja) 二相ステンレス鋼及びその形成物品
CN111511943B (zh) 双相不锈钢及其用途
US7597067B2 (en) Process to reduce the temperature of a hydrogen and carbon monoxide containing gas and heat exchanger for use in said process
CN105377394A (zh) 双相不锈钢在氨汽提或自汽提尿素设备的汽提塔中的应用以及改造该尿素设备的方法
CN1426340A (zh) 焊接二联钢的方法
EA045846B1 (ru) Детали из ферритной стали в установках по производству карбамида
No Improved materials provide safety dividend