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    炭黑反应炉使用铬刚玉耐火材料的经验

    添加时间:2017年8月20日  浏览次数:

    炭黑反应炉的耐火材料选材,对于炭黑生产线效能的正常发挥是非常重要的。为了使炭黑反应炉炉衬选用耐火材料更为科学。耐火材料应从抵抗高温气流冲蚀的能力,抵抗炭黑粒子化学侵蚀的你能力和抵抗炉气杂质化学侵蚀的能力三方面入手选择合适的耐火材料。

          炭黑反应炉多以重油为燃料,乙烯焦油等碳氢化合物为原料,在生产炭黑过程中于反应炉内进行比较复杂的燃料燃烧,碳氢原料的热分解,冷却炭黑的喷雾水作用,以及燃料和原料热分解产物与内衬耐火材料组份的物理化学反应等多种过程。在反应炉内燃烧段温度可达1600~1700℃,且炉内热气流速很大,气流速度在喉管末端为全炉最大,可达340~370m·s-1  正常工作状态下,喉管末端气流温度为1700℃以上,甚至高达1900℃或更高。同时,由于操作原因引起的停炉及各类产品的更换,采用水蒸气入炉扫油管管路,均会造成炉衬材料受热应力作用引起剥落。另外,燃料和原料热解后产生的灰分中含有V、Ni、Na、Ca、S等的氧化物,对耐火材料也有很大的侵蚀作用。

    炭黑反应炉

          燃料的高温燃烧气体和原料以每秒几十米甚至300多米的速度从燃烧室通过喉管进入反应室进行反应,反应产物又在冷却段用化学纯水喷雾冷却,将含碳高温混合气体冷却到700~800℃。因此,炭黑反应炉内衬在使用过程主要受反应产物H2 、C、CO和灰分的化学侵蚀。所以对内衬耐火材料要求具有如下的特性:(1)高的耐火度,在更高温度下不软化,不变形:(2)优良的高温体积稳定性和还原气氛下的稳定性(3)较强的抗熔灰侵蚀性(4)高的高温强度以抵抗高速气流的冲刺(5)良好的抗热震性。

          目前,国内外炭黑反应炉内衬用耐火材料可分为AL2O3-SiO2系、AL2O3AL2O3-Cr2O3系及ZrO24大类。AL2O3-SiO2系中有高铝质、莫来石质、刚玉—莫来石质制品,AL2O3系为刚玉质制品,AL2O3-Cr2O3系为Cr2O3含量不同的铬刚玉材料,ZrO2系为含氧化锆的铬刚玉制品及纯氧化锆制品,这些材料可以是定形(如烧成砖、化学反应结合砖)也可以是不定形(如浇注料、捣打料)制品。

          1分别列出了当前炭黑反应炉不同部位内衬材料的选择、使用寿命和材料性能。


    1刚玉莫来石制品

           刚玉莫来石制品是以白刚玉做颗粒、氧化铝、粘土等共磨粉为基质,在高温烧成时原位合成莫来石方法制得的。这种制品用于炭黑反应炉内衬,最高工作温度达1700℃,使用寿命达48个月以上。但该产品在还原气氛中存在着被反应物H2 、C、CO等还原剂还原的问题,CH2等在高温下都会分解莫来石生成刚玉和SiO,SiO或者随工艺气体逸出,或者进一步还原成Si,并在制品中形成玻璃相,造成材料结构疏松或玻璃相化。在强化化工过程和提高碳氢原料在高速气流中热分解温度的条件下,刚玉莫来石制品就不能适应反应炉内衬所需的综合作用。:

    2刚玉制品

       采用刚玉制品作为内衬材料,在高温和高速流体作用下,在还原气氛中比刚玉莫来石内衬具有更优的抗侵蚀性和使用寿命。刚与材料在H2作用下,材料中少量的β-AL2O3由于Na2O被还原而转变为α-AL2O3,发生刚玉晶体的再结晶作用而长大,从而提高制品的热态强度,而其他高温性能则变化不大,所以高纯刚玉制品适宜在1800~1850℃还原气氛中长期使用。

    铬刚玉砖


    3铬刚玉制品

           AL2O3-Cr2O3系耐火材料是随高新技术发展而发展起来的一种优质新型耐火材料,适用于工作温度约2000℃的炭黑反应炉衬或其它超高温热工装置衬里,这种材料是以AL2O3Cr2O3为原料经高温合成而成,它比纯刚玉制品有更优的高温力学性能和抗渣蚀性。AL2O3Cr2O3在高温下形成固溶体,液相出现温度随Cr2O3含量的增高而不断提高。因此,在AL2O3中添加Cr2O3只能改善纯刚玉制品的高温力学性能,而不会产生不良的影响。采用AL2O3Cr2O3系或在AL2O3-Cr2O3系中加入少量ZrO2材料作反应内衬,可以改善体系的热震稳定性和抗化学侵蚀性,提高炉衬材料的使寿命。此类材料在炭黑反应炉喉管和反应段使用寿命可达18个月以上。

    铬刚玉砖

          综上所述,我公司郑州驹达耐火材料有限公司根据炭黑反应炉的使用条件(工作温度、工作压力、气流速度,气氛、急冷状况等),用于内衬最有前途的耐火材料应该是具有高耐火度,高温力学性能优,抗渣蚀性和抗热震性好,高温热力学稳定的材料,以氧化锆、AL2O3Cr2O3、刚玉系材料为优Sio2 、Mgo 、CaO型材料不宜使用。

    关键词:刚玉   铬刚玉      
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