[發(fā)明專利]提高乙烯裂解裝置抑焦硅/硫復合涂層熱物理性能的方法

無效

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• 申請日: 2011-05-05
• 公開（公告）號: CN102226260A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 徐宏;王志遠;張莉;欒小建;周建新;劉京雷
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C23C8/10
• 分類號: C23C8/10;C10G9/16
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 談順法

技術領域

本發(fā)明涉及一種提高抑制結焦硅/硫復合涂層熱物理性能的方法，具體地說是一種在涂層涂覆前，通過對乙烯裂解爐管內(nèi)表面進行氧化處理，大大提高了硅/硫復合涂層的熱物理性能，以延長抑焦涂層的使用壽命的方法。

技術背景

目前生產(chǎn)短鏈烯烴的方法主要是通過烴類的高溫熱裂解來實現(xiàn)。烴類高溫熱裂解過程反應復雜，裂解原料在分解過程中，中間自由基會發(fā)生縮聚反應和脫氫反應，使裂解產(chǎn)物向焦炭生成方向移動。也就是所謂的二次反應，因此不可避免地會在裂解爐管內(nèi)壁和急冷鍋爐管內(nèi)壁上結焦。而烴類在高溫熱裂解過程中，由于裂解溫度在800～850℃，工業(yè)上目前廣泛應用的乙烯裂解爐管材料仍為Fe-Cr-Ni系鑄造耐熱合金，如Incoloy800H、HK40和HP40等。這些高合金鋼含有較多的鐵、鎳和錳元素，而這些元素在提高爐管高溫性能的同時，也具有催化結焦作用。在裂解反應的初期，結焦以催化結焦為主，當焦炭將爐管表面完全覆蓋時，結焦以非催化結焦為主。結焦速度隨著裂解溫度的增加、烴分壓的增加以及裂解原料重質(zhì)化的加深而加大。

專利ZL200610028933.7中，在烴類化合物裂解爐管清焦操作后，將含硫、硅化合物的預處理劑通過載氣或原料氣加入到烴類裂解爐管，然后通入水蒸氣，使烴類裂解裝置與預處理劑高溫氣體接觸，發(fā)生反應，在裂解管內(nèi)表面沉積出含硫、二氧化硅的混合涂層。該涂層使管內(nèi)表面催化活性中心(鐵、鎳)通過化學反應轉(zhuǎn)化為惰性的表面化合物，使催化活性中心失去活性。當以石腦油為裂解原料進行抑焦性能評價時，有涂層的HK40管焦炭質(zhì)量減少可達68％。

但是該涂層具有陶瓷結構，與基底金屬是兩種性質(zhì)截然不同的材料。陶瓷材料有質(zhì)脆的固有弱點，與金屬材料的熱物理性能(如膨脹系數(shù)、熱導率等)差別較大，容易造成熱應力集中，陶瓷涂層與基體材料的結合主要為機械嵌合，易出現(xiàn)微裂紋，致使涂層與基體的結合強度較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明根據(jù)乙烯裂解生產(chǎn)實際，選用在清焦結束后，抑焦涂層涂覆之前，對裂解爐管內(nèi)表面首先進行預氧化處理，從而在裂解爐管內(nèi)表面生成一層氧化層。形成的氧化層可以促進涂層與爐管金屬基體的潤濕，提高了涂層與爐管的結合強度。同時，提高了涂層的抗熱沖擊性能，與未經(jīng)氧化處理的涂層相比，涂層的顯微硬度也有所提高。

本發(fā)明通過正交實驗的方法研究不同預氧化條件對氧化增重、涂層沉積速率的影響，并以抑制結焦硅/硫復合涂層熱物理性能為目標，對預氧化工藝進行優(yōu)化。

本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的：

一種提高乙烯裂解裝置抑焦硅/硫復合涂層熱物理性能的方法，其特征在于，在裂解爐管清焦結束后、抑焦涂層涂覆之前，對裂解爐管內(nèi)表面進行預氧化處理，包括以下步驟：

1)、對裂解爐輻射段爐管進行清焦操作：燒焦氣體為蒸汽-空氣混合氣體，利用紅外線氣體分析器監(jiān)測裂解爐管出口CO₂體積分數(shù)，當爐管出口CO₂體積分數(shù)小于0.2％時，清焦結束；

2)、在1～3個大氣壓下對裂解爐管內(nèi)表面進行預氧化處理：其中預氧化溫度范圍為700℃～900℃，處理時間為1～8小時，預氧化氣氛為空氣、水蒸氣、二氧化碳、一氧化碳及氫氣的其中一種或幾種。

當使用混合氣氛時，預氧化氣氛優(yōu)選H₂/H₂O或CO₂/H₂O。其中H₂∶H₂O＝10～50(摩爾比)，CO₂∶H₂O＝10～50(摩爾比)。

有益效果

使用本發(fā)明的方法，在裂解裝置涂敷抗結焦硅/硫復合涂層之前，對裂解爐管內(nèi)表面進行預氧化處理，可以大大提高抑焦涂層的熱物理性能，延長了涂層使用壽命。與傳統(tǒng)的噴砂、拋丸、機械加工、酸洗等表面預處理方法相比，該方法技術簡單，易于操作，適合于在線抗結焦硅/硫復合涂層涂覆之前的爐管預處理。

附圖說明

圖1是中試試驗中，經(jīng)預氧化處理、涂層涂覆之后硅/硫涂層截面照片。

圖2是中試試驗中，經(jīng)預氧化處理后，裂解爐管內(nèi)表面形貌。

圖3是工業(yè)裂解爐管壁溫度隨運行時間的變化關系。

具體實施方式

以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術方案進行進一步描述。實例中對經(jīng)表面預氧化方法處理和未經(jīng)預氧化處理的乙烯裂解爐管內(nèi)表面的硅/硫復合涂層的熱物理性能進行了對比。

實例1：