ES2272733T3 - Piezas de acero fabricadas de acero austenitico o semiaustenitico en una planta para la produccion de acido sulfurico y procedimiento de proteccion contra la corrosion. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la protección contra la corrosión de al menos una pieza de acero de un dispositivo que se utiliza en una instalación para producir ácido sulfúrico y en el cual la pieza de acero se pone en contacto con ácido sulfúrico concentrado, que se caracteriza porque a una concentración de ácido sulfúrico de entre un 93% en peso y el 100% en peso y a una temperatura de entre 140º C y el punto de ebullición del ácido sulfúrico, la pieza de acero se hace de acero austenítico o semiaustenítico que tiene un contenido de Cr de entre un 15% en peso y un 26, 2% en peso, un contenido de Ni de entre un 9% en peso y un 25, 2% en peso y un contenido de Si de hasta un 0, 75% en peso, y en el cual la relación de los elementos químicos (Cr + Si) / (Ni + Mo) se encuentra en la banda de entre 0, 9 y 1, 9 o en el cual la relación de los elementos químicos Cr / (Ni + Mo) se encuentra en la banda de entre 0, 8 y 1, 5, y en el cual la pieza de acero tiene una protección anódica contra la corrosión,en donde un ánodo, un cátodo y un electrodo de referencia se conectan con un potencioestato que suministra corriente eléctrica continua ajustable, y en el que el cátodo y el electrodo de referencia están en contacto con el ácido sulfúrico y el ánodo está en contacto con la pieza de acero.
Description
Piezas de acero fabricadas de acero austenítico
o semiaustenítico en una planta para la producción de ácido
sulfúrico y procedimiento de protección contra la corrosión.
La invención se refiere a un procedimiento para
la protección contra la corrosión de piezas de acero hechas de
acero austenítico o semiaustenítico durante la producción de ácido
sulfúrico y las respectivas piezas de acero.
En general, el ácido sulfúrico se produce
mediante la conversión catalítica del contenido de SO_{2} de
ciertos gases para obtener SO_{3} y -en el caso de gases secos-
mediante la subsecuente absorción del SO_{3} formado en ácido
sulfúrico concentrado o -en caso de gases húmedos- mediante la
subsecuente condensación del ácido sulfúrico formado. Los
componentes técnicos habituales tales como el desecador, el aparato
de absorción, el intercambiador de calor, etc se ponen en contacto
con el ácido sulfúrico concentrado a partir de aproximadamente el
93% en peso y a una temperatura elevada. Este ácido sulfúrico es
extremadamente agresivo y ejerce una fuerte y rápida corrosión
sobre las piezas estructurales a utilizar. Por lo tanto, las piezas
estructurales que se ponen en contacto con ácido sulfúrico deben
hacerse de materiales resistentes a la corrosión. Aleaciones
especiales de acero ferrítico, hierro fundido, plásticos, cerámica,
vidrio u otros materiales con un revestimiento correspondiente han
demostrado ser particularmente resistentes a la corrosión. Para
estas aplicaciones, los materiales no metálicos tienen generalmente
propiedades mecánicas desfavorables y son difíciles de procesar. Los
materiales metálicos tienen buenas mecánicas, pero su resistencia a
la corrosión no es suficiente o los materiales son muy caros. En
particular son necesarios para su uso en los intercambiadores de
calor, componentes provistos de paredes muy finas, que necesitan
una alta transferencia de calor. En estos componentes, la anterior
resistencia a la corrosión ya no es suficiente. Estas instalaciones
funcionan habitualmente con una concentración de ácido sulfúrico
entre el 93% en peso y el 100% en peso y una temperatura de hasta
140ºC. Un procedimiento conocido de protección contra la corrosión
es la protección anódica contra la corrosión. En este procedimiento,
los materiales a proteger se revisten con una capa de óxido
metálico que evita el ataque de la
corrosión.
corrosión.
El uso de aceros austeníticos durante la
producción de ácido sulfúrico se conoce desde el documento EP 0 130
967. Las clases de aceros indicadas en este documento se dirigen en
particular a su uso en intercambiadores de calor. Los materiales
aquí utilizados no satisfacen los requisitos que deben ahora ser
cumplimentados por los materiales resistentes a la corrosión. Para
las instalaciones técnicas actualmente en uso se requieren en
particular menores tasas de corrosión. Para mejorar la resistencia a
la corrosión, el documento US 5.028.396 propone aceros inoxidables
austeníticos con un contenido de silicio relativamente alto que
constan esencialmente de un 17,5% de Cr, un 17,5% de Ni, entre un
4,6 y un 5,8% de Si, siendo el resto Fe.
Además, el documento US 5.695.716 presenta
aleaciones austeníticas resistentes a la corrosión de cromo,
ferroníquel que incluyen al menos un 32% en peso de cromo.
El documento DE 38 30 365 describe el uso de
aceros ferríticos de cromo - molibdeno que son resistentes al ácido
sulfúrico con una concentración desde el 94% en peso en adelante y
con una temperatura por debajo del punto de ebullición. Estos
aceros ferríticos son muy caros y más difíciles de procesar que los
aceros austeníticos. La resistencia a la corrosión tampoco se
considera suficiente.
Avanzando desde esta técnica anterior, el objeto
esencial de la invención es mejorar la protección contra la
corrosión de al menos una pieza de acero de un dispositivo hecho de
acero austenítico o semiaustenítico durante la producción de ácido
sulfúrico, en dicho dispositivo la pieza de acero se pone en
contacto con el ácido sulfúrico.
De acuerdo con la invención, se suministra un
procedimiento que comprende las características de la reivindicación
1.
De las reivindicaciones independientes se hacen
evidentes realizaciones ventajosas de la invención.
Los experimentos han mostrado que los tipos de
acero con un contenido de Cr de entre un 15% en peso y un 26,2% en
peso, un contenido de Ni de entre un 9% en peso y un 25,2% en peso y
un contenido mínimo de Si de un 0,75% en peso, son particularmente
resistentes a la corrosión.
En términos de resistencia a la corrosión, se
sabe que especialmente el silicio y el cromo de entre los elementos
químicos de las aleaciones, forman una capa pasiva, mientras que el
níquel y el molibdeno debilitan la formación de la capa pasiva.
La relación de elementos químicos (Cr + Si)/(Ni
+ Mo) en la banda de entre 1,01 y 1,34 ha demostrado ser
particularmente ventajosa.
De forma similar, para aquellos tipos de acero
que solamente tienen un contenido menor de silicio se obtuvo una
relación ventajosa de los elementos químicos Cr/(Ni + Mo) en la
banda de entre 0,8 y 1,1.
La relación es particularmente favorable cuando
el molibdeno está presente en una cantidad no demasiado grande de
entre el 0% en peso y el 2,5% en peso. Dependiendo de la
disponibilidad de los tipos de acero a suministrar para los
materiales en bruto tales como tubos o planchas, pueden utilizarse
piezas de acero austenítico o semiaustenítico con un contenido de
molibdeno de entre un 2% en peso y un 2,5% en peso.
Particularmente críticas para la corrosión son
aquellas bandas en las cuales la concentración de ácido sulfúrico
es de aproximadamente entre el 97% en peso y el 99% en peso o la
temperatura del ácido sulfúrico es de aproximadamente entre 160ºC y
230ºC.
Durante la producción del ácido sulfúrico, los
componentes particularmente sensibles a la corrosión son los
intercambiadores de calor, tales como, por ejemplo, los
intercambiadores de calor de placas o los intercambiadores de calor
de carcasas y tubos, así como el sistema completo de tuberías.
Ahora se explicarán realizaciones del proceso a
modo de ejemplo con referencia a los dibujos, en los cuales:
La figura 1 muestra una curva de
densidad/potencial de corriente de un material austenítico.
La figura 2 es una representación esquemática de
la protección anódica de un intercambiador de calor.
La figura 1 muestra la curva de
densidad/potencial de corriente de un material austenítico típico
que contiene entre un 16,5% y un 18,5% en peso de cromo, entre un
11% y un 14% en peso de níquel y entre un 2% y un 2,5% en peso de
molibdeno. En esta medición, se utilizó como medio ácido sulfúrico
con una concentración del 98% en peso y a una temperatura de 200ºC.
Como cátodo, se utilizó un cátodo de acero hecho de 1,4404. En la
abscisa, el potencial se representa en milivoltios (mV) contra un
electrodo de referencia de Hg/HgSo_{4} y en la ordenada la
densidad de la corriente se representa en miliamperios por
centímetro cuadrado (mA/cm^{2}). También pueden utilizarse otros
electrodos de referencia, tal como, por ejemplo, un electrodo de
dicloruro de mercurio o una barra de
cadmio.
cadmio.
La primera parte del diagrama en la banda entre
0 y 600 mV muestra un pico que es denominado potencial activo. En
la banda entre 600 mV y 1800 mV la curva muestra un valle, el
denominado potencial pasivo. La elevación subsecuente desde 1800 mV
se denomina potencial transpasivo. Para conseguir una protección
contra la corrosión tan efectiva como sea posible en la protección
anódica contra la corrosión, la densidad de la corriente debe
recaer dentro de la banda del potencial pasivo. Los valores aquí
representados son ejemplares, ya que son dependientes del material
y de la temperatura.
La figura 2 muestra la disposición de la
protección anódica contra la corrosión en un intercambiador (1) de
calor de carcasas y tubos para ácido sulfúrico. A través de una
conexión (2), se introduce el medio refrigerante dentro de una
primera cámara (3) del intercambiador (1) de calor de cascasas y
tubos. Desde ahí, el medio refrigerante se distribuye y fluye a
través de tubos individuales (4) al interior de una segunda cámara
(5) desde la cual el medio refrigerante se descarga de nuevo. A
modo de ejemplo, aquí sólo se representan dos tubos (4).
A través de otra conexión (6), se introduce el
ácido sulfúrico caliente. El ácido sulfúrico fluye alrededor de los
tubos (4) llenos de medio refrigerante y se descarga de nuevo a
través de la conexión (7). Cuando fluye alrededor de los conjuntos
de tubos (4), el ácido sulfúrico se enfría.
Se monta una pluralidad de cátodos (8) de metal
entre los tubos (4) y el intercambiador de calor de cascasas y
tubos. La representación muestra un cátodo (8) a modo de ejemplo. El
número de cátodos (8) utilizados depende del tamaño del
intercambiador de calor y también de la temperatura y concentración
del ácido sulfúrico. El cátodo (8) está hecho del material 1,4404 y
está en contacto permanente con el ácido sulfúrico. El cátodo (8)
se conecta con el polo negativo de un potencioestato (9) mediante
una línea eléctrica. El potencioestato (9) es una fuente de tensión
de corriente continua cuyo polo positivo (10) está conectado través
de una línea eléctrica con las piezas del intercambiador (1) de
calor de carcasas y tubos a proteger.
Se inserta un segundo electrodo (11) de
referencia en el intercambiador de calor de carcasas y tubos a
través de una junta y se conecta con el potencioestato (9) a través
de una línea eléctrica. Este electrodo (11) de referencia está
igualmente rodeado de forma permanente por el ácido sulfúrico y
suministra una base de medición para el potencioestato (9). Por
medio de la tensión eléctrica entre el electrodo (11) de referencia
y el cátodo (8), se determina y se ajusta el potencial necesario
para la protección contra la corrosión en el potencioestato (9).
En la siguiente tabla, se muestra el
comportamiento frente a la corrosión de los materiales de acuerdo
con al invención a diferentes temperaturas y una concentración de
ácido sulfúrico del 98% en peso. El caudal de ácido sulfúrico fue
de un m/s. El comportamiento frente a la corrosión se determinó
mediante ensayos de inmersión. En todos los casos, el período de
ensayo fue de 7 días. Se determinó la velocidad de erosión midiendo
el flujo de corrosión y mediante la conversión a mm/a. El medio de
ensayo se renovó después de cada ciclo de ensayo.
\newpage
| Temperatura [ºC] | 1,4571 | 1,4404 | 1,4465 | 1,4591 | |
| 160 | 0,02 | 0,03 | 0,15 | - | |
| Tasa de corrosión mm/a | 180 | 0,06 | 0,04 | 0,06 | 0.01 |
| 200 | 0,04 | 0,10 | 0,14 | 0.11 |
Así, las tasas de corrosión son directamente
inferiores a las de la técnica anterior.
Claims (14)
1. Un procedimiento para la protección contra la
corrosión de al menos una pieza de acero de un dispositivo que se
utiliza en una instalación para producir ácido sulfúrico y en el
cual la pieza de acero se pone en contacto con ácido sulfúrico
concentrado, que se caracteriza porque a una concentración de
ácido sulfúrico de entre un 93% en peso y el 100% en peso y a una
temperatura de entre 140ºC y el punto de ebullición del ácido
sulfúrico, la pieza de acero se hace de acero austenítico o
semiaustenítico que tiene un contenido de Cr de entre un 15% en
peso y un 26,2% en peso, un contenido de Ni de entre un 9% en peso y
un 25,2% en peso y un contenido de Si de hasta un 0,75% en peso, y
en el cual la relación de los elementos químicos (Cr + Si)/(Ni + Mo)
se encuentra en la banda de entre 0,9 y 1,9 o en el cual la relación
de los elementos químicos Cr/(Ni + Mo) se encuentra en la banda de
entre 0,8 y 1,5, y en el cual la pieza de acero tiene una protección
anódica contra la corrosión, en donde un ánodo, un cátodo y un
electrodo de referencia se conectan con un potencioestato que
suministra corriente eléctrica continua ajustable, y en el que el
cátodo y el electrodo de referencia están en contacto con el ácido
sulfúrico y el ánodo está en contacto con la pieza de acero.
2. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la relación de
los elementos químicos (Cr + Si)/(Ni + Mo) se encuentra en la banda
de entre 1,01 y 1,34.
3. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la relación de
los elementos químicos (Cr)/(Ni + Mo) se encuentra en la banda de
entre 0,8 y 1,1.
4. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la pieza de acero
está hecha de acero austenítico o semiaustenítico que tiene un
contenido de molibdeno de entre un 0% en peso y un 2,5% en peso.
5. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la pieza de acero
tiene un contenido de molibdeno de entre 2% y un 2,5% en peso.
6. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la pieza de acero
está hecho de acero 1,4465.
7. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la concentración
de ácido sulfúrico se encuentra en la banda de entre un 97% en peso
y un 99% en peso.
8. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la temperatura
del ácido sulfúrico es de aproximadamente entre 160ºC y 230ºC.
9. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la pieza de acero
se usa en un intercambiador de calor.
10. El procedimiento reivindicado en la
reivindicación 1, que se caracteriza porque la pieza de acero
se usa en un tubo conductor de ácido.
11. Un intercambiador (1) de calor utilizado en
una instalación para producir ácido sulfúrico y que comprende al
menos una pieza de acero que está en contacto con ácido sulfúrico
concentrado que tiene una concentración de ácido sulfúrico de entre
un 93% en peso y el 100% en peso y una temperatura de entre 140ºC y
el punto de ebullición del ácido sulfúrico, en donde
la pieza de acero tiene una protección anódica
contra la corrosión, en donde un ánodo, un cátodo (8) y un electrodo
(11) de referencia se conectan con un potencioestato (9) que
suministra una corriente eléctrica continua ajustable y en donde el
cátodo (8) y el electrodo (11) de referencia están en contacto con
el ácido sulfúrico y el ánodo está en contacto con la pieza de
acero,
en donde la pieza de acero está hecha de acero
austenítico o semiaustenítico,
que se caracteriza porque el acero
tiene
un contenido de Cr de entre un 15% en peso y un
26,2% en peso,
un contenido de Ni de entre un 9% en peso y un
25,2% en peso y
un contenido de Si de hasta un 0,75% de su
peso,
y en donde la relación de los elementos químicos
(Cr + Si)/(Ni + Mo) se encuentra en la banda de entre 0,9 y 1,9 o en
donde la relación de los elementos químicos Cr/(Ni + Mo) se
encuentra en la banda de entre 0,8 y 1,5.
12. El intercambiador de calor reivindicado en
la reivindicación 11, que se caracteriza porque la pieza de
acero está hecha de acero 1,4465.
13. Un tubo conductor de ácido utilizado de una
instalación para producir ácido sulfúrico y que comprende al menos
una pieza de acero que está en contacto con ácido sulfúrico
concentrado que tiene una concentración de ácido sulfúrico de entre
un 93% en peso y el 100% en peso y una temperatura de entre 140ºC y
el punto de ebullición del ácido sulfúrico,
la pieza de acero tiene una protección anódica
contra la corrosión, en donde un ánodo, un cátodo (8) y un electrodo
(11) de referencia se conectan con un potencioestato (9) que
suministra una corriente eléctrica continua ajustable y en donde el
cátodo (8) y el electrodo de referencia (11) están en contacto con
el ácido sulfúrico y el ánodo está en contacto con la pieza de
acero,
en donde la pieza de acero está hecha de acero
austenítico o semiaustenítico,
que se caracteriza porque el acero
tiene
un contenido de Cr de entre un 15% en peso y un
26,2% en peso,
un contenido de Ni de entre un 9% en peso y un
25,2% en peso y
un contenido de Si de hasta un 0,75% de su
peso,
y en donde la relación de los elementos químicos
(Cr + Si)/(Ni + Mo) se encuentra en la banda de entre 0,9 y 1,9 o en
donde la relación de los elementos químicos Cr/(Ni + Mo) se
encuentra en la banda de entre 0,8 y 1,5.
14. Un tubo conductor de ácido como el
reivindicado en la reivindicación 13, que se caracteriza
porque la pieza de acero está hecha de acero 1,4465.
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