ТЕПЛОЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ И СВЕРХВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ХОЛОДНОСТЕННЫЙ РЕАКТОР ГИДРОГЕНИЗАЦИИ СЛОЯ СУСПЕНЗИИ, СОДЕРЖАЩИЙ ЭТО ПОКРЫТИЕ Российский патент 2018 года по МПК B01J19/02 C09D1/00 C04B35/48 B32B15/00 B32B18/00 F16L59/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области техники, связанной с оборудованием химической промышленности, в частности относится к теплозащитному покрытию и холодностенному реактору, который содержит указанное теплозащитное покрытие, выполненному с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Реактор гидрогенизации обычно используется в процессах гидрогенизации углехимической промышленности и нефтехимической промышленности. Реакторы гидрогенизации можно разделить на две категории: "горячестенный" реактор и "холодностенный" реактор в зависимости от температуры его оболочки. Горячестенный реактор не имеет внутреннего теплоизоляционного слоя, так что разница между температурой стенки цилиндра и температурой внутренней реакции мала; холодностенный реактор имеет внутренний теплоизоляционный слой, при котором температура стенки цилиндра намного ниже, чем температура внутренней реакции. Температура стенки горячестенного реактора равномерно распределяется и безусловно не создает местного перегрева, что может повысить безопасность использования. Однако, благодаря развитию технологии гидрогенизации тяжелой нефти и успешному созданию самостоятельно разработанной в Китае первой установки по технологии гидрогенизации слоя суспензии, расчетная температура реактора гидрогенизации слоя суспензии непрерывно повышается, даже до 500°С, что значительно превышает максимально используемую температуру (482°С) обычной анти-водороднокоррозионной стали в Китае и за рубежом. Таким образом, обычный горячестенный реактор не подходит для процесса сверхвысокотемпературной гидрогенизации.

Из-за относительно низкой температуры стенки корпуса холодностенного реактора он может быть применен к условиям работы, при которых температура внутренней реакции выше, чем максимальный температурный предел материалов стенки корпуса. Обычный холодностенный реактор содержит корпус реактора и поддерживающую опору. Кроме того, корпус реактора содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус, а также верхнюю уплотнительную головку и нижнюю уплотнительную головку, которые соединены соответственно с верхней и нижней частями цилиндрического корпуса. Верхняя уплотнительная головка снабжена выпускной трубой, а нижняя уплотнительная головка снабжена впускной трубой. В направлении снаружи внутрь, конструкция цилиндрического корпуса, верхняя уплотняющая головка и нижняя уплотняющая головка в порядке следования содержат: металлическую оболочку, слой покрытия из нержавеющей стали, теплоизоляционную облицовку и внутренний облицовочный цилиндр. Теплоизоляционная облицовка содержит изолирующий слой огнеупорного кирпича, прилегающий к внутренней стенке слоя наплавки из нержавеющей стали, и теплоизолирующий уплотняющий слой, прилегающий к наружной стенке внутреннего облицовочного цилиндра. Внутренний облицовочный цилиндр соединен с металлической оболочкой и закреплен в центре реактора. Например, для холодностенного реактора для гидрогенизации слоя суспензии с расчетной температурой 500°С и расчетным давлением 23 МПа материалом металлической оболочки обычно является сталь 2,25Cr-1Мо-0,25V толщиной от около 100 мм до 200 мм, материалом слоя наплавки из нержавеющей стали является ТР309+ТР347 толщиной от около 7 до 10 мм, материалом теплоизоляционной облицовки является Al₂O₃+СаО толщиной от около 100 мм до 150 мм, а материалом внутреннего облицовочного цилиндра является SS321 толщиной от около 7 мм до 10 мм.

Таким образом, традиционный холодностенный реактор гидрогенизации по-прежнему имеет следующие проблемы:

1. При тех же габаритных размерах полезный объем реактора мал, что снижает производительность. Чтобы достичь той же производительности, необходимо увеличить общий размер, что увеличивает сложность производства и капитальные затраты на оборудование.

2. Из-за относительно толстой тепловой облицовки, проектирование, изготовление и конструкция холодностенного реактора сложнее, и ревизия внутренней стенки также очень неудобна. Кроме того, теплоизоляционная облицовка легко повреждается в реальных условиях работы, что приводит к просачиванию/истечению горячей жидкости на стенку и сосредоточение сверхтемпературы в одном месте на металлической оболочке. Это может поставить под угрозу безопасность производства или вызвать принудительное отключение.

3. Благодаря жесткому соединению между внутренним облицовочным цилиндром и наружной оболочкой, когда любые дефекты выявляются в технологическом процессе или сборке, участок соединения при рабочей температуре будет расширяться и сжиматься, что приводит к концентрации местного напряжения на наружной оболочке корпуса. Это создает потенциальную угрозу безопасности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение направлено на решение технических проблем, заключающихся в том, что существующий холодностенный реактор имеет небольшой полезный объем, при этом концентрация местных напряжений на наружной оболочке корпуса может легко повредить толстую теплоизоляционную облицовку. Таким образом, данное изобретение предоставляет холодностенный реактор, в котором полезный объем большой, наружная оболочка корпуса не имеет концентрации местных напряжений, теплоизоляционная облицовка тонкая и ее нелегко повредить, и который может быть применен для сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии.

Поэтому, в одном отношении, данное изобретение обеспечивает теплозащитное покрытие, содержащее

адгезивный слой,

первый керамический слой и

второй керамический слой, расположенный между адгезивным слоем и первым керамическим слоем;

в котором второй керамический слой выполнен из диоксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, причем содержание оксида алюминия во втором керамическом слое не превышает 30% масс., а остальное - диоксид циркония;

и первый керамический слой выполнен из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, причем содержание оксида иттрия в первом керамическом слое составляет 6-9% масс., а остальное - оксид циркония; а также

при этом оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

Предпочтительно, первый керамический слой теплозащитного покрытия имеет толщину 0,1-0,5 мм.

Предпочтительно, второй керамический слой теплозащитного покрытия имеет толщину 3-10 мм.

Предпочтительно, теплозащитное покрытие дополнительно содержит антикоррозийный слой, который расположен между вторым керамическим слоем и адгезивным слоем.

Предпочтительно, антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия.

Предпочтительно, антикоррозийный слой имеет толщину 10-15 мкм.

Предпочтительно адгезивный слой выполнен из MCrAlY, в котором содержание Cr составляет 25-35% масс., содержание Al составляет 5-10% масс., содержание Y составляет 1,1-1,5% масс., а остальное - М, при этом М представляет собой одно или комбинацию следующих: Ni, Fe и Со.

Предпочтительно, адгезивный слой имеет толщину 30-100 мкм.

В другом аспекте, данное изобретение предоставляет сверхвысокотемпературный холодностенный реактор гидрогенизации слоя суспензии, содержащий корпус реакторного цилиндра, который содержит последовательно соединенные следующие элементы:

внешнюю оболочку,

слой наплавки из нержавеющей стали и

теплозащитное покрытие, в котором адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали.

Предпочтительно, слой наплавки из нержавеющей стали имеет толщину 4-7 мм.

Техническое решение данного изобретения имеет следующие преимущества:

1. Данное изобретение обеспечивает теплозащитное покрытие, в котором второй керамический слой расположен между обычными двухслойными структурами. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и содержание оксида алюминия составляет не более 30% масс. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного иттрием, при этом содержание оксида иттрия составляет 6-9% масс. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру. Таким образом, теплозащитное покрытие по данному изобретению имеет следующие особенности:

а. низкую теплопроводность, при этом самой низкой является 1,5 Вт/(м*K), так что с точки зрения теплопроводности создается эффективное препятствие;

b. высокий коэффициент теплового расширения: как и в случае температур ниже 1100°С, тетрагональный ZrO₂ имеет тенденцию расширяться и превращаться в моноклинный ZrO₂ и обеспечивать объемное расширение 3-5%, благодаря чему можно увеличить коэффициент термического расширения всего покрытия до 1,3×10⁷/°С, что согласуется с коэффициентом теплового расширения нержавеющей стали, таким образом, тепловое расширение и сжатие теплозащитного покрытия может быть согласовано с теплоизоляцией внешней оболочки в рабочих условиях, что уменьшает местное напряжение внешней оболочки;

с. большую ударную вязкость: из-за местного остаточного напряжения в покрытии тетрагональный ZrO₂ при напряжении меняет фазу на моноклинный ZrO₂ и генерирует определенное количество микротрещин, что уменьшает модуль упругости активной области при воздействии внешнего усилия, микротрещины постепенно расширяются от субкритической трещины, так что выделяется часть энергии деформации кромки основной трещины, и энергия, необходимая для дальнейшего расширения основной трещины, увеличивается, что эффективно подавляет распространение трещины, улучшает ударную вязкость всего покрытия и гарантирует, что это покрытие не повредится при высокотемпературных рабочих условиях;

d. высокую теплостойкость: теплозащитное покрытие по данному изобретению имеет очень мало крупных пор и трещин, в основном микротрещины и поры размером менее 10 мкм. Таким образом, оно эффективно поглощает и уменьшает тепловое напряжение, возникающее во время циклов противотепловых импульсов, улучшает способность покрытия к деформации, улучшает теплостойкость всего теплозащитного покрытия и гарантирует, что покрытие не растрескается при высокотемпературных рабочих условиях из-за теплового импульса.

2. Данное изобретение обеспечивает теплозащитное покрытие, в котором между вторым керамическим слоем и адгезивным слоем расположен антикоррозийный слой из оксида алюминия. Он эффективно предотвращает проникновение атомов водорода через два керамических слоя и вытравление подложки в условиях аккумулирования водорода под высоким давлением, а также улучшает коррозионную стойкость подложки, сохраняя при этом высокую теплостойкость подложки.

3. Данное изобретение относится к сверхвысокотемпературному холодностенному реактору гидрогенизации слоя суспензии, в котором теплозащитное покрытие заменяет традиционную тепловую облицовку и внутренний облицовочный цилиндр. Поскольку толщина теплозащитного покрытия не превышает 11 мм, толщина наплавки из нержавеющей стали может также уменьшаться в то же самое время. В результате, при тех же габаритных размерах увеличивается полезный объем внутренней части реактора и повышается производительность производства; кроме того, поскольку теплозащитное покрытие по данному изобретению имеет коэффициент теплового расширения, согласующийся с нержавеющей сталью, местные напряжения на внешней оболочке холодностенного реактора могут быть уменьшены, а потенциальная угроза безопасности реактора может быть устранена; более того, из-за более высокой ударной вязкости и теплостойкости данного теплозащитного покрытия, данное изобретение гарантирует, что холодностенный реактор совсем нелегко повредить при высокотемпературных рабочих условиях вплоть до 500°С, что позволяет избежать чрезмерной местной температуры внешней оболочки реактора и делает холодностенный реактор применимым к сверхвысокой температуре процесса гидрогенизации слоя суспензии.

Таким образом, холодностенный реактор полностью устраняет дефекты традиционного холодностенного реактора гидрогенизации, который не только удовлетворяет потребностям существующей устойчивой к водородной коррозии стали (2,25Cr-1Мо-0,25В) при сверхвысокой температуре, но также полностью использует полезный объем реактора гидрогенизации. Это не только решает проблему, при которой тепловая облицовка легко повреждается и вызывает местный перегрев стенки реактора, но также устраняет потенциальную угрозу безопасности из-за концентрации местных напряжений на стенке реактора, вызванной расширением и сжатием детали крепления облицовочного цилиндра. Кроме того, холодностенный реактор может позволить увеличение температуры реакции внутренней среды для ускорения скорости реакции, сокращения времени реакции и повышения выхода жидкой фазы.

ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническое решение данного изобретения полностью и ясно описано ниже. Несомненно, описанные варианты реализации изобретения являются частью вариантов реализации данного изобретения, но не всех. Все другие варианты реализации данного изобретения, выполняемые специалистом в данной области без каких-либо творческих усилий, входят в объем защиты изобретения. Кроме того, технические признаки, приведенные в последующем описании различных вариантов реализации изобретения, могут быть объединены друг с другом, если они не образуют конфликт между собой.

Вариант реализации изобретения 1

Данный вариант реализации изобретения предусматривает теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления. Теплозащитное покрытие содержит последовательно соединенные адгезивный слой толщиной 30 мкм, второй керамический слой толщиной 10 мм и первый керамический слой толщиной 0,3 мм, при этом адгезивный слой выполнен из NiCrAlY. Исходя из общей массы адгезивного слоя, содержание Cr составляет 25% масс., содержание Al составляет 10% масс., содержание Y составляет 1,3% масс, а остаток представляет собой Ni. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и исходя из общей массы второго керамического слоя, содержание оксида алюминия составляет 30% масс., а остаток представляет собой оксид циркония. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и исходя из общей массы первого керамического слоя, первый керамический слой содержит 6% масс. оксида иттрия, а остаток представляет собой оксид циркония. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

После измерения, в данном варианте реализации изобретения теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 1,52 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 1,0×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 12 МПа*м^0,5.

Теплозащитное покрытие по данному варианту реализации изобретения используется для замены теплоизоляционной облицовки и внутреннего облицовочного цилиндра в обычном холодностенном реакторе, тем самым создавая холодностенный реактор, выполненный с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии. Холодностенный реактор содержит корпус реакторного цилиндра, который дополнительно содержит последовательно соединенные следующие элементы: внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие. Адгезивный слой теплозащитного покрытия прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали, который имеет толщину 4 мм.

Вариант реализации изобретения 2

Данный вариант реализации изобретения предусматривает теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления. Теплозащитное покрытие содержит последовательно соединенные следующие элементы: адгезивный слой толщиной 65 мкм, антикоррозийный слой толщиной 10 мкм, второй керамический слой толщиной 3 мм и первый керамический слой толщиной 0,1 мм, при этом:

адгезивный слой выполнен из CoNiCrAlY и, исходя из общей массы адгезивного слоя, содержание Cr составляет 30% масс., содержание Al составляет 7,5% масс., содержание Y составляет 1,1% масс., содержание Со составляет 1% масс., а остаток представляет собой оксид Ni. Антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и, исходя из общей массы второго керамического слоя, содержание оксида алюминия составляет 22% масс., а остаток представляет собой оксид циркония. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и, исходя из общей массы первого керамического слоя, первый керамический слой содержит 7% масс. оксида иттрия, а остаток представляет собой оксид циркония. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

После измерения в данном варианте теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 1,58 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 1,06×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 11 МПа*м^0,5.

Теплозащитное покрытие по данному варианту реализации изобретения используется для замены теплоизоляционной облицовки и внутренней облицовки цилиндра в обычном холодностенном реакторе, тем самым создавая холодностенный реактор, выполненный с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии. Холодностенный реактор содержит корпус реакторного цилиндра, который дополнительно содержит последовательно соединенные следующие элементы: внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие. Адгезивный слой теплозащитного покрытия прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали, который имеет толщину 7 мм.

Вариант реализации изобретения 3

Данный вариант реализации изобретения предусматривает теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления. Теплозащитное покрытие содержит последовательно соединенные следующие элементы: адгезивный слой толщиной 80 мкм, антикоррозийный слой толщиной 13 мкм, второй керамический слой толщиной 6,5 мм и первый керамический слой толщиной 0,4 мм, при этом:

адгезивный слой выполнен из FeCoCrAlY и, исходя из общей массы адгезивного слоя, содержание Cr составляет 35% масс., содержание Al составляет 5% масс., содержание Y составляет 1,5% масс., содержание Со составляет 0,8% масс., а остаток представляет собой Fe. Антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и, исходя из общей массы второго керамического слоя, содержание оксида алюминия составляет 25% масс., а остаток представляет собой оксид циркония. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и, исходя из общей массы первого керамического слоя, первый керамический слой содержит 8% масс. оксида иттрия, а остаток представляет собой оксид циркония. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

После измерения, в этом варианте реализации изобретения теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 1,51 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 1,1×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 13 МПа*м^0,5.

Теплозащитное покрытие согласно варианту реализации изобретения используется для замены теплоизоляционной облицовки и внутренней облицовки цилиндра в обычном холодностенном реакторе, тем самым создавая холодностенный реактор, выполненный с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии. Холодностенный реактор содержит корпус реакторного цилиндра, который дополнительно содержит последовательно соединенные следующие элементы: внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие. Адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали, который имеет толщину 5 мм.

Вариант реализации изобретения 4

Данный вариант реализации изобретения предусматривает теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления. Теплозащитное покрытие содержит последовательно соединенные следующие элементы: адгезивный слой толщиной 100 мкм, антикоррозийный слой толщиной 15 мкм, второй керамический слой толщиной 8 мм и первый керамический слой толщиной 0,5 мм, при этом:

адгезивный слой выполнен из FeNiCrAlY и, исходя из общей массы адгезивного слоя, содержание Cr составляет 28% масс., содержание Al составляет 6% масс., содержание Y составляет 1,2% масс., содержание Fe составляет 1% масс., а остаток представляет собой Ni. Антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и, исходя из общей массы второго керамического слоя, содержание оксида алюминия составляет 27% масс, а остаток представляет собой оксид циркония. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и, исходя из общей массы первого керамического слоя, первый керамический слой содержит 9% масс, оксида иттрия, а остаток представляет собой оксид циркония. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

После измерения в данном варианте реализации изобретения теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 1,55 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 1,25×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 10 МПа*м^0,5.

Теплозащитное покрытие согласно варианту реализации изобретения используется для замены теплоизоляционной облицовки и внутренней облицовки цилиндра в обычном холодностенном реакторе, тем самым создавая холодностенный реактор, выполненный с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии. Холодностенный реактор содержит корпус реакторного цилиндра, который дополнительно содержит последовательно соединенные следующие элементы: внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие. Адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали, который имеет толщину 6 мм.

Вариант реализации изобретения 5

Данный вариант реализации изобретения предусматривает теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления, которое содержит последовательно соединенные следующие элементы: адгезивный слой толщиной 45 мкм, антикоррозийный слой толщиной 12 мкм, второй керамический слой толщиной 4 мм и первый керамический слой толщиной 0,2 мм, при этом:

адгезивный слой выполнен из FeCrAlY и, исходя из общей массы адгезивного слоя, содержание Cr составляет 30% масс., содержание Al составляет 8% масс., содержание Y составляет 1,4% масс., а остаток представляет собой Fe. Антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и, исходя из общей массы второго керамического слоя, содержание оксида алюминия составляет 29% масс., а остаток представляет собой оксид циркония. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и, исходя из общей массы первого керамического слоя, первый керамический слой содержит 7,5% масс. оксида иттрия, а остаток представляет собой оксид циркония. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

После измерения в данном варианте реализации изобретения теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 1,53 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 1,27×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 12 МПа*м^0,5.

Теплозащитное покрытие согласно варианту реализации изобретения используется для замены теплоизоляционной облицовки и внутренней облицовки цилиндра в обычном холодностенном реакторе, тем самым создавая холодностенный реактор, выполненный с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии. Реактор содержит корпус реакторного цилиндра, который дополнительно содержит последовательно соединенные следующие элементы: внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие. Адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали, который имеет толщину 7 мм.

Вариант реализации изобретения 6

Данный вариант реализации изобретения предусматривает теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления. Теплозащитное покрытие содержит последовательно соединенные следующие элементы: адгезивный слой толщиной 50 мкм, антикоррозийный слой толщиной 11 мкм, второй керамический слой толщиной 5 мм и первый керамический слой толщиной 0,2 мм, при этом:

адгезивный слой выполнен из FeCrAlY и, исходя из общей массы адгезивного слоя, содержание Cr составляет 33% масс., содержание Al составляет 9% масс., содержание Y составляет 1,4% масс., а остаток представляет собой Fe. Антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия. Второй керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, и, исходя из общей массы второго керамического слоя, содержание оксида алюминия составляет 28% масс., а остаток представляет собой оксид циркония. Первый керамический слой выполнен из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и, исходя из общей массы первого керамического слоя, первый керамический слой содержит 7,5% масс. оксида иттрия, а остаток представляет собой оксид циркония. Оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

После измерения, в данном варианте теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 1,5 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 1,3×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 13 МПа*м^0,5.

Теплозащитное покрытие согласно варианту реализации изобретения используется для замены теплоизоляционной облицовки и внутренней облицовки цилиндра в обычном холодностенном реакторе, тем самым создавая холодностенный реактор, выполненный с возможностью сверхвысокотемпературной гидрогенизации слоя суспензии. Холодностенный реактор содержит корпус реакторного цилиндра, который дополнительно содержит последовательно соединенные следующие элементы: внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие. Адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали, который имеет толщину 5 мм.

Сравнительный вариант реализации изобретения

В данном сравнительном варианте реализации изобретения используется теплозащитное покрытие, полученное с использованием способа аэрозольного плазменного напыления. Теплозащитное покрытие содержит следующие соединенные элементы: адгезивный слой толщиной 100 мкм и керамический слой толщиной 0,5 мм. Материалы, образующие адгезивный слой в данном варианте, являются такими же, как материалы, образующие адгезивный слой в варианте реализации изобретения 4. Материалы, образующие керамический слой в данном варианте, являются такими же, как материалы, образующие первый керамический слой в варианте реализации изобретения 4. После измерения, в данном сравнительном варианте реализации изобретения теплозащитное покрытие имеет теплопроводность 2 Вт/(м*K), коэффициент теплового расширения 0,9×10^-7 м/°С и значение ударной вязкости 7 МПа*м^0,5.

Несомненно, вышеуказанные варианты реализации изобретения являются просто примерами, иллюстрирующими данное изобретение с целью ясности описания, а не ограничения путей его реализации. Специалистами в данной области могут быть сделаны различные изменения и модификации в других различных формах на основе вышеуказанного описания. Нет необходимости и невозможно исчерпывающе перечислять все пути реализации в данном документе. Однако любые очевидные изменения или модификации, полученные из вышеуказанного описания, предназначены для охвата в рамках области защиты данного изобретения.

Изобретение относится к теплозащитному покрытию и высокотемпературному холодностенному реактору гидрогенизации, содержащему такое покрытие. Теплозащитное покрытие содержит последовательно расположенные адгезивный слой, второй керамический слой и первый керамический слой. Второй керамический слой состоит из диоксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, с содержанием оксида алюминия до 30 мас.%. Первый керамический слой состоит из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, с содержанием оксида иттрия 6-9 мас.%. Оксид циркония в обоих керамических слоях имеет тетрагональную кристаллическую структуру. Реактор содержит корпус, включающий внешнюю оболочку, слой наплавки из нержавеющей стали и теплозащитное покрытие, в котором адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали. Изобретение обеспечивает улучшение теплостойкости и способности покрытия к деформации, эффективное поглощение и уменьшение теплового напряжения, возникающего во время циклов противотепловых импульсов, исключая перегрев и повреждения облицовки реактора, а также позволяет увеличить температуру реакции для ускорения и сокращения времени реакции и повышения выхода жидкой среды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Теплозащитное покрытие, содержащее:

адгезивный слой,

первый керамический слой и

второй керамический слой, расположенный между адгезивным слоем и первым керамическим слоем,

в котором второй керамический слой выполнен из диоксида циркония, стабилизированного оксидом алюминия, причем содержание оксида алюминия во втором керамическом слое не превышает 30 мас.%, а остальное - диоксид циркония;

и первый керамический слой выполнен из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, причем содержание оксида иттрия в первом керамическом слое составляет 6-9 мас.%, а остальное - оксид циркония;

при этом оксид циркония в первом керамическом слое и втором керамическом слое имеет тетрагональную кристаллическую структуру.

2. Теплозащитное покрытие по п. 1, в котором первый керамический слой имеет толщину 0,1-0,5 мм.

3. Теплозащитное покрытие по п. 1 или 2, в котором второй керамический слой имеет толщину 3-10 мм.

4. Теплозащитное покрытие по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее антикоррозийный слой, расположенный между вторым керамическим слоем и адгезивным слоем.

5. Теплозащитное покрытие по п. 4, в котором антикоррозийный слой выполнен из оксида алюминия.

6. Теплозащитное покрытие по п. 4 или 5, в котором антикоррозийный слой имеет толщину 10-15 мкм.

7. Теплозащитное покрытие по любому из пп. 1-6, в котором адгезивный слой выполнен из MCrAlY, в котором содержание Cr составляет 25-35 мас.%, содержание Al составляет 5-10 мас.%., содержание Y составляет 1,1-1,5 мас.%, а остальное - М, при этом М представляет собой одно или комбинацию следующих: Ni, Fe и Со.

8. Теплозащитное покрытие по любому из пп. 1-7, в котором адгезивный слой имеет толщину 30-100 мкм.

9. Высокотемпературный холодностенный реактор гидрогенизации, содержащий корпус реакторного цилиндра, который содержит последовательно соединенные следующие элементы:

внешнюю оболочку,

слой наплавки из нержавеющей стали и

теплозащитное покрытие по любому из пп. 1-8,

в котором адгезивный слой теплозащитного покрытия плотно прилегает к слою наплавки из нержавеющей стали.

10. Реактор по п. 9, в котором слой наплавки нержавеющей стали имеет толщину 4-7 мм.