[实用新型]模拟工业裂解气氛下材料的结焦渗碳实验装置

说明书

本实用新型涉及材料研究，特别提供了一种模拟工业裂解气氛下，对金属材料进行结焦渗碳研究的实验装置。

在传统的实验研究中，主要注重气相裂解机理及结焦或炭沉积的动力学研究，目的在于提高裂解效率降低原料消耗，因而多采用立式气相裂解模拟装置。虽然图示裂解装置的立式气路与工业裂解现场垂直排管的气路相仿，并且在实验过程中可随时记录试样的重量变化，但其用于炉管材料的结焦及渗碳实验研究时，却存在许多问题，主要表现为：首先，直上直下式气路设计，气流速度较快，稳定性不易控制，加之实验室研究时，垂直炉管的高度受到限制，远小于工业现场排管的长度，因而难以保证反应气体的充分加热和裂解反应的充分进行。其次，这种立式反应器的恒温区不易保证，而且垂直气路极易导致反应器不同高度处气体成分不均匀(因为反应原料气通常为混合气体，各组分密度存在差异)，使得多试样对比试验时，处于不同高度的试样四周氛围相差较大，导致同批试验试样之间的可比性降低，试验结果的误差增大。再者，采用立式结构，由于加有微平衡称重机构，不仅需要通入额外的保护性气体来防止裂解气氛侵蚀称重机构，而且整个系统的密封和冷却也比较困难。此外，立式装置结构复杂，试样取放及定期检修时设备的拆卸都很不方便，而且整体造价较高。总之，传统立式裂解模拟实验装置存在：(1)气流稳定性不易控制，气体的加热和反应难以充分进行；(2)反应管内的恒温区和气体成分的均匀性不容易保证；(3)结构比较复杂，密封和冷却困难，造价高等问题，不利于实验室条件下与裂解模拟相关的各项实验研究如结焦和渗碳等研究的进行。

本实用新型的目的在于提供一种模拟工业裂解气氛下进行材料结焦渗碳研究的实验装置，其可以提高试验效率和试验精度，方便试验操作，降低试验成本。

本实用新型提供了一种模拟工业裂解气氛下材料的结焦渗碳实验装置，由配气(1)、预热(2)、水蒸汽发生(3)、主体反应器(4)、尾气处理(5)、工作台及控制柜(6)六大部分构成，其特征在于：主体反应器(4)由耐热钢管(44)外套炉管(43)及保温材料(42)构成，耐热钢管(44)端部设置水冷密封头(47)；主体反应器(4)整体横置于工作台(6)上。由于本裂解模拟装置采用了简单的卧式结构，附加了预热系统，改善了传统的立式模拟装置结构复杂、气流不稳定、加热和裂解反应不充分以及反应器内温度和气体成分不均匀等缺点，因而在进行的炉管材料抗结焦防渗碳实验研究中，显示出较大的优越性。首先，混合气体经过预热，反应较充分，不但提高了裂解效率及原料气的利用率，而且缩短了试样表现结焦、渗碳所需的时间，减少了试验周期。其次，反应管内气流稳定、温度和气体成分均匀的区间较长，可一次性放入多个试样进行对比试验，不仅大大提高了试验效率，而且试验结果的精度也较高。此外，该套系统结构简单，建造和安装成本很低，并且在实验过程中，该装置操作极为简便，定期检修和维护也十分便利。下面通过实施例详述本实用新型。

附图1为总体结构示意图

附图2为配气部分示意图

附图3为预热部分示意图

附图4为主体反应器示意图

实施例

如图1所示模拟工业裂解气氛下材料的结焦渗碳实验装置，由配气(1)、预热(2)、水蒸气发生(3)、主体反应器(4)、尾气处理(5)、工作台及控制柜(6)六大部分构成。如图4所示，主体反应器(4)由耐热钢管(44)外套炉管(43)及保温材料(42)构成，耐热钢管(44)端部设置水冷密封头(47)；主体反应器(4)整体横置于工作台(6)上。预热部分(2)为密封不锈钢炉管竖向放置，入口接配气部分(1)，出口分别接水蒸气发生器(3)及主体反应器(4)。裂解原料气按设定配比(如图3所示)混合后进入预热炉，在该炉中混入水蒸气，均匀混合后进入主体反应器，在该部分发生高温裂解反应，尾气经冷凝及空分处理后燃烧。模拟乙烯裂解的主体反应器与传统反应器不同之处是采用卧式结构，省去了结构比较复杂的微平衡称重机构。本实用新型混合原料气经预热后由小截面导管进入较大截面的反应炉管，有益于气体的充分加热和裂解反应的进行；气体在反应炉管内沿水平方向流动，不但气流的稳定性好，而且炉管内各阶段气体成分也比较均匀，有益于试验结果精度的提高；管式炉采用两段控温，内部均温区间较长，水平反应炉管中一次可同时放入多个试样，提高试验效率；密封及冷却主要限于反应炉管的两端，容易实现；试样取放和检修时的拆卸都极为方便，便于实验人员操作。此外，该裂解模拟装置总体结构简单，建造成本较低。