石油、化工行業(yè)熱工爐用哪些耐火材料

化工和石油工業(yè)是耐火材料應用的一個(gè)重要領(lǐng)域。由于熱工爐窯多，操作條件復雜，所以，需要選擇各種不同類(lèi)型耐火材料以適應各自特殊的應用條件。

在此，選擇其中較為突出的特殊應用的例子作些簡(jiǎn)單說(shuō)明。

（1）炭黑燃油爐用耐火材料。在生產(chǎn)炭黑的工藝中，為了提高生產(chǎn)效率和反應程度，必須提高反應溫度，所以，需要具有高耐火性能的耐火材料才能與之相適應。又如，要生產(chǎn)硬質(zhì)炭黑，也必須提高反應溫度，特別是生產(chǎn)長(cháng)壽命、滾動(dòng)磨損小的輪胎則需要更硬的炭黑，其反應溫度達到2000-2100℃，這就要求更耐火的耐火材料與之相適應。

（2）渣化煤氣化裝置。眾所周知，煤氣工業(yè)廣泛應用耐火材料。氣化設備內襯耐火材料使用條件極為嚴酷，操作溫度和壓力高，氣化爐渣屬于侵蝕力極強的酸性渣，對耐火材料具有極強的侵蝕能力。同時(shí)，還有出現高度侵蝕性氣體的情況。選用高耐酸性爐渣侵蝕的耐火材料才能獲得高壽命。

（3）石油裂化器。在石油精煉工藝中，催化裂化器內的操作條件屬于最苛刻的操作條件之一，工藝條件包括高溫和高壓。催化裂化器襯用耐火材料需要具備較高的耐磨性和較低的熱傳導率這樣兩個(gè)相互矛盾的性能。因為高耐磨性一般需要高密度，而低熱傳導率一般需要較低的密度，因此，需要介紹一下具備這兩個(gè)性能的材料及其有關(guān)的問(wèn)題。
本文主要對上述石化工業(yè)中的炭黑反應器用耐火材料進(jìn)行討論和分析，為相關(guān)耐火材料的開(kāi)發(fā)和應用提供依據。


炭黑反應器用耐火材料

炭黑主要是元素碳熔融或結合的近似球狀顆粒的聚集體。當今主要采用油爐工藝進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)出不同品種和不同粒度的炭黑。

炭黑生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)況    

炭黑的生產(chǎn)大部分采用燃油爐。通常，燃油爐工藝采用一種類(lèi)似很大的燃油器的圓筒形反應器，由4個(gè)帶（或室）組成，即燃燒帶（室）、節流環(huán)（室）、反應帶（室）和急冷帶（室）。

在燃燒帶增加的預熱空氣和燃燒的原料提供生產(chǎn)過(guò)程所需要的高溫，同時(shí)亦為原料進(jìn)入反應帶的通道起點(diǎn)。

節流環(huán)將燃燒帶和反應帶分離，同時(shí)提高進(jìn)入反應帶的氣體速度。

反應帶形成炭黑，并通過(guò)溫度、氣體速度和隨著(zhù)原料引入的不同“種子”材料而控制炭黑的顆粒大小、形狀和硬度。急冷帶通過(guò)噴水使溫度急劇下降，從而結束爐內反應。

操作溫度在反應器全部反應過(guò)程中變化不定。加溫操作從燃燒帶的前端開(kāi)始，向著(zhù)節流環(huán)溫度越來(lái)越髙。在節流環(huán)處溫度最高，速度最快。在反應帶，溫度稍有下降，速度變得相當緩慢，通過(guò)沿著(zhù)冷卻帶不同位置噴射冷卻水來(lái)改變反應時(shí)間的長(cháng)短，即通過(guò)急速?lài)娝畞?lái)降低溫度。

此外，當生產(chǎn)炭黑的品種改變時(shí)，通常會(huì )發(fā)生溫度的劇烈波動(dòng)，當冷卻帶的位置改變時(shí)，也會(huì )引起溫度的急劇變化，這種溫度劇變都會(huì )引起耐火材料剝落損毀。

炭黑顆粒的大小受爐子尺寸、結構、溫度和冷卻前在反應帶停留的時(shí)間長(cháng)短的限制，而操作溫度和第一次噴水的位置則取決于炭黑的等級。

炭黑反應器用耐火材料的選擇    

最理想的炭黑反應器內襯耐火材料應具有耐火度高、抗熱震穩定性好、密度大、氣孔率低和抗高溫腐蝕/侵蝕性強等優(yōu)點(diǎn)。

大多數炭黑反應器內襯采用Al2O3-SiO2質(zhì)耐火材料砌筑，其中靠?jì)纫r則采用高鋁質(zhì)耐火材料或者黏土質(zhì)耐火材料砌筑。操作溫度范圍不同時(shí)需要選用不同檔次的耐火材料筑襯。

在低溫（1550?1750℃）范圍內操作的反應器內襯，一般選用莫來(lái)石結合Al2O3（含量大于90%）的剛玉磚砌筑。有時(shí)在冷卻帶則選用高純度的（Al2O3含量為60%~70%）高鋁磚砌筑。

在高溫（1750~1925℃）范圍內操作的反應器內襯，通常都進(jìn)行分區砌筑，在燃燒帶的熱面，一般選用90%Al2O3-10%SiO2的耐火材料筑襯；在高溫節流環(huán)和反應器熱面，則選用99%A12O3的剛玉磚和具有良好的抗熱震性能的90%Al2O3-10%Cr2O3磚砌筑。

在超高溫（大于1925℃，即2000-2100℃）范圍，則選用Cr2O3-Al2O3（70%Cr2O3）磚砌筑。

1、SiO2-Al2O3質(zhì)耐火材料

在SiO2-Al2O3系耐火材料中，當w（Al2O3）>90%時(shí)，被稱(chēng)為剛玉質(zhì)耐火材料。

當使用純凈SiO2和Al2O3材料生產(chǎn)剛玉質(zhì)耐火材料時(shí)，其液相出現的溫度為1840℃，如圖5-1所示。

采用傳統的工藝生產(chǎn)的剛玉質(zhì)耐火材料，其物理性能和使用性能并不能達到非常理想的程度，其抗熱震性都較差?，F在通過(guò)使用純凈原料和原位形成的結合技術(shù)等，剛玉質(zhì)耐火材料的物理性能和使用性能有了長(cháng)足的進(jìn)步，品種不斷增加。其中，原位莫來(lái)石結合90%Al2O3的剛玉磚和特殊Al2O3結合94%Al2O3，甚至98%Al2O3的剛玉磚都先后開(kāi)發(fā)出來(lái)了。

這些特殊剛玉耐火制品比同材質(zhì)的傳統剛玉耐火制品的氣孔率更低，密度更高，強度更大，尤其是抗熱震性非常突出。50mm*50mm*76mm樣品在1200℃保溫lOmin、水冷2min，空氣中放置干燥8min為一循環(huán)在40次以上（見(jiàn)表5-1），而傳統制品僅為2~7次，即使是傳統莫來(lái)石剛玉制品也只有10~15次。

特殊莫來(lái)石結合剛玉磚主要用于低溫炭黑反應爐中，或者用于高溫炭黑反應爐的冷卻帶。實(shí)際使用結果表明，在燃燒和限制帶使用時(shí)，特殊莫來(lái)石結合90%A12O3的剛玉磚的使用壽命比同材質(zhì)傳統莫來(lái)石-剛玉磚高50%~200%，大大延長(cháng)了爐子的使用壽命。特殊A12O3結合剛玉磚（95%~98%Al2O3），王要用于炭黑反應爐中使用條件苛刻的反應帶，其使用溫度極限可達2000℃。