Wolfram-Molybdän-Materialien sind temperatur- und korrosionsbeständig und eignen sich daher für extreme Bedingungen in der petrochemischen Industrie. Drei Anwendungsbeispiele zeigen, dass sie die Lebensdauer von Anlagen um das 3- bis 8-Fache verlängern können, wobei die Investition für eine Modernisierung nur ein Fünftel der Kosten für neue Ausrüstung beträgt – dies gewährleistet effektiv einen langfristig sicheren Betrieb der Anlagen.
Die Petrochemie umfasst alle Prozesse von der Erdölgewinnung, der Rohölraffination, dem Ethylen-Cracking, der Hydrierungsraffination bis hin zur CO₂-Abscheidung, -Transport und -Speicherung (CCUS). Sie ist seit Langem extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen (über 1000 °C), hohem Druck (über 15 MPa), starker Korrosion (H₂S, CO₂, Chloridionen usw.) und starkem Verschleiß ausgesetzt. Gewöhnlicher Edelstahl und nickelbasierte Legierungen neigen unter diesen Bedingungen zu Hochtemperatur-Kriechverformung, Oxidationsrissbildung, Lochkorrosion und Wasserstoffversprödung, was zu häufigen Anlagenstillständen und sogar Sicherheitsunfällen führt.
Wolfram und Molybdän sind hochschmelzende, hochtemperaturbeständige Metalle mit Schmelzpunkten von 3422 °C bzw. 2622 °C und zeichnen sich durch Eigenschaften wie Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie Verschleißfestigkeit aus. Im petrochemischen Bereich haben sich vier Hauptanwendungsrichtungen herausgebildet: hochtemperaturbeständige feuerfeste Strukturkomponenten, harte verschleißfeste Legierungsteile, korrosionsbeständige Beschichtungen/Legierungszusätze sowie katalytische chemische Rohstoffe. Im Folgenden werden die praktischen Anwendungsergebnisse von Wolfram-Molybdän-Materialien anhand dreier Fallstudien dargestellt.
Fall 1: Herausforderung der Heizbedingung für das CCUS-Bohrloch des Schieferölfelds Shengli: Das Schieferölbohrloch Liye 1HF des Ölfelds Shengli nutzt CO₂-Injektion zur Förderung; die Hochdruck-Drosselung von flüssigem CO₂ führt zu einer schnellen Abkühlung und Vereisung der Pipeline. Das geförderte Fluid enthält CO₂, Formationwasser und Schwefelwasserstoff und bildet damit ein komplexes Korrosionsumfeld. Konventionelle Edelstahl-Heizrohre korrodieren und perforieren innerhalb von drei Monaten, was zu Betriebsstillständen führt. Lösung: Maßgeschneiderte Verbund-Heizrohre aus Wolframlegierung (Heizbasis aus Wolframlegierung + Isolierschicht aus Aluminiumnitrid).
Elektrische Heizumwandlungseffizienz von 99 %, Heizgeschwindigkeit um das Vierfache erhöht
Ununterbrochener Betrieb über 24 Monate ohne Korrosions- oder Erosionsschäden
Vereisung und Verstopfung der Pipeline werden vollständig behoben; dadurch verringert sich die Anzahl der Betriebsstillstände pro Bohrloch um den Faktor 12
Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, keine Schweißnahtbrüche bei Temperaturwechsel
Fazit: Heizrohre aus Wolframlegierung eignen sich für CCUS und unkonventionelle Extraktionsverfahren mit starken Temperaturunterschieden.
Fall 2: Herausforderung bezüglich des Zustands der Stützkomponenten im Ethylen-Krackerofen der Lanzhou Petrochemical: Die Stützkomponenten des Crackofens arbeiten über lange Zeit bei 1100 °C, wobei das Chrom-Nickel-Legierungsmaterial nach etwa einem Jahr Kriechverformung erfährt und häufige Anlagenstillstände zur Austausch erforderlich machen, was die Produktionseffizienz erheblich beeinträchtigt. Lösung: Alle Stützkomponenten wurden durch TZM-Molybdänlegierung (Titan-Zirkonium-Molybdän-Legierung) ersetzt.
Keine Verformung bei 1100 °C über lange Zeit
Lebensdauer von einem Jahr auf sechs Jahre verlängert (6-fache Verlängerung)
Deutliche Reduzierung der Häufigkeit von Anlagenstillständen zur Komponentenerneuerung mit signifikanten gesamtwirtschaftlichen Vorteilen
Fazit: TZM-Molybdänlegierung ist das Standard-Standardmaterial für strukturelle Komponenten von Hochtemperaturöfen in der Petrochemie.
Fall 3: Herausforderung bei der Sanierung der Innenauskleidung des Hydrierungsreaktors der Shandong Hengyuan Petrochemical: Der Hydrierungsreaktor (Innendurchmesser 3 Meter, 430 °C, 15 MPa, Medium mit H₂S, Ammoniak und Chloridionen) wies eine Innenauskleidung aus Edelstahl 316L auf, die nach drei Betriebsjahren lokal punktförmige Korrosion (Pitting) sowie Wasserstoffblasenbildung (Hydrogen Blistering) aufwies und damit eine Explosionsgefahr darstellte. Lösung: Schweißsanierung der Innenwand mit einer 10 mm dicken Molybdän-Wolfram-haltigen Nickelbasislegierung (C276, 13 % Molybdän, 3 % Wolfram).
Kontinuierlicher sicherer Betrieb über 25 Jahre, ohne Spannungsrisskorrosion oder Wasserstoffversprödung, jährliche Korrosionsabtragung lediglich 0,1 mm
Erfüllt die API-Sicherheitsstandards für Raffinerie- und petrochemische Druckbehälter
Investitionskosten für die Schweißsanierung betragen nur ein Fünftel der Kosten für den Ersatz durch neue Ausrüstung
Fazit: Die Schweißtechnologie mit molybdän- und wolframhaltiger Nickelbasislegierung vereint Sicherheit und Wirtschaftlichkeit und stellt eine ausgereifte Lösung für die korrosionsschutztechnische Sanierung von Hydrierungsreaktoren dar.
Der Kernwert von Wolfram-Molybdän-Materialien im petrochemischen Bereich zeigt sich in drei Aspekten:
1. Sicherheit und Zuverlässigkeit – Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität unter extremen Bedingungen und Beseitigung von Sicherheitsrisiken;
2. Wirtschaftlichkeit – Verlängerung der Lebensdauer von Anlagen um das 3- bis 8-Fache, wobei die Kosten für Modernisierungsmaßnahmen deutlich unter den Kosten für einen vollständigen Anlagenaustausch liegen; 3. Branchenanpassung – Abdeckung der gesamten Wertschöpfungskette von der Erdölförderung über die Raffination bis zur chemischen Verarbeitung; damit wird die Modernisierung der petrochemischen Industrie hin zu längeren Betriebszyklen und höherer Sicherheit unterstützt.
Da petrochemische Anlagen zunehmend größer und komplexer werden, werden Wolfram- und Molybdän-Materialien bei Schlüsselanlagen unter extremen Bedingungen eine immer wichtigere Rolle spielen.
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