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Eingeladener Vortrag
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Influence of pressure and chromium content on corrosion reactions at 600 C in a CO2-H2O atmosphere
(2008)
Der Klimaschutz erfordert die Reduzierung des Ausstoßes von Kohlendioxid. Neue Kraftwerke mit Sauerstoffverbrennung und möglicherweise CO2-Abscheidung sollen eine Reduktion des CO2 im Bereich der Energietechnik ermöglichen. Die heute üblichen Hochtemperaturwerkstoffe werden anderen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, und es sind andere Korrosionsraten und Korrosionsreaktionen zu erwarten. In diesem Beitrag werden die Kraftwerkstechnologien kurz vorgestellt und an einem Beispiel erläutert, dass die Oxidation an Luft mit der Oxidation in Wasser nicht direkt vergleichbar ist.
In Kohlekraftwerken mit Oxyfuel-Technologie erfolgt die Verbrennung unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Damit steht für die Abscheidung und Speicherung von CO2 ein Rauchgas mit hohem CO2-Anteil zur Verfügung (CCS-Technologie). Aufgrund dieses Verbrennungsprozesses ändert sich im Wesentlichen die Rauchgaszusammensetzung hin zu hohem H2O- und SO2 -Anteil. Deshalb wurden in verschiedenen Laboratorien kommerzielle Kraftwerksstähle unter den entsprechenden korrosiven Bedingungen getestet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbrennungsmethode zeigten die ferritisch-martensitischen Stähle schon nach 1000 h Auslagerungszeit unter Oxyfuel-Bedingungen eine durch einen deutlich erhöhten Materialverlust gekennzeichnete Korrosion. Eine Möglichkeit um dennoch die Lebensdauer dieser Stähle zu gewährleisten, besteht im Aufbringen geeigneter Schutzschichten auf die Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Bewertung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten als Schutz vor Korrosion in Oxyfuel-Rauchgas-Atmosphäre. Diese wurden auf den warmfesten Stahl X20CrMoV12-1 (X20) mittels der Tauchmethode aufgebracht. Anschließend erfolgte eine Auslagerung der beschichteten Proben für 1000 h bei 600 °C in einer H2O-CO2-O2-SO2 -Atmosphäre.
Im Vergleich zum unbeschichteten Stahl X20 war der Materialverlust des beschichteten Stahls deutlich geringer. Insbesondere konnte durch die Aluminiumoxidschicht der Transport von CO2 und SO2 zur Stahloberfläche verhindert werden.
In Kohlekraftwerken mit Oxyfuel-Technologie erfolgt die Verbrennung unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Damit steht für die Abscheidung und Speicherung von CO2 ein Rauchgas mit hohem CO2-Anteil zur Verfügung (CCS-Technologie). Aufgrund dieses Verbrennungsprozesses ändert sich im Wesentlichen die Rauchgaszusammensetzung hin zu hohem H2O- und SO2 -Anteil. Deshalb wurden in verschiedenen Laboratorien kommerzielle Kraftwerksstähle unter den entsprechenden korrosiven Bedingungen getestet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbrennungsmethode zeigten die ferritisch-martensitischen Stähle schon nach 1000 h Auslagerungszeit unter Oxyfuel-Bedingungen eine durch einen deutlich erhöhten Materialverlust gekennzeichnete Korrosion. Eine Möglichkeit um dennoch die Lebensdauer dieser Stähle zu gewährleisten, besteht im Aufbringen geeigneter Schutzschichten auf die Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Bewertung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten als Schutz vor Korrosion in Oxyfuel-Rauchgas-Atmosphäre. Diese wurden auf den warmfesten Stahl X20CrMoV12-1 (X20) mittels der Tauchmethode aufgebracht. Anschließend erfolgte eine Auslagerung der beschichteten Proben für 1000 h bei 600 °C in einer H2O-CO2-O2-SO2 -Atmosphäre.
Im Vergleich zum unbeschichteten Stahl X20 war der Materialverlust des beschichteten Stahls deutlich geringer. Insbesondere konnte durch die Aluminiumoxidschicht der Transport von CO2 und SO2 zur Stahloberfläche verhindert werden.
Kohlendioxid (C02), das z.B. aus dem Abgas von fossilgefeuerten Kraftwerken, Stahlwerken oder Zementwerken abgetrennt wird, enthält Verunreinigungen. Dies sind beispielsweise Wasserdampf, 02, S0X, NOx und H2S. Derartige Gasmischungen sind instabil und ihre Komponenten können zu weiteren Produkten reagieren. Wenn Wassermoleküle zur Verfügung stehen, können saure Lösungen kondensieren. Die Korrosion von Werkstoffen und Bauteilen in Kontakt mit den transportierten Gasmischungen wird an der BAM in Laborversuchen untersucht, Das wichtigste Ziel ist, sichere und bezahlbare Kombinationen von zugelassenen Konstruktionswerkstoffen und Grenzwerten für Verunreinigungen im C02-Strom vorzuschlagen. In den bisherigen Arbeiten hat sich herausgestellt, dass für eine verlässliche Aussage die Experimente möglichst realitätsnah durchgeführt werden sollten. Hierfür müssen die Parameter: hoher Druck (um 100 bar), Temperatur (um 60 °C), Strömungsverhältnisse (laminar oder turbulent) sowie mechanische Spannung kombiniert werden. Für diese Anforderungen wurden Prüfstände entwickelt und Experimente durchgeführt.