[發明專利]一種抗結焦合金材料及其制備方法和一種抗結焦裂解爐管

有效

• 申請號: 201610868499.7
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107881431B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 王國清;王申祥;王紅霞;郟景省;梁中偉
• 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
• 主分類號: C22C38/34
• 分類號: C22C38/34;C22C38/58;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/48;C22C38/50;C22C38/44;C22C38/06;C22C30/00;C23C8/28;C10G9/20
• 代理公司: 11283 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王崇;李婉婉

本發明涉及抗結焦領域，具體地，涉及一種抗結焦合金材料、一種制備該抗結焦合金材料的方法以及一種抗結焦裂解爐管。所述抗結焦合金材料包括合金材料基體和涂覆于該合金材料基體表面的涂覆層，所述涂覆層中含有合金材料基體中金屬元素的金屬氧化物和金屬硫化物，相對于所述涂覆層的體積，所述金屬氧化物的含量為65?75體積％，所述金屬硫化物的含量為25?35體積％。本發明的抗結焦合金材料能夠有效地抑制結焦并且能夠較長時間保持抗結焦性能。

技術領域

本發明涉及抗結焦領域，具體地，涉及一種抗結焦合金材料、一種制備該抗結焦合金材料的方法以及一種抗結焦裂解爐管。

背景技術

乙烯是石油化學工業的主要產品之一，乙烯裝置生產的三烯(乙烯、丙烯、丁烯)和三苯(苯、甲苯、二甲苯)是石油化學工業的基礎原料。乙烯產量的高低是衡量一個國家石油化工發展水平的主要標志。目前生產乙烯的方法以管式爐裂解技術為主，它在世界范圍內得到了廣泛應用。

管式爐裂解爐輻射段爐管的結焦，是限制管式裂解爐生產周期的主要因素。烴類高溫熱裂解生產乙烯時，管式裂解爐輻射段爐管內表面伴隨著焦炭的形成。這種高溫條件下形成的焦炭是熱的不良導體，會使爐管傳熱阻力增大、爐管內徑變小，導致爐管外壁表面溫度升高、爐管內流體壓降增大，甚至堵塞管道，影響操作。爐管外表溫度達到爐管材質所能承受的最高溫度或者壓降達到裂解爐的最大壓降時，裂解爐必須進行清焦，清除管內的焦炭以后才能再次進行生產。清焦次數的增加，會對乙烯及副產品產量、燃料消耗、爐管壽命等帶來不利因素。

裂解爐輻射段爐管合金主要由元素Fe、Cr、Ni組成，在高溫狀況下，Fe、Ni元素對烴類結焦具有顯著的催化作用，這導致在裂解爐管服役初期其內壁被絲狀催化焦碳所覆蓋。絲狀焦炭易吸附裂解氣中的焦油滴，焦油滴進一步脫氫后形成致密的焦炭附著在爐管內壁，而且絲狀焦炭表面的自由基(如甲基、乙基等)可與分子量較小的烴分子(如乙炔、乙烯等)反應生成多環芳烴，進一步縮合脫氫形成焦炭后，使得絲狀焦炭的直徑不斷增粗。由此可見，催化結焦是烴類熱裂解結焦的基礎，而降低表面的Fe、Ni元素含量是抑制結焦的關鍵因素。

在過去的50年中，人們采用多種不同的方式來抑制裂解爐輻射段爐管的結焦。如改變烴類熱裂解的工藝條件(低烴分壓、短停留時間等)，對裂解原料進行預處理(加氫、芳烴抽提等)，在輻射段爐管中導入強化傳熱構件(外釘頭、強化傳熱構件等)，向原料中添加結焦抑制劑，這些方法在一定程度上改善了輻射段爐管的結焦狀況。

另外，還可以采用對裂解爐管進行預氧化的方法，該方法通常是通過低氧分壓氧化的方式在爐管內表面得到錳鉻尖晶石MnCr₂O₄保護層，但是其抗結焦能力并不穩定，其中一個重要原因是錳鉻尖晶石氧化層并不能完全將內表面的Fe、Ni元素覆蓋。而且，對于石腦油、柴油為原料的液體裂解爐而言，雖然其結焦也是以催化結焦為基礎，但是縮聚結焦占總結焦量的50％以上，其中縮聚結焦能將完全將氧化膜覆蓋。因此，氧化膜在液體裂解爐管中只能在爐管服役初期有效，因為這時的氧化膜還沒有被縮聚結焦覆蓋，而當裂解爐運行到中后期，氧化膜不能發揮它的功效。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的抗結焦合金材料普遍存在的抗結焦性能不足和/或抗結焦時間不夠長的缺點，提供一種抗結焦合金材料、一種制備該抗結焦合金材料的方法以及一種抗結焦裂解爐管。本發明的抗結焦合金材料能夠有效地抑制結焦并且能夠較長時間保持抗結焦性能。