Поверхность металла с термоизолирующим слоем, защищающим от пылевидной коррозии

 

Поверхность металла, защищенная от пылевидной коррозии, имеет изолирующий слой из газопроницаемого термоизолирующего материала. Сторона термоизолирующего слоя, более холодная в процессе работы, находится в непосредственной близости от поверхности металла, а сторона термоизолирующего слоя, более горячая в процессе работы, нагревается потоком газа, содержащего окись углерода, который дополнительно содержит водород и/или водяной пар и имеет температуру 300 - 1700°С. В зоне между поверхностью металла, подлежащей защите, и горячей стороной изолирующего слоя расположен катализатор для реакции окиси углерода с водородом и/или водяным паром. Обеспечивается упрощенная и экономичная защита поверхности металла от пылевидной коррозии. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к поверхности металла, защищенной от пылевидной коррозии, которая имеет изолирующий слой из газопроницаемого термоизолирующего материала, причем сторона термоизолирующего слоя, более холодная в процессе работы, находится в непосредственной близости от поверхности металла, а сторона изолирующего слоя, более горячая в процессе работы, нагревается потоком газа, содержащим окись углерода, который дополнительно содержит водород и/или водяной пар и имеет температуру 300 - 1700^oC.

Из DE-C 432 71 76 (с которым корреспондируется патент США 5 490 974) известна защита поверхности металла от пылевидной коррозии за счет того, что в зону между поверхностью металла и термоизолирующим слоем подают газо- или парообразную защитную среду, в значительной мере освобожденную от СО. В основу изобретения положена задача очень просто и экономично осуществить защиту от пылевидной коррозии и при этом отказаться от защитного газа, подводимого извне. Согласно изобретению сделать это удается за счет того, что в зоне между поверхностью металла, подлежащей защите, и горячей стороной изолирующего слоя расположен катализатор для проведения реакции между окисью углерода и водородом и/или водяным паром.

Пылевидная коррозия возникает под влиянием горячего газа, содержащего CO, в том случае, если газ охлаждается на поверхности металла и CO при этом распадается в результате реакции Будуара на C + CO₂. При этом в структуре металла образуются карбиды, приводящие к разрушению структуры материала. Воздействию пылевидной коррозии подвергается не только сталь, но и материалы на основе никеля.

Интенсивность корродирующего воздействия тем выше, чем выше парциальное давление СО и молярное отношение CO/CO₂ на поверхности металла. Феномен пылевидной коррозии не объяснен еще научно во всех подробностях, однако известно, что потенциал играет важную роль для образования свободного углерода при реакции разложения СО. Это разложение CO происходит при температуре ниже температуры равновесия Будуара, причем эта температурная граница коротко будет называться здесь температурой Будуара. Температура Будуара растет по мере роста парциального давления СО и роста молярного отношения CO/CO₂.

Согласно изобретению защита поверхности металла от пылевидной коррозии осуществляется за счет наличия катализатора. Этот катализатор находится на поверхности металла, подлежащей защите, или в зоне между поверхностью металла и стороной изолирующего слоя, более горячей в процессе работы, и, в частности, в зоне холодной стороны изолирующего слоя. Благодаря катализатору ускоряется, по меньшей мере, одна из реакций А или В (А) СО + 3H₂ - CH₄ + H₂O; (В) СО + H₂O - CO₂ + H₂.

За счет местного уменьшения концентрации СО уменьшается температура Будуара в опасной зоне и благодаря этому совсем или в значительной мере предотвращается разложение СО.

В наиболее опасной зоне достаточно незначительного количества катализаторов для защиты поверхности металла, потому что обычно лишь сравнительно небольшое количество CO подвергается превращению. Обычно термоизоляция состоит из пористого изолирующего бетона, пористых фасонных кирпичей или слоя керамических волокон. Такая термоизоляция позволяет простым образом работать с необходимой концентрацией катализатора, например, путем пропитки раствором катализатора с последующей сушкой. Является также возможным примешивать катализатор в изолирующий бетон перед обработкой или в материал для изготовления фасонных кирпичей.

Для интенсификации, по меньшей мере, одной из вышеназванных реакций А и В можно применять известные катализаторы. Эти катализаторы содержат обычно переходные элементы группы VIII, Ib и IVa периодической системы элементов. В качестве компонентов катализатора особенно подходит один или несколько металлов из группы: никель, медь, железо, кобальт, молибден, вольфрам, хром, платина, палладий, родий или рутений.

Деталями установок, подвергающимися пылевидной коррозии, являются трубопроводы или каналы, через которые протекает синтез-газ, основными компонентами которого являются СО и H₂. Сюда также относятся теплообменники для охлаждения газа, содержащего СО, например, синтез-газа. Температура повреждающейся поверхности металла лежит обычно в диапазоне от 300 до 1200^oC, а металлические детали работают при давлении от 1 до 150 бар. Горячий газ, вызывающий коррозию, зачастую имеет содержание СО в диапазоне от 2 до 80 об. %.

Возможности выполнения защиты от коррозии поясняются с помощью чертежа. На нем показан продольный разрез трубопровода, по которому проходит горячий газ, содержащий CO.

Магистральный трубопровод 1 имеет внешнюю стальную оболочку 2, имеющую изнутри пористый термоизолирующий слой 3. Внутри трубопровода 1 протекает горячий газ, содержащий CO, как это показано стрелкой 5.

С магистральным трубопроводом 1 сообщены несколько отдельных трубопроводов 8, из которых на чертеже показан лишь один. Отдельные трубопроводы отходят, например, от не показанной на чертеже трубчатой печи для разложения углеводородов с целью получения сырого синтез-газа с температурой в диапазоне от 800 до 1000^oC.

В зоне устья 8а отдельного трубопровода 8 стальная оболочка 2 отформована в виде колокола 9, приваренного к трубопроводу 8 верхним участком 9a. Между колоколом 9 и внешней стороной трубопровода 8 также находится пористая термоизоляция, которая заполняет эту зону. Так как пылевидной коррозии металла особенно подвержена внутренняя сторона колокола 9, изолирующий материал имеет в распределенной форме каталитически действующий металл. Содержание катализатора в термоизоляции выделено на чертеже заштрихованной зоной 4. Как показано, кроме того, на чертеже, не вся термоизоляция имеет катализатор, а только опасная зона внутри колокола 9 и зона, непосредственно примыкающая к ней. Само собой разумеется, что термоизоляция снабжается катализатором лишь там, где на основе расчета или практического опыта известно, что металл подвергается пылевидной коррозии. Вид и концентрацию применяемого катализатора лучше всего определять опытным путем. При этом выяснилось, что для достижения необходимого снижения концентрации CO в получающемся там газе, катализатор должен присутствовать вблизи опасных мест лишь при сравнительно небольшой концентрации.

В качестве примера исследовалось расположение, показанное на чертеже. Сырой синтез-газ, пропускаемый по трубопроводам 1 и 8, имел температуру 870^oC и следующий состав, об.%: CO₂ - 5,0; CO - 9,9; H₂ - 50,1; CH₄ - 5,0; H₂O - 30,0.

Изолирующий слой 3 состоял из пористого глинозема, он был пропитан водным раствором нитрата никеля внутри зоны под колоколом 9. Концентрация никелевого катализатора составляла 30 мг Ni на см³. Состав газа определялся зондами непосредственно на внутренней стороне колокола 9, при этом было установлено, что содержание CO в синтез-газе уменьшалось в соответствии с реакциями А и В до остаточного содержания ниже 1 об.%. При температурах 400 - 600^oC опасности образования пылевидной коррозии не возникало. Без катализатора концентрация CO на внутренней стороне колокола 9 практически соответствовала составу синтез-газа, вследствие чего получалась температура равновесия Будуара, равная 785^oC. Вследствие этого в данном случае следовало бы опасаться пылевидной коррозии металла.

Формула изобретения

1. Поверхность металла, защищенная от пылевидной коррозии, имеющая изолирующий слой из газопроницаемого термоизолирующего материала с одной стороной, расположенной в непосредственной близости от поверхности металла и являющейся более холодной в процессе работы по сравнению с другой более горячей в процессе работы стороной слоя, нагреваемой потоком газа, вызывающим коррозию, содержащего окись углерода, водород и/или водяной пар, имеющим температуру 300 - 1700^oC, отличающаяся тем, что в зоне между подлежащей защите поверхностью металла и более горячей стороной изолирующего слоя размещен катализатор для реакции окиси углерода с водородом и/или водяным паром.

2. Поверхность металла по п.1, отличающаяся тем, что катализатор содержит один или несколько металлов, выбранных из группы, состоящей из никеля, меди, железа, кобальта, молибдена, вольфрама, хрома, платины, палладия, родия или рутения.

3. Поверхность металла по п.1 или 2, отличающаяся тем, что термоизолирующий слой состоит из пористого изолирующего бетона, пористых фасонных кирпичей или слоя керамических волокон.

4. Поверхность металла по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что катализатор размещен вблизи от подлежащей защите поверхности металла 5. Поверхность металла по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она предназначена для работы при температурах 300 - 1000^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1