铜基合金及其在碳化环境中的用途制造技术

一种铜基合金，其能够抵抗或者免除碳化、金属除尘和焦化，并且所述合金具有下述的成分（所有含量用重量％）：铝（Ａｌ）＞０－１５，硅（Ｓｉ）≥０－６，镁（Ｍｇ）≥０－６。钇、铪、锆、镧、铈这组稀土元素（ＲＥＭ）中的一种或者多种元素，每一种含量达到０．３ｗｔ．％，其余为铜（Ｃｕ），并且通常出现形成合金的添加剂和杂质，所述的合金在含有一氧化碳的气氛中，和／或含有碳氢化合物的气氛中，或者含有固体碳的处理过程，例如固体含碳材料的气化，碳氢化合物的加热分解和催化重整，特别是在高达１０４９℃、至少达到１０２０℃、甚至至少达到１０００℃且低硫和低硫、低水分条件下的催化重整，用作建筑元件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铜基合金，其抵抗或者免除碳化、金属除尘(metaldusting)和焦化，并且抵抗氧化。本专利技术也致力于在含有一氧化碳的气氛中和/或含有碳氢化合物的气氛中或者含有固体碳的处理中所述合金在建筑元件中的应用，以及由这些合金形成的制品。
技术介绍
过去涉及石化工业中重整过程的许多专利技术已经带来了明显的加工效率的提高。这样的一个例子是大孔隙沸石催化剂的发展，其掺有特殊的金属，使具有高选择性的催化剂能够适于精细重整和/或合成，例如，使更高效和经济地生产以基于碳氢化合物原料的各种高需求的商业液体成为可能。。然而，很快发现催化剂对硫中毒敏感，从而导致为供给的碳氢化合物的脱硫技术得到发展。后来，还发现水能够使这样的催化剂快速失效，因此，在处理气流中降低水分含量的相应保护技术也得以发展。接下来，低硫和低水分条件会导致在反应堆装置内焦炭形成以及堵塞；随后发现的返回涉及到分解的剧烈形式的结果将侵蚀设备部件的金属建筑材料，，例如炉管、管道系统、反应堆壁等。实际上从20世纪40年代以后，已经知道这种金属分解机制为“金属除尘”(metaldusting)，然而，这种现象很少看到，因为当时，重整技术包括在处理气体中较高的硫分以及非常高的重整和合成压力(因为可以获得较低效率的催化剂)。因此，通过上面作为背景的历史发展的描述，应理解，在今天的石化工业中，需要一种防止金属除尘的原因和结果的解决方法。如上所述，金属除尘(metal dusting)是一种金属快速分解成为焦炭和纯金属的碳化形式。使能够随着处理气体输送除尘金属颗粒，该除尘金属颗粒顺流而下积聚在不同反应堆部件上，并且贯穿整个反应堆系统，使能够产生堵塞的催化焦化转移。显然，金属除尘与氢气和合成气(氢气和一氧化碳的混合气)制造过程有极大关系。在这些工厂中，甲烷和其他各种更高级的碳氢化合物被重整或者部分氧化，从而制造不同量的氢气和一氧化碳，用在制造其他更高分子量的有机化合物中。加工过程中提高的反应效率和热回收效率需要在有利于金属除尘(metal dusting)条件下的操作加工设备。在氨合成过程中提高热回收率的要求引起在重整气体装置的热回收部分以及重整器自身中的金属除尘问题。金属除尘也是直接的铁矿还原工厂中的问题，在该工厂中将干燥并且重新加热重整的甲烷，以提高矿石还原效率。在重整装置、重整气体再加热器和矿石还原的上游管道中发生金属除尘。在热处理工业中，在处理被处理(退火、碳化)零件的设备中也要经历金属除尘。用在热处理中的气体与残留在零件上的油液混合，从而形成在化学上有利于金属除尘的气体。如果对加工过程的化学控制不加管理，那么用于碳化的气体混合物也能引起金属除尘。在包含加氢脱烷基的过程和“铂重整装置”单元的催化剂再生装置的过程中，石油精炼厂经历金属除尘。发生金属除尘的其他加工过程是核工厂，该工厂使用二氧化碳用于冷却在煤气化单元的再循环气体回路内的设备，在升高的温度下处理碳氢化合物的点火加热器中的设备，以及在炼钢厂的炼铁鼓风炉以及使用熔盐和碳氢化合物的燃料电池。近年来，着重强调重整和合成技术的发展，以使远距离、所谓“绞合(stranded)气体储备”的商品化成为可能。基于Fischer Tropsch过程的进一步发展的合成步骤需要使用合成气体的复合，由于较低的蒸气和碳比率以及较高的CO/CO2比率，该合成气体会引起严重的金属除尘。然而，因为缺乏对金属除尘有足够抵抗力的材料，所以沿着这个方向仅仅发生较小的几步。在今天使用的提供保护以防金属除尘并减少焦炭形成的其他解决方法中，它们使用具有高含量的铬和一定量的铝添加剂的高级镍或者铁基合金。也已经试验以扩散技术或者涂覆为基础通过覆盖焊接、激光熔解、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或者喷射的一些表面改性方法。这些方法中的许多方法涉及基于例如铁、镍和钴这样的过渡金属的材料，这些金属因其促进焦炭形成的催化性质出名。已知诸如Cu和Sn的金属能够抵抗或者免除碳化和焦炭的形成，但是这些金属具有太低的熔点或者不足以抵抗氧化的熔点。因为在蒸气和空气中通过氧化可以周期性地去除固体焦炭，所以需要抗氧化能力。因此，在实践中，除了Cu和作为有用的抗碳化材料的低合金Cu之外，与碳化加工气体接触的金属表面必须也具有足够的抗氧化能力。即使在某些实施例中能够排除脱焦的步骤，那么在检查或者其他步骤之后的起动程序也必然需要抗氧化的金属表面。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种铜基合金，其能够抵抗或者免除碳化、金属除尘和焦化。本专利技术的另一目的是提供一种抵抗或者免于氧化的铜基合金，尤其能够抵抗在含有一氧化碳的气氛中，和/或含有碳氢化合物的气氛中，例如固体含碳材料气化的含有固体碳的处理过程，碳氢化合物的加热分解和催化重整，特别是在低硫和低硫、低水分条件下的催化重整。本专利技术的第三目的是提供一种铜基合金，其不能催化地激活固体焦炭的形成。本专利技术的另一目的是提供一种铜基合金，其用在含有一氧化碳的气氛中和/或含有碳氢化合物的气氛中以及含有固体碳的处理过程中，例如固体含碳材料的气化、碳氢化合物的加热分解和催化重整，特别是在低硫和低硫、低水分条件下的催化重整，能够抵抗或者免于碳化、金属除尘和焦化。附图说明图1用图解法说明在25CO+3H2O+H2中、在650℃的温度下暴露1000小时的一段时间(RT的四个循环)之后本专利技术的一个样品和一些比较样品的重量损失。具体实施方式使用下面描述的合金可以满足这些目的。铝应该将铝添加到重量达到15wt.％，优选达到13wt.％，更加优选达到8wt.％，但是不低于2wt.％，优选不低于4wt.％。硅通过形成相对于纯铝具有较高形成率的铝硅酸盐，硅能够促进在这种合金中铝的保护效果。在这种合金中，形成保护性氧化物的较低开始温度是有利的。因此，硅的含量应该达到6wt.％，优选达到4wt.％。硅的含量最好不低于2wt.％。镁镁在降低铜的氧化率上具有与铝相同的特性，。因此镁在某种程度上能够代替合金中的铝。这样，镁的含量应该限制在0-6wt.％，优选达到4wt.％。反应添加剂为了进一步提高高温下的抗氧化性，通常实践中要添加一定量的反应元素，例如钇、铪、锆、镧和/或铈这样的稀土金属(REM)。应该添加这组元素中的一种或者多种，每一种的添加量不能超过0.3wt.％。其他添加剂在固体焦炭的形成过程中，已知过渡金属尤其是铁、镍和钴具有强的催化作用。因此，在本专利技术的合金中这些元素的含量不应该超过1wt.％。铜弥补本专利技术合金的剩下部分的主要成分是铜。已知铜对于催化活性和焦化无效。由于其与氧气接触时较高的氧化率，所以直到今天，在这些场合使用铜也是不可能的。该合金可以包括高达98wt.％的铜，但是至少为73wt.％的铜。根据本专利技术的铜基合金适合用于含有一氧化碳的气氛和/或含有碳氢化合物的气氛或者含有固体碳的处理中，例如，固体含碳材料的气化、碳氢化合物的热分解和催化重整，特别是，在温度达到1049℃时或者在至少达到1020℃、甚至至少达到1000℃在低硫，低硫和低水分条件下的催化重整。另外，该合金通常可以包括发生合金炼制的添加剂和杂质。当建筑材料具有管道、管子、盘子、条带和线的形状时，能够处理该材料。本领域一般技术人员知道本专利技术的合金需要在升高的温度即大约200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜基合金，其特征在于，所述的合金对碳化、金属除尘和焦化不起反应，并且抵抗氧化，且具有下述的成分（所有含量用重量百分比，重量％）：Ａｌ＞０－１５Ｓｉ≥０－６Ｍｇ≥０－６钇、铪、锆、镧、铈这样的稀 土元素（ＲＥＭ）组中的一种或者多种元素，每一种含量达到０．３ｗｔ．％，Ｃｕ衡量及通常出现形成合金的添加剂和杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得绍卡洛什，约翰埃尔恩布隆，马茨伦德伯格，
申请(专利权)人：山特维克公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]