煤的超临界水气化制氢系统中合金的腐蚀特性研究
发布时间：2021-09-05 05:13
目前我国能源消费结构以化石能源为主,人均占有量不足,供需存在着很大的矛盾,同时也给环境带来了巨大的压力,利用煤气化技术制取氢气是未来缓解能源与环境压力的有效途径之一。然而合金材料的腐蚀问题是制约超临界水气化（Supercritical Water Gasification,SCWG）技术商业化应用的重要因素。在SCWG过程中,苛刻的反应条件（高反应温度和反应压力）、反应介质所存在的杂原子如硫、氯等均会引起反应器材料的腐蚀。针对此现象,本文选取了不锈钢316SS和镍基合金Incoloy800、Incoloy825、Incone1625、HastelloyC276这5种材料为研究对象,利用间歇式超临界反应釜模拟煤气化制氢的真实工况及环境,进行了不同硫浓度、不同温度条件下的腐蚀实验,对实验试样分别进行了扫描电镜（SEM）观察膜的表面形貌、线扫描分析膜的结构,X射线衍射（XRD）分析膜的物相成分,根据金属Ni、Fe、Cr、Mo氧化物、硫化物的反应动力学、热力学数据绘制了等温平衡状态图,分析了其在含硫的超临界水环境中的腐蚀机理。主要结论如下:（1）各合金的腐蚀程度随温度的升高、硫浓度的增大而加剧...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同材料许用应力随温度的变化
mol/L）。（2）称量：用BSM220.4型天平（图2-2所示）称量Na2S﹒9H2O，该天平精度为0.1mg，用移液管量取甲醇2.525ml。（3）①在烧杯中加入少量去离子水,加入Na2S﹒9H2O，用玻璃棒搅拌,使其溶解，再滴入甲醇。②用烧开的去离子水在烧杯中配制硼酸溶液。③把少量硼酸溶液倒入烧杯中，用玻璃棒蘸取少量测PH，直至PH试纸显中性或者接近中性。将配好溶液倒入容量瓶，用去离子水将烧杯冲洗3次，再倒进容量瓶。（4）定容：倒水至刻度线1-2cm处改用胶头滴管滴到与凹液面平直。（5）摇匀：盖好瓶塞,上下颠倒、摇匀。（6）贴签。图2-2BSM220.4型电子天平Fig.2-2BSM220.4ElectronicBalance2.2实验装置及步骤本实验是在间歇式超临界反应釜中进行，釜体材料为HastelloyC276，容积为300ml，设计压力为35MPa，设计温度为650C，电加热功率3.0kW，升温速率约为5.78C/min。实验装置如图2-3所示，主要由高温反应釜、精度为0.1C的温控仪构成，温控仪可使釜内温度维持在预设值±1C范围之内。实验步骤如下：用银线将试样串起，悬挂于高温反应釜内，用量筒量取38~196ml的Na2S溶液，溶液体积根据实验压力做相应调整，并加入到高温反应釜内，再用密封螺栓将釜盖拧紧密封，插入热电偶，设定温度并开启电加热装置。实验结束后，关闭电加热装
西安理工大学硕士学位论文14置，待釜内温度冷却到室温，压力降为0时，开启釜盖并取出试样。将取出的试样用去离子水清洗，并用吹风机吹干，放入干燥皿中以备后续分析。1、电加热炉；2、反应釜釜体；3、反应釜釜盖；4、温控仪；5、反应流体热电偶；6、安全阀；7、压力表；8、螺栓；9、密封石墨环；10、试件；11、银线；12、加热炉热电偶图2-3间歇式超临界水反应装置Fig.2-3Intermittentsupercriticalwaterreactor2.3实验分析方法及设备2.3.1电镜扫描本研究采用日本电子企业株式会社生产的JSM-6390A型扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope,SEM），如图2-4所示。对试样腐蚀层进行表面形貌观察以及元素分析、对横截面进行线扫描得出腐蚀层结构及元素分布。本电镜可对半导体、金属、非金属及有机物等材料样品的形貌进行二次电子像SEI观测、原子序数像观测(背散射像BSE)，并配有能谱分析析仪(EDS)，可对材料成分和元素分布进行分析。本电镜放大倍数为5~300000倍，倾斜-10-+90，旋转：360。2.3.2X射线衍射仪本研究采用BrukerAXS公司生产的D8ADVANCE型X射线衍射仪（X-raydiffraction，XRD）分析试样表面腐蚀层的物相组成。如图2-5所示，本衍射仪能够精确对金属和非金属多晶粉末、薄膜类样品进行物相检索分析、物相定量分析、晶胞参数计算和固溶体分析、晶粒度及结晶度分析，测角仪半径>280mm，2转动范围-110°~160°，可读最小步长0.0001°。2.4实验内容
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质超临界水气化制氢研究进展[J]. 陆柒安,张军,赵亮,刘猛,尹艳山. 现代化工. 2018(12)
[2]国内外工业化制氢技术的研究进展[J]. 王东军,姜伟,赵仲阳,金书含,何昌洪,何玉莲. 工业催化. 2018(05)
[3]煤炭制氢产业现状及我国新能源发展路径选择研究[J]. 陈子瞻,赵汀,刘超,周凤英. 中国矿业. 2017(07)
[4]Industrialization prospects for hydrogen production by coal gasification in supercritical water and novel thermodynamic cycle power generation system with no pollution emission[J]. GUO LieJin,JIN Hui,GE ZhiWei,LU YouJun,CAO ChangQing. Science China（Technological Sciences）. 2015(12)
[5]镍基合金825在超临界水中的腐蚀性能研究[J]. 沈朝,杜东海,孙耀,张乐福,徐雪莲. 原子能科学技术. 2014(09)
[6]超临界水氧化城市污泥中316L不锈钢的腐蚀行为[J]. 唐兴颖,王树众,徐东海,郭洋,公彦猛. 腐蚀与防护. 2011(07)
[7]超临界水氧化中设备腐蚀的研究现状[J]. 陈娟娟,杨海真. 四川环境. 2007(02)
[8]不锈钢及镍基合金在亚临界水环境中的腐蚀[J]. 张丽,韩恩厚,张召恩,关辉,柯伟. 金属学报. 2003(06)
[9]海洋大气暴露3年的碳钢与耐候钢表面锈层分析[J]. 王建军,郭小丹,郑文龙,陈家光,吴建生. 腐蚀与防护. 2002(07)
[10]超临界水氧化环境中材料腐蚀的研究现状[J]. 张丽,韩恩厚,关辉,王俭秋,柯伟. 材料导报. 2001(05)
博士论文
[1]电站锅炉管氧化层在溶氧超临界水中生长机理的研究[D]. 张乃强.华北电力大学 2012
[2]超临界水氧化系统中合金腐蚀研究[D]. 卢建树.浙江大学 2002
本文编号：3384743
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同材料许用应力随温度的变化
mol/L）。（2）称量：用BSM220.4型天平（图2-2所示）称量Na2S﹒9H2O，该天平精度为0.1mg，用移液管量取甲醇2.525ml。（3）①在烧杯中加入少量去离子水,加入Na2S﹒9H2O，用玻璃棒搅拌,使其溶解，再滴入甲醇。②用烧开的去离子水在烧杯中配制硼酸溶液。③把少量硼酸溶液倒入烧杯中，用玻璃棒蘸取少量测PH，直至PH试纸显中性或者接近中性。将配好溶液倒入容量瓶，用去离子水将烧杯冲洗3次，再倒进容量瓶。（4）定容：倒水至刻度线1-2cm处改用胶头滴管滴到与凹液面平直。（5）摇匀：盖好瓶塞,上下颠倒、摇匀。（6）贴签。图2-2BSM220.4型电子天平Fig.2-2BSM220.4ElectronicBalance2.2实验装置及步骤本实验是在间歇式超临界反应釜中进行，釜体材料为HastelloyC276，容积为300ml，设计压力为35MPa，设计温度为650C，电加热功率3.0kW，升温速率约为5.78C/min。实验装置如图2-3所示，主要由高温反应釜、精度为0.1C的温控仪构成，温控仪可使釜内温度维持在预设值±1C范围之内。实验步骤如下：用银线将试样串起，悬挂于高温反应釜内，用量筒量取38~196ml的Na2S溶液，溶液体积根据实验压力做相应调整，并加入到高温反应釜内，再用密封螺栓将釜盖拧紧密封，插入热电偶，设定温度并开启电加热装置。实验结束后，关闭电加热装
西安理工大学硕士学位论文14置，待釜内温度冷却到室温，压力降为0时，开启釜盖并取出试样。将取出的试样用去离子水清洗，并用吹风机吹干，放入干燥皿中以备后续分析。1、电加热炉；2、反应釜釜体；3、反应釜釜盖；4、温控仪；5、反应流体热电偶；6、安全阀；7、压力表；8、螺栓；9、密封石墨环；10、试件；11、银线；12、加热炉热电偶图2-3间歇式超临界水反应装置Fig.2-3Intermittentsupercriticalwaterreactor2.3实验分析方法及设备2.3.1电镜扫描本研究采用日本电子企业株式会社生产的JSM-6390A型扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope,SEM），如图2-4所示。对试样腐蚀层进行表面形貌观察以及元素分析、对横截面进行线扫描得出腐蚀层结构及元素分布。本电镜可对半导体、金属、非金属及有机物等材料样品的形貌进行二次电子像SEI观测、原子序数像观测(背散射像BSE)，并配有能谱分析析仪(EDS)，可对材料成分和元素分布进行分析。本电镜放大倍数为5~300000倍，倾斜-10-+90，旋转：360。2.3.2X射线衍射仪本研究采用BrukerAXS公司生产的D8ADVANCE型X射线衍射仪（X-raydiffraction，XRD）分析试样表面腐蚀层的物相组成。如图2-5所示，本衍射仪能够精确对金属和非金属多晶粉末、薄膜类样品进行物相检索分析、物相定量分析、晶胞参数计算和固溶体分析、晶粒度及结晶度分析，测角仪半径>280mm，2转动范围-110°~160°，可读最小步长0.0001°。2.4实验内容
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质超临界水气化制氢研究进展[J]. 陆柒安,张军,赵亮,刘猛,尹艳山. 现代化工. 2018(12)
[2]国内外工业化制氢技术的研究进展[J]. 王东军,姜伟,赵仲阳,金书含,何昌洪,何玉莲. 工业催化. 2018(05)
[3]煤炭制氢产业现状及我国新能源发展路径选择研究[J]. 陈子瞻,赵汀,刘超,周凤英. 中国矿业. 2017(07)
[4]Industrialization prospects for hydrogen production by coal gasification in supercritical water and novel thermodynamic cycle power generation system with no pollution emission[J]. GUO LieJin,JIN Hui,GE ZhiWei,LU YouJun,CAO ChangQing. Science China（Technological Sciences）. 2015(12)
[5]镍基合金825在超临界水中的腐蚀性能研究[J]. 沈朝,杜东海,孙耀,张乐福,徐雪莲. 原子能科学技术. 2014(09)
[6]超临界水氧化城市污泥中316L不锈钢的腐蚀行为[J]. 唐兴颖,王树众,徐东海,郭洋,公彦猛. 腐蚀与防护. 2011(07)
[7]超临界水氧化中设备腐蚀的研究现状[J]. 陈娟娟,杨海真. 四川环境. 2007(02)
[8]不锈钢及镍基合金在亚临界水环境中的腐蚀[J]. 张丽,韩恩厚,张召恩,关辉,柯伟. 金属学报. 2003(06)
[9]海洋大气暴露3年的碳钢与耐候钢表面锈层分析[J]. 王建军,郭小丹,郑文龙,陈家光,吴建生. 腐蚀与防护. 2002(07)
[10]超临界水氧化环境中材料腐蚀的研究现状[J]. 张丽,韩恩厚,关辉,王俭秋,柯伟. 材料导报. 2001(05)
博士论文
[1]电站锅炉管氧化层在溶氧超临界水中生长机理的研究[D]. 张乃强.华北电力大学 2012
[2]超临界水氧化系统中合金腐蚀研究[D]. 卢建树.浙江大学 2002
本文编号：3384743
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