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竖罐式石油焦煅烧炉用耐火材料的选择

添加时间:2020年7月30日  浏览次数:

竖罐式石油焦煅烧炉热利用率高,煅烧质量均匀、稳定,且炭质烧损低,在石油焦煅烧行业得到广泛应用。竖罐式石油焦煅烧炉普遍采用硅砖作为内衬耐火材料,其正常使用寿命一般在6~8 a。但是为了有效地脱除影响石油焦质量的主要杂质成分之一的硫,煅烧需稳定提高至1500 ℃以上,这使得竖罐式石油焦煅烧炉硅砖内衬的寿命迅速降至2~3 a。通过提高煅烧温度的方法将高硫焦煅烧成低硫焦(S含量<1.5%)用于生产,但同时煅烧低硫焦的硅砖耐火材料已经不适应煅烧高硫石油焦的要求,在酸性和中性耐火产品中选择9种材质产品进行抗高硫石油焦侵蚀性能试验。通过样品在高温下埋高硫石油焦烧成后产品性能与原始性能的对比分析,分析出不同产品侵蚀前后强度的变化、荷重软化温度的变化及化学组分的变化。分析产生变化的原因,找到能有效抵抗高硫石油焦侵蚀的最佳途径及产品材质。

一:试验结果讨论

选择1# 纯刚玉砖、2#刚玉砖、3# 刚玉莫来石、4#白尖晶石砖、5#黑尖晶石砖、6#高温烧结铝硅砖、7#莫来石砖、8#红柱石砖、9#锆莫来石砖进行抗高硫石油焦侵蚀试验。石油焦选由中碳能源(山东)有限公司提供的高硫石油焦,S含量为6.9%。

从试验的总体情况来看,试样烧制完成后,在排气孔附近出现了很多白色的絮状物质,该物质应该是从样品内部挥发出来的反应生成物。对白色絮状物进行化学分析,结果见表1,从表1中数据得知,白色絮状主要是SiO2。

从外观看,4#、5#产品的外观均发生了反应,且生成物较坚硬,2#、3#、7#、8#、9#产品的外表面均出现了一层薄薄的白色变质层,且白色变质层的强度较低,用手指甲刮蹭即可使白色粉末滑落,同时因产品性质不同产生的白色变质层的厚度不同。1#、6#产品未产生明显的变质层。

采用硅砖时发现表面凝结了很厚的一层黄色物质,且硅砖侵蚀严重,存在很明显的脱落物,硅砖抗侵蚀前厚度为65.70 mm,侵蚀后厚度为61.88 mm,整体侵蚀率为5.8%。8#砖出现了很明显的变质层,变质层厚度为2.5 mm。 对8#变质层的物质清理下来一部分用于分析,分析结果显示如表3 所示。从检测结果可以看出白色变质层中的AI2O3含量增加29.7%,SiO2含量减少29.84%

从多次试验分析看,产品中的SiO2发生了迁移现象,从砖的表面挥发了出来,在盖板处又重新凝结。这是因为,高硫石油焦灰分中的Al2O3、MgO、K2O、Na2O等金属氧化物在高温下与硅形成低熔点的物质,S的化学性质十分活泼,渗透性很强,而耐火材料的气孔率一般都较大,S扩散到耐火材料内部与液相SiO2发生反应,在强还原气氛下,SiO2+3S →SiS2↑+SO2,SiS2溢出后在盖板表面凝结,发生反应(SiS2+3O2→SiO2+2SO2),最终被氧化成SiO2。从试验前后产品的常温耐压强度及荷重软化温度的变化情况分析,3种材料的砖均表现出了

良好的性能,且被高硫石油焦侵蚀后的产品仍保持了较强的荷重软化温度。6#样有较好的稳定性,同时8# 也表现较好的强度上升趋势,但8# 砖表面生成 了变质层,发生了硅的挥发,造成Al2O3含量的增加,砖坯表面被反应粉化,耐磨性较差,所以认为 1#、6#表现较好。分析1#、6# 产品未发生变质层的主要原因是产品中游离硅含量较少,形成液态硅的温度较高,使得材料之间的反应变成固态与固态的反应,提高了反应能。考虑到前后试验的情况,6# 是最稳定表现最佳的试样,可以为客户创造出更高的使用价值。

二:结论通过提温煅烧,高硫石油焦S含量从6.9%下降到0.69%,高硫石油焦的使用意义很大。通过分析判断制品中液相硅的产生对抗石油焦侵蚀具有很强的破坏作用。试验结果显示6# 产品具有较好的抗高硫石油 焦侵蚀能力。一是该产品的气孔率较低,阻止了CO等气体向砖内的侵蚀;二是生成的较强的刚玉骨架及稳定的石英结构有效地阻止了还原气氛对产品的侵蚀;三是产品的硅液相形成温度较高,提高了高硫石油焦侵蚀产品的反应能。决定抗高硫石油焦侵蚀性能的关键因素是制品产生高温硅液相的温度。

关键词:耐火材料   
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