Influence of the reactor coil material on coke formation during steam cracking of hydrocarbons

Stoomkraken van koolwaterstoffen is één van de belangrijkste processen van de petrochemische industrie. Eén van de pijnpunten van het proces is de korte, periodieke productiecyclus doordat cokes, een vaste koolstoflaag, zich afzet op typische reactormaterialen en dit beïnvloedt het proces en de rendabiliteit ervan. Door gebruik te maken van gespecialiseerde materialen, kan deze productiecyclus echter verlengd worden. Daarom werd een uitgebreide en systematische experimentele campagne uitgevoerd om te bepalen welke reactormaterialen een betere cokesweerstand vertonen en wat de eigenschappen zijn die deze materialen onderscheiden van de andere, minder goed presterende. De experimenten werden uitgevoerd met zowel ethaan als nafta om het effect van de voeding op cokesweerstand te bepalen. Door de behaalde experimentele resultaten te combineren met rasterelektronenmicroscoop en energie dispersieve röntgen analyses, werd geconcludeerd dat de vorming van uniforme oxidelagen (in het bijzonder Al2O3 en MnCr2O4), een positief effect hebben op de cokesvormingssnelheid van de materialen. Simulaties toonden aan dat de reductie in cokesvorming behaald door de selectie van een goed reactormateriaal resulteert in de verlenging van de productiecyclus met 100% voor ethaan en met 50% voor nafta. Dit toont aan dat het gebruik van gespecialiseerde materialen gerechtvaardigd is en voordelig kan zijn voor de petrochemische industrie

Coking resistance of specialized coil materials during steam cracking of sulfur-free naphtha

The reactor material strongly affects coke formation during steam cracking of hydrocarbons. Therefore, in the past decade several specialized reactor materials have been developed that have proven to be efficient in reducing coke formation for ethane steam cracking. However, their beneficial anticoking properties are questioned when heavier feedstocks such as naphtha are cracked. Therefore, the effect of the composition of the reactor material has been investigated for ethane and naphtha cracking in an electrobalance setup under industrially relevant conditions. A significant reduction of coke formation is obtained for specialized alloys compared to typical Fe-Cr-Ni heat resistant steels when a sulfur-free naphtha is cracked. A thin layer of alumina on the surface along with manganese chromite provides the highest resistance to coking, as was demonstrated by the SEM and EDX analyses. The decrease in coking rate translates in a run length increase of 50% for a typical naphtha furnace equipped with reactors made out of an Al-enhanced alloy instead of typically applied heat resistant steel

Influence of the reactor material composition on coke formation during ethane steam cracking

An experimental study of the coking tendency of nine different materials was carried out in a quartz electrobalance setup with a jet stirred reactor (JSR) under industrially relevant ethane steam cracking conditions: T-material = 1159 K, P-tot = 0.1 MPa, chi(ethane) = 73%, dilution delta = 0.33 kg(H2O)/kg(HC). A strong influence of the composition of the materials on the coking rate as a function of time on-stream was observed. The initial coking rate varied from 5 X 10(-4) g.m(-2).s(-1) to 27 X 10(-4) g.m(-2).s(-1), while the asymptotic coking rate changed in the range of 2 X 10(-4) g.m(-2).s(-1) to 6 X 10(-4) g.m(-2).s(-1). SEM and EDX analyses of coked and uncoked coupons revealed that the composition of the oxide layer in contact with the cracked gas, formed after the initial preoxidation or decoking, has an important influence on the amount of coke deposited. Materials that formed a thin Al2O3 layer on the coupon surface showed a higher coking resistance. A uniform surface composition and a high resistance to spalling and fractures are other important characteristics of good materials