[发明专利]形成氧化铝的双金属管及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本申请要求2010年10月21日提交的美国临时申请No.61/405,407的权益。

本发明提供了双金属管的组合物、制造方法和使用方法，该双金属管用于在石化工艺和/或炼油工艺单元中输送烃原料的火焰加热器管和/或转油线换热器，以减轻腐蚀、结焦和结垢。

背景技术

石化工艺

在石化工艺中，乙烯是最轻的烯烃并代表各种石化产品（例如塑料、树脂、纤维、溶剂等）的最主要结构单元。乙烯在自然界中不自由存在，并主要由衍生自天然气和原油的烃原料的热裂解生成。用于生产乙烯的传统烃原料包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和石脑油。石脑油裂解占全球生产力的大约45％，而几乎35％的生产力由乙烷裂解提供。其它可能的进料包括炼油厂废气、天然汽油液体、宽沸程冷凝馏分、常压和减压瓦斯油，和加氢处理或加氢裂化的减压瓦斯油。

作为主要的乙烯生产途径的烃原料热裂解在位于火焰加热器的辐射区中的炉管中进行。添加蒸汽以降低辐射段炉管中的烃分压。导致基本饱和的烃转化成烯烃的反应高度吸热，并根据原料和反应器盘管的设计而需要750至1050℃的反应器温度。热裂解反应也产生有价值的副产物，包括丙烯、丁二烯、苯、汽油和氢。裂解炉管或裂解流出物转油线换热器（TLEs）的结焦决定热裂解反应器的投产利用率。由作为热裂解副产物的芳族进料组分产生焦炭并沉积在辐射段炉管壁上和TLEs的管内部。这限制了传热并提高了压降，由此降低烯烃选择性。运转周期通常由辐射段炉管的管金属温度升高、TLE的出口温度或提高的压降决定。

焦炭被认为通过两种机制形成——催化和聚合。裂解炉管的金属表面催化丝状焦炭的生长，并含有金属粒子。通过气相重质物的缩合、聚合和/或附聚形成第二种类型的焦炭。各种原料的结焦行为在裂解炉管和TLEs中不同，这些受进料、稀释蒸汽和炉管表面中的污染物影响。除在裂解炉管和TLEs中的一般结焦外，由于在较高进口温度下的气相反应和由于流量分布的间断性，乙烷和丙烷裂解装置在TLEs的入口（在管板上）发生结焦。这种入口结焦通常造成高压降，以限制运转周期。液体进料裂解造成出口附近的TLE管上的结焦。这由焦油材料的缩合造成，形成逐渐聚合的薄油层。

蒸汽裂解加热器是乙烯厂的非常重要的部分。烃的热裂解在置于燃烧辐射箱中心的盘管中进行。裂解流出物根据原料、裂解深度和选择性在750至1050℃的温度下离开辐射段炉管。为了保持总工艺效率，需要有效回收裂解流出物中的热。裂解流出物还需要快速猝灭以终止造成收率降低的二次反应。这通过TLEs实现，其在清洁条件下降炉流出物冷却至几乎350至450℃，这种热用于生成非常高压蒸汽（～125巴）。较高蒸汽压造成较高的管金属温度，并因此将焦油材料的缩合减至最低。

典型的蒸汽裂解加热器由偏上布置的对流段和在下端的辐射段构成。垂直辐射段炉管位于辐射箱的中心面附近并在悬挂系统上从辐射箱顶部悬挂。该悬挂系统允许辐射段炉管膨胀而不在辐射段炉管上造成任何额外应力。为了它们的抗渗碳和蠕变性，由25Cr/35Ni或35Cr/45Ni合金离心浇铸辐射段炉管。这些材料具有最多1150℃的最大工作温度。辐射段炉管材料的典型组成显示在表1中。对流段通过预热烃原料和稀释蒸汽回收烟气热。此外，通过锅炉进料水预热和非常高压蒸汽的过热回收热。由于过度管金属温度，高温炉管或其部分裸露，通常所有其它对流炉管具有翅片以改进传热系数。

表1.辐射段炉管材料的典型组成

用于辐射段炉管和对流炉管、TLEs、封闭排气排水系统以及排气和吹扫流的再循环和回收所用的其它管状产品的所有所列材料是含铬的高级合金。基于合金的总重量，蒸汽裂解装置合金包含至少18重量％的Cr和10重量％的Ni，优选至少20重量％的Cr和30重量％的Ni。这些材料的防腐蚀保护依赖于管表面上的保护性Cr₂O₃膜。不幸地，这些形成氧化铬的材料通常形成由尖晶石和碳化铬构成的复合腐蚀产物膜，以造成粗糙表面、高表面积和用于锚固焦炭和焦炭前体的大量表面位点。