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The materials in oxyfuel power plant will be subjected to CO2– and SO2–rich gases on the fireside. The oxidation behaviour of two 9–12 % Cr steels T92 and VM12 was studied under dry oxyfuel environment in the temperature range of 580–650 °C for up to 1,000 h. The oxide structure and morphology were analyzed using various experimental techniques. A complex temperature dependence of oxidation rate is observed for both T92 and VM12 whereby the oxidation rate decreased with increasing temperature. This is attributed to increased Cr-enrichment in the inner scale with increasing temperature. T92 and VM12 alloys are also susceptible to carburization in an oxyfuel environment.
To resist the corrosive geothermal environment during carbon capture and storage CCS -such as: heat, pressure, salinity of the aquifer, CO2-partial pressure, properties of pipe steels-require certain specification. For evaluation samples of differently heat treated high alloyed stainless injection-pipe steels AISI 420 X46Cr13, AISI 420J X20Cr13 as well as X5CrNiCuNb16–4 AISI 630 were kept at T=60 °C and ambient pressure as well as p=100 bar for 700 h up to 8000 h in a CO2-saturated synthetic aquifer environment similar to a possible geological situation in the northern German Basin. Corrosion rates and scale growth are lowest after long term exposure for steels hardened and tempered at 600 °C to 670 °C and pits -indicating local corrosion- decrease in diameter but increase in number as a function of carbon content of the steel. Martensitic microstructure is preferred with respect to these particular conditions.
Properties of pipe steels for CCS technology require resistance against the corrosive environment of a potential CCS-site (heat, pressure, salinity of the aquifer, CO2-partial pressure). The influence of austenitizing in heat treatment routines of two different injection pipe steels (1.4034, X46Cr13 and 1.4021, X20Cr13) was evaluated. Steel coupons were austenitized at different temperatures (900 – 1050 °C) for different lengths of time (30–90 min) before quenching and annealing prior to long term corrosion experiments (60°C, 100 bar, artificial brine close to a CCS-site in the Northern German Basin, Germany). In general, fewer pits are found on X46Cr13. Comparing steels with 13% chromium each the higher carbon content of X46Cr13 (0.46% C) results in a lower number of pits compared to X20Cr13 (0.20% C). It is found that neither the carbon content of the steels nor austenitizing temperature has much influence, but local corrosion behaviour is most susceptible towards austenitizing time
Comparative study on high temperature oxidation of T92 steel in dry and wet oxyfuel environments
(2015)
Fireside oxidation of T92 steel was studied after exposure times up to 1000 h in the temperature range of 580–650 °C in simulated dry (CO2–27 % N2–2 % O2–1 % SO2) and wet (CO2–20 % H2O–7 % N2–2 % O2–1 % SO2) oxyfuel environments. Water vapour addition to the oxyfuel gas substantially increased the oxidation rate. The oxide scales developed under wet environment contained more defects, resulting in higher access of oxidants to the substrate material and enhanced oxidation. In addition, the oxide scales had lower chromium enrichment in the inner layer as compared to that in the dry condition. The oxide scales consisted of hematite and magnetite in the outer layer and a mixture of (Fe, Cr)-spinel, sulphides and wustite in the inner layer. The sulphur distribution differed between the oxide scales developed in dry and wet oxyfuel environments. Sulphur was mainly concentrated in the inner layer and at the oxide/alloy interface. In contrast to the wet oxyfuel gas, very high sulphur concentration was measured in the inner oxide scale formed in the dry oxyfuel gas. Additionally, Fe-sulphide was formed at the interface of inner and outer oxide layer in the wet condition.
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.
Proben unterschiedlich wärmebehandelter, hochlegierter, rostfreier Stahlqualitäten, die potenziell als Injektionsrohr-Stähle eingesetzt werden können - AISI 420 X46Cr13, AISI 420J X20Cr13 und AISI 630 X5CrNICuNb16-4 - wurden bei 60 °C sowohl bei Normaldruck als auch bei 100 bar für 700 bis 8.000 Stunden in einem C02-gesättigtem, synthetisch hergestellten Laboraquiferwasser ausgelagert. Dieses Laboraquiferwasser entspricht der erwarteten Zusammensetzung des Aquiferwassers des norddeutschen Beckens, in das im CCS- Versuchsfeld von Ketzin (CCS Carbon Capture and Storage) über zwei Jahre hinweg technisch reines C02 injiziert wurde. Die Korrosionsraten und Schichtwachstumsraten auf den Stählen sind am niedrigsten für Stähle, die vor der Langzeitauslagerung gehärtet und anschließend zwischen 600 °C und 670 °C angelassen wurden. Lokale Korrosion (Lochfraß) zeigt sich in Form von kleinsten Löchern auf der Stahloberfläche. Der Durchmesser dieser Löcher nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt des Stahls ab. Gleichzeitig nimmt die Anzahl der gezählten Löcher auf der Oberfläche zu. Insgesamt wird festgestellt, dass Stähle mit einer martensitischen Gefügestruktur in dieser nachempfundenen CCS-Atmosphäre die beste Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem C02-gesättigten, salinen Aquifer bietet.