乙烯裂解炉管的结焦机理及其防护措施
来源:用户上传
作者:
摘 要：本文简要分析了乙烯裂解炉管结焦机理，从科学使用结焦抑制剂、改善炉管的结构与材料、改进工艺条件及裂解材料三个方面，详细论述了乙烯裂解炉管结焦的防护措施，以期为乙烯裂解炉管生产工作提供一些参考。
关键词：乙烯裂解炉管；结焦机理；防护措施
1 乙烯裂解炉管结焦机理分析
焦层的出现将会降低炉管材料性能，改变材料组织。但在生产乙烯、裂解烃类时，常会出现聚合、缩合反应，结焦的出现也会随之而出现，这不利于生产工作的顺利开展。而结焦机理的探究，可帮助人们有效掌握结焦的原因、条件及过程，有助于抑制结焦技术的进一步发展。就此，国内外对结焦机理展开了研究，通过几十年的研究，有关科研人员将结焦机理划分为三大类型，即气相结焦机理、自由基结焦机理及金属催化结焦机理。气相结焦只与裂解原料存在一定的关系，而与炉管材料不含有任何关系，其主要是在气体中形成焦炭的一种结焦模式。在裂解过程中，芳烃会进行聚合，形成黑色片状、褐色膜状及球状的焦体，之后，经过烯烃反应，原料中与生产的芳烃会在气相中脱氢、冷凝，形成浓缩型的焦油，然后，经过缩合与环合反应后，焦油滴由此产生，在炉管内壁停留一段时间后，最终流向结焦层，部分返回到气相中。在此过程中，若是反应温度低于700℃，焦炭的生成量将会降低。自由基主要是基于气相结焦产生的碳黑微粒、丝状焦炭与金属结焦而形成的结焦母体，与小分子物质经过聚合反应而生成的分子，该种分子在高温环境下，易出现裂解，形成其他结构分子，再经过一些反应后，会生成多环芳烃，之后，多环芳烃会进行脱氧缩合反应形成新焦。乙烯裂解炉管的材料主要使用的是HP与HK类型的合金，此两种合金的主要组成元素为Ni、Cr及Fe。
2 乙烯裂解炉管结焦的防护措施
2.1 科学使用结焦抑制剂
目前，在工业生产中，常会在乙烯稀释蒸汽或者原料之中添加结焦抑制剂，以达到良好的防护目的。在乙烯裂解炉中，结焦抑制剂的添加，可使辐射段处的管道保持低温，有效降低能源消耗，减少热量损失度，延长裂解炉使用寿命，具有较好的实践性。结焦抑制剂的类型主要包括有含磷化合物、含硫化合物、金属有机物、含棚化合物、碱金属、稀土化合物等。根据国外的结焦抑制剂调查研究情况，最早使用的是单酯与双酯亚磷酸，再到后来的硫化磷酸，而如今所采用的结焦抑制剂主要为三苯基膦与金属化合物，其中，金属化合物的成分主要包括Sb、Sn及Ge。此外，较为常用的结焦抑制剂还用其他化合物、稀土元素及硼化合物，此类非磷抑制剂较为适用于超过760℃的高温下进行，而硼化合物的温度则应高于1050℃。国内对结焦抑制剂同样也在进行不断的研究与试验，并获得了丰富的成果。其中典型代表为HY-99类型的阻焦剂，其可使裂解炉从50d运行周倜提升到130d，如此一来，可有效提高烯烃收率。
2.2 改善炉管的结构与材料
爐管结构与材料的改善可起到抑制结焦的效果，特别是对催化结焦而言，同时，还可提升炉管的热传递能力。在制造炉管的过程中，可通过共铸造与共挤出的方法来将铝化物加入到炉管材料中，以制造出新型的炉管。此种炉管表面覆盖一层铝化物，该层铝化物可起到良好的抑制结焦效果。目前，裂解炉管通常采用的是合金，该种材料的耐蠕变强度较好，且所达到的抗结焦效果也十分突出，因此，在该生产领域获得了广泛地运用。现阶段我国对炉管材料的研究还处于起步阶段，但通过近些年来的不断努力，已研制出一种复合型炉管，其与普通炉管相比，所起到的抗结焦效果是普通炉管的3陪。在炉管结构的改善方面，可从对边界层温度的降低与边界层的流层进行破坏两个方面进行开展，当下，已研制出的新型结构的炉管主要有内螺旋梅花、翅片炉管、MERT炉管及扭曲型炉管。其中，扭曲型炉管主要是将采用180℃流动、旋转方式来降低炉管内壁温度，对边界层进行破坏，提高裂解炉的运行周期，以有效减缓结焦。
2.3 改进工艺条件及裂解材料
从改进工艺条件而言，在确定裂解原料之后，可利用优化裂解反应环境来降低烯烃分压，提高抑制结焦效果，对此，可适当减低反应温度。但对于烯烃收率而言，需进行深度裂解，才能保证达到理论的烯烃收率，此时，可适当对烃分压进行降低，以改变炉管结焦条件。另外，还可在进行投料之前，将乙烯蒸汽流量控制到160%，使其在炉管中形成一层气膜，并对停留时间进行相应的控制，以减低原料投入量，提高生产经济效益。在具体生产过程中，还应根据操作周期、烯烃收率来确定最佳裂解条件。从改进裂解原料方面而言，裂解原料的调整可起到一定的抗结焦效果。结焦效率和其含量存在着一定的关系，若是原料不同，那么所含的芳烃量也必然不同，炉管中结焦状况也有所不同。而轻质、优质的裂解原料，可有效节约结焦量，提高设备的运行效率，降低能源消耗。对此，在进行生产过程中，应根据不同裂解要求及炉管特点，不断改进裂解材料，以有效提升设备使用寿命，提高生产质量。
3 结语
乙烯裂解炉管结焦机理的探析，其主要目的是时探究抑制结焦的方法，查找延长设备使用寿命、提升其运转周期的措施。基于此，在乙烯实际生产过程中，应根据不同生产阶段、不同生产条件，灵活使用各项抑制结焦的措施，以有效提高乙烯生产效率，保障生产的经济效益。
参考文献：
[1]张亮.抑制乙烯装置裂解炉炉管结焦的措施[J].石化技术，2017，24（10）：131-131.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14851015.htm
