本文關鍵詞：黃磷尾氣對燃氣設備高溫腐蝕行為及燃燒特性研究

  更多相關文章： 黃磷尾氣 資源化利用 磷腐蝕露點 磷硫協(xié)同腐蝕 燃燒特性

【摘要】：黃磷尾氣是高熱值、但雜質含量復雜的工業(yè)尾氣,由于有磷、硫等雜質的存在,尾氣利用過程中,短時間內使設備嚴重腐蝕而失效,利用率不足50%,其余是火炬燃燒后排入大氣,既浪費了有價、寶貴的CO資源,又污染了大氣環(huán)境,資源高消耗、環(huán)境嚴重污染制約了黃磷行業(yè)的健康發(fā)展。有效利用黃磷尾氣,是磷化工多年來國內外的研究熱點。黃磷尾氣雜質及含量、燃燒利用過程形成的燃燒產(chǎn)物、腐蝕產(chǎn)物演化過程、腐蝕類型、燃燒特性,是決定黃磷尾氣有效利用的關鍵因素。本論文通過測定黃磷原料、爐氣以及尾氣成份,進行了定性、定量分析,獲得了真實有效的數(shù)據(jù),開展了黃磷尾氣燃燒現(xiàn)場腐蝕研究和模擬實驗腐蝕研究,同時對磷單組分腐蝕、磷-硫共存腐蝕環(huán)境下,不同材料的腐蝕產(chǎn)物組織結構和形貌進行了鑒定和分析,揭示了其腐蝕機理；提出了磷的腐蝕露點概念,研究了尾氣混合氣COx-POx-NOx-H2O的腐蝕露點,驗證了PH3是加速黃磷尾氣燃氣對設備的腐蝕設想；采用傳統(tǒng)燃氣燃燒理論,開展了燃燒特性研究,提出了黃磷尾氣混合體系平均質量、平均動力粘度、平均理論燃燒溫度等指標,為對黃磷尾氣的資源化利用提供了科學的理論依據(jù)。論文揭示了黃磷尾氣燃氣最新成果,歸納總結正確。1、采用傳統(tǒng)腐蝕機理理論研究——電化學方法與實際燒蝕部件鑒定、分析方法相結合,開展了黃磷尾氣資源化利用過程中燃氣對設備腐蝕行為研究。在本課題組發(fā)明的系列腐蝕研究專利裝置中,研究不同材料的樣件,在磷酸腐蝕、硫酸-硫酸協(xié)同腐蝕環(huán)境下的腐蝕產(chǎn)物的形成機制；通過XRD、XPS、SEM等腐蝕產(chǎn)物形貌和組織結構鑒定、分析,揭示了黃磷尾氣燃氣腐蝕類型是電化學腐蝕、晶界腐蝕、露點腐蝕、高溫腐蝕、硫化物應力開裂(SSC)、連多硫酸晶間腐蝕共存。腐蝕動力學研究表明：(1)在磷酸環(huán)境COx-POx-NOx-H2O下,材料年腐蝕速率為：Q245R16MnR304316L；低溫耐磷酸腐蝕性能：16MnRQ245R;高溫耐磷酸腐蝕性能：316L30416MnRQ245R。(2)在磷酸-硫酸共存環(huán)境COx-POx-SO-NOx-H2O下,材料腐蝕速率為：16MnRQ245R304316L合金；高溫耐磷酸-硫酸腐蝕性能：合金316L30416MnRQ245R。2、采用腐蝕動力學和腐蝕熱力學研究,結合新的理論計算方法,提出了磷的露點腐蝕概念。通過測定、分析不同材料在不同低溫下的腐蝕極化曲線(Polarizationalcuvers)、塔菲爾曲線(Tafel cuvers)、腐蝕交流阻抗(AC impedance corroded),分析磷環(huán)境下及磷-硫共存環(huán)境下腐蝕動力學曲線,運用Gibbs相律,推導黃磷尾氣多成分混合氣COx-POx-NOx-H2O體系磷酸露點計算式,通過現(xiàn)場腐蝕研究和實驗模擬腐蝕研究,獲得了磷環(huán)境下的低溫腐蝕露點、高溫磷腐蝕露點、高溫磷-硫共存腐蝕露點,驗證了PH3加速了燃氣對設備的腐蝕的設想。(1)在磷酸環(huán)境POx-NOx-COx-H2O尾氣體系,Q245R、304、316L、合金,高溫磷酸的露點溫度均為300℃-350℃；16MnR高溫腐蝕露點為700℃。(2)在磷-硫共存環(huán)境POx-SOx-NOx-COx-H2O尾氣混合體系中,Q245R、304、316L、合金,露點腐蝕溫度為300℃-350℃。黃磷尾氣混合體系CO-H2-CH4-H2S-PH3-COS-SC2-P4的腐蝕露點,與理論計算溫度為358.25℃相符,表明PH3加速了燃氣對設備的腐蝕。3、采用理論計算與實際檢測相結合研究方法,開展了黃磷尾氣燃氣燃燒特性研究。在本課題組發(fā)明的專利裝置中,利用Tanford擴散理論、ESCMO湍流燃燒等理論,測定實際黃磷尾氣燃燒的溫度、不同空氣過剩系數(shù)下的燃燒溫度場分布,研究火焰的輻射特性,獲得了黃磷尾氣燃氣燃燒時的溫度場、流場分布。結合采用熱力學軟件Factsage6.1,計算CO-H2-CH4-H2S-PH3-COS-SC2-P4體系下,不同溫度的熵變、焓變、比熱吉布斯自由能變、平衡常數(shù)等。采用傳統(tǒng)燃氣燃燒理論,提出了黃磷尾氣混合體系CO-H2-CH4-H2S-PH3-COS-SC2-P4平均質量為28.48806667 g/mol,平均動力粘度為1.68232E-05(Pa.s),著火點為100℃,平均理論燃燒溫度為2017.267℃,平均燃燒特征系數(shù)β=0.283646933；最佳空氣過剩系數(shù)α：凈化前α=1.2-1.4,凈化后α=1.3,理論計算α=1.02等,為黃磷尾氣燃氣利用提出了理論依據(jù)。4、結合以上研究成果,成功開發(fā)了系列黃磷尾氣燃氣鍋爐,實現(xiàn)了黃磷企業(yè)幾十年一直要做而未能做的黃磷尾氣燃氣鍋爐產(chǎn)業(yè)化應用。
【關鍵詞】：黃磷尾氣 資源化利用 磷腐蝕露點 磷硫協(xié)同腐蝕 燃燒特性
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X78
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-14
• 第1章 緒論14-42
• 1.1 黃磷尾氣的產(chǎn)生14-17
• 1.2 國內外黃磷尾氣的利用、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢17-19
• 1.3 國內外腐蝕研究現(xiàn)狀19-32
• 1.3.1 腐蝕學科的發(fā)展20
• 1.3.2 磷腐蝕20-21
• 1.3.3 硫和CO_2腐蝕21-24
• 1.3.4 露點腐蝕24-29
• 1.3.5 高溫腐蝕29-30
• 1.3.6 腐蝕熱力學30-32
• 1.4 國內外含CO燃料技術研究現(xiàn)狀32-34
• 1.5 研究方向的提出34
• 1.6 研究內容34-35
• 1.7 技術路線35-37
• 1.7.1 黃磷尾氣燃氣腐蝕研究35-37
• 1.7.2 黃磷尾氣燃氣燃燒特性研究37
• 1.8 論文工作的主要成果、創(chuàng)新點37-42
• 1.8.1 論文工作的主要成果37-40
• 1.8.2 創(chuàng)新點40-42
• 第2章 試驗與分析方法42-57
• 2.1 試驗方法及標準42
• 2.1.1 腐蝕研究試驗方法及標準42
• 2.1.2 煙氣成分測定標準42
• 2.2 實驗材料42-46
• 2.3 實驗設備46-48
• 2.4 實驗樣品制備48-50
• 2.5 研究方法50-57
• 2.5.1 尾氣及雜質成分、含量測定50
• 2.5.2 腐蝕研究50-53
• 2.5.3 黃磷尾氣燃氣燃燒特性研究53-54
• 2.5.4 防止或減緩磷對材料腐蝕的方法研究54
• 2.5.5 檢測方法54-57
• 第3章 實際黃磷尾氣燒蝕部件的腐蝕產(chǎn)物組織特征57-109
• 3.1 黃磷尾氣生產(chǎn)工藝57-58
• 3.1 黃磷尾氣成分58-67
• 3.1.1 黃磷生產(chǎn)原料成分測定58-61
• 3.1.2 實際黃磷尾氣成分及煙氣成分測定61-67
• 3.2 實際黃磷尾氣燃氣燒蝕構件的腐蝕顯微特征67-82
• 3.2.1 實際黃磷尾氣燃氣燒蝕構件的垢渣和結晶體71-81
• 3.2.2 實際黃磷尾氣燃氣設備現(xiàn)場燒蝕金屬構件81-82
• 3.3 實際黃磷尾氣燃氣掛件腐蝕研究82-103
• 3.3.1 研究掛件82-85
• 3.3.2 送檢樣品85-86
• 3.3.3 實際黃磷尾氣燃燒腐蝕掛件腐蝕產(chǎn)物XRD、SEM、EDS86-103
• 3.4 實際黃磷尾氣燃氣燒蝕構件腐蝕機理分析103-107
• 3.5 本章小結107-109
• 第4章 黃磷尾氣腐蝕動力學109-162
• 4.1 試樣的變化111-115
• 4.1.1 單組分磷酸腐蝕111-112
• 4.1.2 磷酸-硫酸共存環(huán)境下的腐蝕112-115
• 4.2 單組份磷酸環(huán)境115-144
• 4.2.1 研究條件115-117
• 4.2.2 Q245R117-128
• 4.2.3 304不銹鋼128-135
• 4.2.4 316L不銹鋼135-137
• 4.2.5 16MnR137-142
• 4.2.6 低溫腐蝕研究分析142-143
• 4.2.7 磷腐蝕結論143-144
• 4.3 磷酸-硫酸共存環(huán)境144-160
• 4.3.1 研究條件144-145
• 4.3.2 Q245R145-147
• 4.3.3 304不銹鋼147-149
• 4.3.4 316L不銹鋼149-151
• 4.3.5 合金151-153
• 4.3.6 不同材料腐蝕動力學及腐蝕速率對比153-155
• 4.3.7 年腐蝕速率155
• 4.3.8 腐蝕動力學趨勢方程155-156
• 4.3.9 腐蝕速率趨勢方程156-157
• 4.3.10 磷-硫共存環(huán)境腐蝕研究分析157-160
• 4.5 本章小結160-162
• 第5章 磷及磷-硫環(huán)境下腐蝕產(chǎn)物形貌及組織結構162-217
• 5.1 磷單組份環(huán)境下腐蝕組織結構162-177
• 5.1.1 磷酸浸泡研究162-167
• 5.1.2 含磷環(huán)境下高溫腐蝕研究167-177
• 5.2 含磷-硫共同環(huán)境下高溫協(xié)同腐蝕研究177-207
• 5.2.1 不同材料試樣XRD及產(chǎn)物分析177-193
• 5.2.2 不同材料試樣SEM、EDS及產(chǎn)物分析193-207
• 5.3 磷及磷-硫環(huán)境下腐蝕機理分析207-215
• 5.3.1 磷酸環(huán)境下高溫腐蝕208-209
• 5.3.2 含磷酸-硫酸環(huán)境下高溫腐蝕209-215
• 5.4 本章小結215-217
• 第6章 黃磷尾氣混合體系高溫煙氣腐蝕露點217-231
• 6.1 黃磷尾氣體系混合尾氣露點計算式217-220
• 6.1.1 黃磷尾氣多成分混合氣體系磷酸露點計算化學反應式217-218
• 6.1.2 混合氣COx-POx-NOx-H2O體系露點溫度的熱力學推導218-220
• 6.2 低溫露點研究220-228
• 6.2.1 腐蝕極化曲線和塔菲爾曲線220-222
• 6.2.2 腐蝕交流阻抗圖222-226
• 6.2.3 分析與討論226-228
• 6.3 高溫煙氣露點分析228-230
• 6.3.1 磷高溫環(huán)境氣氛下露點分析228-229
• 6.3.2 磷-硫共存環(huán)境氣氛下露點分析229-230
• 6.4 本章小結230-231
• 第7章 黃磷尾氣混合體系燃燒特性研究231-269
• 7.1 混合體系CO-H_2-CH_4-H_2S-PH_3-COS-SC_2-P_4燃燒熱力學計算233-251
• 7.1.1 熵、焓、吉布斯自由能、比熱233-243
• 7.1.2 質量、密度、低熱值243-246
• 7.1.3 動力粘度、理論空氣需要量、理論煙氣量246-248
• 7.1.4 理論燃燒溫度、空氣過剩系數(shù)、燃燒特征系數(shù)248-251
• 7.2 實際黃磷尾氣燃燒特性251-267
• 7.2.1 溫度測定251-252
• 7.2.2 燃燒火焰252-257
• 7.2.3 燃燒溫度場分布257-266
• 7.2.4 燃燒后煙氣處理266-267
• 7.3 本章小結267-269
• 第八章 研究結果應用269-273
• 8.1 黃磷尾氣燃氣鍋爐研制269-272
• 8.2 本章小結272-273
• 第九章 結論和展望273-275
• 9.1 結論273-274
• 9.2 展望274-275
• 致謝275-276
• 參考文獻276-282
• 在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果282-286
• 獲獎282-283
• 發(fā)表的學術論文283-284
• 授權和申請的專利284-285
• 主持和參與的科研項目285-286
• 培養(yǎng)的學生286

【參考文獻】

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本文編號：739831