浓硝酸工业装置用材的发展和选择

作者:唐忠;冷纪桐 刊名:化工装备技术 上传者:孔祥武

【摘要】浓硝酸工业装置用材具有特殊性 ,其特种钢材在通用手册上不易查到。浓硝酸生产介质条件复杂 ,腐蚀机理不同 ,在选材上存在很大差别。结合不同的工艺 ,有针对性地介绍装置用材的发展及如何选材 ,旨在为设计和使用者提供参考。

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1概述工业生产浓硝酸工艺路线有直接合成法(直硝法)、间接浓缩法(间硝法)以及超共沸酸精馏法(共沸法)等。我国生产浓硝酸采用的是直硝法和间硝法两种工艺,共沸法在我国尚未采用。工业硝酸分为含96%98%HNO3的浓硝酸和含47%60%HNO3的稀硝酸。硝酸具有很明显的氧化性质,与绝大多数金属都进行化学反应。浓硝酸工业装置用材具有特殊性,其特种钢材在通用手册上不易查到。不同的介质条件,其腐蚀机理不同,选材上有很大差别。我国浓硝酸产量居世界第一,选用高效设备材料对发展浓硝酸工业起着重要的作用。本文针对不同的工艺,结合特种钢材的发展,着重介绍典型设备的选材。2装置用材在直接合成法中的发展和选择直硝法是由液态氮氧化物制造浓硝酸。通过氨氧化、除水氧化、冷却吸收、高压合成、漂白冷凝等连续操作过程来获取产品,其总反应式为[1]:2NO2(液)+2H2O(液)+O2(气)=4HNO3(液)+59413J(1)目前我国的安徽淮化集团有限公司、兰州化学工业公司、吉林化学工业集团公司、大化集团公司、泸天化股份公司等均采用此法。直硝法生产浓硝酸,其关键设备如高压釜反应筒、漂白塔、N2O4冷凝器等均采用高纯铝(99.8%Al)制造。但高纯铝受酸的温度和浓度影响大,温度高于80腐蚀急剧增加,酸浓度下降时,其表面钝化膜(Al2O3)易受到破坏而加剧腐蚀,制约装置长周期运行。世界各国在耐浓硝酸腐蚀的特种钢方面做了不懈努力。从20世纪50年代起开始发展高硅不锈钢,前苏联[2]推出794、654;日本[3]推出NAR-NS-1(00Cr17Ni14Si4)、NAR-NS-3、DP-9;德国[5]的X2(CrNiSi1815);美国[5]的00Cr18Ni15Si4。我国从20世纪60年代末开始发展耐浓硝酸高硅奥氏体不锈钢、超低碳不锈钢等,到现在已经发展了一整套特种钢材,以C系列钢为代表,具有国际先进水平。解决高压釜排酸阀门用C6钢;解决中、低温浓硝用泵、阀和焊接设备用C2(00Cr17Ni15Si4Nb)、C4(00Cr14Ni14Si4)、C6L(00Cr20Ni24Si4Ti)钢材;解决高温浓硝漂白塔用关键材料C8(000Cr10Ni14Si5);管材用钢C18(00Cr19Ni15)、C25(000Cr25Ni20);以及泵用钢材00Cr13Ni6Si4Nb[5]。这些钢种已经广泛应用于浓硝酸设备的不同部件,并分别被认为是耐硝酸腐蚀的良好材料。这里将成熟的设备选材列于表1。3装置用材在间接浓缩法中的发展和选择间硝法是通过加入脱水剂,通常为硝酸镁(也称硝镁法),破坏原有共沸点,通过精馏制取98%以上的浓硝酸。1964年我国采用硝酸镁作脱水剂的中试成功后,表1直硝法生产浓硝酸用材料设备名称材质尾气预热器310S或304氧化吸收塔304L或SAF2304双相钢[7]发烟硝酸吸收塔C4高压釜高纯铝、碳钢外壳漂白塔C8钢、高纯铝N2O4冷凝器C4钢、高纯铝初冷器高纯铝混和酸罐304或304L热酸高位槽高纯铝N2O4高位槽高纯铝成品酸罐高纯铝、C4成品酸冷却器高纯铝很快应用到生产实际中。目前南化集团公司、青岛胶南化肥厂、上海染化、川化集团有限责任公司、山西化肥厂等企业均采用该法。硝镁法生产工艺一般包括浓缩漂白单元、含NOx尾气加压吸收单元、硝酸镁真空浓缩单元以及硝酸镁的制备和过渡单元。该法生产浓硝酸,介质条件比较复杂,变化较大,不如直硝法那样单纯和稳定。往往从很稀的硝酸变至浓硝酸及其蒸气,即使在正常生产时,介质条件保持稳定的浓硝酸设备和管道,在开、停车时也要经历一个稀、浓硝酸的变化过程。这就

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