一种催化裂化垢样及其制备方法与应用与流程

本发明属于炼油行业催化裂化装置表面处理
技术领域：
，具体涉及一种催化裂化垢样及其制备方法与应用。
背景技术：
：在炼油行业中，催化裂化烟气轮机(简称烟机)是将高温烟气的热能转化为机械能，并带动主风机或发电机工作。实现能量转换的动力设备。回收效率可达130％以上，具有显著的节能效果。第三级旋风分离器(简称三旋)是催化裂化装置烟气出口能量回收系统的关键设备之一，其运行过程中效率的高低直接影响烟机的正常使用。在工业运行过程中烟机主轴振动超标造成非正常停车是常见问题之一，其根本原因是烟机叶片磨损及催化剂结垢所造成。近年来，随着催化裂化工艺的不断改进，新型催化剂的使用以及原料油品质的问题所引起的三旋及烟机结垢问题日益突出，严重影响了能量回收系统的长周期运行。烟机内部结垢特别是烟机动叶表面结垢问题越来越严重，严重破坏转子的动平衡，轻则造成烟机振动超标停机，重则造成动叶与外缘碰撞，折断叶片。某些炼油厂的烟机往往运行了几个月就要停机除垢，无法与整个设备的大修同步，因故障频繁停机减少了对高温烟气的回收利用效率，能耗上升，有时甚至造成整个装置的非计划停工，这严重影响了企业的经济效益，造成了巨大的经济损失。因此，烟气轮机防结垢方法的开发具有重要意义。涂层防护是进行三旋单管及烟气轮机叶片结垢治理的方法之一，而垢样的制备是进行涂层与垢样间相互作用的研究基础。三旋单管、烟气轮机上催化剂的结垢要往往经历几个月才能形成，且垢样形状不规则。若能制备出垢样的规则样品，则有利于涂层与垢样的相容性研究，方便防护涂层的筛选。王瑜等人(王瑜，邢少伟，王建军.催化裂化烟气轮机内催化剂结垢机理的实验研究[j].中国粉体技术，22(1)，2016，92-96.)在垢样制备方面，采用高温电炉中进行静态高温烧结实验，加热炉模拟烟机内的工作环境，在与烟机动叶相同材质的试件上放置等量的催化装置烟机入口催化剂样品，进行烧结试验以制备垢样。胡仁波等人(胡仁波，白锐，赵晋翀，等.催化裂化三旋催化剂细粉烧结及结垢机制[j].中国石油大学学报(自然科学版)，37(4)，2013，169-173.)也是选用典型催化裂化装置三旋细粉为研究对象，在不同温度下对三旋细粉进行焙烧实验。催化剂细粉主要成分为氧化铝和氧化硅。上述烧结方法存在的缺点是垢样自身内聚强度不高，且与基体金属不粘接。在催化裂化结垢样的制备方面，目前未见公开的采用等离子喷涂方法制备。技术实现要素：为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种催化裂化垢样的制备方法。本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的催化裂化垢样。本发明的再一目的在于提供上述催化裂化垢样的应用。本发明的第四个目的在于提供一种防垢涂层筛选的方法。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种催化裂化垢样的制备方法，包含如下步骤：(1)将基体材料进行表面粗化处理，得到表面粗化处理后的基体材料；(2)对步骤(1)中表面粗化处理后的基体材料表面等离子喷涂mmc-2催化裂化催化剂粉体，得到催化裂化垢样；步骤(1)中所述的基体材料优选为304不锈钢或gh864合金；步骤(1)中所述的表面粗化处理优选为喷砂处理；步骤(1)中所述的表面粗化处理后的基体材料的ra值优选为12.5～25μm；粗糙度过高一是导致经济性下降，二是垢样喷涂后可能无法覆盖住基体的凹坑，影响应用，适当的粗糙度有助于垢样与基体的结合；步骤(1)中所述的表面粗化处理后的基体材料的ra值进一步优选为15～21μm；步骤(2)中所述的mmc-2催化裂化催化剂粉体的制备标准优选为q/sh3610236-2015；步骤(2)中所述的等离子喷涂的条件优选为：喷涂电压为55～60v，喷涂电流为700～800a，主气压强为55～65psi，载气压强为45～55psi，送粉器转速为3～5rpm；一种催化裂化垢样，通过上述制备方法制备得到；所述的催化裂化垢样在防垢涂层筛选领域中的应用；一种防垢涂层筛选的方法，包含如下步骤：在上述催化裂化垢样表面制备涂层试样，如果垢样不与涂层试样粘结，说明涂层试样具有防垢效果；如果垢样与涂层试样粘结，说明涂层试样不具有防垢效果；或者直接在涂覆涂层试样的基体材料上制备催化裂化垢样，如果制得的垢样不与涂层试样粘结，说明涂层试样具有防垢效果；如果垢样与涂层试样粘结，说明涂层试样不具有防垢效果；本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本发明提供的催化裂化垢样与金属基体具有较高的结合强度，垢样内聚强度较大。(2)本发明不需要再引入其他成分促进垢样形成，等离子喷涂制备的垢样成分与催化剂粉体成分相差不大，可用于炼油行业催化裂化装置表面防垢涂层的初步筛选。(3)本发明操作简单，成本低。附图说明图1是mmc-2催化剂粉体的扫描电镜形貌图。图2是等离子喷涂方法制得的催化裂化垢样外观形貌图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中，mmc-2催化裂化催化剂粉体制备标准为q/sh3610236-2015；实施例1(1)将50×50×5mm的304不锈钢试样表面喷砂，粗糙度ra为15.3μm；(2)采用3710等离子喷涂设备对步骤(1)中喷砂处理后的304不锈钢表面等离子喷涂mmc-2催化裂化催化剂粉体，其中，3710等离子喷涂设备的输出电压为58v，电流为750a，主气压强为60psi，载气压强为50psi，送粉器转速为4.5rpm，通过喷涂道次控制厚度，得到催化裂化垢样；本实施例制得的催化裂化垢样表面为白色，外观形貌见图2。经过检测，垢样层厚度范围为250～280微米。实施例2(1)将φ40mm的304不锈钢拉头表面喷砂，粗糙度ra为17.6μm；(2)采用3710等离子喷涂设备对步骤(1)中喷砂处理后的304不锈钢表面等离子喷涂mmc-2催化裂化催化剂粉体，其中，3710等离子喷涂设备的输出电压为58v，电流为750a，主气压强为60psi，载气压强为50psi，送粉器转速为4.5rpm，通过喷涂道次控制厚度，得到催化裂化垢样；经过检测，拉头φ40mm圆柱端面垢样层厚度范围为235～253微米。按照gb/t8642-2002《热喷涂涂层抗拉结合强度的测定》，测得该垢样层与基体的结合强度为36mpa，分离发生于垢层与基体的界面处，说明该垢样的内聚强度大于36mpa。实施例3(1)将φ40mm的gh864合金拉头表面喷砂，粗糙度ra为16.1μm；(2)采用3710等离子喷涂设备对步骤(1)中喷砂处理后的gh864合金拉头表面等离子喷涂mmc-2催化裂化催化剂粉体，其中，3710等离子喷涂设备的输出电压为55v，电流为800a，主气压强为55psi，载气压强为55psi，送粉器转速为3rpm，通过喷涂道次控制厚度，得到催化裂化垢样；经过检测，拉头φ40mm圆柱端面垢样层厚度范围为341～373微米。按照gb/t8642-2002《热喷涂涂层抗拉结合强度的测定》，测得该垢样层与基体的结合强度为24mpa，分离发生于垢层与基体的界面处，说明该垢样的内聚强度大于24mpa。实施例4(1)将φ40mm的304不锈钢拉头表面喷砂，粗糙度ra为20.5μm；(2)采用3710等离子喷涂设备对步骤(1)中喷砂处理后的304不锈钢拉头表面等离子喷涂mmc-2催化裂化催化剂粉体，其中，3710等离子喷涂设备的输出电压为60v，电流为700a，主气压强为65psi，载气压强为45psi，送粉器转速为5rpm，通过喷涂道次控制厚度，得到催化裂化垢样；经过检测，拉头φ40mm圆柱端面垢样层厚度范围为588～636微米。按照gb/t8642-2002《热喷涂涂层抗拉结合强度的测定》，测得该垢样层与基体的结合强度为5.5mpa，分离发生于垢层与基体的界面处，说明该垢样的内聚强度大于5.5mpa。此外，表1为采用x-射线能谱仪测试的mmc-2的粉体成分，其形貌图如图1所示，主要粒径尺寸处于19～84微米之间。表2为本实施例采用mmc-2粉体等离子喷涂后形成的垢样层的成分，可以看出二者在成分上较为接近，等离子喷涂可作为垢样模拟制备的一种方法。表1mmc-2粉体成分元素wt％at％c10.1315.89o46.0854.25al25.7918.00si16.4011.00p00.4400.27s00.5800.34cl00.1900.10ti00.3900.15表2等离子喷涂的垢层成分元素wt％at％c06.0409.68o48.7458.65al24.6617.59si20.2913.91p00.2700.17实施例5一种防垢涂层筛选的方法，包含如下步骤：在催化裂化垢样表面制备涂层试样，如果垢样不与涂层试样粘结，说明涂层试样具有防垢效果；如果垢样与涂层试样粘结，说明涂层试样不具有防垢效果；或者直接在涂覆涂层试样的基体材料上制备催化裂化垢样，如果制得的垢样不与涂层试样粘结，说明涂层试样具有防垢效果；如果垢样与涂层试样粘结，说明涂层试样不具有防垢效果。本发明不需要再引入其他成分促进垢样形成，等离子喷涂制备的垢样成分与催化剂粉体成分相差不大，制得的催化裂化垢样具有较高的结合强度，垢样内聚强度较大，可用于炼油行业催化裂化装置表面防垢涂层的初步筛选。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12