CN109072090B - 用于裂解炉的反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于裂解烃的反应器，其中所述反应器具有内壁；所述反应器的特征在于所述内壁包括嵌入在所述内壁的表面中的多个凹形坑。

Description

用于裂解炉的反应器
技术领域
本发明提供了一种用于裂解烃的反应器、一种包括用于裂解烃的反应器的炉、以及一种用于由烃原料产生低碳烯烃的方法。
背景技术
在石油化学工业中，较小的烯烃通常通过热裂解工艺从前体原料产生。该裂解工艺涉及加热包含较大的烃的前体原料。由于热能的增加，前体原料中存在的碳键会断裂，从而将烃分子长链变为更短更小的链。根据所供应的烃和所期望的裂解终产物，引发裂解过程需要的温度可高达一千度。通常，可对诸如停留时间、稀释度、流量、压力等的其它裂解工艺条件进行调节，以实现最高的可能产率。
通常，蒸汽裂解过程在悬挂在大型燃气炉中的反应器内发生，所述燃气炉从外部加热反应器。数十个至数百个这种反应器经常在一个炉中堆叠在一起，以便将生产能力增加到数百万吨每年(kta)。在增加该工艺的产能、提高该工艺的选择性、产率以及/或者热效率的努力中以许多不同的形状和尺寸制造这些反应器，其有时称作裂解管。
在蒸汽裂解过程中，以气体状态供应的前体原料高速流动至反应器，在其中被蒸汽稀释，并在不存在氧气的情况下被加热。但是，作为该过程的结果，可能会在反应器内壁上积累焦炭沉积物，即由碳组成的固体残留物。该焦炭沉积对于这些反应器的生产率具有若干不利影响：
(1)焦炭具有低热导率，因此焦炭的沉积可能会降低系统的热效率，其继而要求增加燃料流速，以维持相同的生产水平，从而进一步增加焦炭沉积速率。此外，悬挂于共同炉中的一系列反应器之间不同的焦炭沉积速率会阻碍维持期望的生产选择性所需要的适当的温度控制。焦炭层的低热导率还会导致更高的管金属温度，其可能会达到所用合金的设计极限。
(2)焦炭的持续沉积可能会降低原料气体可使用的反应器横截面面积，从而导致更高的工艺气体速度和更高的反应器压降。为了补偿该压降，必须增加反应器内的总体压力，这会无意地降低对低碳烯烃的工艺选择性，这是由那些烯烃之间的次级反应的速率增加而导致。
(3)焦炭的存在会降低裂解工艺的碳产率，这是由于否则作为低碳烯烃被收集的所有碳原子反而被并入到焦炭中从而被损失掉。
为了限制焦炭沉积随时间的不利影响，需要定期关闭以便将反应器脱焦。脱焦过程通常涉及将整个炉脱机一天或更多天，以便氧化焦炭沉积物并将其从所有反应器的内壁去除。因此，脱焦过程会通过中断运行长度而显著降低炉的生产率，并由于进行脱焦过程以及随后重启裂解过程需要堆叠材料和能量成本而增加生产成本。另外，鉴于脱焦的放热性质，在脱焦过程中可能会对反应器造成热损害。
内部翅片(例如GB969796中所述)可通过增加内部表面积而实现改善的热传递。但是，随着暴露的反应器表面积增加，与反应器壁接触的层流层也会增加。在该层中，高停留时间与高温结合会增加有价值的产品产率的显著损失。另外，更多的反应器壁被暴露，从而形成焦炭沉积物。因此，尽管各管的热性能可能会被改善，但是对焦炭形成和运行长度的影响可能甚至是负面的。
US5950718旨在通过向反应器壁添加凸起部件(element)，以便打碎层流层并促进湍流混合，来解决这些问题。尽管这种装置可提高热传递系数，但是随着压力形式的势能转化为湍流动能，它们通常会遭受过量的阻力。另外，流动中的这种障碍会引起具有局部高停留时间的回路流型，其易于形成焦炭。这些部件中的每一个的独立焊接还会增加另外的保养风险，这是由于各部件可能会由于它们暴露于的高局部热应力和剪切应力而断开。
因此，存在对容许增加蒸汽裂解反应器和炉的运行长度的新技术的需求。还存在对旨在在热化学处理过程中提高烯烃选择性的技术的需求。还存在对旨在改善热传递的技术的需求。还存在对旨在降低热应力的技术的需求。还存在对旨在通过增加最高工艺气体温度而在更高苛刻性下运行的技术的需求。还存在对旨在通过增加最大负载而在更高吞吐量下运行的技术的需求。还存在对旨在限制压降的发生和/或幅度的技术的需求。
发明内容
如本文所述的本发明提供对上述需求中的一个或多个的解答。如本文所述的本发明的优选实施例提供对上述需求中的一个或多个的解答。
根据第一方面，本发明涉及一种用于裂解烃的反应器，其中所述反应器具有内壁；所述反应器的特征在于所述内壁包括嵌入在所述内壁的表面中的多个凹形坑。优选地，所述反应器为高温分解(pyrolysis)反应器、热裂解反应器或蒸汽裂解反应器。
在一些优选实施例中，所述多个凹形坑中的每一个凹形坑由坑深度e表征，其中e为至少0.01cm且至多1.0cm，优选为至少0.1cm且至多0.5cm。
在一些优选实施例中，所述多个凹形坑中的每一个凹形坑由坑直径d表征，其中d为至少0.1cm且至多5.0cm，优选为至少0.5cm且至多2.0cm。
在一些优选实施例中，所述多个凹形坑中的每一个凹形坑的进一步由深度直径比(DDR)表征，所述深度直径比被定义为
DDR＝e/d；
其中DDR为至少0.01且至多0.5，优选为至少0.05且至多0.4；更优选为至少0.1且至多0.3。
在一些优选实施例中，所述多个凹形坑中的每一个坑的形状由一几何特征表征，优选地由平滑边缘或弯曲边缘，例如球形、椭球形、卵形或泪珠形形状的至少一部分表征。
在一些优选实施例中，所述多个坑中的至少一个坑进一步包括两个或更多个曲率半径与主凹面不同的次级曲率区域，其中所述次级曲率区域位于所述主凹面的边缘上或所述主凹面内。图3例示出这种次级曲率区域。
在一些优选实施例中，所述多个凹形坑中的至少一部分以一种或多种图案排列，优选地其中所述图案为线性的、交错的以及/或者交叉的。
在一些优选实施例中，所述内壁的至少一部分是平滑的，即，未被任何凹形坑覆盖，其进一步由面积覆盖率(AC)表征，所述面积覆盖率被定义为
AC(％)＝被坑覆盖的所述内壁的总面积/所述内壁的总面积*100；
其中AC为至少1％且至多99％，优选为至少20％且至多90％。
在一些优选实施例中，所述反应器具有管状形状，并且特征在于：
-至少10m至至多400m的总反应器长度；
-至少2cm至至多20cm、优选至少3cm且至多15cm的内径；
-至少3.0cm且至多22.0cm、优选至少5.0cm且至多17.0cm的外径，外径大于内径；以及
-至少0.3cm且至多2.0cm、优选至少0.5cm且至多1cm的壁厚，壁厚被定义为外径与内径之差的一半。
在一些优选实施例中，壁厚大于坑深度e的两倍(2*e)，优选地其中壁厚大于3*e。通常壁厚总是大于坑深度e。
在一些优选实施例中，所述内壁包含金属、金属合金、陶瓷、以及/或者其组合。
在一些优选实施例中，所述多个凹形坑中的每一个坑包含与所述反应器相同的材料。
根据第二方面，本发明涉及一种炉，其包括根据本发明第一方面及其优选实施例的反应器。
根据第三方面，本发明涉及一种用于制造根据本发明第一方面及其优选实施例的反应器的方法，所述方法包括以下步骤之一：
-模制；
-离心浇铸；
-挖掘(excavation)；以及/或者
-沉积。
根据第四方面，本发明涉及在根据本发明第一方面及其优选实施例的反应器中、或者在根据本发明第二方面及其优选实施例的炉中制造低碳烯烃的方法，所述方法包括在至少700℃且至多900℃的温度下将烃原料裂解为低碳烯烃的步骤。
附图说明
以下编号是指：(100)反应器–用于进行高温分解、热裂解或者蒸汽裂解；(150)反应器内壁–表面；(500)坑–凹形。
图1是本发明的管的内表面的展开图，用来示例在反应器内表面上形成的坑排列的一个实施例。在该图中，参数d是指(在流动方向上测量的)坑直径。t2是在流动方向上相邻坑行之间的距离，彼此之间成交错角γ。参数t1是指相邻坑之间的方位距离，并且可由每单位横截面的坑数量n和管直径D计算为πD/n。
图2是圆筒形曲面上的坑的横截面的视图，用来示例单个坑的不同参数；这会在实例1中进一步描述。在该图中示出了具有半径R和壁厚t的管，在其上压印有具有球形形状和半径r的坑。角度α和β对应于分别从坑中心和管中心的坑弧的对角。由于圆筒形管的弯曲表面，沿流向方向的坑直径d与沿方位方向的表观直径d'不同。另外，表观深度ε+e可能会由于管的曲率而大于实际坑深度e。
图3示例出通过应用分别具有曲率1/r1、-1/r2以及-1/r3的三个同心曲率区域S1、S2以及S3而可能会降低压力损失的坑设计。在这种情况下，坑深度e和直径d可作为最终坑形状的极值而被计算。
图4是本发明的管的内表面的展开图(顶部)和径向截面(底部)，用来示例不同的坑形状，包括球形(a)、泪珠形(b)、椭球形(c)以及倾斜的(d)椭球形坑设计。对于倾斜的椭球形坑，角度δ被定义为流动方向与椭球形的主轴之间的角度。
图5是示出针对各种坑参数组合与参考裸管和现有技术管相比的压力损失和热传递增强的图；这会在实例2中进一步描述。
图6是示出与现有技术管相比，针对本发明的两个实施例的相对热传递增强和压力损失的雷诺数依赖性的图；这会在实例3中进一步描述。
图7(a)是坑深度直径比为0.45的坑表面上的流线图，该图使用t＝1.8s与t＝2.0s之间的时间平均大涡模拟数据而获得；这会在实例5中进一步描述。
图7(b)是示出在如图7(a)中所示的“左侧”位置和“右侧”位置处的瞬时流向速度的图；这会在实例5中进一步描述。
具体实施方式
在描述本发明的系统和本发明的方法之前，应理解本发明并不局限于所描述的特定系统和方法或组合，这是由于这种系统和方法以及组合当然可能会有所变化。还应理解，本文所用术语并非旨在进行限制，这是由于本发明的范围将仅由所附权利要求限制。
如本文所使用，单数形式“一”、“一个”、以及“该”包括单数和复数个所指对象，除非上下文明确地另外规定。如本文所使用的术语“包括”以及“由…组成”与“包含”或“含有”同义，并且是包含性的或者开放式的，并不排除另外的未提及的成员、元素或方法步骤。应理解，如本文所使用的术语“包括”、“包含”以及“由…组成”包括术语“由…构成”以及“含有”。
通过端点提及的数字范围包括相应的范围内所包含的所有数字和分数，以及所提及的端点。如本文所使用的术语“约”或“大约”在提及可测量的值(例如参数、量、持续时间等)时旨在包括指定值的+/-10％或更小、优选+/-5％或更小、更优选+/-1％或更小、进一步更优选+/-0.1％或更小的变化，以及从指定值的+/-10％或更小、优选+/-5％或更小、更优选+/-1％或更小、进一步更优选+/-0.1％或更小的变化，只要这种变化对于实施所公开的发明是适当的。应理解，修饰语“约”或“大约”所指的值本身也被具体地和优选地被公开。
尽管术语“一种或多种(或者“一个或多个”)”或“至少一种(或者“至少一个”)”(例如一组成员中的一个或多个成员或者至少一个成员)本身是清楚的，但是通过进一步的举例，所述术语尤其包括对任一所述成员，或者任意两个或更多个所述成员，例如任意≥3个、≥4个、≥5个、≥6个或≥7个等的所述成员，以及至多所有所述成员的引用。
本说明书中提及的所有参考文献通过引用整体并入本文。特别地，本文中特别提及的所有参考文献的教导通过引用并入本文。
除非另有限定，否则在公开本发明时使用的所有术语，包括科技术语，具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解相同的含义。通过进一步的指导，术语定义被包括以更好地理解本发明的教导。
在以下段落中更详细地对本发明的不同方面进行确定。如此确定的每个方面可与任何其它一个或多个方面结合，除非明确地指示相反的情况。特别地，被指示为优选的或者有利的任何特征或实施例可与被指示为优选的或者有利的任何其它特征或实施例结合。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的提及意味着关于该实施例描述的特定的特征、结构或特点被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在不同位置中短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现并非必须全部都指同一实施例，而是可以指同一实施例。另外，在一个或多个实施例中，对于本领域技术人员根据本公开将显而易见的是，特定的特征、结构或特点可以以任何合适的方式结合。另外，本领域人员而言将理解，尽管本文中描述的一些实施例包括一些特征但不包括其它实施例中包括的其它特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落入本发明的范围内，并形成不同的实施例。例如，在所附权利要求书中，要求保护的任何实施例可以以任何组合使用。
在本发明的本说明书中，参考形成本说明书的一部分的附图，并且在附图中仅以示例的方式示出本发明可实施的特定实施例。附加到相应的元素的加括号的或者加粗的参考编号仅仅以示例的方式对各元素进行说明，其并非旨在对相应的元素进行限制。应理解可采用其它实施例，并且可在不偏离本发明的范围的情况下进行结构改变或者逻辑改变。因此，以下详述不应理解为是限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
术语“蒸汽裂解工艺”是指一种化学反应，其中包含在前体原料中的一个或多个碳键通过热能断裂，从而将前体原料大分子分成更短的、优选不饱和的产物分子。术语“高温分解”是指在升高的温度下在不存在氧(或者任何卤素)的情况下有机材料的热化学分解；它是一种热解形式，并且包含本领域技术人员可能认为相关的或者同义的任何术语。关于蒸汽裂解的更多详情可在Zimmermann，H.；Walzl，R.的Ullmann's EncyclopediaofIndustrial Chemistry中的Ethylene，Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA：2000；第469-493页找到，其通过引用整体并入本文。
术语“前体原料”是指供应到反应器中的一组有机化合物，它们在反应器中进行热化学分解并转化为产物；优选地，前体原料包含通过蒸汽裂解工艺分裂成(低碳)烯烃的烃。合适的前体原料的实例可选自包含以下的群组：乙烷、丙烷、丁烷、LPG、(可再生)石脑油、轻瓦斯油、真空瓦斯油、凝析油直至(氢化处理的)原油等，以及/或者其组合的共裂解。展现出焦化(沉积)的任何原料将特别受益于本发明。
术语“产物”是指在热化学反应将前体原料转化之后从反应器获得的一组有机化合物。优选地，产物包含从通过蒸汽裂解工艺断裂的烃获得的(低碳)烯烃。期望的产物的实例可选自包含以下的群组：乙烯、丙烯、苯、丁二烯等，以及/或者它们的组合。
如本文所使用的术语“反应器”是指根据本发明用来容纳化学反应的一种装置或结构；优选地，所述化学反应涉及用于产生烯烃的蒸汽裂解。如本文所使用的术语“内壁”是指反应器结构内部包含的表面区域；优选与其中发生化学反应的空间接触。如本文所使用的术语“外壁”是指反应器结构外部包含的表面区域；优选地与热能从其供应至反应器的空间接触。不同形状的反应管的实例可在van Goethem，M.W.M.；Jelsma，E.，Numerical andexperimental study of enhanced heat transfer and pressuredrop for hightemperature applications，Chem.Eng.Res.Des.2014，92(4)，第663-671中找到，其通过引用整体并入本文。
如本文所使用的术语“炉”(也称作“烘箱”)是指一种装置或结构，其包括根据本发明用来容纳化学反应的一个或多个反应器；优选地，所述化学反应涉及用于产生烯烃的蒸汽裂解。炉被调整为适合(极)高温加热。炉的一般结构在本领域中是已知的，并且可进一步包括被配置用来进行加热和热分布的一个或多个结构；例如加热的地方或壁炉、烟囱、连接管道等。关于适合蒸汽裂解的炉设计的更多详情可在Zimmermann，H.；Walzl，R.，Ullmann'sEncyclopedia of Industrial Chemistry中的Ethylene，Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA：2000；第482-491页找到，其通过引用整体并入本文。
如本文所使用的术语“坑”是指反应器内壁表面中的凹形凹陷；优选地其中坑为凹形凹陷；优选地其中坑相对于反应器的内部区域是中空的。如本文所使用的术语“凹形(concave)”是指像球形或椭球形的内部那样向内弯曲的表面区域；它包括术语凹入的(recessed)、缩进的(indented)、向内的(inward)等。如本文所使用的术语“图案(pattern)”是指坑以有规律的且重复的格式的有序排列，其可通过模型或设计而可区分。
雷诺数(Re)被定义为动量(或者惯性)力与粘性力的比，并因此对这两种类型的力对于给定的流动条件的相对重要性进行定量。动量力可与流速和长度尺度相关。在圆筒形管的情况下，这会导致以下定义：Re＝uD/ν，其中ν为运动粘度。
根据第一方面，本发明包括一种用于裂解烃的反应器，其中所述反应器具有内壁；其特征在于所述内壁包括嵌入到所述内壁的表面中的多个凹形坑。优选地，所有坑均为凹形。优选地，所述反应器为高温分解反应器、热裂解反应器或蒸汽裂解反应器。在一些实施例中，所述反应器为热化学反应器。在一些实施例中，所述反应器为用于热解的反应器，更优选为用于高温分解的反应器。在最优选实施例中，所述反应器为蒸汽裂解反应器。
优选地，所述反应器壁基本上没有催化剂，优选在反应器内没有催化剂位置。例如，在重整反应器时，所述反应器通常将包括位于反应器内的催化剂。高温分解反应器、热裂解反应器或蒸汽裂解反应器通常在反应器内没有催化剂。但是，壁本身可包含具有催化活性的元素。
优选地，所述反应器被配置为耐受700至1200℃的温度。高温分解反应器、热裂解反应器或蒸汽裂解反应器通常被配置为耐受这种温度。例如反应器可由CrNi+钢、Cr+钢或Al合金制造。
优选地，所述反应器包括脱焦系统。合适的脱焦系统可在US20130239999A1的段落[0008]和[0009]中找到。这些段落通过引用并入本文。合适的脱焦系统还可在WO2016032730A的段落[0006]中找到。该段落通过引用并入本文。
在一些实施例中，脱焦系统包括空气入口和/或出口。在一些实施例中，脱焦系统包括蒸汽入口和/或出口。在一些实施例中，脱焦系统包括空气入口和蒸汽入口，优选还包括空气出口和蒸汽出口。出口可将空气和/或蒸汽释放到大气中。
反应器包括反应器壁，反应器壁将“内部区域”从“外部区域”部分地密封；优选地，反应器壁至少具有容许分子流通过反应器的入口点和出口点。通过其将前体原料供应至反应器的入口点在此称作“入口”，通过其提取和/或收集产物的出口点在此称作“出口”。反应器针对每个出口点可包括多个入口点。然后与这些入口点连接的反应器壁通过入口点下游的一个或多个位置处的一个或多个歧管(manifold)结构接合。
在一些实施例中，反应器具有在空间中与反应器内部区域连接的内壁；优选地，所述内部区域是发生热化学反应的空间；更优选为进行蒸汽裂解的空间。在一些实施例中，反应器具有在空间中与反应器外部区域连接的外壁；优选地，所述外部区域是能量从其供应至反应器的空间；更优选地，能量以热的形式被供应；最优选地，能量以热的形式由炉供应。
优选地，内壁包括多个凹形坑。在一些实施例中，所述反应器的内壁包括多个中空的坑；优选地，所述坑向内凹入内壁中；最优选地，所述坑为凹形。在一些实施例中，所述反应器的内壁的特征在于，所述内壁包括嵌入在所述内壁的表面中的多个凹形坑；优选地，所述坑形成内壁表面的一部分。
在一些实施例中，所述反应器的特征在于，所述内壁包括嵌入在所述内壁的表面中的多个凹形坑。
通过在反应器的内壁内侧设置坑，获得若干优势，例如增强的热传递和降低的沉积速率。通过增强反应器中的热传递，反应器可以在更高的苛刻性(即，温度)下运行，这可容许在维持相同的吞吐量和运行长度的同时获得更高的乙烯选择性和总烯烃选择性；并且/或者在增加的负载下运行，对于相同的运行长度和苛刻性这可容许更多的吞吐量。另外，通过降低焦炭沉积速率，可以增加反应器的运行长度，从而增加反应器的生产率，增加蒸汽裂解的成本和能量效率，并通过降低碳变为沉积焦炭的损失而获得更高的产出率。另外，通过增强反应器中的热传递，可以在降低的反应器壁温度下运行，从而降低碳化并增加反应器材料的使用寿命。
如各实例所示，通过坑产生二次流型，这有助于焦炭的去除。该流型的特征在于借助于吸力将工艺气体卷吸到坑中，该吸力是由于在腔内部产生低压力区而导致。另外，在腔内产生旋流，在这之后热工艺气体再次被弹射到管的中心。该弹射的流体可以沿与主流成切线的方向离开坑，从而增强工艺气体的径向和切向混合(图7)。以这种方式，由于流体被持续弹射，可避免具有高的局部停留时间和温度的区域的存在。如实例4所示，这一改进的停留时间分布可预期会产生提高的产物产率。
所述流型还可表现出振荡运动。这意味着在平均流沿轴向方向流动的同时，反应器壁附近的流体具有切向分量，该切向分量以自维持的方式以稳定的间隔转变方向。流动方向的转变对于这些反应器中的结垢可具有重要的影响。由于表面上的剪切方向将持续改变，因此预期在壁上形成的任何焦炭将由于坑而更容易脱落。以这种方式，有坑的实施例预期会展现出“自清洁”效果。这在实例5中得到证明，从该实例5可以看出，表面参数对于获得该优选流型起重要的作用。
在一些实施例中，反应器为热化学反应器。在一些实施例中，反应器为用于热解的反应器，更优选为用于高温分解的反应器。在最优选实施例中，反应器为蒸汽裂解反应器。
在一些实施例中，每个坑由坑深度e和坑直径d表征。优选地，所述多个凹形坑中的每一个坑由坑深度e和坑直径d表征。具有相等坑深度e的多个坑的坑子集在此称作具有“共同坑深度”的坑。具有相等坑直径d的多个坑的坑子集在此称作具有“共同坑直径”的坑。
坑深度e被测量为圆筒形内壁表面与所述坑内的离圆筒形表面最远的最深点之间的距离；优选地，所述最深点与坑中心重合，但在任何次级结构位于坑中时并不需要如此。在一些实施例中，坑深度e为至少0.01cm且至多1.0cm，优选为至少0.05cm且至多0.8cm，最优选为至少0.1cm且至多0.5cm。
坑直径d被测量为坑的两个位于坑边缘的对径点(即直径上相反的点)之间的最大距离，其穿过坑中心的直线段。在一些实施例中，坑直径d为至少0.1cm且至多5.0cm，优选为至少0.2cm且至多3.0cm；最优选为至少0.5cm且至多2.0cm。
在一些实施例中，所述多个坑中的至少一部分具有共同的坑深度和共同的坑直径；在一些实施例中多个坑中的每一个坑具有共同的坑深度和共同的坑直径。在一些实施例中，所述多个坑中的至少一部分具有共同的坑深度但是可具有不同的坑直径；在一些实施例中，多个坑中的每一个坑具有共同的坑深度但是多个所述坑中的至少一部分具有不同的坑直径。在一些实施例中，所述多个坑中的至少一部分具有共同的坑直径但是可具有不同的坑深度；在一些实施例中，多个坑中的每一个坑具有共同的坑直径但是多个所述坑中的至少一部分具有不同的坑深度。在一些实施例中，所述多个坑中的至少一部分具有不同的坑深度和不同的坑直径；在一些实施例中，多个坑中的每一个坑均具有不同的坑深度和不同的坑直径。
在一些实施例中，形成多个坑的两个或更多个部分坑具有共同的坑深度和共同的坑直径。优选地，具有共同的坑深度和共同的坑直径的形成多个坑的两个或更多个部分坑被配置为使得它们被包含在反应器内壁的不同区域中，其将受益于不同的坑参数。通过实施具有不同直径和/或深度的坑的部分，这些坑的比例可被调节至反应器的某些区域；例如具有更高的蒸汽裂解速率、焦炭沉积速率、更高的分子流动和/或压降的反应器弯曲部或曲状部周围的某些热点可以比速率靠近更低的反应器出口的区域从更深的和/或更宽的坑受益更多。例如，浅坑(即，坑深度为0.1cm)可位于反应器形成弯曲部的区域中，而较深的坑(即，坑深度为0.3cm)可位于反应器笔直延伸的区域中。例如，浅坑可位于反应器的入口管中(降低工艺温度，降低压降)，而较深的坑则可位于热点中或位于出口管中。坑参数的这种定制可对于反应器的运行长度、选择性、热传递、压降、吞吐量以及寿命周期具有优势。
在一些实施例中，所述多个凹形坑中的一些坑进一步由深度直径比(DDR)表征，该DDR被定义为
DDR＝坑深度e/坑直径d；(或者DDR＝e/d)。
在一个进一步的实施例中，形成多个坑的每一个坑由DDR表征。
优选地，DDR为至少0.01且至多0.5，优选为至少0.05且至多0.3；更优选为至少0.1且至多0.2；更优选为至少0.15且至多0.25，例如约0.20。在一些实施例中，DDR为至少0.01且至多0.5，优选为至少0.05且至多0.4；更优选为至少0.1且至多0.3。多个坑中具有共同坑深度和共同坑直径的坑的每个部分在此称作具有“共同坑DDR”的坑。
一坑的DDR的大小与坑内表面的凹曲程度相关。凹曲程度可对坑与反应器内部部分中存在的分子的相互作用具有影响。凹曲水平的改变可有利于反应器的运行长度、热传递、吞吐量。
在一些实施例中，一个或多个坑的形状由一几何特征表征；在一个进一步的实施例中，多个坑中的每一个坑的形状由一几何特征表征。优选地，几何特征进一步由非线性边缘，例如平滑边缘、圆形边缘或弯曲边缘，优选地，球形、椭球形、卵形或泪珠形形状的至少一部分或其组合表征。在一些实施例中，形成多个坑的至少一部分坑由类似的几何特征表征。在一些实施例中，形成多个坑的每一个坑由类似的几何特征表征。
在一些实施例中，投射在轴向截面上的泪珠形的形状可由参数方程x(t)＝a*cos(t)，y(t)＝b*sin(t)sinm(t/2)表征，其中m为至少0.5且至多5。其它优选的形状包括梨形曲线x(t)＝a*(1+sin(t))，y(t)＝b*cos(t)*(1+sin(t))；或者哑铃形曲线x(t)＝a*t，y(t)＝a*t2*(1-t2)^(-1/2)。
在一些优选实施例中，形成多个坑的两个或更多个部分坑由类似的几何特征表征。优选地，由类似几何特征表征的形成多个坑的两个或更多个部分坑被配置为使得它们被包含在反应器内壁的不同区域中，其会受益于不同的坑几何形状。通过实施具有不同几何特征的部分坑，坑的几何形状可被调节至反应器的某些区域，例如具有更高的蒸汽裂解速率、焦炭沉积速率、更高的分子流动和/或压降的反应器弯曲部或曲状部周围的某些热点可能会比靠近速率更低的反应器出口的区域需要更多的球形坑。例如，球形坑可位于反应器形成弯曲部的区域中，而泪珠形或卵形坑则可位于反应器笔直延伸的区域中。几何特征的该定制在反应器的运行长度、热传递、吞吐量以及寿命周期等方面具有优势。
在一些实施例中，一个或多个坑，优选一个或多个凹形坑，包括两个或更多个次级曲率区域，其中所述次级曲率区域具有与一个或多个其它凹形坑不同的曲率半径，其中所述次级曲率区域位于一个或多个凹形坑周围或者一个或多个凹形坑上。在一个示例性的实施例中，另外的突出的半圆可以环绕坑，优选地，这些半圆与坑边缘平行对齐，其圆形边缘向气流凸起。在另一个示例性的实施例中，另外的平坦区域或凸起区域可位于坑内，优选未突出到坑的表面区域外。
对于类似的压力损失，在坑周围或者坑内添加两个或更多个弯曲区域可以导致在实施无次级曲率区域的多个坑所报道的优点之外的另外的对于反应器的运行长度、热传递、吞吐量的优点。
在一些实施例中，多个坑中的至少一部分以一图案排列。在一些实施例中，多个坑中的所有坑均以一图案排列。
在一些实施例中，多个坑中的至少一部分以两种或更多种图案排列。多种图案的应用可局限于反应器内的某些区域，例如对于反应器的入口、中心区域或出口使用不同的图案；或者，在反应器内的相对侧上，例如在反应器的弯曲或扭曲过程中，可在长弯曲部上使用一图案，并且可在相对的短弯曲部上使用另一图案。在一些实施例中，两种或更多种图案可彼此混合，从而形成新的图案设计。在一些实施例中，各图案还可用来引导反应管内的气流，例如沿反应器壁的线性图案。
合适的图案的实例包括：线性图案、交错图案、交叉图案等。某些图案可对热传递、压降或沉积速率具有提高或降低的影响。坑沿内壁排列为各种图案可导致另外的对于反应器的运行长度、选择性、热传递、吞吐量的优点。
未被任何坑覆盖的反应器内壁的部分在下文中称作“平滑的”。在一些实施例中，内壁的至少一部分是平滑的。对于反应器内的某些区域，添加坑可具有很小的有益作用，甚至没有有益作用，这种区域可显示低的沉积前体浓度或沉积速率。在这些区域上添加坑只会使反应器更昂贵，因此平滑区域的实施对于生产和生产成本可能是有利的。另外，反应器的某些区域可能会由于内壁变薄而遭受降低的结构完整性，因此这些区域可在策略上保持平滑，以减少任何反应器损坏的机会并增加所述反应器的使用寿命。
在一些实施例中，某些区域可被配置为平滑的，以便更好地实施坑和坑图案的某些优点。例如，可以通过使用以一图案排列的坑将某些流动方向重新定向，从而使流动从特定反应器壁区域偏离，并使其沿平滑区域的方向流动。在一些实施例中，诸如角、弯曲部或扭曲部这样的特定区域可能需要平滑区域，以改善工艺气体的流动。
如本文所使用的术语“面积覆盖率”是被坑覆盖的内壁的总面积的百分比，其被定义为AC(％)＝被坑覆盖的内壁的总面积/内壁总面积*100。在一些优选实施例中，AC为至少1％且至多99％，更优选为至少20％且至多90％。AC可能并非必须是一个关键设计参数，而是可能为相邻坑之间的距离的结果，其与坑直径和图案以及/或者取决于反应器区域(即，入口、出口、弯曲部、扭曲部、角等)的上述坑区域和平滑区域的设计相关。
在一些实施例中，所述反应器具有管状形状，其具有特定反应器长度、内径、外径以及壁厚。在具有最大产物选择性的优选实施例中，管状反应器具有线性形状。但是，还存在其它实施例，例如出于热效率和反应器寿命周期的原因而具有通过弯曲部、扭曲部等连接的多个通道的管状反应器。
反应器可由反应器长度表征，优选地，其中所述长度为至少10m且至多400m，例如至多100m。反应器可进一步由内径表征，内径对应于沿反应器内壁的两个对径点的直径。内径优选为至少2cm至至多49cm；更优选为至少2.5cm且至多29cm；最优选为至少3cm且至多15cm。反应器可进一步由外径表征，外径对应于沿反应器外壁的两个对径点的直径。外径优选为至少3cm且至多50cm；更优选为至少4cm且至多30cm；最优选为至少5cm且至多17cm。反应器可进一步由壁厚表征，壁厚对应于外径与内径之差的一半，其中壁厚优选为至少0.3cm且至多2.0cm；更优选为至少0.4cm且至多1.5cm；最优选为至少0.5cm且至多1cm。长度、内径以及外径，以及引申出的壁厚，可出于工艺优化、运行长度、选择性以及热效率的原因而进行调节。
在一些实施例中，内壁显著厚于坑深度e；否则结构完整性和材料完整性可能会由于热裂解工艺过程中的强热能而受到损害。
较厚的反应器壁可能导致较低的热效率，另外还可能会较昂贵并且较加难以生产、运输以及安装。因此最佳的设计将寻求将壁厚优化为最大坑深度或平均坑深度。
发明人发现，相对于原始设计壁厚保持最小壁厚恒定，即t-e≈t0，会显示出结构完整性与热效率之间的最佳权衡。
在一些实施例中，反应器内壁可包含金属、金属合金、陶瓷以及/或者其组合。在一个优选实施例中，反应器内壁可包含Ni-Cr-Fe-Al合金或陶瓷。
在一些实施例中，内壁可包含氧化物涂层形式的另外的制造后处理，以便减少固体材料在内壁上的沉积并增加运行长度和反应器寿命周期。阻挡涂层可有助于催化位点的钝化，从而减少催化沉积过程。催化涂层还可通过将已经沉积的层气化而起作用。或者，合适的涂层还可从诸如巴斯夫Qtech(BASF Qtech)或GE(通用电气)这样的化学公司获得。
在一些实施例中，所述反应器内壁包含与反应器、反应器壁以及/或者反应器外壁相同的材料。
在一些实施例中，一个坑和/或多个坑可包含金属、金属合金、陶瓷以及/或者其组合。在一些优选实施例中，多个坑包含与反应器相同的材料；更优选包含Ni-Cr-Fe-Al合金或陶瓷。
在一些优选实施例中，坑排列成行，优选以六边形图案排列。六边形图案可通过一行内的两个坑之间的距离t1(示于图1中)或通过交错行的坑之间的距离t2(示于图1中)定义。在特定的实施例中，参数t1是指相邻坑之间的方位距离，并且可由每单位横截面的坑数量n和管的直径D计算为πD/n；t2是指流动方向上相邻的坑行之间的距离，彼此成错列角γ定位。
在一些实施例中，坑深度e(示于图2中)为至少0.5mm，优选为至少1.0mm，优选为至少1.5mm，优选为至少2.0mm，例如至少2.5mm。在一些实施例中，坑直径d(示于图1、图2以及图3中)为至少5.0mm，优选为至少7.5mm，优选为至少10.0mm，优选为至少12.5mm，例如至少15.0mm。在一些实施例中，距离t1为至少5.0mm，优选为至少10.0mm，优选为至少15.0mm，优选为至少20.0mm，优选为至少25.0mm，例如至少30.0mm，例如至少35.0mm。在一些实施例中，每单位横截面的坑数量为至少3个，优选为至少5个，例如至少8个。在一些实施例中，距离t2为至少5.0mm且至多30mm，优选为至少10.0mm且至多20mm，例如约15.0mm。这种实施例具有改善的热传递特点。
在一些实施例中，坑深度e(示于图2中)为至多2.5mm，优选为至多2.0mm，优选为至多1.5mm，优选为至多1.0mm，例如至多0.5mm。在一些实施例中，坑直径d(示于图1、图2以及图3中)为至多15.0mm，优选为至多12.5mm，优选为至多10.0mm，优选为至多7.5mm，例如至多5.0mm。在一些实施例中，每单位横截面的坑数量为至多64个，优选为至多16个，例如至多8个。在一些实施例中，距离t1为至多35.0mm，优选为至多30.0mm，优选为至多25.0mm，优选为至多20.0mm，优选为至多15.0mm，例如至多10.0mm，例如至多5.0mm。在一些实施例中，距离t2为至多15.0mm，优选为至多10.0mm，例如至多5.0mm。这种实施例会保持适当的摩擦系数。
在一些实施例中，坑深度e(示于图2中)为至少1.0mm，优选为至少1.5mm，优选为至少2.0mm，例如至少2.5mm。在一些实施例中，坑直径d(示于图1、图2以及图3中)为至少5.0mm，优选为至少7.5mm，优选为至少10.0mm，优选为至少12.5mm，例如至少15.0mm。在一些实施例中，每单位横截面的坑数量为至少3个，优选为至少5个，例如至少8个。在一些实施例中，距离t2为至少5.0mm且至多30mm，优选为至少10.0mm且至多20mm，例如约15.0mm。在一些实施例中，距离t1为至少5.0mm，优选为至少10.0mm，优选为至少15.0mm，优选为至少20.0mm，优选为至少25.0mm，例如至少30.0mm，例如至少35.0mm。在一些实施例中，坑具有至少10％且至多90％的AC。在一些实施例中，坑具有至少15％且至多40％的AC。在一些实施例中，坑具有至少50％且至多90％的AC。这种实施例具有改善的热增强因子。
根据第二方面，本发明涉及一种炉，其包括根据第一方面及其优选实施例的反应器。在一些实施例中，在其相应的内壁上包括如本发明中所述的多个坑的一个或多个反应器被悬挂于共用的炉中。
通过将数十个至数百个所述反应器一起并入在一个炉中，生产能力可提高到数千万吨每年(kta)，同时将热成本(即加热反应器的成本)保持足够低，以维持适当的热效率。大型炉可能能够每天生产500至700吨高价值化学品。增加的运行长度可通过避免5至10个脱焦循环而导致每年额外的10个至30个生产日，相当于5至20kta的额外生产。
根据第三方面，本发明涉及一种用于制造根据本发明第一方面及其优选实施例的反应器的方法。在一些实施例中，所述多个坑可在反应器内壁上通过以下方法形成：
-模制；
-离心浇铸；
-挖掘；以及/或者
-沉积。
模制的制造方法可对于制造时间具有益处，这是由于反应器可与坑一起制造。在第一步骤中，可首先通过将优选的材料浇铸到包含反转坑的反应器模具中制造反应器，然后在下一步骤中可将所述反应器折叠以形成用于热裂解的管状反应器的管状形状特征。
离心浇铸的制造方法可对于制造时间具有附加的益处，这是由于它容许内部反应器在旋转筒中分别形成并通过离心力而被压向所述筒的外壁。该方法在获得具有低杂质水平并因此具有更佳结构完整性的反应器时特别有效。
挖掘的制造方法通过使反应器壁首先形成且接着使用自动化机器挖掘坑而可具有易于制造的益处。该方法可更适合产生凹形坑。
沉积的制造方法可容许从包括多个凹形坑的层分别形成反应器壁。然后可将反应器壁和分离的层结合以形成一个结构，这可能要借助于热接合。因此分离的层可在接合之后形成反应器内壁。通过允许同时制造两种结构，该方法可有益于容易且快速的制造。在一个优选实施例中，反应器和分离的层包含相同的材料，以便防止在热裂解过程中不同的热膨胀速率危害反应管的结构完整性。
上述方法之间的选择可与反应器材料(例如Ni-Cr-Fe-Al合金或陶瓷)的选择相关。例如，离心浇铸方法特别好地适合制造金属反应器而不是陶瓷反应器。然而，某些方法在制造过程期间可能需要材料的组合。例如，陶瓷模具浇铸是涉及使用陶瓷作为模具材料的一组金属浇铸工艺的方法。
上述方法之间的选择还可与期望的反应器尺寸和结构特性相关。例如，离心浇铸方法或模制方法可适合制造长度为至少10m至至多400m的反应器；然而，挖掘方法可能由于增加的制造时间而较不适合制造很长的(>300m)反应器。
根据第四方面，本发明涉及一种用于在根据本发明第一方面及其优选实施例的反应器中或在根据本发明第二方面及其优选实施例的炉中制造低碳烯烃的方法。优选地，该方法包含在至少700℃且至多900℃的温度下将烃原料裂解为低碳烯烃的步骤。通过使用更高的温度，可获得对较低碳烯烃的选择性。在低压(大约2至4巴)下在存在蒸汽的情况下执行该方法进一步帮助减少不希望的副反应，并改善产物选择性。含磷化合物、含硫化合物或含硅化合物形式的另外的添加剂甚至可进一步减少不希望的副反应。关于蒸汽裂解条件的更多详情可在Zimmermann，H.；Walzl，R.，Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry中的Ethylene，Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA：2000；第469-482页找到，其通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，所述方法包括脱焦步骤。合适的脱焦步骤可在US20130239999A1的段落[0008]和[0009]中找到。这些段落通过引用并入本文。合适的脱焦步骤还可在WO2016032730A的段落[0006]中找到。该段落通过引用并入本文。
在一些实施例中，所述脱焦步骤包括将空气引入所述反应器中。在一些实施例中，所述脱焦步骤包括将蒸汽引入所述反应器中。
在一些实施例中，所述脱焦步骤包含将空气和蒸汽引入所述反应器中。
在一些实施例中，所述方法用于制造丙烯。
本发明的实施例可容许使用更高的工作温度，以便增加反应器的吞吐量或产物选择性。预期通过仔细选择设计参数会将工作压力的增加保持为最小，甚至在运行中的靠后阶段由于降低的沉积速率而具有降低压力的潜力。
实例
实例1：坑的特性和尺寸
为了更好地示例该实例，参考图2和图3，其展示坑设计的特性和尺寸。特别地，图6描绘了圆筒形曲面上的坑的横截面；图3示例出通过应用具有相应的曲率1/r1、-1/r2以及-1/r3的三个同心曲率区域S1、S2以及S3对坑的设计。
根据圆弓形的理论计算形成球形坑(200)的圆的半径(r)
Figure BDA0001827151730000211
可通过对包括相应的球形表面和圆筒形管的方程求解来计算切线方向上的交叉：
(x-xc)2+(y-yc)2+(z-zc)2＝r2
Figure BDA0001827151730000212
可在横截面中进行以下替代而不会影响解的一般性：
xc＝R+e-r，yc＝0
Figure BDA0001827151730000213
从其容易得到坑的角度β和宽度(d)：
Figure BDA0001827151730000214
Figure BDA0001827151730000215
被坑覆盖的表面的百分比可通过以下方式进行近似：假设交叉为椭圆形，主轴为圆筒形表面上的圆弧βR，次轴为坑直径(d)，乘以坑数量并除以未修改的圆筒形表面。
Figure BDA0001827151730000216
实例2：坑的示例性实施例
对于根据本发明的一种坑设计的一个示例性的实施例，参考图4，其描绘了四种坑形状(包括球形(a)、泪珠形(b)、椭球形(c)以及倾斜椭球形(d)的坑设计)的反应器内壁的内表面的展开图(顶视图)和径向截面图(底视图)。
表1给出了所测试的坑设计的主要物理特性的概况。表1中的“现有技术”管包括螺旋肋片管，其中肋片为半圆凸起形状，相对于管直径的最大高度为0.04，并且其中肋片进一步以与轴向流动方向成65°的角度被附接到管的内表面，这与久保田公司(Kubota)的“热交换管’”技术(如US5950718中所述，也标记为“现有技术1”)类似，其寻求通过向内朝向的螺旋状翅片的存在而周期性地打破层流。
表1：所测试的坑设计的特性。
Figure BDA0001827151730000221
实例3：所测试的坑设计的结果。
参见表1，实例2中给出的各种坑设计在11,000的雷诺数(Re)下测试了热传递特性和摩擦特性，各结果列于以下表2中。为了更好地对各结果进行说明，图5描绘了示出与参考管(即，无坑的裸管)和现有技术相比的压力损失和热传递增强的图。另外，图6示例出与现有技术相比本发明的两个实施例的相对热传递增强和压力损失的Re依赖性，如实例2中所述。
降低的对Re的敏感性可在比现有技术更宽的范围的流动条件下、特别是在雷诺数的较高部分中，产生最佳性能。
Nu/Nu0是热传递增强特性，Cf/Cf,0是摩擦增强因子，(Nu/Nu0)/(Cf/Cf,0)1/3是在相等的泵浦功率下增强的表面的热增强因子。
表2：所测试的坑设计的结果。
Figure BDA0001827151730000231
实例4：在蒸汽裂解炉中对烯烃产率的影响
对于一组不同的坑配置以及根据存在的现有技术的配置进行了反应性CFD模拟。几何形状R1、R2、R3与常规裸管状反应器、以及带纵向翅片的反应器(如英国专利969796中所述，也标记为“现有技术2”)和具有与流动方向垂直地施加的凸起肋片的反应器(与美国专利5950718中的设计类似，也标记为“现有技术3”)进行对比。这些设计的参数列于表1中。
使用开源CFD包OpenFOAM，使用适合于丙烷裂解的充分验证的kω-SST湍流模型和自由基反应网络，进行模拟。所模拟的工业几何形状为单程毫秒型，其中反应器的直径为30.2mm，长度为10.56m。
表3列出了所获得的结果，表明相对于使用现有技术的优点。显然，可以在比带有肋片的设计低得多的压力损失代价下实现对管金属温度和焦化速率的正面影响。尽管带有翅片的设计会提供良好的热传递，但是暴露的表面积的增加会导致结垢速率几乎等于参考几何形状。另外，由于翅片之间大的高温区(在这里发生不希望的副反应)而损失产率。
表3：所测试的坑设计的结果。
Figure BDA0001827151730000241
实例5：带有坑的设计的自清洁效果
在单个坑上流动的大涡模拟(LES)过程中，观察到出现会导致流体以与平均流成45°的角度离开坑的流型，从而增强管中的切向混合(图7(a))。更重要的是，该现象是不稳定但自维持的，从而导致它以特定频率自动切换流动方向。在流过反应器的时间尺度(ms)与焦炭形成的时间尺度(小时)之间的时间尺度上发生振荡行为。由于这一原因，预期小的焦炭颗粒可连续脱落，从而以这种方式实现表面的某种“自清洁”效果。该行为在焦炭去除过程中将是所期望的，这是由于越多的脱落将容许越快地返回到运行并减少停机时间。运行过程中增加的脱落也可以是所期望的，只要下游设备可以处理脱落焦炭的碎片。如果情况是这样的话，那么在反应器脱焦之间可经过显著增加的时间，并提高生产率。
使用大涡模拟框架进行模拟，其中对具有不同的坑深度直径比(DDR)的三个模拟应用相同的依赖于时间的入口条件。在高度h/d＝0.33的通道中，考虑在具有固定直径的单个坑之上的流动。如图7(a)所示，以与平均流成45°的相对角度，在凹形坑的左侧和右侧拖曳边缘处，对依赖于时间的速度，以及在比振荡的时间尺度更短的时段内时间平均的流动的图形表示进行监视。图7(b)示出最高DDR比的瞬时速度，清楚地示例出从坑弹射的流体的转变方向。表4列出了所测试的四种设计的定量结果，其在相等的雷诺数20,000下获得。随着DDR增加，可观察到对振荡流的频率和幅度的正面影响。对于最浅的坑配置，流动仍然切向离开坑，但是在所有时间保持对称，并且未观察到大规模的振荡。
表4：所测试的坑设计的自清洁效果。
Figure BDA0001827151730000251
另外，流动以特定的频率在向左与向右之间切换方向。这种切换改善热传递并去除结垢。深坑在更高的频率下具有更大的振荡。
图7示例出对于0.26的深度直径比DDR，在2Hz的频率下的该切换。

Claims (25)

1.一种用于裂解烃的高温分解反应器、热裂解反应器或蒸汽裂解反应器，其中所述反应器具有内壁；所述反应器的特征在于所述内壁包括嵌入在所述内壁的表面中的多个凹形坑，所述内壁由面积覆盖率AC表征，所述面积覆盖率AC被定义为
AC＝被坑覆盖的所述内壁的总面积/所述内壁的总面积*100％；
其中所述AC为至少20％且至多90％；并且
其中所述多个凹形坑中的每一个凹形坑由坑直径d表征，其中d为至少0.1cm且至多5.0cm。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中所述反应器为蒸汽裂解反应器。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个凹形坑由坑深度e表征，其中e为至少0.01cm且至多1.0cm。
4.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个凹形坑由坑直径d表征，其中d为至少0.5cm且至多2.0cm。
5.根据权利要求3所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个凹形坑进一步由深度直径比DDR表征，所述深度直径比DDR被定义为
DDR＝e/d；
其中所述DDR为至少0.01且至多0.5。
6.根据权利要求4所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个凹形坑进一步由深度直径比DDR表征，所述深度直径比DDR被定义为
DDR＝e/d；
其中所述DDR为至少0.01且至多0.5。
7.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个坑的形状由平滑边缘或弯曲边缘的几何特征表征。
8.根据权利要求7所述的反应器，其中所述多个坑中的至少一个坑进一步包括两个或更多个次级曲率区域，其中所述次级曲率区域的曲率半径与主凹面的曲率半径不同，其中所述次级曲率区域位于所述主凹面的边缘上或者所述主凹面内部。
9.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的至少一部分以一种或多种图案排列。
10.根据权利要求1或2所述的反应器，
其中所述AC为至少50％且至多90％。
11.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述反应器具有管状形状，并且其特征在于：
-至少10m至至多400m的总反应器长度；
-至少2cm至至多20cm的内径；
-至少3.0cm且至多22.0cm的外径，外径大于内径；以及
-至少0.3cm且至多2.0cm的壁厚，壁厚被定义为外径与内径之差的一半。
12.根据权利要求11所述的反应器，其中所述壁厚大于坑深度e的两倍。
13.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述内壁包含金属、陶瓷以及/或者其组合。
14.根据权利要求13所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个坑包含与所述反应器相同的材料。
15.根据权利要求3所述的反应器，其中e为至少0.1cm且至多0.5cm。
16.根据权利要求5所述的反应器，其中所述DDR为至少0.05且至多0.4。
17.根据权利要求6所述的反应器，其中所述DDR为至少0.05且至多0.4。
18.根据权利要求7所述的反应器，其中所述多个凹形坑中的每一个坑的形状由球形、椭球形、卵形或泪珠形形状的至少一部分的几何特征表征。
19.根据权利要求9所述的反应器，其中所述图案为线性的、交错的以及/或者交叉的。
20.根据权利要求11所述的反应器，其中所述内径为至少3cm且至多15cm。
21.根据权利要求11所述的反应器，其中所述外径为至少5.0cm且至多17.0cm。
22.根据权利要求11所述的反应器，其中所述壁厚为至少0.5cm且至多1cm。
23.根据权利要求12所述的反应器，其中所述壁厚大于3*e。
24.一种炉，其包括一个或多个根据前述权利要求中任一项所述的反应器。
25.一种在根据权利要求1至23中任一项所述的反应器中或在根据权利要求24所述的炉中制造低碳烯烃的方法，所述方法包括在至少700℃且至多900℃的温度下将烃原料裂解为低碳烯烃的步骤。
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