[发明专利]用于热解反应器的热隔离组件

说明书

相关申请的交叉参考

本申请涉及且要求2012年3月20日提交且标题为“反应器组件”的U.S.S.N.申请号61/613,141的优先权，其公开内容在此通过参考引入本文。

发明领域

本申请的公开内容涉及隔离组件及其在例如反应器中的用途。本发明涵盖在再生热解反应器中有用的先进材料，方法和装置，所述再生热解反应器可以用于热解或裂解烃。特别地，本发明涉及适合于在高苛刻度的再生热解反应器中，在裂解烃原料中使用的材料，装置和方法的高级用途。

发明背景

可使用热解反应器来热解或裂解烃。这些热解反应器可包括再生工艺，所述再生工艺进行或者对称(在两个方向上相同的化学或反应)或者不对称(在该循环中，化学或反应随步骤而变化)的循环。这些反应器和相关工艺的实例公开于美国专利Nos.2,319,679；2,678,339；2,692,819；3,024,094；3,093,697；和7,943,808中。作为该循环中的步骤之一，可针对再生反应器，使用燃烧，进行循环的高温化学。

该工艺典型地牵涉在一个循环的不同部分内的加热步骤(例如再生步骤)和热解步骤。加热步骤包括放热反应，例如通过导引燃料和氧化剂到反应区中，使该燃料和氧化剂燃烧，然后将燃烧产物导引离开反应区。在热解步骤过程中，含烃的原料经反应区导引，进而在原料内热解烃并从反应器床或其他源中传输热量。一些再生热解反应器将燃料和/或氧化剂直接传输到燃烧区中，在没有使该物流流经预热该物流的反应器床的情况下。燃料和/或氧化剂典型地借助喷嘴，分配器或燃烧器引入，它们通常使用与反应流动方向垂直的机构且通常透过反应器容器侧壁穿透(penetrate)反应器。例如，在常规的伍尔夫(Wulff)裂解炉中的加热步骤期间，空气轴向流经再生体，和燃料借助喷嘴引入，所述燃料穿透反应器侧面，在再生体之间的敞开区域内与空气结合(燃烧并释放热量)。

在这些系统中，反应器可包括各种组件以管理物流的流动(例如工艺-流程组件(process-flow component))且可包括隔离材料(例如隔离组件)。这些隔离组件典型地牵涉诸如氧化铝或氧化锆之类的材料。作为一个实例，美国专利No.2,823,027教导了在钢容器内部使用被隔离衬里包围的SiC，氧化铝或氧化锆反应器组件。这一参考文献描述了使用瓷砖(tile)，所述瓷砖由选自包括碳化硅和氧化铝的组中的材料形成。这些材料具有相对高的热量储存和导热能力，并能长时间段地遭受3000°F(1649℃)附近的温度，且没有损坏。其他耐火材料可包括氧化镁，氧化锆，或高温陶瓷。然而，高温和工艺应力可能超出了大多数常规组件材料，其中包括常规的耐火陶瓷的长期可行性。除了考虑组件的物理和热性能以外，组件的化学惰性和结晶稳定性也是应当考虑的考虑因素。

由于在原料内存在来自烃的碳和潜在地存在氧，因此，目前的燃烧物流可导致过早的陶瓷腐蚀，化学稳定性也可存在某些挑战。在较低温度下相对惰性的许多现有技术的陶瓷材料在较高温度下变得对化学降解，陶瓷腐蚀和/或晶体改变敏感，从而导致过早降解和/或工艺干扰，例如在该工艺中生成不可接受的污染物水平。例举的化学和/或热不稳定的陶瓷包括，但不限于，某些硼化物，碳化物和氮化物。类似地，尽管在某些耐火陶瓷中常常使用氧化锆，但它在适中高的温度和非常高的温度之间经历晶体变化，其方式以使得其原子堆叠(多形态的变化)。

因此，在热解反应器内部，反应器组件，例如工艺-流程组件和隔离组件的构造可用于提高热解反应器的操作，同时提供热和化学稳定性。也就是说，需要抵抗或避免碳渗透，渗碳和/或氧化物-碳化物腐蚀的陶瓷组合物和陶瓷材料的构造。所需的材料应当同时提供并维持所需的结构完整度，结晶稳定性，相对高的传热能力，和大规模商业应用要求的化学惰性，尤其相对于烃的热解来说。

发明概述