热裂解法乙烯生产等化工过程中不可避免地存在结焦,切实可行的抑制结焦技术是降低结焦速率及延长裂解炉运行周期的重要途径,具有显著的节能降耗作用,也是当今国际国内学术界和工业领域着力攻克的技术难题。为了实现抑制结焦涂层技术从实验室到工业化的应用,本文开展了高流速条件下SiO2/S涂层的中试制备试验研究,评价了涂层的抑制结焦效果,采用数值模拟方法,研究了工艺参数对中试涂层气相沉积行为的影响规律。研究了不同表面状态下HP40合金表面焦层结构、形貌及生成量的差异,实验测试了SiO2/S涂层、硫磷化合物与碱金属化合物(醋酸钾)的抗结焦性能。主要研究内容及结论如下：(1)研究了不同表面状态下HP40合金表面的结焦行为,采用研究催化剂的表征手段对合金表面焦层的结构进行了分析。结果表明,合金表面的热裂解焦中H元素含量仅为0.7%左右,缩合程度较高,为sp2和sp3组成的非晶碳结构,石墨化程度较低。随裂解时间的增加,结焦速率逐渐降低,经预氧化处理的HP40合金表面生成的焦逐渐由丝状变为粒状,说明在结焦过程中的结焦机理由催化结焦控制转为热裂解结焦控制。但经高温氧化/还原气氛反复侵蚀后的工业运行退役炉管内表面所生成的焦主要为丝状焦,且在相同试验条件下,其表面结焦量高于预氧化处理表面。(2)考察了SiO2/S涂层与硫磷化合物和醋酸钾两类结焦抑制剂对轻石脑油裂解结焦性能的影响。裂解试验3小时后,SiO2/S涂层、硫磷化合物和醋酸钾的结焦抑制率分别为61%、55%、48%。SiO2/S涂层通过屏蔽催化金属与碳氢气氛的接触,抑制催化焦的形核与生长,抗结焦效果明显。(3)基于相似理论,以GK-VI型工业裂解炉为参照,设计了烃类热裂解中试模拟装置。中试裂解炉管为内径10mm、管长14.4m的盘管式反应器,高温裂解段共有10个管程。采用常压化学气相沉积(APCVD)方法开展了SiO2/S涂层的中试制备技术研究,获得了表面平整、粒子排列紧密、结合牢固且分和均匀的涂层,可承受20次水冷热冲击试验。在出口流速分别为10m/s、20m/s、30m/s和40m/s的试验条件下,盘管第10程(最高温度管程)解剖截面的内涂层厚度分别为5μm、10μm、15μm和18μm。(4)以石脑油为裂解原料,对中试制备的SiO2/S涂层与结焦抑制剂进行结焦对比试验。24h的裂解试验结果表明：SiO2/S涂层与结焦抑制剂的结焦抑制率分别为39%和40%,两者的抗结焦效果相当。且试验结果表明,高流速条件下(炉管出口流速约为30m/s)炉管高温区域的焦层表面仍较平整,由焦油液滴固化而成,仍为缩合度较高的sp2和sp3组成的非晶碳结构。(5)采用数值模拟方法研究了工艺参数对中试盘管内涂层化学气相沉积行为的影响规律。结果显示,源物质浓度固定时,进口携载物流量的增加强化了中间体的输运,抑制了沉积速率的波动,降低了源物质中间体的转化效率；进口源物质浓度的增加加剧了沿管长方向涂层沉积速率的波动；裂解温度的增加提高了源物质中间体转化效率。计算结果表明,沉积表面的Damkohler数为10-2-10-1数量级,证明涂层沉积反应过程受表面反应控制(Da<<1)。