可暴露在碳材料副产品形成环境中的装置及其相应方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在碳材料副产品形成环境中降低或者消除碳材料副产品堆积的可暴露在碳材料副产品形成环境中的装置及其相应方法。
【背景技术】
[0002]许多工艺流程中产生的含碳物质的沉积通常为人们所不希望得到的副产品。例如，在烃类裂解工艺中，碳材料副产品(例如积碳)的堆积发生在装置部件的内表面，比如，如裂解炉辐射管的内表面。辐射管内表面逐渐覆盖了一层积碳，导致辐射管金属温度升高，并提高了经过辐射管后压力的下降幅度。此外，由于渗碳，积碳还会破坏机械性能，例如造成应力断裂、热疲劳、软化，从而对如辐射管等装置部件的物理特性产生不利影响。
[0003]其他产生碳材料副产品的装置和方法，例如甲烷蒸汽重整以及碳燃料燃烧的装置和方法，也受到碳材料副产品堆积问题的困扰。
[0004]为解决例如炉管内表面等装置部件上碳材料副产品堆积的问题，人们考虑了各种方法。这些方法有:从冶金角度入手，提高装置所用金属基体中铬的含量；以及在装置的原料中加入诸如硫、~■甲基硫(DMS)、_■甲基_■硫(DMDS)或硫化氣等添加剂等。
[0005]虽然部分上述方法已在一些工业中普遍应用，但是一种可以减少或消除碳材料副产品堆积的新的装置和及相应方法，仍然是大家所期望的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种可以减少或消除碳材料副产品堆积的新的装置和方法。
[0007]本发明涉及一种具有可暴露在碳材料副产品形成环境中的表面的装置，该表面含化学式为AaBb03_ s、具有ABO3钙钛矿结构的钙钛矿材料，其中0.9〈a彡1.2 ;0.9〈b ( 1.2 ；-0.5〈 δ〈0.5 ；Α为第一元素和第二元素的组合，第一元素从钇(Y)、铋(Bi)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钦(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、及其任意组合中选取，第二元素从钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)及其任意组合中选取;以及，B从银(Ag)、金(Au)、镉(Cd)、铈(Ce)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、镝(Dy)、铒(Er)、铕(Eu)、铁(Fe)、镓(Ga)、钆(Gd)、铪(Hf)、钦(Ho)、铟(In)、铱(Ir)、镧(La)、镥(Lu)、锰(Mn)、钥(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、镍(Ni)、锇(Os)、钯(Pd)、钷(Pm)、镨(Pr)、钼(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)、锑(Sb)、钪(Sc)、钐(Sm)、锡(Sn)、钽(Ta)、铽(Tb)、锝(Tc)、钛(Ti)、铥(Tm)、钒(V)、钨(W)、.乙(Y)、镱(Yb)、锌(Zn)、锆(Zr)、及其任意组合中选取。
[0008]本发明也涉及一种方法，其包括:提供如前段所述的装置；及将该表面暴露在碳材料副产品形成环境中。
【附图说明】
[0009]参考附图阅读下面的详细描述，可以帮助理解本发明的特征、方面及优点，其中:
[0010]图1是根据本发明的一些实施例的装置的管道的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0011]除非本发明中清楚另行定义，用到的科学和技术术语的含义为本发明所属技术领域的技术人员所通常理解的含义。本发明中使用的“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。
[0012]本发明中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些实施例中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中的数值范围可以合并及/或互换，除非另行清楚说明，数值范围包括其所涵盖的所有数值子范围。
[0013]在说明书和权利要求中，除非清楚地另外指出，所有项目的单复数不加以限制。除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。
[0014]本发明所提及的“可”和“可能”表示在一定环境下发生的可能性；具有指定的性质，特征或者功能的可能性；和/或通过显示一个或者多个能力、性能而适合于另一种动作，或者与该适合的动作相关的可能性。因此，用于“可”、和“可能”表示修饰的术语显然适合、能够或者适于所表示的能力，功能，或者用途，同时考虑在一些情况下，所修饰的术语可能有时不适合、不能或者不合适。例如，在一些情况下，事件或者能力可能是所期望的，而在其它情况下，该事件或者能力不能发生。这些情形通过术语“可”和“可能”描述。
[0015]本发明说明书中提及“一些实施例”等等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以任何适合的方式结合。
[0016]本发明的实施例涉及在碳材料副产品产生环境中抑制碳材料副产品堆积的装置和相应方法。
[0017]本发明所称“装置”是指可能暴露在碳材料副产品产生环境中的任何设备。一些实施例中，装置包括裂解炉管、管路接头、反应容器、辐射管、或其任意组合。装置可以是一个裂解炉，其包括燃烧室，通过燃烧室运行着一个管阵列。该管阵列和相应的配件可有几百米长。管阵列可包括直管或弯管。
[0018]本发明所称“碳材料”或“积碳”包括但不限于来自煤、石油、木材、烃及其他含碳物质的含碳固体或液体或者形成含碳固体或液体的微粒或高分子。
[0019]本发明所称“碳材料副产品形成环境”、“碳材料副产品产生环境”、或类似用语是指任何产生不希望得到的碳材料副产品的环境。一些实施例中，碳材料副产品产生环境为石化工艺环境。一些实施例中，碳材料副产品产生环境为烃类裂解环境。
[0020]一些实施例中，碳材料副产品产生环境为约700°C到约900°C的温度范围内，水蒸汽和烃类的质量比约在3:7到7:3之间，烃类包含乙烷、庚烷、液化石油气、石脑油、柴油、或其任意组合的烃类裂解环境。
[0021]一些实施例中，碳材料副产品产生环境为约480°C到约600°C的温度范围内，烃类包含原油经过常压或减压分馏获得的底层物质等，且水蒸汽占水蒸汽和烃类总重量的百分比在约1%到约2%之间的烃类裂解环境。
[0022]本发明所称“烃类裂解”或类似用语包括但不限于将乙烷、庚烷、液化石油气、石脑油、柴油、原油经过常压或减压分馏获得的底层物质、或其任意组合的烃类物质裂解为小分子物质。
[0023]本发明所称“钙钛矿材料”或类似用语是指任何化学式为AaBb03_s、具有ABO3钙钛矿结构的材料。一些实施例中，在ABO3钙钛矿结构里，A阳离子在立方八面体配位中为12个阴离子围绕，B阳离子在八面体配位中为6个阴离子围绕，而氧离子由2个B阳离子和4个A阳离子配位。一些实施例中，ABO3钙钛矿结构由共角的BO6八面体构成。一些实施例中，ABO3钙钛矿结构含有扭曲的衍生物。扭曲的可能原因为规则、坚硬八面体的旋转或倾斜、或者扭曲的BO6A面体的存在。一些实施例中，ABO3钙钛矿结构为立方体。一些实施例中，ABO3钙钛矿结构为六方体。
[0024]一些实施例中，钙钛矿材料化学式为n(AaBb03_s)，其中η为2、3、4、8、等等，化学式
AaBbO3-S为其简化式。
[0025]第一元素可为单一元素、也可为元素的组合，从钇⑴、铋(Bi)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钦(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中选取。
[0026]第二元素可为单一元素、也可为元素的组合，从钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、及铷(Rb)中选取。
[0027]类似的，B可为单一元素、也可为元素的组合，从银(Ag)、金(Au)、镉(Cd)、铈(Ce)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、镝(Dy)、铒(Er)、铕(Eu)、铁(Fe)、镓(Ga)、钆(Gd)、铪(Hf)、钦(Ho)、铟(In)、铱(Ir)、镧(La)、镥(Lu)、锰(Mn)、钥(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、镍(Ni)、锇(Os)、钯(Pd)、钷(Pm)、镨(Pr)、钼(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、钌(Ru)、锑(Sb)、钪(Sc)、钐(Sm)、锡(Sn)、钽(Ta)、铽(Tb)、锝(Tc)、钛(Ti)、铥(Tm)、钒(V)、钨(W)、钇(Y)、镱(Yb)、锌(Zn)、及锆(Zr)中选取。
[0028]—些实施例中，钙钛矿材料包括 La。.!Ba0.9Ce。.7Zr。.2Y。.、Ce。, ^atl.9Ce。.7Zr。.2Y0.^3.05、
Ce0.5Ba0.5Ce0.7Zr0.2Y0.1O3.45、Y0.1Ba0.9Ce0.7Zr0.2Y0.1O3、Y0.S^a0.5C60.7ΖΓ0.2Y0.1^3.2'
Bi0 JBa0 9Ce0 7Zr0 2Y0.B 1.S^a0.5^60.7ΖΓ0.2Y0.1^3.2^ Pr0 JBa0 9Ce0 7Zr0 2Y0.Pr0.5^?.5^60.7ΖΓ0.2 Y0.1〇3.2、或其任思组合。例如，对于 La。, fa。.9Ce0.7Zr0 2Υ。.ι〇3，A 为 La 和Ba的组合，第一元素为La,第二元素为Ba, a=l, B为Ce、Zr、Y的组合，b=l, δ =0。对于 CeaiBaa9Cea7Zra2Ya13J5 和 Cea5Baa5Cea7Zra2YaiC^45, A 为 Ce 和 Ba 的组合，弟一兀素为Ce，第二元素为Ba，a=l，B为Ce、Zr、Y的组合，b=l，δ分别为-0.05和-0.45。对于YaiBaa9Cea7Zra2Ya13 和 Y0.5Ba0.5Ce0.7Zr0.2Y0.1O,2,A 为 Y 和 Ba 的组合，第一元素为 Y，第二元素为 Ba，a=l，B 为 Ce、Zr、Y 的组合，b=l，δ 分别为 O 和-0.