[发明专利]具有优越耐腐蚀性的奥氏体不锈钢合金

说明书

在与具有密切相关组成的常规合金所展现的相比时，已经发现了特别是对硫酸溶液展现出出乎意料的优越的耐腐蚀性的奥氏体不锈钢合金。这些合金有利地对于相对宽范围的硫酸浓度和温度是耐腐蚀性的，并且因此特别适合用于硫酸的工业生产。

技术领域

本发明涉及用于要求高耐腐蚀性的应用中的奥氏体不锈钢合金及其制造方法。这些不锈钢合金特别适合于涉及暴露于高温浓硫酸下的应用，如工业硫酸生产。

背景技术

不锈钢是钢和大量铬(例如，大于10重量％的Cr)的合金。在通常遇到的腐蚀环境中，它们典型地比其他类型的钢提供实质上优越的耐腐蚀性。因此，不锈钢合金经常被应用于其中耐腐蚀性是重要的应用中。本领域中已经开发了大量不同的合金，对于具体特定的应用，它们都有某些优点和缺点。这些合金可以包含除了铬以外且以无数组合的许多合金元素。不锈钢合金通常基于其晶体结构被分为若干组之一。这些组包括不锈钢的奥氏体、铁素体、马氏体和双相类型。奥氏体不锈钢的结构是面心立方的。

硫酸是世界上生产最多的商品化学品之一并且被广泛用于化工和商业产品中。通常，生产方法包括首先将二氧化硫转化为三氧化硫，然后将三氧化硫随后转化为硫酸。在1831年，P.Phillips开发了用于生产大多数现今的硫酸供给的接触法。虽然是高效且经济的，但是由于所涉及的高度腐蚀性条件，构建合适的工业生产设备仍然存在挑战。

接触法的基础包括获得二氧化硫的供给(例如通常通过燃烧硫或含硫化合物，或通过收集冶金废气获得)，并且然后在催化剂(典型地是氧化钒)的作用下用氧气氧化该二氧化硫以加快反应以便生产三氧化硫。该反应是可逆且放热的，并且重要的是适当地控制催化剂上的气体温度，以便在不损坏包含催化剂的接触装置的情况下实现所需的转化率。

然后，将产生的三氧化硫吸收到浓硫酸溶液中以形成更强的硫酸(或发烟硫酸)，然后将其稀释以产生另一种浓硫酸溶液。这避免了直接将三氧化硫溶解到水中(这是高度放热反应)的后果。

虽然接触法的基本原理相对简单，但是希望最大化的将二氧化硫转化为硫酸。因此，生产硫酸的现代设备经常包括多于一个吸收阶段以提高转化率和吸收。通常，采用双重吸收方法，在该方法中使工艺气体连续经历两个接触和吸收阶段(即第一催化转化和随后的吸收步骤，接着是第二催化转化和吸收步骤)。关于用于硫酸生产和接触法的可用的和优选的常规选择的细节是众所周知的，并且例如可以在由加拿大安大略省的DKL工程公司发表的“Handbook of Sulfuric Acid Manufacturing[硫酸制造手册]”,Douglas Louie,ISBN 0-9738992-0-4,2005中找到。

为了处理硫酸的典型生产中所涉及的高浓度和高温，工艺设备中必须使用特殊的耐腐蚀合金。尽管这些特殊的合金具有优越的耐腐蚀性，但在某些情况下它们也可能是不够的。这是因为在这些恶劣的条件下，即使看似相对很小的浓度和温度变化也会显著增加腐蚀速率。具体地，在正常需要的操作条件之外，硫酸浓度的小幅下降和/或硫酸温度的小幅增加可能导致本质上更大的腐蚀速率。这些是非常严厉的操作范围(例如分别为99.2％-99.6％的浓度范围和210℃-225℃的温度范围)并且其可能难以一致地控制。过去，当发生失控时(称为设备故障)许多设备已经被损坏。此外，由于故障、误操作，或简单地将这些设备置于安全操作条件之外，设备也已经被严重损坏和/或腐蚀。因此，抵抗此类浓度和温度波动是非常有益的。

还希望在硫酸工业生产中将能源需求最小化。在所涉及的众多方法中，有大量的热源和热需求。可以通过使用复杂的热交换器装置以最大化能源回收而令人希望地提高能源效率。然而，这样做的要求导致了对更高的操作温度的要求和相应的对耐腐蚀材料的更大的需求。