乙烯是石油化工的基础原料之一,约有75%的石油化工产品源于乙烯,目前我国已经具有2600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。无论是采用乙烷、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,裂解炉都存在一个突出的结焦问题。原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、换热效率下降,裂解炉需要定期清焦。清焦次数增加对乙烯和副产品产量、燃料消耗、炉管寿命等均带来不利。因此,在乙烯裂解原料中注入结焦抑制剂延长裂解炉运行周期,是最经济的一种办法。
国内,部分乙烯裂解炉结焦使用二甲基二硫为抑制剂。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。但二甲基二硫为结焦抑制剂,随裂解深度增加、温度提高,特别是轻烃裂解炉炉管表面温度大于1000℃,对结焦的抑制效果不明显。
国内研制硫磷化合物型结焦抑制剂已有多年,现在拥有核心技术生产结焦抑制剂主要有金浦新材料股份有限公司、宜兴金兑化工有限公司、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炉正常使用,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炉进行使用。使用结果表明,硫磷化合物结焦抑制剂能够延长裂解炉的运行周期50%-150%,在提高乙烯产能、延长炉管寿命方面得到较好效果。
随着近年来乙烯产能扩大,乙烯裂解炉对结焦抑制剂的需求增加,按照国内乙烯产能2600万吨/年计,全年需求约3500吨。故乙烯裂解炉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。
硫磷化合物型结焦抑制剂含有硫、磷等活性元素,具有无腐蚀、高沸点、高分解温度等特点,随原料进入裂解炉管内,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防止炉管渗炭,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。