[发明专利]裂解炉用镍铬合金炉管及其制备方法

说明书

本发明涉及裂解炉用镍铬合金炉管领域，公开了一种裂解炉用镍铬合金炉管及其制备方法，本发明的镍铬合金炉管包括：炉管、设置于炉管内的强化传热构件以及形成在炉管内表面的氧化膜，所述氧化膜含有Cr、Mn、Ni、Fe、Al和Si中的一种或多种元素的氧化物。本发明的裂解炉用镍铬合金炉管在其内表面形成具有较高热稳定性的惰性保护膜，能够抑制或减缓催化结焦现象；同时，在炉管内部设置有强化传热构件，能够改变流体流动状态，提高热传导系数，减少自由基结焦和缩聚结焦。

技术领域

本发明涉及一种裂解炉用镍铬合金炉管及其制备方法。

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，在世界范围内得到了广泛应用。但是在乙烯的生产过程中一个无法避免的难题是裂解装置在服役过程中的结焦和渗碳。在裂解过程中的结焦会使炉管内径变小，管内压降增大，缩短裂解炉的运行周期；当管壁温度达到允许极限或压降达到一定程度时，需停炉进行清焦作业。炉管内壁结焦阻碍裂解反应的正常进行，影响乙烯收率，降低生产效率，而且高温下容易促使炉管内壁渗碳，导致炉管材料性能弱化。

目前，为保证乙烯裂解炉管的高温强度，裂解炉辐射段炉管通常为镍铬合金管，所用材质主要由Fe、Cr、Ni等元素组成，同时含有Mn、Si、Al、Nb、Ti、W、Mo等微量元素。已有研究表明，在高温下，Fe、Ni元素对碳氢化合物在FeCrNi合金裂解炉管表面的结焦具有显著催化作用。另外，较重的烃类原料在裂解过程中也伴随着大量的自由基结焦和缩聚结焦。现有技术中，为了减少催化结焦，研究者尝试使用多种技术在裂解炉管内壁表面制备惰性涂层，减少烃类与裂解炉管内表面Fe、Ni活性组分的接触。

加拿大NOVA化学公司公开了一系列在低氧分压气氛下处理裂解炉管内表面得到铬锰尖晶石氧化膜的专利，包括US5630887、US6436202、US6824883、US7156979、US7488392等。公开材料显示，该技术在以乙烷、丙烷等轻烃为原料的气体裂解炉展示了良好的抑制结焦效果，但是在液体原料裂解过程中抗结焦效果较差。因为气体裂解炉的结焦以催化结焦为主，氧化膜会将炉管中具有催化结焦活性的Fe、Ni元素与烃类结焦源隔离。而对于以石脑油、柴油等为原料的液体裂解炉而言，虽然其结焦也是以催化结焦为基础，但是缩聚结焦占总结焦量的50％以上，其中缩聚结焦能完全将氧化膜覆盖。因此，氧化膜在液体裂解炉管中只在炉管服役初期有效，因为这时的氧化膜还没有被缩聚结焦覆盖，而当裂解炉运行到中后期，氧化膜则不能发挥它的功效。

发明内容

为了解决现有技术中出现的问题，本发明的目的在于提供一种使裂解炉运转周期显著延长的裂解炉用镍铬合金炉管及其制备方法。

本发明提供一种裂解炉用镍铬合金炉管，其中，该镍铬合金炉管包括：炉管、设置于炉管内的强化传热构件以及形成在炉管内表面的氧化膜，所述氧化膜含有Cr、Mn、Ni、Fe、Al和Si中的一种或多种元素的氧化物。

本发明还提供了一种裂解炉用镍铬合金炉管的制备方法，其中，该方法包括：在低氧分压气体气氛下，以低于150℃/h的升温速度将镍铬合金炉管升温至600-1100℃，并保温5-100小时；然后，以低于150℃/h的降温速度将镍铬合金炉管降温至40℃以下；其中，所述镍铬合金炉管内设置有强化传热构件。

根据本发明的方法，通过在低氧分压气体气氛下处理镍铬合金炉管，在其内表面形成具有较高热稳定性的惰性保护膜，抑制或减缓催化结焦现象。同时，在炉管内部设置有强化传热构件，改变流体流动状态，提高热传导系数，减少自由基结焦和缩聚结焦。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。