EP1368158B1 - Verfahren zur strahlbehandlung mit strahlmitteln - Google Patents

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EP1368158B1
EP1368158B1 EP02735115A EP02735115A EP1368158B1 EP 1368158 B1 EP1368158 B1 EP 1368158B1 EP 02735115 A EP02735115 A EP 02735115A EP 02735115 A EP02735115 A EP 02735115A EP 1368158 B1 EP1368158 B1 EP 1368158B1
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EP
European Patent Office
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coatings
process according
materials
blasting
blasted
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EP02735115A
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English (en)
French (fr)
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EP1368158A1 (de
Inventor
Michael Heisel
Alexander Buinger
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • B24C1/086—Descaling; Removing coating films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2

Definitions

  • the invention relates to a method for blasting objects with blasting media according to the preamble of claim 1, which e.g. is known from WO-A-00/67928.
  • the irradiation of objects as a treatment method with abrasives is known in numerous industrial applications.
  • the Known beam treatment methods can be used in terms of Divide the abrasive into two groups.
  • the first group concerns blasting with conventional blasting media such as in particular Quartz sand (sandblasting), but also with other conventional abrasives such as steel gravel, cast iron gravel, wire grain and corundum.
  • conventional blasting media such as in particular Quartz sand (sandblasting)
  • other conventional abrasives such as steel gravel, cast iron gravel, wire grain and corundum.
  • abrasive for the dry abrasive blasting treatment can also use other inorganic or organic abrasives or plant-based abrasives are used. All these conventional abrasives have the common property that the Abrasives are in a solid state under normal conditions. They work in usually abrasive.
  • abrasive blasting media is a mixture of blasted material and blasting media which are usually disposed of with great effort and costs got to.
  • blasting media are generally softer than conventional blasting media and therefore ensure blasting treatment with less abrasiveness compared to blasting treatments with conventional blasting media in the solid state under normal conditions.
  • Dry ice (CO 2 ) which has proven itself in numerous applications, is to be mentioned in particular as a representative of the group of blasting agents which are present in fluid form under normal conditions.
  • solid carbon dioxide is used in the form of compressed, generally rice-granules.
  • CO 2 pellets are metered into a gas stream in a blasting system, conveyed with the gas stream to a blasting nozzle and passed through the blasting nozzle onto the surface to be processed.
  • the blasting nozzle is usually installed in a blasting gun.
  • dry ice pellets are made in a pelletizer.
  • liquid carbon dioxide is injected into the pelletizer, transferred to dry ice (snow) by expansion, compressed into a "cake” and finally pressed through a die.
  • the result is roughly rice-sized CO 2 pellets with a certain size distribution.
  • the granules produced in this way typically have mean values of a length of 8 mm and a diameter of 3 mm.
  • the hardness of dry ice roughly corresponds to the low hardness of gypsum.
  • the invention has for its object a method for the removal of materials containing sulfur or soot or coke or coatings in apparatus or plant parts for the thermal splitting of Show hydrocarbons or in parts of Claus plants.
  • an effective blast treatment of surfaces - in particular an effective cleaning of surfaces - with the help of dry ice, i.e. mitttels abrasives present in normal form in fluid form are guaranteed even if accumulations, deposits, buildup, deposits or Coatings made of materials with a greater hardness than dry ice become.
  • Dry ice has a very low temperature of around -78 ° C.
  • the low one Temperature means a high temperature difference ⁇ T to the one to be removed Material.
  • the high flow rate (preferably 100 to 300 m / s) of the Carrier gas leads to high turbulence and thus high heat transfer coefficients ⁇ .
  • High heat transfer coefficients ⁇ and a high temperature difference ⁇ T mean very quick, superficial cooling. With material that is bad It has thermal conductivity, as is the case with sulfur, for example high temperature gradients within the contamination layer. This in turn lead to high thermal voltages that are not reduced by heat conduction. As a result, the material becomes brittle due to the low temperature structural changes, the weakening of the material up to cracks after pull yourself.
  • the blasting treatment is advantageously carried out using CO 2 pellets.
  • the crack formation is reinforced by a second effect: CO 2 pellets, which hit a surface at high speed, generate high pressure at certain points at the point of impact.
  • Solid CO 2 becomes liquid, similar to water ice under ice skates.
  • Liquid CO 2 is a good solvent for many substances, especially organic materials.
  • sulfur in particular, the locally occurring solution leads to a change in the crystal structure, which can regress again after some time. In the meantime, however, the different volumes of the crystal structures create stresses, which in turn promote crack formation.
  • the dry ice or the CO 2 pellets hit the materials, coverings and / or coatings to be removed at high speed.
  • the abrasion which would require particularly hard blasting material for hard coverings, is only of minor importance as an effect in the blasting treatment.
  • the thermal conductivity the materials or coatings have a value less than 20 W / m ° K, preferably less than 15 W / m ° K, particularly preferably less than 9 W / m ° K.
  • the thermal conductivity of the carrier material of the object is one Value greater than 30 W / m ° K, preferably greater than 35 W / m ° K, particularly preferred greater than 45 W / m ° K.
  • the carrier material is often steel, the one Has thermal conductivity of approx.
  • the nozzle is preferably from 50 m / s to 400 m / s from 100 to 350 m / s, particularly preferably from 200 to 300 m / s.
  • the gas stream for conveying the dry ice or the CO 2 pellets can be composed of any suitable gas or gas mixture.
  • compressed air is used to supply the blasting system, for example at a pressure of 5 to 20 bar, with a dew point of 5 ° C or drier.
  • the dry ice particles or the CO 2 pellets are metered into the air stream, conveyed through the jet nozzle with the aid of the air stream, accelerated to a speed of up to 400 m / s and directed onto the surface to be cleaned.
  • the materials or coatings to be treated have at least partially different from that of the object surface Coefficient of thermal expansion.
  • coatings with a medium Thickness of over 2 ⁇ m can be irradiated, including centimeter thick layers can be successfully replaced. It has been shown that with very thin layers of a solid, the method according to the invention loses its effectiveness. In such thin layers is also poor heat conduction through the material to be removed on the underlying surface due to the small thickness, so good that, despite poor thermal conductivity, there is only a small temperature difference between material and surface. This also creates only low shear forces. In addition, the thin layer is only mechanically resilient, so that it adapts to the movements of the surface without detaching.
  • organic materials or coatings can be irradiated.
  • Sulfurcrete Form in parts of the plant such as sulfur condensers from Claus plants Sulfur, salts and catalyst wear from upstream reactors be called "Sulfurcrete”. Sulfurcrete is used, for example, in the Publication: H.G. Paskall, J.A. Sames: “Sulfur Recovery”, Calgary (Canada), 1989, mentioned in the chapter "Sulfur condenser function and problem areas”.
  • Sulfurcrete is a solid whose hardness is similar to that of granite. Such toppings were previously with the help of drills or similar mechanical devices away. Damage to the apparatus and object surfaces due to this mechanical Cleaning cannot be completely avoided and lead to a low one Service life of the apparatus, for example the sulfur condensers mentioned. It has been shown that Sulfurcrete coverings using the invention Procedure can be effectively removed. With appropriate attempts Sulfurcrete coverings could be confirmed that blasting with dry ice particles despite their low hardness, the pads are made of harder Allow material to be separated from the surface of the object. Responsible for this unexpected fact is probably the special properties mentioned above of carbon dioxide and the lower thermal conductivity of Sulfurcrete the carrier material, usually steel. Specifically, the thermal conductivities are Steel approx. 46 W / m ° K, from Sulfurcrete approx. 0.5 to 1 W / m ° K.
  • the invention has been particularly in the removal of soot or Proven coke-containing materials or coatings on objects.
  • cleaning of can, quench coolers and the like Plant parts used in the thermal cracking of hydrocarbons be mentioned. In the following, this should be based on the example of cleaning Quench coolers in cracking furnaces of ethylene plants can be illustrated.
  • the coke deposits narrow the free cross section of the gas flow.
  • the coke deposits also act as Thermal insulation in the externally heated reaction tubes. This leads to the system parts must be decoked at regular intervals.
  • the ovens and coolers must therefore be cooled every three to four months Condition can be cleaned mechanically.
  • According to the state of the art Technology uses high pressure water of up to 2500 bar with which the deposits be removed from the pipe walls. This treatment leads to one sufficiently good cleaning, but leaves on the treated surfaces Damage, often shell-shaped washouts. In particular, by Corrosion of areas already attacked on the pipes or system parts is preferred washed out so that incipient damaged areas are further damaged.
  • the treated surface is also treated with high pressure water not 100% metallic bright. Some impurities remain, so that Surface appears roughened and new deposits preferentially settle there.
  • a major advantage of the method according to the invention is that during the surfaces can be polished, if necessary with the addition of Abrasionsangesmitteln.
  • the roughness of the surfaces can be Reduce below 5 microns.
  • new deposits on the smooth surface find no starting point and therefore not or only very much attach later. This significantly extends the life of the ovens.
  • In practice can be a quarter to half of the mechanical cleaning required are eliminated, which means the availability of the furnaces and thus the amount of ethylene produced is increased by about 2 percent per year.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strahlbehandlung von Objekten mit Strahlmitteln gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, welches z.B. aus der WO-A-00/67928 bekannt ist.
Das Bestrahlen von Objekten (beispielsweise von Werkstücken) als Behandlungsverfahren mit Strahlmitteln ist in zahlreichen industriellen Anwendungen bekannt. Die bekannten Strahlbehandlungsverfahren kann man im Hinblick auf die verwendeten Strahlmittel in zwei Gruppen einteilen.
Die erste Gruppe betrifft das Strahlen mit konventionellen Strahlmitteln wie insbesondere Quarzsand (Sandstrahlen), aber auch mit anderen konventionellen Strahlmitteln wie beispielsweise Stahlkies, Hartgußkies, Drahtkorn und Korund. Als Strahlmittel für die trockene Abrasivstrahlbehandlung können auch andere anorganische oder organische Strahlmittel oder Strahlmittel auf pflanzlicher Basis Verwendung finden. Alle diese konventionellen Strahlmittel besitzen die gemeinsame Eigenschaft, dass die Strahlmittel bei Normalbedingungen in festem Aggregatzustand vorliegen. Sie wirken in der Regel abrasiv. Bei der Strahlbehandlung unter Einsatz von herkömmlichen, abrasiven Strahlmitteln fällt eine Mischung aus abgestrahltem Material und Strahlmitteln an, die in der Regel mit großem Aufwand und hohen Kosten entsorgt werden muss.
Außer diesen herkömmlichen Abrasivstrahlmitteln ist eine zweite Gruppe von Strahlmitteln für Strahlbehandlungen bekannt, die bei Normalbedingungen in gasförmigem oder flüssigem Aggregatzustand vorliegen.
Diese Strahlmittel sind in der Regel weicher als die konventionellen Strahlmittel und gewährleisten daher eine Strahlbehandlung mit geringerer Abrasivtät im Vergleich zu Strahlbehandlungen mit konventionellen bei Normalbedingung im festen Aggregatzustand vorliegenden Strahlmitteln. Als Vertreter der Gruppe der bei Normalbedingungen in fluider Form vorliegenden Strahlmitteln ist insbesondere Trockeneis (CO2) zu nennen, welches sich in zahlreichen Anwendungen bewährt hat.
Verfestigtes Kohlendioxid bietet aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften wesentliche Vorteile bei der Verwendung als Strahlmittel zur Strahlbearbeitung wie die Strahlreinigung von Oberflächen: Kohlendioxid in festem Aggregatzustand (Trockeneis) besitzt eine Temperatur von etwa -78 °C. Bei Energiezufuhr sublimiert Kohlendioxid. Die Bearbeitung mit Kohlendioxid in festem Aggregatzustand verläuft rückstandsfrei, da das sublimierte gasförmige Kohlendioxid problemlos entweichen kann. Eine Strahlmittelaufbereitung oder Strahlmittelentsorgung ist daher für Kohlendioxid nicht erforderlich. Bevorzugt wird festes Kohlendioxid in Form von CO2-Pellets eingesetzt. Das Strahlreinigen mit CO2-Pellets ist beispielsweise im eigenen Magazin für Kunden und Geschäftspartner
  • Know How, "Strahlreinigen nach Maß mit Cryoclean®", Dr. H.-J. Diehl, Linde AG, Werksgruppe Technische Gase, 2/96, 1996, Seiten 1 bis 5,
beschrieben. Mobile Anlagen zur CO2-Strahlreinigung sind unter dem Namen Cryomax® und Cryomini® aus Prospekten der Fa. Linde Gas AG bekannt.
In der Regel wird festes Kohlendioxid (CO2) in Form von komprimiertem, in der Regel reiskomgroßem Granulat eingesetzt. Diese sog. CO2-Pellets werden in einer Strahlanlage in einen Gasstrom eindosiert, mit dem Gasstrom zu einer Strahldüse gefördert und durch die Strahldüse auf die zu bearbeitende Oberfläche geleitet Die Strahldüse ist dabei üblicherweise in einer Strahlpistole eingebaut. Meist werden Trockeneis-Pellets in einem Pelletierer hergestellt. Hierzu wird flüssiges Kohlendioxid in den Pelletierer eingespritzt, durch Entspannung in Trockeneis (Schnee) überführt, zu einem "Kuchen" komprimiert und schließlich durch eine Matrize gepreßt. Als Resultat entstehen etwa reiskomgroße CO2-Pellets mit einer gewissen Größenverteilung. Das so hergestellte Granulat weist typischerweise Mittelwerte von einer Länge von 8 mm und einem Durchmesser von 3 mm auf.
Die Härte von Trockeneis entspricht etwa der geringen Härte von Gips.
Aufgrund der im Vergleich zu herkömmlichen Abrasivstrahlmitteln, die bei Normalbedingungen im festen Aggregatzustand vorliegen, eröffnen die "weicheren" bei Normalbedingungen in fluider Form vorliegenden Strahlmittel Anwendungen, bei denen ein Abtrag von Material nicht notwendig oder sogar nicht erwünscht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von schwefel- oder ruß- oder kokshaltigen Materialien oder Beschichtungen in Apparaten oder Anlageteilen zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen oder in Anlageteilen von Claus-Anlagen aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Mit der Erfindung kann eine wirksame Strahlbehandlung von Oberflächen ― insbesondere eine wirksame Reinigung von Oberflächen ― mit Hilfe von Trockeneis, d.h. mitttels unter Normalbedingungen in fluider Form vorliegenden Strahlmitteln, gewährleistet werden, auch wenn Ansammlungen, Anlagerungen, Anhaftungen, Beläge oder Beschichtungen aus Materialien mit einer größeren Härte als Trockeneis bearbeitet werden.
Objektoberflächen, auf oder an denen Material anhaftet bzw. die mit Material beschichtet sind, welches eine größere Härte als die unter Normalbedingungen in fluider Form vorliegenden Strahlmittel aufweist, können einer Strahlbehandlung mittels Kohlendioxid als zumindest ein Strahlmittel wirksam unterzogen werden .
Dass härtere Materialien mit Trockeneis wirksam bestrahlt werden können, liegt vermutlich an einer primär nicht mechanischen, sondern komplexen chemisch/physikalischen Wirkungsweise.
Trockeneis besitzt eine sehr niedrige Temperatur von etwa -78 °C. Die niedrige Temperatur bedeutet eine hohe Temperaturdifferenz ΔT zu dem abzulösenden Material. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit (vorzugsweise 100 bis 300 m/s) des Trägergases führt zu hoher Turbulenz und damit hohen Wärmeübergangskoeffizienten α. Hohe Wärmeübergangskoeffizienten α und eine hohe Temperaturdifferenz ΔT bedeuten sehr schnelle, oberflächliche Abkühlung. Bei Material, das eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, wie dies beispielsweise für Schwefel zutrifft, kommt es so zu hohen Temperaturgradienten innerhalb der Verunreinigungsschicht. Diese wiederum führen zu hohen Thermospannungen, die durch Wärmeleitung nicht abgebaut werden. Infolgedessen entstehen in dem durch die tiefe Temperatur versprödeten Material strukturelle Veränderungen, die Schwächungen des Materials bis hin zu Rissen nach sich ziehen.
Vorteilhafterweise wird die Strahlbehandlung mit CO2-Pellets durchgeführt.
Die Rissbildung wird in diesem Fall noch durch einen zweiten Effekt verstärkt: CO2-Pellets, die mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche prallen, erzeugen punktuell an der Auftreffstelle einen hohen Druck. Dabei wird festes CO2 flüssig, ähnlich wie Wassereis unter Schlittschuhen. Flüssiges CO2 ist ein gutes Lösemittel für sehr viele Stoffe, insbesondere organische Materialien. Speziell bei Schwefel führt die lokal auftretende Lösung zu einer Änderung der Kristallstruktur, die sich nach einiger Zeit wieder zurückbilden kann. In der Zwischenzeit treten jedoch durch die unterschiedlichen Volumina der kristallstrukturen Spannungen auf, die wiederum Rissbildungen fördern.
Aus diesem Grund ist es von Vorteil, wenn das Trockeneis bzw. die CO2-Pellets mit hoher Geschwindigkeit auf die abzulösenden Materialien, Beläge und/oder Beschichtungen treffen. Die Abrasion, die besonders hartes Strahlmaterial für harte Beläge erfordern würde, ist als Wirkung bei der Strahlbehandlung dabei nur von untergeordneter Bedeutung.
Besondere Vorteile lassen sich mit der Erfindung erzielen, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Materialien oder Beschichtungen einen Wert kleiner als 20 W/m°K, vorzugsweise kleiner als 15 W/m°K, besonders bevorzugt kleiner als 9 W/m°K, aufweist. Bezogen auf das Trägermaterial des Objektes, an welchem die Materialien oder Beschichtungen anhaften und/oder auf welchem sich die Materialien oder Beschichtungen befinden, ist es von Vorteil, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Trägermaterials des Objektes einen Wert größer als 30 W/m°K, vorzugsweise größer als 35 W/m°K, besonders bevorzugt größer als 45 W/m°K, aufweist. Das Trägermaterial ist oft Stahl, der eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 46 W/m°K aufweist, oder Edelstahl mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 35 W/m°K. Ein Beispiel für ein erfolgreich abzulösendes Material stellt etwa Ruß dar, der eine gute Wärmeleitfähigkeit von ca. 8,9 W/m°K besitzt. Materialien mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit sind folglich besser ablösbar. Dies trifft folglich beispielsweise auf Schwefel mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,45 W/m°K zu.
Die Strömungsgeschwindigkeiten des Trägergasstromes im Arbeitsbereich an der Düse betragen in Weiterbildung der Erfindung von 50 m/s bis 400 m/s, vorzugsweise von 100 bis 350 m/s, besonders bevorzugt von 200 bis 300 m/s.
In die oben beschriebenen Risse dringt CO2 im Zustand der transienten Flüssigphase mit hohem Druck ein. Danach tritt jedoch eine schlagartige Druckentlastung ein, weil die Aufprallenergie des CO2-Pellets nicht bis in die Tiefe des Risses hinunterreicht. Die Druckentlastung kann zweierlei Folgen haben:
  • a) Die Flüssigkeit entspannt sich und verdampft schlagartig unter Volumenvermehrung um ca. einen Faktor 500 bis 600. Dadurch entsteht eine lokale Sprengwirkung, die Beläge von der darunterliegenden Oberfläche ablöst.
  • b) Die Druckentlastung führt zusätzlich zur Bildung von CO2-Eis-Partikeln. Diese kleinen Partikel sublimieren jedoch sehr schnell - fast ohne Zeitverzögerung - unter starker Volumenvermehrung, was wiederum zu der genannten Sprengwirkung auf das abzulösende Material führt.
    • Der Gasstrom zur Förderung des Trockeneises bzw. der CO2-Pellets kann aus jedem geeigneten Gas oder Gasgemisch zusammengesetzt sein. In der Regel wird zur Versorgung der Strahlanlage Druckluft, beispielsweise mit einem Druck von 5 bis 20 bar, mit einem Taupunkt von 5 °C oder trockener, eingesetzt. Die Trockeneisteilchen bzw. die CO2-Pellets werden dem Luftstrom zudosiert, mit Hilfe des Luftstromes durch die Strahldüse gefördert, auf eine Geschwindigkeit von bis zu 400 m/s beschleunigt und auf die zu reinigende Fläche geleitet.
    In Ausgestaltung der Erfindung weisen die zu behandelden Materialien oder Beschichtungen zumindest teilweise einen von dem der Objektoberfläche unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
    In diesem Fall, wenn das abzulösende Material und der Untergrund, auf dem es haftet, stark unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten bei Abkühlung besitzen, treten mit der Abkühlung des Materials durch das Strahlmittel Trockeneis auch Thermospannungen zwischen Material und Untergrund auf. Dies führt wiederum zu Thermospannungen und damit Scherkräften, die das Material von der darunterliegenden Fläche trennen.
    Mit Vorteil können unter Anwendung der Erfindung Beschichtungen mit einer mittleren Dicke von über 2 µm bestrahlt werden, wobei auch zentimeterdicke Schichten erfolgreich abgelöst werden können. Es hat sich gezeigt, dass bei sehr dünnen Schichten eines Feststoffs die erfindungsgemäße Methode an Wirkung verliert. Bei solchen dünnen Schichten ist auch eine schlechte Wärmeleitung durch das abzulösende Material auf den darunter liegenden Untergrund aufgrund der geringen Dicke noch so gut, dass sich trotz schlechter Wärmeleitfähigkeit nur eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Material und Untergrund einstellt. Damit entstehen auch nur geringe Scherkräfte. Außerdem ist die dünne Schicht nur wenig mechanisch belastbar, so dass sie sich den Bewegungen des Untergrunds anpasst, ohne sich abzulösen.
    Im Rahmen der Erfindung können zusätzlich bei Normalbedingungen in festem Aggregatzustand vorliegende Strahlmittel verwendet werden. Unter bestimmten Umständen können sich dabei Vorteile ergeben, die den Nachteil der Strahlmittelaufbereitung oder Strahlmittelentsorgung aufwiegen oder übersteigen können.
    In Weiterbildung der Erfindung können organische Materialien oder Beschichtungen bestrahlt werden.
    In Anlagenteilen wie Schwefelkondensatoren von Claus-Anlagen bilden sich aus Schwefel, Salzen und Katalysatorabrieb vorgeschalteter Reaktoren Ablagerungen, die als "Sulfurcrete" bezeichnet werden. Sulfurcrete wird beispielsweise in der Veröffentlichung: H.G. Paskall, J.A. Sames: "Sulphur Recovery", Calgary (Canada), 1989, im Kapitel "Sulphur condenser function and problem areas" erwähnt.
    Sulfurcrete ist ein Feststoff, dessen Härte dem von Granit gleicht. Solche Beläge wurden bisher mit Hilfe von Bohrem oder ähnlicher mechanisch wirkender Geräte entfernt. Beschädigungen der Apparate und Objektoberflächen durch dieses mechanische Reinigen können nicht ganz vermieden werden und führen zu einer geringen Lebensdauer der Apparate, beispielsweise der erwähnten Schwefelkondensatoren. Es hat sich gezeigt, dass Sulfurcrete-Beläge unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirksam entfernt werden können. Mit entsprechenden Versuchen an Sulfurcrete-Belägen konnte bestätigt werden, dass eine Strahlbehandlung mit Trockeneisteilchen trotz deren geringer Härte dazu führt, dass sich die Beläge aus härterem Material von der Oberfläche des Objektes abtrennen lassen. Verantwortlich für diese unerwartete Tatsache sind vermutlich die oben erwähnten besonderen Eigenschaften des Kohlendioxids und die geringere Wärmeleitfähigkeit des Sulfurcrete gegenüber dem Trägermaterial, also meist Stahl. Konkret betragen die Wärmeleitfähigkeiten von Stahl ca. 46 W/m°K, von Sulfurcrete ca. 0,5 bis 1 W/m°K.
    Die Erfindung hat sich insbesondere auch bei der Entfernung von ruß- oder kokshaltigen Materialien oder Beschichtungen von Objekten bewährt. Hierbei ist besonders die Reinigung von Spaltrohren, Quenchkühlem und ähnlichen Anlagenteilen, die bei der thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden, zu erwähnen. Dies soll im folgenden am Beispiel der Reinigung von Quenchkühlern in Spaltöfen von Ethylenanlagen verdeutlicht werden.
    Bei der thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von schweren Kohlenwasserstoffen, werden bekanntermaßen Spaltöfen eingesetzt, in denen die thermische Spaltung durchgeführt wird. Die Spaltgase werden dann in nachgeordneten Quenchkühlem zur Unterbrechung der Reaktionen rasch abgekühlt.
    Bei dem Spaltverfahren beziehungsweise dem Abkühlen der Spaltgase setzt sich Koks an unterschiedlichsten Anlagenteilen und Apparaten ab, beispielsweise in den Spaltrohren, aber auch in Quenchkühlern. Die Koksabscheidungen verengen den freien Querschnitt der Gasströmung. Die Koksabscheidungen wirken außerdem als Wärmedämmung in den von außen beheizten Reaktionsrohren. Dies führt dazu, dass die Anlagenteile in regelmäßigen Abständen entkokt werden muß.
    In Ethylenanlagen geschieht dies in der Praxis alle vier bis zehn Wochen bei heißem Ofen und Quenchkühler. Die Reinigung bzw. Entkokung erfolgt bei heißem Ofen bisher dadurch, dass der dem Ofen normalerweise zugeführte Einsatzstrom unterbrochen wird und ein Gemisch aus Dampf und Luft eingeleitet wird, welches den abgelagerten Koks abbrennt Die Luftmenge wird dabei so zudosiert, dass eine lokale Überhitzung der Kühlrohre im Spaltofen und.im Quenchkühler ausgeschlossen ist Der Abbrand des Kokses ist bei dieser Methode jedoch nicht vollständig.
    Die Öfen und Kühler müssen daher zusätzlich alle drei bis vier Monate im abgekühlten Zustand mechanisch gereinigt werden. Für die Reinigung wird nach dem Stand der Technik Hochdruckwasser von bis zu 2500 bar verwendet, mit dem die Ablagerungen von den Rohrwänden entfernt werden. Diese Behandlung führt zwar zu einer ausreichend guten Reinigung, hinterlässt aber an den behandelten Oberflächen Schädigungen, häufig muschelförmige Auswaschungen. Insbesondere werden durch Korrosion bereits angegriffene Stellen an den Rohren bzw. Anlagenteilen bevorzugt ausgewaschen, so dass beginnende Schadstellen noch weiter geschädigt werden. Durch die Hochdruckwasserbehandlung wird die behandelte Oberfläche außerdem nicht 100% metallisch blank. Es verbleiben einige Verunreinigungen, so dass die Oberfläche aufgerauht wirkt und sich erneute Ablagerungen bevorzugt dort ansetzen.
    Für eine solche mechanische Reinigung werden einschließlich Abkühlung und Wiederanwärmung des Ofens typischerweise drei bis vier Tage benötigt. Die Verfügbarkeit des Ofens und damit die erzeugte Ethylenmenge sinkt dadurch deutlich ab.
    Erfindungsgemäß wird dagegen die stark unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung der Ablagerungen und des Rohrmaterials bzw. der Anlagenteile genutzt. So lassen sich mit minimaler mechanischer Belastung Apparate, Rohre oder Anlagenteile von den Ablagerungen befreien. Versuche haben gezeigt, dass sich mit Trockeneis als Strahlmittel die ruß- oder kokshaltigen Verunreinigungen schon mit einem Druck von etwa 12 bar entfemen lassen. Als Treibmittel wird vorzugsweise Luft oder Stickstoff eingesetzt. Dabei wird eine zu 100% metallisch blanke Oberfläche erreicht, während erfahrungsgemäß die Reinigung mit Hochdruckwasser nur etwa 80 % blanke Oberflächen hinterlässt.
    Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass während der Reinigung die Oberflächen poliert werden können, ggf. unter Zusatz von Abrasionshilfsmitteln. Die Rauhigkeit der Oberflächen lässt sich erfindungsgemäß auf unter 5 Mikrometer reduzieren. Das hat zur Folge, dass neue Ablagerungen an der glatten Oberfläche keinen Ansatzpunkt finden und folglich nicht oder erst sehr viel später anhaften. Die Laufzeit der Öfen wird dadurch deutlich verlängert. In der Praxis kann von den erforderlichen mechanischen Reinigungen ein Viertel bis die Hälfte entfallen, wodurch die Verfügbarkeit der Öfen und damit die erzeugte Ethylenmenge um etwa 2 Prozent pro Jahr erhöht wird.

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Strahlbehandlung von Objekten mit Strahlmitteln, wobei die Strahlmittel mit Hilfe eines Gasstromes auf das zu bearbeitende Objekt gestrahlt werden, wobei als Strahlmittel zumindest Trockeneis eingesetzt wird und ein Objekt bestrahlt wird, welches ein mit Materialien oder Beschichtungen behaftetes Trägermaterial umfasst, wobei die Materialien oder Beschichtungen eine größere Härte als Trockeneis und eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Trägermaterial aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass schwefel- oder ruß- oder kokshaltige Materialien oder Beschichtungen in Apparaten oder Anlagenteilen, insbesondere Rohren, Spaltrohren oder Quenchkühlem, zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Ethylen, oder in Anlagenteilen von Claus-Anlagen bestrahlt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbehandlung mit CO2-Pellets durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Materialien oder Beschichtungen einen Wert kleiner als 20 W/m°K, vorzugsweise kleiner als 15 W/m°K, besonders bevorzugt kleiner als 10 W/m°K, weiter insbesondere bevorzugt kleiner als 9 W/m°K, aufweist.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Trägermaterials des Objektes einen Wert größer als 30 W/m°K, vorzugsweise größer als 35 W/m°K, besonders bevorzugt größer als 45 W/m°K, aufweist.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeiten des Trägergasstromes im Arbeitsbereich an der Düse von 50 m/s bis 400 m/s, vorzugsweise von 100 bis 350 m/s, besonders bevorzugt von 200 bis 300 m/s, betragen.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Materialien oder Beschichtungen einen von dem der Objektoberfläche unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Beschichtungen mit einer mittleren Dicke von über 2 µm bestrahlt werden.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich bei Normalbedingungen in festem Aggregatzustand vorliegende Strahlmittel verwendet werden.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass organische Materialien oder Beschichtungen bestrahlt werden.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gasstromes 10 bis 100 bar, vorzugsweise 10 bis 20 bar beträgt.
    EP02735115A 2001-03-08 2002-03-04 Verfahren zur strahlbehandlung mit strahlmitteln Expired - Lifetime EP1368158B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10111235A DE10111235A1 (de) 2001-03-08 2001-03-08 Verfahren zur Strahlbehandlung mit Strahlmitteln
    DE10111235 2001-03-08
    PCT/EP2002/002338 WO2002072312A1 (de) 2001-03-08 2002-03-04 Verfahren zur strahlbehandlung mit strahlmitteln

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