Конструкционные материалы, используемые для изготовления аппаратуры, применяемой в производстве азотной кислоты

В производстве азотной кислоты аппаратура работает в условиях воздействия сильно агрессивных сред, иногда при высокой температуре и давлении. В связи с разнообразием агрессивных сред в производстве НNO₃ требуется применение различных материалов.

Углеродистые стали и чугуны. Содержание углерода составляет:

в сталях 0,2–3 % мас.; Т_пл.=1350–1500 °С;

в чугунах 2,5–5 % мас.; Т_пл.=1100–1200 °С;

Из углеродистой стали и чугуна изготавливают аппаратуру для синтеза и хранения аммиака. Углеродистая сталь нестойка к действию разбавленной НNO₃, но коррозия резко замедляется при повышении концентрации НNO₃ выше 40,5 % мас. Водные растворы серной кислоты, содержащие выше 69 % мас. Н₂SO₄, слабо воздействуют на углеродистую сталь. Поэтому мелланж (91 % НNO₃ и 7,4 % Н₂SO₄) хранят в стальной аппаратуре. Жидкие оксиды азота хранят также в стальных баллонах. Однако, аппаратуру для производства жидкого N₂O₄, в которую может попасть вода следует выполнять из алюминия или специальных сталей.

Нержавеющие и жаростойкие стали и сплавы. В настоящее время основными конструкционными материалами в производстве НNO₃ являются нержавеющие аустенитные хромоникелевые стали, используемые в качестве коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и криогенных.

Отечественная промышленность выпускает разнообразные марки сталей типа 18-10, различающихся содержанием углерода, хрома, никеля и других легирующих элементов. Основными легирующими элементами этих сталей является хром и никель.

Хром, добавляемый в количестве 18%, придает сталям способность пассивации, т.е. стойкости в окислительных средах.

Никель способствует образованию аустенитной структуры и повышает стойкость стали в активном состоянии. Применяются стали следующих марок: 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т, 07Х18Н10, 08Х18Н10То, 12Х18Н12Т и т.д. Расшифровка состава последней марки приводится ниже.

Обозначения:

Ю –алюминий; С –кремний; А –азот; М –молибден; МД –медь; Г –марганец.

Легирование молибденом повышает стойкость стали к общей коррозии и локальной (питтинговой, щелевой, коррозионному растрескиванию), но снижает стойкость сталей в окислительных средах. Это стали марок: 10Х18Н12М2Т; 08Х17Н13М2Т; 10Х17Н12М2Т (ЭИ-448); 08Х17Н13М3Т (ЭП-580) и т.д. В производствах азотной кислоты они не применяются.

Легируют сталь также титаном, количество которого должно примерно в 5 раз превышать количество углерода. Введение титана ведет к образованию карбида титана, упрочнению, и эту сталь можно сваривать без последующей термической обработки, которая необходима для повышения коррозионной устойчивости швов, например, из стали Х17. Однако включение титана ведет к некоторому снижению коррозионной устойчивости в окислительных средах, поэтому в производстве HNO₃ стараются избегать изготовления аппаратуры из стали с присадкой титана.

Титан (ВТ1-0; ВТ1-00) стоек в разбавленной азотной кислоте до концентрации 70 % мас. при температурах даже выше 100 °С (по справочным данным до 315 °С). Из него изготавливают реакторы, теплообменники.

В красной дымящей азотной кислоте титан и его сплавы подтвержены пирофорной реакции уже при комнатной температуре (нитроолеум с 20 % мас. NO₂ самый сильный). Однако присутствие в этой системе Н₂О в количестве ~ 2 % мас. предотвращает возгорание в этой среде.

Для работы в сернокислой среде при повышенных температурах применяются нержавеющие стали с добавкой меди марок 06ХН28МДТ; 03ХН28МДТ (ЭП-516) и повышенным содержанием хрома (22–25 % мас.) и никеля (26–29 % мас.).

Ниобий добавляют в сталь с одновременным снижением содержания углерода до 0,02 и кремня до 0,03 % мас. с целью уменьшения межкристаллитной коррозии, которая сильно инициируется азотной кислотой и ее растворами. Это, например, сталь 02Х18Н11.

С целью экономии никеля его частично или полностью заменяют марганцем и азотом. Примером этих сталей являются марки 10Х14Г14Н4Т (ЭИ-711); 10Х14АГ (ДИ-13); 07Х13АГ20 (ЧС-46) и т.д. Однако, марганец не склонен к пассивации, поэтому в окислительных условиях стойкость таких сталей определяется повышенным содержанием хрома. В настоящее время нижняя часть абсорбционной колонны агрегата АК-72 изготавливается из стали 03Х19АГ3Н10. Высокохромистые стали (биметалл) 12Х13 и 08Х13 нашли широкое распространение в азотной промышленности, в частности марки 15Х25Т и 15Х28 применяются в качестве жаропрочных материалов при изготовлении реакторов каталитической очистки от NO_x.

Алюминий в растворах азотной кислоты покрывается защитной пленкой. С повышением чистоты он становится более устойчивым. Из марок А00 и А0 изготовляются доокислители нитрозных газов, сборники и хранилища разбавленной азотной кислоты, поглотительные колонны. Автоклавы, отбелочные колонны, работающие при повышенных температурах изготовляются из АВ0.

В азотной кислоте более стойки сплавы алюминия с кремнием СИЛ-1; СИЛ-2 (10–13 % мас. Si) – силумины; АЛ4, АЛ4В, АЛ8, АЛ13 с магнием.

Высококремнистые стали. Весьма высокой стойкостью в азотной кислоте обладают стали, содержащие в своем составе около 4 % мас. и более кремния. Однако, они очень сильно подвержены межкристаллической коррозии.

Аустенито-ферритная сталь 15ХН12С4ТЮ хорошо работает при производстве концентрированной азотной кислоты до 50 °С (колонны нитроолеумной абсорбции, холодильники, конденсаторы, насосы, трубопроводы). Ее химический состав следующий (% мас.):

Сталь аустенитная 02Х8Н22С6 (ЭП-794) эксплуатируется в 98%-ной азотной кислоте до 90 °С (колонны концентрирования, холодильники, конденсаторы, насосы и т.д.). Ее химический состав следующий (% мас.):

Неметаллические химически стойкие материалы.

Кислотоупорная керамика (футеровки, кирпич, фильтры кислых газов).

Кварцевое стекло (химическая аппаратура).

Пластические массы.

Прокладочные материалы:

· Асбест применяется до концентрации HNO₃ 60 % мас. и температуры 130 °С;

· Паронит применяется при концентрации HNO₃ 60 % мас. до температуры 130 °С; применяется при концентрации HNO₃ 98 % мас. до температуры 80 °С;

· Фторопласты (уплотнения);

· Винипласт устойчив при низких температурах 20–40 °С.

Применяются также замазки (арзамит), резина, рубероид, полиизобутилен и т.д.

Поиск по сайту: