甲醇重整制氢设备的核心挑战在于应对高温、一定压力、以及具有腐蚀性的复杂化学环境,其金属材料的选择至关重要,直接关系到设备寿命、安全性和制氢效率。总的来说,设备的不同部位因工作环境和温度不同,会采用不同的金属材料。以下是主要的材料类别和应用部位。
一、 核心材料:高温耐蚀合金
这是整个设备中要求最高、最关键的材料,主要用于重整反应室和高温换热器等核心高温部件。
1、 奥氏体不锈钢
代表牌号:304/316/316L(316L因含钼(Mo),耐点蚀和缝隙腐蚀能力比304更好,是更常用的选择。)
应用部位:预处理单元、低温换热器、管路、储罐等温度相对较低(通常<400-500℃) 且接触甲醇/水溶液的部位。
2、 铁素体不锈钢
展开剩余75%代表牌号:430/444
应用部位:设备外壳、支撑结构等非直接接触反应介质或接触腐蚀性较弱环境的部件。
特点:不含镍,成本低,但耐腐蚀性和高温强度通常不如奥氏体不锈钢。
3、 镍基合金
这是重整反应室和高温 shift 转换器等核心高温区域(600-900℃) 的首选材料。
代表牌号:
Inconel 600:早期常用,具有良好的高温强度和耐氧化性。
Inconel 601:比600具有更好的抗氧化和抗渗碳能力,更适用于重整环境。
Inconel 625:含有钼和铌,具有极佳的抗氯离子点蚀和缝隙腐蚀能力,如果原料或环境中可能存在微量氯杂质,这是非常好的选择。同时具有优异的高温强度。
Hastelloy X:另一种优异的镍基合金,具有出色的高温强度和抗氧化性。
特点:价格昂贵,但提供了无与伦比的高温强度、抗蠕变性、耐氧化和渗碳性能。是保证反应器在苛刻环境下长期稳定运行的关键。
二、 其他重要材料
1、 铜及铜合金
应用部位:主要用于低温催化燃烧器或PROX(优先氧化) 脱除少量CO的环节。因为铜是这些反应的良好催化剂载体或组件。
注意:铜的熔点较低,绝对不能用于高温部位。
2、 铝合金
应用部位:主要用于设备的外部保温层外壳、控制系统箱体等非承压、非高温的结构件。
特点:轻质、美观、成本低。
三、 材料选择的考量因素总结
选择哪种材料取决于以下几个关键因素:
1、温度:是首要因素,300℃以下多用不锈钢;600℃以上必须使用镍基合金。
2、介质腐蚀性:
高温氧化:所有材料都需要考虑。
渗碳:甲醇、CO在高温下会分解出碳,渗透到金属内部,导致金属脆化(粉化)。镍基合金抗渗碳能力远强于不锈钢。
氯离子应力腐蚀开裂:如果水或甲醇中可能含有微量氯离子,316L或更高级别的合金(如625)是必要的。
3、 压力:承压部件需要材料具有良好的机械强度和蠕变抗力。
4、 催化剂的兼容性:材料不能含有会对催化剂造成毒化(如某些金属离子)的成分。
5、 成本:在满足性能要求的前提下,平衡初始投资和长期维护成本。
总的来说,对于商业化的甲醇重整制氢设备,不锈钢316L和镍基合金(如Inconel 600系列) 是应用最广泛的金属材料。其中,镍基合金因其卓越的全面性能,是高温核心反应区不可替代的选择。具体选材需要设备制造商根据其工艺设计、催化剂特性及成本控制进行精确的计算和选择。
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