一种抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的方法技术

本发明专利技术涉及一种抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的方法，包括在裂解炉辐射段炉管中设置至少一节强化传热炉管，及在裂解炉的热备期间，使用溶胶组合物对烃类蒸汽裂解炉进行预处理，所述的溶胶组合物含有选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的至少一种，以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为０．１～１０％。本发明专利技术提供的方法，成本低，操作简单，环境友好，对下游系统无影响，在有效抑制裂解炉管结焦和渗碳的基础上，可显著延长裂解炉的使用寿命及运行周期，提高乙烯等产品的产量，从而提高乙烯厂的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在石油化工领域抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的方法。
技术介绍
在热裂解法生产乙烯装置中，裂解炉是最关键的核心设备，乙烯生产能耗的60％左右消耗于裂解炉。裂解炉管是乙烯生产装置中操作温度最高的构件，在炉管内进行烃的裂解反应，由于发生聚合、缩合等二次反应，因此不可避免地会在裂解炉管内壁和急冷锅炉管内壁生成焦垢。结焦使管壁热阻增加，传热系数降低，壁温升高并出现局部过热现象；结焦使裂解过程能耗升高，炉管内径变小，流体压降增加。焦碳会以固体溶液的形式进入炉管管壁的合金层，并与合金中的铬反应形成碳化铬沉积，从而产生渗碳现象，导致炉管合金失去最初的抗氧化能力，使炉管更易受化学攻击，结焦和渗碳降低了裂解炉管的使用寿命，缩短了裂解炉的操作周期。裂解炉的结焦和渗碳问题每年给乙烯厂造成上百万美元的损失。因此，人们提出了很多方法以抑制焦碳在烃类蒸汽裂解炉管内壁及急冷锅炉换热管内壁上的沉积，从而达到延长裂解炉运行时间的目的。抑制裂解炉管结焦的技术主要包括以下几类：1)在裂解原料中添加结焦抑制剂；2)在裂解炉管内表面涂敷防焦涂层；3)采用抗结焦新材料炉管；4)采用有利于传热的炉管构件。法国阿托菲纳公司在CN1399670A中公开了一种减少裂解反应器中结焦的方法，采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对裂解反应器进行预处理，提出Si∶S的原子比为5∶1至1∶5，优选为2∶1至1∶2，这种方法认为硫和硅之间存在协同作用，但此作用如何实现，并没有披露，本领域公认-->的实际情况是，硫和硅在抑制结焦过程中所起的作用是不一样的，将二者同时加入，并不能达到最佳效果。此外，通常在裂解原料中已含有一定量的有机硫。CN 1236827A中公开了一种抑制和减缓烃类高温裂解中焦炭形成与沉积的方法，采用硫化氢、有机硫化合物、有机磷化合物及有机硫磷化合物的一种或几种的混合物对热裂解设备进行预处理，但是抑制结焦的效果不很理想。US 4297246A中公开了一种在金属基质上提供涂层，以抑制暴露在气流中的金属表面上炭层的沉积，使用高浓度的CeO2、SiO2、ZrO2等溶胶以浸渍方式处理试验室的金属样片，但是，如果在裂解炉中使用高浓度溶胶，会给下游系统造成影响，甚至会污染下游产品；此外，US 4297246A中公开的方法工序多，操作条件繁琐，不仅成本高，技术复杂，不易掌握，而且在工业上无法实现。该技术并未提供一种将上述溶胶应用于处理高温裂解炉管的方法。高温裂解炉管由于处于各种不同的高温腐蚀环境中，当不锈钢炉管表面的保护膜被破坏并不能重新生成时，气相和基本金属发生反应会引起炉管材料渗碳。渗碳造成炉管蠕变破裂，大大缩短了炉管使用寿命。现有技术中已有的抑制结焦方法存在以下一些缺点：1)给下游系统造成影响，使后系统操作困难；2)添加剂具有毒性，污染环境；3)在裂解炉投油前注入抑制剂的时间过长，使乙烯产量降低；4)加工、维修困难及成本较高；5)不能有效改善裂解炉管的渗碳；6)抑制结焦和渗碳的效果不理想等等。在乙烯裂解炉辐射段炉管中设置强化传热炉管如波纹管、梅花管、混合单元辐射炉管(简称MERT炉管)或扭曲片管等，能够提高炉管的传热效率，增大原料处理量，不仅能够有效增大传热面积，同时可以改善炉管内物料的流动状况，使管壁温度下降，特别是扭曲片管可使炉管中的物料旋转前进，产生的横向流动对炉管的管壁形成强烈冲刷，使热阻大的边界层厚度减薄，减小管壁对物料流动的阻力，从而强化传热过程。但是，仅在乙烯裂解炉辐射段炉管中设置强化传热炉管如扭曲片管等有其-->局限性，即采用强化传热炉管是通过物理作用来达到强化传热的目的，延长了裂解炉的运行周期，但在强化传热构件如扭曲片等与炉管内壁之间，仍存在结焦现象，裂解炉经过一段时间的运行后会因结焦严重而必须停炉烧焦。溶胶是胶体溶液，胶体颗粒的直径为1～100nm，因此，溶胶在超细粒子和纳米材料制备中具有重要使用价值。硅溶胶通常用于硅酸盐材料的粘结剂、催化剂载体、酒类澄清剂、地板蜡的防滑剂等，铝溶胶通常用于制备催化剂载体，锆溶胶通常用于制备热障涂层材料。本专利技术的目的是提供一种在裂解炉辐射段炉管中设置强化传热炉管及使用溶胶组合物对烃类蒸汽裂解炉进行预处理，从而抑制裂解炉管结焦和渗碳的新方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人经过长期深入细致的研究，将硅溶胶、铝溶胶及锆溶胶作为防焦注剂用于石油化工领域乙烯生产装置，并提供了一种抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的新方法。具体的，本专利技术的抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的方法，包括在所述的裂解炉的辐射段炉管中设置至少一节强化传热管，其中所述的强化传热管包括波纹管、梅花管、MERT炉管和扭曲片管；且在所述的裂解炉的热备期间，在压力0.1～0.8Mpa的条件下，向所述的裂解炉中注入一种溶胶组合物对所述的辐射段炉管进行预处理，其中所述的溶胶组合物含有选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的至少一种，以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为0.1～10％；优选为0.5～5％。其中，所述的裂解炉的热备期间是指裂解炉在正式投油运行前，通入蒸汽并达到裂解所需温度，具备通入原料进行裂解的阶段。在本专利技术的方法中，优选所述的强化传热管为扭曲片管；更优选所述的扭曲片管为包括内置扭曲片的热交换管，所述的扭曲片沿热交换管的轴向设置在-->所述的热交换管的内部，且所述的扭曲片与热交换管一体制成。CN1133862C公开了一种热交换管及其制备方法，其内容全部引入本专利技术作为参考。在本专利技术的方法中，在所述的裂解炉辐射段炉管中包括至少一节扭曲片管，且各节所述的扭曲片管以相互间隔的形式设置在所述的辐射段炉管中；优选，在所述的裂解炉辐射段炉管中两个相邻扭曲片管之间的距离至少为5个节距，更优选为15～20个节距，扭曲片扭曲180°的轴向长度为一节距。在本专利技术的一个优选方案中，在所述的裂解炉辐射段炉管中相邻两个所述的扭曲片管的间距至少为5个节距；以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为0.5～5％。在本专利技术的方法的实施中，优选所述的溶胶组合物包括选自氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化锆溶胶和硅酸铝溶胶的水溶液中的至少一种。在本专利技术的方法中，优选所述的溶胶组合物含有选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的至少两种，即硅溶胶和铝溶胶、硅溶胶和锆溶胶、铝溶胶和锆溶胶两两一起使用或者三种溶胶一起使用，其中，氧化硅、氧化铝和氧化锆的用量摩尔比为x∶y∶z，当x＝0时，y、z在y＝0.2～10，z＝0.2～10内选择；当y＝0时，x、z在x＝1～20，z＝0.2～10内选择；当z＝0时，x、y在x＝1～20，y＝0.2～10内选择；优选x＝1～10，y＝0.2～5，z＝0.2～5。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述的溶胶组合物包括选自氧化硅溶胶、氧化铝溶胶和氧化锆溶胶的水溶液中的至少两种。在本专利技术的一个优选实施方案中，优选所述裂解炉辐射段炉管中相邻两个扭曲片管的间距为15～20个节距；以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为0.5～5％，所述的溶胶组合物中氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化锆溶胶中纯氧化物的用量摩尔比为x∶y∶z，其中x＝1～10，y＝0.2～5，z＝0.2～5。在本专利技术的方法中，优选在裂解炉处于热备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的方法，其特征在于：　　　　在所述的裂解炉的辐射段炉管中包括至少一节强化传热管，其中所述的强化传热管包括波纹管、梅花管、混合单元辐射炉管和扭曲片管；　　　　且在所述的裂解炉的热备期间，在压力０．１～０．８Ｍｐａ的条件下，向所述的裂解炉中注入一种溶胶组合物对所述的辐射段炉管进行预处理，其中所述的溶胶组合物含有选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的至少一种，以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为０．１～１０％。

【技术特征摘要】
1、一种抑制烃类蒸汽裂解炉结焦和渗碳的方法，其特征在于：在所述的裂解炉的辐射段炉管中包括至少一节强化传热管，其中所述的强化传热管包括波纹管、梅花管、混合单元辐射炉管和扭曲片管；且在所述的裂解炉的热备期间，在压力0.1～0.8Mpa的条件下，向所述的裂解炉中注入一种溶胶组合物对所述的辐射段炉管进行预处理，其中所述的溶胶组合物含有选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的至少一种，以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为0.1～10％。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的扭曲片管为包括内置扭曲片的热交换管，所述的扭曲片沿热交换管的轴向设置在所述的热交换管的内部，且所述的扭曲片与热交换管一体制成。3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述的裂解炉辐射段炉管中包括至少一节扭曲片管，且各节所述的扭曲片管以相互间隔的形式设置在所述的辐射段炉管中；所述的溶胶组合物包括选自氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化锆溶胶和硅酸铝溶胶的水溶液中的至少一种。4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述的裂解炉辐射段炉管中相邻两个所述的扭曲片管的间距至少为5个节距，其中所述的一个节距为所述的扭曲片扭曲180°的轴向长度；以溶胶组合物重量计，所述的溶胶组合物中纯氧化物的质量浓度为0.5～5％。5、按照权利要求4所述的方法，其特征在于：在所述的裂解炉辐射段炉管中相邻的两个扭曲片管的间距为15～20个节距。6、按照权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红霞，王国清，陈硕，戴伟，张利军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]