在一方面，本发明专利技术包括具有多峰颗粒分布的热稳定的成形陶瓷组件，该多峰颗粒分布包括（ｉ）至少５０ｗｔ％包括稳定的氧化锆的粗颗粒，粗颗粒的Ｄ５０颗粒尺寸为５－８００μｍ，基于该组件的总重量；和（ｉｉ）至少１ｗｔ％在粗颗粒中分散，Ｄ５０平均颗粒尺寸不大于粗颗粒的Ｄ５０颗粒尺寸的四分之一的细颗粒，基于所述组件的总重量；其中在烧结之后，所述组件在环境温度下的孔隙率为５－４５ｖｏｌ．％，基于所述陶瓷组件的成形体积。在其它实施方案中，本发明专利技术包括从烃进料使用再生性裂解反应器系统制造烃裂解产物的方法，该方法包括如下步骤：（ａ）将包括双峰稳定的氧化锆陶瓷组件的裂解反应器加热到至少１５００℃的温度以产生受热的反应性区域，其中在将该组件曝露于至少１５００℃的温度两小时之后，该组件在环境温度下测量的本体孔隙率为５－４５ｖｏｌ．％，基于该组件的本体体积；（ｂ）将烃进料进料到受热的裂解反应器以裂解该烃进料和产生裂解的烃进料；和（ｃ）骤冷该裂解的烃进料以生产烃裂解产物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术人ChangMin Chun 和 Frank Hershkowitz优先权要求本申请要求2008年11月M日提交的USSN 12/277，056的优先权和权益。 专利
本专利技术涉及陶瓷组件，使用其的方法，和热反应器装置，展示了在高温应用中的改进物理和化学稳定性，促进改进的工艺可靠性和设备耐用性。在一些实施方案中，该组件在反应器中具有特定功用，该反应器例如可用于热裂化或转化烃，或用于实施其它高温化学反应。本专利技术包括耐火级陶瓷组件，该组件展示出与现有技术耐火级陶瓷相比，改进的强度，韧性，化学稳定性和在高温，如大于1500°C下的热稳定性。
技术介绍
常规蒸汽裂化器是用于裂化挥发性烃，如乙烷、丙烷、石脑油和瓦斯油的通常工具。相似地，其它热或裂解反应器，包括反向流和其它再生性反应器，也已知用于裂化烃和/ 或执行热转化和化学工艺，包括可以在比合适地在常规蒸汽裂化器中实施更高的温度下实施的一些工艺。更高温度的反应和工艺典型地要求更复杂，昂贵，和特殊化的设备以容忍密集的热和物理应力条件，及设备温度，强度，和韧性限制通常限定许多工艺和设施的上限。在例示的热加工实例中，已知技术公开了为从甲烷进料的热加工有效地获得乙炔的相对高产率，例如超过75wt%的产率，要求反应器温度超过1500°C和优选超过1600°C， 与相对短的接触时间(通常<0. 1秒)。已知可以从甲烷以相对小的数量或批次，使用高温度和短的接触时间在循环工艺中制备乙炔，从而得到乙炔，⑶和氏的混合物。然而，与产生乙炔的其它工业方法相比和与其它裂化方法如和生产烯烃的常规蒸汽裂化相比，甲烷裂化方法不是有效的。工业上，乙炔典型地通过裂化甲烷以外的进料而产生。高温工艺(如> 1500°C)传统上不能较好地放大和通常仅仅用于相对高成本，专门应用。由于反应器和相关设备的热，化学和机械劣化，方法如热裂化甲烷成乙炔极大地在工业上不是有吸引力的。 除了对于反应器材料的物理温度限制以外，许多在较低温度下是惰性的现有技术反应器材料可能易受高温下的化学变化影响，从而导致过早的设备劣化和/或工艺干扰，如通过产生污染物。尽管再生性裂解反应器通常在本领域已知能够转化或裂化烃，它们并没有达到工业或广泛的使用，至少部分是由于如下事实它们并没有成功地较好地放大到工业经济的规模或工业有用的使用期限。这些缺点已经导致受损害或替代解决方案的使用，如在以上实例中，工业乙炔生产主要通过加工高分子量烃如乙烷、丙烷、石脑油、和瓦斯油在更低温度下，如通过常规蒸汽裂化器完成。进一步复杂化材料稳定性和可靠性问题已经是曝露于在许多裂解工艺期间遇到的大，循环温度变化。这些温度变化和产物流动方向变化可以对耐火材料在高温下施加严格的物理强度和韧性需求。在高温下的材料寿命预期可以严格地受限制或或排除。这样的物理需求也典型地限制了耐火材料的制造和使用到相对简单的形状和组件，如砖、瓦、球、 和相似的简单整体料。反应器组件功能和形状已经对于高严格性服务受到限制。例如，延缓的燃烧，再生性反应器方法在2006年12月21日提交，系列号为11/643，M1，题目为"甲烷转化为高级烃"，主要涉及用于裂解系统的甲烷原料的U. S.专利申请中提出。尽管'541 申请的公开内容有效地控制反应器中燃烧的位置，内部反应器组件必须仍然与严格高的温度，温度变化，和在甲烷裂解期间产生的物理应力对抗，特别是对于工业所需的反应器寿命期限。包括反应性区域的耐火材料可以典型地是陶瓷或相关耐火材料。在一些实施方案中，然而，公开的方法和装置可采用相对复杂形状的耐火组件，例如用于传导工艺流体通过反应器的薄壁蜂窝整体料。这样的反应器和反应器组件几何尺寸可要求具有强度，韧性，化学惰性和其它要求的性能的材料，其超过先前识别或已知的耐火材料在这样的温度和应力条件下的能力。进一步例如，丨‘miiff"方法给出了用于生产乙炔的多种优选工业方法中的一种。milff公开了循环，再生性加热炉，优选包括哈施瓦的堆叠物(参见US 2，319，679)作为换热介质。然而，这样的材料已经展示了不足够的强度，韧性，和/或化学惰性，和不服从作为某些所需反应器组件的用途，例如用作反应器流体导管，为促进大规模商业化。尽管一些"miiff"技术公开了各种耐火材料的使用，用于甲烷裂化的工业有用方法或其它极端高温方法(如> 1500°c，> 1600°C，和甚至> 1700°C )并没有先前采用这样的材料而达到。 上述的实际障碍已经阻碍了技术的大规模实施。对于高温度，高应力应用的材料有效性是大规模，工业，高生产率，热反应器的设计和操作中最关键的一个问题。由于循环裂解反应器中涉及的高温度，通常仅仅陶瓷组件具有满足在这样进取性应用中需要的材料特性的潜力。美国材料试验学会(ASTM)将陶瓷制品定义为“具有结晶或部分结晶结构，或玻璃的上釉或未上釉主体的制品，该主体从基本无机，非金属物质生产和从在冷却时固化的熔融本体形成，或通过热量的作用形成和同时或随后熟化"。陶瓷组件通常可以分为三个材料类别工程级，隔绝级，和耐火级。术语"工程级"已经应用于陶瓷材料，它典型地具有非常低的孔隙率，高密度，相对高的热传导率，和包括完全组件或内衬。实例包括氧化铝(Al2O3),氮化硅(Si3N4),碳化硅(SiC)，氧氮化硅铝(SIALON)，氧化锆(ZrO2),转变增韧的氧化锆(TTZ)，转变增韧的氧化铝(TTA)，和氮化铝(AlN)的密集形式。这些材料通常具有高强度和韧性，它们已经急剧改进到陶瓷现在可得到的程度，它可以与先前认为不能用于陶瓷的应用中的金属竞争。强度是当施加负荷时对材料中裂缝的形成或结构损害的抵抗性的量度。韧性是材料对裂缝传播或故障点的损害的延伸的抵抗性的量度。例如，工程级Al2O3和SiC可采用大于345MPa的强度购得，以及Si3N4和TTZ可以采用大于690MPa (IOOkpsi)的强度购得。一些TTZ具有在 15MPa · m1/2左右的韧性，它是高于常规陶瓷的数量级。尽管工程级陶瓷在相对低温度下具有优异的强度和韧性，它们的耐热震性相对较差(强度和韧性两者)和许多等级，例如但不限于硼化物、碳化物和氮化物在高温下不是化学稳定的。许多也不适于在采用一些裂解反应遇到的高温度下使用。第二类的陶瓷材料是隔绝级陶瓷，它由相对高的孔隙率代表。许多可具有纤维性结晶颗粒结构和比工程级陶瓷是更为多孔的，具有更低的密度，和具有比工程级陶瓷更低的热传导率。将隔绝整体陶瓷和复合陶瓷通常制造为各种形式如刚性板，圆筒体，纸，毛毡， 纺织品，毛毯和可模塑物。许多主要在升高的温度，例如至多1700°C下用于绝热。取决于所希望的应用可以产生宽范围的孔隙率和孔度，但通常，隔绝级陶瓷与工程级陶瓷相比倾向于是相对多孔的。多孔陶瓷具有许多开放或密闭内部孔，它们提供热屏蔽性能。通常，相当多孔陶瓷，例如孔隙率大于50vol. %和通常甚至超过90vol. %的那些，用于其中要求特别低热传导率(<0.08W/m*K)的绝热。然而，隔绝级陶瓷典型地缺乏对于许多裂解反应器和方法的内部组件需要的结构强度和功能韧性。隔绝级陶瓷典型地识别为具有小于约 4Kpsi (27. 6MPa)和通常甚至小于IKpsi (6. 9本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．热稳定的成形陶瓷组件，所述组件包括：多峰颗粒分布，该多峰颗粒分布包括；（ｉ）至少５０ｗｔ％包括稳定的氧化锆的粗颗粒，所述粗颗粒的Ｄ５０颗粒尺寸为５－８００μｍ，基于所述组件的总重量；和（ｉｉ）至少１ｗｔ％在所述粗颗粒中分散，Ｄ５０平均颗粒尺寸不大于所述粗颗粒的Ｄ５０颗粒尺寸的四分之一的细颗粒，基于所述组件的总重量；其中在烧结之后，所述组件在环境温度下的孔隙率为５－４５ｖｏｌ．％，基于所述成形组件的体积。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·千，
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：US
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