DE1646741C - Schutzuberzug zur Auskleidung von Reaktoren fur die Acetylengewinnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzüberzug für die mit den Flammen in Berührung kommenden Innenflächen der Metallteile von Reaktoren für die Acetylenherstellung durch Cracken von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen.

Es ist bereits bekannt, Wände von Reaktoren, in welchen Methan mittels einer Plasmaflamme gecrackt wird, mit einem Schutzüberzug zu versehen, der beispielsweise aus Metallen, Oxiden oder Carbiden besteht, wobei das Aufbringen des Schutzüberzugs durch Flammspritzen erfolgt (»Die Umschau«, 1961, S. 742).

Weiterhin ist bekannt, Werkstücke aus Stahl oder Graphit mit einer Schicht aus Keramikoxiden, beispielsweise AI₂O₃, gegenüber der korrodierenden Wirkung chemischer Reaktionen oder gegenüber der Erosion durch heiße Gase zu schützen, wie dies beispielsweise bei Gasturbinen, Reaktionsmotoren und Brennkammern für Raketen der Fall ist (»Werkstoffe und Korrosion«. Ii, I960, S. 601 bis 615; deutsche Patentschrift 1 1Π9 88OV

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Haften dieser Oxide auf unterschiedlichen metallischen Oberflächen nicht immer gewährleinet ist und daß die Überzü;:. im Hinbück aurThermoschccks sehr empfindlich sin.;

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe t>; steht darin, einen Schutzüberzug der eingangs genar. ten Art zu schaffen, mit dem die Lebensdauer der Rektoren für die Acetylenherstellung wesentlich erhöh werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Schutzüberzug ik·· eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er a einem einfachen oder zusammengesetzten Metalle-..: mit keramischem Charakter und einem Schmelzpu:; . von 1900⁰C oder darüber besteht, wobei das Meiah oxid aus a-A!,0₂. aus einem mit Magnesk-iiox Yttriumoxid oder vorzugsweise Calciumoxid stah: sierten ZrO.,, aus MgO. aus ThO₂, aus CaZrO₃ oo. aus Aluminium-Magnesium-Spinel! AI_?MgO₄ beste-Die mit dem Schutzüberzug zu überziehende MeK fläche kann ein unlegierter Stahl mit niedrig. Kohlenstoffgehalt, jedoch auch ein legierter Stahl m-Der Schutzüberzug wird zweckmäßigenveise du Flammspritzen im Plasmabogen, vorzugsweise un Schutzgas, aufgebracht, wobei das Schutzüberzug material in Form eines Drahtes, eines Sinterst;., oder als Pulver zugeführt wird.

Abhängig von den Eigenschaften der zu schützeno Metallfläche des Reaktors sowie von bestimm' Arbeiis/uständen kann e? zweckmäßig sein, daß 0 Schutzüberzug aus mehreren einfachen und/oder .t sammengesetzten Oxiden besteht. Wenn dabei <i: Oxide in Schichten übereinander aufgebracht werde·, besteht die reaktorir.ucnseitige Schicht des Schu' Überzugs immer aus, einem einzigen einfachen oci. zusammengesetzten Oxid. Die Gesamtdicke des Schuι Überzugs liegt dabei zwischen 0,025 und 2,5 mm.

Der erfindungsgemälk Schutzüberzug hat den Vo. teil, daß auch bei sehr hohen Temperaturen Sch ad ι durch Oxydation nicht auftreten und eine Verschlechterung der Eigenschaften durch Aufkohlung, wie ν bei legierten Stählen auftritt, nicht möglich ist. Die mn dem Schutzüberzug versehenen Reaktoren für die Herstellung von Acetylen durch Crackung von Kohlenwasserstoffen haben deshalb eine sehr lange Lebensdauer, da der Schulzüberzug sich auch bei auftretenden ThermoE^hocks nicht ablöst. Vorteilhafterweise wird die Metalloberfläche, auf die der Schutzüberzug aufgebracht wird, vorher in bekannter Weise aufgerauht. Infolge des schlechten Wärnieleitvermögens des erfindungsgemäßen Schutzüherzuges ergibt sich über die Schutzüberzugsstärke gesehen ein sehr steiler Temperaturgradient, so daß, wenn die Reaktionstemperatur im Reaktor 2400⁰C beträgt, der Temperaturabfall über der Schutzüberzugsstärke beispiels .veise 1000⁰C beträgt. Ein weiterer Vorteil, der nicht vorhersehbar war, ergibt sich dadurch, daß in den Reaktoren, die mit dem erfindungsgemäßen Schutzüberzug ausgekleidet sind, die Ausbeute der Crackreaktion wesentlich besser ist, d. h., der Anteil von Acetylen in der Mischung der Reaktionsgase ist wesentlich höher als bei den bekannten Reaktoren.

Um einen Crackreaktor gegenüber allen möglichen Arbeitsbedingungen in hohem Maße beständig zu machen, wird zwischen der Reaktorwand und dem Schutzüberzug eine Zwischenschicht, beispielsweise durch Flammspritzen, aufgebracht, die eine extrem gute Verbindung des Schlitzüberzugs mit der eigentlichen Reaktorwand aus einem Eisen- oder Nichteisen-

§) Int. C!.:

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND C 04 b, 35/68

DEUTSCHES

PATENTAMT Deutsche Kl.: 80 b, 8/15

Patentschrift 1646741

Ausstellungspriorität:

Aktenzeichen: P 16 46 741.7-45 (M 74827) Anmeldetag: 19.JuIi 1967

Offenlegungstag: 16. September 1971 Auslegetag: 16. November 1972

Ausgabetag: 14. Juni 1973 Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Unionspriorität Datum:
Land:
Aktenzeichen:

Bezeichnung:

22.JuIi 1966

Italien

16952-66 Schutzüberzug zur Auskleidung von Reaktoren für die Acetylengewinnung

Zusatz zu: Ausscheidung aus: Patentiert für:

Montecatini Edison S.p. A., Mailand (Italien)

Vertreter gem. § 16PatCr: Rcitstötter, J., Prof. Dipl.-^T.ng. Dipl.-Chem. Dr. phil. Dr. tcchii.

Bunte, W., Dr.-Ing.; Patentanwälte, 8000 München

Ah Erfinder benannt: Perugini, Giancarlo; Caccamo, Carmelo; Mailand (Italien)

Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften: DT-AS 1 129 880 Die Umschau (1961), S. 713. 71-i

Werkstoffe und Korrosion (I960), 11, und 742, 743 S. 601 bis 615

■ν,, ra.il gewährleistet. Die Zwischenschicht besteht vori. ilhafterweise aus einem oder mehreren Metallen i.ü'l oder aus einer oder mehreren Metallegierungen t i»i oder aus einem oder mehreren Cermets (Römpps ( hi/niielexikon, 6. Auflage, S. 990), deren keramischer

:,ίe> 1 vorzugsweise aus einem Oxid oder einem Carbid :—ieht.

Als Metalle für die Zwischenschicht kommen Ko-.Ί. Nickel, Chrom oder Titan in Frage. Werden ..!allegierungen verwendet, so besteht die Zwischen-■ent aus einer Legierung von Kobalt, Nickel, ■■ ι rom oder Titan mit Zink, Aluminium, Kupfer, Bor η Eisen mit einem Schmelzpunkt im Bereich von ■>) bis 1500° C. Ebenso wie der eigentliche Schutz-. rzug kann die Zwischenschicht aus einem homo-

,1 Gemisch aus mehreren der vorstehenden Kom- !■■ ienten, aus mehreren Schichten unterschiedlicher mische oder aus zwei bis vier Schichten bestehen, nacheinander übereinander aufgebracht werden, . .bei die Gesamtdicke der Zwischenschicht zwischen >'■ )25 und 1,5 mm liegt. Bevorzugt werden als kerami-Ue Anteile der Cermets beispielsweise Ct-Ai₂O₃, MgO, ibilisiertes ZrO₂ und Cr₃C₂.

An Hand des nachstehenden Beispiels wird die Er-• iilung näher erläutert.

Beispiel

Bei einem Reaktor zur Gewin." mg von Acetylen us Erdöl, der bei einem Druck von 5 at arbeitet, erden die den hohen Temperaturen von 2400⁰C ausgesetzten Teile mit einem erfindungsgemäßen Schutzüberzug versehen. Nach dem Entfetten um! Abschmirgeln der entsprechenden Metallflächen wird eine Zwischenschicht mit einer Stärke von 0,3 mm und anschließend ein Schutzüberzug mit einer Stärke vn: 0,4 mm aufgebracht. Die Zwischenschicht besteht au zwei Lagen gleicher Stärke, die jeweils aus einen. homogenen Gemisch zweier Komponenten bestehen Die Komponenten der ersten Lage sind ein Metuü, wie Co, Cr, Ni oder Ti, und eine Metallegierung mi¹. ■inem Schmelzpunkt von 1050"C. Diese Legierung wird so ausgewählt, daß die erste Lage die Elemente Cr, Ni, Fe, Si, B und C enthält. Die Komponenten der zweiten Lag? sind Cr und Ni. Die Analyse der Zwischenschicht, die durch Flammspritzen aufgebracht wird, wobei das aufzubringende Material jeweils in Forin eines Pulvers vorliegt, ergibt folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 0.175% C, 1,125% Fe, 1,0% Si, 0,7% B, 68,25% Cr und 28,75% Ni.

Der auf die Zwischenschicht ebenfalls durch Flammspritzen aufgebrachte Schutzüberzug besteht aus mit Calciumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid.

Nach mehr als 2000 Betriebsstunden zeigen die mir dem erfindungsgemäßen Schutzüberzug versehener: Reaktorteile keinerlei Schaden, während den hohen Reaktionstemperaturen ausgesetzte Teile ohne Schutzüberzug bereits narh 96G Betriebsstunden unbrauchbar waren. Der Temperaturgradient zwischen dem Reaktorinnenraum und der Metalloberfläche des Reaktors beträgt etwa 1000°C, die Acetylenausbeute ist gegenüber den bekannten Reaktoren erheblich gesteigert.

Claims (7)

Palentansprüche:

1. Schutzüberzug für die mit den Flammen in Berührung kommenden Innenflächen der Metallteile von Reaktoren für die Acetylenherstellung durch Cracken von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem einfachen oder zusammengesetzten Metalloxid mit keramischem Charakter und einem Schmelzpunkt von 1900⁰C oder darüber besteht, wobei das Metalloxid aus U-Al₂O₃, aus einem mit Magnesiumoxid, Yttriumoxid oder vorzugsweise Calciumoxid stabilisierten ZrO.,, aus MgO, aus ThO_a, aus CaZrO₃ oder aus Aluminium-Magnesium-Spinell Al₂MgO₄ besteht.

2. Schutzüberzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren einfachen und/ oder zusammengesetzten Oxiden besteht.

3. Schutzüberzug nach Anspruch 1 oder 2, da- ao durch gekennzeichnet, daß seine Dicke 0,025 bis 2,5 mm beträgt.

4. Schutzüberzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Schutzschicht durch eine Zwischenschicht aus einem oder mehreren Metallen und/oder au.« einer oder mehreren Metallegierungen und/oder aus einem oder mehreren Cermets, deren keramischer Anteil vorzugsweise aus einem Oxid oder einem Carbid besteht, mit der Metalloberfläche verbunden ist.

5. Schutzüberzug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der Zwischenschicht Kobalt, Nickel, Chrom oder Titan sind.

6. Schutzüberzug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierungen der Zwischenschicht ^us Kobalt, Nickel, Chrom oder Titan bestehen, die mit Zink, Aluminium, Kupfer, Bor oder Eisen legiert sind, wobei der Schmelzpunkt der Legierung /wischen 800 und 1500⁰C liegt.

7. Schutzüberzug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenschicht 0,025 bis 1,5 mm beträgt.

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