本发明专利技术提供了一种基于不锈钢表面的抗结焦纳米结晶材料及其制备方法，按重量百分比计，所述纳米结晶材料包含：碳0‑3％，氧23‑38％，铬38‑53％，铁10‑35％，钼0‑2％，镍0‑4％，硅3.5‑5％，钙0‑1％，余量为杂质元素；该抗结焦纳米结晶材料由氧化铬、氧化硅等金属氧化物组成，能够作用于各类不锈钢基材，相比于常规不锈钢基材，结焦量降低30％以上；该基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料通过电化学致密后的表面更加光滑，纳米表面与基材镶嵌结合，无明显结合面；此外，所述抗结焦纳米材料表面与基材热膨胀系数相当，其长时间在高温介质的来回变化不会与基材脱落；所述抗结焦纳米材料的预处理、后处理等过程在常温、常压下进行，易于工业化及大型化不锈钢设备的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及炼油、石化、化工、石油制品加工设备领域，尤其涉及一种应用在炼油、石化、石油加工、化工等高腐蚀环境中的基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料及其制备方法。
技术介绍
石油化工管道、换热器、塔内件填料、锅炉、炉管等在高温下的结焦、结垢和堵塞问题一直影响企业的正常生产经营。目前关于炉管的抗结焦研究比较多，而在其它领域的抗结焦研究比较少，如炼油换热器、塔内件填料受到高温影响的结焦、结垢对换热、分离效率影响非常大，时间越长结焦、结垢越严重，积累到一定量后将造成严重事故而不得不停车检修、更换结焦的塔内件填料或者清洗结焦、结垢的换热器；管道长时间结垢影响泵的效率和增加泵的负荷，特别是结焦块过多后脱落而堵塞下游装备。因此，研究针对于炼油、化工抗结焦的基于不锈钢表面的纳米材料具有独特的意义。目前抗结焦的方法很多，最主要的做法是研究设备的表面材料，针对不同应用环境制作膜层新材料，其主要的有：1、针对高温炉管等表面渗铝的情况，加入二氧化硅、陶瓷等等抗结焦层；2、在重质油等物料组分中加入抗结焦抑制剂；3、对容易结焦的部分进行表面喷涂抗结焦涂料；4、将抑制剂和涂层进行结合抗结焦。抗结焦涂料是比较常用的一种抗结焦方法，如中国专利申请CN105111854A、CN103421531A、CN102585571A等，均通过各类涂料涂层来增加抗结焦效果。在重质油等原料中加入抗结焦抑制剂也是目前应用很多的一种抗结焦方法，特别是在裂解炉的炉管中使用；如中国专利申请CN102251225A、CN103421531A等通过在原料流体中加入抑制剂抗结焦。对炉管、换热器、锅炉等易结焦部位的表面进行处理来增加抗结焦效果是一种使用效果较好的常用抗结焦方法，如中国专利申请CN103861662A通过在金属表层增加铝来达到抗结焦效果，中国专利申请CN105200338A通过在金属表层增加Mn和Si来增加抗结焦效果，中国专利申请CN101379362A通过加入各类稀有金属元素来增加抗结焦效果。现有的抗结焦涂料效果虽好，但涂料与基材的结着力往往不够，在高温、流体流速高的环境中涂料易于脱落，从而显著影响抗结焦效果，该方法目前主要用于静置液体的装置。涂层在复杂设备的内件几乎无法涂层而限制了其的应用。而抗结焦抑制剂会对下游工艺或者最终成品带来影响，其一般都是与其他抗结焦方式组合使用。因此，抑制剂和涂层的组合使用也是一种常用的抗结焦方法，多重抗结焦途径的组合使用能最大程度的抑制结焦，如中国专利申请CN102251225A。因此，对不锈钢件表面进行处理是目前研究最为广泛的一种抗结焦技术，而各种不同的工艺带来的抗结焦效果也不一样，成本有高有低，目前通常是采用不停的更换、清洗等方式来抗结焦，对工艺造成了很大影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料，其由氧化铬、氧化硅等金属氧化物组成，能够作用于各类不锈钢基材，相比于常规不锈钢基材的结焦量降低30％以上；该基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料通过电化学处理后的表面更加光滑；该基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料与基材镶嵌结合，无明显结合面；此外，所述抗结焦纳米材料表面与基材热膨胀系数相当，其长时间在高温介质的反复变化不会与所述不锈钢基材脱落；所述抗结焦纳米材料的预处理、后处理等过程在常温、常压下进行，易于工业化及大型化不锈钢设备的应用。用于实现上述目的的技术方案如下：本专利技术提供一种基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料，按重量百分比计，所述纳米结晶材料包含：碳0-3％，氧23-38％，铬38-53％，铁10-35％，钼0-2％，镍0-4％，硅3.5-5％，钙0-1％，余量为杂质元素；优选地，所述纳米结晶材料包含：碳0.71％，氧34.62％，铬42.81％，铁13.11％，镍3.1％，硅4.73％，钙0.92％，余量为杂质元素。本专利技术还提供一种所述抗结焦纳米材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)使用氢氧化钠溶液和含碱蚀添加剂的溶液对不锈钢表面进行化学除油和碱蚀处理，后水洗；(2)将步骤(1)处理后的不锈钢表面经氧化溶液进行氧化处理，后水洗；(3)将步骤(2)处理后的不锈钢表面作为阴极浸泡在电解液中进行电解，后水洗；(4)将步骤(3)处理后的不锈钢表面于温度50-60℃、湿度60-70％下放置，后再于温度35-40℃、湿度40-50％下放置，进行硬化处理。优选地，所述步骤(1)中，所述氢氧化钠溶液和含碱蚀添加剂的溶液的温度为80-85℃；优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为6.5-8％；优选地，所述含碱蚀添加剂的溶液的浓度为0.3-0.5％；优选地，所述碱蚀添加剂为HDW-1050碱蚀添加剂；优选地，所述化学除油和碱蚀处理进行10-15分钟；优选地，所述水洗是使用80-85℃的水，优选地，所述水洗时间为3-5分钟。优选地，所述步骤(2)中，所述氧化溶液包含CrO3200-300g/L；优选地，所述氧化溶液的温度为75-90℃；优选地，所述氧化溶液的pH为0.4-1.5；优选地，通过向所述氧化溶液中加入H2SO4溶液来调整氧化溶液的pH为0.4-1.5；优选地，所述H2SO4溶液的浓度为98％；优选地，所述氧化处理进行15-35分钟；优选地，所述步骤(2)氧化后水洗，水洗是于25-40℃下循环水洗3-5分钟；优选地，水的pH为＞3；优选地，所述步骤(3)中，所述电解液包含CrO3100-150g/L、Na2SiO380-100g/L、纳米氮化硅15-20g/L、纳米碳化硅3-5g/L；优选地，所述电解液的温度为40-52℃；优选地，所述电解液的pH为0.5-1.5；优选地，通过向所述电解液中加入H2SO4溶液来调整电解液的pH为0.5-1.5；优选地，所述H2SO4溶液的浓度为98％；优选地，进行所述电解的电流为直流电；优选地，所述电流的强度为42-4A/m2；优选地，所述电流强度初始为40-42A/m2，后电流强度按照i＝3+30/t逐步减小至4A/m2，其中，所述i为电流强度，所述t为时间；优选地，所述电解时间为25-55分钟；优选地，所述电解包括以初始为40-42A/m2的电流强度电解10-25分钟，后在电解的同时经过14-18分钟将所述电流强度按照i＝3+30/t逐步减小至4A/m2；优选地，所述水洗是在25-40℃下循环水洗3-5分钟；优选地，水的pH为＞3。优选地，所述步骤(4)中，两次放置进行硬化处理的时间分别是3-3.5小时和48-72小时。本专利技术所述的制备方法所制备的基于不锈钢表面的抗结焦纳米结晶材料。包括通过本专利技术所述制备方法所制备的抗结焦纳米结晶材料的不锈钢基材。为了使本专利技术的目的、技术特征及有益效果更加详细，以下结合不锈钢304、316L、317L及0Cr13，对本专利技术所述抗结焦纳米材料进一步进行说明。本专利技术中，在不锈钢表面所形成的抗结焦纳米材料层与不锈钢基材为嵌入式结合，该不锈钢基材在表面由浅入深地形成蜂窝状基材结构，在该蜂窝状结构的空隙中填充嵌入了本专利技术所述的抗结焦纳米材料，不锈钢基材与纳米材料无结合面，不锈钢基材与纳米材料的热膨胀不会出现明显的断层，当接触介质的温度反复明显波动变化的时候，这种嵌入式的结合方式使纳米材料与不锈钢基材不会出现膜层脱落的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料，按重量百分比计，所述纳米结晶材料包含：碳0‑3％，氧23‑38％，铬38‑53％，铁10‑35％，钼0‑2％，镍0‑4％，硅3.5‑5％，钙0‑1％，余量为杂质元素。
【技术特征摘要】
1.一种基于不锈钢表面的抗结焦纳米材料，按重量百分比计，所述纳米结晶材料包含：碳0-3％，氧23-38％，铬38-53％，铁10-35％，钼0-2％，镍0-4％，硅3.5-5％，钙0-1％，余量为杂质元素。2.根据权利要求1所述的抗结焦纳米材料的制备方法，其特征在于，所述纳米结晶材料包含：碳0.71％，氧34.62％，铬42.81％，铁13.11％，镍3.1％，硅4.73％，钙0.92％，余量为杂质元素。3.根据权利要求1或2所述的抗结焦纳米材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)使用氢氧化钠溶液和含碱蚀添加剂的溶液对不锈钢表面进行化学除油和碱蚀处理，后水洗；(2)将步骤(1)处理后的不锈钢表面经氧化溶液进行氧化处理，后水洗；(3)将步骤(2)处理后的不锈钢表面作为阴极浸泡在电解液中进行电解，后水洗；(4)将步骤(3)处理后的不锈钢表面于温度50-60℃、湿度60-70％下放置，后再于温度35-40℃、湿度40-50％下放置，进行硬化处理。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，优选地，所述氢氧化钠溶液和含碱蚀添加剂的溶液的温度为80-85℃；优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为6.5-8％；优选地，所述含碱蚀添加剂的溶液的浓度为0.3-0.5％；优选地，所述碱蚀添加剂为HDW-1050碱蚀添加剂；优选地，所述进行化学除油和碱蚀处理10-15分钟；优选地，所述水洗是使用80-85℃的水进行清洗，优选地，所述水洗时间为3-5分钟。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，优选地，所述氧化溶液包含CrO3200-300g/L；优选地，所述氧化溶液的温度为75-90℃；优选地，所述氧化溶液的pH为0.4...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，
申请(专利权)人：深圳市诚达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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