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Dokumentenidentifikation DE10326613A1 30.12.2004
Titel Neue Verwendung für aluminiumoxidhaltige Werkstoffe
Anmelder Solvay Fluor und Derivate GmbH, 30173 Hannover, DE
Erfinder Braun, Max, 30900 Wedemark, DE;
Brosch, Carsten, 30173 Hannover, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2003
DE-Aktenzeichen 10326613
Offenlegungstag 30.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.12.2004
IPC-Hauptklasse B01J 19/02
Zusammenfassung Es werden Werkstücke beschrieben, die resistent gegenüber chemisch aggressiven Medien, wie z. B. Fluorwasserstoff enthaltenden oder Fluorwasserstoff freisetzenden Medien, sind. Diese Werkstoffe enthalten Aluminiumoxid und Nickel-Aluminiumlegierungen. Sie können beispielsweise zur Herstellung oder Beschichtung von Gerätschaften wie Reaktorgefäßen, Leitungen, Rühreinrichtungen, Probenentnahmeeinrichtungen etc. verwendet werden, die bei Fluorierungsreaktionen insbesondere unter Verwendung von Antimonhalogeniden als Katalysator brauchbar sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Verwendung für Werkstoffe, die Aluminiumoxid sowie Nickel und Aluminium enthalten.

Es ist bekannt, daß chemische Medien, beispielsweise chemische Verbindungen (wie Fluorwasserstoff, Flußsäure), Reaktionsmedien (beispielsweise Ätzlösungen oder Reaktionsmischungen, die Fluorwasserstoff oder Flußsäure enthalten) sowie auch Medien, die Fluorwasserstoff freisetzen können (beispielsweise durch Hydrolyse oder als Reaktionsprodukt), sehr aggressiv sein können. Wie in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 823 412 hierzu ausgeführt wird, werden selbst solch resistente Materialien wie HastelloyTM, InconelTM und MonelTM korrodiert. In der europäischen Offenlegungsschrift wird empfohlen, für die Halogenierungsreaktionen ein Material zu verwenden, welches mindestens 10 Gew.-% Aluminium enthält. Bevorzugte weitere Materialien sind Eisen, Kupfer, Mangan, Kobalt und Chrom.

Die Resistenz von im Wesentlichen reinem Aluminium bei Fluorierungsreaktionen ist bereits aus der britischen Patentschrift GB 853 297 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Werkstoffe anzugeben, die für den Kontakt mit chemisch aggressiven Medien geeignet sind.

Erfindungsgemäß verwendet man Werkstoffe, die Aluminiumoxid sowie Nickel und Aluminium enthalten, zur Herstellung oder Beschichtung von Gerätschaften, die mit chemisch aggressiven Medien in Kontakt kommen.

Der Begriff "aggressive Medien" bezeichnet gasförmige, flüssige und feste Medien, die HastelloyTM, MonelTM oder InconelTM zu korrodieren vermögen. Bevorzugt bedeutet der Begriff "chemisch aggressive Medien" in der vorliegenden Erfindung gasförmige, flüssige oder feste Stoffe, die Fluorwasserstoff enthalten oder freizusetzen vermögen, und insbesondere solche Stoffe, die zusätzlich von HF auch noch Halogenkohlen(wasser)stoffverbindungen enthalten.

Der Begriff "Gerätschaft" bedeutet in der vorliegenden Erfindung im weitesten Sinne ein Teil, das aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff besteht oder mit ihm beschichtet ist und das, vorzugsweise in der Technik, mit chemisch aggressiven Medien kontaktiert wird. Es handelt sich beispielsweise um Apparaturen oder Behältnisse, in welchen die chemisch aggressiven Medien aufbewahrt, zur Reaktion gebracht, gereinigt oder sonstwie behandelt werden, und um Gegenstände zur Manipulation von aggressiven Medien. Gerätschaften im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Aufbewahrungsbehälter, Reaktionsbehälter, Geräte zur Analyse, Pumpen, Steuerungsventile. Dabei kann es sich um die kompletten Behälter oder Geräte handeln, oder auch um Teile davon, beispielsweise um Leitungen, Rühreinrichtungen, Peilstäbe.

Die Werkstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, enthalten 40 bis 80 Gew.-% Aluminiumoxid, 4 bis 48 Gew.-% Nickel und 4 bis 12 Gew.-% Aluminium, oder sie bestehen daraus. Die Werkstoffe können zusätzlich zu den angegebenen Bestandteilen Aluminiumoxid , Nickel und Aluminium noch bis zu 20 Gew.-% andere Bestandteile, z.B. Chrom, enthalten. Ein kommerziell erhältlicher Werkstoff ist Metco 410 NS [Al2O3 30 (Ni 20Al)]. Er enthält 70 Gew.-% Al2O3, 24 Gew.-% Ni und 6 Gew.-% Al.

Die Gerätschaften können vollständig aus den genannten Werkstoffen hergestellt sein. Möglich ist aber auch, nur jene Teile aus den genannten Werkstoffen zu fertigen, die mit den chemisch aggressiven Medien in unmittelbaren Kontakt kommen. Es ist auch möglich, daß die Gerätschaften nur oberflächlich mit den genannten Werkstoffen beschichtet sind. Dies ist beispielsweise durch Plattieren, durch Metallsprühverfahren oder Plasmaverfahren möglich. Bei der Plasmabeschichtung wird der Werkstoff mit einer Temperatur von 8.000 bis 20.000°C und einer Teilchengeschwindigkeit von 220 bis 400 m/s auf das zu beschichtende Bauteil aufgebracht. Die Porosität der Beschichtung ist sehr gering, z.B. kleiner als 1%. Natürlich kann man auch hier vorsehen, daß nur jene Teile der Gerätschaften entsprechend beschichtet sind, die mit den chemisch aggressiven Medien in Kontakt kommen. Bei einer Beschichtung kann man haftungsverbessernde Zwischenschichten vorsehen, beispielsweise aus Nickel-Chrom-Legierungen wie NiCr80/20.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung liegt in der Zurverfügungstellung von Gerätschaften, die brauchbar zum Kontaktieren mit chemischen aggressiven Medien sind und dabei nicht korrodieren. Diese Gerätschaften enthalten den erfindungsgemäßen Werkstoff mindestens an der Oberfläche, die bei der Benutzung mit den aggressiven Medien in Berührung kommen, oder sie bestehen aus den erfindungsgemäßen Werkstoffen. Die bevorzugten Gehaltsangaben für Aluminiumoxid, Nickel und Aluminium entsprechen den vorstehend angegebenen bevorzugten Bereichen für die erfindungsgemäße Verwendung. Bei den erfindungsgemäßen Gerätschaften handelt es sich vorzugsweise um Reaktoren, Aufbewahrungsbehälter, Bauteile derselben wie Leitungen, um Probenentnahmeapparaturen, Destillationsapparaturen, Rührwerksbestandteile oder Steuerungsventile. Die Gerätschaften können völlig aus den Werkstoffen hergestellt sein oder sie sind mindestens teilweise mindestens auf der Seite, die mit den aggressiven Medien in Kontakt steht, beschichtet.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung fluorierter Verbindungen unter Verwendung von Fluorwasserstoff oder von Reaktanden, die Fluorwasserstoff freisetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man eine oder mehrere Gerätschaften gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei können die Gerätschaften wieder vollständig aus den genannten Werkstoffen bestehen, bzw. vollständig mit den genannten Werkstoffen beschichtet sein, man kann aber auch Gerätschaften einsetzen, die nur teilweise aus den genannten Werkstoffen bestehen oder die nur teilweise mit den genannten Werkstoffen beschichtet sind. Der Begriff "Verfahren zur Herstellung fluorierter Verbindungen" umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Verfahren zur Reinigung fluorierter Verbindungen, welche in Anwesenheit von Fluorwasserstoff oder unter Freisetzung von Fluorwasserstoff ablaufen.

Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt die Herstellung organischer fluorierter Verbindungen durch Halogen-Fluor-Austausch und/oder Fluorwasserstoff-Anlagerung unter Verwendung von Fluorwasserstoff und Katalysatoren, vorzugsweise Metallhalogenid-Katalysatoren, insbesondere unter Verwendung von Antimonhalogenid- oder Tantalhalogenid-Katalysatoren.

Die Gerätschaften sind gegenüber den aggressiven Medien sehr stabil.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, ohne sie in ihrem Umfang einzuschränken.

Korrosionsuntersuchungen mit beschichteter Probe Beschichtung des Probenkörpers:

Auf einen Edelstahlkörper wurden als Haftgrund NiCr-80/20-Legierung einer Dicke von 50 &mgr;m und darauf eine Schicht von Al2O3 30(Ni 20Al), 70 Gew.-% Al2O3, 24 Gew.-% Ni und 6 Gew.-% Al als Beschichtungswerkstoff einer Dicke von 250 &mgr;m im Plasmaverfahren aufgebracht.

Zur Korrosionsuntersuchung wurde die Probe in einen Autoklaven mit Teflon-Inliner gestellt und mit 40 g Antimonpentafluorid (0,18 mol), 32 g Fluorwasserstoff (1,6 mol) und 15 g Pentachlorethan (0,09 mol) als Korrosionslösung versetzt. Diese Mischung war hochkorrosiv. Der Autoklave wurde 48 Stunden im Ölbad auf 120°C erhitzt, dann in Eis abgekühlt, geöffnet, die Probe aus dem Autoklaven entfernt und die Korrosionslösung in 10%-iger Weinsäure hydrolysiert. Das Probestück wurde gewaschen, getrocknet und gewogen.

Ergebnis:

sDer mit Al2O3 30(Ni 20Al) beschichtete Probenkörper wies keine äußerliche Veränderung auf. Es wurde keine Massenabnahme beobachtet. Der genannte Werkstoff ist somit in dem untersuchten Korrosionssystem beständig.


Anspruch[de]
  1. Verwendung von Werkstoffen, die Aluminiumoxid sowie Nickel und Aluminium enthalten oder daraus bestehen, zur Herstellung oder Beschichtung von korrosionsresistenten Gerätschaften, die mit chemisch aggressiven Medien in Kontakt kommen.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemisch aggressiven Medien Fluorwasserstoff freisetzen können oder Fluorwasserstoff enthalten.
  3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkstoff 40 bis 80 Gew.-% Aluminiumoxid enthalten sind.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 4 bis 48 Gew.-% Nickel und 4 bis 12 Gew.-% Aluminium enthalten sind.
  5. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätschaften mindestens teilweise aus dem Werkstoff bestehen oder mindestens teilweise mit dem Werkstoff beschichtet sind.
  6. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Gerätschaften um Aufbewahrungs- oder Reaktionsbehälter, Leitungen, Geräte oder Bauteile zur Probenentnahme, Rührereinrichtungsbestandteile, Pumpen oder Steuerungsventile handelt.
  7. Gerätschaft brauchbar zum Kontaktieren mit chemisch aggressiven Medien, mindestens teilweise bestehend oder mindestens teilweise beschichtet, bevorzugt nach dem Plasma-Verfahren, mit einem Werkstoff, der Aluminiumoxid sowie Nickel und Aluminium enthält oder daraus besteht.
  8. Gerätschaft nach Anspruch 7, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Reaktorbehälter, Aufbewahrungsbehälter, Leitungen, Pumpen, Rührwerkseinrichtungen, Probenentnahmegeräte oder deren Bauteile und Stuerungsventile.
  9. Verfahren zur Herstellung fluorierter Verbindungen unter Verwendung von Fluorwasserstoff oder von Fluorwasserstoff freisetzenden Reaktanden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere Gerätschaften gemäß Anspruch 7 einsetzt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, umfassend die Herstellung organischer fluorierter Verbindungen unter Verwendung von Fluorwasserstoff und Katalysatoren, vorzugsweise unter Verwendung von Katalysatoren auf Halogenidbasis, insbesondere auf Basis von Antimonhalogenid.
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