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锆在石油化学工业中的应用
来源:钛业协会 时间:2023-05-11 点击:

  锆在主要用于抗腐蚀性能要求高的设备,如用于制造反釜、耐酸耐热泵、热交换器、浸液器、排气叶轮、阀门、搅拌器、喷嘴、热电偶套管、导管和容器衬里和环保设备等。许多生产肥料、树脂、塑料、酸类的化工设备和重要零部件都采用锆。
      据报道,美国霍伯肯制造了一个12m高的钢制反应塔,直径700mm、壁厚20mm,用1mm厚的锆板包覆。反应塔有两个以螺旋旋管是由直径25mm、壁厚2mm的锆管装备起来的。
      在聚合物的生产中,锆的应用是代替石墨作热交换器。锆热交换器的成本虽比石墨约高4倍,比钛约高2倍,但它经久耐用足以弥补成本费。同时,在聚合物生产中,用锆筛盘塔代替砖塔,能显著地提高生产效率。
      针对氨基甲酸酯、二氧化碳和氨的混合物在高温高压下的特别好的耐蚀性,在190℃其腐蚀速率小于0.025mm/a。
      在尿素合成设备是,用锆合金作高压进料泵壳材料。锆管也用于氨基甲酸酯的再循环热交换器中,并用锆作反应器的内衬,能使反应器在较高温度和压力下操作,从而使反应进行得更快,增加尿素的合成速率。锆还用于生产酒精设备的筛盘,并在酒精生产中扩大应用到附加酒精塔、冷却蛇形管、离心泵、调节阀主其他辅助装置。
      据报道,美国使用了锆制排气器。化工反应过程所产生的HCL通过Zr排气器从炉内排出,经试验,这种排气器使用了两年多还没有损坏的迹象,而铜制排气器由于喷嘴被腐蚀,寿命很短。我国锆厂在提纯ZrCl4的水环式真空泵中采用锆制叶轮、轴承及泵壳,使泵体寿命提高几倍。
      我国曾在多种农药设备上进行过工业锆的应用研究,如在农药反应罐中进行了锆的实际应用与挂片试验。农药水解反应的条件为:20%硫酸+甲萘胺;温度220-250℃;15个大气压(1520kPa),一个流程时间为7h,在此条件下设备腐蚀严重,1mm厚普通钢板,反应后即腐蚀穿孔。原采用罐内搪12-14mm厚的铅层为防腐层,则易污染环境,铅的抗腐蚀也较差,一个搪铅反应罐,仅能使用50-60批料即穿孔漏液。
      锆挂片试验条件为:生产介质20%硫酸+甲萘胺;生产200-250℃;压力14-15个大气(1419-1520kPa)。腐蚀前后气体分析结果见表5-47,腐蚀试验结果见表5-48。结果表明,随时间增加,锆母材与焊缝区氧含量稍有增加,但增加速度较缓,对锆的力学性能未引起恶化。而氢含量却在这种介质腐蚀中逐渐下降,可减少脆性,对锆有利,年腐蚀率仅为0.024-0.04mm/a。

表5-47  锆挂片试验气体分析结果

试样状态 腐蚀时间/h 氧含量/% 氢含量/%
锆母材 1000  ×10-4 94 ×10-4
加填料锆丝焊缝区 1450  ×10-4 44 ×10-4
锆母材 1000 990  ×10-4 51 ×10-4
加填料锆丝焊缝区 1000 990  ×10-4 49  ×10-4
锆母材 2000 1700  ×10-4 (17-25)×10-4
加填料锆丝焊缝区 2000 2000  ×10-4 29  ×10-4

表5-48  锆腐蚀前后力学性能测试结果

试样状态 试验温度/℃ 抗拉强度σb/MPa 塑性/%
未腐蚀的锆母材 室温 675 18.2
300    
未腐蚀加填料的焊缝区 室温 520 105
300    
100h腐蚀后锆母材 室温 655 20.5
300 385 24
1000h腐蚀后加填料焊区 室温 515 8.7
300 235 22
2000h腐蚀后锆母材 室温 558 23.5
300 255 46.1
2000h腐蚀后填料焊区 室温 508 8.7
300 225 22.3

      试验中西维因反应罐锆内衬筒体部分用厚2.7-3mm锆板卷制,锆封头用厚4mm锆板加热旋制而成。锆罐焊接后的整体尺寸是:直径1200mm,高(包括封头部分)1750mm。设备投产后,产品产量提高30%,年节约铅40t,延长了设备寿命,改善了生产及环境条件。

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