Coking by metal dusting of steels

Abstract

In process industries coking is an annoying phenomenon, the carbon deposition causes decrease of heat transfer and hinders gas flow. Coking in a process may indicate metal dusting, i.e. the disintegration of metals and alloys in carbonaceous atmospheres under formation of graphite and fine metal particles. The metal particles act as catalysts for vast coke formation. The thermodynamics, mechanisms and kinetics of metal dusting have been studied on iron and steels in synthesis respectively reduction gas CO-H2- H2O, here the aspects are presented of coking due to metal dusting. From the interplay of the metal disintegration and carbon deposition rather complex coupled kinetics are resulting, even different in a low temperature range where the decomposition of the intermediate cementite is rate determining and in a higher temperature range where the carbon transfer from the atmosphere is rate controlling. Coking by metal dusting can be suppressed in the same way as metal dusting, by sulfur addition to the atmosphere and/or by a stable dense protective oxide layer. Coking durch Metal Dusting von Stählen In der Prozeßindustrie ist „coking“ ein ärgerliches Phänomen, die Kohlenstoffabscheidung bewirkt eine Abnahme der Wärmeübertragung und behindert die Gasströmung. Das Auftreten von coking in einem Prozeß kann anzeigen, daß metal dusting stattfindet, d.h. der Zerfall von Metall oder Legierungen in kohlenstoffhaltigen Atmosphären unter Bildung von Graphit und feinen Metallpartikeln. Die Metallpartikel wirken als Katalysatoren für eine starke coke-Bildung. Thermodynamik, Mechanismen und Kinetik des metal dusting sind auf Eisen und Stählen in Synthese- bzw. Reduktionsgas CO-H2- H2O untersucht worden. Hier werden die Aspekte des coking aufgrund von metal dusting beschrieben. Aus dem Zusammenspiel des Metallzerfalls und der Kohlenstoffabscheidung resultieren recht komplexe gekoppelte Kinetiken, die sogar unterschiedlich sind in einem Bereich niedriger Temperaturen, wo der Zerfall des als Zwischenprodukt gebildeten Zementits geschwindigkeitsbestimmend ist, und in einem Bereich höherer Temperaturen, wo die Kohlenstoffübertragung aus der Atmosphäre geschwindigkeitsbestimmend ist. Coking durch metal dusting kann unterdrückt werden in derselben Weise wie das metal dusting, nämlich durch Schwefelzusatz zur Atmosphäre und/oder durch eine stabile, dichte, schützende Oxidschicht.