乙烯是石油化工的基本有机原料,约有75%的石油化工产品源于乙烯,目前我国已经具有2000多万吨的乙烯产能。乙烯生产主要采用过热蒸汽热裂解法,管式裂解炉是裂解过程中的核心设备,主要有对流段和辐射段组成。无论是乙烷、丙烷为主的气相原料还是石脑油、轻质柴油等为主的液相原料,裂解过程中都存在一个突出的结焦问题。裂解料在辐射段发生高温裂解,同时有结焦等副反应,焦沉积在管壁上造成炉管堵塞、换热器效率下降等,生产装置需要定期切换设备,停炉清焦甚至更换炉管部件,严重制约了乙烯装置实际产能,增加了生产运行成本。乙烯裂解过程注入结焦抑制剂延长炉管清焦周期,易于实施且效果显著,是最经济的一种办法。
国内乙烯裂解炉部分使用二甲基二硫为结焦抑制剂。二甲基二硫在裂解温度下,分解出活性硫与炉管金属表面进行反应,生成金属硫化物,钝化炉管表面,屏蔽炉管金属中Fe和Ni元素的催化活性中心,抑制非均相催化反应。但二甲基二硫用作结焦抑制剂,随裂解深度增加、裂解温度提高,对裂解结焦的抑制效果有降低的趋势,特别是轻烃裂解炉炉管表面温度大于1000℃,难以保证抑焦效果。
国内研制复合结焦抑制剂已有多年,现在拥有核心技术生产复合结焦抑制剂主要有金浦新材料股份有限公司、江阴盛源科技有限公司等。产品在中国石化齐鲁分公司、茂名分公司、扬子石化分公司、上海石化、武汉中韩乙烯等乙烯裂解装置已得到常态使用,同时在中国石油兰州石化、独山子炼化、四川石化等乙烯裂解装置进行推广使用。使用结果表明,复合结焦抑制剂能够延长裂解炉的运行周期一倍以上。随着近两年来乙烯项目的陆续建成投产,生产规模进一步扩大,乙烯裂解装置对复合结焦抑制剂的需求越来越多,按照国内乙烯产能2600万吨计,添加量为裂解原料量的万分之一,全年需求量达2600吨。故乙烯裂解炉用复合结焦抑制剂需要建立标准以规范其技术要求、试验方法,保证产品质量和应用性能。
乙烯裂解炉用复合结焦抑制剂含有硫、磷等活性元素,具有无腐蚀、高沸点、高分解温度等特点,随蒸汽或裂解原料进入裂解炉内,高温下分解出活性组分钝化炉管表面形成一层紧密的保护膜,改变自由基反应历程,抑制均相自由基反应结焦及焦油聚合结焦。同时该剂还具有下列功效:①硫磷化合物协同作用,降低结焦速率,改变焦垢的物理形态,使之松散,不易附着于炉管表面;②防止炉管渗碳,延长炉管使用寿命;③减缓对加注设备、炉管的腐蚀,提高炉管抗腐能力,同时能够改善下游急冷锅炉的结焦。