DD155140A5 - METHOD FOR HIGH-TEMPERATURE TREATMENT OF CARBON-CONTAINING MATERIALS - Google Patents

METHOD FOR HIGH-TEMPERATURE TREATMENT OF CARBON-CONTAINING MATERIALS Download PDF

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DD155140A5
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Keizo Konoki
Takanobu Shinohara
Keiichi Shibata
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Toyo Engineering Corp
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Abstract

Behandlung eines kohlenwasserstoffhaltigen Materials bei Temperaturen von 500 Grad C oder hoeher in einer Anlage, die aus einem nickelhaltigen waermebestaendigen Stahl hergestellt ist, wobei die Oberflaechen der Anlage, die dem kohlenwasserstoffhaltigen Material ausgesetzt sind, mit einem Material, das aus nickelfreien Metallen, nickelfreien Legierungen, nickelfreien Oxyden oder Nitriden und Siliziumkarbiden ausgewaehlt ist, beschichtet oder abgedeckt werden, wodurch die Ablagerung von Kohlenstoff auf diesen Oberflaechen verhindert wird.Treating a hydrocarbonaceous material at temperatures of 500 degrees C or higher in a plant made of a nickel-containing refractory steel, the surfaces of the plant exposed to the hydrocarbonaceous material comprising a material made of nickel-free metals, nickel-free alloys, nickel-free oxides or nitrides and silicon carbides is selected, coated or covered, whereby the deposition of carbon on these surfaces is prevented.

Description

2 2 6 0 2 7 -2 2 6 0 2 7 -

Beanspruchte Priorität: 13.Dezember 1979, Japan,Claimed priority: December 13, 1979, Japan,

Patentanmeldung No. 160810/197 9Patent application no. 160810/197 9

Anmelder : TOYO ENGINEERING CORPORATIONApplicant: TOYO ENGINEERING CORPORATION

No. 2-5, Kasumigaseki 3-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, JapanNo. 2-5, Kasumigaseki 3-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

-.^ Verfahren zur-. ^ Procedure for

Hochtemperaturbehandlung von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien.High temperature treatment of hydrocarbonaceous materials.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Verfahren, bei dem ein Kohlenwasserstoff, eine Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und Dampf und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas oder eine Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und wenigstens einem aus Wasserstoff, Kohlenmonoxy.d und Kohlendioxyd ausgewählten Glied einer chemischen Reaktion wie z.B. dem thermischen Cracken, dem Dampfreformieren, partieller Oxidation usw: oder anderen Hochtemperaturbehandlungen unterworfen wird. Derartige Materialien, die behandelt werden sollen, yerden im folgenden einfach als kohlenwasserstoffhaltige Materialien bezeichnet.The invention relates to improvements in a process in which a hydrocarbon, a mixture of a hydrocarbon and steam and / or an oxygen-containing gas or a mixture of a hydrocarbon and at least one selected from hydrogen, Kohlenmonoxy.d and carbon dioxide member of a chemical reaction such. thermal cracking, steam reforming, partial oxidation, etc .: or other high temperature treatments. Such materials to be treated are referred to simply as hydrocarbonaceous materials hereinafter.

22 6 02722 6 027

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Heutzutage werden Äthylen, Wasserstoff oder eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoffoxyden im großen Maßstab erzeugt, indem ein kohlenwasserstoffhaltiges Material dem thermischen Cracken, Dampfreformieren und/oder teilweiserOxidation bei hoher Temperatur und hohem Druck in Anwesenheit oder in Abwesenheit eines Katalysators unterworfen wird. Während derartiger chemischer Reaktionen und vor oder nach diesen wird das zu behandelnde kohlenwasserstoffhaltige Material hoher Temperatur ausgesetzt. Dabei unterliegt seine Kohlenwasserstoff komponente thermischer Zersetzung, die zu einer Ablagerung von festem Kohlenstoff führt. Da dieser feste Kohlenstoff dazu neigt, sich auf den Oberflächen des Reaktors und anderer Anlagen anzusammeln, die dem heißen Gas ausgesetzt sind, ist es notwendig, das Produktionssystem abzuschalten und den abgelagerten festen Kohlenstoff zu entfernen, damit seine Ansammlung verringert wird.Today, ethylene, hydrogen or a mixture of hydrogen and carbon oxides are produced on a large scale by subjecting a hydrocarbonaceous material to thermal cracking, steam reforming and / or partial high temperature, high pressure oxidation in the presence or absence of a catalyst. During and after such chemical reactions, the hydrocarbonaceous material to be treated is exposed to high temperature. In this case, its hydrocarbon component undergoes thermal decomposition, which leads to deposition of solid carbon. Since this solid carbon tends to accumulate on the surfaces of the reactor and other equipment exposed to the hot gas, it is necessary to shut down the production system and remove the deposited solid carbon in order to reduce its accumulation.

In den meisten Fällen werden als Baumaterial für die Anlage, in der kohlenwasserstoffhaltiges Material bei hoher Temperatur verarbeitet wird, nickelhaltige Stähle verwendet, die selbst unter derartigen Hochtemperaturbedingungen ausreichende Festigkeit beibehalten. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden, daß die oben beschriebene Ablagerung von festem Kohlenstoff durch die katalytische Wirkung des in diesen Stählen enthaltenen Nickels beschleunigt wird.In most cases, as a building material for the plant in which hydrocarbonaceous material is processed at a high temperature, nickel-containing steels which maintain sufficient strength even under such high-temperature conditions are used. The inventors of the present invention found that the solid carbon deposit described above is accelerated by the catalytic action of the nickel contained in these steels.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verarbeiten eines kohlenwasserstoffhaltigen Materials bei hoher Temperatur zu schaffen, bei dem keine Kohlenstoffablagerung bis zu einem merklichen Grad verursacht wird.It is an object of the invention to provide a process for processing a hydrocarbonaceous material at high temperature which does not cause carbon deposition to a significant degree.

Es ist" auch Aufgabe der Erfindung, · ein Verfahren für die Hochtemperaturbehandlung eines kohlenwasserstoffhaltigen Materi-It is also an object of the invention to provide a process for the high-temperature treatment of a hydrocarbonaceous material.

- · 3 - 22 6 02 7- · 3 - 22 6 02 7

als zu schaffen, bei dem verhindert wird, daß die aus einem nickelhaltigen metallischen Material hergestellte Anlage, die zum Verarbeiten des kohlenwasserstoff haltigen Materials bei hoher Temperatur verwendet wird, aufgrund des Auftretens von Aufkohlung brüchig wird.as to prevent the equipment made of a nickel-containing metallic material used for processing the hydrocarbonaceous material at high temperature from being rendered brittle due to the occurrence of carburization.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Diese Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch Schaffung eines Verfahrens zum Behandeln eines kohlenwasserstoffhaltigen Materials bei Temperaturen von 50O0C oder mehr in einer aus einem nickelhaltigen wärmebeständigen Stahl hergestellten Vorrichtung, wobei das kohlenwasserstoffhaltige Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kohlenwasserstoff, einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und wenigstens einem aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas ausgewählten Glied und einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und wenigstens einem aus Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Olefinen ausgewählten Glied besteht, mit der Verbesserung gelöst, daß es das Bedekken der Oberflächen der Anlage, die dem kohlenwasserstoffhaltigen Material ausgesetzt sind,·mitThese objects of the present invention are achieved by providing a method of treating a hydrocarbon-containing material at temperatures of 50O 0 C or more in a made of a nickel-containing heat-resistant steel apparatus, wherein the hydrocarbon-containing material of the group is selected from a hydrocarbon, a mixture consists of a hydrocarbon and at least one member selected from the group consisting of steam and an oxygen-containing gas and a mixture of a hydrocarbon and at least one member selected from hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and olefins, with the proviso that it makes it possible to treat the surfaces of the equipment are exposed to the hydrocarbonaceous material, with

(a) einem Glied, das aus Titan, Kobalt, Chrom, Eisen und Legierungen derselben ausgewählt ist,(a) a member selected from titanium, cobalt, chromium, iron and alloys thereof,

(b) einem Glied, das aus Titan, Kobalt, Chrom, Eisen und Legierungen derselben, die Aluminium oder Aluminium und Silizium enthalten, ausgewählt ist,(b) a member selected from titanium, cobalt, chromium, iron and alloys thereof containing aluminum or aluminum and silicon,

(c).einem Stahl, der kein Nickel enthält,(c) a steel containing no nickel,

(d) einem legierten Stahl, der Aluminium oder Aluminium und Silizium und kein Nickel enthält,(d) an alloyed steel containing aluminum or aluminum and silicon and no nickel,

(e) einem Glied, das aus Legierungen von Titan und Niob und Legierungen von Kupfer und Chrom ausgewählt ist, oder(e) a member selected from alloys of titanium and niobium and alloys of copper and chromium, or

(f) einem Glied, das aus Aluminiumoxyd, Titandioxyd, Siliziumoxyd, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid und Chromöxyd ausgewählt ist, umfaßt.(f) a member selected from alumina, titania, silica, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride and chromium oxide.

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Ausführungsbeispielembodiment

Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung kann irgendeines der Beschxchtungsmaterialien, die zu den vorstehend angegebenen Kategorien (a) bis (f) gehören, verwendetAny of the coating materials belonging to the above-mentioned categories (a) to (f) may be used in the practice of the present invention

oder abzudecken werden, um die Oberflächen der Anlage zu beschichten/ die dem zu behandelnden kohlenwasserstoffhaltigen Material ausgesetzt sind. Diese Beschichtungsmaterialxen v/erden im folgenden näher erläutert.or to cover the surfaces of the plant / which are exposed to the hydrocarbonaceous material to be treated. These coating materials are explained in greater detail below.

Unter den metallischen Materialien, die zu der Kategorie (a)' gehören, sind typische Beispiele für die Legierungen von Eisen und Chrom eine Eisen-Chrom-Legierung, die 17 bis 19 Gew.-% Chrom und 0,3 Gew.-I Kohlenstoff enthält, und eine Eisen-Chrom-Legierung, die 2 6 bis 28 Gew.-% Chrom und Qr1 Gew.-% Kohlenstoff enthält.Among the metallic materials belonging to category (a) ', typical examples of the alloys of iron and chromium are an iron-chromium alloy containing 17 to 19% by weight of chromium and 0.3% by weight of carbon contains, and an iron-chromium alloy containing 2 6 to 28 wt .-% chromium and Q r 1 wt .-% carbon.

Typische Beispiele für die Legierungen, die zu der Kategorie (b) gehören, sind eine Titan-Aluminium-Legierung, die 6 Gew»-% Al enthält, und eine Ti-Al-Zr-V-Legierung, die 6 Gew.-% Aluminium, 4 Gew.-% Zirkon und 1 Gew.-% Vanadium enthält.Typical examples of the alloys belonging to the category (b) are a titanium-aluminum alloy containing 6% by weight of Al and a Ti-Al-Zr-V alloy containing 6% by weight. Aluminum, 4 wt .-% zirconium and 1 wt .-% vanadium.

Ein typisches Beispiel für die Legierungen, die zu der Kategorie (d) gehören, ist eine Fe-Cr-Al-Si-Legierung, die 23 Gew.-% Chrom, 1,5 Gew.-% Aluminium und 1,5 Gew.-% Silizium enthält.A typical example of the alloys belonging to category (d) is an Fe-Cr-Al-Si alloy containing 23% by weight chromium, 1.5% by weight aluminum and 1.5% by weight. - contains% silicon.

Die Legierungen von Titan und Niob, die zu der Kategorie (e) gehören, können aus 91 bis 99 Gew.-%- Titan, 1 bis 3 Gew.-% Niob und 0 bis 2 Gew.-% jeweils von anderen Bestandteilen wie Zirkon, Aluminium und Tantal bestehen. Die Legierungen von Kupfer und Chrom, die zu der Kategorie (e) gehören, können aus 95 bis 99 Gew.-% Kupfer, 1 bis 3 Gew.-% Chrom und 0 bis 2 Gew.-% anderen Bestandteilen wie beispielsweise Beryllium bestehen.The alloys of titanium and niobium belonging to category (e) may consist of 91 to 99% by weight of titanium, 1 to 3% by weight of niobium and 0 to 2% by weight of other components such as zirconium , Aluminum and tantalum exist. The alloys of copper and chromium belonging to category (e) may consist of 95 to 99% by weight of copper, 1 to 3% by weight of chromium and 0 to 2% by weight of other constituents such as beryllium.

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Dem Verfahren, durch das die Oberflächen der Anlage, die dem kohlenwasserstoffhaltigen Material ausgesetzt sind, mit einem metallischen Material, das zu einer der vorstehend aufgezählten Kategorien (a) bis (e) gehört ,beschichtet oder bedeckt werden, wird keine spezielle Beschränkung auferlegt. Diese Beschichtung wird jedoch üblicherweise durch das sogenannte Gießverfahren, bei dem eine Schmelze aus dem metallischen Material über die zu bedeckenden Oberflächen aus dem Baumaterial gegossen wird, das vorher zu Rohren, Platten oder anderen Formkörpern ausgeformt worden ist; dur.ch das Verfahren, bei dem ein Mittel zur Erzeugung hoher Temperaturen wie ein Acetylenbrenner, ein elektrischer Bogen usw. verwendet wird, um zu bewirken, daß eine Schmelze aus dem metallischen Material an den zu bedeckenden Oberflächen des Baumaterials haften bleibt; durch das Verfahren, bei dem eine Schmelze , aus dem metallischen Material auf die zu bedeckenden Oberflächen aus dem Baumaterial gesprüht v/ird und auf ihnen abgelagert wird, wie beispielsweise durch das Flammsprühverfahren oder das Plasmastrahlverfahren; durch das chemische Dampfablagerungsverfahren , bei dem ein Dampf aus einer metallischen Verbindung mit den zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial in Kontakt gebracht und einer chemischen Reaktion unterworfen wird, um das Metall darauf abzulagern; durch das physikalische Dampfablagerungsverfahren, bei dem ein Dampf aus einem Metall oder seiner Verbindung in einem Hochvakuum ionisiert v/ird und den entstehenden Ionen in einem elektrischen Feld kinetische Energie verliehen wird und diese Ionen dann in einen Plasmaraum oder einen anderen Raum eingeführt werden, wo sie direkt auf den zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial niedergeschlagen werden oder einer chemischen Reaktion unterworfen werden, um das Metall auf den Oberflächen abzulagern; oder durchThe method by which the surfaces of the equipment exposed to the hydrocarbonaceous material are coated or covered with a metallic material belonging to any one of the above enumerated categories (a) to (e) is not particularly limited. However, this coating is usually by the so-called casting process, in which a melt of the metallic material is poured over the surfaces to be covered from the building material, which has been previously formed into tubes, plates or other moldings; dur.ch the method in which a means for generating high temperatures such as an acetylene burner, an electric arc, etc. is used to cause a melt of the metallic material to adhere to the surfaces of the building material to be covered; by the method of spraying a melt of the metallic material onto the surfaces to be covered from the building material and depositing them thereon, such as by the flame spraying method or the plasma jet method; by the chemical vapor deposition method, wherein a vapor of a metallic compound is brought into contact with the surfaces to be coated from the building material and subjected to a chemical reaction to deposit the metal thereon; by the physical vapor deposition method in which a vapor of a metal or its compound is ionized in a high vacuum and kinetic energy is given to the resulting ions in an electric field, and these ions are then introduced into a plasma space or other space where they are be deposited directly on the surfaces to be coated from the building material or subjected to a chemical reaction to deposit the metal on the surfaces; or by

das sogenannte Plattierungsverfahren , bei -. rthe so-called plating process, at -. r

dem Rohre, Platten oder andere Formkörper getrennt aus dem metallischen Material hergestellt und an die zu bedeckenden Oberflächen des vorher ausgeformten Baumaterials durch Anwendung von. Druck gebunden ^werden/ durchgeführt.the tubes, plates or other shaped body made separately from the metallic material and to the surfaces to be covered of the previously formed building material by application of. Pressure bound ^ be / performed.

. - 6 - 22 6 02 7, - 6 - 22 6 02 7

Wenn die Formkörper, die mit einem metallischen Material, das zu einer der vorgenannten Kategorien (a) bis (e) gehört, beschichtet sind, bei einer hohen Temperatur verwendet werden, tritt ein geringer Grad einer Zwischendiffusion oder des Mischens von Bestandteilen zwischen dem nickelhaltigen Baumaterial und dem Beschichtungsmaterial auf. Es ist daher wünschenswert, daß das Beschichtungsmaterial eine Dicke von nicht weniger als 100 pm aufweist, damit es langzeitigen Gebrauch aushält. Das entstehende geformte und beschichtete Baumaterial kann weiterhin dem Biegen, der RohraufWeitung, dem Schweißen und anderen Verarbeitungen unterworfen werden, um eine Anlage oder Teile davon mit gewünschten Formen herzustellen. Wenn das Baumaterial jedoch in Form von Gußstükken vorliegt, ist es wünschenswert, das beschichtete Baumaterial nicht mehr dem Biegen, der RohraufWeitung oder anderer Verarbeitungsverfahren zu unterwerfen.When the molded articles coated with a metallic material belonging to any one of the aforementioned categories (a) to (e) are used at a high temperature, a small degree of inter-diffusion or mixing of components occurs between the nickel-containing building material and the coating material. It is therefore desirable that the coating material have a thickness of not less than 100 μm to endure long-term use. The resulting molded and coated building material may further be subjected to bending, pipe working, welding, and other processing to produce equipment or parts thereof having desired shapes. However, when the building material is in the form of castings, it is desirable to stop subjecting the coated building material to bending, pipe widening or other processing techniques.

Das Verfahren zum Beschichten des Baumaterials mit einem nicht-metallischen Material, das zu der vorher genannten Kategorie (f) gehört, hängt von der Art des nicht-metallischen Materials ab.The method for coating the building material with a non-metallic material belonging to the aforementioned category (f) depends on the kind of the non-metallic material.

(A) Wenn das nicht-metallische Material ein Oxyd ist, kann die Beschichtung durch das sogenannte Sprühverfahren durchgeführt werden, bei dem das Oxyd geschmolzen wird und auf die zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial z.B. im Flammsprühverfahren oder im Plasmastrahlverfahren aufgesprüht wird; oder die Beschichtung wird durch das sogenannte Backverfahren durchgeführt, bei dem eine Suspension aus dem Oxyd auf die zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial aufgebracht wird und dann bei hoher Temperatur gebacken wird. Im letzteren Falle ist es jedoch wünschenswert, das Oxyd in Kombination mit einer Mischung auszuheizen, die aus variierenden Anteilen von Oxyden besteht, die aus Siliziumoxyd; Aluminiumoxyd, Boroxyd, Kalziumoxyd, Zinkoxyd, Bariumoxyd, Zirkonoxyd und dergleichen ausgewählt sind, und zwar zu dem Zweck, die Schmelztemperatur des Oxyds auf einen Wert(A) When the non-metallic material is an oxide, the coating may be carried out by the so-called spraying method in which the oxide is melted and coated on the surfaces to be coated from the building material e.g. sprayed by flame spraying or plasma jet method; or the coating is carried out by the so-called baking method, in which a suspension of the oxide is applied to the surfaces to be coated from the building material and then baked at a high temperature. In the latter case, however, it is desirable to heat the oxide in combination with a mixture consisting of varying proportions of oxides of silicon oxide; Alumina, boric oxide, calcium oxide, zinc oxide, barium oxide, zirconia and the like are selected for the purpose of lowering the melting temperature of the oxide to a value

- 7 - 22 6 02 7- 7 - 22 6 02 7

zu reduzieren, der niedriger als der des Baumaterials 1st, und dadurch Schmelzen oder Veränderung des Baumaterials zu verhindern. Trotzdem ist die Temperatur, bei der das durch dieses Backverfahren erhaltene beschichtete Baumaterial verwendet werden kann, auf die Schmelztemperatur der Abdekkungsschicht begrenzt.Lower, which is lower than that of the building material 1st, and thereby prevent melting or alteration of the building material. Nevertheless, the temperature at which the coated building material obtained by this baking process can be used is limited to the melting temperature of the covering layer.

(B) Wenn das nicht-metallische Material Siliziumkarbid, Siliziumnitrid oder Bornitrid ist, kann das Beschichten durch ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem eine Schmelze oder eine Lösung von einer Verbindung, die SiIizium-an-Kohlenstoff-, Stickstoff-an-Bor- oder Stickstoffan-Silizium-Bindungen enthält, auf die zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial aufgebracht wird und' dann einer chemischen Reaktion in Luft oder in einem inerten Gas bei hoher Temperatur unterworfen wird, um die gewünschte Verbindung darauf abzulagern; oder sie kann durch das oben beschriebene Sprühverfahren, bei dem ein Pulver oder ein Stab aus Siliziumkarbid, Bornitrid oder Siliziumnitrid geschmolzen wird und auf die zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial nach dem Plasmastrahlverfahren gesprüht wird, oder durch das oben beschriebene chemische Dampfablagerungsverfahren oder durch das oben beschriebene physikalische Dampfablagerungsverfahren durchgeführt werden.(B) When the non-metallic material is silicon carbide, silicon nitride or boron nitride, the coating may be carried out by a method in which a melt or a solution of a compound that is silicon-on-carbon, nitrogen-on-boron or nitrogen-on-silicon bonds is applied to the surfaces to be coated from the building material and 'then subjected to a chemical reaction in air or in an inert gas at high temperature to deposit the desired compound thereon; or it may be melted by the above-described spraying method in which a powder or a rod of silicon carbide, boron nitride or silicon nitride is sprayed onto the surfaces to be coated from the building material by the plasma jet method or by the above-described chemical vapor deposition method or by the above described physical vapor deposition method can be performed.

Wenn die zu beschichtenden Oberflächen aus dem Baumaterial entsprechend der Kategorie (f) beschichtet werden, kann das Baumaterial in Form von Rohren, Platten oder beliebiger anderer Formkörper wie in dem Fall der metallischen Materialien, die zu den vorstehend angegebenen Kategorien (a) bis (e) gehören, vorliegen. Wenn solch ein nicht-metallisches Material verwendet wird, ist eine Abdeckschicht mit einer Dicke von nicht weniger als 10 pm erforderlich. Vorteilhafterweise ist jedoch die Dicke der Abdeckschicht nicht größer als 1 Millimeter. Der Grund ist, ,wenn nämlich eine Anlage mit einer übermäßig dicken Abdeckschicht einem Erhitzungsverfahrensschritt oder dergleichen unterworfen wird, verrin-When the surfaces to be coated of the building material are coated according to the category (f), the building material may be in the form of pipes, plates or any other shaped articles as in the case of the metallic materials corresponding to the above-mentioned categories (a) to (e ) are present. When such a non-metallic material is used, a covering layer having a thickness of not less than 10 μm is required. Advantageously, however, the thickness of the cover layer is not greater than 1 millimeter. The reason is, namely, if a system with an excessively thick covering layer is subjected to a heating process step or the like,

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gert die Abdeckschicht nicht nur den Gesamtkoeffizient des Wärmeübergangs, um den Wärmedurchfluss hierdurch zu beeinträchtigen, sondern sie neigt auch dazu, sich aufgrund der Differenz in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Baumaterial und dem Beschichtungsmaterial abzuspalten.Not only does the covering layer have the total coefficient of heat transfer to affect the heat flow therethrough, but it also tends to split due to the difference in the thermal expansion coefficients between the building material and the coating material.

Unter den verschiedenen Formkörpern, die aus dem oben beschriebenen Baumaterial hergestellt und mit dem oben beschriebenen Beschichtungsmaterial beschichtet sind, sind insbesondere Rohre wichtig, da sie oft als Reaktoren, Wärmeaustauscher und dergleichen verwendet werden und sich daher sehr häufig die Situation ergibt, daß sie einem heißen kohlenwasserstoff haltigen Material ausgesetzt v/erden. Daher kann es in Abhängigkeit von dem Durchflußweg, auf dem ein kohlenwasserstoffhaltiges Material durch einen Reaktor oder Wärmeaustauscher strömt, häufig notwendig sein, nicht, nur eine Oberfläche des Rohres sondern beide Oberflächen des Rohres zu beschichten.Among the various moldings made of the above-described building material and coated with the above-described coating material, pipes are particularly important because they are often used as reactors, heat exchangers, and the like, and therefore very often the situation becomes hot exposed to hydrocarbonaceous material. Therefore, depending on the flow path on which a hydrocarbonaceous material passes through a reactor or heat exchanger, it may often be necessary not to coat only one surface of the tube, but both surfaces of the tube.

Es besteht keine besondere Beschränkung für den Kohlenwasserstoff, der bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung behandelt wird. Spezielle Beispiele für den Kohlenwasserstoff können von Kohlenwasserstoffen mit einer kleinen Anzahl Kohlenstoffatomen wie z.B. Methan, Äthan usw., bis zu Kohlenwasserstoffen mit einer großen Anzahl Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Schweröl, das als ein Destillat erhalten wird, indem reduziertes Rohöl der Vakuumdestillation unterworfen wird, reichen. Allgemein gesagt, besitzt der Kohlenwasserstoff, der bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung behandelt wird, ein atomares H/C-Verhältnis von 2,0 bis 4,0. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere wirksam, wenn sie auf die Behandlung des vorstehend erwähnten Schweröls angewendet wird.There is no particular limitation on the hydrocarbon that is treated in the practice of the present invention. Specific examples of the hydrocarbon may include hydrocarbons having a small number of carbon atoms, e.g. Methane, ethane, etc., to hydrocarbons having a large number of carbon atoms, such as heavy oil, which is obtained as a distillate by subjecting reduced crude to vacuum distillation. Generally speaking, the hydrocarbon treated in the practice of the present invention has an atomic H / C ratio of 2.0 to 4.0. The present invention is particularly effective when applied to the treatment of the above-mentioned heavy oil.

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Der vorstehend beschriebene Kohlenwasserstoff kann allein in Form eines Gases oder einer Flüssigkeit verwendet werden. Alternativ dazu kann er in Mischung mit Dampf und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas oder in Mischung mit Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und/oder Olefinen verwendet werden (sie können ein Produktgas darstellen, das durch Behandeln eines Kohlenwasserstoffes oder einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und Dampf und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas erhalten worden ist). Der Gehalt an Kohlenwasserstoff in solchen Mischungen liegt üblicherweise im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%.The above-described hydrocarbon may be used alone in the form of a gas or a liquid. Alternatively, it may be used in admixture with steam and / or an oxygen-containing gas or in admixture with hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and / or olefins (they may be a product gas obtained by treating a hydrocarbon or a mixture of a hydrocarbon and steam and or an oxygen-containing gas has been obtained). The content of hydrocarbon in such mixtures is usually in the range of 10 to 60 wt .-%.

Der Ausdruck "behandeln", bedeutet, wie er hier verwendet wird, nicht nur, daß ein kohlenwasserstoffhaltiges Material einer chemischen Reaktion wie beispielsweise dem thermischen Cracken, dem Dampfreformieren, partieller Oxidation usw. unterworfen wird, sondern auch, daß ein Beschickungsstrom und ein Produktstrom vor und nach dieser chemischen Reaktion bearbeitetwird.The term "treating" as used herein means not only subjecting a hydrocarbonaceous material to a chemical reaction such as thermal cracking, steam reforming, partial oxidation, etc., but also providing a feed stream and a product stream and after this chemical reaction is processed.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird das kohlenwasserstoffhaltige Material bei Temperaturen von 5000C oder mehr behandelt. Weiterhin wird, diese Behandlung vorzugsweise bei einem Druck von 6 bis 100 kg/cm G (etwa 7 bis 101 bar absolut) durchgeführt. Als Baumaterial für die Anlage zur Behandlung unter derartigen erschwerten Bedingungen werden nickelhaltige Materialien wie nickelhaltige wärmebeständige Stähle in den üblichen Fällen verwendet.In the practice of the invention, the hydrocarbonaceous material is treated at temperatures of 500 ° C. or more. Furthermore, this treatment is preferably carried out at a pressure of 6 to 100 kg / cm G (about 7 to 101 bar absolute). As the building material for the equipment for treatment under such severe conditions, nickel-containing materials such as nickel-containing heat-resistant steels are used in the usual cases.

Entsprechend einem Grundzug der vorliegenden Erfindung können, wenn ein kohlenwasserstoffhaltiges Material bei Temperaturen von 5000C oder mehr behandelt wird und wenn es insbesondere einer chemischen Reaktion wie thermischem Cracken, Dampfreformieren, partieller Oxidation usw. in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Katalysators unterworfen wird, die Ablagerung und Ansammlung von "festem Kohlenstoff auf den Oberflächen des Reaktors, der dem kohlenwasserstoffhaltigenAccording to a basic feature of the present invention, when a hydrocarbonaceous material is treated at temperatures of 500 ° C. or more, and when it is subjected to, in particular, a chemical reaction such as thermal cracking, steam reforming, partial oxidation, etc. in the presence or absence of a catalyst, the deposition can occur and accumulation of "solid carbon on the surfaces of the reactor containing the hydrocarbon

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Material ausgesetzt wird, merklich herabgesetzt werden. Wenn der abgelagerte und angesammelte feste Kohlenstoff belassen wird, wie er ist, behindert er den Durchgang eines Fluids, das den Kohlenwasserstoff enthält, und bewirkt einen Anstieg des Druckverlustes. Darüber hinaus bewirkt der abgelagerte und angesammelte feste Kohlenstoff in den Fällen, in denen es notwendig ist, die Reaktionswärme abzuführen oder zuzuführen, um die vorgenannte chemische Reaktion durchzuführen, auch einen merklichen Abfall des Gesamtwärmeübergangskoeffizienten und macht es so schwierig, den Betrieb fortzuführen. Als Gegenmaßnahme ist es daher notwendig, das große System in regelmäßigen Abständen abzuschalten oder seinen Betrieb teilweise zu unterbrechen und den abgelagerten Kohlenstoff durch irgendwelche bekannten Mittel zu entfernen. Wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann die Häufigkeit dieser Kohlenstoffentfernung auf 2/3 weniger verringert werden, als es im herkömmlichen Fall notwendig war.Material is exposed to be significantly reduced. When the settled and accumulated solid carbon is left as it is, it hinders the passage of a fluid containing the hydrocarbon and causes an increase in the pressure loss. Moreover, in cases where it is necessary to remove or supply the heat of reaction to carry out the aforesaid chemical reaction, the deposited and accumulated solid carbon also causes a marked drop in the overall heat transfer coefficient, making it difficult to continue the operation. As a countermeasure, therefore, it is necessary to periodically shut down the large system or to partially stop its operation and to remove the deposited carbon by any known means. When the present invention is applied, the frequency of this carbon removal can be reduced to 2/3 less than was necessary in the conventional case.

Ein anderer Grundzug der vorliegenden Erfindung ist, daß die Aufkohlung des nickelhaltigen Baumaterials stark herabgesetzt werden kann. Es ist gut bekannt, daß das sogenannte Aufkohlungsphänomen auftritt, wenn ein Kohlenstoffstahl oder ein legierter Stahl, der Nickel, Chrom, Eisen und dergleichen enthält, kohlenstoffhaltigen Substanzen wie Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffoxyden, usw. bei Temperaturen von 700°C oder mehr ausgesetzt wird. Das bedeutet, daß ihr Kohlenstoffbestandteil in die MikroStruktur des Stahles eindringt und eindiffundiert und dadurch seine Festigkeit bis zu solch einem Grad herabsetzt, daß der Stahl nicht länger für den Einsatzzweck geeignet ist. Es wird angenommen, daß solch eine Aufkohlung nicht nur auf das Eindringen und Diffundieren des abgelagerten Kohlenstoffes in die Mikrostruktur des Stahles zurückzuführen ist sondern auch der Anwesenheit einer gasförmigen kohlenstoffhaltigen Substanz zuzuschreiben ist. Auf diese Weise macht es die Erfindung möglich,, die Arbeitszeit oder Lebensdauer von Formteilen wieAnother feature of the present invention is that the carburization of the nickel-containing building material can be greatly reduced. It is well known that the so-called carburizing phenomenon occurs when a carbon steel or an alloy steel containing nickel, chromium, iron and the like is exposed to carbonaceous substances such as hydrocarbons, carbon oxides, etc. at temperatures of 700 ° C or more. This means that its carbon component penetrates and diffuses into the microstructure of the steel, thereby reducing its strength to such a degree that the steel is no longer suitable for the application. It is believed that such carburization is not only due to the penetration and diffusion of the deposited carbon into the microstructure of the steel but is also attributable to the presence of a gaseous carbonaceous substance. In this way, the invention makes it possible, the working time or life of molded parts such

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Reaktorrohren, Leitungen usw. zu verlängern, die sonst in Intervallen von,2 bis 3 Jahren hätten ersetzt werden müssen.Extend reactor pipes, pipes, etc., which would otherwise have to be replaced at intervals of 2 to 3 years.

Die vorliegende Erfindung entfaltet merkliche Wirkungen, wenn sie auf Teile, Formstücke oder Anlagen, die aus einem nickelhaltigen wärmebeständigen Stahl hergestellt sind und bei Temperaturen von 500° C oder mehr eingesetzt werden, und speziell auf deren Oberflächen, die einem Strom aus kohlenwasserstoff haltigem Material ausgesetzt sind, angewendet wird. Obgleich diese Teile, Formstücke und Anlagen irgendwelche beliebigen gewünschten Formen aufweisen können, ist die Erfindung insbesondere für röhrenförmige Teile, die als Reaktoren verwendet werden, wichtig. Der Grund hierfür ist, daß der Strom aus kohlenwasserstoffhaltigem Material in dem Reaktor üblicherweise eine maximale Temperatur erreicht, die Ablagerung von Kohlenstoff am ehesten dort auftritt, was auf die Notwendigkeit des Entfernens oder Zuführens eines hohen Betrages der Reaktionswärme zurückzuführen ist, und die Verringerung des Gesamtwärmeübergangskoeffizienten, hervorgerufen durch den abgelagerten Kohlenstoff, zu den größten Schwierigkeiten führt.The present invention produces appreciable effects when applied to parts, fittings or equipment made of a nickel-containing heat-resistant steel used at temperatures of 500 ° C or more, and especially to their surfaces exposed to a stream of hydrocarbonaceous material are applied. Although these parts, fittings and equipment may have any desired shapes, the invention is particularly important for tubular parts used as reactors. The reason for this is that the flow of hydrocarbonaceous material in the reactor usually reaches a maximum temperature, the deposition of carbon is most likely to occur there, due to the necessity of removing or supplying a large amount of the reaction heat, and the reduction of the overall heat transfer coefficient , caused by the deposited carbon, leads to the greatest difficulties.

Die vorliegende Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele weiter erläutert. Diese Beispiele sollen jedoch den Umfang der Erfindung nicht einschränken.The present invention will now be further illustrated by the following examples. However, these examples are not intended to limit the scope of the invention.

Beispielexample

Äthan wurde dem Dampferacken in Reaktorrohren mit einem inneren Durchmesser von 27 mm und einer Länge von 800 mm unterworfen. Diese Reaktorrohre waren aus einem nickelhaltigen Stahl (Fe-2Q% Ni-25%-Legierung) hergestellt, und ihre innere Oberfläche war mit den jeweiligen in Tabelle 1 angegebenen Beschichtungsmaterialien bedeckt. Das Verhältnis von Äthan zu Dampf betrug 7:3, und das Reaktorrohr wurde durch externe Heizung auf einer Temperatur von 700 C oder 1100°C gehalten. Nachdem der Betrieb 10 Stunden lang beiEthane was subjected to steaming in reactor tubes with an inner diameter of 27 mm and a length of 800 mm. These reactor tubes were made of nickel-containing steel (Fe-2Q% Ni-25% alloy), and their inner surface was covered with the respective coating materials shown in Table 1. The ratio of ethane to steam was 7: 3, and the reactor tube was maintained at a temperature of 700 C or 1100 ° C by external heating. After operating for 10 hours

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einem Druck von 1 kg/cm G (etwa 2 bar absolut) und einer Zuführungsrate von 100 cm /min fortgesetzt worden war, wurden die Bedingungen der Kohlenstoffablagerung auf der inneren Oberfläche des Reaktorrohres untersucht. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.A pressure of 1 kg / cm G (about 2 bar absolute) and a feed rate of 100 cm / min was continued, the conditions of carbon deposition on the inner surface of the reactor tube were examined. The results thus obtained are summarized in Table 1.

Tabelle 1Table 1

Beschichtungsmaterial auf der inneren Oberfläche von Reaktorrohren und Bedingungen der Kohlenstoffablagerung.Coating material on the inner surface of reactor tubes and conditions of carbon deposition.

Test rohr No.Test tube no. Beschichtungs material auf der inneren RohrCoating material on the inner tube Test- Tempe raturTest temperature Zustand der Kohlenstoffab lagerung auf der inneren RohroberflächeCondition of Kohlenstoffab storage on the inner pipe surface Formshape oberflächesurface OCOC abgelagerte Mengedeposited amount (mg/cm2/10h)(mg / cm 2 / 10h) dünner Belagthin coating 11 Chromchrome 10001000 1,01.0 dünner Belagthin coating 22 Fe-28%Cr-Leg.Fe-28% Cr-Leg. 10001000 2,12.1 rußartigrußartig 33 Ti-6%A1-LegierungTi-6% A1 alloy 700700 0,30.3 dünner Belagthin coating 44 Fe-23%Cr-1,5%A1- 1,5%Si-LegierungFe-23% Cr-1.5% Al-1.5% Si alloy 10001000 2,12.1 rußartigrußartig 55 Ti-2%Nb-LegierungTi-2% Nb-alloy 700700 0,30.3 rußartigrußartig 66 Cu-1%Cr-LegierungCu-1% Cr alloy 700700 <0,1<0.1 dünner Belagthin coating 7 · Aluminiumoxydalumina 10001000 2,02.0 dünner Belagthin coating 88th Titandioxydtitanium dioxide 10001000 1,41.4 dünner Belagthin coating 99 Siliziumoxydsilica 10001000 1,61.6 dünner Belagthin coating 1010 Siliziumkarbidsilicon carbide 10001000 1,21.2 dünner Belagthin coating 1111 Siliziumnitridsilicon nitride 10001000 1,41.4 dünner Belagthin coating 1212 Bornitridboron nitride 10001000 1/41.4 dünner Belagthin coating 1313 Chromoxydchromium 10001000 1,01.0 dünner Belagthin coating ί4ί4 KeineNone 10001000 3,43.4

- 13 - 22 6 02 7- 13 - 22 6 02 7

Wie aus den in Tabelle 1 angegebenen Daten ersichtlich ist, wurde ein merklicher Grad der Kohlenstoffablagerung auf der unbedeckten inneren Oberfläche eines Rohres, das aus einem nickelhaltigen Stahl hergestellt war, auch in dem Falle des Dampfcrackens von Äthan, das ein leichter Kohlenwasserstoff ist, beobachtet. Diese Kohlenstoffablagerung wurde in einem wesentlichen Maße gesenkt, indem diese Oberfläche mit einem nickelfreien metallischen oder nicht-metallischen Material bedeckt wurde. Unter anderem wurde gefunden, daß Chrom, eine Titan-Niob-Legierung und eine Kupfer-Chrom-Legierung besonders hervorragende Beschichtungsmaterialxen waren.As apparent from the data shown in Table 1, a remarkable degree of carbon deposition was observed on the uncovered inner surface of a pipe made of a nickel-containing steel even in the case of steam cracking of ethane, which is a light hydrocarbon. This carbon deposit was significantly reduced by covering this surface with a nickel-free metallic or non-metallic material. Among others, it was found that chromium, a titanium-niobium alloy and a copper-chromium alloy were particularly excellent coating materials.

Claims (3)

22 6 02722 6 027 ErfindungsanSpruchinvention claim 1. Verfahren zur Behandlung eines kohlenwasserstoffhaltigen Materials bei Temperaturen von 50O0C oder mehr in einer Anlage, die aus einem nickelhaltigen wärmebeständigen Stahl hergestellt ist, wobei das kohlenwasserstoffhaltige Material aus der Gruppe, bestehend aus einem Kohlenwasserstoff, einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und wenigstens einem aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas ausgewählten Glied und einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoff und wenigstens einem aus Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Olefin ausgewählten Glied, ausgewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Anlage, die dem kohlenwasserstoffhaltigen Material ausgesetzt sind, mitA process for treating a hydrocarbonaceous material at temperatures of 50O 0 C or more in a plant made of a nickel-containing heat-resistant steel, wherein the hydrocarbonaceous material is selected from the group consisting of a hydrocarbon, a mixture of a hydrocarbon and at least one selected from the group consisting of steam and an oxygen-containing gas and a mixture of a hydrocarbon and at least one member selected from hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and olefin, characterized in that the surfaces of the equipment exposed to the hydrocarbonaceous material are selected from (a) einem Glied, ausgewählt aus Titan, Kobalt, Chrom, Eisen und Legierungen derselben;(a) a member selected from titanium, cobalt, chromium, iron and alloys thereof; (b) einem Glied, ausgewählt aus Titan, Kobalt, Chrom, Eisen und Legierungen derselben, die Aluminium oder Aluminium und Silizium enthalten; (b) a member selected from titanium, cobalt, chromium, iron and alloys thereof containing aluminum or aluminum and silicon; (c) einem Stahl, der kein Nickel enthält;(c) a steel containing no nickel; (d) einem legierten Stahl, der Aluminium oder Aluminium und Silizium enthält und kein Nickel enthält;(d) an alloyed steel containing aluminum or aluminum and silicon and containing no nickel; 2 2 6 0 2 72 2 6 0 2 7 (e) einem Glied, ausgewählt aus Legierungen von Titan und Niob und Legierungen von Kupfer und Chrom, oder(e) a member selected from alloys of titanium and niobium and alloys of copper and chromium, or (f.) einem Glied, ausgewählt aus Aluminiumoxyd, Titandioxyd, Siliziumoxyd, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid und Chromoxyd, beschichtet oder bedeckt werden.(f.) a member selected from aluminum oxide, titanium dioxide, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride and chromium oxide, coated or covered. 2. Verfahren zum Umsetzen eines Kohlenwasserstoffes mit Dampf und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas bei hohem Druck in einem Reaktor, der aus einem nickelhaltigen wärmebeständigen Stahl hergestellt ist, um eine gasförmige Mischung, die Wasserstoff . und Kohlenmonoxyd enthält, herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Reaktors, die dem Kohlenwasserstoff ausgesetzt werden, mit2. A process for reacting a hydrocarbon with steam and / or an oxygen-containing gas at high pressure in a reactor made of a nickel-containing heat-resistant steel to form a gaseous mixture containing hydrogen. and carbon monoxide, characterized in that the surfaces of the reactor which are exposed to the hydrocarbon with (a) einem Glied, ausgewählt aus Titan, Kobalt, Chrom, Eisen und Legierungen derselben;(a) a member selected from titanium, cobalt, chromium, iron and alloys thereof; (b) einem Glied, ausgewählt aus Titan, Kobalt, Chrom, Eisen und Legierungen derselben, die Aluminium oder Aluminium und Silizium enthalten? (b) a member selected from titanium, cobalt, chromium, iron, and alloys thereof containing aluminum or aluminum and silicon? (c) einem Stahl, der kein Nickel enthält;(c) a steel containing no nickel; (d) einem legierten Stahl, der Aluminium oder Aluminium und Silizium enthält und kein Nickel enthält;(d) an alloyed steel containing aluminum or aluminum and silicon and containing no nickel; (e) einem Glied, ausgewählt aus Legierungen von Titan und Niob und Legierungen von Kupfer und Chrom, oder(e) a member selected from alloys of titanium and niobium and alloys of copper and chromium, or (f) einem Glied, ausgewählt, aus Aluminiumoxyd, "Titandioxyd, Siliziumoxyd, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid und Chromoxyd, beschichtet werden.(f) a member selected from aluminum oxide, titanium dioxide, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride and chromium oxide. 226027226027 3. Verfahren nach Punkt 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächen des Reaktors, die dem Kohlenwasserstoff ausgesetzt werden, mit einem Glied, ausgewählt aus Chrom, einer Titan-Niob-Legierung und einer Kupfer-Chrom-Legierung, beschichtet werden.3. The method according to item 2, characterized in that the surfaces of the reactor which are exposed to the hydrocarbon, with a member selected from chromium, a titanium-niobium alloy and a copper-chromium alloy, coated.
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