EP4719640A1 - Reaktoren zur zersetzung von nhbei hohen temperaturen - Google Patents

Reaktoren zur zersetzung von nhbei hohen temperaturen

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EP4719640A1
EP4719640A1 EP24731874.4A EP24731874A EP4719640A1 EP 4719640 A1 EP4719640 A1 EP 4719640A1 EP 24731874 A EP24731874 A EP 24731874A EP 4719640 A1 EP4719640 A1 EP 4719640A1
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Ruth Kremer
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Abstract

Die Erfindung betrifft Reaktoren und Reaktorbauteile, welche bei hohen Temperaturen und mittlerem Druck eine gute Beständigkeit gegenüber NH3 und N2 und ggf. H2O aufweisen, so dass sie bei der katalytischen Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 in großtechnischem Maßstab eingesetzt werden können.

Description

REAKTOREN ZUR ZERSETZUNG VON NH3 BEI HOHEN TEMPERATUREN
[0001] Es wird die Priorität der luxemburgischen Patentanmeldung Nr. LU 103141 vom 5. Juni 2023 beansprucht.
[0002] Die Erfindung betrifft Reaktoren und Reaktorbauteile, welche bei hohen Temperaturen und mittlerem Druck eine gute Beständigkeit gegenüber NFL und N2 und ggf. H2O aufweisen, so dass sie bei der katalytischen Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 in großtechnischem Maßstab eingesetzt werden können.
[0003] H2 kann durch erneuerbare Energien elektrolytisch aus H2O gewonnen und anschließend mit N2 in NH3 umgewandelt werden. NH3 lässt sich weitaus sicherer als H2 speichern und transportieren. An- schließend kann NH3 wieder zu H2 und N2 zersetzt werden. Nach Abtrennung von N2 findet H2 unter- schiedlichste industrielle Anwendungen.
[0004] Die Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 ist eine endotherme Reaktion (AH° = 45,9 kJ-mol 1), bei der sich die Stoffmenge verdoppelt (2 NH3 N2 + 3 H2), so dass die Reaktion grundsätzlich durch hohe Temperaturen sowie niedrige Drücke begünstigt wird. Je höher der Druck ist, desto höher muss die Temperatur sein, um noch zufriedenstellende Reaktionsausbeuten zu erreichen.
[0005] Die Reaktionstemperatur, bei der die katalytische Zersetzung von NH3 abläuft, ist insbesondere durch die Wahl des NH3 -Zersetzungskatalysators vorgegeben. Als Katalysatoren für die Zersetzung von NH3 wurde eine Vielzahl von Materialien vorgeschlagen, welche bei unterschiedlichen Temperaturen aktiv sind (vgl. z.B. II. Lucentini et al., Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60, 18560-18611).
[0006] Für großtechnische Umsetzungen sind jedoch vieler dieser NFL-Zersetzungskatalysatoren nicht wirtschaftlich einsetzbar. Für großtechnische Umsetzungen kommen insbesondere Ruthenium-basierte NFL-Zersetzungskatalysatoren und Nickel-basierte NFL-Zcrsctzungskatalysatorcn in Betracht.
[0007] Ruthenium-basierte NFL-Zersetzungskatalysatoren haben den Vorteil, dass bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen Umsätze von mehr als 90% erreicht werden können. Allerdings sind die maxi- mal erreichbaren Umsätze begrenzt, so dass im Produktgas ein erheblicher Restgehalt an nicht zersetz- tem NH3 verbleibt, welches in Anbetracht der Menge ggf. durch zusätzliche Maßnahmen abgetrennt werden muss.
[0008] Nickel-basierte NFL-Zersetzungskatalysatoren haben den Vorteil, dass deutlich höhere Umsätze erreicht werden können. Im Produktgas verbleibt daher ein allenfalls geringer Restgehalt an nicht zer- setztem NH3, welcher ggf. durch herkömmliche Maßnahmen zur Aufreinigung von FL, insbesondere durch Druckwechseladsorption, mit abgetrennt werden kann, ohne dass es zusätzlicher Maßnahmen be- darf. Die erforderlichen Temperaturen für Nickel-basierte NHs-Zersetzungskatalysatoren liegen aller- dings deutlich höher.
[0009] Zahlreiche Verfahren zur katalytischen Zersetzung von NH3 sind im Stand der Technik be- schrieben und es wurden unterschiedliche Reaktortypen vorgeschlagen (vgl. z.B. US 4 704 267 A, US 2009/280024 Al, US 2020/0123006 Al, FR 1 469 045 A, GB 768 091 A, CN 111 957 270 A, CN 113 896 168 A, WO 2011/107279 Al, WO 2012/090739 Al, WO 2020/095467 A, WO 2021/257944 Al, WO 2022/096529 Al, WO 2022/153720 Al, WO 2022/243410 Al, WO 2022/265647 Al, WO 2022/265648 Al, WO 2022/265649 Al, WO 2022/265650 Al und WO 2022/265651 Al).
[0010] Da die katalytische Zersetzung von NH3 endotherm verläuft und hohe Temperaturen erfordert, muss Wärme in den Reaktor eingebracht werden. Neben elektrischen Heizsystemen werden dazu ins- besondere Verbrennungsprozesse vorgeschlagen, bei denen ein Verbrennungsgas verbrannt wird und die dabei erzeugte Wärme für die katalytische Zersetzung von NH3 genutzt wird.
[0011] Für eine solche Reaktionsfiihrung sind insbesondere Reaktoren geeignet, welche analog zu Pri- märreformem ausgebildet sind. Das Verbrennungsgas und das Reaktionsgas werden dabei physikalisch voneinander separiert durch den Reaktor geleitet, stehen jedoch im Wärmeaustausch miteinander. Das Verbrennungsgas wird mit Hilfe von Brennern und unter Zufuhr von Verbrennungsluft in einer Brenn- kammer verbrannt, von der aus ein Wärmestrom in mindestens eine physikalisch abgetrennte Reakti- onskammer fließt. In der Reaktionskammer ist der NFF-Zcrsctzungskatalysator angeordnet und wird von dem Reaktionsgas durchströmt, so dass dort die katalysierte Reaktion abläuft. Beispielsweise kön- nen mehrere Reaktionskammem als Röhren ausgebildet sein, welche jeweils mit NFF-Zcrsctzungskata- lysator und parallel vom Reaktionsgas durchströmt werden. Diese Röhren sind z.B. als Bündel innerhalb der Brennkammer angeordnet, ohne dass es zur Durchmischung von Verbrennungsgas und Reaktions- gas kommt.
[0012] Die Materialien, aus denen die Reaktionskammem und auch andere Bauteile solcher Reaktoren gefertigt sind, müssen erheblichen Belastungen bei erheblichen Temperaturen standhaften. Dabei liegen die Temperaturen, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsgases in der Brennkammer erzeugt werden, deutlich oberhalb der Temperaturen des Reaktionsgases in der Reaktionskammer. Auf diesem Temperaturgefälle basiert u.a. der Wärmestrom von der Brennkammer in die Reaktionskammer.
[0013] Werden solche Reaktoren für die katalytische Zersetzung von NH3 an Nickel-basierten NH3- Zersetzungskatalysatoren eingesetzt, so kommt erschwerend hinzu, dass in Anbetracht der hohen Kon- zentration an NH3 bzw. N2, dem hohen Druck und den hohen Temperaturen zahlreiche Metalllegierun- gen korrodieren, und zwar durch äußere und/oder innere Nitridierung (in diesem Kontext häufig auch als "Nitrierung" bezeichnet). [0014] R.P. Rubly et al., Oxidation of Metals Vol. 35, 3-4 (1991) betrifft die interne Nitridierung von Nickel-Chrom-Legierungen. Das Nitrierverhalten von Nickel-Chrom-Legierungen wird in Ammoniak- Wasserstoff-Gemischen im Bereich von 700-900°C untersucht. CrN bildete sich bei allen Expositions- bedingungen, CßN konnte nicht nachgewiesen werden. Der Übergang von innerer zur äußeren Nit- ridbildung liegt bei 900°C zwischen 30-40% Cr.
[0015] J.J. Barnes et al., Journal de Physique III, Vol. 3, 1993, 167-174 diskutiert Faktoren, welche das Verhalten von Fe-, Ni- und Co-basierten Metalllegierungen im Hinblick auf eine Nitridierung bei hohen Temperaturen (1093°C) beeinflussen.
[0016] K. Tjorko et al., Oxidation of Metals Vol. 44, 453-474 (1995) betrifft einen Vergleich der in- ternen Nitridierung in NH; und in N2. Die Nitridierung setzt die Dissoziation von N2 bzw. NH3 voraus. Die Dissoziation von N2 erfolgt in nennenswertem Umfang erst oberhalb von ca. 700°C. Daher ist bei Temperaturen unterhalb von ca. 700°C die Nitridierung durch die Gegenwart von NH3 bestimmt. Auch bei sehr hohen Temperaturen (1000°C) ist die Nitridierung mit NH3 stärker als mit N2.
[0017] U. Krupp et al., Oxidation of Metals Vol. 52, 277-298 (1999) betrifft die interne Nitridierung von Nickel-basierten Legierungen, insbesondere das Verhalten von binären und ternären Legierungen des Ni-Cr- Al -Ti-Systems.
[0018] U. Krupp et al., Oxidation of Metals Vol. 52, 299-320 (1999) betrifft ebenfalls die interne Nit- ridierung von Nickel-basierten Legierungen, insbesondere das Verhalten von quaternären Ni-Cr-Al-Ti Legierungen und eine computer-basierte Beschreibung unter Berücksichtigung der thermodynamischen Daten eingebaut in eine FEM-Diffusionsberechnung.
[0019] H.J. Grabke et al., Materials and Corrosion 2003, 54(11), 895-902 betrifft Untersuchungen, bei denen Eisen, Nickel, ferritische l-18%Cr-Stähle, austenitische 18%Cr-9%Ni- und 20%Cr-3 ^Ni- Stähle sowie eine 16% CrNi-Basislegierung bei 500°C in He-30%H2O und 70%H20-30%NH3 exponiert wurden, um das Korrosionsverhalten dieser Werkstoffe in Wasserdampf wie in konventionellen Kraft- werken mit ihrem Verhalten in einem NHsTUO-Gemisch, d.h. unter den Bedingungen des "Kalina- Zyklus" zu vergleichen.
[0020] G.Y. Lai, High-Temperature Corrosion and Materials Applications, ASM International, 2007, Kapitel 4: Nitridation erklärt, warum Nitridierung auftritt und wie sie verschiedene Metalle angreift, wobei sie in einigen Fällen tiefer eindringt als die Oxidation. Die Nitridierung und ihre Auswirkungen auf Metalle und Legierungen in Hochtemperaturluft sowie in NH3-H2O-, NH3-, H2-N2-NH3- und N2- Umgebungen werden diskutiert.
[0021] M.O. Cojocaru et al., Materials 2021, 14, 2432 betrifft die Auswirkungen der Veränderung der Aktivität von Nitriermitteln durch Verdünnung von Ammoniak mit Stickstoff. [0022] E. Wolowiec-Korecka et al., Coatings 2023, 13, 257, 1-12 betrifft die Stabilität von Schicht- nitriden bei Nitridierung unter geringem Druck.
[0023] Ferner ist zu berücksichtigen, dass NH; für Lagerung und Transport häufig mit Spuren an H2O versetzt wird, um das Risiko von Spannungsrisskorrosion für unlegierten Stahl zu reduzieren. Dadurch wird bei hohen Temperaturen im Reaktor der Sauerstoffpartialdruck erhöht, so dass neben der Nitridie- rung auch die Oxidation eine Rolle spielen kann. Die Nitridierung von Metalllegierungen in NH3 (bzw. in Gemischen aus NH3, N2 und H2, wie sie im Verlauf der Zersetzungsreaktion gebildet werden) bei hohen Temperaturen, z.B. im Bereich von 650-750°C, wurde bisher kaum untersucht, schon gar nicht in Gegenwart von Spuren an H2O.
[0024] Der umgekehrte Prozess ist die Synthese von NH3 aus N2 und H2 im Haber-Bosch-Verfahren.
[0025] American fron and Steel Institute, A Designer's Handbook Series No. 9013. 1978, Nickel Insti- tute, 4-23 betrifft nichtrostende Stähle für die Ammoniakproduktion.
[0026] Aus der Technologie zum Haber-Bosch-Verfahren können im Hinblick auf geeignete Metallle- gierungen für die katalytische Zersetzung von NH3 kaum Erkenntnisse gewonnen werden, denn beim Haber-Bosch-Verfahren sind die Temperaturen deutlich geringer. Die Temperatur hat jedoch einen ent- scheidenden Einfluss auf die Nitridierung. Für Reaktoren und Bauteile beim Haber-Bosch-Verfahren sind austenitische Stähle oft ausreichend. Sie können bei Temperaturen von bis zu ca. 480°C eingesetzt werden, bei größeren Wandstärken auch bei etwas höheren Temperaturen (bis ca. 510°C). Ein weiteres, für das Haber-Bosch-Verfahren geeignetes Material ist Alloy 600, welches gemäß The American Society of Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) Sec II-D allerdings nur bis zu Temperaturen von 649°C zugelassen ist.
[0027] Auch aus Technologien mit NHs-Atmosphäre unter superkritischen Bedingungen, z.B. zur Ge- winnung von Nitrid-Einkristallen, können im Hinblick auf geeignete Metalllegierungen für die kataly- tische Zersetzung von NH3 kaum Erkenntnisse gewonnen werden. Die Gewinnung von Nitrid-Einkris- tallen erfolgt üblicherweise bei deutlich niedrigeren Temperaturen von z.B. ca. 133°C und entsprechend hohen Drücken von z.B. 11,3 MPa. Zudem sollte zwischen den Reaktionsmechanismen von elektroche- mischen Reaktionen an der Oberfläche (z.B. bei einem Fluid) einerseits und von diffusionskontrollierten Mechanismen im Grundmaterial und in der Reaktionsschicht (z.B. bei einem Gas) andererseits unter- schieden werden. In superkritischen Medien können die ablaufenden Reaktionsmechanismen üblicher- weise eher denen eines Fluids oder denen eines Gases entsprechen. Dies hängt typischerweise vom Me- dium selbst sowie von weiteren unterschiedlichen Parametern ab. Bei superkritischem Wasser beispiels- weise ist die Dichte ein bestimmender Parameter. Bei niedriger Dichte entspricht das Verhalten mehr dem eines Gases, während bei hoher Dichte das Verhalten einer Flüssigkeit überwiegt (Grenze niedrig - hoch ca. 0.2 g/ml). In superkritischem CO2 beispielsweise sind der Wassergehalt, der Gehalt an Ver- unreinigungen sowie die Temperatur bestimmende Parameter. Bei hohen Temperaturen überwiegen in trockenem CO2 klassische Hochtemperaturprozesse. Spuren an Wasser fuhren zu einer deutlichen ab- tragenden Korrosion. Das superkritische Verhalten von CO2 und NH3 kann in erster Näherung als ver- gleichbar betrachtet werden. NH3 enthält oftmals Spuren an Wasser. Darm wäre wie bei superkritischem CO2 eine Kondensation möglich und damit nicht nur Gasphasenreaktionen.
[0028] Neben der Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen in Gegenwart von N2, NH3 und ggf. H2O sind auch die weiteren Eigenschaften der Metalllegierung entscheidend, insbesondere Härte, Zugfestigkeit, Dehnung, Bruchdehnung, Dehngrenze, Elastizitätsmodul, Dichte, elektrischer Wider- stand, Schmelzbereich, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, etc. Auch die Verarbeitbar- keit, insbesondere Schweißbarkeit, spielt eine Rolle.
[0029] Es besteht ein Bedarf an verbesserten Reaktoren, welche wirtschaftlich in großtechnischem Maßstab für die katalytische Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 eingesetzt werden können und welche bei hohen Temperaturen (z.B. 650-750°C) eine zufriedenstellende oder im Vergleich zu herkömmlich für diesen Zweck eingesetzten Reaktoren verlängerte Standzeit haben. Die zur Fertigung der Reaktoren eingesetzten Materialien sollten einen Ausgleich schaffen zwischen zufriedenstellenden Eigenschaften einerseits und Anschaffungskosten andererseits.
[0030] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Reaktoren für die Herstellung von H2 durch ka- talytische Zersetzung von NH3 bereitzustellen. Die Herstellung von H2 sollte sicher, wirtschaftlich und in großtechnischem Maßstab möglich sein.
[0031] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche gelöst.
[0032] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von H2 durch katalytische Zersetzung von NH3 zu N2 und H2; wobei die Anlage einen Reaktor umfasst, welcher einen NFF-Zcrsctzungskatalysator enthält; wobei der Reaktor mindestens ein Bauteil umfasst, welches wenigstens teilweise aus einer Metalllegie- rung aufgebaut ist; wobei die Metalllegierung bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich ihrer Oberfläche mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt kommt; bevorzugt mit NH3, N2 und H2O bzw. deren Disso- ziationsprodukten; und wobei die Metalllegierung Nickel, Chrom oder sowohl Nickel als auch Chrom enthält, wobei der Ge- samtgehalt an Nickel und/oder Chrom mindestens 15 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0033] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet Gesamtgehalt an "A und/oder B", dass die erfindungs- gemäße Metalllegierung entweder (i) sowohl A als auch B enthält, und sich der Gesamtgehalt dann auf die Summe der beiden Einzelgehalte an A und B bezieht, oder (ii) kein B enthält, so dass sich der Ge- samtgehalt dann auf den Gehalt von A alleine bezieht, oder (iii) kein A enthält, so dass sich der Gesamt- gehalt dann auf den Gehalt von B alleine bezieht.
[0034] Bevorzugt enthält die Metalllegierung Nickel und Chrom mit einem Gesamtgehalt an Nickel und Chrom von mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0035] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung wenigstens zwei Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Chrom, Eisen, Molybdän, Man- gan, Niob, Cer, Aluminium, Titan, Silizium, Wolfram, Kupfer, Bor, Zirkonium, Lanthan und Yttrium.
[0036] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung wenigstens drei Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Chrom, Eisen, Molybdän, Man- gan, Niob, Cer, Aluminium, Titan, Silizium, Wolfram, Kupfer, Bor, Zirkonium, Lanthan und Yttrium.
[0037] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung wenigstens vier Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Chrom, Eisen, Molybdän, Man- gan, Niob, Cer, Aluminium, Titan, Silizium, Wolfram, Kupfer, Bor, Zirkonium, Lanthan und Yttrium.
[0038] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung wenigstens fünf Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Chrom, Eisen, Molybdän, Man- gan, Niob, Cer, Aluminium, Titan, Silizium, Wolfram, Kupfer, Bor, Zirkonium, Lanthan und Yttrium.
[0039] Es wurde gefunden, dass für eine ausreichende Beständigkeit gegenüber Nitridierung der Gehalt an Nickel und ggf. auch Kobalt ein wichtiger Parameter ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzufüh- ren, dass Nickel und Kobalt in Eisenbasislegierungen die Löslichkeit von Stickstoff reduzieren, was die innere Nitridierung erschwert. Um eine hinreichende Stabilität gegenüber Nitridierung zu erhalten, be- trägt der Gesamtgehalt an Nickel bzw. Nickel und Kobalt bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0040] Ferner wurde gefunden, dass Chrom im Hinblick auf die Beständigkeit gegenüber Nitridierung an sich eher von Nachteil ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass Chrom die Löslichkeit von Stickstoff in Nickelbasislegierungen und damit die Neigung zur Nitridierung erhöht.
[0041] Sobald die Gastatmosphäre neben N2 und NH3 jedoch zusätzlich auch H2O enthält, spielen wei- tere Faktoren eine wichtige Rolle, insbesondere die Bildung einer Oxiddeckschicht an der Oberfläche der Metalllegierung. Eine Oxiddeckschicht wird gebildet, wenn der Partialdruck von O2 hinreichend hoch ist. Der Partialdruck von O2 und H2 wird thermodynamisch durch das Gleichgewicht 2 H2O «-> 2 H2 + O2 bestimmt. Ist der Partialdruck von O2 niedriger als der Gleichgewichtsdruck von O2 für das Metall/Metalloxid-Gleichge wicht, so bildet sich kein Oxid.
[0042] Es wurde gefunden, dass in Gegenwart von H2O Chrom einen günstigen Effekt im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit hat, denn Chrom bildet das stabile Oxid CYOs. CYO3 ist auch bei sehr niedrigen Partialdrücken von O2 stabil, anders als die Eisenoxide. Selbst ein geringer Gehalt von weni- gen ppm an H2O kann zu einer Deckschicht von C’nCf fuhren, was die Nitridierung deutlich reduziert. Dies ist z.B. der Fall, wenn die NH3 -Gasgemische bei z.B. 900°C lediglich 45 ppm H2O enthalten. Es wurde gefunden, dass der Gehalt an Chrom hoch genug sein muss, damit sich eine hinreichend dichte Deckschicht von C’nCh ausbilden kann und diese auch aufrecht erhalten wird. Letzteres bedeutet, dass die Nachlieferung an Chrom gewährleistet sein muss, um das stabile Wachstum einer Deckschicht aus Cr20s sicherzustellen. Bevorzugt beträgt der Gehalt an Chrom mindestens 18 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0043] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung daher min- destens 30 Gew.-%, bevorzugt mindestens 33 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt (Gesamtgehalt) sowie mindestens 15 Gew.-%, bevorzugt mindestens 19 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtge- wicht der Metalllegierung. In bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metallle- gierung mindestens 40 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt (Gesamtgehalt) sowie mindestens 20 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0044] In bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung daher min- destens 30 Gew.-%, bevorzugt mindestens 33 Gew. -% Nickel sowie mindestens 15 Gew.-%, bevorzugt mindestens 19 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. In bevor- zugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung mindestens 40 Gew.-% Ni- ckel sowie mindestens 20 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0045] In bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung daher min- destens 33 Gew.-% Kobalt sowie mindestens 15 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtge- wicht der Metalllegierung. In bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metallle- gierung mindestens 40 Gew.-% Kobalt sowie mindestens 20 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0046] In bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Nickel, Chrom und Eisen, wobei der Gehalt an Nickel bevorzugt größer ist als der Gehalt an Chrom.
[0047] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Nickel, Ko- balt, Chrom und Eisen, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und Kobalt bevorzugt größer ist als der Gehalt an Chrom.
[0048] Zum Zwecke der Beschreibung ist ein "Reaktor" eine Vorrichtung für die katalytische Zerset- zung von NH3 zu N2 und H2. Der erfindungsgemäße Reaktor ist typischerweise ein abgegrenzter Raum, welcher speziell dafür konstruiert und hergestellt wurde, um darin unter definierten Bedingungen die katalytische Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 ablaufen lassen und steuern zu können. [0049] Zum Zwecke der Beschreibung ist eine "Metalllegierung" ein makroskopisch homogener me- tallischer Werkstoff, welcher typischerweise durch Zusammenschmelzen verschiedener Metalle erhal- ten wird, wobei auch Nichtmetalle und/oder Halbmetalle enthalten sein können. Die Metalle, Nichtme- talle und/oder Halbmetalle können dabei in elementarer Form, als intermetallische Phasen und/oder als andere Verbindungen vorliegen. Die Metalllegierung kann kristallin, teilkristallin oder amorph sein. Erfindungsgemäß besonders bedeutsame Metalle, welche in der erfmdungsgemäßen Metalllegierung enthalten sein können, sind Nickel, Kobalt, Chrom und Eisen, daneben aber auch ggf. Aluminium und Titan. Weitere Metalle, welche in dem erfmdungsgemäßen Metalllegierung enthalten sein können, sind beispielsweise Molybdän, Wolfram, Niob, Kupfer, Aluminium, Titan, Silizium, Bor, Lanthan, Mangan, Vanadium, Cer, Yttrium, Zirkonium, Blei und andere. Erfindungsgemäß besonders bedeutsame Nicht- metalle und Halbmetalle, welche in der erfmdungsgemäßen Metalllegierung enthalten sein können, sind Bor, Kohlenstoff, Silizium, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, und andere.
[0050] Zum Zwecke der Beschreibung katalysiert ein "NH 3-Zersetzungskatalysator" die Zersetzung von NH3 zu N2 und H2. Um Ausbeuten von mehr als 90% zu erreichen, sind üblicherweise erhöhte Temperaturen des NH3 erforderlich, bevorzugt mindestens 500°C.
[0051] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet "mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt", dass zumindest in einem Bereich zwischen der Metalllegierung und dem NH3 und/oder N2 kein weiteres Material angeordnet ist und dass das NH3 und/oder N2 mit der Oberfläche der Metalllegierung in we- nigstens diesem Bereich interagieren kann. Modifizierungen an der Oberfläche der Metalllegierung sind jedoch für einen direkten Kontakt im Sinne der Erfindung zulässig, beispielsweise die Ausbildung von Deckschichten aus Oxiden und Nitriden. Die Metalllegierung muss nicht vollständig bzw. ihre Oberflä- che muss nicht vollflächig mit dem NH3 und/oder N2 in Kontakt kommen. So reicht es aus, wenn es wenigstens einen Bereich gibt, in dem NH3 und/oder N2 mit der Oberfläche der Metalllegierung intera- gieren kann. Da das NH3 in dem erfmdungsgemäßen Reaktor auf dem Weg vom Eintritt in den Reaktor bis zum Austritt aus dem Reaktor zersetzt wird, ist bei Betrieb des Reaktors die Menge an NH3 am Eintritt des Reaktors deutlich höher als am Austritt des Reaktors. Umgekehrt verhält es sich mit der Menge des durch Zersetzung des NH3 gebildeten N2. Bevorzugt kommt die Metalllegierung bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich ihrer Oberfläche mit NH3, N2 und H2O bzw. deren Dissozia- tionsprodukten (N2, H2 bzw. O2) in direkten Kontakt.
[0052] Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle Prozentangaben Gewichtspro- zent [Gew.-%]. Bei Bereichen, welche mit "±" definiert sind, z.B. A±B, ergibt sich die numerische Un- tergrenze des Bereichs als A-B und die numerische Obergrenze des Bereichs als A+B. Ist der Wert für B derselbe wie für A, ergibt die Untergrenze 0, so dass die jeweilige Komponente auch vollständig fehlen kann. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, addieren sich die Gehaltsangaben in Gew.-% nicht auf 100 Gew.-%, d.h. es können zusätzlich neben den genannten Komponenten auch noch weitere, nicht genannte Komponenten enthalten sein. [0053] Die erfindungsgemäße Anlage umfasst einen Reaktor, in dem beim Betrieb der Anlage NH3 katalytisch zersetzt wird unter Bildung eines Produktgases, welches N2, H2 und ggf. nicht zersetztes NH3 umfasst.
[0054] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen, welche miteinander in Fluidverbindung stehen:
(i) eine Vorrichtung zur Lagerung von flüssigem NH3;
(ii) eine Vorrichtung zur Erwärmung und Verdampfung des flüssigen NH3;
(iii) den erfindungsgemäßen Reaktor;
(iv) eine Vorrichtung zur Aufreinigung von H2 aus dem Produktgas; und
(v) eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Prozesswärme.
[0055] Der erfindungsgemäße Reaktor umfasst bevorzugt mehrere Kammern, welche voneinander physikalisch getrennt sind. Bevorzugt umfasst der Reaktor mindestens eine Reaktionskammer und min- destens eine Brennkammer.
[0056] Der erfindungsgemäße Reaktor ist bevorzugt analog einem Primärreformer ausgebildet.
[0057] Der erfindungsgemäße Reaktor umfasst bevorzugt
- eine Brennkammer oder mehrere Brennkammern zur Verbrennung eines Verbrennungsgases unter Erzeugung von Verbrennungswärme und einem Rauchgas (Abgas); und
- eine Reaktionskammer oder mehrere Reaktionskammem zur katalytischen Zersetzung von NH3 un- ter Erzeugung eines Produktgases umfassend N2, H2 und ggf. nicht zersetztes NH3.
[0058] Brennkammer(n) und Reaktionskammer(n) sind bevorzugt physikalisch voneinander getrennt, so dass es bei Betrieb des Reaktors zu keiner Durchmischung von Verbrennungsgas einerseits und NH3 (Eduktgas) bzw. Produktgas andererseits kommt.
[0059] Brennkammer(n) und Reaktionskammer(n) sind bevorzugt so konfiguriert, dass es bei Betrieb des Reaktors zu einem Wärmestrom der erzeugten Verbrennungswärme von Brennkammer(n) in Reak- tionskammer(n) kommt. Dieser Wärmestrom dient bei Betrieb des Reaktors bevorzugt der Aufrechter- haltung der endothermen katalytischen Zersetzung von NH3.
[0060] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Reaktionskammem(n) röhrenförmig ausgebildet, d.h. haben eine zylindrische Form. Bevorzugt sind mehrere solcher röhrenförmigen Reak- tionskammem parallel zueinander als Bündel in einer gemeinsamen Brennkammer angeordnet.
[0061] Jede Brennkammer enthält bevorzugt einen Brenner oder mehrere Brenner zur Verbrennung von Verbrennungsgas. Die dabei gebildete Flamme befindet sich bei Betrieb des Reaktors bevorzugt in räumlicher Nähe zur Außenwand mindestens einer Reaktionskammer, welche NfL-Zcrsctungskatalysa- tor enthält. Bei Betrieb des Reaktors strömt dann bevorzugt Verbrennungswärme vom Innern der Brenn- kammer durch die Wandung der mindestens eine Reaktionskammer hindurch und trägt so Wärme bis hin zum NHs-Zersetungskatalysator ein, der von NH3 durchströmt wird und an dem die endotherme Zersetzung von NH3 verläuft.
[0062] Der erfindungsgemäße Reaktor umfasst zudem mindestens ein Bauteil, welches wenigstens teil- weise aus einer Metalllegierung aufgebaut ist, welche bei Betrieb des Reaktors mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt kommt.
[0063] Bevorzugt ist das Bauteil eine Reaktionskammer oder ein Element einer Reaktionskammer, wo- bei im Innenraum der Reaktionskammer der Nkh-Zcrsctzungskatalysator angeordnet ist. Der Erfin- dungsgemäße Reaktor enthält dann bevorzugt eine Reaktionskammer, welche das Bauteil und den NH3- Zersetzungskatalysator umfasst.
[0064] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung ist das Bauteil vollständig aus der erfin- dungsgemäßen Metalllegierung aufgebaut, d.h. das Bauteil besteht vollständig aus der Metalllegierung.
[0065] Ist das vollständig aus der erfindungsgemäßen Metalllegierung aufgebaute Bauteil eine Reakti- onskammer, in deren Innenraum der Nkh-Zcrsctzungskatalysator angeordnet ist, so besteht die Wan- dung der Reaktionskammer aus dem Bauteil und damit vollständig aus der Metalllegierung. Die innere Oberfläche der Wandung der Reaktionskammer ist dem NEE-Zersetzungskatalysator zugewandt und die Metalllegierung, aus der die Wandung der Reaktionskammer besteht, kommt bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt.
[0066] Ist das vollständig aus der erfindungsgemäßen Metalllegierung aufgebaute Bauteil ein Element einer Reaktionskammer, in deren Innenraum der Nkh-Zcrsctzungskatalysator angeordnet ist, so umfasst die Wandung der Reaktionskammer bevorzugt das Bauteil. Beispielsweise kann das Bauteil röhrenför- mig ausgebildet und konzentrisch innerhalb eines anderen, röhrenförmigen Elements angeordnet sein, mit dem es zusammen die Wandung der Reaktionskammer bildet. Die innere Oberfläche des Bauteils ist dann dem NEE-Zersetzungskatalysator zugewandt und die Metalllegierung, aus der das innenliegende Bauteil der Wandung besteht, kommt bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt.
[0067] In anderen bevorzugten Ausfiihrungsformen ist das Bauteil nur teilweise aus der erfindungsge- mäßen Metalllegierung aufgebaut. Beispielsweise kann das Bauteil mehrschichtig sein, wobei eine der Schichten des Bauteils, bevorzugt eine außenliegende Schicht, aus der erfindungsgemäßen Metalllegie- rung aufgebaut ist, d.h. diese Schicht des Bauteils besteht aus der Metalllegierung, wohingegen andere Schichten des Bauteils aus anderen Materialien bestehen können und/oder aus erfindungsgemäßen Le- gierungen gleicher oder anderer Zusammensetzung.
[0068] Ist das nur teilweise aus der erfindungsgemäßen Metalllegierung aufgebaute Bauteil eine Reak- tionskammer, in deren Innenraum der NIL-Zersetzungskatalysator angeordnet ist, so kann das Bauteil eine Reaktionskammer mit einer mehrschichtigen Wandung sein, wobei die mehrschichtige Wandung eine innere Schicht und eine äußere Schicht aufweist. Die innere Oberfläche der inneren Schicht des Bauteils ist dann dem NHs-Zersetzungskatalysator zugewandt und die Metalllegierung, aus der die in- nere Schicht besteht, kommt bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt.
[0069] Bevorzugt ist die gesamte innere Oberfläche der Reaktionskammer, welche dem NHs-Zerset- zungskatalysator zugewandt ist und welche bei Betrieb des Reaktors mit dem NH3 und/oder N2 in di- rekten Kontakt kommt, aus der Metalllegierung aufgebaut.
[0070] Bevorzugt ist die gesamte innere Oberfläche des Reaktors, welche bei Betrieb des Reaktors mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt kommt, aus der Metalllegierung aufgebaut.
[0071] Der erfmdungsgemäße Reaktor enthält einen NH3 -Zersetzungskatalysator. Wird der NfU-Zcr- setzungskatalysator unter Reaktionsbedingungen von NH3 durchströmt, so katalysiert er die Zersetzung von NH3 zu N2 und H2.
[0072] Als NHs-Zersetzungskatalysator kommen erfindungsgemäß verschiedene Materialien in Be- tracht. Die Reaktionstemperatur, bei der die katalytische Zersetzung von NH3 abläuft, ist insbesondere durch die Wahl des NH3 -Zersetzungskatalysators vorgegeben.
[0073] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung ist der NPh-Zcrsctzungskataly sator im Hin- blick auf die Zersetzung von NH3 bei einer Temperatur im Bereich von mindestens 500°C katalytisch aktiv, bevorzugt mindestens 520°C, bevorzugter mindestens 540°C, noch bevorzugter mindestens 550°C, am bevorzugtesten mindestens 580°C und insbesondere mindestens 600°C. Dabei bedeutet "katalytisch aktiv", dass Umsätze von mindestens 90% an Zersetzungsprodukten N2 und H2 erhalten werden in Bezug auf die eingesetzte Menge an NH3 (gemessen unter Standardbedingungen in reinem NH3 bei einem Druck von 1013 hPa und einer Raumgeschwindigkeit von 36 LgKat'1).
[0074] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung weist der NH3 -Zersetzungskatalysator im Hinblick auf die Zersetzung von NH3 eine scheinbare Aktivierungsenergie Eapp von mindestens 50 kJ-mol 1, bevorzugter mindestens 75 kJ-mol 1, noch bevorzugter mindestens 100 kJ-mol 1, am bevorzug- testen mindestens 125 kJ-mol 1, und insbesondere mindestens 150 kJ-mol 1. Methoden zur Bestimmung der scheinbare Aktivierungsenergie Eapp sind einem Fachmann bekannt, beispielsweise durch Ermittlung aus Arrhenius-Plots auf Grundlage von Messungen unter Standardbedingungen in reinem NH3 bei ei- nem Druck von 1013 hPa und einer Raumgeschwindigkeit von 36 LgKat 1.
[0075] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung wird ein Nickel-basierter NFF-Zcrsctzungs- katalysator eingesetzt. Die Reaktionstemperatur bestimmt den Gleichgewichtsumsatz. Bei 900°C und 20 bar Druck verläuft die Zersetzung von NH3 beinahe quantitativ. Bei 650°C beträgt der Umsatz an NH3 etwa 98,5%, bei 500°C nur noch etwa 95%. Erfindungsgemäß werden bevorzugt Reaktionstempe- raturen im Bereich von etwa 600°C bis etwa 900°C, bevorzugt etwa 600°C bis etwa 700°C eingestellt, so dass ein hoher Umsatz erreicht wird. Im Hinblick auf Energiebilanz und Umsatz liegen optimale Reaktionstemperaturen im Bereich von etwa 630°C bis 640°C. Nickel-basierte NH3-Zersetzungskataly- satoren sind trotz der vergleichsweise hohen Reaktionstemperatur vorteilhaft. Wegen des hohen Umsat- zes ist der verbleidende Restgehalt an nicht zersetztem NH3 im Produktgas vergleichsweise gering, so dass bevorzugt auf eine separate Abscheidung von nicht zersetztem NH3 für dessen Rückgewinnung verzichtet wird. Stattdessen erfolgt dann die gemeinsame Abscheidung von N2 und nicht zersetztem NH3 aus dem Produktgas durch Druckwechseladsorption im Zuge der Aufreinigung von H2 zusammen- gefasst werden. [0076] Bevorzugt umfasst der NH3-Zersetzungskatalysator geträgertes Nickel. Bevorzugte Trägerma- terialien sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, MgO, SiO2, mesoporöses SiO2 (z.B. MCF-17, MCM-41, SBA-15), Zeolith (z.B. HY, H-ZSM-5), BaMnO3, BaTiO3, BaZrO3, CaMnO3, Ca- TiO3, CaZrO3, CeO2, Gd2O3, GdAlO3, KNbO3, La2O3, LaAlO3, MnO2, NaNbO3, Nb2O5, Sm2O3, SmAlO3, SrMnO3, SrTiO3, SrZrO3, TiO2, Y2O3, ZrO2, Kohlenstoff (z.B. CNTs, SWCNTs, AX-21, MSC-30, MESO-C, GNP, Aktivkohle, Graphen, Graphenoxid), Attapulgit, Hydrocalumit, Sepiolit, und Mischungen daraus. [0077] Die erfindungsgemäße Metalllegierung enthält Nickel und Chrom mit einem Gesamtgehalt an Nickel und Chrom von mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0078] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom mindestens 15,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 16,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 16,5 Gew.- %, bevorzugter mindestens 17,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 17,5 Gew.-%, am bevorzugtes- ten mindestens 18,0 Gew.-%, und insbesondere mindestens 18,5 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0079] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 25 Gew.-%, bevorzugter mindestens 30 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 35 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 40 Gew.-%, und insbesondere mindestens 45 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0080] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 55 Gew.-%, bevorzugter mindestens 60 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 65 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 70 Gew.-%, und insbesondere mindestens 75 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0081] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 85 Gew.-%, bevorzugter mindestens 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0082] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom höchstens 85 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 80 Gew.-%, bevorzugter höchstens 75 Gew.- %, noch bevorzugter höchstens 70 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 65 Gew.-%, und insbesondere höchstens 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0083] Die erfindungsgemäße Metalllegierung enthält Nickel.
[0084] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Nickel mindestens 5,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, bevorzugter mindestens 15 Gew.-%, noch bevorzugter min- destens 20 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 30 Gew.-%, und insbesondere mindestens 35 Gew.- %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0085] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Nickel mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt mindestens 45 Gew.-%, bevorzugter mindestens 50 Gew.-%, noch bevorzugter min- destens 55 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 60 Gew.-%, und insbesondere mindestens 65 Gew.- %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0086] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Nickel mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegie- rung.
[0087] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 20±15 Gew.-%, 20±10 Gew.-%, oder 20±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0088] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 30±25 Gew.-%, 30±20 Gew.-%, 30±15 Gew.-%, 30±10 Gew.-%, oder 30±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0089] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 40±35 Gew.-%, 40±30 Gew.-%, 40±25 Gew.-%, 40±20 Gew.-%, 40±15 Gew.-%, 40±10 Gew.-%, oder 40±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallle- gierung.
[0090] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 50±30 Gew.-%, 50±25 Gew.-%, 50±20 Gew.-%, 50±15 Gew.-%, 50±10 Gew.-%, oder 50±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0091] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 60±20 Gew.-%, 60±15 Gew.-%, 60±10 Gew.-%, oder 60±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0092] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 70±10 Gew.-%, oder 70±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamt- gewicht der Metalllegierung. [0093] bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Nickel höchstens 60 Gew.-%, bevorzugt höchstens 55 Gew.-%, bevorzugter höchstens 50 Gew.-%, noch bevorzugter höchs- tens 45 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 40 Gew.-%, und insbesondere höchstens 35 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0094] Die erfindungsgemäße Metalllegierung enthält Chrom.
[0095] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Chrom höchstens 40 Gew.-%, bevorzugt höchstens 38 Gew.-%, bevorzugter höchstens 36 Gew.-%, noch bevorzugter höchs- tens 35 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 34 Gew.-%, und insbesondere höchstens 32 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0096] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Chrom höchstens 30 Gew.-%, bevorzugt höchstens 28 Gew.-%, bevorzugter höchstens 26 Gew.-%, noch bevorzugter höchs- tens 24 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 22 Gew.-%, und insbesondere höchstens 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0097] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen beträgt der Gehalt an Chrom mindestens 12 Gew.- %, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, bevorzugter mindestens 18 Gew.-%, noch bevorzugter mindes- tens 21 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 24 Gew.-%, und insbesondere mindestens 27 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0098] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 10±7,5 Gew.-%, 10±5,0 Gew.-%, oder 10±2,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0099] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 12,5±10 Gew.-%, I2,5±7,5 Gew.-%, I2,5±5,0 Gew.-%, oder 12,5±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0100] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 15±12,5 Gew.-%, 15±10 Gew.-%, I5±7,5 Gew.-%, 15±5,0 Gew.-%, oder 15±2,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0101] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 17,5±15 Gew.-%, 17,5±12,5 Gew.-%, 17,5±10 Gew.-%, I7,5±7,5 Gew.- %, I7,5±5,0 Gew.-%, oder 17,5±2,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegie- rung.
[0102] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung hegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 19±17,5 Gew.-%, 19±15 Gew.-%, 19±12,5 Gew.-%, 19±10 Gew.-%, 19±7,5 Gew.-%, 19±5,0 Gew.-%, oder 19±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0103] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 20±17,5 Gew.-%, 20±15 Gew.-%, 20±12,5 Gew.-%, 20±10 Gew.-%, 20±7,5 Gew.-%, 20±5,0 Gew.-%, oder 20±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0104] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 22,5±20 Gew.-%, 22,5±17,5 Gew.-%, 22,5±15 Gew.-%, 22,5±12,5 Gew.- %, 22,5±10 Gew.-%, 22,5±7,5 Gew.-%, 22,5±5,0 Gew.-%, oder 22,5±2,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0105] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 25±22,5 Gew.-%, 25±20 Gew.-%, 25±17,5 Gew.-%, 25±15 Gew.-%, 25±12,5 Gew.-%, 25±10 Gew.-%, 25±7,5 Gew.-%, 25±5,0 Gew.-%, oder 25±2,5 Gew. -%, jeweils be- zogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0106] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 27,5±25 Gew.-%, 27,5±22,5 Gew.-%, 27,5±20 Gew.-%, 27,5±17,5 Gew.- %, 27,5±15 Gew.-%, 27,5±12,5 Gew.-%, 27,5±10 Gew.-%, 27,5±7,5 Gew.-%, 27,5±5,0 Gew.-%, oder
27,5±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0107] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 30±27,5 Gew.-%, 30±25 Gew.-%, 30±22,5 Gew.-%, 30±20 Gew.-%,
30±17,5 Gew.-%, 30±15 Gew.-%, 30±12,5 Gew.-%, 30±10 Gew.-%, 30±7,5 Gew.-%, 30±5,0 Gew.-% oder 30±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0108] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 32,5±30 Gew.-%, 32,5±27,5 Gew.-%, 32,5±25 Gew.-%, 32,5±22,5 Gew.- %, 32,5±20 Gew.-%, 32,5±17,5 Gew.-%, 32,5±15 Gew.-%, 32,5±12,5 Gew.-%, 32,5±10 Gew.-%,
32,5±7,5 Gew.-%, 32,5±5,0 Gew.-%, oder 32,5±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0109] Bevorzugte Ausfuhrungsformen ZI bis Z72 weisen folgenden Gehalt an Nickel und Chrom in Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung:
[0110] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung zusätzlich Kobalt.
[0111] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 25 Gew.-%, bevorzugter mindestens 30 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 35 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 40 Gew.-%, und insbesondere mindestens 45 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0112] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 54 Gew.-%, bevorzugter mindestens 58 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 62 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 66 Gew.-%, und insbesondere mindestens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegie- rung.
[0113] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 20±15 Gew.-%, 20±10 Gew.-%, oder 20±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0114] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 30±25 Gew.-%, 30±20 Gew.-%, 30±15 Gew.- %, 30±10 Gew.-%, oder 30±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0115] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 40±35 Gew.-%, 40±30 Gew.-%, 40±25 Gew.- %, 40±20 Gew.-%, 40±15 Gew.-%, 40±10 Gew.-%, oder 40±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Ge- samtgewicht der Metalllegierung.
[0116] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 50±30 Gew.-%, 50±25 Gew.-%, 50±20 Gew.- %, 50±15 Gew.-%, 50±10 Gew.-%, oder 50±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0117] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 60±20 Gew.-%, 60±15 Gew.-%, 60±10 Gew.- %, oder 60±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0118] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 70±10 Gew.-%, oder 70±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0119] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt höchstens 60 Gew.-%, bevorzugt höchstens 55 Gew.-%, bevorzugter höchstens 50 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 45 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 40 Gew.-%, und insbesondere höchs- tens 35 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0120] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet ''Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt", dass die erfmdungsgemäße Metalllegierung entweder (i) sowohl Nickel als auch Kobalt enthält, und sich der Gesamtgehalt dann auf die Summe der beiden Einzelgehalte an Nickel und Kobalt bezieht, oder (ii) kein Kobalt enthält, so dass sich der Gesamtgehalt dann auf den Gehalt von Nickel alleine bezieht.
[0121] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kobalt mindestens 4,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 8,0 Gew.-%, bevorzugter mindestens 12 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 16 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 20 Gew.-%, und insbesondere mindestens 24 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0122] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen beträgt der Gehalt an Kobalt höchstens 15 Gew.- %, bevorzugt höchstens 12,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 10 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 7,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 5,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 2,5 Gew.-%, je- weils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0123] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Kobalt, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Kobalt nominell nicht enthal- ten.
[0124] Bevorzugte Ausfuhrungsformen Al bis Ä72 weisen folgenden Gehalt an Nickel, ggf. Kobalt und Chrom in Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung:
[0125] Es wurde gefunden, dass der Gehalt von Nickel bzw. der Gesamtgehalt von Nickel und Kobalt in der erfindungsgemäßen Metalllegierung einen wichtigen Einfluss hat auf die Löslichkeit von Stick- stoff und damit auf die Nitridierung haben kann. Mit steigendem Gehalt von Nickel bzw. Gesamtgehalt von Nickel und Kobalt nimmt die Löslichkeit von Stickstoff in der Metalllegierung ab. Je geringer die Löslichkeit für Stickstoff ist, desto geringer ist auch die Neigung zur (inneren) Nitridierung.
[0126] Lerner wurde gefunden, dass aufgrund der höheren Löslichkeit von Stickstoff in austenitischen Stählen diese stärker zur (inneren) Nitridierung neigen als Nickel-Basiswerkstoffe. In Nickel-Basis- werkstoffen kann ein Gehalt an Nickel im Bereich von 40 bis 50 Gew.-% eine zufriedenstellende Be- ständigkeit gegen Nitridierung gewährleisten.
[0127] Es scheint, dass der Gehalt an Chrom einen begünstigenden Einfluss auf die innere Nitridierung bei höheren Temperaturen hat, vermutlich auch nach langen Auslagerungszeiten. Ein hoher Gehalt an Chrom kann daher von Nachteil sein. [0128] Ist das NH3 mit Spuren von Wasser versetzt oder enthält das NH3 Spuren an O2, so ist Partial- druck von O2 erhöht, was sich günstig auf die Stabilität von Oxid-Deckschichten an der Oberfläche der Metalllegierung auswirken kann. Es wurde gefunden, dass Chrom darauf einen günstigen Einfluss hat.
[0129] Die erfmdungsgemäße Metalllegierung kann zusätzlich Aluminium und/oder Titan enthalten. Auch wenn Aluminium und Titan an sich nicht bevorzugt sind, kann es ggf. von Vorteil sein, z.B. aus Gründen der Festigkeit, zur Herstellung der erfmdungsgemäßen Metalllegierung Rohstoffe einzusetzen, welche ggf. vergleichsweise geringe Mengen an Aluminium und/oder Titan enthalten. Auch wenn Alu- minium und Titan an sich nicht bevorzugt sind, können gewisse Mengen toleriert werden.
[0130] Sowohl Aluminium als auch Titan sind in technischen Metalllegierungen häufig enthalten, wenn auch nicht immer in großer Menge um die mechanische Festigkeit sowie die Kriechbeständigkeit zu erhöhen. Aluminium kann zudem die Oxidationsbeständigkeit verbessern. Beide Metalle haben bei hohen Temperaturen und Kontakt mit Stickstoff eine ausgeprägte Neigung zur Ausbildung von Nitriden, und zwar insbesondere in deren Tiefe (innere Nitridierung). Es wurde gefunden, dass die Tiefe der in- neren Nitridierung von Metalllegierungen, welche Aluminium und/oder Titan enthalten, erhöht ist im Vergleich zu Metalllegierungen, welche weder Aluminium noch Titan enthalten. Ferner wurde gefun- den, dass höhere Gehalte an Chrom die innere Nitridierung von Aluminium und Titan zusätzlich fördern.
[0131] Es wurde gefunden, dass das vergleichsweise große Volumen der gebildeten Nitride (Nitrid- Ausscheidungen) zu einer unerwünschten Versprödung der Metalllegierungen führt.
[0132] Ferner wurde gefunden, dass die mit der inneren Nitridierung und/oder Versprödung einherge- henden Volumenspannungen ihrerseits zu einem Abplatzen der Deckschicht an der Oberfläche der Me- talllegierung führen können. Diese Deckschicht kann aus Oxiden und/oder Nitriden bestehen. Durch das Abplatzen der Deckschicht geht deren schützende Wirkung lokal verloren, was die Geschwindigkeit der unerwünschten Nitridierung erhöht. Die Aufnahme von Stickstoff ist dann infolge der fehlenden Deck- schicht begünstigt.
[0133] Es scheint, dass Wasser (oder Spuren an Sauerstoff) die Duktilität von äußeren Nitrid-Deck- schichten erhöht, so dass das Risiko des Abplatzens reduziert wird. Ist das NH3 daher mit Spuren von Wasser versetzt, so kann sich dies ggf. günstig auf die Beständigkeit der Nitrid-Deckschichten auswir- ken und ggf. auf diese Weise eine innere Nitridierung unterdrücken oder vermindern.
[0134] Außerdem kann die innere Nitridierung zu einer Verarmung und damit Erniedrigung der Kriech- und Nitrierbeständigkeit führen. Aufgrund einer Verarmung deckschichtbildender Elemente wie Cr, Si oder Al kann es zu einem Versagen der schützenden Deckschicht kommen.
[0135] Daher sollte eine innere Nitridierung möglichst unterdrückt werden oder allenfalls in vergleichs- weise geringem Umfang erfolgen. [0136] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Aluminium und/oder Titan höchstens 5,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 4,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 4,0 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 3,5 Gew.-%, und ins- besondere höchstens 3,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0137] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet ''Gesamtgehalt an Aluminium und/oder Titan", dass die erfindungsgemäße Metalllegierung entweder (i) sowohl Aluminium als auch Titan enthält, und sich der Gesamtgehalt dann auf die Summe der beiden Einzelgehalte an Aluminium und Titan bezieht, oder (ii) kein Aluminium enthält, so dass sich der Gesamtgehalt dann auf den Gehalt von Titan alleine be- zieht, oder (iii) kein Titan enthält, so dass sich der Gesamtgehalt dann auf den Gehalt von Aluminium alleine bezieht.
[0138] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung enthält die erfmdungsgemäße Metalllegie- rung allenfalls sehr geringe Mengen an Aluminium und/oder Titan, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten sind Aluminium und Titan nominell nicht enthalten.
[0139] Die erfmdungsgemäße Metalllegierung kann zusätzlich Aluminium enthalten.
[0140] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Aluminium bevorzugt höchstens 6,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 5,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 5,0 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 4,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 4,0 Gew.-%, und insbesondere höchs- tens 3,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0141] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Aluminium bevorzugt höchstens 3,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 2,0 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 1,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 1,0 Gew.-%, und insbesondere höchs- tens 0,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0142] Wie Cr20s ist auch AI2O3 sehr stabil, selbst bei geringen Partialdrücken von O2. Oxiddeck- schichten aus AI2O3 wachsen aber noch langsamer als Oxiddeckschichten aus C^CE, da die Bildung von AI2O3 bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen kinetisch gehemmt ist. Zudem wurde gefunden, dass höhere Gehalte an Aluminium (> 5 Gew.-%) die Schweißbarkeit der Metalllegierung erschweren und zudem eine starke Neigung zur Bildung von stark versprödend wirkenden Nitriden besteht.
[0143] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Aluminium, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Aluminium nominell nicht enthalten.
[0144] Die erfmdungsgemäße Metalllegierung kann zusätzlich Titan enthalten. [0145] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Titan bevorzugt höchs- tens 4,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,5 Gew.-%, noch bevorzug- ter höchstens 3,0 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,5 Gew.-%, und insbesondere höchstens 2,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0146] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Titan, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,6 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,1 Gew.-%, und ins- besondere ist Titan nominell nicht enthalten.
[0147] Bevorzugt enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung zusätzlich Eisen.
[0148] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung handelt es sich bei der erfmdungsgemäßen Metalllegierung um einen Stahl, bevorzugt um einen austenitischen Stahl.
[0149] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Eisen höchstens 85 Gew.-%, bevorzugt höchstens 80 Gew.-%, bevorzugter höchstens 75 Gew.-%, noch bevorzugter höchs- tens 70 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 65 Gew.-%, und insbesondere höchstens 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0150] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Eisen höchstens 45 Gew.-%, bevorzugt höchstens 40 Gew.-%, bevorzugter höchstens 35 Gew.-%, noch bevorzugter höchs- tens 30 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 25 Gew.-%, und insbesondere höchstens 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0151] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Eisen höchstens 15 Gew.-%, bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, bevorzugter höchstens 5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0152] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen im Bereich von 10±5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0153] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 20±15 Gew.-%, 20±10 Gew.-%, oder 20±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0154] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 30±25 Gew.-%, 30±20 Gew.-%, 30±15 Gew.-%, 30±10 Gew.-%, oder 30±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0155] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 40±35 Gew.-%, 40±30 Gew.-%, 40±25 Gew.-%, 40±20 Gew.-%, 40±15 Gew.-%, 40±10 Gew.-%, oder 40±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallle- gierung.
[0156] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 50±30 Gew.-%, 50±25 Gew.-%, 50±20 Gew.-%, 50±15 Gew.-%, 50±10 Gew.-%, oder 50±5,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0157] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 60±20 Gew.-%, 60±15 Gew.-%, 60±10 Gew.-%, oder 60±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0158] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 70±10 Gew.-%, oder 70±5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamt- gewicht der Metalllegierung.
[0159] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls geringe Mengen an Eisen, bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 1,0 Gew.- %, noch bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,1 Gew.-%, und insbeson- dere ist Eisen nominell nicht enthalten.
[0160] Bevorzugt enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung Silizium.
[0161] Es wurde gefunden, dass SiCE thermodynamisch stabiler als CnO; ist. Zum einen kann sich SiC>2 daher in sauerstoffarmen Atmosphären an der Oberfläche anstelle von CnO; bilden und so die Nitridierung behindern. Zum anderen sind metallurgisch die Gehalte an Silizium limitiert. Daher wird zumeist keine dichte SiO2-Schicht gebildet, was die Schutzwirkung reduziert. Im Fall einer Stabilität des CnO; kann sich SiO2 an der inneren Phasengrenze bilden, was ebenso die Nitriemeigung reduziert. Aber auch hier ist die SiO2-Schicht zumeist nicht durchgängig bzw. es werden Mischoxide gebildet.
[0162] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Silizium mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0163] Es ist bekannt, dass Zusätze an Silizium die Beständigkeit bestimmter Metalllegierungen ge- genüber Oxidation verbessern können. Experimentelle Erkenntnisse deuten jedoch daraufhin, dass Si- lizium allerdings offenbar nicht die Beständigkeit gegenüber Nitridierung erhöht.
[0164] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Silizium höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0165] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Kohlenstoff.
[0166] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kohlenstoff mindes- tens 0,010 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,020 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,030 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,040 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,050 Gew.-%, und insbeson- dere mindestens 0,060 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0167] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, hegt der Gehalt an Kohlenstoff im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. Dies ist bevorzugt insbe- sondere bei Gusslegierungen der Fall.
[0168] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kohlenstoff höchstens 0,10 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,09 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,08 Gew.-%, noch bevorzug- ter höchstens 0,07 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,06 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,05 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0169] In Eisenbasislegierungen kann atomarer Wasserstoff mit Karbiden wie dem Eisenkarbid zu Me- than reagieren. Niedrig legierte Chrom- und Chrom-Molybdän-Stähle werden mit steigendem Cr-Gehalt zunehmend stabiler gegen diese Form der Hochtemperatur-Versprödung (HTHA), da Chromcarbide deutlich stabiler sind als Eisencarbid. Daher sind austenitische Stähle und Nickelbasislegierungen gut beständig gegenüber Hochtemperatur-Versprödung. Jedoch können Nickelbasislegierungen durch ein "Trapping" des Wasserstoffs an Chromcarbiden beim thermischen Altem verspröden.
[0170] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Molybdän.
[0171] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Molybdän mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0172] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält die Metalllegierung Molybdän und der Gehalt an Molybdän beträgt mindestens 1,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzug- ter mindestens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 4,0 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 5,0 Gew.-%, und insbesondere mindestens 6,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0173] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Molybdän höchstens 12 Gew.-%, bevorzugt höchstens 11 Gew.-%, bevorzugter höchstens 10 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 9,0 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 8,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 7,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0174] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Molybdän höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0175] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Molybdän, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Molybdän nominell nicht enthalten.
[0176] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung enthält die Metalllegierung Molybdän und der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom und Molybdän beträgt höchstens 85 Gew.-%, bevorzugt höchstens 80 Gew.-%, bevorzugter höchstens 75 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 70 Gew.-%, am bevorzug- testen höchstens 65 Gew.-%, und insbesondere höchstens 60 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamt- gewicht der Metalllegierung.
[0177] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Vanadium.
[0178] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Vanadium mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0179] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Vanadium höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0180] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Vanadium, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Vanadium nominell nicht enthalten.
[0181] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Mangan.
[0182] Es wurde gefunden, dass Mangan bei Gegenwart von Chrom zur Bildung von Spinellen neigt (MnC^CE), welche thermodynamisch stabiler als CnOs sind und sich insbesondere bei niedrigen Sau- erstoffpartialdrücken bilden. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Spinelle ist höher als die Wachstums- geschwindigkeit von CnOs.
[0183] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Mangan mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. [0184] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Mangan höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0185] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Mangan, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,2 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Mangan nominell nicht ent- halten.
[0186] Bevorzugt enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung Zirkonium.
[0187] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Zirkonium mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0188] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Zirkonium höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0189] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Zirkonium, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Zirkonium nominell nicht enthalten.
[0190] Bevorzugt enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung Kupfer.
[0191] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kupfer mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0192] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kupfer höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0193] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Kupfer, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Kupfer nominell nicht enthal- ten. [0194] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Niob.
[0195] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Niob mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0196] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Niob höchstens 5,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 4,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 4,0 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 3,5 Gew.-%, und insbesondere höchstens 3,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0197] In anderen bevorzugten Ausfiihrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Niob, bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 1,0 Gew% , noch bevorzugter 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Niob nominell nicht enthalten.
[0198] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Wolfram.
[0199] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Wolfram mindestens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0200] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung enthält die Metalllegierung Wolfram und der Gehalt an Wolfram beträgt mindestens 1,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzugter mindestens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 4,0 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 5,0 Gew.-%, und insbesondere mindestens 6,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Me- talllegierung.
[0201] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Wolfram höchstens 20 Gew.-%, bevorzugt höchstens 19 Gew.-%, bevorzugter höchstens 18 Gew.-%, noch bevorzugter höchs- tens 17 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 16 Gew.-%, und insbesondere höchstens 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0202] In bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Wolfram höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0203] In anderen bevorzugten Ausfiihrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Wolfram, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Wolfram nominell nicht ent- halten.
[0204] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung enthält die Metalllegierung Wolfram und der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom und Wolfram beträgt höchstens 95 Gew.-%, bevorzugt höchstens 90 Gew.-%, bevorzugter höchstens 85 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 80 Gew.-%, am bevorzugtes- ten höchstens 75 Gew.-%, und insbesondere höchstens 70 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtge- wicht der Metalllegierung.
[0205] Bevorzugt enthält die erfmdungsgemäße Metalllegierung Molybdän und Wolfram.
[0206] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung enthält die Metalllegierung Molybdän und Wolfram und der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom, Molybdän und Wolfram beträgt höchstens 95 Gew.- %, bevorzugt höchstens 90 Gew.-%, bevorzugter höchstens 85 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 80 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 75 Gew.-%, und insbesondere höchstens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0207] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an { [(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} weniger als 1,5 Gew.-%.
[0208] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an {[(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} höchstens 1,4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,2 Gew.-%, bevor- zugter höchstens 1,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,8 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,6 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,4 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Me- talllegierung.
[0209] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an { [(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} mehr als 8,5 Gew.-%.
[0210] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an {[(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} mindestens 8,6 Gew.-%, bevorzugt mindestens 8,8 Gew.-%, bevor- zugter mindestens 9,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 10 Gew.-%, am bevorzugtesten mindes- tens 13 Gew.-%, und insbesondere mindestens 16 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0211] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) weniger als 3,0 Gew.-%.
[0212] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) höchstens 2,9 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2,6 Gew.-%, bevorzugter höchstens 2,3 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,0 Gew.-%, am bevorzug- testen höchstens 1,7 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,4 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Ge- samtgewicht der Metalllegierung. [0213] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) mehr als 10 Gew.-%.
[0214] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 75 Gew.-%, am bevorzug- testen mindestens 80 Gew.-%, und insbesondere mindestens 85 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Ge- samtgewicht der Metalllegierung.
[0215] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung ein Metall der Selten Erden, vorzugs- weise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Scandium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Prome- thium, Samarium, Europium, Yttrium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; bevorzugter Scandium, Lanthan, Cer, Neodym und Yttrium. Es wurde gefun- den, dass seltene Erden (insbesondere Cer und Yttrium) bei einer äußeren Nitridierung (niedrigem Sau- erstoffpartialdruck) die Haftung des Nitrids verbessern kann.
[0216] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Metallen der Selten Erden mindestens 0,01 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,02 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,03 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,04 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,05 Gew.- %, und insbesondere mindestens 0,06 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallle- gierung.
[0217] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Metallen der Selten Erden höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,4 Gew.- %, noch bevorzugter höchstens 0,3 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,2 Gew.-%, und insbeson- dere höchstens 0, 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0218] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Metallen der Selten Erden, bevorzugt höchstens 0,10 Gew.-%, bevor- zugter höchstens 0,09 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,08 Gew.-%, am bevorzugtesten sind Me- talle der Selten Erden nominell nicht enthalten.
[0219] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Cer.
[0220] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Cer mindestens 0,01 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,02 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,03 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,04 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,05 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,06 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0221] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Cer höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,4 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,3 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,2 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0222] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Cer, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.- %, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Cer nominell nicht enthalten.
[0223] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Yttrium.
[0224] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Yttrium mindestens 0,01 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,02 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,03 Gew.-%, noch bevor- zugter mindestens 0,04 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,05 Gew.-%, und insbesondere min- destens 0,06 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0225] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Yttrium höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,4 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,3 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,2 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,1 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0226] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Yttrium, bevorzugt höchstens 0,10 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,09 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,08 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Yttrium nominell nicht enthalten.
[0227] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Lanthan.
[0228] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Lanthan mindestens 0,01 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,02 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,03 Gew.-%, noch bevor- zugter mindestens 0,04 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,05 Gew.-%, und insbesondere min- destens 0,06 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0229] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Lanthan höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,4 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,3 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,2 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0230] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Lanthan, bevorzugt höchstens 0,10 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,09 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,08 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Lanthan nominell nicht enthalten.
[0231] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Bor. [0232] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Bor mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0233] In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Bor höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0234] In anderen bevorzugten Ausfuhrungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Bor, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,01 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,001 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Bor nominell nicht enthal- ten.
[0235] Bevorzugt beträgt
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 54 Gew.-%,
- der Gehalt an Chrom höchstens 24 Gew.-%, und
- der Gesamtgehalt an Aluminium und/oder Titan höchstens 2, 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0236] Bevorzugt beträgt
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 57 Gew.-%, und
- der Gehalt an Chrom mindestens 26 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0237] Bevorzugt beträgt bzw. liegt
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 30 Gew.-%,
- der Gehalt an Chrom im Bereich von 15 bis 35 Gew.-%,
- der Gehalt an Aluminium höchstens 2,5 Gew.-%, und
- der Gehalt an Titan höchstens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0238] Bevorzugt beträgt bzw. liegt
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 30 Gew.-%,
- der Gehalt an Chrom im Bereich von 19 bis 35 Gew.-%,
- der Gehalt an Aluminium höchstens 2,5 Gew.-%, und
- der Gehalt an Titan höchstens 0,6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
[0239] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen Al bis A 12, Bl bis Bl 7, CI bis CI 7, Dl bis D17, oder El bis El 7, welche jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung folgenden Gehalt an Chrom und Nickel in Gew.-% enthalten, wobei jeweils weitere, nicht in den Tabellen aufgeführte Bestandteile enthalten sein können:
[0240] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen Fl bis Fl 2, Gl bis Gl 7, Hl bis Hl 7, II bis 117, oder J1 bis J17, welche jeweils bezogen auf das Ge- samtgewicht der Metalllegierung folgenden Gehalt an ggf. Eisen, Chrom und Nickel in Gew.-% enthal- ten, wobei jeweils weitere, nicht in den Tabellen aufgeführte Bestandteile enthalten sein können:
[0241] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen Kl bis K12, LI bis L17, Ml bis M17, NI bis N17, oder 01 bis 017, welche jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung folgenden Gehalt an Chrom, Nickel und ggf. Kobalt in Gew.-% enthalten, wobei jeweils weitere, nicht in den Tabellen aufgeführte Bestandteile enthalten sein können:
[0242] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen PI bis P12, Ql bis Q17, RI bis R17, S1 bis S17, oder TI bis T17, welche jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung folgenden Gehalt an ggf. Eisen, Chrom, Nickel und ggf. Kobalt in Gew.-% enthalten, wobei jeweils weitere, nicht in den Tabellen aufgeführte Bestandteile enthalten sein können:
S£
[0243] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen Ul bis Ul 2, VI bis VI 7, W1 bis W 17, XI bis XI 7, oder Y1 bis Y17, welche jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung folgenden Gehalt an ggf. Eisen, Chrom, Nickel, ggf. Kobalt, ggf. Aluminium und ggf. Titan in Gew.-% enthalten, wobei jeweils weitere, nicht in den Tabellen aufgeführte Bestandteile enthalten sein können:
Lt
[0244] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Werkstoffen gemäß DIN/EN X9CrNiSiNCe21-l l-2, X8CrNiNbl6-13, X12CrNi25-21, X10NiCrAlTi32-20, X5NiCrAlTi31-20, X12NiCrSi35-16, 35Ni25Crl.5SiCeN, NiFe30Cr21Mo3, NiCr23Col2Mo, NiMol6Crl5Fe6W4, NiCr22W14Mo, NiCr23Fel5Al, NiCr25FeAlY,
NiCr22Mo9Nb, und NiCrl5Fe.
[0245] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Werkstoffen gemäß Werkstoffklasse DIN-Nr. 1.4820, 1.4821, 1.4822, 1.4823, 1.4824, 1.4825, 1.4826, 1.4827, 1.4828, 1.4829, 1.4830, 1.4831, 1.4832, 1.4833, 1.4834, 1.4835, 1.4836, 1.4837, 1.4838,
1.4839, 1.4840, 1.4841, 1.4842, 1.4843, 1.4844, 1.4845, 1.4846, 1.4847, 1.4848, 1.4849, 1.4850,
1.4851, 1.4852, 1.4853, 1.4854, 1.4855, 1.4856, 1.4857, 1.4858, 1.4859, 1.4860, 1.4861, 1.4862,
1.4863, 1.4864, 1.4865, 1.4866, 1.4867, 1.4868, 1.4869, 1.4870, 1.4871, 1.4872, 1.4873, 1.4874,
1.4875, 1.4876, 1.4877, 1.4878, 1.4879, 1.4880, 1.4881, 1.4882, 1.4883, 1.4884, 1.4885, und 1.4886.
[0246] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Werkstoffen gemäß Werkstoffklasse DIN-Nr. 1.4948, 1.4949, 1.4950, 1.4951, 1.4952, 1.4953, 1.4954, 1.4955, 1.4956, 1.4957, 1.4958, 1.4959, 1.4960, 1.4961, 1.4962, 1.4963, 1.4964, 1.4965, 1.4966, 1.4967, 1.4968, 1.4969, 1.4970, und 1.4971.
[0247] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Werkstoffen gemäß Werkstoffklasse DIN-Nr. 2.4630, 2.4633, 2.4650, 2.4653, 2.4654, 2.4655, 2.4656, 2.4657, 2.4658, 2.4659, 2.4660, 2.4661, 2.4662, 2.4663, 2.4664, 2.4665, 2.4666, 2.4667, 2.4668, 2.4669, 2.4670, 2.4671, 2.4672, und 2.4673.
[0248] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Werkstoffen gemäß Werkstoffklasse DIN-Nr. 2.4723, 2.4724, 2.4725, 2.4726, 2.4727, 2.4728, 2.4729, 2.4730, 2.4731, 2.4732, 2.4733, 2.4734, 2.4735, 2.4736, 2.4737, 2.4738, 2.4739, 2.4740, 2.4741, 2.4742, und 2.4743.
[0249] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Werkstoffen gemäß Werkstoffklasse DIN-Nr. 2.4806, 2.4807, 2.4808, 2.4809, 2.4810, 2.4811, 2.4812, 2.4813, 2.4814, 2.4815, 2.4816, 2.4817, 2.4818, 2.4819, 2.4820, 2.4821, 2.4822, 2.4823, 2.4824,
2.4825, 2.4826, 2.4827, 2.4828, 2.4829, 2.4830, 2.4831, 2.4832, 2.4833, 2.4834, 2.4835, 2.4836,
2.4837, 2.4838, 2.4839, 2.4840, 2.4841, 2.4842, 2.4843, 2.4844, 2.4845, 2.4846, 2.4847, 2.4848, 2.4849, 2.4850, 2.4851, 2.4852, 2.4853, 2.4854, 2.4855, 2.4856, 2.4857, 2.4858, 2.4859, 2.4860, 2.4861, 2.4862, 2.4863, 2.4864, 2.4865, 2.4866, 2.4867, 2.4868, und 2.4879.
[0250] Bevorzugt kommt die Metalllegierung mit gasförmigem NH; in direkten Kontakt.
[0251] Bevorzugt kommt die Metalllegierung nicht mit NH; in superkritischem Zustand in direkten Kontakt.
[0252] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Zersetzung von NH; zu N2 und H2 in einer vorstehend beschriebenen, erfmdungsgemäßen Anlage, wobei das NH3 in den Reaktor mit einer Temperatur von mindestens 500°C, bevorzugter mindestens 530°C, noch bevorzugter mindestens 560°C, am bevorzugtesten mindestens 590°C, und insbesondere mindestens 620°C einge- leitet wird.
[0253] Bevorzugt wird das Bauteil einer Temperatur von mindestens 500°C, bevorzugter mindestens 530°C, noch bevorzugter mindestens 560°C, am bevorzugtesten mindestens 590°C, und insbesondere mindestens 620°C ausgesetzt. Bevorzugt wird das Bauteil einer Temperatur von mindestens 650°C, be- vorzugter mindestens 680°C, noch bevorzugter mindestens 710°C, am bevorzugtesten mindestens 740°C, und insbesondere mindestens 770°C ausgesetzt. Bevorzugt wird das Bauteil einer Temperatur von mindestens 800°C, bevorzugter mindestens 830°C, noch bevorzugter mindestens 860°C, am bevor- zugtesten mindestens 890°C, und insbesondere mindestens 920°C ausgesetzt.
[0254] Bevorzugt liegt das NH3 in dem Reaktor in gasförmigem Zustand vor.
[0255] Bevorzugt befindet das NH3 sich in dem Reaktor nicht in superkritischem Zustand.
[0256] Abbildung 1 illustriert schematisch eine bevorzugte Ausfiihrungsform eines erfmdungsgemä- ßen Reaktors 1, der beispielhaft vier röhrenförmige Reaktionskammem 2 umfasst, welche jeweils NH3- Zersetzungskatalysator enthalten. Der Reaktor 1 bildet in seinem Innern eine Brennkammer 3, in der die vier röhrenförmigen Reaktionskammem 2 parallel als Bündel angeordnet sind. Über ein Zuleitungssys- tem 4 wird NH3 (Eduktgas) in den Reaktor 1 und in jede der Reaktionskammem 2 geleitet, um dort an dem NEfi-Zersetzungskatalysator zu Produktgas zu reagieren. Das Produktgas, welches N2 und H2 um- fasst, wird über Ableitungssystem 5 aus den Reaktionskammem 2 und dem Reaktor 1 abgeleitet. In paralleler Strömungsrichtung zum NH3 wird Verbrennungsgas über Zuleitung 6 in die Brennkammer 3 geleitet, wo es unter Bildung von Flamme 7 verbrannt wird. Bei der Verbrennung gebildete Verbren- nungswärme strömt vom Innern der Brennkammer 3 in durch die Wandung der Reaktionskammem 2 hindurch zum NFfi-Zersetzungskatalysator. Das bei der Verbrennung gebildete Rauchgas wird über Ab- leitung 8 aus der Brennkammer 3 und dem Reaktor 1 abgeleitet.
Bezugszeichenliste:
1 - Reaktor
2 - Reaktionskammer - Brennkammer - Zuleitungssystem fur NH; - Ableitungssystem für Produktgas - Zuleitung für Verbrennungsgas - Flamme - Ableitung für Rauchgas

Claims

Patentansprüche:
1. Eine Anlage zur Herstellung von H2 durch katalytische Zersetzung von NH3 zu N2 und H2; wobei die Anlage einen Reaktor umfasst, welcher einen NHs-Zersetzungskatalysator enthält; wobei der Reaktor mindestens ein Bauteil umfasst, welches wenigstens teilweise aus einer Me- talllegierung aufgebaut ist; wobei die Metalllegierung bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich ihrer Oberfläche mit dem NH3 und/oder N2 in direkten Kontakt kommt; und wobei die Metalllegierung Nickel und Chrom mit einem Gesamtgehalt an Nickel und Chrom von mindestens 15 Gew.-% enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
2. Die Anlage nach Anspruch 1, wobei die Metalllegierung optional zusätzlich Kobalt enthält, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens 25 Gew.-%, bevorzugter mindestens 30 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 35 Gew.-%, am be- vorzugtesten mindestens 40 Gew.-%, und insbesondere mindestens 45 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
3. Die Anlage nach Anspruch 2, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 50 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 54 Gew.-%, bevorzugter mindestens 58 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 62 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 66 Gew.-%, und insbeson- dere mindestens 70 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
4. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt höchstens 60 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 55 Gew.-%, bevorzugter höchstens 50 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 45 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 40 Gew.-%, und insbesondere höchstens 35 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
5. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Nickel mindestens 5,0 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, bevorzugter mindestens 15 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 20 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 30 Gew.-%, und insbeson- dere mindestens 35 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
6. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Nickel höchstens 60 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 55 Gew.-%, bevorzugter höchstens 50 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 45 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 40 Gew.-%, und insbesondere höchstens 35 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
7. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Kobalt enthält.
8. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Kobalt enthält und wobei der Gehalt an Kobalt mindestens 4,0 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 8,0 Gew.- %, bevorzugter mindestens 12 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 16 Gew.-%, am bevorzug- testen mindestens 20 Gew.-%, und insbesondere mindestens 24 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. e
9. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Chrom mindestens 12 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, bevorzugter mindestens 18 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 21 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 24 Gew.-%, und insbeson- dere mindestens 27 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
10. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Chrom höchstens 40 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 38 Gew.-%, bevorzugter höchstens 36 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 35 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 34 Gew.-%, und insbesondere höchstens 32 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
11. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Chrom höchstens 30 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 28 Gew.-%, bevorzugter höchstens 26 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 24 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 22 Gew.-%, und insbesondere höchstens 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
12. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Chrom mit aufsteigen- der Bevorzugung im Bereich hegt von 15±12,5 Gew.-%, 15±10 Gew.-%, 15±7,5 Gew.-%, 15±5,0 Gew.-%, oder 15±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
13. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Chrom mit aufsteigen- der Bevorzugung im Bereich liegt von 20±17,5 Gew.-%, 20±15 Gew.-%, 20±12,5 Gew.-%, 20±10 Gew.-%, 20±7,5 Gew.-%, 20±5,0 Gew.-%, oder 20±2,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
14. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Chrom mit aufsteigen- der Bevorzugung im Bereich liegt von 25±22,5 Gew.-%, 25±20 Gew.-%, 25±17,5 Gew.-%, 25±15 Gew.-%, 25±12,5 Gew.-%, 25±10 Gew.-%, 25±7,5 Gew.-%, 25±5,0 Gew.-%, oder 25±2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
15. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom mindestens 20 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 25 Gew.-%, bevorzugter mindes- tens 30 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 35 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 40 Gew.-%, und insbesondere mindestens 45 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtge- wicht der Metalllegierung.
16. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und Chrom höchstens 85 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 80 Gew.-%, bevorzugter höchstens 75 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 70 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 65 Gew.-%, und insbesondere höchstens 60 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
17. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Molybdän ent- hält.
18. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Molybdän ent- hält und der Gehalt an Molybdän mindestens 1,0 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzugter mindestens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 4,0 Gew.-%, am be- vorzugtesten mindestens 5,0 Gew.-%, und insbesondere mindestens 6,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
19. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Molybdän ent- hält und der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom und Molybdän höchstens 85 Gew.-% beträgt, be- vorzugt höchstens 80 Gew.-%, bevorzugter höchstens 75 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 70 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 65 Gew.-%, und insbesondere höchstens 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
20. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Wolfram enthält.
21. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Wolfram enthält und der Gehalt an Wolfram mindestens 1,0 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzugter mindestens 3,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 4,0 Gew.-%, am bevorzugtes- ten mindestens 5,0 Gew.-%, und insbesondere mindestens 6,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
22. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Wolfram enthält und der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom und Wolfram höchstens 95 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 90 Gew.-%, bevorzugter höchstens 85 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 80 Gew.- %, am bevorzugtesten höchstens 75 Gew.-%, und insbesondere höchstens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
23. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Molybdän und Wolfram enthält.
24. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Molybdän und Wolfram enthält und der Gesamtgehalt an Nickel, Chrom, Molybdän und Wolfram höchstens 95 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 90 Gew.-%, bevorzugter höchstens 85 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 80 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 75 Gew.-%, und insbesondere höchstens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
25. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an { [(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} weniger als 1,5 Gew.-% beträgt.
26. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an {[(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} höchstens 1,4 Gew. -% beträgt, bevorzugt höchstens 1,2 Gew.- %, bevorzugter höchstens 1,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,8 Gew.-%, am bevorzug- testen höchstens 0,6 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,4 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
27. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an {[(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} mehr als 8,5 Gew.-% beträgt.
28. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an {[(Gehalt an Molyb- dän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]} mindestens 8,6 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 8,8 Gew.-%, bevorzugter mindestens 9,0 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 10 Gew.-%, am be- vorzugtesten mindestens 13 Gew.-%, und insbesondere mindestens 16 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
29. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) weniger als 3,0 Gew.-% beträgt.
30. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) höchstens 2,9 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 2,6 Gew.-%, bevorzugter höchstens 2,3 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 2,0 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 1,7 Gew.-%, und insbesondere höchstens 1,4 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
31. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an ( 1,8 x Chrom / { [(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) mehr als 10 Gew.-% beträgt.
32. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an (1,8 x Chrom / {[(Ge- halt an Molybdän) + 0,5 x (Gehalt an Wolfram)]}) mindestens 30 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, bevorzugter mindestens 70 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 75 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 80 Gew.-%, und insbesondere mindestens 85 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
33. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- die Metalllegierung optional zusätzlich Kobalt enthält, wobei der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 40 Gew.-% beträgt, und
- der Gehalt an Chrom mindestens 20 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
34. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Aluminium und/oder Titan enthält.
35. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung Aluminium und/oder Titan enthält und wobei der Gesamtgehalt an Aluminium und/oder Titan höchstens 4,5 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 4,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,5 Gew.-%, noch be- vorzugter höchstens 3,0 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2,5 Gew.-%, und insbesondere höchstens 2,0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
36. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an Aluminium bevorzugt höchstens 3,0 Gew.-% beträgt, bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 2,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 1,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 1,0 Gew.-%, und insbesondere höchstens 0,5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallle- gierung.
37. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erfmdungsgemäße Metalllegie- rung allenfalls sehr geringe Mengen an Titan enthält, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevor- zugter höchstens 0,6 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,1 Gew.-%, und insbesondere ist Titan nominell nicht enthalten.
38. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 54 Gew.-% beträgt,
- der Gehalt an Chrom höchstens 24 Gew.-% beträgt, und
- der Gesamtgehalt an Aluminium und/oder Titan höchstens 2, 1 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
39. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 57 Gew.-% beträgt, und
- der Gehalt an Chrom mindestens 26 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
40. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 30 Gew.-% beträgt,
- der Gehalt an Chrom im Bereich von 15 bis 35 Gew.-% liegt, bevorzugt 19 bis 35 Gew.-%,
- der Gehalt an Aluminium höchstens 2,5 Gew.-% beträgt, und
- der Gehalt an Titan höchstens 0,6 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.
41. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der NHs-Zersetzungskatay sator Ni- ckel-basiert ist.
42. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der NHs-Zersetzungskataysator im Hinblick auf die Zersetzung von NH; eine scheinbare Aktivierungsenergie Eapp von mindestens 50 kJ-mol 1 aufweist.
43. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anlage eine oder mehrere der folgende Vorrichtungen umfasst, welche miteinander in Fluidverbindung stehen:
(i) eine Vorrichtung zur Lagerung von flüssigem NH;,:
(ii) eine Vorrichtung zur Erwärmung und Verdampfung des flüssigen NH;:
(iii) den Reaktor;
(iv) eine Vorrichtung zur Aufreinigung von H2 aus dem Produktgas; und (v) eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Prozesswärme.
44. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung mit gasförmigem NH3 in direkten Kontakt kommt.
45. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metalllegierung nicht mit NH3 in superkritischem Zustand in direkten Kontakt kommt.
46. Ein Verfahren zur katalytischen Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 in einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das NH3 in den Reaktor mit einer Temperatur von mindestens 500°C, bevorzugter mindestens 530°C, noch bevorzugter mindestens 560°C, am bevorzugtesten mindestens 590°C, und insbesondere mindestens 620°C eingeleitet wird.
47. Das Verfahren nach Anspruch 46, wobei das NH3 in dem Reaktor in gasförmigem Zustand vor- liegt.
48. Das Verfahren nach Anspruch 46 oder 47, wobei das NH3 sich in dem Reaktor nicht in superkri- tischem Zustand befindet.
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