煤制甲醇联产醋酸中特材垫片的应用

发布日期:2020年08月01日   作者:admin
醋酸是一种重要的化学中间体和化工产品,可用于生产多种下游有机产品 ,同时也是很好的溶剂。甲醇不仅是重要的基础有机化工产品和原料 ,而且其在清洁燃料、变压吸附制氢、生物技术等领域也有广阔的应用前景。发展大型煤制甲醇联产醋酸并进行深加工,是煤化工发展重要路径之一。

什么是煤制甲醇联产醋酸工艺?
首先,让我们来了解下国内典型的煤制甲醇联产醋酸生产工艺流程(如图1所示):


▲国内典型煤制甲醇联产醋酸生产工艺流程图
煤与空分的O2在气化炉内制得CO、H2含量较高的粗煤气,出气化炉的粗煤气分为3股:经水蒸气变换将部分 CO 变换为H2,来实现甲醇合成时的氢碳比;与另一股粗煤气(配气)混合,经热回收后进入净化工序,将多余的CO2和硫化物脱除后,即是甲醇合成原料气, 合成后的粗甲醇精制得产品甲醇;第三股粗煤气经热回收、净化后,分离出CO作为合成醋酸的原料气,精甲醇与CO在催化剂作用下合成醋酸,精制后得产品醋酸。
该装置包括煤制甲醇装置、煤制醋酸装置,连接煤制甲醇装置和煤制醋酸装置的CO2连通管网,以及连接煤制甲醇装置和煤制醋酸装置的气体输送管道,所述的气体输送管道包括粗煤气管道,一氧化碳CO气体输送管道和H2气体输送管道。CO2连通管网将煤制甲醇及煤制醋酸装置进行连接,使得产生的副产物CO2能有效回收利用,大大减少了CO2的排放量,气体输送管道将煤制甲醇及煤制醋酸装置进行连接,使得煤制醋酸产生的有效气体用于甲醇及醋酸的制备,增加了甲醇及醋酸的产量,具有明显的社会经济效益。

那这样的工况下,应该采用什么材质呢?
由于醋酸和所使用的催化剂具有强腐蚀性,大量重要的静设备、 泵、管件以及垫片都需要选择耐腐蚀性极强的锆材和哈氏合金,由于锆材和哈氏合金具备了优良的耐腐蚀性, 大大增加了装置的使用寿命,减少了生产装置的更换量,可以说,醋酸生产技术是随着特种防腐材料的发展而发展的。

关于这些醋酸中常用的特材——
哈氏合金是美国哈氏合金国际公司的商业名, 在醋酸工业中常用的牌号有: B2,C276等, 它具有强度高、延展性好、硬度高和易发生加工硬化的特性, 熔化焊接性差, 价格昂贵。
哈氏合金在焊接时, 特别要注意控制层间温度和热输入量, 不容许摆动, 对焊接保护用惰性气体的要求比不锈钢高, 允许使用气体透镜和较大直径的焊枪喷嘴。哈氏合金B2不允许采用埋弧焊, 焊接电流为直流电, 母材应接在阳极, 金属表面没有水份时不需焊前预热, 层间温度不超过 100℃, 焊后不需作热处理, 应避免在预应力作用下进行焊接和热处理。对于不同材质金属的焊接, 其总的原则是焊接材料尽量和合金元素含量较高的母材一致。

▲Garlock用锆702特材入库检测
醋酸装置常使用锆702,锆材强度低、 疲劳强度差、 延展性差。 在环境温度下硬度较低,通常显示各向异性和缺口脆性。当被分成小块如加工切削和呈粉末时,易燃。要求对这些粉末和切削进行适当处理、 保存,焊接时可能发生氢脆。锆材在变形 5% 时需进行热处理。 应限制锆材的弯曲半径, 当板材加工成封头或片材加工成塔盘时, 表面磨损易产生破裂。锆材切割时可能会由于发生氧化而产生污染,需用机加工 (或锯)方法加以避免。焊接时与空气接触, 锆材易发生脆化。在焊接和热处理期间必须特别注意防止锆污染, 焊接熔池和母材必须用惰性气体 (氩气或氦气) 保护, 直到各焊接组件冷却至暴露在空气中不发生变色为止。
▲Garlock特材焊接现场图

哈氏合金尤其是B2以及锆702难于制造和加工, 因此审查所使用产品的来源非常重要, 必须满足相应的材料技术要求和标准。另外由于哈氏合金和锆材的加工特性, 要求制造商对加工、焊接和热处理哈氏合金和锆材的各道工序都需要具有丰富的经验和成功的记录。

醋酸装置什么样的设备及密封垫片会使用锆材和哈氏合金的呢?
下表是一个典型醋酸装置中的特材设备以及设备所需的特材型号,同这些设备相连的管道法兰,人孔法兰垫片以及设备内部的垫片等都应该选用相应特材的缠绕垫片,同时由于PTFE具有优异的耐腐蚀性能,并且醋酸工艺中的温度并不是很高,在PTFE的使用温度范围内,所以填充材质一般都选用PTFE。对于带外环的缠绕垫片,由于外环一般不跟介质接触,可以不选用特材。

▲醋酸装置中的设备材质表

 
以上内容参考资料
1. 毛念林 《醋酸工业中使用的特殊材料》
2. 张新庄 杨天华 《煤制 甲醇联产醋酸关键工艺技术选择分析》
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