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