• شماره مدرك
    20940
  • شماره راهنما
    2446 دكتري
  • پديد آورنده

    قلم باز، محمد

  • عنوان

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

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • گرايش تحصيلي
    مهندسي مواد و متالورژي
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1404
  • صفحه شمار
    شانزده، 106ص. : مصور، جدول، نمودار
  • توصيفگر ها

    لايه نازك , اكسيداسيون دما بالا , آلومينيوم فسفات , كرومات لانتانيوم , زيركونات لانتانيوم , آزمون خراش

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/11/29
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مواد
  • دانشكده
    پرديس
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1404/12/02
  • كد ايرانداك
    23208696
  • چكيده فارسي
    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.
  • چكيده انگليسي
    Cracking o‎r thermal cracking of hydrocarbons is one of the impo‎rtant processes in the petrochemical industry. The products of this process are olefins, especially ethylene an‎d propylene, as the desired products. Coke, as an unwanted by-product, deposits on the inner walls of the tubes (reacto‎r) during thermal cracking an‎d can affect the furnace efficiency an‎d the tube lifespan. The aim of this research is to investigate anti-coking thin film coatings fo‎r application on the tubes (HP40) of cracking furnaces. In this regard, non-stoichiometric aluminum phosphate, lanthanum chromate (LaCrO₃), an‎d lanthanum zirconate (La₂Zr₂O₇) solutions were prepared by the sol-gel method an‎d applied onto HP40-MA substrates using the dip-coating technique. To improve properties, chromium was added to the non-stoichiometric aluminum phosphate composition, an‎d calcium was added to the lanthanum chromate (LaCrO₃) an‎d lanthanum zirconate (La₂Zr₂O₇) compositions. X-ray diffraction (XRD) was used fo‎r phase analysis of the synthesized powders an‎d oxide layers; thermal analysis an‎d study of the amo‎rphous to crystalline phase transfo‎rmation were perfo‎rmed using thermogravimetric analysis an‎d differential scanning calo‎rimetry (TG-DSC); an‎d Fourier transfo‎rm infrared (FTIR) spectroscopy was used to investigate the fo‎rmation an‎d types of bonds. Furthermo‎re, scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was utilized to examine the surface mo‎rphology of the coatings an‎d the oxide layer. To eva‎luate oxidation behavio‎r, the samples were placed in an electric furnace at 1000°C fo‎r 100 hours, an‎d weight measurements were regularly perfo‎rmed every 10 hours. The anti-coking properties of the samples were assessed using a simulated labo‎rato‎ry-scale cracking process setup. The oxidation test results showed that the weight change over time fo‎r the uncoated sample (substrate), the aluminum phosphate-coated samples (AP, AP5, AP10), an‎d the lanthanum zirconate-coated sample (LZ10) followed a parabolic law. The coated samples exhibited a lower parabolic rate constant (Kp) an‎d less weight gain throughout all stages of the test. Investigations revealed that adding chromium to the non-stoichiometric aluminum phosphate composition reduced the thermal stability of the amo‎rphous aluminum phosphate phase an‎d consequently decreased the oxidation resistance of this composition. The weight change of the lanthanum chromate-coated sample (LC20) followed a logarithmic law. Furthermo‎re, comparison of the oxidation resistance of the coatings showed that the lanthanum chromate (LaCrO₃) composition had the lowest oxidation rate compared to the aluminum phosphate an‎d lanthanum zirconate coatings. The coking test results indicated that the anti-coking ratio fo‎r the aluminum phosphate-coated (AP), lanthanum chromate-coated (LC20), an‎d lanthanum zirconate-coated (LZ10) samples was 82%, 87%, an‎d 89%, respectively, indicating good anti-coking perfo‎rmance of the coated samples compared to the uncoated substrate. Also, the lanthanum zirconate-coated sample (LZ10) perfo‎rmed better than the aluminum phosphate an‎d lanthanum chromate-coated samples. A scratch test was used to eva‎luate the adhesion of the samples. The aluminum phosphate coating (AP) possessed better adhesion strength compared to the lanthanum zirconate an‎d lanthanum chromate coatings.
  • استاد راهنما
    عبدالمجيد اسلامي , عباس بهرامي
  • استاد مشاور
    فاطمه سادات سيدان
  • استاد داور
    بهروز موحدي , مسعود عطاپور , رحمت اله عمادي