NO318580B1 - Keramisk varmeveksler - Google Patents
Keramisk varmeveksler Download PDFInfo
- Publication number
- NO318580B1 NO318580B1 NO20015135A NO20015135A NO318580B1 NO 318580 B1 NO318580 B1 NO 318580B1 NO 20015135 A NO20015135 A NO 20015135A NO 20015135 A NO20015135 A NO 20015135A NO 318580 B1 NO318580 B1 NO 318580B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- heat exchanger
- ceramic heat
- equal
- less
- mixtures
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910007156 Si(OH)4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000311 lanthanide oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
- C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse omhandler keramisk varmeveksler fremstilt fra et oksidmateriale som kan brukes generelt, men som spesielt egner seg for høye temperaturer og høye damptrykk.
Industriprosesser fungerer ofte ineffektivt fordi de taper spillvarme gjennom varme forbrenningsgasser. Man kan også tenke seg en rekke industriprosesser hvor effektiviteten vil ligge lavere enn det optimale hvis ikke varmen fra de varme forbrenningsgassene kan gjenvinnes. Eksempler på dette er prosesser med dampreformering av naturgass eller delvis eller full oksidasjon av naturgass. Uten varmevekslere som fungerer ved tilstrekkelig høy temperatur reduseres effektiviteten enten fordi spillvarmen ikke gjenvinnes eller fordi prosess-temperaturen blir lavere. I mange tilfeller kan det være gunstig å danne forbrenningsgasser eller produktgasser hvor temperaturen ligger i området 900 til 1200°C, eller også i noen tilfeller over 1200°C.
Det er velkjent at konvensjonelle varmevekslere av metall og legeringer ikke kan brukes ved temperaturer over 800-1000°C. Ved høyere temperaturer mangler de metallbaserte varmevekslerne den nødvendig mekaniske styrken for lengre tids drift.
Visse keramiske materialer øker imidlertid den mulige driftstemperaturen for varmeveksleren. For eksempel er silisiumkarbid (SiC) meget varmebestandig med smeltetemperatur på godt over 2000°C. En alvorlig ulempe med SiC er imidlertid muligheten for rask fordampning av silisiumholdige gasser fra den faste overflaten hvis det er damp i gassen. Hvis det er oksygen {f.eks. i form av O2, H20, CO2, CO) i gassen som kommer i kontakt med SiC-varmeveksleren danner det seg et lag av Si02 på overflaten. Dette laget angripes av vann, og det dannes det meget flyktige Si(OH)4 som fordamper fra varmeveksleren.
Denne fordampningen kan ha forskjellige alvorlige konsekvenser. For det første vil forbruket av varmevekslermateriale føre til at veggene blir tynnere og etter hvert mekanisk svikt og sprekkdannelse i varmeveksleren. For det andre kan det fordampede materialet kondensere i kaldere deler av varmeveksleren eller i kaldere deler av andre komponenter og tette til kanalene, slik at trykktapet øker. For det tredje kan Si(OH)4 reagere med eller kondensere i kaldere funksjonelle komponenter, f.eks. katalysatorer, slik at komponentens funksjonalitet påvirkes.
Fordampning av Si(OH)4 vil være et problem for alle potensielle varmeveksler-materialer som inneholder silisium (f.eks. Si3N4 eller cordieritt) hvis det er damp i gassen.
Også de fleste andre keramiske materialer vil få uakseptabelt høyt damptrykk av metallhydrokstder hvis de brukes ved over 1000°C i nærvær av damp. For eksempel vil aluminiumnitrid reagere med dampen og danne nitrogengass og AI(OH)3 som i likhet med Si(OH)4 er meget flyktig.
Hovedmålet med foreliggende oppfinnelse var å utvikle keramiske sammen-setninger (materialer) som egner seg for å lage varmevekslere som er svært varmebestandige og svært stabile ved høyst forskjellige oksygenpartialtrykk og i nærvær av slike gasser som CH4 og andre hydrokarboner, H20, CO2, H2, CO og 02, og som kan fungere ved temperaturer fra 400 til godt over 1300°C i lengre tid.
Et annet mål med foreliggende oppfinnelse var å utvikle keramiske sammen-setninger (materialer) som egner seg for å lage varmevekslere med lav fordampning fra varmeveksleren ved høy temperatur.
Oppfinnerne fant at visse klasser av materialer har unike egenskaper og er spesielt egnet for varmevekslere til bruk i høy temperatur og i nærvær av damp. Materialer av slik sammensetning er varmebestandige og har spesielt lavt damptrykk i nærvær av damp.
Damptrykket over et utvalg av oksider i nærvær av damp ved 12,7 bar trykk og hydrogen med partialtrykk 0,1 bar er fremstilt som funksjon av invers temperatur på Fig. 1. Av de oksidene som er tatt med på Fig. 1 er det åpenbart at La203, Zr02 og Ti02 vil fordampe mye langsommere enn de andre oksidene. Som eksempel for å estimere eventuelt fordampningstap fra varmeveksleren kan man ta en prosess hvor gasstrømmen gjennom varmeveksleren er 1 kmol/s. Hvis man går ut fra at gassen som strømmer gjennom varmeveksleren blir mettet med det aktuelle metalloksidet eller -hydroksidet vil tapet ved 1250°C fra en Si02-overflate være 60 tonn i året. Tapet fra en MgO-overflate vil være 200 kg/år, fra La2031 kg/år og fra Ti02 noen få mikrogram i året. Det er åpenbart av fordampnrngstapet fra alle oksidene på Fig. 1 unntatt La203, Zr02 og Ti02 vil være uakseptabelt høyt. Generelt vil damptrykket synke når det aktuelle rene oksidet er en bestanddel av en forbindelse med flere komponenter. Men en senkning på mer enn to størrelsesordener er sjeldent.
Av de enkle metalloksidene som ikke er med på Fig. 1 vil damptrykket for Hf02 være like i nærheten av det som ventes for Ti02 og Zr02- Damptrykket for lantanideoksidene vil ligge nær det som ventes for La203. Y203 vil ha lavere damptrykk enn La203. Damptrykket for alle andre brukbare grunnstoffer vil være høyere enn for MgO, og derfor uakseptabelt høyt for prosesser hvor temperaturen ligger over 1000°C og med forholdsvis høyt damptrykk.
I foreliggende oppfinnelse innbefatter varmeveksleren et keramisk oksidmateriale som representeres av formelen:
Ai-xBxO(3+x+Z)<y>2
hvor A er valgt fra gruppen som består av La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, og blandinger derav, B representerer Zr, Ti eller Hf eller blandinger derav, x er større enn null og mindre enn én, og z er lik et tall som gjør forbindelsen ladningsnøytral og er større enn omtrent -0,1 og mindre enn omtrent 0,2.
Selv om forbindelser som beskrives av den generelle formelen er rapportert tidligere som kandidater for varmebarriereovertrekk på metalliske substrater (U.S. Patent No. 6,117,560 og U.S. Patent No. 6,258,467), er de ikke tidligere beskrevet for bruk som varmevekslere.
Oppfinnelsen forklares og belyses videre i eksemplene og figurene.
FIG. 1 viser damptrykket over et utvalg av oksider i nærvær av vanndamp ved 12,7 bar trykk og hydrogen ved partialtrykk 0,1 bar som funksjon av den inverse temperaturen. FIG. 2 viser et røntgendiffraksjonsbilde av varmevekslermaterialet fra Eksempel 1, Lao.5Zro.5O1.75. Stjernen (<*>) indikerer reflekser fra prøve-holderen av aluminium. FIG. 3 viser et røntgendiffraksjonsbilde av varmevekslermaterialet fra Eksempel 2, Lao.5Tio.5O1.75. Stjernen (<*>) indikerer reflekser fra prøve-holderen av aluminium. FIG. 4 viser den lineære varmeutvidelsen for de tre varmevekslermaterialene fra Eksempel 1-3, Lao.5Zro.5O1.75. Lao.5Tio.5O1.75 og La^Tii/sOs/s-
EKSEMPEL 1
FREMSTILLING AV Uo.5Zro.5O1.75
Det ble laget et keramisk oksidbasert varmevekslermateriale ved en skålsyntese hvor støkiometriske mengder La^ og ZrC2oH2B08 først ble løst i salpetersyre. Denne flytende blandingen ble tilsatt sitronsyre i overskudd og overskuddet av vann ble dampet av i 3 timer ved 90°C mens komplekseringen fant sted. Den resulterende gelen ble tørket i luft i 14 timer ved oppvarming til 140°C, og deretter ble det organiske materialet fjernet ved å utsette prøven for 500°C i 3 timer. Pulveret ble kalsinert ved 1300°C i 10 timer og deretter malt i en pianetmølle med slipemiddel av yttriastabilisert zirkonia. Pulverblandingen ble så kombinert med et bindemiddel og uniaksialt kaldpresset til en skive med diameter 13 mm ved 180 MPa. Den resulterende porøse skiven ble oppvarmet til 500°C i luft med 3° i minuttet for kontrollert forbrenning av bindemidlet, og så oppvarmet videre til 1600°C i luft. Temperaturen ble holdt konstant på 1600°C i 3 timer og avkjølt til romtemperatur. Denne fremgangsmåten ga en skive med diameter 10 mm og 97% av den teoretiske tettheten. Formelen for produktet kan uttrykkes som Lao.5Zro.5O1.75. Smeltetemperaturen for forbindelsen er høyere enn 2200°C.
EKSEMPEL 2
FREMSTILLING AV Lao.5Tlo.5O1.75
Det ble laget et keramisk oksidbasert varmevekslermateriale i henhold til metoden fra Eksempel 1, bortsett fra at man brukte TiC2oH2808 i stedet for ZrC2oH2808, med kalsinerings- og sintringstemperaturer på henholdsvis 1200°C og 1300°C, for å få et produkt som kan representeres med formelen Lao.5Tio.5O1.75. Fremgangsmåten ga en skive med diameter 10 mm og 98 % av den teoretiske tettheten. Smelte-temperaturen til forbindelsen ligger rundt 1800°C.
EKSEMPEL 3
FREMSTILLING AV \- amr\ V305n
Det ble laget et keramisk oksidbasert varmevekslermateriale i henhold til metoden fra Eksempel 2 bortsett fra at forholdet mellom La203 og TiC2oH28Oe ble økt til det dobbelte og at sintringstemperaturen ble økt til 1400°C for å oppnå et produkt som kan representeres med formelen La^Ti^Os/s- Denne fremgangsmåten ga en skive med diameter 10 mm og med en tetthet høyere enn 95 % av den teoretiske tettheten. Smeltetemperaturen til forbindelsen ligger rundt 1700°C.
EKSEMPEL 4
STRUKTUREN TIL Lao.5Zro.5O1.75 og Lao.5Tio.5O1.75 Røntgendiffraksjonsbilder av varmevekslermaterialene fra Eksempel 1 og 2 er fremstilt på Fig. 2 og 3. Begge materialene er enfasematerialer med pyroklor-struktur.
EKSEMPEL 5
TERMISK UTVIDELSE FOR Lao.sZro.5O1.75, Lao.5Tio.5O1.75 og La^Ti^O^
Skivene av varmevekslermaterialet fra Eksempel 1-3 ble montert i et Båhr DIL801L dilatometer og oppvarmet med 6°/min. til 1400°C, og den relative lengde-endringen av prøvene ble registrert. Den registrerte lineære termiske utvidelsen for de tre varmevekslermaterialene Lao.5Zro.5O1.75, Lao.5Tio.5O1.75 og La2/3Tii/305/3 er fremstilt på Fig. 4.
Claims (7)
1. En keramisk varmeveksler framstilt fra et oksidmateriale, karakterisert ved at
materialet er representert ved formelen: Ai-xBxO(3+x+zj/2 hvor A er valgt fra gruppen som består av La, Ce , Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, og blandinger derav, B representerer Zr, Ti eller Hf eller blandinger derav, x er større enn null og mindre enn én, og z er fik et tall som gjør forbindelsen ladningsnøytral og er større enn omtrent -0,1 og mindre enn omtrent 0,2.
2. En keramisk varmeveksler i henhold til krav 1,
karakterisert ved at
x er større enn eller lik 0,48 og mindre enn eller lik 0,52.
3. En keramisk varmeveksler i henhold til krav 2,
karakterisert ved at
A hovedsakelig er La.
4. En keramisk varmeveksler i henhold til krav 3,
karakterisert ved at
B hovedsakelig er Zr.
5. En keramisk varmeveksler i henhold til krav 1,
karakterisert ved at
x er lik 1/3, A er i det minste La, og B er i det minste Ti.
6. En keramisk varmeveksler i henhold til krav 5, karakterisert ved at
B hovedsakelig er Ti.
7. En keramisk varmeveksler i henhold til krav 6, karakterisert ved at
A hovedsakelig er La.
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20015135A NO318580B1 (no) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Keramisk varmeveksler |
| US10/492,752 US20050009686A1 (en) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | Ceramic heat exchanger |
| ES02768179T ES2295403T3 (es) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | Intercambiadores de calor material cerammico. |
| PCT/NO2002/000339 WO2003033986A1 (en) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | A ceramic heat exchanger |
| AT02768179T ATE377178T1 (de) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | Keramikwärmetauscher |
| EP02768179A EP1436565B1 (en) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | A ceramic heat exchanger |
| DE60223273T DE60223273T2 (de) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | Keramikwärmetauscher |
| DK02768179T DK1436565T3 (da) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | Keramisk varmeveksler |
| JP2003536676A JP2005505490A (ja) | 2001-10-19 | 2002-09-25 | セラミック熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20015135A NO318580B1 (no) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Keramisk varmeveksler |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20015135D0 NO20015135D0 (no) | 2001-10-19 |
| NO20015135L NO20015135L (no) | 2003-04-22 |
| NO318580B1 true NO318580B1 (no) | 2005-04-11 |
Family
ID=19912938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20015135A NO318580B1 (no) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Keramisk varmeveksler |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050009686A1 (no) |
| EP (1) | EP1436565B1 (no) |
| JP (1) | JP2005505490A (no) |
| AT (1) | ATE377178T1 (no) |
| DE (1) | DE60223273T2 (no) |
| DK (1) | DK1436565T3 (no) |
| ES (1) | ES2295403T3 (no) |
| NO (1) | NO318580B1 (no) |
| WO (1) | WO2003033986A1 (no) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4481027B2 (ja) * | 2003-02-17 | 2010-06-16 | 財団法人ファインセラミックスセンター | 遮熱コーティング部材およびその製造方法 |
| MX2012013521A (es) | 2010-05-24 | 2013-04-08 | Siluria Technologies Inc | Catalizadores de nanoalambre, su preparacion y uso de los mismos. |
| BR112013030226A2 (pt) | 2011-05-24 | 2022-05-10 | Siluria Technologies Inc | Catalisadores para acoplamento oxidativo de metano |
| EA029490B1 (ru) | 2011-11-29 | 2018-04-30 | Силурия Текнолоджиз, Инк. | Катализаторы из нанопроволоки и способы их применения и получения |
| US20140121433A1 (en) | 2012-05-24 | 2014-05-01 | Siluria Technologies, Inc. | Catalytic forms and formulations |
| US20140274671A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
| WO2015168601A2 (en) | 2014-05-02 | 2015-11-05 | Siluria Technologies, Inc. | Heterogeneous catalysts |
| HUE054014T2 (hu) | 2014-09-17 | 2021-08-30 | Lummus Technology Inc | Katalizátorok metán oxidatív csatolására és etán oxidatív dehidrogenálására |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4040845A (en) * | 1976-03-04 | 1977-08-09 | The Garrett Corporation | Ceramic composition and crucibles and molds formed therefrom |
| JPS605545B2 (ja) * | 1980-03-19 | 1985-02-12 | 日本碍子株式会社 | 低膨脹セラミックスおよびその製法 |
| JPS6354595A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-08 | Ebara Corp | 高温熱交換器 |
| FR2661904B1 (fr) * | 1990-05-11 | 1993-10-15 | Ceramiques Composites | Composition pour ceramiques et ses procedes d'obtention. |
| WO1993006060A1 (fr) * | 1991-09-26 | 1993-04-01 | Mamoru Omori | Ceramique composite a base d'oxydes mixtes et production de cette ceramique |
| US5602043A (en) * | 1995-01-03 | 1997-02-11 | Texas Instruments Incorporated | Monolithic thermal detector with pyroelectric film and method |
| IN187185B (no) * | 1995-04-25 | 2002-02-23 | Siemens Ag | |
| US5765596A (en) * | 1995-06-16 | 1998-06-16 | Hps Merrimac | Ceramic heat exchanger |
| US5837642A (en) * | 1995-12-26 | 1998-11-17 | Daihatsu Motor Co., Ltd. | Heat-resistant oxide |
| US6258467B1 (en) * | 2000-08-17 | 2001-07-10 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Thermal barrier coating having high phase stability |
| US6117560A (en) * | 1996-12-12 | 2000-09-12 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating systems and materials |
-
2001
- 2001-10-19 NO NO20015135A patent/NO318580B1/no not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-09-25 DK DK02768179T patent/DK1436565T3/da active
- 2002-09-25 EP EP02768179A patent/EP1436565B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-25 AT AT02768179T patent/ATE377178T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-09-25 DE DE60223273T patent/DE60223273T2/de not_active Expired - Fee Related
- 2002-09-25 ES ES02768179T patent/ES2295403T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-25 WO PCT/NO2002/000339 patent/WO2003033986A1/en active IP Right Grant
- 2002-09-25 JP JP2003536676A patent/JP2005505490A/ja active Pending
- 2002-09-25 US US10/492,752 patent/US20050009686A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60223273D1 (de) | 2007-12-13 |
| JP2005505490A (ja) | 2005-02-24 |
| EP1436565B1 (en) | 2007-10-31 |
| EP1436565A1 (en) | 2004-07-14 |
| ATE377178T1 (de) | 2007-11-15 |
| NO20015135D0 (no) | 2001-10-19 |
| WO2003033986A1 (en) | 2003-04-24 |
| US20050009686A1 (en) | 2005-01-13 |
| DE60223273T2 (de) | 2008-02-21 |
| ES2295403T3 (es) | 2008-04-16 |
| DK1436565T3 (da) | 2008-03-10 |
| NO20015135L (no) | 2003-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| McCauley et al. | Phase relations and reaction sintering of transparent cubic aluminum oxynitride spinel (ALON) | |
| Fang et al. | Performance and stability of niobium-substituted Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 2O3− δ membranes | |
| RU2218447C2 (ru) | Изделие, подвергаемое воздействию горячего агрессивного газа, в частности, деталь газовой турбины (варианты) и способ изготовления теплоизоляционного слоя для изделия | |
| EP0180724B1 (en) | Aluminum nitride sintered body and process for producing the same | |
| US20110200909A1 (en) | Thin, fine grained and fully dense glass-ceramic seal for sofc stack | |
| Kolitsch et al. | Phase relationships in the system Gd2O3-Al2O3-SiO2 | |
| Theunissen et al. | Effect of dopants on the sintering behaviour and stability of tetragonal zirconia ceramics | |
| NO318580B1 (no) | Keramisk varmeveksler | |
| JP6397130B2 (ja) | 焼結セラミック構成要素及びその形成方法 | |
| Coutures et al. | Melting temperatures of refractory oxides-part ii: Lanthanoid sesquioxides | |
| Sun et al. | Thermal conductivity and compatibility of LaMgAl11O19/LaPO4 composites | |
| TWI246505B (en) | Corrosion-resistive ceramic materials, method of producing the same, and members for semiconductor manufacturing | |
| AU3779800A (en) | Stabilized perovskite for ceramic membranes | |
| JPS63256587A (ja) | セラミツクス系超電導部材 | |
| Sahu et al. | High-temperature materials chemistry and thermodynamics | |
| Kaiser et al. | Subsolidus Phase Relationships of the β–Sialon Solid Solution in the Oxygen-Rich Part of the Nd–Si–Al–O–N System | |
| JP2014125656A (ja) | 遮熱コーティング用材料 | |
| Ijevskii et al. | Aluminum-containing ytterbium nitrogen woehlerite solid solutions. Synthesis, structure, and some properties | |
| WO2017138643A1 (ja) | ルテニウム酸化物およびルテニウム酸化物の製造方法 | |
| Medvedev | Synthetic armalcolite and pseudobrookite | |
| JPS59190274A (ja) | 窒化けい素質焼結体およびその製造法 | |
| JP2005537203A (ja) | 錯体ペロブスカイトよりなる断熱材料層 | |
| Huang et al. | AlN-Based Ceramics Systems | |
| JP4831462B2 (ja) | テルビウム酸化物Ｔｂ１１Ｏ２０及びＴｂ７Ｏ１２の製造法 | |
| TWI333939B (en) | Corrosion-resistant member and producing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: ABC-PATENT, SIVILING. ROLF CHR. B. LARSEN AS, POST |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |