[發明專利]形成氧化鋁的雙金屬管及其制造和使用方法

無效

• 申請號: 201180061435.1
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN103260810A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 全昌旻;D·S·德意志;J·E·菲德;J·P·瓊斯;D·B·斯派瑟
• 申請（專利權）人: 埃克森美孚研究工程公司
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23K20/04;B23K31/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭飛;林柏楠

技術領域

本申請要求2010年10月21日提交的美國臨時申請No.61/405,407的權益。

本發明提供了雙金屬管的組合物、制造方法和使用方法，該雙金屬管用于在石化工藝和/或煉油工藝單元中輸送烴原料的火焰加熱器管和/或轉油線換熱器，以減輕腐蝕、結焦和結垢。

背景技術

石化工藝

在石化工藝中，乙烯是最輕的烯烴并代表各種石化產品（例如塑料、樹脂、纖維、溶劑等）的最主要結構單元。乙烯在自然界中不自由存在，并主要由衍生自天然氣和原油的烴原料的熱裂解生成。用于生產乙烯的傳統烴原料包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和石腦油。石腦油裂解占全球生產力的大約45％，而幾乎35％的生產力由乙烷裂解提供。其它可能的進料包括煉油廠廢氣、天然汽油液體、寬沸程冷凝餾分、常壓和減壓瓦斯油，和加氫處理或加氫裂化的減壓瓦斯油。

作為主要的乙烯生產途徑的烴原料熱裂解在位于火焰加熱器的輻射區中的爐管中進行。添加蒸汽以降低輻射段爐管中的烴分壓。導致基本飽和的烴轉化成烯烴的反應高度吸熱，并根據原料和反應器盤管的設計而需要750至1050℃的反應器溫度。熱裂解反應也產生有價值的副產物，包括丙烯、丁二烯、苯、汽油和氫。裂解爐管或裂解流出物轉油線換熱器（TLEs）的結焦決定熱裂解反應器的投產利用率。由作為熱裂解副產物的芳族進料組分產生焦炭并沉積在輻射段爐管壁上和TLEs的管內部。這限制了傳熱并提高了壓降，由此降低烯烴選擇性。運轉周期通常由輻射段爐管的管金屬溫度升高、TLE的出口溫度或提高的壓降決定。

焦炭被認為通過兩種機制形成——催化和聚合。裂解爐管的金屬表面催化絲狀焦炭的生長，并含有金屬粒子。通過氣相重質物的縮合、聚合和/或附聚形成第二種類型的焦炭。各種原料的結焦行為在裂解爐管和TLEs中不同，這些受進料、稀釋蒸汽和爐管表面中的污染物影響。除在裂解爐管和TLEs中的一般結焦外，由于在較高進口溫度下的氣相反應和由于流量分布的間斷性，乙烷和丙烷裂解裝置在TLEs的入口（在管板上）發生結焦。這種入口結焦通常造成高壓降，以限制運轉周期。液體進料裂解造成出口附近的TLE管上的結焦。這由焦油材料的縮合造成，形成逐漸聚合的薄油層。

蒸汽裂解加熱器是乙烯廠的非常重要的部分。烴的熱裂解在置于燃燒輻射箱中心的盤管中進行。裂解流出物根據原料、裂解深度和選擇性在750至1050℃的溫度下離開輻射段爐管。為了保持總工藝效率，需要有效回收裂解流出物中的熱。裂解流出物還需要快速猝滅以終止造成收率降低的二次反應。這通過TLEs實現，其在清潔條件下降爐流出物冷卻至幾乎350至450℃，這種熱用于生成非常高壓蒸汽（～125巴）。較高蒸汽壓造成較高的管金屬溫度，并因此將焦油材料的縮合減至最低。

典型的蒸汽裂解加熱器由偏上布置的對流段和在下端的輻射段構成。垂直輻射段爐管位于輻射箱的中心面附近并在懸掛系統上從輻射箱頂部懸掛。該懸掛系統允許輻射段爐管膨脹而不在輻射段爐管上造成任何額外應力。為了它們的抗滲碳和蠕變性，由25Cr/35Ni或35Cr/45Ni合金離心澆鑄輻射段爐管。這些材料具有最多1150℃的最大工作溫度。輻射段爐管材料的典型組成顯示在表1中。對流段通過預熱烴原料和稀釋蒸汽回收煙氣熱。此外，通過鍋爐進料水預熱和非常高壓蒸汽的過熱回收熱。由于過度管金屬溫度，高溫爐管或其部分裸露，通常所有其它對流爐管具有翅片以改進傳熱系數。

表1.輻射段爐管材料的典型組成

用于輻射段爐管和對流爐管、TLEs、封閉排氣排水系統以及排氣和吹掃流的再循環和回收所用的其它管狀產品的所有所列材料是含鉻的高級合金。基于合金的總重量，蒸汽裂解裝置合金包含至少18重量％的Cr和10重量％的Ni，優選至少20重量％的Cr和30重量％的Ni。這些材料的防腐蝕保護依賴于管表面上的保護性Cr₂O₃膜。不幸地，這些形成氧化鉻的材料通常形成由尖晶石和碳化鉻構成的復合腐蝕產物膜，以造成粗糙表面、高表面積和用于錨固焦炭和焦炭前體的大量表面位點。