ES2295403T3 - Intercambiadores de calor material cerammico. - Google Patents

Intercambiadores de calor material cerammico. Download PDF

Info

Publication number
ES2295403T3
ES2295403T3 ES02768179T ES02768179T ES2295403T3 ES 2295403 T3 ES2295403 T3 ES 2295403T3 ES 02768179 T ES02768179 T ES 02768179T ES 02768179 T ES02768179 T ES 02768179T ES 2295403 T3 ES2295403 T3 ES 2295403T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
heat exchanger
heat
ceramic material
equal
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES02768179T
Other languages
English (en)
Inventor
Stein Julsrud
Bent Erlend Vigeland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Norsk Hydro ASA
Original Assignee
Norsk Hydro ASA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Norsk Hydro ASA filed Critical Norsk Hydro ASA
Application granted granted Critical
Publication of ES2295403T3 publication Critical patent/ES2295403T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Abstract

Un intercambiador de calor cerámico fabricado a partir de un material óxido caracterizado porque el material está representado por la fórmula: A1-x Bx O(3+x+z)/2

Description

Intercambiadores de calor material cerámico.
La presente invención se refiere a materiales cerámicos para intercambiadores de calor que son aplicables en general, y que son particularmente adecuados en aplicaciones de altas temperaturas y altas presiones de vapor.
Los procesos industriales, con frecuencia, operan de manera ineficaz debido a las pérdidas de calor por los gases de escape a altas temperaturas. Así mismo, diversos procesos industriales potenciales trabajan a un rendimiento inferior al óptimo a menos que sea posible recuperar el calor de los gases de escape a alta temperatura. Entre los ejemplos están los procesos que suponen el reformado por vapor del gas natural o la oxidación parcial o completa de gas natural. Sin contar con intercambiadores de calor que trabajen a temperaturas suficientemente altas, hay una pérdida de eficacia por falta de recuperación del calor de los escapes o por reducción de las temperaturas del proceso. En muchos casos puede resultar beneficioso generar gases de escape o gases de producto que tienen temperaturas en el intervalo de 900 a 1200ºC, y en ciertos casos por encima de 1200ºC.
Es muy conocido en la técnica que los intercambiadores de calor convencionales fabricados en metal o aleaciones no pueden utilizarse a temperaturas que sobrepasen los 800-1000ºC. A temperaturas superiores, los intercambiadores de calor basados en metales carecen de la resistencia mecánica requerida para una operación prolongada.
La utilización de ciertos materiales cerámicos, sin embargo, aumenta la temperatura de operación del intercambiador de calor permisible. El carburo de silicio, por ejemplo, es muy refractario con una temperatura muy por encima de 2000ºC. Una seria desventaja con el SiC, sin embargo, es la evaporación potencialmente rápida de la especie gaseosa que contiene silicio desde la superficie sólida cuando hay vapor en el gas. Cuando el oxígeno (en forma por ejemplo de O_{2}, H_{2}O, CO_{2}, CO) está presente en el gas en contacto con el intercambiador de calor de SiC, se forma una capa de SiO_{2} sobre la superficie. Esta capa es atacada por agua y se forma Si(OH)_{4} que es muy volátil y se evapora desde el intercambiador de calor. Esta evaporación puede tener varias implicaciones serias. En primer lugar, el consumo de material del intercambiador de calor conducirá al adelgazamiento de las paredes y puede eventualmente conducir a un fallo mecánico y al agrietado del intercambiador de calor. En segundo lugar, el material evaporado se puede condensar en partes del refrigerante del intercambiador de calor o en las partes del refrigerante de otros componentes y conducir a obturación de las corrientes fluidas, dando lugar a pérdidas de presión incrementadas. En tercer lugar, el Si(OH)_{4} puede reaccionar o condensarse en componentes funcionales del refrigerante, por ejemplo, catalizadores, interfiriendo con ello la funcionalidad del componente.
Todos los materiales de intercambiador de calor potenciales que contienen silicio (por ejemplo Si_{3}N_{4}, cordierita) irán asociados a problemas causados por la evaporación de Si(OH)_{4} cuando el vapor está presente en el gas.
Además, la mayor parte de otros materiales cerámicos tendrán presiones de vapor inaceptablemente altas de especies de hidróxido metálico cuando se utilizan por encima de1000ºC en la presencia de vapor. El nitruro de aluminio, por ejemplo, reaccionará con vapor y formará gas nitrógeno y Al(OH)_{3} que, lo mismo que Si(OH)_{4}, es altamente volátil.
El principal objeto de la presente invención ha sido el desarrollo de composiciones cerámicas (materiales) para intercambiadores de calor muy refractarias y muy estables en un amplio intervalo de presiones parciales de oxígeno y en la presencia de gases tales como CH_{4} y otros hidrocarburos, H_{2}O, CO_{2}, H_{2}, CO y O_{2} y capaces de operar a temperaturas que varían desde por debajo de 400 a bastante por encima de 1300ºC, durante un largo período de tiempo.
Otro objeto de la presente invención es el desarrollo de composiciones cerámicas adecuadas para la manufactura de intercambiadores de calor con un bajo nivel de evaporación desde el intercambiador de calor a altas temperaturas.
Los autores de la presente invención han encontrado que ciertas clases de materiales tienen propiedades únicas y son adecuados en particular en intercambiadores de calor en los que se utilizan altas temperaturas y hay presencia de vapor. Los materiales de estas composiciones son refractarios y tienen presiones de vapor particularmente bajas en la presencia de vapor.
En la Figura 1 se muestra la presión de vapor sobre una selección de óxidos en la presencia de vapor a una presión de 12,7 bar e hidrógeno a una presión parcial de 0,1 bar como una función de la temperatura inversa. Es evidente que, de los óxidos incluidos en la Figura 1, La_{2}O_{3}, ZrO_{2} y TiO_{2} se evaporarán a una velocidad considerablemente más baja que los óxidos restantes. Se puede tomar como ejemplo un proceso con flujo de gas a través del intercambiador de calor de 1kmol/s para la estimación de pérdidas de evaporación potenciales de un intercambiador de calor. Suponiendo que el flujo de gas a través del intercambiador de calor llega a la saturación con el óxido o hidróxido metálico en cuestión, la pérdida a 1250ºC desde una superficie de SiO_{2} sería de 60 toneladas al año. La pérdida desde una superficie de MgO será de 200 kg/año, desde una de La_{2}O_{3} de 1 kg/año, y desde TiO_{3} de unos pocos microgramos por año. Es evidente que las pérdidas por evaporación de todos los óxidos de la Figura 1 excepto La_{2}O_{3}, ZrO_{2} y TiO_{2} será inaceptablemente altas. Generalmente, se observará una reducción de la presión de vapor cuando el óxido puro en cuestión es un constituyente en un compuesto multicomponente. Pero es raro observar una reducción de más de dos órdenes de magnitud.
De los óxidos metálicos simples no incluidos en la Figura 1, HfO_{2} tendrá presiones de vapor cercanas a las esperadas para TiO_{2} y ZrO_{2}. Las presiones de vapor de los óxidos de lantánidos serán similares a la presión de vapor esperada para La_{2}O_{3}. El Y_{2}O_{3} tendrá una presión de vapor inferior al La_{2}O_{3}. Las presiones de vapor de los demás elementos utilizables serán más altas que las de MgO, y por tanto tendrán presiones de vapor inaceptablemente altas en procesos en que las temperaturas sobrepasan los 1000ºC y donde el vapor está presente a presiones relativamente altas.
El alcance de la invención en su sentido más amplio es un intercambiador de calor cerámico manufacturado a partir de un material de óxido donde el material está representado por la fórmula:
A_{1-x} B_{x} O_{(3+x+z)/2}
donde A se selecciona del grupo que consiste en La, Ce, Pt, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, y mezclas, de ellos, B representa Zr, Ti o Hf o mezclas de ellos, x es mayor o igual a cero y menor de 1, y z es un número que hace al compuesto neutro en carga y es mayor de aproximadamente 0,1 y menor de aproximadamente 0,2.
En un modo de realización de la presente invención, el intercambiador de calor comprende un material óxido cerámico descrito por la fórmula:
A_{1-x} B_{x} O_{(3+x+z)/2}
donde A se selecciona del grupo que consiste en La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, y mezclas de ellos, x es igual a cero, y z es un número que hace que el compuesto sea neutro en carga y es mayor de aproximadamente -0,1 y menor de aproximadamente 0,2. Las composiciones preferidas son aquellas en que A representa predominantemente lantano (La).
En otro modo de realización de la presente invención, el intercambiador de calor comprende un material cerámico de óxido descrito por la fórmula:
A_{1-x} B_{x} O_{(3+x+z)/2}
donde A se selecciona del grupo que consiste en La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, y mezclas de ellos, B representa Zr, Ti o Hf o mezclas de ellos, x es mayor o igual a 0,48 y menor o igual a 0,52, y z es un número que hace que el compuesto neutro en carga y es mayor de aproximadamente -0,1 y menor de aproximadamente 0,2. Las composiciones preferidas son aquellas en que A representa predominantemente La. Composiciones más preferidas incluso son aquellas en que B representa Zr substancialmente.
Aunque los compuestos descritos por la fórmula señalada han sido descritos ya como candidatos para recubrimientos barrera térmica sobre substratos metálicos (Patente estadounidense No. 6117.560 y Patente estadounidense No. 6.258.467), su uso como intercambiadores de calor no ha sido descrito previamente.
En aún otro modo de realización de la presente invención, el intercambiador de calor comprende un material cerámico de óxido descrito por la fórmula:
A_{1-x} B_{x} O_{(3+x+z)/2}
donde A se selecciona del grupo que consiste en La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, y mezclas de ellos y al menos representa lantano, B representa Zr, Ti o Hf o mezclas de ellos y al menos representa Ti, x es igual a 1/3, y z es un número que hace que el compuesto sea neutro en carga y es mayor de aproximadamente -0,1 y menor de aproximadamente 0,2. Las composiciones preferidas son aquellas en que, en la fórmula, B representa Ti predominantemente. Incluso son más preferidas son aquellas en las que A representa predominantemente La.
La invención se explicará en adelante con referencia a los siguientes ejemplos y figuras.
La Figura 1 muestra la presión de vapor sobre una selección de óxidos en la presencia de vapor a una presión de 12,7 bar e hidrógeno a una presión parcial de 0,1 bar como función de la temperatura inversa.
La Figura 2 muestra el diagrama de difracción de rayos X del material intercambiador de calor del Ejemplo 1, La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}. El asterisco (*) indica reflexiones del soporte de muestra de aluminio.
La Figura 3 presenta un diagrama de difracción de rayos X del material intercambiador del Ejemplo 2, La_{0,5}Ti_{0,5}
O_{1,75}. El asterisco (*) indica reflexiones del soporte de muestra de aluminio.
\newpage
La Figura 4 muestra las características de la expansión térmica lineal de los tres materiales intercambiadores de calor de los Ejemplos 1-3, La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}, La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75} y La_{2/3}Ti_{1/3}O_{5/3}.
La Figura 5 muestra el perfil de temperaturas calculado del gas frío a través de la pared de intercambiador de calor al gas caliente para un intercambiador de calor de La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75}. Los cálculos se describen en el Ejemplo 8.
Ejemplo 1 Preparación de La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}
Se preparó un material de intercambiador de calor de óxido cerámico por vía química suave donde se disolvió primero la cantidad apropiada de La_{2}O_{3} y ZrCo_{20}H_{28}O_{8} en ácido nítrico. A esta mezcla líquida se añadió ácido cítrico en exceso, y se dejó evaporar el agua en exceso durante 3 horas a 90ºC, tiempo durante el cual tiene lugar la formación de complejo. El gel resultante se secó al aire durante 14 horas por calentamiento a 140ºC, después de lo cual se separó la materia orgánica sometiendo la mezcla a 500ºC durante 3 horas. El polvo se calcinó a 1300ºC durante 10 horas y se trituró en un molino planetario con medios de trituración de zirconia estabilizada con itria. Se combinó entonces la mezcla en polvo con un aglutinante y se prensó en frío uniaxialmente hasta formar un disco de \diameter13 mm a 180 MPa. El disco poroso resultante se calentó a 500ºC a 3ºC/minuto al aire para permitir una combustión controlada del aglutinante, y se calentó además a 1600ºC al aire, manteniéndose a 1600ºC durante 3 horas y enfriándose hasta temperatura ambiente. Este procedimiento conduce a un disco de \diameter10 mm con 97% de densidad teórica. La fórmula que representa el producto se puede expresar como La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}. El compuesto tiene una temperatura de fusión más alta de 2200ºC.
Ejemplo 2 Preparación de La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75}
Se preparó un material intercambiador de calor de óxido cerámico por el método del Ejemplo 1 excepto en la utilización de TiCo_{20}H_{28}O_{8} en lugar de ZrCo_{20}H_{28}O_{8} y empleando temperaturas de 1200ºC y 1300ºC, respectivamente, para llegar a un producto que puede representarse por la fórmula La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75}. El procedimiento conduce a un disco de \diameter10 mm con 98% de densidad teórica. El compuesto tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 1800ºC.
Ejemplo 3 Preparación de La_{2/3}Ti_{1/3}O_{5/3}
Se preparó un material intercambiador de calor de óxido cerámico siguiendo el método del Ejemplo 2 excepto en que se dobló la relación de La_{2}O_{3} a TiC_{20}H_{28}O_{8} y utilizándose una temperatura de sinterización de 1400ºC para dar un producto que puede estar representado por la fórmula La_{2/3}Ti_{1/3}O_{5/3}. El procedimiento a conduce a un disco de \diameter10 mm con >95% de densidad teórica. El compuesto tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 1700ºC.
Ejemplo 4 Preparación de Ti_{0,93}Zr_{0,07}O_{2}
Se puede preparar un material de óxido cerámico para intercambiador de calor según el método del Ejemplo 1 excepto en se utilizan TiC_{20}H_{28}O_{8} y ZrC_{20}H_{28}O_{8} y empleando una temperatura de calcinación de 1200ºC para obtener un producto que puede representarse por la fórmula Ti_{0,93}Zr_{0,07}O_{2}. El producto tiene una temperatura de fusión por encima de 1800ºC.
Ejemplo 5 Preparación de La_{0,85}Ti_{0,15}O_{1,5}
Se preparó un material de intercambiador de calor de óxido cerámico siguiendo el método del Ejemplo 1 excepto en que se emplearon las materias primas de La_{2}O_{3} a N_{2}O_{3} para dar un producto que puede representarse por la fórmula La_{0,85}Ti_{0,15}O_{1,5}. El compuesto tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 1800ºC.
Ejemplo 6 Estructura de La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75} y La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75}
En las Figuras 2 y 3 se muestran diagramas de difracción XRD de los materiales de intercambiador de calor de los Ejemplos 1 y 2. Ambos materiales están en una sola fase y poseen estructura de pirocloro.
Ejemplo 7 Expansión térmica de La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75} La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75} y La_{2/3}Ti_{1/3}O_{5/3}
Los discos de material de intercambiador de calor de los Ejemplos 1-3 se montaron en un dilatómetro DIL801L Bähr, y se calentaron a 6ºC/min a 1400ºC, mientras se registraba el cambio relativo de longitud de las muestras. En la Figura 4 se muestran las características de expansión térmica lineal resultantes de los tres materiales intercambiadores de calor La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}, La_{0,5}Ti_{0,5}O_{1,75} y La_{2/3}Ti_{1/3}O_{5/3}.
Ejemplo 8 Cálculo de la transferencia de calor en un intercambiador de calor de La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}
Se llevó a cabo el cálculo de transferencia de calor en un intercambiador de calor de La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}, suponiendo una conductividad térmica (k) de 1 W(mK) para el material de La_{0,5}Zr_{0,5}O_{1,75}. Para calcular el flujo laminar entre placas de 1 m de longitud, se supuso un espesor (d) de 1 mm y un espaciado de 2 mm. La presión total era de 20 bar y las velocidades del gas 1 m/s. El gas a alta temperatura contenía un 67% del vapor y 33% de dióxido de carbono a una temperatura (T4) de 1200ºC, mientras que el gas a baja temperatura consistía en aire a temperatura (T_{0}) de 1100ºC. Las ecuaciones normalizadas dieron coeficientes de transferencia de calor (hc) de 242 W(m^{2}K) para el gas caliente y 164 W/(m^{2}K) para el gas frío. La transferencia de calor a través de las paredes del intercambiador de calor se calculó entonces utilizando las ecuaciones:
q = h _{c0}{}^{o} \ (T_{1}-T_{0})
q = k* (T_{2}-T_{1})/d
q = h_{c4}* (T_{4}-T_{3})
donde q es el flujo de calor, h_{c0} ea el coeficiente de transferencia de calor cerca de la pared fría, h_{c4} es el coeficiente de transferencia cerca de la pared caliente y T_{1} yT_{2} las temperaturas de las paredes fría y caliente, respectivamente.
Los cálculos dieron un flujo de calor de 8,9 kW/m^{2} y mostraron que solamente el 9% de la diferencia de temperatura global entre los gases tenía lugar en la pared del intercambiador de calor. El 91% restante tenía lugar en las interfases sólido-gas. El perfil de temperaturas desde el gas frío a través de la pared a gas caliente se muestra en la Figura 5.
Un cálculo similar con un material de intercambiador con una conductividad térmica (k) de 100 W(mK) dio un flujo de calor de 9,8 kW/m^{2}. Por lo tanto, la conductividad térmica es de menor importancia para la transferencia del calor global.

Claims (9)

1. Un intercambiador de calor cerámico fabricado a partir de un material óxido caracterizado porque el material está representado por la fórmula:
A_{1-x} B_{x} O_{(3+x+z)/2}
donde A se selecciona del grupo que consiste en La, Ce, Pt, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, y mezclas de ellos, B representa Zr, Ti o Hf o mezclas de ellos, x es mayor o igual a cero y menos de 1, y z es un número que hace al compuesto neutro en carga y es mayor de aproximadamente -0,1 y menor de aproximadamente 0,2.
2. Un intercambiador de calor hecho de un material cerámico según la reivindicación 1, caracterizado porque x es igual a cero.
3. Un intercambiador de calor hecho de un cerámico según la reivindicación 2 caracterizado porque A representa predominantemente lantano (La).
4. Un intercambiador hecho de material cerámico según la reivindicación 1, caracterizado por que x es mayor o igual a 0,48 y menor o igual a 0,52.
5. Un intercambiador de calor hecho de material cerámico según la reivindicación 4 caracterizado porque A es, predominantemente, lantano.
6. Un intercambiador de calor hecho de material cerámico según la reivindicación 5 caracterizado porque B está representado substancialmente por Zr.
7. Un intercambiador de calor hecho de material cerámico según la reivindicación 1, caracterizado porque x es igual a 1/3, A al menos representa La y B al menos representa Ti.
8. Un intercambiador de calor hecho de material cerámico según la reivindicación 7, caracterizado porque B representa, predominantemente Ti.
9. Un intercambiador de calor hecho de material cerámico según la reivindicación 8, caracterizado porque A está predominantemente representando La.
ES02768179T 2001-10-19 2002-09-25 Intercambiadores de calor material cerammico. Expired - Lifetime ES2295403T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20015135A NO318580B1 (no) 2001-10-19 2001-10-19 Keramisk varmeveksler
NO20015135 2001-10-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2295403T3 true ES2295403T3 (es) 2008-04-16

Family

ID=19912938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES02768179T Expired - Lifetime ES2295403T3 (es) 2001-10-19 2002-09-25 Intercambiadores de calor material cerammico.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20050009686A1 (es)
EP (1) EP1436565B1 (es)
JP (1) JP2005505490A (es)
AT (1) ATE377178T1 (es)
DE (1) DE60223273T2 (es)
DK (1) DK1436565T3 (es)
ES (1) ES2295403T3 (es)
NO (1) NO318580B1 (es)
WO (1) WO2003033986A1 (es)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4481027B2 (ja) 2003-02-17 2010-06-16 財団法人ファインセラミックスセンター 遮熱コーティング部材およびその製造方法
MX2012013521A (es) 2010-05-24 2013-04-08 Siluria Technologies Inc Catalizadores de nanoalambre, su preparacion y uso de los mismos.
CN103764276B (zh) 2011-05-24 2017-11-07 希路瑞亚技术公司 用于甲烷氧化偶合的催化剂
CN104039451B (zh) 2011-11-29 2018-11-30 希路瑞亚技术公司 纳米线催化剂及其应用和制备方法
WO2013177461A2 (en) 2012-05-24 2013-11-28 Siluria Technologies, Inc. Catalytic forms and formulations
US20140274671A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Siluria Technologies, Inc. Catalysts for petrochemical catalysis
WO2015168601A2 (en) 2014-05-02 2015-11-05 Siluria Technologies, Inc. Heterogeneous catalysts
PL3194070T3 (pl) 2014-09-17 2021-06-14 Lummus Technology Llc Katalizatory do utleniającego sprzęgania metanu i utleniającego odwodornienia etanu

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4040845A (en) * 1976-03-04 1977-08-09 The Garrett Corporation Ceramic composition and crucibles and molds formed therefrom
JPS605545B2 (ja) * 1980-03-19 1985-02-12 日本碍子株式会社 低膨脹セラミックスおよびその製法
JPS6354595A (ja) * 1986-08-22 1988-03-08 Ebara Corp 高温熱交換器
FR2661904B1 (fr) * 1990-05-11 1993-10-15 Ceramiques Composites Composition pour ceramiques et ses procedes d'obtention.
WO1993006060A1 (fr) * 1991-09-26 1993-04-01 Mamoru Omori Ceramique composite a base d'oxydes mixtes et production de cette ceramique
US5602043A (en) * 1995-01-03 1997-02-11 Texas Instruments Incorporated Monolithic thermal detector with pyroelectric film and method
IN187185B (es) * 1995-04-25 2002-02-23 Siemens Ag
US5765596A (en) * 1995-06-16 1998-06-16 Hps Merrimac Ceramic heat exchanger
US5837642A (en) * 1995-12-26 1998-11-17 Daihatsu Motor Co., Ltd. Heat-resistant oxide
US6258467B1 (en) * 2000-08-17 2001-07-10 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal barrier coating having high phase stability
US6117560A (en) * 1996-12-12 2000-09-12 United Technologies Corporation Thermal barrier coating systems and materials

Also Published As

Publication number Publication date
DE60223273T2 (de) 2008-02-21
EP1436565A1 (en) 2004-07-14
NO20015135D0 (no) 2001-10-19
ATE377178T1 (de) 2007-11-15
NO318580B1 (no) 2005-04-11
DE60223273D1 (de) 2007-12-13
JP2005505490A (ja) 2005-02-24
WO2003033986A1 (en) 2003-04-24
NO20015135L (no) 2003-04-22
US20050009686A1 (en) 2005-01-13
EP1436565B1 (en) 2007-10-31
DK1436565T3 (da) 2008-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yamanaka et al. Thermophysical properties of SrHfO3 and SrRuO3
JP5112611B2 (ja) ケイ素含有基材用アルミン酸塩皮膜
RU2218447C2 (ru) Изделие, подвергаемое воздействию горячего агрессивного газа, в частности, деталь газовой турбины (варианты) и способ изготовления теплоизоляционного слоя для изделия
Qiang et al. Preparation and thermophysical properties of Dy2Zr2O7 ceramic for thermal barrier coatings
Maekawa et al. Thermal and mechanical properties of perovskite-type barium hafnate
US5817597A (en) Compositions capable of operating under high oxygen partial pressures for use in solid-state oxygen producing devices
ES2295403T3 (es) Intercambiadores de calor material cerammico.
CN100376505C (zh) 隔热涂层材料
Gao et al. Phase transformation in the Al2O3–ZrO2 system
CA2417212A1 (en) Thermal barrier coating having high phase stability
JP2010511783A5 (es)
Yamanaka et al. Thermal and mechanical properties of SrHfO3
JP2002003207A5 (es)
WO2004002893A3 (fr) Composition a base d'oxyde de zirconium et d'oxydes de cerium, de lanthane et d'une autre terre rare, son procede de preparation et son utilisation comme catalyseur
Kong et al. Anisotropic grain growth of mullite in high-energy ball milled powders doped with transition metal oxides
Sahini et al. High temperature X-ray diffraction and thermo-gravimetrical analysis of the cubic perovskite Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3− δ under different atmospheres
ES2369150T3 (es) Procedimiento de producción de circonato de litio.
Liu et al. Preparation and thermophysical properties of NdxZr1− xO2− x/2 (x= 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) ceramics
JPS63256587A (ja) セラミツクス系超電導部材
KR100953155B1 (ko) 페롭스카이트형 이온전도성 산소 분리막의 제조방법 및 그산소분리막을 이용한 산소분리공정
ES2280581T3 (es) Membrana multicomponente mixta solida conductora de protones y electrones.
US7955526B2 (en) Addition of (a) blocking agent(s) in a ceramic membrane for clocking crystalline growth of grains during atmospheric sintering
Lin et al. Hexagonal-phase retention in pressureless-sintered barium titanate
Marushkin et al. Mass spectrometric study of vapor composition over the Ce-O system
JP2004277237A (ja) 高温耐水蒸気腐食層を有する窒化ケイ素セラミックス