[發明專利]一種具有催化裂解活性的催化裂解爐管及其制造方法

有效

• 申請號: 201010286775.1
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN102399573A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 王國清;王紅霞;崔立山;王申祥;郟景省;鄭雁軍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院;中國石油大學(北京)
• 主分類號: C10G11/04
• 分類號: C10G11/04
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 韋慶文

技術領域

本發明涉及一種催化裂解爐管，具體的，涉及一種用于石油烴裂解生產低碳數烯烴的催化裂解爐管及其制造方法。

背景技術

乙烯是石油化學工業的基礎原料。乙烯的產量、生產規模和技術標志著一個國家石油化工的發展水平。目前生產乙烯的方法以管式爐石油烴蒸汽裂解技術為主，據統計，世界上大約99％的乙烯和50％以上的丙烯通過該方法生產。由于蒸汽裂解方法目前已經在非常苛刻的條件下進行操作，例如裂解爐輻射段爐管的末期溫度達到或者超過1125℃，物料在輻射段爐管中的停留時間縮短到0.2秒甚至更短，因此在目前的技術水平下，通過蒸汽裂解方法使乙烯、丙烯和丁二烯等低級烯烴的收率進一步提高的可能性已經很小。為此，國內外研究者進行了其它方式生產低級烯烴技術的研究，例如催化裂解技術，甲烷氧化偶聯技術，天然氣經甲醇制烯烴技術等，其中石油烴經催化裂解生產低級烯烴技術是最受關注的技術。

催化裂解是在催化劑存在下將石油烴轉化為低碳數烯烴的技術。催化裂解具有可降低裂解溫度、提高乙烯、丙烯收率、降低原料消耗等優點，而且可減少溫室氣體的排放量，其優越性及重要性是不言而喻的。從目前生產低級烯烴的原料看，石腦油約占56％，因此開發適用于石腦油的催化裂解技術可以大幅度降低生產低級烯烴的能耗和物耗，提高技術競爭力。目前正在開發的適用于石腦油的催化裂解技術主要為固定床催化裂解技術，如CN?1218783C、SU91O728、SU?910729、SU?968055、CN?1OO338184C所公開的技術，其主要技術特點是將具有催化活性的組分鋁酸鉀、釩酸鈣、堿土金屬、過渡金屬氧化物、無定型金屬化合物、硅鋁沸石等，負載在沸石或者其它物質形成的載體上或者單獨成型，形成特定形狀的催化劑顆粒，將催化劑顆粒放置在反應器內形成一個有催化作用的固定床層，石油烴經預熱后進入固定床反應器，反應器被加熱到一定溫度時，石油烴在反應器內發生催化裂解作用生成乙烯、丙烯等目的產物。固定床催化裂解技術存在工程放大問題，如建一個相當于蒸汽裂解產量的裂解爐，投資成本會比常規的蒸汽裂解爐的成本高得多。

裂解爐用爐管通常為鎳鉻合金管，由HK-40、HP-40等材質組成，通常由金屬模子離心澆注法制造而成，這種裂解爐管主要由Ni、Cr、Fe等金屬元素組成。在高溫下，石油烴與爐管金屬中鐵、鎳相互作用而脫氫沉積碳，即鐵、鎳元素對石油烴在裂解爐管內表面的結焦具有顯著催化作用。同時，焦炭與爐管表面的金屬元素形成大量的碳化物，造成爐管滲碳進而失效。

采用在裂解爐管內表面涂敷防焦涂層的方法，是一種有效的抑制爐管結焦手段，目的是在爐管內表面形成一層力學性能和熱穩定性能俱佳的隔離涂層，隔離石油烴物料與爐管內表面鎳、鐵金屬的接觸，從而降低爐管表面鐵、鎳金屬的催化結焦活性，減緩裂解爐輻射段爐管的整個結焦及滲碳過程。

具有防焦涂層的裂解爐管，有兩種不同的制備方式，一種是通過等離子噴涂、熱濺射、高溫燒結、化學氣相沉積等手段，形成在內表面具有如氧化鉻、氧化硅、氧化鋁和氧化鈦等金屬或非金屬氧化物保護層的裂解爐管，缺點是保護層與爐管基體的結合不夠牢固，涂層容易剝落且制備過程復雜，如美國專利US?6585864、US?6579628、US?6537388等；另一種是通過一定溫度下特定的氣氛處理，在原位生成的內表面具有氧化物保護層的裂解爐管，優點是保護層與爐管基體的結合力強，涂層不易剝落且制備過程相對簡單。

ZL?200310110224.X采用液氨分解后產生的氣體對乙烯爐管進行氣氛處理，然后將配制好的合金粉和粘結劑調成漿液涂到氣氛處理后的爐管表面進行合金化處理，最后在爐管內表面形成可抑制和減緩結焦的合金層，在用2500g石腦油進行的試驗室結焦評價試驗中，結焦量減少50～90％。此法的缺點是涂層制備工藝復雜、成本高。

US?6423415將一定摩爾比組成的K₂O、SiO₂、Al₂O₃、ZnO、MgO、Co₃O₄、Na₂O、ZrO₂等無機物噴涂到乙烯爐管上，在高溫下H₂、N₂、水蒸氣的氛圍中燒結，形成玻璃涂層。該方法的缺點是無機涂層和爐管基體的膨脹系數相差較大，經過生產、清焦的溫度反復變化后，涂層的壽命會受到影響。