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Integrated Coating System for Corrosion Protection of Carbon Steel in Artificial Geothermal Brine
(2022)
Corrosive geothermal brines are a major challenge to geothermal power-plants. For cost reasons, plant designers prefer to use carbon and low alloyed steels, which are susceptible to uniform and localized corrosion when exposed to geothermal brines having acidic and saline properties. To solve such problem, coatings or inhibitors would be a protective solution as an alternative to the use of high alloyed materials.
This study investigated a coating system consisting of polyaniline/silicon dioxide based on resources locally available in Indonesia. Protection against corrosion of carbon steel was shown by long-term (28 day) exposure and electrochemical tests of coated carbon steels, performed in an artificial acidic and saline geothermal brine, comparable to the conditions encountered at a site in Indonesia.
Therefore, an integrated coating system is proposed for corrosion protection, combining the electrochemical functionality of polyaniline and the physical advantages of silica.
Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) has been proposed as a promising technology for the mitigation of CO2 emissions into the atmosphere from fossil-fuel-operated power generation plants. As the reliability and cost effectiveness of the pipeline transport network is crucial to the overall operability and resilience of the CCUS system, it is vital to realize the possible corrosion risks of the employed pipeline steels corresponding to the impurity level of the gas source.
Recent studies have shown that even the high alloyed materials might be susceptible to general and/or localized corrosion by the condensates forming from the impurities such as SOx, NOx, CO, O2 and water [1]. Up to now, however, there is no regulation procedure which defines the maximum acceptable level of impurities and the combination of them for each employed pipeline steels. Herein, systematic experiment series were conducted by mixing pure CO2 gas with varying concentration of each impurity and with the varying combination of them. Each time, the mixture was then fed (1 L/min) into the reactor containing 12 specimens for 120-600 h at 5°C (to simulate the sub-level pipeline transport). The resulted condensate was collected and analyzed by ionic chromatography and atomic absorption spectroscopy to determine the chemical composition. In this study, the “worst-case scenario” gas mixture, containing 2.5 % H2O, 1.8 % O2, 1000 ppm NO2, and 220 ppm SO2 as impurities, resulted in the condensate containing H2SO4 0.114 M and HNO3 0.0184 M (pH 2.13). This “original” condensate was then re-produced to carry out exposure tests and electrochemical characterization including corrosion potentials and impedance spectroscopy in CO2 saturated condition for 7-14 days at the same temperature. The corrosion rate was also measured by mass loss method.
We can conclude that, at the initial stage, HNO3 plays the dominant role in Fe dissolution process, while H2SO4 is responsible for the pit initiation followed by pitting corrosion. Future studies will be focused on the combination effect from the impurities and the exposure test under the regularly changing condensate to mimic the real CO2 pipeline system.
Dieses Buch ist definitiv eine Empfehlung an alle, die mit RFA arbeiten müssen. Außerdem bietet es nützliche und praktische Informationen für Forscher, die an einem bestimmten Thema arbeiten, das im Antragsteil erwähnt wird. Dies wird ihnen während ihrer Forschung helfen, Proben vorzubereiten sowie Fehler in der RFA-Analyse zu erkennen und somit zu vermeiden.
Die Stärken des Buches liegen im verständlichen Text und darin, dass alle notwendigen Schritte der Analysenverfahren Punkt für Punkt aufgeführt sind. Obwohl die Autoren eine unglaubliche Arbeit geleistet haben, um den Leser auf den neuesten Stand zu bringen, sind einige Teile ziemlich kurz gehalten. Die Auflistung von weiterführender Literatur, einschließlich wichtiger Normen und Gesetze, verringert dieses Manko etwas und verweist die interessierten Leser auf ergänzende Quellen.
Environmental and sustainable economical concerns are generating a growing interest in biofuels predominantly produced from biomass. It would be ideal if an energy conversion device could directly extract energy from a sustainable energy resource such as biomass. Unfortunately, up to now, such a direct conversion device produces insufficient power to meet the demand of practical applications. To realize the future of biofuel-fed fuel cells as a green energy conversion device, efforts have been devoted to the development of carbon-based nanomaterials with tunable electronic and surface characteristics to act as efficient metal-free electrocatalysts and/or as supporting matrix for metal-based electrocatalysts. We present here a mini review on the recent advances in carbon-based catalysts for each type of biofuel-fed/biofuel cells that directly/indirectly extract energy from biomass resources, and discuss the challenges and perspectives in this developing field
CCUS-Technologie (CO2-Abtrennung; Nutzung und Speicherung, engl. Carbon Dioxide Capture, Utilization and Storage) gilt als eine vielversprechende Methode zur Abschwächung des Beitrags von fossilen Emissionen zur globalen Erwärmung. Dabei wird das in den Verbrennungsprozessen entstandene Treibhausgas aufgefangen, zu verschiedenen Lagerstätten transportiert und langzeitig gespeichert bzw. einer chemischen Nutzung zugeführt.
In bisher veröffentlichten Untersuchungen wurde gezeigt, dass die CO2-Transport-Pipelines in hohem Maße gefährdet sind, wenn sie korrosiven Begleitstoffen des CO2-Stroms, wie SOx, NOx bei einem hohen Wasserdampfanteil ausgesetzt sind. Screening-Tests zeigten, dass bei einer Konzentration von 1000 ppmv H2O die Reaktionen und Kondensation von SO2 und NO2 mit O2 und H2O zu Säuretropfen (pH ~ 0,5) auf der Oberfläche von Metall-Prüfkörper und Gefäß führen. Die Werkstoffe 1.0582, 1.8977, 1.4313 und 1.4562 wurden in CO2-gesättigtem Kondensat mit unterschiedlichem Verhältnis der säurebildenden Komponenten untersucht. Diese Studien zeigten grundsätzlich den Mechanismus sowie die Rolle jedes CO2-Strom-Begleitstoffes auf den Korrosionsprozess. Allerdings spiegeln die bei Auslagerung und elektrochemischen Messungen in der künstlichen CO2-gesättigten Kondensat-Lösung auftretenden Bedingungen nicht im Detail die Realität in der Praxis, wo sich nur Tröpfchen bilden, wider.
Diese Arbeit konzentriert sich auf den Korrosionsprozess von Kondensat in Form von Tröpfchen, auf der Oberfläche von Rohrleitungswerkstoffen unter CO2-Atmosphäre bei 5 °C (Simulation des Transportzustandes). Die Experimente wurden nicht nur für Auslagerungsversuche, sondern auch für elektrochemische Tests mit nur einem Tröpfchen (weniger als 20 µL) konzipiert. Die Auslagerungs-versuche wurden sowohl unter Normaldruck als auch bei hohem Druck (> 70 bar) durchgeführt, wobei das CO2 als dichte – den Tropfen umgebende - Phase vorliegt. Die korrodierten Prüfkörper wurden rasterelektronenmikroskopisch (REM) und mittels Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert, um nicht nur Korrosionsform, sondern auch die Elementverteilung der Korrosionsprodukte zu zeigen.
Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) is a promising technology for the reduction of CO2 emissions from fossil-fuel operated power plants, steel and cement mills or refineries. Crucial points for a sustainable and future-proof CCUS procedure are reliability and cost efficiency of the pipeline transport network especially concerning corrosion risks under impurities and moisture in the CO2 stream. Recent studies have shown that even high alloyed steels might be susceptible to general and/or localized corrosion caused by condensates. It was concluded from our study on carbon steels in normal and high pressure conditions, that the combination of these gas impurities, resulted in the acidic condensate, is not only a simple sum of each corrosive effect, but highly accelerates the corrosion rate of the pipeline steel, indicating the need of dynamic tests before installing the network pipeline system.
CCUS-Technologie (CO2-Abtrennung; Nutzung und Speicherung, engl. Carbon Dioxide Capture, Utilization and Storage) gilt als eine vielversprechende Methode zur Abschwächung des Beitrags von fossilen Emissionen zur globalen Erwärmung. Dabei wird das in den Verbrennungsprozessen entstandene Treibhausgas aufgefangen, zu verschiedenen Lagerstätten transportiert und langzeitig gespeichert bzw. einer chemischen Nutzung zugeführt.
In bisher veröffentlichten Untersuchungen wurde gezeigt, dass die CO2-Transport-Pipelines in hohem Maße gefährdet sind, wenn sie korrosiven Begleitstoffen des CO2-Stroms, wie SOx, NOx bei einem hohen Wasserdampfanteil ausgesetzt sind. Screening-Tests zeigten, dass bei einer Konzentration von 1000 ppmv H2O die Reaktionen und Kondensation von SO2 und NO2 mit O2 und H2O zu Säuretropfen (pH ~ 0,5) auf der Oberfläche von Metall-Prüfkörper und Gefäß führen. Die Werkstoffe 1.0582, 1.8977, 1.4313 und 1.4562 wurden in CO2-gesättigtem Kondensat mit unterschiedlichem Verhältnis der säurebildenden Komponenten untersucht. Diese Studien zeigten grundsätzlich den Mechanismus sowie die Rolle jedes CO2-Strom-Begleitstoffes auf den Korrosionsprozess. Allerdings spiegeln die bei Auslagerung und elektrochemischen Messungen in der künstlichen CO2-gesättigten Kondensat-Lösung auftretenden Bedingungen nicht im Detail die Realität in der Praxis, wo sich nur Tröpfchen bilden, wider.
Diese Arbeit konzentriert sich auf den Korrosionsprozess von Kondensat in Form von Tröpfchen, auf der Oberfläche von Rohrleitungswerkstoffen unter CO2-Atmosphäre bei 5 °C (Simulation des Transportzustandes). Die Experimente wurden nicht nur für Auslagerungsversuche, sondern auch für elektrochemische Tests mit nur einem Tröpfchen (weniger als 20 µL) konzipiert. Die Auslagerungs-versuche wurden sowohl unter Normaldruck als auch bei hohem Druck (> 70 bar) durchgeführt, wobei das CO2 als dichte – den Tropfen umgebende - Phase vorliegt. Die korrodierten Prüfkörper wurden rasterelektronenmikroskopisch (REM) und mittels Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert, um nicht nur Korrosionsform, sondern auch die Elementverteilung der Korrosionsprodukte zu zeigen.
Synergistic effects of impurities in the condensate on the corrosion of CO2 transport pipeline
(2017)
For the reliability of transport pipelines the corrosion resistance of the materials used needs to be determined in conditions, which are possible during the transport process. In some situations condensation of components out of the CO2 stream can occur.
To study the effect of condensate on transport pipeline steel, a “worst-case scenario” gas mixture, containing 2.5 % H2O, 1.8 % O2, 1000 ppmv NO2, and 220 ppmv SO2, was proposed, fed (1.5 L/min) into a glass reactor containing coupon-shaped specimens for 120 600 h at 278 K (to simulate the underground pipeline transport), and resulted in the condensate containing 0.114 M H2SO4 and 0.0184 M HNO3 (pH 2.13). Basing on this “original” condensate, exposure tests and electrochemical characterization together with pH and conductivity in CO2 saturated condition at the same temperature were carried out. The role of each gas impurity and the combination of them, when the condensate is formed, was studied by investigating the role of individual and varying combination of acidic components in the condensate on the corrosion behaviors of the commercial pipeline-steel (L360NB). The stability and protectability of the corrosion film were further studied by periodically changing the condensate during the exposure tests.
It can be concluded that although the condensation of NOx in form of HNO3 causes faster corrosion rate, it is the condensation of SOx or the combination of SOx and NOx that may cause much more severe problems in form of localized and pitting corrosions. Different to the corrosion products formed in CO2 atmosphere without impurities (mainly iron carbonate) the corrosion products resulted from these acidic condensation have no protectability, indicating the need of controlling gas quality during the transportation within the pipeline network.
Synergistic effects of impurities in the condensate on the corrosion of CO2 transport pipeline
(2017)
For the reliability of transport pipelines the corrosion resistance of the materials used needs to be determined in conditions, which are possible during the transport process. In some situations condensation of components out of the CO2 stream can occur. To study the effect of condensate on transport pipeline steel, a “worst-case scenario” gas mixture, containing 2.5 % H2O, 1.8 % O2, 1000 ppmv NO2, and 220 ppmv SO2, was proposed, fed (1.5 L/min) into a glass reactor containing coupon-shaped specimens for 120 600 h at 278 K (to simulate the underground pipeline transport), and resulted in the condensate containing 0.114 M H2SO4 and 0.0184 M HNO3 (pH 2.13). Basing on this “original” condensate, exposure tests and electrochemical characterization together with pH and conductivity in CO2 saturated condition at the same temperature were carried out. The role of each gas impurity and the combination of them, when the condensate is formed, was studied by investigating the role of individual and varying combination of acidic components in the condensate on the corrosion behaviors of the commercial pipeline-steel (L360NB). It can be concluded that although the condensation of NOx in form of HNO3 causes faster corrosion rate, it is the condensation of SOx or the combination of SOx and NOx that may cause much more severe problems in form of localized and pitting corrosions. Different to the corrosion products formed in CO2 atmosphere without impurities (mainly iron carbonate) the corrosion products resulted from these acidic condensation have no protectability, indicating the need of controlling gas quality during the transportation within the pipeline network.
Korrosion von Stählen in flüssigen und überkritischen CO2–Strömen unter realitätsnahen Bedingungen
(2017)
CCUS-Technologie gilt als eine vielversprechende Methode zur Abschwächung des Beitrags von fossilen Emissionen zur globalen Erwärmung. Dabei wird das in den Verbrennungsprozessen entstandene Treibhausgas aufgefangen, zu verschiedenen Lagerstätten transportiert und langzeitig gespeichert bzw. einer chemischen Nutzung zugeführt.
CO2-Transport-Pipelines sind potentiell gefährdet, wenn sie korrosiven Begleitstoffen des CO2-Stroms, wie SOx, NOx bei einem hohen Wasserdampfanteil ausgesetzt sind. Screening-Tests zeigten, dass bei einer Konzentration von 1000 ppmv H2O die Reaktionen und Kondensation von SO2 und NO2 mit O2 und H2O zu Säuretropfen (pH ~ 0,5) auf der Oberfläche von Metall-Prüfkörpern und Gefäßen führen. Die Werkstoffe 1.4313 1.8977 und 1.4562 wurden in CO2-Atmosphäre mit unterschiedlichen Verhältnissen der säurebildenden Komponenten SO2, NO2, H2S mit H2O untersucht. Diese Studien zeigten grundsätzlich den Mechanismus sowie die Rolle jedes CO2-Strom-Begleitstoffes auf den Korrosionsprozess.