توسعه پوشش‌هاي ضد‌كك اعمال شده بر روي فولاد HP40 جهت استفاده در تيوب‌هاي كوره‌هاي كراكينگ

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

كراكينگ يا شكست حرارتي هيدروكربن ها از فرايندهاي مهم در صنعت پتروشيمي‌ است. حاصل اين فرايند، الفين ها، به‌ويژه اتيلن و پروپيلن، به‌عنوان محصولات مطلوب هستند. كُك به‌عنوان يك محصول ناخواسته در فرايند شكست حرارتي بر روي جداره داخلي لوله ها نشست كرده و مي‌تواند راندمان كوره و عمر لوله‌ها را تحت تأثير قرار دهد. هدف از اين پژوهش، تحقيق در مورد پوشش هاي لايه نازك آنتي كك جهت استفاده بر روي لوله هاي(HP40) كوره هاي كراكينگ مي باشد. در اين راستا محلول هاي آلومينيم فسفات غير استوكيومتري، كرومات لانتانيوم(LaCrO3) و زيركونات لانتانيوم(La2Zr2O7) بوسيله روش سل- ژل تهيه و بر روي زير لايه HP40-MA به روش پوشش دهي غوطه وري(Dip Coating) اعمال شدند. جهت بهبود خواص، كروم به تركيب آلومينيم فسفات غير استوكيومتري و به تركيبات كرومات لانتانيوم(LaCrO3) و زيركونات لانتانيوم(La2Zr2O7) كلسيم افزوده شد. براي آناليز فازي پودرهاي سنتز شده و لايه هاي اكسيدي از آزمون پراش اشعه ايكس(XRD)، به منظور آناليز حرارتي و مطالعه تبديل فاز آمورف به كريستالي از روش آزمون وزن سنجي حرارتي و روش كالريمتري تفاضلي(TG-DSC) و جهت بررسي تشكيل و نوع پيوندها از آزمون تبديل فوريه فرو سرخ(FTIR) استفاده شد. همچنين جهت بررسي مورفولوژي سطح پوشش ها و لايه اكسيدي از ميكروسكوپ الكتروني روبشي(FESEM&SEM) به همراه آناليز طيف سنجي پراكندگي انرژي(EDS) استفاده شد. براي ارزيابي رفتار اكسيداسيون، نمونه ها در درون يك كوره الكتريكي در دماي 1000 درجه سانتيگراد به مدت 100 ساعت قرار داده شدند و اندازه گيري وزني بطور منظم هر 10 ساعت يك بار انجام شد. خواص آنتي ككينگ نمونه ها با استفاده از تجهيز آزمايشگاهي شبيه سازي شده فرآيند كراكينگ انجام شد. نتايج آزمون اكسيداسيون نشان داد كه تغييرات وزن بر حسب زمان براي نمونه بدون پوشش(زير لايه)، نمونه هاي پوشش دارآلومينيم فسفات(AP,AP5,AP10) و زيركونات لانتانيوم(LZ10) از قانون سهموي(پارابوليك) پيروي مي كنند. نمونه هاي پوشش دار از ثابت سرعت سهموي (Kp) و ميزان افزايش وزن كمتري درتمام مراحل آزمون برخوردار بودند. بررسي ها نشان داد افزودن كروم به تركيب غيراستوكيومتري آلومينيم فسفات باعث كاهش پايداري حرارتي فاز آلومينيم فسفات آمورف و در نتيجه كاهش مقاومت به اكسيداسيون اين تركيب شد. تغييرات وزني نمونه پوشش دار كرومات لانتانيوم(LC20 ( از قانون لگاريمتي پيروي مي كند. همچنين مقايسه مقاومت به اكسيداسيون پوشش ها نشان داد، تركيب كرومات لانتانيوم(LaCrO3) داراي كمترين نرخ اكسيداسيون نسبت به پوشش هاي آلومينيوم فسات و زيركونات لانتانيوم است. نتايج آزمون كك گيري نشان داد، نسبت آنتي ككينگ براي نمونه هاي پوشش دارآلومينيم فسفات(AP)، كرومات لانتانيوم(LC20) و زيركونات لانتانيوم(LZ10) به ترتيب 82%، 87% و89% است، كه نشان دهنده عملكرد آنتي ككينگ خوب نمونه هاي پوشش دار نسبت به زيرلايه بدون پوشش است. همچنين نمونه پوشش دار زيركونات لانتانيومLZ10) ( عمكلرد بهتري نسبت به نمونه هاي پوشش دار آلومينيوم فسفات و كرومات لانتانيوم دارا بود. آزمون خراش جهت ارزيابي چسبندگي نمونه ها استفاده شد. نتايج نشان داد پوشش آلومينيوم فسفات(AP) از استحكام چسبندگي بهتري نسبت به پوشش هاي زيركونات لانتانيوم و كرومات لانتانيوم برخودار بود.

237000

مهندسي مواد و متالورژي

پرديس

دانشگاه صنعتي اصفهان