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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.
Die Grundlagen der Metallographie wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts von Henry Clifton Sorby in England und Adolf Martens in Deutschland gelegt. Den verfügbaren Quellen nach erfolgten diese Arbeiten unabhängig voneinander. In diesem Beitrag werden die Beiträge von Adolf Martens und Emil Heyn zur Etablierung der Metallographie als ein eigenständiges Fach im Rahmen der Metallkunde dargestellt. Dabei werden Aspekte der Werkstoffprüfung, der Fraktographie und der Schadensanalyse einbezogen. Abschließend wird die führende Rolle dieser Pioniere der Metallkunde bei der Gründung der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) sowie des Deutschen Verbands für Materialforschung und -prüfung (DVM) gewürdigt.
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). 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.
Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) is a promising technology for the reduction of CO2 emissions, e.g. from fossil-fuel operated power plants or cement mills. Crucial points for a sustainable and future-proof CCUS procedure are reliability and cost efficiency of the pipeline transport network. Due to the absence of certified benchmarks for upper limits, systematic experiments with impurities in the CO2 stream were carried out. For oxidation processes SO2 and NO2 acted as corrosive components, and for reductive atmosphere H2S. Carbon steel L485MB (pipeline), martensitic steel 1.4313 (compression) and austenitic steel 1.4562 (injection) were selected as specimens. Experiments were performed at 0 bar or 100 bar and within a temperature range 278 K ≤ T ≤ 313 K. High-alloyed Cr-Ni steels revealed no corrosion (1.4562, 1.4313), while for carbon steel considerable corrosion was observed. The type and intensity of corrosion was strongly coupled with the applied corrosive species and the level of humidity in the CO2 stream, leading to different compositions of acidic condensates. Applying a reducing atmosphere results in very little corrosion rates, but provokes pitting corrosion. In contrast, oxidizing or mixed settings lead to a clearly increased growth of the corrosion layer, but exhibit shallow uniform corrosion. Exceptional nitric acid results in intergranular corrosion. Investigations on the specimens were carried out by optical microscopy, XRD, SEM/EDX, and AAS/IC.