[发明专利]一种热障涂层及包含其的超高温悬浮床加氢冷壁反应器

说明书

本发明提供了一种热障涂层及包含其的冷壁反应器，该热障涂层通过在常规两层结构中夹设第二陶瓷层，第二陶瓷层的材质为氧化铝稳定氧化锆且氧化铝含量不高于30wt％，第二陶瓷层和第一陶瓷层中的氧化锆均具有四方晶系的晶体结构，由此使得本发明的热障涂层具有尽可能低的热导率、高的热膨胀系数且断裂韧性和抗热震性好，进而采用该热障涂层代替传统隔热衬里所形成的冷壁反应器既可满足现有的抗氢腐蚀钢材在超高温下的使用需求，又能充分利用加氢反应器的有效容积，既克服了隔热衬里易于损坏而引起反应器壁局部超温的问题，也免除了由内衬筒连接件的热胀冷缩而造成反应器壁局部应力集中的安全隐患。

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种热障涂层及包含其的可适用于超高温悬浮床加氢的冷壁反应器。

背景技术

在煤化工和石油化工的加氢工艺中普遍使用的加氢反应器按其壳体温度划分可分为两种，一种为“热壁”反应器，另一种则是“冷壁”反应器。热壁反应器因不具有内隔热层，故而其筒壁温度与内部反应温度相差不大；而冷壁反应器的内部设有隔热层，在隔热层的作用下筒壁温度远低于内部反应温度。

虽然热壁反应器的器壁温度分布均匀，不易产生局部过热现象，从而可提高使用安全性，但随着重油加氢技术的发展及我国首套自主研发的超级悬浮床加氢技术的开车成功，悬浮床加氢反应器的设计温度不断提高，甚至高达500℃，已经大大超过了目前国内外现有的抗氢腐蚀钢材的最高使用温度(482℃)，由此导致传统的热壁反应器无法适用于超高温加氢工艺。

而冷壁反应器由于其筒壁温度较低，可以应用于内部反应温度高于筒壁材料允许使用的最高温度的工况。传统的冷壁反应器包括反应器本体和支座，反应器本体进一步包括竖直设置的筒体及分别连接于筒体顶部和底部的上封头、下封头，上封头设有出料接管，下封头设有进料接管；且筒体和上、下封头的结构由外向内均依次包括金属壳体、不锈钢堆焊层、隔热衬里和内衬筒，隔热衬里包括紧贴不锈钢堆焊层内壁的隔热耐火砖层和紧贴内衬筒外壁的隔热填料层，内衬筒与金属壳体相连并固定在反应器中央。例如，对于设计温度500℃，设计压力23MPa的悬浮床加氢冷壁反应器，通常金属壳体的材料是2.25Cr-1Mo-0.25V钢，厚度约100mm～200mm，不锈钢堆焊层的材料是TP309+TP347，约7mm～10mm，隔热衬里的材料是Al₂O₃+CaO，厚度约100mm～150mm，内衬筒的材料是SS321，厚度约7mm～10mm。

由此可见，传统的加氢冷壁反应器仍存在如下问题：1.在相同外形尺寸下，反应器内部有效容积小，影响生产能力，而在相同产能情况下，需要增大外形尺寸，这无疑增加了制造难度和设备投资成本；2.由于设置有相当厚的隔热衬里，使得冷壁反应器的设计、制造及施工均较为复杂，且对内壁检查也极不方便，更何况在实际工况下隔热衬里还容易被损坏，导致热流体渗/流到器壁上，造成外壳体金属局部超温，使安全生产受到威胁或被迫停工；3.由于内衬筒和外壳体连接固定，若设计或施工过程中存在瑕疵，那么在操作温度下连接部位构件的热胀冷缩会造成外壳体的局部应力集中，存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的冷壁反应器所存在的有效容积小、外壳体局部应力集中、隔热衬里厚且易于被损坏的缺陷，进而提供一种有效容积大、外壳体不存在局部应力集中、隔热衬里薄且不易损坏的可适用于超高温悬浮床加氢的冷壁反应器。

为此，本发明实现上述目的的技术方案为：

一种热障涂层，包括粘合层和第一陶瓷层，还包括第二陶瓷层，所述第二陶瓷层设置于所述粘合层与所述第一陶瓷层之间；

所述第二陶瓷层的材质为氧化铝稳定氧化锆，以所述第二陶瓷层的总质量计所述第二陶瓷层中的氧化铝含量不高于30wt％，余量为氧化锆；

所述第一陶瓷层的材质为氧化钇稳定氧化锆，以所述第一陶瓷层的总质量计所述第一陶瓷层含6～9wt％的氧化钇，余量为氧化锆；