ES2225400T3 - Serpentin radiante en forma de u con aletas internas. - Google Patents

Abstract

Un tubo en U para uso en un horno con quemadores para calentar un fluido de proceso, teniendo dicho tubo en U un diámetro interior de 3, 2 cm hasta 7, 6 cm y estando provisto en toda su longitud de aletas internas generalmente longitudinales.

Description

Serpentín radiante en forma de U con aletas internas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un tubo en forma de U para uso en un horno con quemadores para calentamiento de fluidos de procesos, por ejemplo, hornos de procesos. Más específicamente, se refiere a tubos en forma de U para uso en un horno con quemadores del tipo que comprende al menos una sección radiante, en la que el fluido de proceso que fluye por los tubos en esta cámara se calienta indirectamente, preferentemente, por la energía radiante suministrada por los quemadores. Los tubos en forma de U de conformidad con la presente invención están particularmente bien adaptados y son ventajosos para la pirólisis de materias primas constituidas por hidrocarburos aromáticos y/o alifáticos, normalmente líquidos o gaseosos, tales como etano, propano, nafta o gasóleo para producir etileno y otros productos secundarios, tales como acetileno, propileno, butadieno, etc. Por tanto, la presente invención se describirá y explicará en el contexto de la pirólisis de hidrocarburos, particularmente, del craqueo con vapor de agua para producir etileno.

Antecedentes de la invención

El craqueo con vapor de agua es el método comercial predominante para producir olefinas como etileno, propileno y butadieno. Etileno, propileno, y butadieno son productos químicos básicos usados en la producción en grandes volúmenes de materiales polímeros y productos químicos intermedios comercialmente importantes. La demanda de estos compuestos petroquímicos básicos se espera que continúe creciendo en un futuro inmediato. De los productos del craqueo con vapor de agua, el etileno es el que tiene la mayor demanda, y es el que tiene el mayor costo de separación y purificación. Por tanto, es muy deseado mejorar el rendimiento o la selectividad para etileno. El craqueo con vapor de agua comprende una reacción de craqueo térmico realizada típicamente en un reactor tubular de horno con quemadores. La selectividad del reactor para etileno se favorece por cortos tiempos de residencia y bajas presiones parciales de hidrocarburos. Se usan alimentaciones hidrocarbonadas que abarcan desde etano a gasóleos de vacío, y la reacción se realiza en presencia de vapor de agua de dilución.

Las complejas reacciones y el reactor tubular se analizan de forma exhaustiva tanto en la bibliografía de dominio público, como en numerosas patentes.

El craqueo con vapor de agua de hidrocarburos típicamente se ha realizado suministrando la materia prima, en forma vaporizada o sustancialmente vaporizada, introduciéndola en mezcla con cantidades sustanciales de vapor de agua de dilución en serpentines apropiados en un horno de craqueo. Es convencional hacer pasar la mezcla de reacción a través de varios serpentines paralelos o tubos, que pasan a través de una sección de convección del horno de craqueo, en la que los gases calientes de la combustión elevan la temperatura de la alimentación y del vapor de dilución. Cada serpentín o tubo pasa luego a través de una sección radiante del horno de craqueo, en la que una multiplicidad de quemadores proporciona el calor necesario para llevar los reactantes a la temperatura de reacción deseada y para efectuar la reacción deseada.

Como preocupación principal en todas las configuraciones del proceso de craqueo con vapor de agua se encuentra la formación de coque. Cuando las materias primas hidrocarbonadas se someten a las condiciones de calentamiento habituales en un horno de craqueo con vapor de agua, los depósitos de coque tienden a formarse sobre las paredes interiores de los miembros tubulares que forman los serpentines de craqueo. Tales depósitos de coque interfieren con el flujo de calor a través de las paredes de los tubos en la corriente de reactantes, lo que da como resultado temperaturas más altas del metal de los tubos, que finalmente alcanzan los límites metalúrgicos de los tubos. Adicionalmente, los depósitos de coque obstruyen el flujo de la mezcla de reacción lo que da como resultado una mayor caída de presión debido a la reducción del área de la sección transversal del tubo.

Se encontró que la manera óptima de mejorar la selectividad para etileno era reducir el volumen del serpentín, al mismo tiempo que se mantenía el área superficial de transferencia de calor. Esto se ha realizado reemplazando los serpentines de diámetro grande por una multiplicidad de tubos de diámetro más pequeño que tienen una mayor relación superficie/volumen, que los tubos de mayor diámetro. Los tubos tienen típicamente diámetros interiores hasta aproximadamente 7,6 cm, generalmente desde aproximadamente 3,0 cm a 6,4 cm.

El deseo de cortos tiempos de residencia ha conducido al uso de serpentines más cortos, siendo reducidas progresivamente las longitudes típicas con el paso de los años desde más de 45 m a 20 m - 27 m, y más recientemente 9 m - 12 m. Al reducir la longitud de los serpentines, ha sido necesario reducir el diámetro de los tubos en un esfuerzo por reducir el flujo de calor y por lo tanto las temperaturas de los metales de los tubos. Los actuales serpentines de craqueo se construyen en general de acero inoxidable auténtico de alta aleación (25% Cr, 35% Ni, más los aditivos), y se hacen funcionar a temperaturas máximas del metal de los tubos en el intervalo 1030 - 1150ºC.

A pesar de la importante evolución del diseño de los hornos de craqueo, el proceso está limitado todavía por el hecho que produce coque como un subproducto, el cual se deposita sobre el interior de los serpentines. El coque actúa como un aislante y aumenta, por lo tanto, las temperaturas del metal de los tubos del serpentín. Cuando la temperatura del metal del tubo llega a la capacidad máxima del material, se hace necesario detener la producción y descoquizar el horno. Esto generalmente se lleva a cabo haciendo pasar una mezcla que comprende aire y vapor de agua a través de los serpentines mantenidos a alta temperatura. El coque se retira por una combinación de combustión y erosión/desprendimiento. En la industria también se usan otras técnicas de descoquización que evitan el uso de aire. En este caso, el coque se retira principalmente por erosión/desprendimiento y por gasificación. Independientemente de la técnica de descoquización utilizada, ocurre que algo del coque desprendido se encuentra en forma de partículas grandes. Cuando se reducen los diámetros de los tubos, aumenta la probabilidad de que las partículas grandes de coque obstruyan el serpentín antes o durante la descoquización. La descoquización consume típicamente de 12 a 48 horas, dependiendo de una variedad de factores, que incluyen: diseño del horno, alimentación que se craqueó, tiempo de funcionamiento antes de la descoquización y severidad del craqueo empleada.

La industria ha buscado durante mucho tiempo una tecnología para reducir las temperaturas del metal de los tubos (y por tanto, las velocidades de coquización, o para permitir un tiempo de residencia más corto). Algunos de los diseñadores han recurrido a serpentines con patas de múltiples entradas para reducir el flujo de calor en los tubos de salida (por ejemplo, la solicitud de patente europea EP-0305799 A1). Otros han intentado impedir la formación de la capa de coque aislante en el interior del tubo añadiendo pequeñas concentraciones de elementos específicos a la alimentación al reactor.

La transferencia de calor a la reacción de craqueo altamente endotérmica se puede representar por la conocida ecuación Q = UxAx\DeltaT. U, el coeficiente de transferencia de calor, es función de la velocidad del gas dentro del tubo. Las velocidades más altas aumentan U, de aquí que reducen la \DeltaT requerida (diferencia de temperaturas) reduciendo, por tanto, la temperatura del metal de los tubos para una temperatura dada del fluido de proceso. Sin embargo, a medida que aumentan las velocidades, aumenta la caída de presión, incrementando en el serpentín la presión parcial media de los hidrocarburos. Al final, el efecto de la presión cuenta más que el efecto de un tiempo de residencia reducido, y los aumentos adicionales de velocidad reducirán la selectividad del reactor para etileno. Éste representa en la práctica el valor máximo de U.

El área total (A) se puede aumentar empleando múltiples tubos de pequeño diámetro. Esta tendencia ha sido seguida por la industria, dando como resultado reactores con tubos de diámetro interior de 2,5 cm - 3,8 cm. Esto representa un diámetro práctico mínimo debido a limitaciones de fabricación, y por debajo de estos diámetros llegan a ser excesivos los efectos de acumulación del coque dentro del tubo.

El principio general de aumentar el área de la superficie interna para mejorar la transferencia de calor es bien conocido en la técnica general de transferencia de calor. Sin embargo, es difícil aplicar este principio a instalaciones con coquización a muy altas temperatura, como las del craqueo con vapor de agua.

Sin embargo, este método de mejorar la transferencia de calor para reducir las temperaturas del metal de los tubos en los hornos de craqueo con vapor de agua ha sido propuesto en diversas variantes. Un ejemplo (la patente de los EE.UU. Nº 4.342.242) usa una pieza insertada longitudinal especialmente diseñada en la sección transversal del tubo, por lo demás circular. La pieza insertada tiene un cuerpo central y unas paletas que se extienden hacia fuera, las cuales están contacto con el interior del serpentín. En este documento particular, la pieza insertada está colocada solamente en una porción del serpentín tubular completo situado en el horno. Otro ejemplo (la patente de GB 969.796) utiliza canales interiormente redondeados o ranuras que aumentan el área interior. El perfil interno era liso para evitar concentraciones de tensión y perturbaciones de flujo. Los tubos específicos descritos en este documento tenían 4 pases a través de la sección radiante y tenían un diámetro interno relativamente grande de 9,525 cm.

En diseños específicos de serpentines se han aplicado industrialmente variaciones de estos canales internos redondeados o un perfil de tubos con aletas. Un trabajo presentado en la American Institute of Chemical Engineers Meeting AlChE ("Specialty Furnace Design Steam Reformers and Steam Crackers" de T.A. Wells, presentado en la 1988 AIChE Spring National Meeting, New Orleans, Louisiana, marzo 6 - 10, 1988) describe el uso de un tipo de tubo con superficie interna ampliada en el diseño de un tubo de un solo pase. Las patas de entrada de los serpentines más largos (solicitud de patente europea EP-0305799 A1) y una referencia bibliográfica para este diseño, denominado SRT V (Energy Progress Vol. 8, Nº 3, p. 160 - 168, Sept 1988), han utilizado una superficie interna ampliada. En ambos de estos últimos casos, el uso comercial se basó en tubos de aproximadamente 2,5 - 3,8 cm de diámetro interior y en los que la sección del tubo, que tenía los canales internos redondeados o las aletas, tenía solamente un único pase por la sección radiante a través del horno. Otra referencia de literatura ("USC - Super U Pyrolysis Concept" de David J. Brown, John R. Brewer y Colin P. Bowen, presentado en la AIChE Spring National Meeting, en Orlando, Florida, Marzo 1990) presenta datos sobre tubos con aletas internas en la pata de entrada. Esta referencia especula que proporcionar aletas en la pata de salida podría ser beneficioso, sin embargo, no brinda ninguna sugerencia respecto a cuáles parámetros de funcionamiento o diseño serían los requeridos para demostrar o permitir con éxito el uso de aletas en la pata de salida.

Sin embargo, hasta ahora no se ha demostrado que fuese viable un diseño de superficie interna ampliada en serpentines de dos pases, constituidos típicamente por tubos en forma de U. Estos serpentines de dos pases son típicamente de 15 m - 27 m de longitud total, con diámetros internos en el intervalo de 3,8 cm - 6,4 cm. Los serpentines de dos pases pueden ser tan cortos como 13 m. Un problema es que no existe capacidad para confeccionar un tubo con aletas interiores lo suficientemente largo como para conformar un tubo completo en forma de U.

Un tubo con aletas interiores podría ser usado solo para la mitad de entrada de los tubos en forma U, como se describe en la solicitud de patente europea EP- 0305799 A1, la cual usa aletas, pernos o piezas insertadas internas solamente en los tubos de entrada al horno, no en los de salida. Esta referencia señala que debería esperarse que los pieza insertadas ubicadas en los tubos de salida actuaran como núcleos para el crecimiento del coque formado durante la pirólisis. Sin embargo, las temperaturas más altas del metal en los tubos ocurren cerca del extremo de salida, de forma que el efecto ventajoso del tubo con aletas no se aplica en donde más se necesita. Aplicar el tubo con aletas a la pata de salida del serpentín sería posible, pero conlleva el riesgo de que las piezas de coque provenientes de la pata de entrada podrían desprenderse y situarse al comienzo de la sección con aletas. Finalmente, la experiencia convencional de la industria sugirió que una sección doblada de tubo con aletas sería propensa a obstruirse con el coque desprendido de la pata de entrada del serpentín.

Teniendo en cuenta las conocidas deficiencias de la transferencia de calor en los hornos de craqueo con vapor existe la necesidad de medios para aumentar la transferencia de calor en el interior de los tubos para así reducir la coquización, las temperaturas del metal de los tubos y mejorar la selectividad para etileno. En particular, podría ser muy deseable tener un diseño de un serpentín de 2 pases o tubos en forma de U, que usen algunos medios para aumentar el área superficial interna a fin de reducir la temperatura del metal de los tubos en toda su longitud.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un tubo en forma de U para uso en un horno con quemadores para calentar un fluido de proceso, teniendo el tubo en forma de U un diámetro interior desde 3,2 cm hasta 7,6 cm y estando provisto en toda su longitud de aletas generalmente longitudinales. Tal tubo proporciona una superficie interior aumentada para la transferencia de calor a fin de reducir las temperaturas del metal de los tubos en la entrada y salida del tubo en forma de U y, al mismo tiempo, no es propenso a la obstrucción por coque. El horno con quemadores comprende un recinto de sección radiante que tiene una pluralidad de tubos en forma de U dispuestos en dicho recinto, una entrada para introducir el fluido de proceso dentro de los tubos en forma de U, quemadores para exponer la superficie externa de los tubos en forma de U al calor radiante, y una salida para enfriar y recoger el fluido de proceso proveniente de los tubos en forma de U. Los tubos en forma de U se pueden conformar al conectar dos o más secciones tubulares.

Dibujos

Éstas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se harán más comprensibles en el contexto de las siguientes figuras, descripción y reivindicaciones anexas. La Figura 1 representa un dibujo tridimensional de un horno de craqueo con vapor de agua que muestra una disposición típica de los elementos internos. La Figura 2 muestra uno de los tubos en forma de U del horno. La Figura 3 muestra una sección transversal de tubos en forma de U con aletas del horno.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se describe con referencia a un horno con quemadores para calentar un fluido de proceso. Más específicamente, la invención se refiere al uso en un horno con quemadores que calienta un fluido de proceso que es propenso a formar coque como consecuencia de las reacciones químicas que ocurren como consecuencia del calor. En una realización específica, la presente invención se usa en un horno de craqueo con vapor de agua empleado en la industria petroquímica para producir olefinas.

Con referencia a la Fig. 1, la corriente de alimentación entra en la sección de convección 10, a través de una o más tuberías de entrada 9, en la que se precalienta a una temperatura preferentemente de aproximadamente 426ºC a 816ºC por los gases calientes de la combustión, gases que se encuentran preferentemente a una temperatura de aproximadamente 816ºC a aproximadamente 1316ºC, antes de entrar al distribuidor 12 de entrada a la sección radiante. Desde el distribuidor 12 de entrada a la sección radiante, la alimentación precalentada entra en los tubos en forma de U (denominados en adelante tubos en U), los cuales están situados dentro del recinto 16 de la sección radiante, también conocido en la técnica como caja radiante.

El recinto 16 de la sección radiante está revestido típicamente con material refractario aislante del calor para conservar la energía térmica.

El recinto de la sección radiante incluye una pluralidad de tubos en U. Los extremos de los tubos en U, que están conectados a uno o más distribuidores 12 de entrada de la alimentación, que introducen el fluido de proceso dentro de los tubos en U, se denominan patas de entrada 20. El extremo opuesto 22 de cada uno de los tubos en U, denominado pata de salida, está conectado a un cabezal de salida 26 para recoger el fluido de proceso después de que éste se haya calentado y de que hayan ocurrido las reacciones de craqueo térmico. La temperatura del fluido de proceso es típicamente de aproximadamente 816ºC a aproximadamente 1093ºC, al abandonar la pata de salida del tubo en U. Desde allí, el fluido de proceso se hace pasar al intercambiador 27 de enfriamiento rápido, el cual enfría el fluido de proceso para detener las reacciones de craqueo térmico. En otra realización, que no se muestra en la Figura 1, la pata de salida de cada tubo en U está directamente conectada a un intercambiador propio de enfriamiento rápido para enfriar el fluido de proceso. La salida de cada intercambiador propio de enfriamiento rápido está conectada luego a un cabezal de salida. Tal disposición se conoce en la técnica como un intercambiador en línea de transferencia con acoplamiento cerrado. En incluso otra realización, que no se muestra en la Figura 1, la pata de salida de cada tubo en U está conectada a un punto de enfriamiento rápido, en donde el fluido de proceso se pone en contacto directo con un líquido para su enfriamiento rápido, el cual se evapora para enfriar el fluido de proceso.

Para los fines de la presente invención, a los tubos en U se les da una forma algo semejante a la letra "U" cuando se les representa en un dibujo bidimensional como el de la Figura 2. Una característica definitoria es que el tubo en U hace efectivamente 2 pases a través del recinto radiante. Los tubos en U comprenden una pata de entrada 20, una pata de salida 22, y una porción curvada o doblada 21, que conecta la pata de entrada 20 y la pata de salida 22. En otras realizaciones, la pata de salida puede comprender una o más porciones ramificadas. En incluso otras realizaciones preferentes, la pata de entrada 20 puede comprender más de un tubo ramificado. Hay en la técnica una variedad de maneras conocidas para disponer una pluralidad de tubos en U dentro en un recinto radiante. Los expertos en la técnica al seleccionar la disposición considerarán la disposición espacial, ubicación de los quemadores, ubicación del cabezal de entrada y de los medios de salida, y las tensiones térmicas sobre los propios tubos en U. En algunas disposiciones cada uno de los tubos individuales en U se encuentra sobre un solo plano. En las otras disposiciones, los tubos en U están doblados hacia afuera del plano. A los fines de la presente invención, todas estas disposiciones se considerarán tubos en U.

El recinto de la sección radiante contiene una pluralidad de quemadores 28 para exponer la superficie externa de los tubos en forma de U al calor radiante. Se puede usar una gran variedad de tipos de quemadores conocidos en la técnica, incluyendo quemadores de gas sin procesar o con premezclado. Por motivaciones medioambientales, los diseños más recientes además han usado una variedad de técnicas con recirculación de los gases de combustión para reducir la formación de NO_{x}. La fuente de aire de combustión puede ser aire ambiental, aire precalentado o gases de escape de turbinas de gas.

La longitud total de los tubos en U es preferentemente 20 m - 27 m. Debido a la dificultad de fabricar tubos con aletas interiores de la longitud deseada de 20 m-27 m, se podrían necesitar dos secciones que para ser conectadas por al menos una soldadura intermedia. Como se describe en la patente de los EE.UU. Nº 4.827.074, se sabe que las soldaduras podrían constituir una fuente potencial de deposición acelerada de coque. En una realización preferente, en los tubos en U se minimiza esta deposición potencial de coque con una soldadura intermedia al extremo de la parte curvada de la U, y disponiendo los tubos en U de tal forma que la soldadura se encuentre protegida por los tubos adyacentes de la radiación directa. En otra realización, el área de soldadura puede estar envuelta por material aislante.

Los tubos con aletas interiores se pueden doblar satisfactoriamente al radio requerido en el fondo del tubo en U usando técnicas bien conocidas, sea por doblado en frío o por doblado por inducción en caliente.

Tanto si los tubos en U se forman conectando dos o más secciones tubulares, como si están formados de una sola pieza, la longitud completa de dichos tubos en U estará provista de aletas internas generalmente longitudinales.

La Figura 3 muestra la vista de una sección transversal del tubo en U provisto de aletas. El diámetro exterior 50 del tubo está en el intervalo de 4,4 cm a 11,4 cm, preferentemente 5 a 7,6 cm. La altura 52 de aleta, definida como la distancia entre el fondo 54 de la raíz de aleta y el máximo 56 de la parte superior de aleta está en el intervalo de aproximadamente 0,13 cm a aproximadamente 1 cm, preferentemente de 0,25 cm a 0,65 cm. El número de aletas alrededor de la circunferencia interior de los tubos es de 8 a 24, preferentemente de 10 a 18. El radio de la raíz 58 de la aleta y de la parte superior 60 de la aleta está en el intervalo de aproximadamente 0,13 cm a 1,2 cm, preferentemente de 0,25 cm a aproximadamente 0,5 cm. En una realización, el radio de raíz de la aleta y el radio la parte superior de la aleta son iguales. El diámetro interior 62, definido como la distancia a través del centro del tubo desde raíz de la aleta hasta raíz de aleta, está en el intervalo de aproximadamente 3,2 a 7,6 cm, preferentemente de 3,8 a 6,4 cm, más preferentemente de 5 a 6,4 cm. La relación de la altura de la aleta al diámetro interior necesaria para proporcionar una transferencia de calor mejorada, no tener una excesiva caída de presión y también para haya propensión a obstrucciones está preferentemente en el intervalo de 0,05 a 0,20, más preferentemente en el intervalo de 0,07 a 0,14.

Las aletas generalmente longitudinales pueden ser rectas en toda la longitud del tubo en U o helicoidales, análogas al estriado del cañón de un fusil. Esta última disposición de aletas longitudinales también se denomina aletas longitudinales en espiral.

Cuando se requiera más de una sección para formar el tubo en forma de U, las aletas se alinean preferentemente en cada conexión para reducir la probabilidad de que las partículas de coque sean atrapadas en el borde de las aletas.

Ejemplos

Se realizó un programa de ensayos para determinar si se podrían superar las limitaciones esperadas, y si se podrían aplicar las ventajas de un área superficial interna aumentada al diseño de un horno de tubos en U para el craqueo con vapor de agua.

Se instalaron veintidós tubos en U con aletas interiores en un cuadrante de un horno industrial de craqueo con vapor de agua (en total 88 tubos en U). La materia prima del horno con quemadores fue etano comercial (etano del 98%), recuperado de instalaciones de separación de gas natural. Así, la mayoría de los tubos en U en el horno permanecía como tubos convencionales de sección transversal circular, mientras que un cuarto de los tubos tenían aletas rectas longitudinales de acuerdo con la presente invención. Esto permitió una comparación directa de la actuación de los tubos con aletas comparada con la de los tubos convencionales de sección transversal circular (lisos). La Figura 3 se puede usar para describir la disposición de las aletas de los tubos en U en el cuadrante de ensayo de tubos con aletas. El diámetro exterior 50 del tubo en U fue 6,99 cm. El diámetro interior 62 del tubo en U fue 5,08 cm. Había 12 aletas. La altura 52 de la aleta fue 0,41 cm. El radio 58 de raíz de la aleta y el radio 60 de la parte superior de la aleta fueron ambos 0,41 cm. La relación de altura de la aleta al diámetro interior fue 0,08.

Debido a que era difícil fabricar los tubos con aletas interiores de la longitud deseada de 20 m, se requirió una soldadura intermedia. Esta soldadura intermedia se realizó en el fondo de cada uno de los tubos en U, en donde fue protegida de la radiación directa por los tubos adyacentes. En esta conexión se alinearon las aletas.

La parte doblada del serpentín en U no resultó propensa a obstrucciones, como se había sugerido en el estado anterior de la técnica. No se observó ningún aumento repentino de caída de presión durante el programa de ensayos de 12 meses.

El tubo con aletas interiores redujo las temperaturas del metal de los tubos. El serpentín de ensayo desarrolló depósitos de coque a una velocidad mucho más lenta que los tubos convencionales de sección transversal circular (lisos), situados en el mismo horno de pirólisis y con la misma materia prima.

TABLA 1

1

La Tabla 1 muestra la caída de presión en los serpentines en forma de U en función de los días de funcionamiento, esto es, desde la última descoquización. Cuanto mayor sea la caída de presión, mayor será el espesor del coque que se ha formado. La tabla compara los tubos lisos (convencionales) y los tubos con aletas. Como se puede apreciar de los datos, la caída de presión durante el funcionamiento aumentó más significativamente en los tubos lisos frente a los tubos con aletas, indicando un grosor de coque mayor en los tubos lisos. También esta caída de presión significativamente menor en los tubos con aletas indica claramente que durante el funcionamiento no ocurrió ninguna obstrucción.

TABLA 2

2

La Tabla 2 muestra la temperatura máxima del metal de los tubos medida con un pirómetro infrarrojo de nuevo en función de los días de funcionamiento. Como se describió anteriormente, es críticamente importante reducir la temperatura máxima del metal de los tubos. Las temperaturas del metal fueron significativamente inferiores durante el curso completo del funcionamiento para los tubos con aletas respecto a los tubos convencionales (lisos), obteniéndose una media de aproximadamente 26ºC menos.

Adicionalmente, los tubos con aletas interiores requirieron mucho menos tiempo que los tubos convencionales de sección transversal circular para su descoquización. Los tubos convencionales (lisos), empleados en el craqueo de etano, necesitaban un intervalo de 8 - 10 horas para su descoquización, mientras que los tubos con aletas necesitaban un intervalo de 4 - 5 horas.

Sin desear limitarnos a una teoría específica de funcionamiento, parece que los tubos en U con aletas, dispuestos como se ha descrito en la presente invención, proporcionan zonas de fracturas de la capa de coque en la ubicación de cada una de las aletas, de modo que los pequeños trozos de coque son especialmente propensos a desprenderse o fragmentarse hacia afuera desde el interior del tubo durante el proceso de descoquización. Esto ofrece dos efectos sumamente importantes e inesperados en comparación con los tubos convencionales (lisos). En primer lugar, hace que el proceso de descoquización dure menos tiempo, permitiendo así que el horno sea puesto más pronto en funcionamiento productivo completo, lo que proporciona al operador un beneficio económico importante. En segundo lugar, las zonas de fractura sólo favorecen la formación de partículas de coque relativamente pequeñas, las cuales se ha determinado que no obturan ni bloquean los tubos, ni aún los tubos de diámetro relativamente pequeño en el intervalo 3,05 a 6,35 cm, o incluso la sección doblada o curvada de la "U" de los tubos en U de 2 pases.

Un medio preferido de hacer funcionar un horno de tubos en U con aletas interiores de acuerdo con la presente invención es el que consigue que la acumulación de la capa de coque no sea excesiva, con el fin de favorecer el desprendimiento de las pequeñas partículas de coque. Preferentemente el espesor medio de coque no debe exceder la altura de la aleta en unas 1,5 veces. El espesor de coque en un horno de pirólisis en funcionamiento se puede estimar por un experto en la técnica a partir de los datos de funcionamiento del horno, y por su conocimiento de las características de la materia prima de craqueo. El espesor del coque se calcula en base a los perfiles de temperaturas medidos del metal de los tubos, la caída de presión en los tubos medida dentro del recinto radiante, la densidad y conductividad térmica conocidas o medidas del coque. Un experto en la técnica puede usar los parámetros de mediciones anteriores, en las conocidas ecuaciones de flujo de fluidos y transferencia de calor, para estimar el grosor del coque en un horno en funcionamiento y, en consecuencia, programar las operaciones para su descoquización.

Aunque la presente invención se ha descrito en considerable detalle con referencia a ciertas realizaciones preferentes, son posibles otras realizaciones.

Claims (13)

1. Un tubo en U para uso en un horno con quemadores para calentar un fluido de proceso, teniendo dicho tubo en U un diámetro interior de 3,2 cm hasta 7,6 cm y estando provisto en toda su longitud de aletas internas generalmente longitudinales.

2. Un tubo en U según la reivindicación 1, en el que el diámetro interior del tubo en U es de 3,8 cm hasta 6,4 cm.

3. Un tubo en U según la reivindicación 2, en el que el diámetro interior del tubo en U es de 5 cm hasta 6,4 cm.

4. Un tubo en U según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, el cual tiene un diámetro constante.

5. Un tubo en U según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, el cual está provisto de 8 a 24 aletas espaciadas alrededor de la circunferencia interior del tubo en U.

6. Un tubo en U según la reivindicación 5, el cual está provisto de 10 a 18 aletas espaciadas alrededor de la circunferencia interior del tubo en U.

7. Un tubo en U según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que tiene una longitud total de 13 m a 27 m.

8. Un tubo en U según la reivindicación 7, que tiene una longitud total de 15 m a 27 m.

9. Un tubo en U según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la relación entre la altura de las aletas y el diámetro interior está en el intervalo de 0,05 a 0,20.

10. Un tubo en U según la reivindicación 9, en el que la relación entre la altura de las aletas y el diámetro interior está en el intervalo de 0,07 a 0,14.

11. Un tubo en U según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que las aletas tienen una altura de aleta de 0,13 cm a 1 cm.

12. Un tubo en U según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las aletas tienen un radio de la parte superior de aleta en el intervalo de 0,13 cm a 0,65 cm.

13. Un tubo en U según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que las aletas tienen un radio esencialmente igual de raíz de aleta y parte superior de aleta.