CN110709159B - 用于热裂解烃的管和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在存在蒸汽时热裂解烃的管，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导，其中，管沿着纵轴线延伸且具有数量N_T个引入管的内表面中的、围绕纵轴线螺旋形地沿着内表面延伸的槽，引入有槽的内表面在垂直于纵轴线的横截面中具有直径Di和半径r₁＝Di/2，槽在垂直于纵轴线的横截面中在其槽底中分别具有圆弧形状且该圆弧具有半径r₂，以及槽分别具有槽深度TT，其在垂直于纵轴线的横截面中分别具有在具有直径Di的内表面以及中点位于纵轴线上的圆和槽的槽底距离纵轴线最远的点之间的最小距离。

Description

用于热裂解烃的管和装置

技术领域

本发明涉及用于在存在蒸汽时热裂解烃的管，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导。本发明还涉及用于热裂解烃的装置。

背景技术

管式炉已经证明适合用于烃(原油衍生物)的高温热解，在该管式炉中，烃/蒸汽混合物在高于750℃的温度下被引导通过由耐热的镍-铬-铁合金制成的一系列单个布置或曲折布置的管(裂纹盘管)，该耐热的镍-铬-铁合金具有很高的抗氧化性或不起鳞性以及高的抗渗碳性。盘管由竖直或水平延伸的直管区段构成，直管区段通过U形管弯头而彼此连接或者布置成彼此平行。它们通常借助侧壁燃烧器和/或也借助底部燃烧器来加热，因此具有对着燃烧器的所谓阳面以及相对于该阳面偏离90°的、即朝管排列方向延伸的所谓阴面。对此，平均的管壁温度(TMT)超过1000℃。

裂纹管的使用寿命在很大程度上取决于管材料的抗蠕变性和抗渗碳性以及积炭速度。除了所使用的烃的类型，积炭速度、即在管内壁上的碳沉积层(热解焦炭)的生长的关键是在内壁区域中的裂解气温度和所谓的裂化深度，裂化深度隐藏了系统压力和在管系统中滞留时间对乙烯生产率的影响。裂化深度根据裂解气的平均出口温度(例如850℃)来设置。在管内壁附近的气体温度越高于上述温度，热解焦炭层的生长越快，且该层的绝热作用可使得管壁温度进一步提升。尽管用作管材料的包含0.4％的碳、超过25％的铬和超过20％的镍(例如35％的铬、45％的镍以及必要时1％的铌)的镍-铬-铁合金具有高的防渗碳性，但是碳在氧化层的缺陷处扩散到管壁中并且在该缺陷处导致严重渗碳，严重渗碳在0.5至3mm的壁深度中碳含量可以高达1％至3％。由此使得管材料被严重脆化，特别是当炉起动和关闭时，在热交变载荷的情况下有形成裂纹的危险。

为了减轻在管内壁上的碳沉积(积炭)，裂解操作需要不时地被中断，并借助于蒸汽/空气混合物来燃烧热解焦炭。这需要中断操作直达36小时，因此明显损害工艺的经济性。

由英国专利文献969796以及欧洲公开文献1136541A1还已知使用具有内翅片的裂纹管。尽管这种内翅片导致大大增加了内表面面积、例如增加10％，同时相应提高了热传递，但是由于在增大的管内表面上的摩擦，它们与光滑管相比也有明显增大压力损失的缺点。更高的压力损失需要更高的系统压力，由此必然改变了滞留时间，并对产量有不利影响。附加地，具有高的碳和铬含量的已知管材料不再能够通过冷加工、例如冷拉来成形。它们具有的缺点是，它们的可变形性随着热拉强度的提高而大大降低。这导致，例如直到1050℃的高的乙烯生产率所期望的管壁温度需要使用离心铸造管。但是，因为离心铸造管只能制造圆柱形壁部，需要特殊的成形方法，例如通过电解剥蚀加工或者用于成形的焊接方法来制造内管。

最后由US专利文献5 950 718也公开了倾斜角的整个光谱以及在内翅片之间的间距，但是没有涉及翅片的特性。

由EP 1 525 289 B9得知用于热裂解烃的翅管，该翅管具有关于管轴线倾斜的、螺旋形延伸的内翅片。

由WO 2010/043375 A1已知一种具有高的抗氧化性和抗渗碳性、时间稳定性和抗蠕变性的镍-铬-铁合金，其由0.4％至0.6％的碳、28％至33％的铬、15％至25％的铁、2％至6％的铝、最高2％的硅、最高2％的锰、最高1.5％的铌、最高1.5％的钽、最高1.0％的钨、最高1.0％钛、最高1.0％的锆、最高0.5％的钇、最高0.5％的铈、最高0.5％的钼、最高0.1％的氮，其余为镍(包括由于熔化而产生的杂质)构成。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是，提高在具有外部加热的管的管式炉中烃的热裂解的经济性。

该目的通过权利要求1、2、9和10的主题实现。有利的实施方式在从属权利要求以及此后的描述中呈现。

已经发现，在具有权利要求1的前序部分的特征的管中在表征管的特征之间有如下关系：

引入管的内表面中的、围绕纵轴线螺旋形地沿着内表面延伸的槽的数量N_T，

引入有槽的内表面在垂直于纵轴线的横截面中的直径，

在垂直于纵轴线的横截面中在其槽底中分别具有圆弧形状的槽的槽底的半径r₂以及

槽的槽深度TT，其在垂直于纵轴线的横截面中分别相应于在具有直径Di的内表面所在以及中点位于纵轴线上的圆和槽的槽底距离纵轴线最远的点之间的最小距离，

在考虑到这些的情况下可改进在具有外部加热的管的管式炉中对烃的热裂解的经济性。

已经发现，可获得基于热传递考虑的特征值，该特征值可根据两个不同的、但是仅分别与表征管的前述特征相关的方式算出。

根据第一热传递考虑，该特征值可表述为，

其中，P1、P2和P3为常数而

为与单位为mm的内直径Di相关的等效直径

的数值。

在常数P1为选自要求保护范围-0.2至-0.3中的一个数值时得到好的结果。在优选的实施方式中，常数P1选自-0.25至-0.295的范围中、尤其优选选自-0.287至-0.2655的范围中。尤其优选常数P1等于-0.287或-0.2655。

在常数P2为选自要求保护范围310至315中的一个数值时得到好的结果。在优选的实施方式中，常数P2选自310至312的范围中、尤其优选选自310.42至311.31的范围中。尤其优选常数P2等于310.42或311.31。

在常数P3为选自要求保护范围200至1500中的一个数值时得到好的结果。在优选的实施方式中，常数P3选自230至1400的范围中、尤其优选选自261.21至1076的范围中。尤其优选常数P3等于261.21或1076。

用于根据本发明的管的构造的特征值在前述关系中和与单位为mm的内直径Di相关的等效直径

的数值

相关地表述。在上下文以及在其他文献中，术语“数值”理解为由数值和度量单位组成的物理变量值的无量纲数。物理变量是物理对象、过程或状态的可量化属性。其值(变量值)是数值(尺寸数)和度量单位的乘积。因为用于根据本发明的管的构造的关系是无量纲的，因此使用物理变量的数值。为了清楚这点，在说明书和权利要求中一个变量的数值用通常用于表示数量的命名表示，例如

在该说明书的上下文和权利要求中，在两个水平线之间的变量表示法、例如

理解为物理变量的通过变量表述的值(变量值)的数值表示。以mm测量的70mm的直径Di的数值|Di|例如是数量70。

用于根据本发明的管的构造的特征值在前述关系中和与以mm测得的内直径Di相关的等效直径

的数值

相关地表述。在此等效直径是具有光滑的、未设槽的管的内表面的直径，管的通过面相当于根据本发明的管的通过面。通过面在垂直于纵轴线的横截面中理解为在管内的自由面。已经显示出，关于热传递的考虑通常可更简单地发生在光滑管处。还已经显示出，根据本发明的管的使用者在过去通常在其存在蒸汽时热裂解烃的装置中借助光滑管进行加工，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导。因此为了转用到根据本发明的管上更为容易的是，可与通过面相当的光滑管类似地制造。

经由关系式

由内表面的半径得出等效半径

光滑的、未设槽的管具有该半径，管的通过面

相应于根据本发明的管的通过面。如果使光滑管的通过面

等于根据本发明的管的通过面，则光滑管的通过面如下地在表征管的特征中表述(使用的符号涉及例如也在图5中阐述的命名)：

A₁＝π·|r₁|²

与光滑管的通过面

相等的根据本发明的管的通过面由通过引入有槽的内表面限定的可由内表面的半径简单地借助A₁＝πr₁ ²确定的通过面A₁和额外的面构成，额外的面由N_T个槽提供，这些槽具有它们各自的通过面A_T。

在求解前述关系之后，可如下地仅借助表征管的特征表述与光滑管的通过面

相等的根据本发明的管的通过面(下面也用公式(1)表示)：

根据第二热传递考虑，该特征值可作为

或者在考虑到其他的交叉关联的情况下作为

和与以mm测得的内直径Di相关的等效直径

的数值

N_T个槽和槽的以mm测得的槽深度TT的数值|TT|以及槽密度VD相关的描述，槽密度以百分比描述管的N_T个槽与可以引入在具有相同等效直径

的管的内表面上的槽深度TT＝1.3mm的槽的最大数量的参考值N_ref的比例。在此常数如下确定：

C1＝1946.066

C2＝302.378

C3＝-2.178

C4＝266.002

C5＝1.954

C6＝50.495

C7＝-2.004

C8＝79.732

C9＝-1.041

C10＝0.04631

C11＝-0.26550。

已经发现，使这两种特征值计算方法相等，获得关系式

或在考虑到其他的交叉关联的情况下，关系式

作为对表征该管的特征彼此关系的描述，这些特征表征改进了在具有外部加热的管的管式炉中对烃热裂解的经济性。需要具体用于管的表征管的特征即

·引入管的内表面中的、围绕纵轴线螺旋形地沿着内表面延伸的槽的数量N_T，

·引入有槽的内表面在垂直于纵轴线的横截面中的直径，

·在垂直于纵轴线的横截面中在其槽底中分别具有圆弧形状的槽的槽底的半径r₂以及

·槽的槽深度TT，其在垂直于纵轴线的横截面中分别相应于在具有直径Di的内表面所在以及中点位于纵轴线上的圆和槽的槽底距离纵轴线最远的点之间的最小距离，

可借助简单的迭代基于该关系式得出。表征管的四个特征中的满足该关系式的每对特征都适用于改进在具有外部加热的管的管式炉中对烃热裂解的经济性的管。

在实践中发现，在实践中甚至还进一步降低了迭代的工作。由此从刚性或制造限制方面或管必须实施成具有特定的通过面的方面确定表征管的四个特征中的单个特征。

经由从应装入管的设备获得的可能的单个管最大重量可限制管的最大壁厚，从刚性角度来看壁厚又限制可最大呈现的槽深度TT。对壁厚(以及对可最大呈现的槽深度)的限制也可从其他方面、例如从待实现的热传递中获得。

刚性方面的考虑也可为引入管的内表面中的、围绕纵轴线螺旋形地沿着内表面延伸的槽的数量N_T与槽深度TT组合提供上限。如果引入过多、过深的槽，则可能会过多地削弱管的刚度。

也可由于管的倾斜度在存在蒸汽时热裂解烃的情况下发生结焦，进料混合物通过外部加热的管被引导，这限制了槽底的圆弧的半径r₂以及槽深度TT。

此外，由于制造方面产生限制，例如槽底的圆弧的半径r₂以及槽深度TT。槽例如可在深孔钻进方法中制成、例如根据在申请人申请的还未公开的德国专利申请编号为102016012907.7中描述的方式制造。在此，使用转位式刀片制造槽。转位式刀片以特定大小提供。如果出于经济原因建议使用已经提供的转位式刀片并且放弃了同样可想到的可专门用于制造具体管的转位式刀片的方案，则也可从中确定槽底的圆弧的半径r₂以及槽深度TT。还可发现，具有第一槽数量的管可比具有第二槽数量的管更快且明显更便宜地制成，第二槽数量比第一槽数量更多，从而也由此限制了待引入槽的数量。

由于管需要一定的进料混合物通过量以及管的最小通过面，由此产生限制。

结果，在进行迭代之前就已可给出表征管的四个特征的每个特征都可不在并由此在迭代时可排除的范围。

前述关系式

或参考其他的交叉关联的关系式

与槽密度VD相关。槽密度VD是以百分比表示管的N_T个槽与能够引入在具有相同等效直径

的管的内表面上的槽深度TT＝1.3mm的槽的最大数量的参考值N_ref的比例。

根据本发明的认知可应用于引入有槽的内表面的直径Di有很宽范围的管。当然也可将槽的槽底中具有确定半径r₂的圆弧以及确定槽深度TT的多个槽引入到具有较大直径Di的管中以及具有较小直径Di的管中。因此为了可为所有直径提供关系式，开发了一种标准化方法，其中，不再在关系式中使用实际的槽数量N_T，而是使用槽密度VD。

由关系式

VD＝N_T/N_ref*100

中得到槽密度VD，其以百分比表示，其中，参考值N_ref是满足以下关系式的最大自然数：

其中，

是由公式(1)计算出的等效直径，且其中，

同时可找到通过使用公式(1)算出的等效直径

满足以下关系式的需要迭代确定的r_Nref(下面也称为公式(2))：

具有限制条件

N_ref可通过以下步骤顺序容易地确定：

在第一步骤中，关系式右侧

借助管的值算出，对此需要检查，是否实现了根据本发明的优点。因为N_ref必须是自然数，因此如果计算的值是自然数或比计算的值小一个自然数，则采用与计算的值相应的自然数。作为示例在此采用具有Di＝60mm、TT＝2.05mm、r₂＝8mm和N_T＝8的管。因此得到N_ref≤19.4967769。由此在第一步骤中N_ref为19。

在第二步骤中检查，借助在第一步骤中发现的N_ref是否可找到r_Nref，借助其在采用借助公式(1)计算的等效直径

可满足公式(2)，无需破坏限制条件

借助管的值用公式(1)算出

对此检查，是否实现了根据本发明的优点。在前述示例值(Di＝60mm、TT＝2.05mm、r₂＝8mm和N_T＝8)中得出

为2963.77397mm²。因此在寻找N_ref的第二步骤中检查，借助在第一步骤中发现的N_ref是否可找到r_Nref，使得借助由此计算的

满足公式(2)且同时满足所述限制条件。

该迭代可简单地借助电子表格程序、例如

程序和此类电子表格中提供的目标值搜索来进行。取一个最初为空的第一单元格，随后在目标值搜索功能中将其用作“可更改单元格”。此单元格填充有任意数值，例如|r₁|。然后，在第二个单元格中给出用于

的上述公式，该公式以r_Nref表示

其中r_Nref指代以任何数值、例如|r₁|填充的第一单元格并且由管的特征数据中得出r₂的值，对此检查，其是否实现了根据本发明的优点。

在第三单元格中输入公式“＝

–第二单元格的值”，其中，在此用公式(1)计算

在第四单元格中输入公式

其中，r_Nref指代用任意数值、例如|r₁|填充的第一单元格并且由管的特征数据中得出r₂的值，对此检查，其是否实现了根据本发明的优点。在第五单元格中加入假设检测(If-then-test)，如果第四个单元格中的值小于零，则返回单词“假(FALSE)”，否则返回单词“真(TRUE)”。

然后可以借助准备好的电子表格开始在电子表格程序中提供的目标值搜索。目标值搜索询问目标单元格是哪个。对此输入第三个单元格。此外，目标值搜索询问目标值。给出目标值为0(零)。此外，目标值搜索询问可更改的单元格。对此输入第一个单元格。目标值搜索在第一个单元格中产生一个值。如果第五个单元格的内容在此值处为“真”，则在第一步骤中找到的N_ref是要使用的N_ref。如果第五个单元格的值为“假”，则第一步骤中找到的N_ref将减少1，并且形成一个新的N_ref，用新的N_ref重新执行第二步骤。通常，这在目标值搜索结束时就得到第一个单元格中的值，此时第五个单元格中为单词“真”，因此，由此获得的新的N_ref是要使用的N_ref。否则，再次将新的N_ref减少1并且再次执行第二步骤。已经表明，即使在电子表格程序中的这种目标值搜索在小数位后不是完美的，由于其余公差，这对设计也没有明显的影响。

利用如此找到的N_ref，针对需要检查是否实现根据本发明的优点的管由VD＝100*N_T/N_ref确定槽密度VD。如果借助如此获得的值得到

或在考虑到其他的交叉关联的情况下得到

然后可以确认，具有基于计算的表征管的四个特征(N_T、Di、r₂、TT)的管改进了烃在具有外部加热管的管式炉中的热裂解的经济性。

在上述示例值(Di＝60mm、TT＝2.05mm、r₂＝8mm和N_T＝8)中，在第一步骤中得出N_ref为19。在第二步骤中以N_ref为19进行目标值搜索得到r_Nref为29.450992。但是，在第四个单元格中得到值-0.07096658，因此在第五个单元格中弹出单词“假”。如果将N_ref从19减少1到18并且重新执行第二步骤，则以N_ref为18进行目标值搜索将得到r_Nref为29.5192908。但是，在第四个单元格中得到值0.10620948，因此在第五个单元格中弹出单词“真”。在继续检查管是否属于本发明时，可使用N_ref＝18来计算槽密度VD。

根据本发明的管沿着纵轴线延伸并且具有引入其内表面的槽。现有槽的数量由变量N_T表示。槽沿着管的内表面围绕纵轴线螺旋形地延伸。在优选的实施方式中，槽在管的圆周上均匀分布。这意味着，对于所有槽在垂直于纵轴线的横截面中，所有槽的两个相邻布置的槽之间在圆周方向上的距离是相等的。

槽深度理解为槽的最深点到内表面的距离。因此是指在垂直于纵轴线的横截面中在从纵轴线的径向观察到的槽的最远点(最低点)与围绕纵轴线的内表面圆之间的最短距离，向内布置在最远处的在槽之间保留的内表面部分位于内表面圆上。本发明的实施方式设置成，管的内表面是圆柱形的并且在该圆柱形的内表面中引入槽。然后在槽之间保留的内表面部分形成圆柱形的部分。向内布置在最远处的内表面部分所在的内表面圆是圆柱形内表面保留部分所在的横截面中的圆，因为在该实施方式中，所有保留的内表面部分向内布置距离相等。但是也提供这样的实施方式，其中在两个槽之间保留的内表面几乎收缩成一条线，因为槽口(在内表面中的槽的开口横截面)选择得非常大。尤其在这种实施方式中槽的表面的曲率从槽底中的凹形曲率(在槽底的圆弧)改变成槽的表面在槽口的区域中的凸形曲率，这种实施方式可如此起作用，就好像沿周向方向在槽上(其中此时是指槽的凸形弯曲区域)连接布置在槽之间的翅片(其中此时是指槽的凹形弯曲区域)并且限制槽(更好为凹形弯曲的槽底)的壁部过渡到翅片的外表面。在这些实施方式中向内布置在最远处的内表面部分所在的内表面圆是在该横截面中“翅片”的顶点所在的横截面中的圆。在根据本发明发现的表征管的关系中槽深度通过变量TT表示。

在优选的实施方式中，槽在垂直于纵轴线的横截面中至少在槽底具有倒圆的横截面，该倒圆的横截面优选可以近似为圆弧或相当于圆弧。在槽口的区域中，在优选的实施方式中槽的横截面几何结构可以扩展，特别是通过从槽底中的凹形横截面几何结构变化到槽口区域中的凸形横截面几何结构。在替代的实施方式中，在垂直于纵轴线的横截面中，整个槽的横截面几何结构可以近似为圆弧或相当于圆弧。同样地可以想到这样的实施例，其中凹槽在垂直于纵轴线的横截面中，一部分的横截面几何结构具有椭圆形。在优选的实施方式中，槽的垂直于纵轴线的横截面的形状对于垂直于纵轴线的所有横截面保持相同。在特别优选的实施方式中，槽的垂直于纵轴线的横截面的形状和尺寸对于垂直于纵轴线的所有横截面保持相同。在优选的实施方式中，管的所有槽在垂直于纵轴线的横截面中、优选在垂直于纵轴线的所有横截面中都具有相同的形状，特别优选地具有相同的形状和尺寸。如果槽具有不同的尺寸以及尤其不同的槽深度，则对于根据本发明的表征管的关系使用最深的槽的槽深度TT。

在优选的实施方式中管的垂直于纵轴线的横截面关于纵轴线旋转对称。对此是指，有0°和360°之间的至少一个角度，管的横截面通过围绕纵轴线转动该角度可映射在其本身上。

在优选的实施方式中，管的垂直于纵轴线的横截面关于在该横截面中纵轴线所在的点点对称。

在优选的实施方式中，管的垂直于纵轴线的横截面关于位于该横截面中、垂直于纵轴线延伸的轴线镜像对称。

管在垂直于纵轴线的横截面中具有用变量Di表示的内直径。内直径是内表面圆、即围绕纵轴线的圆的直径，向内布置在最远处的、在槽之间保留的内表面部分位于该内表面圆上。

在优选的实施方式中管横截面在内侧上具有的直径Di在15mm至280mm的范围中，尤其优选15mm至180mm、尤其优选20mm至150mm、尤其特别优选30mm至140mm。

在优选的实施方式中，槽深度TT在0.1mm至10mm、尤其优选1.0mm至7mm、非常特别优选1.0mm至4mm的范围中。

在优选的实施方式中，槽的数量N_T在1至100、尤其优选2至50、非常特别优选2至30的范围中。

在优选的实施方式中槽密度VD在1％至347％、尤其优选2％至113％、非常特别优选10％至105％的范围中。

在优选的实施方式中，槽相对于纵轴线在20°至40°、优选22.5°至32.5°的角度中延伸。

在优选的实施方式中，在垂直于纵轴线的横截面中通过布置在两个槽之间的内表面部分所占据的在内表面圆上的圆弧段大于邻接该内表面部分的其中至少一个槽的槽口所占据的在内表面圆上的圆弧段的1％、尤其大于2％、尤其大于5％、尤其大于10％、尤其大于30％、尤其大于50％、尤其大于70％。在优选的实施方式中在横截面中通过布置在两个槽之间的内表面部分所占据的在内表面圆上的圆弧段等于或大于邻接该内表面部分的其中至少一个槽的槽口所占据的在内表面圆上的圆弧段。

根据本发明的用于在存在蒸汽时热裂解烃的装置具有至少一个根据本发明的管，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导。

在根据本发明的管中，在管圆周上在阳面和阴面之间必然不同的热供给在管壁中以及在管内部中被补偿并且同时热量快速地向内朝芯部区域排放。由此降低了使管壁上的过程气体局部过热以及由此引起生成焦炭的风险。另外，由于阳面和阴面之间的温度补偿使得在管道材料上的热应力较低，这延长了使用寿命。最后，在根据本发明的管中使得管横截面的温度均匀并伴随更好的烯烃生产率。这原因是，在管内部中在热的管壁上如果没有根据本发明的径向温度补偿，将会导致过度开裂，并且在管中部会导致反应转换过低。

根据本发明的管可依照材料例如由离心铸造管通过以下方式制成，管的端部以轴平行的槽相对彼此转动，或通过对离心铸造管进行预成型，例如通过经由构型工具的热锻、热拔或冷成型，例如具有与管的内部构型相对应的外部构型的飞芯或心轴制造该内部构型。

在各种变型方案中例如从德国专利文献195 23 280中得知用于对管进行内部构型的切割机。这些机械也适用于制造根据本发明的管。

根据本发明的管的内表面应具有尽可能低的粗糙度，因此可以使其平滑，例如机械抛光或电解平整。

对于应用在乙烯设备中，具有0.1％至0.5％的碳、20％至35％的铬、20％至70％的镍、最高3％的硅、最高1％的铌、最高5％的钨以及铪、钛、稀土或锆的添加物，相应最高0.5％以及最高6％的铝的镍-铬-铁合金适合作为管材料。

尤其优选地，对于管使用具有很高的抗氧化性和抗渗碳性、时间稳定性和抗蠕变性的由以下成分构成的镍-铬-铁合金

0.05％至0.6％的碳

20％至50％的铬

5％至40％的铁

最高6％的铝

最高2％的硅

最高2％的锰

最高1.5％的铌

最高1.5％的钽

最高6.0％的钨

最高1.0％钛

最高1.0％的锆

最高0.5％的钇

最高0.5％的铈

最高0.5％的钼

最高0.1％的氮

其余为镍(包括由于熔化而产生的杂质)。

以下表格示出本发明的可能的实施方式，其相应于根据本发明提出的关系。对此在对于所选的内直径D_Aqv的一行中给出用于好的、但是相比于由N_Tmin和TT_Max和VD_min构成的第二对具有更低的热传递的一对N_Tmax和TT_min和VD_max。此外，该表格示出了使用模拟程序估算的热传递(H_min(

TT_min,VD_Max)[Watt])用于较低的热传递；H_Max(

TT_max,VD_min)[Watt]用于进一步改进的热传递)。

已经看出，预期的热传递不仅对于好的、但是相比于进一步优化的稍微较低的值(H_min(

TT_min,VD_Max)[Watt])而且对于进一步优化的值H_Max(

TT_max,VD_min)[Watt])都可如在图4中所示直接与内直径成比例地绘出。下列表格针对各个管示出了根据本发明所采用的关系的不同变量的值。槽底中的圆弧具有的半径r₂为8mm。

在估计值(H_min(

TT_min,VD_Max)[Watt])和H_Max(

TT_max,VD_min)[Watt])所使用的CFD分析(计算流体动力学分析)中使用以下模拟条件：

用于模拟热传递的临界条件：

用于外部加热管的空间温度：1300℃

管的发射率ε：0.85

考虑到阳面/阴面(阳面：80％的辐射、20％的对流；阴面：20％的辐射、80％的对流)以及物理材料特性密度、比热容和导热能力与温度相关

模拟长度：2m

表格1：管入口处的进料混合物的状态

表格2：进料混合物的物理特性

根据本发明的管优选用于在存在蒸汽时热裂解烃，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导。

附图说明

下面根据仅示出本发明的实施方式的附图详细阐述本发明。其中示出：

图1示出了根据本发明的管的透视图；

图2示出了根据本发明的管在垂直于管的纵轴线的剖切平面中的第一可能的横截面；

图3示出了根据本发明的管在垂直于管的纵轴线的剖切平面中的第二可能的横截面；

图4示出了图表，该图表针对可得到优良结果的N_T个槽和槽深度TT中的一对以及可得到更好结果的N_T个槽和槽深度TT中的一对示出了借助该对实现的热传递与内直径的关系；

图5示出了根据本发明的具有槽的管的横截面。

具体实施方式

在图1中示出的根据本发明的管1沿着纵轴线A延伸并且具有3个被引入内表面中的、围绕纵轴线A螺旋形地沿着内表面延伸的槽2。

在图2示出的根据本发明的管1的横截面中可看出，根据优选的实施方式槽2被引入管1的基本为圆柱形的内表面中。因此在槽2之间保留管1的实施成圆柱形的内表面的部分。

在图2中标示出槽深度TT和直径Di以及内表面圆3。

在图2中还示出，槽2的横截面可通过圆弧表示。

在图3示出的根据本发明的管1的横截面中可看出，根据可替代的实施方式在槽底4中实施成凹形的槽可朝槽口5的方向过渡到凸形形状并且在两个槽2之间保留的内表面部分近似收缩成一条线。在图3中标示出槽深度TT和直径Di以及内表面圆3。

图4示出了在表格中呈现的(H_min(

TT_min,VD_Max)[Watt])和H_Max(

TT_max,VD_min)[Watt])的值与等效直径

的关系。可看出，这些值可分别通过一条线示出。

图5和在图5中绘制的细节Y示例性地在根据本发明的具有槽的管上再现了在权利要求和说明书中使用的缩写命名A₁、r₁、TT、h、b₂、b₁、A_T、r₂和s。

以下将举例示出如何获得表征管的四个值N_T、Di、r₂和TT。

在一个示例中存在外部要求，通过面应相当于直径60mm的直管。此外，由于可用于制造管的工具在制造侧有限制，使得在槽的横截面为圆弧形时应选择为槽深度TT为1.3mm且槽底的圆弧的半径r₂为8mm。问题是，采用何种直径Di以及多少个槽可改进烃在具有外部加热管的管式炉中的热裂解的经济性。

因此，起始点是：

TT＝1.3mm

r₂＝8mm

由

直接得出

为了确定N_ref，在第一步骤中通过公式

由r₂、

得出第一N_ref为18。借助N_ref为18，由前述目标值搜索得出r_Nref为29.1406241，其中，同时满足限制条件

因此，将数18用作N_ref。

借助N_ref＝18得出VD＝N_T/18*100。

通过使用P1、P2和P3的最小值，对于公式左边项

其中常数

C1＝1946.066

C2＝302.378

C3＝-2.178

C4＝266.002

C5＝1.954

C6＝50.495

C7＝-2.004

C8＝79.732

C9＝-1.041

C10＝0.04631

C11＝-0.26550

-0.2≥P1≥-0.3

310≤P2≤315

200≤P3≤1500

得到值

并且通过使用P1、P2和P3的最大值，对于公式左边项得出

对于公式的右边项

在采用|TT|＝1.3以及

＝60之后得到

1946.066+302.378*1.3+-2.178*VD+266.002*60

+(1.3–1.954)*(VD–50.495)*-2.004

+(1.3–1.954)*(60–79.732)*-1.041

+(VD–50.495)*(60–79.732)*0.04631

+(60–79.732)*(60–79.732)*-0.26550

由此得到：

18162.4329–1.7812VD，

并且借助VD＝N_T/N_ref*100＝N_T/18*100＝5.5556N_T得出

18162.4329–9.8954N_T。

为了确保管实现根据本发明的优点，应如此选择N_T，满足如下关系：

19.680≥18162.4329–9.8954N_T，

以及满足如下关系式

18162.4329–9.8954N_T≥17.720，

两个关系式在1≤N_T≤44.71的情况下得到满足。

因为由此发现的N_T较大，先前算出的变量N_ref得出，即使引入最大可能数量的槽(N_ref＝18)在该低谷深度的情况下始终都可实现根据本发明的优点。因此在该实施例中使用者任意地为管设置直至最大数量的槽，都不会失去本发明的优点。

借助由此发现的N_T可采用公式(1)以迭代的方式确定管的半径r₁以及管的内直径Di(＝2r₁)，因为

因此可确定为了制造本发明优选实现的管所需的所有参数。

Claims (22)

1.一种用于在存在蒸汽时热裂解烃的管，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导，其中，

·所述管(1)沿着纵轴线(A)延伸且具有数量为N_T的引入所述管(1)的内表面中、围绕所述纵轴线(A)螺旋形地沿着所述内表面延伸的槽(2)，

·引入所述槽(2)的所述内表面在垂直于所述纵轴线(A)的横截面中具有直径Di和半径r₁＝Di/2，

·所述槽(2)在该垂直于所述纵轴线(A)的横截面中在其槽底(4)中分别具有圆弧形状并且所述圆弧具有半径r₂，

所述槽(2)分别具有槽深度TT，该槽深度TT在垂直于所述纵轴线(A)的横截面中分别具有在具有直径Di的内表面所在的以及其中点位于所述纵轴线(A)上的圆和所述槽(2)的槽底(4)与所述纵轴线(A)距离最远的点之间的最小距离，其特征在于，

等效直径

的数值

和所述槽(2)的数量N_T以及所述槽(2)的以mm计的槽深度TT的数值|TT|满足以下关系：

其中，常数为

C1＝1946.066

C2＝302.378

C3＝-2.178

C4＝266.002

C5＝1.954

C6＝50.495

C7＝-2.004

C8＝79.732

C9＝-1.041

-0.2≥P1≥-0.3

310≤P2≤315

200≤P3≤1500，

其中，从以下关系式中得到槽密度VD，所述槽密度VD以百分比表示所述管的N_T个槽与能够引入在具有相同等效直径

的管的内表面上、槽深度TT＝1.3mm的槽的最大数量的参考值N_ref的比例：

VD＝N_T/N_ref*100，

所述参考值N_ref的是满足以下关系式的最大自然数：

其中，

A₁＝π·|r₁|²

并且对此有r_Nref，其在使用借助前述关系得出的

值的情况下满足以下关系，借此同样得到

而没有破坏限制条件

其中，从关系式

中得出所述等效直径

2.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述管的内表面是圆柱形的并且在该圆柱形的内表面中引入多个槽，使得保留在这些槽之间的内表面部分形成该圆柱形的部分。

3.根据权利要求1所述的管，其特征在于，在垂直于纵轴线的横截面中通过布置在两个槽之间的内表面部分所占据的在内表面圆上的圆弧段大于邻接该内表面部分的其中至少一个槽的槽口所占据的内表面圆上的圆弧段的1％。

4.根据权利要求1所述的管，其特征在于，引入有所述槽(2)的内表面的直径Di在15mm至280mm的范围中。

5.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述槽深度TT在0.1mm至10mm的范围中。

6.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述槽(2)的数量N_T构成槽密度，所述槽密度在1％至347％的范围中。

7.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述槽(2)相对于所述纵轴线(A)以20°至40°的角度延伸。

8.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述槽(2)相对于所述纵轴线(A)以22.5°至32.5°的角度延伸。

9.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述管是离心铸造管或由离心铸造管通过将槽引入离心铸造管制成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的管，其特征在于，所述管包括具有高抗氧化性和抗渗碳性、时间稳定性和抗蠕变性的由以下成分构成的镍-铬-铁合金：

0.05％至0.6％的碳

20％至50％的铬

5％至40％的铁

2％至6％的铝

最高2％的硅

最高2％的锰

最高1.5％的铌

最高1.5％的钽

最高6.0％的钨

最高1.0％钛

最高1.0％的锆

最高0.5％的钇

最高0.5％的铈

最高0.5％的钼

最高0.1％的氮

其余为镍包括由于熔化而产生的杂质、或者是由一种这样的合金构成。

11.一种用于在存在蒸汽时热裂解烃的管，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导，其中，

·所述管(1)沿着纵轴线(A)延伸且具有数量为N_T的引入所述管(1)的内表面中的、围绕所述纵轴线(A)螺旋形地沿着所述内表面延伸的槽(2)，

·引入有所述槽(2)的所述内表面在垂直于所述纵轴线(A)的横截面中具有直径Di和半径r₁＝Di/2，

·所述槽(2)在垂直于所述纵轴线(A)的横截面中在其槽底(4)中分别具有圆弧形状并且所述圆弧具有半径r₂，

所述槽(2)分别具有槽深度TT，该槽深度TT在垂直于所述纵轴线(A)的横截面中分别具有在具有直径Di的内表面所在的以及其中点位于所述纵轴线(A)上的圆和所述槽(2)的槽底(4)与所述纵轴线(A)最远的点之间的距离的最小距离，其特征在于，

等效直径

的数值

和所述槽(2)的数量N_T以及所述槽(2)的以mm计的槽深度TT的数值|TT|满足以下关系：

其中，常数为

C1＝1946.066

C2＝302.378

C3＝-2.178

C4＝266.002

C5＝1.954

C6＝50.495

C7＝-2.004

C8＝79.732

C9＝-1.041

C10＝0.04631

C11＝-0.26550

-0.2≥P1≥-0.3

310≤P2≤315

200≤P3≤1500

其中，从以下关系式中得到槽密度VD，所述槽密度VD以百分比表示所述管的N_T个槽与能够引入在具有相同等效直径

的管的内表面上的槽深度TT＝1.3mm的槽的最大数量的参考值N_ref的比例：

VD＝N_T/N_ref*100

其中所述参考值N_ref的是满足以下关系式的最大自然数：

其中，

A₁＝π·|r₁|²

对此有r_Nref，其在使用借助前述关系得出的

值的情况下满足以下关系，借此同样得到

而没有破坏限制条件

其中，从关系式

中得出等效直径

12.根据权利要求11所述的管，其特征在于，所述管的内表面是圆柱形的并且在该圆柱形的内表面中引入多个槽，使得保留在这些槽之间的内表面部分形成该圆柱形的部分。

13.根据权利要求11所述的管，其特征在于，在垂直于纵轴线的横截面中通过布置在两个槽之间的内表面部分所占据的在内表面圆上的圆弧段大于邻接该内表面部分的其中至少一个槽的槽口所占据的内表面圆上的圆弧段的1％。

14.根据权利要求11所述的管，其特征在于，引入有所述槽(2)的内表面的直径Di在15mm至280mm的范围中。

15.根据权利要求11所述的管，其特征在于，所述槽深度TT在0.1mm至10mm的范围中。

16.根据权利要求11所述的管，其特征在于，所述槽(2)的数量N_T构成槽密度，所述槽密度在1％至347％的范围中。

17.根据权利要求11所述的管，其特征在于，所述槽(2)相对于所述纵轴线(A)以20°至40°的角度延伸。

18.根据权利要求11所述的管，其特征在于，所述槽(2)相对于所述纵轴线(A)以22.5°至32.5°的角度延伸。

19.根据权利要求11所述的管，其特征在于，所述管是离心铸造管或由离心铸造管通过将槽引入离心铸造管制成。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的管，其特征在于，所述管包括具有高抗氧化性和抗渗碳性、时间稳定性和抗蠕变性的由以下成分构成的镍-铬-铁合金：

0.05％至0.6％的碳

20％至50％的铬

5％至40％的铁

2％至6％的铝

最高2％的硅

最高2％的锰

最高1.5％的铌

最高1.5％的钽

最高6.0％的钨

最高1.0％钛

最高1.0％的锆

最高0.5％的钇

最高0.5％的铈

最高0.5％的钼

最高0.1％的氮

其余为镍包括由于熔化而产生的杂质、或者是由一种这样的合金构成。

21.一种用于在存在蒸汽时热裂解烃的装置，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导，其特征在于，具有根据权利要求1至10中任一项或根据权利要求11至19中任一项所述的管。

22.一种根据权利要求1至10中或根据权利要求11至19中任一项所述的管的应用，所述管用于在存在蒸汽时热裂解烃，其中，进料混合物通过外部加热的管被引导。

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