Characterization of material samples for coking behavior of HP40 material both coated and uncoated using naphtha and ethane feedstock

Abstract

The active surfaces of commercially available high temperature corrosion resistant materials can be efficiently characterized using reference reactions such as pyrolysis or metal dusting. The importance of such characterization methods is by far more conclusive than conventional surface analysis. This paper presents experimental results for the pyrolysis of naphtha and ethane on the surfaces of a surface modified HP 40 material (AlcroPlex® of Alon Surface Technologies, Inc.) compared with a conventional HP 40 material. The results show, that this coating decreases the coke formation in the radiant zone of a steam cracker up to 90% using ethane and up to 80% using naphtha as feedstock. This result is partially surprising, because naphtha contains already traces of sulfur which by itself inhibit the reaction of coke formation on material surfaces. A second positive effect besides reduction of coke formation is the almost complete suppression of carbon monoxide formation, especially for ethane. Charakterisierung von beschichteten und unbeschichteten Werkstoffproben aus HP40 bezüglich der Koksbildung bei der Spaltung von Naphtha und Ethan Aktive Oberflächen kommerziell verfügbarer Hochtemperatur-Werkstoffe können sehr wirksam durch die Anwendung der entsprechenden Referenzreaktionen wie Pyrolyse oder Metal Dusting charakterisiert werden. Das Ergebnis einer solchen Charakterisierung ist weitaus aussagekräftiger als die Anwendung konventioneller oberflächenanalytischer Methoden. Die vorliegende Arbeit präsentiert experimentelle Ergebnisse der Pyrolyse von Naphtha und von Ethan an einem oberflächenmodifizierten HP40-Werkstoff (AlcroPlex®-Verfahren der Fa. Alon Surface Technologies, Inc.) im Vergleich mit konventionellem HP40 Basismaterial. Die erhaltenen Ergebnisse weisen aus, dass das AlcroPlex-Verfahren die Koksbildung bei der Spaltung von Ethan um ca. 90% und bei der Spaltung von Naphtha um ca. 80% verringert. Dieses eindeutige Resultat ist hinsichtlich der Spaltung von Naphtha überraschend, da Naphtha bereits Schwefelverbindungen enthält, die die Koksbildung an der Werkstoffoberfläche merklich inhibieren können. Ein weiterer positiver Effekt des Coatings zeigt sich in der nahezu vollständigen Unterdrückung der Kohlenmonoxid-Bildung besonders bei der Spaltung von Ethan.