[发明专利]一种抑制碳氢燃料裂解炉管管壁结焦的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳氢燃料裂解炉管维护操作领域，具体涉及一种抑制碳氢燃料裂解炉管管壁结焦的方法。

背景技术

碳氢燃料在热裂解过程中，伴随着聚合、缩合而产生结焦，从而降低金属表面的热交换效率，堵塞喷嘴及降低金属材料抗氧化性，由渗碳作用引起金属管壁熔出小孔更是增大了金属材料的损耗。如何在高温下有效地抑制固体焦出现，是设计高热稳定性航空燃料的关键。目前，解决此问题的方法包括添加结焦抑制剂、超临界萃取、对材质表面进行改性处理、水蒸气重整等。从总的研究成果来看，向碳氢燃料中添加结焦抑制剂是公认的较有效的方法，而水蒸气重整被认为是最有发展前途的方法之一。

专利CN 103421531 B提供了一种减轻裂解炉管结焦方法，包括在裂解炉管内表面涂敷抗结焦涂层，以及在裂解原料中添加结焦抑制剂。结焦抑制剂包括二甲基二硫、对苯二酚、甲基萘、磷酸三丁酯、二甲基喹啉、烷基水杨酸镁、N，N’-双水杨酸丙二胺。其中，二甲基二硫和二甲基喹啉的含量较高，均为30-50份。但二甲基二硫易对金属炉管内壁产生腐蚀作用，二甲基喹啉受热分解放出有毒的氧化氮烟气，对环境造成污染，且二者均会对人体眼睛、呼吸系统和皮肤产生刺激作用，不能作为环保型抑制剂使用。现有结焦抑制剂在使用过程中存在一定缺陷，如含硫、磷化合物对金属有较大的腐蚀作用；硼类化合物在使用过程中需要以额外的有机物作为溶剂，增加了裂解反应的副反应；碱金属类化合物通过催化焦与水蒸气反应抑制结焦，但此类添加剂在燃料中的分散性较差，同时作为催化剂其使用寿命有限。

烃类水蒸气重整产生的氢气是一种高效清洁能源，1kg氢气燃烧可产生1.25×10⁶kJ的热量，相当于3kg汽油或4.5kg焦炭完全燃烧所放出的热量。此外，氢气燃烧生成的水，具有环保无污染特性，且是一种宝贵的资源。专利CN 105366640 A公开了一种基于生物质气化初级燃气的水蒸汽催化重整制氢气的方法及装置，初级燃气经过预热后与水蒸汽充分混合，经过催化反应提纯后得到氢气。利用催化重整后的燃气显热预热生物质初级燃气，实现了余热利用，降低了装置能耗，提高了催化重整的效率。专利CN 105087044 A公开了一种在线处理烃类裂解炉管内表面的方法，该方法是将裂解炉管内表面置于混合气体氛围中进行高温气化和氧化处理，混合气体为氢气与水溶液气化后的混合气体，混合气体中加入水蒸气。高温气化是指炉管内表面残留的碳在溶质催化作用下与水蒸气发生反应，氧化处理是指水蒸气与炉管基体合金中Cr、Mn元素的反应。当水蒸气占气化后的混合气体体积百分比约为15％时，炉管在相同条件下进行5次裂解和烧焦的循环实验后，结焦抑制率高达82％。可见，水蒸气在清焦方面起到明显的促进作用。

发明内容

本发明旨在克服原有结焦抑制剂在燃料中分散性差以及对金属有较大的腐蚀作用等问题，以碳氢燃料水蒸气重整为技术途径，提高燃料利用率的同时降低裂解反应装置中的结焦含量。

本发明通过以下方案解决上述问题：

一种抑制碳氢燃料裂解炉管管壁结焦的方法，将纯水、一元醇或磷钨酸中的任何一种或几种与所述碳氢燃料共混成燃料混合物，然后将所述燃料混合物输入到所述裂解炉管中。

在具体的实施方案中，所述纯水的用量为燃料混合物重量的0.1～10％；所述一元醇的用量为燃料混合物重量的0.1～15％，所述磷钨酸的用量为燃料混合物重量的0.01～0.5％。

优选地，其中所述一元醇类为甲醇、乙醇或丙醇中的任意一种。

优选地，将所述碳氢燃料与所述纯水分别气化后再进行混合，混合方式为通过两台进料泵实现，一台输送燃料，一台输送高纯水，目的在于提高燃料与纯水的混合度。

优选地，碳氢燃料裂解条件为：裂解温度650～800℃，燃料流速0.5～16g/s，系统压力0.3～10MPa。

在具体的实施方案中，所述裂解炉管材质为合金，其内壁上涂覆有钙钛矿涂层。

在具体的实施方案中，所述磷钨酸的用量为燃料混合物重量的0.1％。

在具体的实施方案中，所述乙醇的用量为燃料混合物重量的5％。

本发明的有益效果：

1、本发明的实施例中采用两台输送泵进料，一台输送碳氢燃料，一台输送高纯水，目的在于通过缓慢输送高纯水，使水与燃料稳定接触。

2、本发明的抑制碳氢燃料裂解炉管管壁结焦的方法简单，裂解炉管管壁内壁平均积碳量的减少效果非常明显。该方法简单易行，环保且成本低，能够延长裂解炉管的运行周期及使用寿命。