[发明专利]一种裂解炉管及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种裂解炉管及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯是石油化工行业最重要的基础原料之一。目前，生产乙烯的方法以管式炉裂解技术为主，该技术在世界范围内得到了广泛应用。但是在乙烯的生产过程中不可避免地会产生结焦和渗碳的问题，从而使裂解炉的炉管内径变小，管内压降增大，阻碍了裂解反应的正常进行，影响了乙烯的收率，降低了生产效率。此外，裂解的高温很容易促使裂解炉的炉管内壁渗碳，即积碳与炉管基材发生化学反应，导致炉管材料性能弱化，影响炉管的使用寿命，缩短裂解炉的运行周期。因此，当炉管管壁温度达到允许极限或压降达到一定程度时，为了保证裂解炉炉管的正常运行，必须停炉进行清焦。由此可见，开发出能够减少烃类裂解炉炉管结焦的方法是生产乙烯的重点发展方向，对当前石化工业具有很大的现实意义和经济价值。

目前，抑制裂解炉炉管结焦的方法主要有以下几种：(1)控制生产的原料和生产过程，例如，采用芳烃含量低、氢含量高的原料；采用加氢处理、芳烃抽提等工艺；(2)改变裂解炉炉管的材质，即尽可能地减少能够引起催化结焦的Fe、Ni等元素的含量；(3)改变裂解炉炉管构造，例如，可在裂解炉管中增设强化传热构件；(4)在裂解原料中添加结焦抑制剂，但是，添加结焦抑制剂不仅会对下游产品带来污染，还会对裂解炉炉管造成一定程度的腐蚀性；(5)通过等离子喷涂、热溅射、气相沉积等方法在裂解炉管的内表面形成一层兼具力学性能和热稳定性的涂层，减少烃类物质与炉管的直接接触，从而降低炉管表面Fe、Ni的催化活性，减小炉管表面的摩擦系数，有效防止结焦颗粒的黏附，可以有效减少结焦的产生。

例如，US 6537388公开了采用含有Cr、Si的化合物负载在乙烯炉管中，经钝化处理后，Cr、Si元素扩散到炉管基体金属中形成Cr-Si底层，然后采用热溅射的方法，将含有Si、Al的化合物喷涂到Cr-Si底层上，热处理后形成Si-Al外层。尽管上述方法能够在一定程度上抑制结焦的速度，延长运行周期，但该方法工艺复杂，设备成本高，所制备的炉管涂层的应用价值不显著。

又如，CN 1399670A公开了一种裂解反应器的金属壁的处理方法，该方法包括在300-1100℃下，将与待裂解有机物接触的金属表面用含有至少一种硅化合物和至少一种硫化合物的水蒸气气流进行预处理，从而降低金属壁上的结焦。

再如，CN 1928020A公开了在裂解装置用蒸汽和空气烧焦后，用含硫和硅的化合物组成的预处理剂，在炉管金属上首先沉积一层硫与二氧化硅的混合涂层，以提高涂层与裂解炉管的结合力；在第一层涂层完毕后，继续加入含硅的化合物，同时加入含镁的化合物，在二氧化硅与硫表面形成一层二氧化硅与氧化镁的复合陶瓷涂层，以减少烃类裂解反应产生的焦炭。

但是上述方法均存在涂层耐高温、耐冲刷能力较差，以及含硫化合物会污染环境的问题，因而，限制了它们在实际生产中的推广应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服在烯烃生产过程中裂解炉管容易结焦，且采用现有技术的方法对裂解炉管进行处理得到的涂层的耐高温、耐冲刷能力较差、会对环境造成污染以及工艺复杂的缺陷，而提供一种抗结焦性能好、耐高温、耐冲刷、环保的裂解炉管及其制备方法和应用。

本发明提供了一种裂解炉管，该裂解炉管包括裂解炉管基体、附着在裂解炉管基体内壁表面的粘结层和附着在所述粘结层表面的抗结焦、抗渗碳层；所述粘结层为能够粘结所述裂解炉管基体和抗结焦、抗渗碳层并能够防止焦炭与裂解炉管基体接触的涂层，所述抗结焦、抗渗碳层为能够防止焦炭与裂解炉管基体接触且不与裂解原料和/或裂解产物发生反应的涂层；所述粘结层和抗结焦、抗渗碳层具有微孔结构，所述粘结层的微孔结构的平均孔半径小于抗结焦、抗渗碳层的微孔结构的平均孔半径。