[发明专利]一种抗氧化抗结焦抗碳化的合金、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种抗氧化、抗结焦、抗碳化的合金、制备方法及应用。所述合金包括：铬1～50％；镍1～50％；锰0.2～3％；硅0～3％；碳0.75％；微量元素和/或痕量元素0～5％；余量为铁。制备包括：所述合金的表面经过挤压研磨处理，磨料是由磨粒和粘性液态载体混合而成。本发明的合金在裂解环境中形成的氧化膜具有优异防护的性能。采用本发明的合金可以提高现有裂解炉管合金的抗氧化、抗结焦、抗渗碳能力。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，进一步地说，是涉及一种抗氧化抗结焦抗碳化的合金、制备方法及应用。

背景技术

乙烯装置生产的三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)和三苯(苯、甲苯、二甲苯)是石油化学工业的基础原料。乙烯的产量、生产规模和技术标志着一个国家石油化工的发展水平。目前生产乙烯的方法以管式炉裂解技术为主，它在世界范围内得到了广泛应用。

裂解炉辐射段炉管在经过一段时间的烃类蒸汽裂解后，会在炉管内表面沉积一层很厚的焦炭，焦炭层会增加炉管热阻，降低传热系数，当焦炭层达到一定的厚度时，裂解炉管必须停止生产，采用空气—水蒸气联合烧焦。为了进一步清除焦炭，在烧焦后期经常会有20小时的850℃的纯空气烧焦，这种没有水蒸气的纯空气烧焦，会使得裂解炉管在高温产生过度氧化，造成炉管基体的剥落或基体氧化物的挥发，如在内表面生成很厚的Cr₂O₃氧化膜，过厚的Cr₂O₃氧化膜由于与炉管基体的热膨胀系数差异较大而容易剥落，而且过度氧化会使基体表面的Cr₂O₃会转化为CrO₃气体而挥发掉。基体Cr₂O₃氧化膜剥落或者挥发后留下的区域都是富集Fe、Ni元素的区域，而Fe、Ni元素正是引起催化结焦的关键因素，因此过度氧化会造成局部严重结焦和渗碳，这会大幅度降低烃类裂解炉管的使用寿命。

防止裂解炉管内表面氧化和结焦一般是采用在炉管内表面涂敷冶金涂层，主要通过等离子喷涂、热溅射、高温烧结等方法在炉管内表面形成一层或多层力学性能和热稳定性能俱佳的冶金涂层，如Al₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂等。

美国专利US 6585864公开了一种coat-alloy抑制乙烯炉管结焦技术，它采用磁控管溅射法将NiCrAlY涂层材料沉积在基体合金上，然后对其进行热处理，形成了一种包括扩散阻挡层、富化池层、α-Al₂O₃防结焦层的复合涂层。该方法的缺点是涂层制备过程复杂、步骤多、成本高。

美国专利US 6537388将Cr、Si化合物填充在炉管中，钝化处理后Cr、Si元素扩散到基体炉管金属中形成Cr-Si底层，然后采用热溅射的方法，将Si、Al化合物喷涂到Cr-Si底层上，热处理后形成Si-Al外层。该方法的缺点是涂层制备过程复杂、对炉管基体有一定的破坏作用。

中国专利CN 1580316A将炉管埋入装有共渗剂的设备中，然后对其进行变温加热、恒温、冷却的热处理，整个过程用氩气保护，最后在炉管内表面形成了一层金属惰性材料，小试验结果表明焦炭量减少50％。该方法的缺点是涂层制备过程复杂，涂层与基体间没有过渡层，容易剥落。

美国专利US 6423415将一定摩尔比组成的K₂O、SiO₂、Al₂O₃、ZnO、MgO、Co₃O₄、Na₂O、ZrO₂等无机物喷涂到炉管上，在高温下H₂、N₂、水蒸气的氛围中烧结，形成玻璃涂层。该方法的缺点是无机涂层和炉管基体的膨胀系数相差较大，经过生产、清焦的温度反复变化后，涂层的寿命会受到影响。