乙烯裂解的结焦及有效抑制措施

乙烯裂解的结焦及有效抑制措施

于涛

大庆石化公司化工一厂，黑龙江省大庆市 163000

摘要：在社会经济水平不断提高的同时，我国各个领域发展的速度变得越来也快，其中也包括乙烯工业。就从目前的情况看来，在乙烯工业生产过程中会应用到裂解炉，然而在裂解炉当中各种烃类原料在裂解过程中会在炉管位置发生焦聚集，这个过程也就是结焦。然而结焦不仅会导致乙烯生产过程中能耗增加，并且还会降低炉管整体的使用寿命，在后期容易出现乙烯产量降低等现象。为此，相关管理人员要对乙烯裂解结焦予以足够的重视，并且采取有效的措施来对其进行抑制，这样才能够达到良好的效果。

关键词：乙烯裂解；结焦；抑制措施

前言：

通过实际调查发现，乙烯生产过程中会使用到各种各样的方法，其中最为重要的就是热裂解法，这种方法所应用到的核心设备就是乙烯裂解炉，在乙烯装置当中操作温度最高的构件就是炉管。在通常的情况下，裂解炉会受到各种因素所带来的影响，这样就会导致结焦现象的出现，引起炉管损坏，生产装置的经济效益也就会因此而受到影响，所以工作人员要结合实际情况来应用抑制措施，这样才可以确保裂解炉能够正常运行，结焦现象出现的概率也会得到进一步降低。

一、乙烯裂解的结焦原理

（一）催化结焦

所谓的催化结焦，简单的来说就是炉管表面的Fe、Cr等一系列过渡金属元素对烃类自由基深度催化脱氧而引起的结焦现象，就从目前的情况看来，烃类热裂解的初期阶段会出现这种催化结焦，这主要是因为Fe、Cr等过渡金属元素非常容易与富有电子的烃类自由基中间体之间发生电子配对，进而就会对焦炭的形成起到促进作用。另外，烃类自由基会在Fe、Cr等具有催化活性的金属表面上进行吸附和沉积，在这之后烃类自由基会与金属粒子之间发生相应的过渡态碳化物，不过这种过渡态碳化物在高温环境下并不稳定，并且还会进行重新分解，进而可以分解两种物质，这两种物质分别是碳原子和金属粒子。全新分解的碳原子会通过各种途径扩散到金属内部，其他碳原子也可以与分解的金属粒子之间发生反应，在这种反应的作用下会生成相应的过渡态碳化物，以上反应会循环发生，最后可以在金属表面形成不稳定的过渡态碳化物薄膜。这种过渡态碳化物薄膜主要以碳作为扩散源而在金属当中进行扩散，不仅能够对新的碳原子进行持续吸收，而且还会为碳在金属当中扩散而提供相应的动力。另外，金属粒子容易在催化焦当中进行迁移，炉管表面发生结焦现象的同时，渗碳效应也会发生，这样就会导致炉管性能受到较大程度的损害，炉管整体的使用寿命也会得到进一步缩短。

（二）缩合结焦

就从目前的情况看来，缩合结焦也是气相结焦，在其中最为主要的结焦主体就是芳烃，炉管当中不饱和取代基芳烃发生缩合结焦的概率比较大。在通常的情况下，使用重组份原料的裂解炉（柴油、减压柴油等）和废热锅炉当中会发生缩合结焦，芳烃化合物会在气相氛围当中发生缩合、脱氧反应，这样就会导致焦油液滴出现。炉管表面会与这种焦油液滴之间发生相互碰撞，部分焦油液滴会返回到气相氛围当中，而另一部分焦油液滴会在炉管表面发生粘附。根据有关调查表明，炉管表面粘附的焦油液滴可以分为两种形式，这两种形式分别是焦油液滴浸润炉管表面，进而炉管表面会发生脱氧，这样就会导致褐色薄膜焦出现；另一种焦油液滴不会对炉管表面进行浸润，气相氛围当中的自由基会与焦油液滴之间发生脱氧生焦，这样就会形成球状焦。

（三）自由基结焦

现阶段催化结焦和缩合结焦形成的丝状焦和炭黑颗粒就是自由基结焦，自由基在反应过程中会对结焦起到一定的促进作用。裂解气当中会存在各种各样的不饱和小分子，其中包括乙烯、乙炔等，这些不饱和小分子会聚集形成微粒，焦碳表面的甲基、乙基等自由基会与微粒发生相互反应，这样就会出现芳烃。芳烃在脱氧缩合作用下会发生结焦，在这个过程中会产生更多的自由基，不饱和分子会与这些自由基之间发生相互反应，从而结焦主体就会变得越来越大，从而炭黑粒子也就会出现。焦丝增粗与球形炭黑微粒增大可以通过自由基原理进行充分解释，不过裂解炉温度会对自由基结焦带来一定程度的影响，如果裂解炉内部温度降低，那么自由基结焦作用也就会因此而降低。

二、乙烯裂解结焦的有效抑制措施

（一）科学使用结焦抑制剂

随着我国经济水平的不断提高，工业生产过程中会应用到各种各样的试剂，并且会将结焦抑制剂加入到乙烯稀释蒸汽或原料当中，这样可以达到良好的防护效果。将结焦抑制剂添加到乙烯裂解炉当中可以确保辐射段处管道始终保持在温度比较低的状态，这样不仅能够将能源消耗进行降低，而且还能够将热量损失度进行减少，将裂解炉使用寿命进行延长的同时，还可以将实践性进行充分提高。在通常的情况下，结焦抑制剂类型比较多，其中包括含磷化合物、含硫化合物等，目前工业生产过程中使用到的主要结焦抑制剂就是三苯基膦与金属化合物，金属化合物可以分为Sn、Sb等。为此，相关工作人员要对这些结焦抑制剂的性能和特点进行充分掌握，并且结合实际的情况来对结焦抑制剂进行合理的选择，这样才能够提高裂解炉使用寿命，结焦现象出现的概率也会得到进一步降低。

（二）改善炉管的结构与材料

为了能够对结焦进行有效的抑制，工作人员可以对炉管结构与材料进行改善，这样可以将抑制结焦效果进行充分提高，特别是在催化结焦抑制当中，在一定程度上可以将炉管热传递能力进行提高。炉管在生产制造的时候可以对铸造与共挤出的方法进行充分应用，进而可以将铝化物加入到炉管材料当中，这样才能够制造出全新的炉管，这种类型的炉管表面会存在一层铝化物，铝化物可以对结焦起到良好的抑制作用。另外，我国工业生产过程中使用到的裂解炉管材料为合金，这种材料有着良好的耐蠕变效果，并且还有着良好的抗结焦能力，所以受到了更加广泛的关注。工作人员要严格按照相关的要求和规定来对炉管结构和材料进行不断的改进和完善，这样才可以提高整体的结焦抑制效果。

（三）改进工艺条件及裂解材料

就从目前的情况看来，工作人员在对工艺条件和裂解原材料进行确定之后可以对优化裂解反应环境来对烯烃分压进行降低，从而也可以将抑制结焦效果进行提高，根据实际的情况来将反应温度进行降低。工作人员要采取有效的措施来对烯烃进行深度裂解，这样才能够其达到预期的烯烃收率，严格按照相关的规定和要求来降低烃分压，从而可以将炉管结焦条件进行有效的改变。在生产过程中要对操作周期、烯烃收率等方面进行综合考虑，在此基础上来对最佳的裂解条件进行确定，对裂解原料进行调整也可以达到良好的抗结焦效果，炉管也可以正常运行。

结语：

由此可见，乙烯裂解过程中会受到一些因素所带来的影响而出现结焦，为了能够对结焦进行有效的处理，相关工作人员要对结焦原因进行充分分析，在这之后采取有效的措施进行处理，这样才能够达到良好的抑制结焦效果，乙烯裂解效率也会得到相应的提高。

参考文献：

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