用于热裂化的形成氧化铝的传热管制造技术

本申请涉及传热管、其制造方法和其用于热裂化烃进料(例如在炉子中热裂化)的用途。传热管包含铬和铝抗渗碳合金，所述抗渗碳合金在热裂化条件下能够产生减少结焦并从而增强传热的典型连续的氧化铝结垢。所述抗渗碳合金包含25.1‑55.0wt％镍；18.1‑23.9wt％铬；4.1‑7.0wt％铝；和铁。此外，所述抗渗碳合金具有至少一种提供合乎需要的机械性能的强化机构。所述抗渗碳合金组合物还抵抗离心浇铸期间裂纹的形成。

Alumina forming heat pipe for thermal cracking

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于热裂化的形成氧化铝的传热管相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月12日提交的临时申请号62/557,516的利益，所述文献的公开内容通过参考引入本文。
本申请涉及传热管和其用于热裂化烃进料(例如在炉子中热裂化)的用途。传热管包含铬和铝抗渗碳合金，所述抗渗碳合金在热裂化条件下能够产生减少结焦并从而增强传热的氧化铝结垢。所述抗渗碳合金具有至少一种提供合乎需要的高温机械性能的强化机构(strengtheningmechanism)。所述抗渗碳合金组合物还抵抗离心浇铸(centrifugallycast)期间裂纹的形成。
技术介绍
烃进料的热裂化或热解，例如烃进料在蒸汽的存在下的热裂化(“蒸汽裂化”)是用于生产轻质烯烃例如乙烯、丙烯和丁二烯的商业上重要的技术。典型的烃进料包括，例如，乙烷和丙烷、石脑油、重瓦斯油、原油等中的一种或多种。热裂化炉通常包括辐射段，其含有至少一个传热管和至少一个加热烃进料的燃烧器。当辐射段中的传热管以盘管布置时，典型地将它们称作“辐射盘管”。在一个常规的热裂化方法中，在至少一个辐射段传热管(“辐射管”)中主要如下将烃和蒸汽混合物间接加热：从一个或多个燃烧器向所述辐射管的外表面传热，例如从一个或多个燃烧器中产生的火焰和高温烟道气辐射传热，从燃烧室外壳的内表面辐射传热，从横穿辐射段的燃烧气体对流传热等。所述传递热将烃进料的温度迅速地提升到所需盘管出口温度(COT)，所述所需盘管出口温度典型地为对于一些非常重质瓦斯油进料大约1450°F(788℃)至乙烷或丙烷进料的大约1650°F(899℃)或甚至1700°F(927℃)。向位于一个或多个辐射管中的烃进料传热导致烃的至少一部分热裂化而产生包含分子氢、轻质烯烃、其它烃副产物、未反应的蒸汽(如果热裂化是蒸汽裂化)和未反应的烃进料的辐射盘管排出物。传输线管道典型地用于将辐射盘管排出物从辐射段传送到淬火阶段。在热裂化期间焦炭积累在辐射管的内表面上。在已经积累了不合需要量的焦炭后，脱焦性混合物(典型地空气蒸汽混合物)的流动代替烃+蒸汽混合物以便除去积累的焦炭。将脱焦性排出物带离。在焦炭脱除之后，烃进料的流动恢复到经脱焦的管子。所述方法以交替的热解(热裂化)模式和脱焦模式持续进行。当辐射管在交替的裂化和脱焦工艺模式之间膨胀和紧缩时，它们经历显著的机械应力。当要求炉子停机/启动时，管子经历甚至更多机械应力。在热解模式期间对轻质烯烃的选择性通过短的接触时间、高温和低烃分压促进。因此，辐射管典型地在高达2050°F(1121℃)的温度(在管子金属处测量)下操作。辐射管因此由在高温下具有合乎需要的性能，例如高蠕变强度和高破裂强度的合金制成。因为所述管子在烃热解期间暴露于渗碳环境中，所以所述合金典型地是抗渗碳的。并且因为所述管子在脱焦期间暴露于氧化环境中，所以所述合金典型地抗氧化。常规传热管合金包括具有蒸汽裂化器合金变型的奥氏体Fe-Cr-Ni耐热钢，所述蒸汽裂化器合金基于具有25wt％铬和35wt％镍的组合物(称为“25Cr/35Ni合金”)，或基于具有35wt％铬和45wt％镍的组合物(称为“35Cr/45Ni合金”)。采用含微量合金元素，例如，硅的不同组合物是常规的，以便增强高温强度和/或抗渗碳性。铁和镍已知为在辐射管的内表面上形成沉积物(“焦炭”)的催化剂。在常规合金中，包含Cr2O3的表面氧化物层典型地在热解期间形成。据信这种氧化物保护铁和镍的位点使其不在热解模式期间与烃接触，从而减少不期望的焦炭形成的量。然而，观察到在更苛刻的热解条件，例如，典型地用于提高轻质烯烃产率的条件下，这种保护性氧化物层的形成受到抑制，反而有利于含碳相，例如Cr3C2、Cr7C3和/或Cr23C6。相应地，位于管子内部表面上的抗渗碳氧化物结垢随时间发生中断，而导致铁和镍暴露于烃进料中，使得焦炭形成的速率提高。为了尝试克服这种困难，美国专利号8,431,230公开了通过采用含2-4wt％铝的合金来提高管子的抗渗碳性。所述合金据说在热解模式期间形成Al2O3结垢，所述结垢即使在其中铬优先形成碳化物而非氧化物的条件下仍保持为稳定的氧化物。因为此类抗渗碳合金与不含铝的常规传热管合金相比具有更低的蠕变强度和更低的破裂强度，所以工业中的商业实例已经将铝的量限制到至多4wt％。更高铝的合金遇到的问题包括在离心浇铸期间形成裂纹和当用于热裂化时蠕变或破裂相关的破坏。所关心的其它参考文献包括US9,249,482；US2009/0016929；US2005/0129567；US6,231,807；US5,206,880和US4,248,629。美国专利号8,906,511公开了通过采用含5-10wt％铝的合金提高管子的抗渗碳性。所述参考文献公开了一种管结构，其中由含铝合金形成的连续内部构件与管外构件的内表面结合，所述管外构件包含更高强度合金以补偿所述含铝层的较低蠕变和断裂强度。这些管子的双层构造是经济需求的。因此，仍然需要这样的传热管，其具有更高的铝含量以抑制铬-碳化物相的形成，同时在不依靠双层构造的情况下具有高温机械强度。
技术实现思路
本专利技术涉及传热管，其包含提供这些所需特征的抗渗碳合金。所述抗渗碳合金包含25.1-55.0wt％镍；18.1-23.9wt％铬；4.1-7.0wt％铝；铁和至少一种强化机构组分。已经发现，抗渗碳合金能在传热管的内表面上形成基本上连续的保护层。还已经发现，所述保护层在热解期间是显著抗渗碳的，并与常规传热管相比不会明显使管子的机械强度或抗碎裂性(spalling-resistance)降低。包含所述规定抗渗碳合金的保护层优选在所述管子的整个内表面上延伸。在某些方面，氧化铝层基本上不含铬。为了达到所需机械强度，所述规定的抗渗碳合金包含至少一种强化机构。所述强化机构可以包含：含1.0-2.0wt％的至少一种选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨的元素，和0.4-0.6wt％碳的碳化物强化机构；或以下物质中的至少一种：a)包含Ni3Al和少于0.15wt％碳的γ撇号(γ′)强化机构；b)包含2.0-4.0wt％的至少一种选自钒、铌、钽、钼、钨的元素和少于0.4wt％碳的固体溶液强化机构；和c)包含0.1-1.0wt％的至少一种选自钇、镧、铈、钪、镨、钕的元素和少于0.4wt％碳的氧化物分散胶体强化机构。在某些方面，传热管是离心浇铸的。本专利技术还涉及传热管的制备方法，包括提供抗渗碳合金和将所述抗渗碳合金离心浇铸以制备传热管。此外，本专利技术涉及制备烯烃的方法，包括在包含抗渗碳合金的传热管中将烃进料热解，其中所述抗渗碳合金包含a)25.1-55.0wt％镍；b)18.1-23.9wt％铬；c)4.1-7.0wt％铝；d)铁；和f)至少一种强化机构。附图简述参考附图以及以下的描述来进一步阐明本专利技术，所述附图以非限制性实例的方式展示了本专利技术的各种实施方案，其中：所述附图展示了一种类型的热解炉的示意流程图。详细描述定义为了本说明书和所附权利要求的目的，限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.传热管，包括：/n包含以下组分的抗渗碳合金：a)25-55wt％镍；b)18-24wt％铬；c)4-7wt％铝；d)铁；和e)至少一种强化机构组分，所述重量百分率基于所述合金的总重量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170912 US 62/557,5161.传热管，包括：
包含以下组分的抗渗碳合金：a)25-55wt％镍；b)18-24wt％铬；c)4-7wt％铝；d)铁；和e)至少一种强化机构组分，所述重量百分率基于所述合金的总重量。


2.权利要求1的传热管，其中所述强化机构包括以下物质中一种或多种：
(i)包含1.0-2.0wt％的至少一种选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨的元素，和0.4-0.6wt％碳的碳化物强化机构；
(ii)包含Ni3Al和少于0.15wt％碳的γ撇号(γ′)强化机构；
(iii)包含2.0-4.0wt％的至少一种选自钒、铌、钽、钼、钨的元素和少于0.4wt％碳的固体溶液强化机构；和
(iv)包含0.1-1.0wt％的至少一种选自钇、镧、铈、钪、镨、钕的元素和少于0.4wt％碳的氧化物分散胶体强化机构。


3.权利要求2的传热管，其中所述传热合金包含强化机构(ii)；(iii)；或(iv)中的一种或多种和少于0.15wt％碳。


4.权利要求1-3中任一项的传热管，其中所述传热合金包含以下物质中的一种或多种：4.5-6.5wt％铝，30.0-50.0wt％镍和20.0-21.9wt％铬。


5.权利要求1-4中任一项的传热管，其中所述抗渗碳合金还包含少于0.5wt％硅。


6.权利要求1-5中任一项的传热管，还包含覆盖至少75％所述管的内表面积的基本上连续氧化物层，其中所述氧化物层包含所述铝的至少一部分的氧化物。


7.权利要求6的传热管，其中所述氧化物层基本上不含铬。


8.离心浇铸热解管，包含a)25-55wt％镍；b)18-24wt％铬；c)4-7wt％铝；d)铁；和e)至少一种选自以下物质的强化机构：
(i)包含1.0-2.0wt％的至少一种选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨的元素，和0.4-0.6wt％碳的碳化物强化机构；
(ii)包含Ni3Al和少于0.15wt％碳的γ撇号(γ′)强化机构；
(iii)包含2.0-4.0wt％的至少一种选自钒、铌、钽、钼、钨的元素和少于0.4wt％碳的固体溶液强化机构；和
(iv)包含0.1-1.0wt％的至少一种选自钇、镧、铈、钪、镨、钕的元素和少于0.4wt％碳的氧化物分散胶体强化机构。


9.传热管的制备方法，包括提供抗渗碳合金和将所述抗渗碳合金离心浇铸以制备传热管，其中所述抗渗碳合金包含a)25-55wt％镍；b)18-24wt％铬；c)4-7wt％铝；d)铁；和e)至少一种选自以下物质的强化机构组分：
(i)包含1.0-2.0wt％的至少一种选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨的元素，和0.4-0.6wt％碳的碳化物强化机构；
(ii)包含Ni3Al和少于0.15wt％碳的γ撇号(γ′)强化机构；
(iii)包含2.0-4.0wt％的至少一种选自钒、铌、钽、钼、钨的元素和少于0.4wt％碳的固体溶液强化机构；和
(iv)包含0.1-1.0wt％的至少一种选自钇、镧、铈、钪、镨、钕的元素和少于0.4wt％碳的氧化物分散胶体强化机构。


10.烯烃的制备方法，包括在包含抗渗碳合金的传热管中将烃进料热解，其中所述抗渗碳合金包含a)25.1-55.0wt％镍；b)18.1-23.9wt％铬；c)4.1-7.0wt％铝；d)铁；和f)至少一种强化机构，包括：
(i)包含1.0-2.0wt％的至少一种选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨的元素，和0.4-0.6wt％碳的碳化物强化机构；
(ii)包含Ni3Al和少于0.15wt％碳的γ撇号(γ′)强化机构；
(iii)包含2.0-4.0wt％的至少一种选自钒、铌、钽、钼、钨的元素和少于0.4wt％碳的固体溶液强化机构；和
(iv)包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：全昌旻，J·J·柏多莫，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：美国;US