LU103141B1

LU103141B1 - Reaktoren und Reaktorbauteile zur Zersetzung von NH3 bei hohen Temperaturen

Info

Publication number: LU103141B1
Application number: LU103141A
Authority: LU
Inventors: Ruth Kremer; Thorsten Brakhane; Tobias Fischer
Original assignee: Thyssenkrupp Uhde Gmbh; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2023-06-05
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2024-12-05

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

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LU103141

Reaktoren und Reaktorbauteile zur Zersetzung von NH; bei hohen Temperaturen

[0001] Die Erfindung betrifft Reaktoren und Reaktorbauteile, welche bei hohen Temperaturen und mittlerem Druck eine gute Beständigkeit gegenüber NH; und N, und ggf. H,O aufweisen, so dass sie bei der katalytischen Zersetzung von NH; zu N, und H, in großtechnischem Maßstab eingesetzt werden können.

[0002] H, kann durch erneuerbare Energien elektrolytisch aus H,0 gewonnen und anschließend mit N, in NH; umgewandelt werden. NH; lässt sich weitaus sicherer als H, speichern und transportieren. An- schließend kann NH; wieder zu H, und N, zersetzt werden. Nach Abtrennung von N, findet H, unter- schiedlichste industrielle Anwendungen.

[0003] Die Zersetzung von NH; zu N, und H, ist eine endotherme Reaktion (AH° = 45,9 kJ-mol-'), bei der sich die Stoffmenge verdoppelt (2 NH; — N, + 3 H,), 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.

[0004] Die Reaktionstemperatur, bei der die katalytische Zersetzung von NH; abläuft, ist insbesondere durch die Wahl des NH;-Zersetzungskatalysators vorgegeben. Als Katalysatoren für die Zersetzung von

NH; wurde eine Vielzahl von Materialien vorgeschlagen, welche bei unterschiedlichen Temperaturen aktiv sind (vgl. z.B. Il. Lucentini et al., Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60, 18560-18611).

[0005] Für groBtechnische Umsetzungen sind jedoch vieler dieser NH4-Zersetzungskatalysatoren nicht wirtschaftlich einsetzbar. Für groBtechnische Umsetzungen kommen insbesondere Ruthenium-basierte

NH;-Zersetzungskatalysatoren und Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysatoren in Betracht.

[0006] Ruthenium-basierte NH;-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 NH; verbleibt, welches in Anbetracht der Menge ggf. durch zusätzliche Maßnahmen abgetrennt werden muss.

[0007] Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysatoren haben den Vorteil, dass deutlich höhere Umsätze erreicht werden können. Im Produktgas verbleibt daher ein allenfalls geringer Restgehalt an nicht zer- setztem NHz, welcher ggf. durch herkömmliche Maßnahmen zur Aufreinigung von H,, insbesondere durch Druckwechseladsorption, mit abgetrennt werden kann, ohne dass es zusätzlicher Maßnahmen be- darf. Die erforderlichen Temperaturen für Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysatoren liegen aller- dings deutlich höher.

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[0008] Zahlreiche Verfahren zur katalytischen Zersetzung von NH; sind im Stand der Technik be- LU103141 schrieben und es wurden unterschiedliche Reaktortypen vorgeschlagen (vgl. z.B. US 4 704 267 A, US 2020/0123006 A1, FR 1 469 045 A, CN 111 957 270 A, CN 113 896 168 A, WO 2011/107279 A1, WO 2012/090739 A1, WO 2020/095467 A, WO 2021/257944 A1, WO 2022/096529 A1, WO 2022/243410

A1, WO 2022/265647 A1, WO 2022/265648 A 1, WO 2022/265649 A 1, WO 2022/265650 A1 und WO 2022/265651 A1).

[0009] Da die katalytische Zersetzung von NH; 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 NH; genutzt wird.

[0010] Für eine solche Reaktionsführung sind insbesondere Reaktoren geeignet, welche analog zu Pri- märreformern 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 NH;-Zersetzungskatalysator angeordnet und wird von dem Reaktionsgas durchströmt, so dass dort die katalysierte Reaktion abläuft. Beispielsweise kön- nen mehrere Reaktionskammern als Röhren ausgebildet sein, welche jeweils mit NH;-Zersetzungskata- 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.

[0011] Die Materialien, aus denen die Reaktionskammern und auch andere Bauteile solcher Reaktoren gefertigt sind, müssen erheblichen Belastungen bei erheblichen Temperaturen standhalten. 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.

[0012] Werden solche Reaktoren für die katalytische Zersetzung von NH; an Nickel-basierten NHz-

Zersetzungskatalysatoren eingesetzt, so kommt erschwerend hinzu, dass in Anbetracht der hohen Kon- zentration an NH; bzw. N,, 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).

[0013] 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-

230086P00LU bedingungen, Cr,N konnte nicht nachgewiesen werden. Der Übergang von innerer zur äußeren Nitrid- LU103141 bildung liegt bei 900°C zwischen 30-40% Cr.

[0014] J.J. Barnes et al., Journal de Physique IH, 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.

[0015] K. Tjorko et al., Oxidation of Metals Vol. 44, 453-474 (1995) betrifft einen Vergleich der in- ternen Nitridierung in NH; und in N,. Die Nitridierung setzt die Dissoziation von N, bzw. NH; voraus.

Die Dissoziation von N, 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 NH; bestimmt. Auch bei sehr hohen Temperaturen (1000°C) ist die Nitridierung mit NH; stärker als mit N-.

[0016] U. Krupp et al., Oxidation of Metals Vol. 52, 277-298 (1999) betrifft die interne Nitndierung von Nickel-basierten Legierungen, insbesondere das Verhalten von binären und ternären Legierungen des Ni-Cr-Al-Ti-Systems.

[0017] U. Krupp et al., Oxidation of Metals Vol. 52, 299-320 (1999) betrifft ebenfalls die interne Ni- tridierung 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.

[0018] H.J. Grabke et al., Materials and Corrosion 2003, 54(11), 895-902 betrifft Untersuchungen, bei denen Eisen, Nickel, ferritische 1-18%Cr-Stähle, austenitische 18%Cr-9%N1- und 20%Cr-31%N1-

Stähle sowie eine 16% CrNi-Basislegierung bei 500°C in He-30%H,0 und 70%H,0-30%NH; exponiert wurden, um das Korrosionsverhalten dieser Werkstoffe in Wasserdampf wie in konventionellen Kraft- werken mit ihrem Verhalten in einem NH;-H,O-Gemisch, d.h. unter den Bedingungen des "Kalina-

Zyklus" zu vergleichen.

[0019] G.Y. Lai, High-Temperature Corrosion and Materials Applications, ASM Intemational, 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 NH;-H,O-, NH;-, H,-N,-NHz- und N--

Umgebungen werden diskutiert.

[0020] M.O. Cojocaru et al., Materials 2021, 14, 2432 betrifft die Auswirkungen der Veränderung der

Aktivität von Nitriermitteln durch Verdünnung von Ammoniak mit Stickstoff.

[0021] E. Wolowiec-Korecka et al., Coatings 2023, 13, 257, 1-12 betrifft die Stabilität von Schichtni- triden bei Nitridierung unter geringem Druck.

[0022] Ferner ist zu berücksichtigen, dass NH; für Lagerung und Transport häufig mit Spuren an H,O versetzt wird, um das Risiko von Spannungsrisskorrosion für unlegierten Stahl zu reduzieren. Dadurch

230086P00LU ° wird bei hohen Temperaturen im Reaktor der Sauerstoffpartialdruck erhöht, so dass neben der Nitridie- LU103141 rung auch die Oxidation eine Rolle spielen kann. Die Nitridierung von Metalllegierungen in NH; (bzw. in Gemischen aus NH;, N, und H,, 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 H,0.

[0023] Der umgekehrte Prozess ist die Synthese von NH; aus N, und H, im Haber-Bosch-Verfahren.

[0024] American Iron and Steel Institute, A Designer's Handbook Series No. 9013, 1978, Nickel Insti- tute, 4-23 betrifft nichtrostende Stähle für die Ammoniakproduktion.

[0025] Aus der Technologie zum Haber-Bosch-Verfahren kônnen im Hinblick auf geeignete Metallle- gierungen für die katalytische Zersetzung von NH; 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 7he 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.

[0026] Neben der Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen in Gegenwart von N,, NH; und ggf. H,O sind auch die weiteren Eigenschaften der Metalllegierung entscheidend, insbesondere Härte,

Zugfestigkeit, Dehnung, Bruchdehnung, Dehngrenze, Elastizıtätsmodul, Dichte, elektrischer Wider- stand, Schmelzbereich, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, etc. Auch die Verarbeitbar- keit, insbesondere Schweißbarkeit, spielt eine Rolle.

[0027] Es besteht ein Bedarf an verbesserten Reaktoren, welche wirtschaftlich in großtechnischem

Maßstab für die katalytische Zersetzung von NH; zu N, und H, 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.

[0028] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Reaktoren für die Herstellung von H, durch ka- talytische Zersetzung von NH; bereitzustellen. Die Herstellung von H, sollte sicher, wirtschaftlich und in großtechnischem Maßstab möglich sein.

[0029] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche gelöst.

[0030] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von H, durch katalytische

Zersetzung von NH; zu N, und Hz;

230086P00LU wobei die Anlage einen Reaktor umfasst, welcher einen NH3;-Zersetzungskatalysator enthält; LU103141 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 NH; und/oder N, in direkten Kontakt kommt; bevorzugt mit NH;, N, und H,0 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.

[0031] 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 À 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.

[0032] Bevorzugt enthält die Metalllegierung Nickel und Chrom mit einem Gesamtgehalt an Nickel und Chrom von mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0033] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0034] In bevorzugten Ausfithrungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0035] In bevorzugten Ausfithrungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0036] In bevorzugten Ausfithrungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0037] 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.

230086P00LU °

[0038] Ferner wurde gefunden, dass Chrom im Hinblick auf die Beständigkeit gegenüber Nitridierung LU103141 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.

[0039] Sobald die Gastatmosphäre neben N, und NH; jedoch zusätzlich auch H,O 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 O, hinreichend hoch ist. Der Partialdruck von O, und H, wird thermodynamisch durch das Gleichgewicht 2 H,0 «2

H, + O, bestimmt. Ist der Partialdruck von O, niedriger als der Gleichgewichtsdruck von O, für das

Metall/Metalloxid-Gleichgewicht, so bildet sich kein Oxid.

[0040] Es wurde gefunden, dass in Gegenwart von H,0 Chrom einen günstigen Effekt im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit hat, denn Chrom bildet das stabile Oxid Cr,O;. Cr,O; ist auch bei sehr niedrigen Partialdrücken von O, stabil, anders als die Eisenoxide. Selbst ein geringer Gehalt von weni- gen ppm an H,0 kann zu einer Deckschicht von Cr,O; führen, was die Nitridierung deutlich reduziert.

Dies ist z.B. der Fall, wenn die NH;-Gasgemische bei z.B. 900°C lediglich 45 ppm H,O enthalten. Es wurde gefunden, dass der Gehalt an Chrom hoch genug sein muss, damit sich eine hinreichend dichte

Deckschicht von Cr,O; 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

Cr,0; sicherzustellen. Bevorzugt beträgt der Gehalt an Chrom mindestens 18 Gew.-%, bezogen auf das

Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0041] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung daher min- destens 33 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt (Gesamtgehalt) sowie mindestens 15 Gew.-% Chrom, je- weils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung mindestens 40 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt (Gesamtgehalt) sowie mindestens 20 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0042] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung daher min- destens 33 Gew.-% Nickel sowie mindestens 15 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das Gesamtge- wicht der Metalllegierung. In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metallle- gierung mindestens 40 Gew.-% Nickel sowie mindestens 20 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das

Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0043] In bevorzugten Ausführungsformen 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 Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metallle- gierung mindestens 40 Gew.-% Kobalt sowie mindestens 20 Gew.-% Chrom, jeweils bezogen auf das

Gesamtgewicht der Metalllegierung.

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[0044] In bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Nickel, LU103141

Chrom und Eisen, wobei der Gehalt an Nickel bevorzugt größer ist als der Gehalt an Chrom.

[0045] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.

[0046] Zum Zwecke der Beschreibung ist ein "Reaktor" eine Vorrichtung fiir die katalytische Zerset- zung von NH; zu N, und H,. Der erfindungsgemäße Reaktor ist typischerweise ein abgegrenzter Raum, welcher speziell dafür konstruiert und hergestellt wurde, um darin unter definierten Bedingungen die katalytische Zersetzung von NH; zu N, und H, ablaufen lassen und steuern zu können.

[0047] 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 erfindungsgemäßen Metalllegierung enthalten sein können, sind Nickel, Kobalt, Chrom und Eisen, daneben aber auch ggf. Aluminium und

Titan. Weitere Metalle, welche in dem erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen Metalllegierung enthalten sein können, sind

Bor, Kohlenstoff, Silizium, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, und andere.

[0048] Zum Zwecke der Beschreibung katalysiert ein "NH;-Zersetzungskatalysator" die Zersetzung von NH; zu N, und H,. Um Ausbeuten von mehr als 90% zu erreichen, sind üblicherweise erhöhte

Temperaturen des NH; erforderlich, bevorzugt mindestens 500°C.

[0049] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet "mit dem NH; und/oder N, in direkten Kontakt", dass zumindest in einem Bereich zwischen der Metalllegierung und dem NH; und/oder N, kein weiteres

Material angeordnet ist und dass das NH; und/oder N, 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 NH; und/oder N, in Kontakt kommen. So reicht es aus, wenn es wenigstens einen Bereich gibt, ın dem NH; und/oder N, mit der Oberfläche der Metalllegierung intera- gieren kann. Da das NH; in dem erfindungsgemäßen 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 NH; am

Eintritt des Reaktors deutlich höher als am Austritt des Reaktors. Umgekehrt verhält es sich mit der

230086P00LU ;

Menge des durch Zersetzung des NH; gebildeten N,. Bevorzugt kommt die Metalllegierung bei Betrieb LU103141 des Reaktors zumindest in einem Bereich ihrer Oberfläche mit NH;, N, und H,O bzw. deren Dissozia- tionsprodukten (N,, H, bzw. O,) in direkten Kontakt.

[0050] 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 fiir

B derselbe wie fiir 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.

[0051] Die erfindungsgemäße Anlage umfasst einen Reaktor, in dem beim Betrieb der Anlage NH; katalytisch zersetzt wird unter Bildung eines Produktgases, welches N,, H, und ggf. nicht zersetztes NH; umfasst.

[0052] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen, welche miteinander in Fluidverbindung stehen: (1) eine Vorrichtung zur Lagerung von flüssigem NHz; (ii) eine Vorrichtung zur Erwärmung und Verdampfung des flüssigen NHz; (iii) den erfindungsgemäßen Reaktor; (iv) eine Vorrichtung zur Aufreinigung von H, aus dem Produktgas; und (v) eine Vorrichtung zur Riickgewinnung von Prozesswärme.

[0053] Der erfindungsgemäße Reaktor umfasst bevorzugt mehrere Kammer, welche voneinander physikalisch getrennt sind. Bevorzugt umfasst der Reaktor mindestens eine Reaktionskammer und min- destens eine Brennkammer.

[0054] Der erfindungsgemäße Reaktor ist bevorzugt analog einem Primärreformer ausgebildet.

[0055] 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 Reaktionskammern zur katalytischen Zersetzung von NH; un- ter Erzeugung eines Produktgases umfassend N,, H, und ggf. nicht zersetztes NHz.

[0056] Brennkammer(n) und Reaktionskammer(n) sind bevorzugt physikalisch voneinander getrennt, so dass es bei Betrieb des Reaktors zu keiner Durchmischung von Verbrennungsgas einerseits und NH; (Eduktgas) bzw. Produktgas andererseits kommt.

[0057] 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-

230086P00LU ) tionskammer(n) kommt. Dieser Wärmestrom dient bei Betrieb des Reaktors bevorzugt der Aufrechter- LU103141 haltung der endothermen katalytischen Zersetzung von NHz.

[0058] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Reaktionskammern(n) röhrenförmig ausgebildet, d.h. haben eine zylindrische Form. Bevorzugt sind mehrere solcher röhrenförmigen Reak- tionskammern parallel zueinander als Bündel in einer gemeinsamen Brennkammer angeordnet.

[0059] 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 NH;-Zersetungskatalysa- 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 NH;-Zersetungskatalysator ein, der von NH; durchströmt wird und an dem die endotherme

Zersetzung von NH; verläuft.

[0060] Der erfindungsgemäße Reaktor umfasst zudem mindestens ein Bauteil, welches wenigstens teil- weise aus einer Metalllegierung aufgebaut ist, welche bei Betrieb des Reaktors mit dem NH; und/oder

N, in direkten Kontakt kommt.

[0061] Bevorzugt ist das Bauteil eine Reaktionskammer oder ein Element einer Reaktionskammer, wo- bei im Innenraum der Reaktionskammer der NH;-Zersetzungskatalysator angeordnet ist. Der Erfin- dungsgemäße Reaktor enthält dann bevorzugt eine Reaktionskammer, welche das Bauteil und den NHz-

Zersetzungskatalysator umfasst.

[0062] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Bauteil vollständig aus der erfin- dungsgemäßen Metalllegierung aufgebaut, d.h. das Bauteil besteht vollständig aus der Metalllegierung.

[0063] Ist das vollständig aus der erfindungsgemäßen Metalllegierung aufgebaute Bauteil eine Reakti- onskammer, in deren Innenraum der NH;-Zersetzungskatalysator 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 NHz-Zersetzungskatalysator zugewandt und die

Metalllegierung, aus der die Wandung der Reaktionskammer besteht, kommt bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich mit dem NH; und/oder N, in direkten Kontakt.

[0064] Ist das vollständig aus der erfindungsgemäBen Metalllegierung aufgebaute Bauteil ein Element einer Reaktionskammer, in deren Innenraum der NH;-Zersetzungskatalysator angeordnet ist, so umfasst die Wandung der Reaktionskammer bevorzugt das Bauteil. Beispielsweise kann das Bauteil rôhrenfôr- mig ausgebildet und konzentrisch innerhalb eines anderen, rôhrenfôrmigen Elements angeordnet sein, mit dem es zusammen die Wandung der Reaktionskammer bildet. Die innere Oberfläche des Bauteils ist dann dem NH;-Zersetzungskatalysator zugewandt und die Metalllegierung, aus der das innenliegende

Bauteil der Wandung besteht, kommt bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich mit dem

NH; und/oder N, in direkten Kontakt.

230086P00LU ‘°

[0065] In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das Bauteil nur teilweise aus der erfindungsge- LU103141 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.

[0066] Ist das nur teilweise aus der erfindungsgemäßen Metalllegierung aufgebaute Bauteil eine Reak- tionskammer, in deren Innenraum der NH;-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 NHz-Zersetzungskatalysator zugewandt und die Metalllegierung, aus der die in- nere Schicht besteht, kommt bei Betrieb des Reaktors zumindest in einem Bereich mit dem NH; und/oder N, in direkten Kontakt.

[0067] Bevorzugt ist die gesamte innere Oberfläche der Reaktionskammer, welche dem NH;-Zerset- zungskatalysator zugewandt ist und welche bei Betrieb des Reaktors mit dem NH; und/oder N> in di- rekten Kontakt kommt, aus der Metalllegierung aufgebaut.

[0068] Bevorzugt ist die gesamte innere Oberfläche des Reaktors, welche bei Betrieb des Reaktors mit dem NH; und/oder N, in direkten Kontakt kommt, aus der Metalllegierung aufgebaut.

[0069] Der erfindungsgemäße Reaktor enthält einen NH;-Zersetzungskatalysator. Wird der NH;-Zer- setzungskatalysator unter Reaktionsbedingungen von NH; durchströmt, so katalysiert er die Zersetzung von NH; zu N; und Ho.

[0070] Als NH;-Zersetzungskatalysator kommen erfindungsgemäß verschiedene Materialien in Be- tracht. Die Reaktionstemperatur, bei der die katalytische Zersetzung von NH; abläuft, ist insbesondere durch die Wahl des NH;-Zersetzungskatalysators vorgegeben.

[0071] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der NH;-Zersetzungskatalysator im Hin- blick auf die Zersetzung von NH; 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 "ka- talytisch aktiv", dass Umsätze von mindestens 90% an Zersetzungsprodukten N und H, erhalten werden in Bezug auf die eingesetzte Menge an NH; (gemessen unter Standardbedingungen in reinem NH; bei einem Druck von 1013 hPa und einer Raumgeschwindigkeit von 36 Legrar!).

[0072] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist der NH;-Zersetzungskatalysator im

Hinblick auf die Zersetzung von NH; eine scheinbare Aktivierungsenergie E,,, von mindestens 50 kJ-mol-!, bevorzugter mindestens 75 kJ-mol-!, noch bevorzugter mindestens 100 kJ-mol-!, am bevorzug- testen mindestens 125 kJ-mol-*, und insbesondere mindestens 150 kJ-mol-!. Methoden zur Bestimmung

230086P00LU i der scheinbare Aktivierungsenergie E,,, sind einem Fachmann bekannt, beispielsweise durch Ermittlung LU103141 aus Arrhenius-Plots auf Grundlage von Messungen unter Standardbedingungen in reinem NH; bei einem

Druck von 1013 hPa und einer Raumgeschwindigkeit von 36 Lg".

[0073] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird ein Nickel-basierter NHz-Zersetzungs- katalysator eingesetzt. Die Reaktionstemperatur bestimmt den Gleichgewichtsumsatz. Bei 900°C und bar Druck verläuft die Zersetzung von NH; beinahe quantitativ. Bei 650°C beträgt der Umsatz an

NH; 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 NH;-Zersetzungskataly- satoren sind trotz der vergleichsweise hohen Reaktionstemperatur vorteilhaft. Wegen des hohen Umsat- zes ist der verbleidende Restgehalt an nicht zersetztem NH; im Produktgas vergleichsweise gering, so dass bevorzugt auf eine separate Abscheidung von nicht zersetztem NH; für dessen Rückgewinnung verzichtet wird. Stattdessen erfolgt dann die gemeinsame Abscheidung von N, und nicht zersetztem

NH; aus dem Produktgas durch Druckwechseladsorption im Zuge der Aufreinigung von H, zusammen- gefasst werden.

[0074] Bevorzugt umfasst der NH;-Zersetzungskatalysator geträgertes Nickel. Bevorzugte Trägerma- terialien sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al,O;, MgO, S10,, mesoporôses S10, (z.B.

MCF-17, MCM-41, SBA-15), Zeolith (z.B. HY, H-ZSM-5), BaMnQ;, BaTiO;, BaZrO;, CaMnOs, Ca-

TiO;, CaZrO;, CeO,, Gd,O;, GdAIO;, KNbO;, La,0;, LaAlO;, MnO,, NaNbO;, Nb,0;, Sm,0;,

SmAIO;, SrMnOs, SrTi0;, SrZrO;, TiO,, Y,0;, ZrO,, Kohlenstoff (z.B. CNTs, SWCNTs, AX-21,

MSC-30, MESO-C, GNP, Aktivkohle, Graphen, Graphenoxid), Attapulgit, Hydrocalumit, Sepiolit, und

Mischungen daraus.

[0075] Die erfindungsgemäße Metalllegierung enthält Nickel und Chrom mit einem Gesamtgehalt an

Nickel und Chrom von mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0076] 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.

[0077] 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.

230086P00LU

[0078] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und LU103141

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.

[0079] 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.

[0080] Die erfindungsgemäße Metalllegierung enthält Nickel.

[0081] 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.

[0082] 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.

[0083] 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.

[0084] 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.

[0085] 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.

[0086] 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.

[0087] 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.

230086P00LU

[0088] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Nickel mit aufsteigender LU103141

Bevorzugung im Bereich von 60+20 Gew.-%, 60+15 Gew.-%, 60410 Gew.-%, oder 60+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 70+10 Gew.-%, oder 70+£5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamt- gewicht der Metalllegierung.

[0090] Die erfindungsgemäße Metalllegierung enthält Chrom.

[0091] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0092] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0093] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0094] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender

Bevorzugung im Bereich von 12,5+10 Gew.-%, 12,5+7,5 Gew.-%, 12,5+5,0 Gew.-%, oder 12,5+2,5

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0095] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender

Bevorzugung im Bereich 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.

[0096] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender

Bevorzugung im Bereich von 17,5+15 Gew.-%, 17,5+12,5 Gew.-%, 17,510 Gew.-%, 17,5+7,5 Gew.- %, 17,5=5,0 Gew.-%, oder 17,5+2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegie- rung.

[0097] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.

230086P00LU

[0098] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender LU103141

Bevorzugung im Bereich von 22,5+20 Gew.-%, 22,5+17,5 Gew.-%, 22,515 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.

[0099] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Chrom mit aufsteigender

Bevorzugung im Bereich von 25+22,5 Gew.-%, 25+20 Gew.-%, 25+17,5 Gew.-%, 2515 Gew.-%, 25+12,5 Gew.-%, 25+10 Gew.-%, 257,5 Gew.-%, 255,0 Gew.-%, oder 25+2,5 Gew .-%, jeweils be- zogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0100] Bevorzugte Ausführungsformen Z1 bis Z72 weisen folgenden Gehalt an Nickel und Chrom in

Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung: 15+10 | 20+10 | 25+10 | 30+10 | 35=10 | 40+10 | 45+10 | 50+10 | 55+10 | 60+10 15410 | 15+10 | 15+10 | 15+10 | 1510 | 15+10 | 15+10 | 15+10 | 15+10 | 15+10

Z11 | Z12 | Z13 | z14 | 715 | zı6 | Z17 | 718 | zı9 | 720 65+10 | 70+10 | 15+10 | 20+10 | 25+10 | 30+10 | 35410 | 40+10 | 45+10 | 50+10 15+10 | 15+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 __| 221 | Z22 | 723 | 724 | 725 | 726 | 727 | 728 | 729 | 730 55+10 | 60+10 | 65+10 | 70+10 | 15+10 | 20+10 | 25+10 | 30+10 | 35+10 | 40+10 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 231 | 732 | 733 | 734 | 735 | 736 | 737 | 738 | 739 | 740 45+10 | 50+10 | 55+10 | 60+10 | 65+10 | 70+10 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 . | Z41 | 742 | Z43 | 744 | 745 | Z46 | 747 | 748 | 749 | 750 __| Z51 | Z52 | Z53 | 754 | 755 | Z56 | 757 | Z58 | 759 | Z60 . | 761 | Z62 | Z63 | Z64 | Z65 | Z66 | Z67 | Z68 | Z69 | Z70 zn | ZM

[0101] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung zusätzlich Kobalt.

[0102] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

230086P00LU P

[0103] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. LU103141

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

Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf. Kobalt mindestens 70

[0104] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.

[0105] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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 Metalllegieruns.

[0106] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.

[0107] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.- %, 5015 Gew.-%, 50+10 Gew.-%, oder 50+5,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der

Metalllegierung.

[0108] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung liegt der Gesamtgehalt an Nickel und ggf.

Kobalt mit aufsteigender Bevorzugung im Bereich von 60+20 Gew .-%, 60415 Gew.-%, 60+10 Gew.- %, oder 60+5,0 Gew .-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0109] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.

[0110] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet "Gesamigehalt an Nickel und ggf. Kobalt", dass die erfindungsgemäße Metalllegierung entweder (i) sowohl Nickel als auch Kobalt enthält, und sich der

Gesamtgehalt dann auf die Summe der beiden Finzelgehalte an Nickel und Kobalt bezieht, oder (11) kein

Kobalt enthält, so dass sich der Gesamtgehalt dann auf den Gehalt von Nickel alleine bezieht.

[0111] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kobalt mindestens 4,0

Gew.-%, bevorzugt mindestens 8,0 Gew.-%, bevorzugter mindestens 12 Gew .-%, noch bevorzugter

230086P00LU mindestens 16 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 20 Gew.-%, und insbesondere mindestens 24 LU103141

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0112] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0113] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0114] Bevorzugte Ausführungsformen Ä1 bis Ä72 weisen folgenden Gehalt an Nickel, ggf. Kobalt und Chrom in Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung: [Gew.-%] 15410 | 20+10 | 25+10 | 30+10 | 35+10 | 40+10 | 45+10 | 50+10 | 55+10 | 60+10 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10410 | 10+10 | 10+10 | 10+10 15+10 | 15+10 | 15+10 | 15+10 | 1510 | 15+10 | 15#10 | 15+10 | 15+10 | 15+10 [Au | A12 | A13 | Al4 | Ais | Ate | A17 | A18 | A19 | A20 65+10 | 70+10 | 15+10 | 20+10 | 25+10 | 30+10 | 35410 | 40+10 | 45+10 | 50+10 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10410 | 10+10 | 10+10 | 10+10 15+10 | 15+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 __| A21 | A22 | A23 | A24 | A25 | Ade | A27 | A28 | A29 | A30 55+10 | 60+10 | 65+10 | 70+10 | 15+10 | 20+10 | 25+10 | 30+10 | 35+10 | 40+10 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10

A31 | A32 | A33 | A34 | A35 | A36 | A37 | A38 | A39 | A40 45+10 | 50+10 | 55+10 | 60+10 | 65+10 | 70+10 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 | 10+10 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 | 25+10 __| A41 | A42 | A43 | Add | A45 | Ade | A47 | A48 | A49 | A50 __| Ası | A52 | A53 | A54 | Ass | Ase | As7 | As58 | A59 | Aco __| Ael | A62 | À63 | A64 | A65 | Â66 | A67 | Aes | A69 | A70 __| A71 | A

230086P00LU v

[0115] Es wurde gefunden, dass der Gehalt von Nickel bzw. der Gesamtgehalt von Nickel und Kobalt LU103141 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) Nitridieruns.

[0116] Ferner 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- ständiskeit gegen Nitridierung gewährleisten.

[0117] Es scheint, dass der Gehalt an Chrom einen begünstigenden Einfluss auf die innere Nitndierung bei höheren Temperaturen hat, vermutlich auch nach langen Auslagerungszeiten. Ein hoher Gehalt an

Chrom kann daher von Nachteil sein.

[0118] Ist das NH; mit Spuren von Wasser versetzt oder enthält das NH; Spuren an O,, so ist Partial- druck von O, 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.

[0119] Die erfindungsgemäße 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 erfindungsgemäBen 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.

[0120] 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.

[0121] Es wurde gefunden, dass das vergleichsweise große Volumen der gebildeten Nitride (Nitrid-

Ausscheidungen) zu einer unerwünschten Versprödung der Metalllegierungen führt.

[0122] 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

230086P00LU unerwünschten Nitridierung erhöht. Die Aufnahme von Stickstoff ist dann infolge der fehlenden Deck- LU103141 schicht begünstigt.

[0123] 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 NH; 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.

[0124] 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.

[0125] Daher sollte eine innere Nitridierung möglichst unterdrückt werden oder allenfalls in vergleichs- weise geringem Umfang erfolgen.

[0126] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0127] Zum Zwecke der Beschreibung bedeutet "Gesamtgehalt an Aluminium und/oder Titan", dass die erfindungsgemäße Metalllegierung entweder (1) sowohl Aluminium als auch Titan enthält, und sich der Gesamtgehalt dann auf die Summe der beiden Finzelgehalte 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.

[0128] In bevorzugten Ausfithrungsformen der Erfindung enthält die erfindungsgemäße Metalllegie- rung allenfalls sehr geringe Mengen an Aluminium und/oder Titan, bevorzugt hôchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten sind

Aluminium und Titan nominell nicht enthalten.

[0129] Die erfindungsgemäße Metalllegierung kann zusätzlich Aluminium enthalten.

[0130] In bevorzugten Ausführungsformen 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 hôchs- tens 3,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0131] In bevorzugten Ausführungsformen 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 hôchs- tens 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

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[0132] Wie Cr,0; ist auch ALO; sehr stabil, selbst bei geringen Partialdrücken von O,. Oxiddeck- LU103141 schichten aus Al,O; wachsen aber noch langsamer als Oxiddeckschichten aus Cr,O;, da die Bildung von

ALO; bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen kinetisch gehemmt ist. Zudem wurde gefunden, dass höhere Gehalte an Aluminium (> 5 Gew.-%) die SchweiBbarkeit der Metalllegierung erschweren und zudem eine starke Neigung zur Bildung von stark versprôdend wirkenden Nitriden besteht.

[0133] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0134] Die erfindungsgemäße Metalllegierung kann zusätzlich Titan enthalten.

[0135] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0136] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- lenfalls sehr geringe Mengen an Titan, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugter höchstens 0,5

Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 0,1 Gew.-%, am bevorzugtesten ist Titan nominell nicht enthalten.

[0137] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung zusätzlich Eisen.

[0138] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei der erfindungsgemäßen

Metalllegierung um einen Stahl, bevorzugt um einen austenitischen Stahl.

[0139] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0140] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0141] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0142] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen im Bereich von 10£5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

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[0143] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender LU103141

[0144] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender

[0145] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender

[0146] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender

[0147] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender

Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0148] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Gehalt an Eisen mit aufsteigender

[0149] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0150] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Silizium.

[0151] Es wurde gefunden, dass SiO, thermodynamisch stabiler als Cr,O; ist. Zum einen kann sich

SiO, daher in sauerstoffarmen Atmosphären an der Oberfläche anstelle von Cr,O; bilden und so die

Nitridierung behindern. Zum anderen sind metallurgisch die Gehalte an Silizium limitiert. Daher wird zumeist keine dichte SiO,-Schicht gebildet, was die Schutzwirkung reduziert. Im Fall einer Stabilität des Cr,O; kann sich SiO, an der inneren Phasengrenze bilden, was ebenso die Nitrierneigung reduziert.

Aber auch hier ist die S10,-Schicht zumeist nicht durchgängig bzw. es werden Mischoxide gebildet.

[0152] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

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[0153] Es ist bekannt, dass Zusätze an Silizium die Beständigkeit bestimmter Metalllegierungen ge- LU103141 genüber Oxidation verbessern können. Experimentelle Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass Si- lizium allerdings offenbar nicht die Beständigkeit gegenüber Nitridierung erhöht.

[0154] 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.

[0155] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Kohlenstoff.

[0156] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0157] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, liegt 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.

[0158] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0159] 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 Altern verspröden.

[0160] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Molybdän.

[0161] 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.

[0162] 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.

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[0163] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Molybdän höchstens LU103141 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.

[0164] 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.

[0165] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Vanadium.

[0166] 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.

[0167] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0168] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0169] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Mangan.

[0170] Es wurde gefunden, dass Mangan bei Gegenwart von Chrom zur Bildung von Spinellen neigt (MnCr,0,), welche thermodynamisch stabiler als Cr,O; sind und sich insbesondere bei niedrigen Sau- erstoffpartialdrücken bilden. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Spinelle ist höher als die Wachstums- geschwindigkeit von Cr,O;.

[0171] 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.

[0172] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Mangan höchstens 4,0

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

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[0173] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- LU103141 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.

[0174] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Zirkonium.

[0175] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0176] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0177] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0178] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Kupfer.

[0179] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0180] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Kupfer höchstens 4,0

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0181] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße 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.

[0182] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Niob.

[0183] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Niob mindestens 0,1

Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,3 Gew.-%, noch bevorzugter

230086P00LU mindestens 0,4 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,5 Gew.-%, und insbesondere mindestens 0,6 LU103141

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0184] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0185] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0186] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Wolfram.

[0187] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0188] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0189] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0190] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0191] 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.

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[0192] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gesamtgehalt an Metallen der LU103141

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.

[0193] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0194] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0195] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Cer.

[0196] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0197] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0198] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0199] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Yttrium.

[0200] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0201] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Yttrium höchstens 0,6

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

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[0202] In anderen bevorzugten Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung al- LU103141 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.

[0203] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Lanthan.

[0204] In bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0205] In bevorzugten Ausfithrungsformen 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.

[0206] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0207] Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Metalllegierung Bor.

[0208] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Bor mindestens 0,1

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0209] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Gehalt an Bor höchstens 4,0

Gew.-%, Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

[0210] In anderen bevorzugten Ausführungsformen 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.

[0211] 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.-%,

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Jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung. LU103141

[0212] 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.

[0213] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen

Al bis A12, B1 bis B17, C1 bis C17, D1 bis D17, oder E1 bis E17, 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: er | Ni |} | @ | Ni I] | Cr | Ni

B6 | 16+2,5 | 57+15,0

B9 | 28425 | 40,1+123 [co | Ni |} | CE | Ni

D6 | 1641,5 | 5749.0

D8 [21.543,0 | 42460

D9 | 28+1.5 | 40,174}

230086P00LU

[0214] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen LU103141

F1 bis F12, G1 bis G17, H1 bis H17, I1 bis I17, 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:

Fe | Cr | Ni I] | Fe | Cr | NFe | Cr | Ni I|_ | Fe | Cr | NiFe | Cr | Ni

230086P00LU

LU103141

[0215] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen

K1 bis K12, L1 bis L17, M1 bis M17, NI bis N17, oder O1 bis O17, 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:

Cr | Ni | Co [| Cr | N | CoCr | Ni | Co I] | Cr | N | Co

230086P00LU

LU103141

Cr | N | Co

O6 | 161,0 | 57+£6,0 | 1,515

O8 |21,5+2,0 | 4244.0 | 0,5+05

O9 | 28+1.0 | 40.144.9 | 2941.0

[0216] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen

P1 bis P12, QI bis Q17, R1 bis R17, S1 bis S17, oder T1 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:

Fe | Cr | Ni | Co

P6 | 5544.5 | 1643.0 | 57+18.0 | 45445

P8 | 204270 | 21.5560 | 424120 | 1515

P9 | 3.0430 | 2843.0 [40.1147 | 2943.0

Fe | @ | Ni | Co

QI | 8,0+5,0 | 15,543,8 | 74.8#13,0 | 2.5425

Q4 | 22,5+22,5 | 2345.0 | 60,563 | 0,340.3

Q5 | 3,843,8 | 2042.5 | 5742.5 | 6.3463

230086P00LU

Q6 | 5.5+3.8 | 1622.5 | 57+15,0 | 3.843.8 LU103141

Q7 | 3.8+3.8 | 2245.0 | 44.5425 | 12,546,3

Q8 | 29+22.5 | 21.5+5,0 | 424100 | 1341.3

Q9 | 2,5425 | 2842.5 | 40.1+12,3 | 2942.5

QI2 | 47+10,0 | 20,543,8 | 31,5+3.8 | 0340.3

QI3 | 45.247.0 | 2342.5 | 31425 | 0340.3

QI6 | 70.745,8 | 1622.5 | 1342.5 | 0340.3

LQI7 | 66.7483 | 2142.5 | 1125 | 03+0.3

Fe | Cr | Ni | Co

230086P00LU

LU103141

[0217] Bevorzugt ist die Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalllegierungen

Ul bis U12, V1 bis V17, W1 bis W17, X1 bis X17, 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:

230086P00LU

LU103141

230086P00LU 15+1,5 | 2241.0 | 57+1,0 | 2,542.5 | 0.2+0.2 | 0.2+0,2 LU103141 5,5+1,5 | 16=10 | 57+60 | 1,5+1,5 | 0,1+0,1 | 0,140.1 1,5+1,5 | 2242.0 | 44,5+1,0 | 12,5+2,5 | 0,8#0,8 | 0,3+0.3 2049.0 | 21,5+2,0 | 42+4.0 | 0,5+05 | 0,1+0,1 | 0,6+0.6 1,0£1,0 | 28+1,0 | 40,1+49 | 29+1,0 | 0.2+0.2 | 0.3+0,3 39,2+2.8 | 25+1,0 | 35+1,0 | 0,1+0.1 | 0.1+0,1 | 0.1+0,1 48+40 | 1610 | 35+2.0 | 0,1+0,1 [| 0,1+0,1 | 0,140.1 4744.0 | 20,5+1,5 | 31,5+1,5 | 0,1+0,1 | 0,3+0,3 | 0,3+0,3 45,2+2.8 | 23+1.0 | 31+1,0 | 0.1+0,1 | 0.2+0,2 | 0,5+0,5 52,5+2,5 | 25+1,0 | 20,5+1,5 | 0,1+0.1 | 0.1+0,1 | 0,1+0,1 51,7+2,3 | 25+1,0 | 20,5+1,5 | 0,1+0,1 | 0,1+0,1 | 0,1+0.1 70,7423 | 161,0 | 13+1,0 | 0,1+0,1 | 0,1+0,1 | 0,1+0.1 66,7433 | 21+10 | 1110 | 0,1+0,1 | 0,1#0,1 | 0,1#0.1

[0218] Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Metalllegierung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

Werkstoffen gemäß DIN/EN X9CrNiSiNCe21-11-2, X8CrNiNb16-13, X12CrN125-21, X10Ni-

CrAIT132-20, X5N1CrAIT131-20, X12N1CrS135-16, 35N125Cr1.5S1CeN, NiFe30Cr21Mo3,

NiCr23Co12Mo, NiMo16Cr15Fe6W4, NiCr22W14Mo, NiCr23Fel5Al, NiCr25FeAlY,

NiCr22Mo9Nb, und NiCr15Fe.

[0219] 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.

[0220] 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.

[0221] 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.

[0222] 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.

[0223] 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,

230086P00LU > 2.4813, 2.4814, 2.4815, 2.4816, 2.4817, 2.4818, 2.4819, 2.4820, 2.4821, 2.4822, 2.4823, 2.4824, LU103141 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.

[0224] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Zersetzung von NH; zu N, und H, in einer vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäfBen Anlage, wobei das NH; 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.

[0225] 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.

[0226] Abbildung 1 illustriert schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemä-

Ben Reaktors 1, der beispielhaft vier rôhrenfôrmige Reaktionskammern 2 umfasst, welche jeweils NH;-

Zersetzungskatalysator enthalten. Der Reaktor 1 bildet in seinem Innern eine Brennkammer 3, in der die vier rohrenformigen Reaktionskammern 2 parallel als Bündel angeordnet sind. Uber ein Zuleitungssys- tem 4 wird NH; (Eduktgas) in den Reaktor 1 und in jede der Reaktionskammern 2 geleitet, um dort an dem NH;-Zersetzungskatalysator zu Produktgas zu reagieren. Das Produktgas, welches N, und H, um- fasst, wird über Ableitungssystem 5 aus den Reaktionskammern 2 und dem Reaktor 1 abgeleitet. In paralleler Strômungsrichtung zum NH; 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 NH;-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 3 - Brennkammer 4 - Zuleitungssystem für NH; - Ableitungssystem für Produktgas 6 - Zuleitung für Verbrennungsgas

230086P00LU 7 - Flamme LU103141 8 - Ableitung für Rauchgas

Claims

230086P00LU LU103141 Patentansprüche:

1. Eine Anlage zur Herstellung von H, durch katalytische Zersetzung von NH; zu N, und H;; wobei die Anlage einen Reaktor umfasst, welcher einen NH;-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 NH; und/oder N, 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 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.

5. 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.

6. 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

230086P00LU i ; . LU103141 bevorzugter mindestens 21 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 24 Gew.-%, und insbeson- dere mindestens 27 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Metalllegierung.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der NH;-Zersetzungskataysator Ni- ckel-basiert ist.

230086P00LU ; ; . . LU103141

13. Die Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der NH;-Zersetzungskataysator im Hinblick auf die Zersetzung von NH; eine scheinbare Aktivierungsenergie E,,, von mindestens kJ-mol-! aufweist.

14. 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 NHz; (ii) eine Vorrichtung zur Erwärmung und Verdampfung des flüssigen NHz; (iii) den Reaktor; (iv) eine Vorrichtung zur Aufreinigung von H, aus dem Produktgas; und (v) eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Prozesswärme.

15. Ein Verfahren zur katalytischen Zersetzung von NH; zu N, und H, in einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das NH; 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.