石油、化工行业热工炉用哪些耐火材料

化工和石油工业是耐火材料应用的一个重要领域。由于热工炉窑多，操作条件复杂，所以，需要选择各种不同类型耐火材料以适应各自特殊的应用条件。

在此，选择其中较为突出的特殊应用的例子作些简单说明。

（1）炭黑燃油炉用耐火材料。在生产炭黑的工艺中，为了提高生产效率和反应程度，必须提高反应温度，所以，需要具有高耐火性能的耐火材料才能与之相适应。又如，要生产硬质炭黑，也必须提高反应温度，特别是生产长寿命、滚动磨损小的轮胎则需要更硬的炭黑，其反应温度达到2000-2100℃，这就要求更耐火的耐火材料与之相适应。

（2）渣化煤气化装置。众所周知，煤气工业广泛应用耐火材料。气化设备内衬耐火材料使用条件极为严酷，操作温度和压力高，气化炉渣属于侵蚀力极强的酸性渣，对耐火材料具有极强的侵蚀能力。同时，还有出现高度侵蚀性气体的情况。选用高耐酸性炉渣侵蚀的耐火材料才能获得高寿命。

（3）石油裂化器。在石油精炼工艺中，催化裂化器内的操作条件属于最苛刻的操作条件之一，工艺条件包括高温和高压。催化裂化器衬用耐火材料需要具备较高的耐磨性和较低的热传导率这样两个相互矛盾的性能。因为高耐磨性一般需要高密度，而低热传导率一般需要较低的密度，因此，需要介绍一下具备这两个性能的材料及其有关的问题。
本文主要对上述石化工业中的炭黑反应器用耐火材料进行讨论和分析，为相关耐火材料的开发和应用提供依据。


炭黑反应器用耐火材料

炭黑主要是元素碳熔融或结合的近似球状颗粒的聚集体。当今主要采用油炉工艺进行生产，生产出不同品种和不同粒度的炭黑。

炭黑生产工艺简况    

炭黑的生产大部分采用燃油炉。通常，燃油炉工艺采用一种类似很大的燃油器的圆筒形反应器，由4个带（或室）组成，即燃烧带（室）、节流环（室）、反应带（室）和急冷带（室）。

在燃烧带增加的预热空气和燃烧的原料提供生产过程所需要的高温，同时亦为原料进入反应带的通道起点。

节流环将燃烧带和反应带分离，同时提高进入反应带的气体速度。

反应带形成炭黑，并通过温度、气体速度和随着原料引入的不同“种子”材料而控制炭黑的颗粒大小、形状和硬度。急冷带通过喷水使温度急剧下降，从而结束炉内反应。

操作温度在反应器全部反应过程中变化不定。加温操作从燃烧带的前端开始，向着节流环温度越来越髙。在节流环处温度最高，速度最快。在反应带，温度稍有下降，速度变得相当缓慢，通过沿着冷却带不同位置喷射冷却水来改变反应时间的长短，即通过急速喷水来降低温度。

此外，当生产炭黑的品种改变时，通常会发生温度的剧烈波动，当冷却带的位置改变时，也会引起温度的急剧变化，这种温度剧变都会引起耐火材料剥落损毁。

炭黑颗粒的大小受炉子尺寸、结构、温度和冷却前在反应带停留的时间长短的限制，而操作温度和第一次喷水的位置则取决于炭黑的等级。

炭黑反应器用耐火材料的选择    

最理想的炭黑反应器内衬耐火材料应具有耐火度高、抗热震稳定性好、密度大、气孔率低和抗高温腐蚀/侵蚀性强等优点。

大多数炭黑反应器内衬采用Al2O3-SiO2质耐火材料砌筑，其中靠内衬则采用高铝质耐火材料或者黏土质耐火材料砌筑。操作温度范围不同时需要选用不同档次的耐火材料筑衬。

在低温（1550〜1750℃）范围内操作的反应器内衬，一般选用莫来石结合Al2O3（含量大于90%）的刚玉砖砌筑。有时在冷却带则选用高纯度的（Al2O3含量为60%~70%）高铝砖砌筑。

在高温（1750~1925℃）范围内操作的反应器内衬，通常都进行分区砌筑，在燃烧带的热面，一般选用90%Al2O3-10%SiO2的耐火材料筑衬；在高温节流环和反应器热面，则选用99%A12O3的刚玉砖和具有良好的抗热震性能的90%Al2O3-10%Cr2O3砖砌筑。

在超高温（大于1925℃，即2000-2100℃）范围，则选用Cr2O3-Al2O3（70%Cr2O3）砖砌筑。

1、SiO2-Al2O3质耐火材料

在SiO2-Al2O3系耐火材料中，当w（Al2O3）>90%时，被称为刚玉质耐火材料。

当使用纯净SiO2和Al2O3材料生产刚玉质耐火材料时，其液相出现的温度为1840℃，如图5-1所示。

采用传统的工艺生产的刚玉质耐火材料，其物理性能和使用性能并不能达到非常理想的程度，其抗热震性都较差。现在通过使用纯净原料和原位形成的结合技术等，刚玉质耐火材料的物理性能和使用性能有了长足的进步，品种不断增加。其中，原位莫来石结合90%Al2O3的刚玉砖和特殊Al2O3结合94%Al2O3，甚至98%Al2O3的刚玉砖都先后开发出来了。

这些特殊刚玉耐火制品比同材质的传统刚玉耐火制品的气孔率更低，密度更高，强度更大，尤其是抗热震性非常突出。50mm*50mm*76mm样品在1200℃保温lOmin、水冷2min，空气中放置干燥8min为一循环在40次以上（见表5-1），而传统制品仅为2~7次，即使是传统莫来石刚玉制品也只有10~15次。

特殊莫来石结合刚玉砖主要用于低温炭黑反应炉中，或者用于高温炭黑反应炉的冷却带。实际使用结果表明，在燃烧和限制带使用时，特殊莫来石结合90%A12O3的刚玉砖的使用寿命比同材质传统莫来石-刚玉砖高50%~200%，大大延长了炉子的使用寿命。特殊A12O3结合刚玉砖（95%~98%Al2O3），王要用于炭黑反应炉中使用条件苛刻的反应带，其使用温度极限可达2000℃。