ES2929126T3 - Estructura soldada de tubo de transferencia de calor adecuada para uso en horno de pirólisis y proceso de pirólisis - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a soldaduras útiles como tubos de transferencia de calor en hornos de pirólisis. La invención se refiere a tubos que son útiles en hornos de pirólisis. Las soldaduras incluyen un miembro tubular y al menos un elemento mezclador. El miembro tubular comprende una aleación que contiene aluminio. El elemento de mezcla comprende una aleación que contiene aluminio. La aleación que contiene aluminio del elemento de mezcla puede ser igual o diferente de la aleación que contiene aluminio del miembro tubular. Otros aspectos de la invención se refieren a hornos de pirólisis que incluyen este tipo de soldaduras, y el uso de tales hornos de pirólisis para procesos de conversión de hidrocarburos tales como craqueo con vapor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Estructura soldada de tubo de transferencia de calor adecuada para uso en horno de pirólisis y proceso de pirólisis
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a tubos que son útiles en hornos de pirólisis. Los tubos son estructuras soldadas de un miembro tubular y al menos un elemento mezclador. El miembro tubular comprende una aleación que contiene aluminio. El elemento mezclador también comprende una aleación que contiene aluminio, que es diferente de la aleación que contiene aluminio del miembro tubular. La invención se refiere a un proceso de pirólisis que usa tales hornos de pirólisis para procesos de conversión de hidrocarburos tales como el craqueo con vapor.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El craqueo térmico de alimentaciones de hidrocarburos en presencia de vapor ("craqueo con vapor") es una tecnología comercialmente importante para producir olefinas ligeras tales como etileno, propileno y butadieno. Las alimentaciones típicas de hidrocarburos incluyen, por ejemplo, uno o más de etano y propano, nafta, gasóleos pesados, petróleo crudo, etc. Los hornos de craqueo con vapor para llevar a cabo el craqueo con vapor incluyen, generalmente, una sección de convección, una sección radiante localizada aguas abajo de la sección de convección y una etapa de extinción situada aguas abajo de la sección radiante. Normalmente, se incluye al menos un quemador en el horno de craqueo con vapor para proporcionar calor a las secciones de convección y radiante. Los quemadores se ubican normalmente en al menos una cámara de combustión, estando la cámara de combustión próxima a la sección radiante, con la sección de convección ubicada aguas abajo de la sección radiante con respecto al flujo de gases calientes (normalmente gases de combustión) producidos por el quemador. Los conductos tubulares ("tubos") se utilizan al menos para (i) transportar la alimentación de hidrocarburos, vapor y mezclas de los mismos a través de las secciones radiante y de convección del horno, (ii) transferir calor al hidrocarburo y/o vapor dentro del tubo para la reacciones de craqueo con vapor, (iii) transportar el efluente del producto lejos de la sección radiante, (iv) transportar una mezcla de descoquización para eliminar el coque, por ejemplo, del interior de los tubos de convección y/o tubos radiantes y (v) transportar el efluente de descoquización lejos de la sección radiante. Ciertos tubos de craqueo con vapor son tubos de transferencia de calor. Por lo general, los tubos de transferencia de calor ubicados en la sección de convección se denominan "tubos de convección", y los ubicados en la sección radiante se denominan "tubos radiantes". Cuando los tubos de convección y/o o los tubos radiantes están dispuestos en serpentines, es habitual llamarlos "serpentines de convección" y "serpentines radiantes".
En un proceso convencional, se introduce una alimentación de hidrocarburos en al menos uno de los serpentines de convección. La superficie externa del serpentín de convección está expuesta a los gases calientes que se alejan del quemador. La alimentación de hidrocarburos se precalienta mediante la transferencia indirecta de calor de los gases calentados a la alimentación de hidrocarburos ubicada dentro del serpentín de convección. El vapor se combina con la alimentación de hidrocarburo precalentada para producir una mezcla de hidrocarburo+vapor. Se utiliza al menos un serpentín de convección adicional para precalentar la mezcla de hidrocarburo+vapor, por ejemplo, a una temperatura igual o justo por debajo de la temperatura a la que se produce un craqueo térmico significativo.
La mezcla precalentada de hidrocarburo+vapor se conduce a través de tuberías cruzadas desde la sección de convección hasta al menos un tubo radiante ubicado en la sección radiante. Los tubos radiantes convencionales normalmente se forman a partir de una aleación de craqueo con vapor que comprende cromo, hierro y níquel, así como varios otros elementos, generalmente en baja concentración, por ejemplo, < 5,0% en peso, para obtener el rendimiento deseado. La mezcla precalentada de hidrocarburo+vapor se calienta indirectamente en el tubo radiante, principalmente por la transferencia de calor del quemador a la superficie exterior del tubo radiante, por ejemplo, la transferencia de calor radiante de las llamas y los gases de combustión a alta temperatura producidos en uno o más quemadores ubicados en la cámara de combustión, la transferencia de calor radiante desde las superficies interiores del recinto de la cámara de combustión, la transferencia de calor por convección de los gases de combustión que atraviesan la sección radiante, etc. El calor transferido eleva rápidamente la temperatura de la mezcla precalentada de hidrocarburo+vapor hasta la temperatura de salida deseada del serpentín (COT), que normalmente oscila entre 1450°F (788°C) para algunas alimentaciones de gasóleo muy pesado y 1650°F (871°C) para alimentaciones de etano o propano.
El calor transferido a la mezcla precalentada de hidrocarburo+vapor ubicada en uno o más de los tubos radiantes da como resultado el craqueo térmico de al menos una parte del hidrocarburo de la mezcla para producir un efluente del serpentín radiante que comprende hidrógeno molecular, olefina ligera, otros subproductos de hidrocarburo, vapor sin reaccionar, y alimentación de hidrocarburos sin reaccionar. La tubería de la línea de transferencia se utiliza normalmente para transportar el efluente del serpentín radiante desde la sección radiante hasta la etapa de extinción. El coque se acumula en el horno durante el craqueo térmico, por ejemplo, en las superficies internas de los tubos de convección y especialmente en las superficies internas de los tubos radiantes. Después de que se haya acumulado una cantidad indeseable de coque, la mezcla de hidrocarburo+vapor se sustituye por un flujo de mezcla de descoquización, normalmente una mezcla de aire y vapor, para eliminar el coque acumulado. El efluente de descoquización se elimina. Después de la eliminación del coque, el flujo de mezcla de hidrocarburo+vapor se restablece a los tubos descoquizados. El proceso continúa, alternando el modo de pirólisis (craqueo térmico) y el modo de descoquizado.
La selectividad a las olefinas ligeras durante el modo de pirólisis se ve favorecida por el corto tiempo de contacto, las altas temperaturas y las bajas presiones parciales de hidrocarburos. Por esta razón, los tubos radiantes normalmente funcionan a una temperatura (medida en el metal del tubo) de hasta 2050°F (1121 °C). Por lo tanto, los tubos radiantes se fabrican con aleaciones que tienen propiedades deseables a alta temperatura, tales como alta resistencia a la fluencia y alta resistencia a la ruptura. Dado que los tubos están expuestos a un entorno de carburación durante la pirólisis de hidrocarburos, la aleación suele ser resistente a la carburación. Y dado que los tubos están expuestos a un entorno oxidante durante la descoquización, la aleación suele ser resistente a la oxidación. Las aleaciones de tubos de transferencia de calor convencionales incluyen aceros austeníticos Fe-Cr-Ni resistentes al calor que tienen variaciones de aleaciones de craqueo con vapor basadas en una composición que tiene 25% en peso de cromo y 35% en peso de níquel (denominada "aleación de 25 Cr/35 Ni"), o una composición que tiene 35% en peso de cromo y 45% en peso de níquel (denominada "aleación 35 Cr/45 Ni"). Es convencional emplear diferentes composiciones de elementos de aleación minoritarios para mejorar la resistencia a altas temperaturas y/o la resistencia a la carburación.
En aleaciones convencionales, un óxido superficial que comprende Cr2O3 normalmente se forma durante la pirólisis. Se cree que este óxido protege los sitios de hierro y níquel del contacto con el hidrocarburo durante el modo de pirólisis, disminuyendo así la cantidad de formación de coque indeseable. Se observa, sin embargo, que en condiciones de pirólisis más severas, por ejemplo, condiciones normalmente utilizadas para aumentar el rendimiento de olefinas ligeras, la formación de esta capa protectora de óxido se suprime a favor de fases que contienen carbono, por ejemplo, Cr3C2, C 7C3, y/o C 23C6. En consecuencia, se desarrollan discontinuidades con el tiempo en la costra de óxido resistente a la carburación ubicada en la superficie interna del tubo, lo que da como resultado la exposición del hierro y el níquel a la alimentación de hidrocarburos, lo que lleva a un aumento en la tasa de formación de coque.
En un intento de superar esta dificultad, la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. n.° 2012/0097289 describe el aumento de la resistencia a la carburación del tubo empleando una aleación que contiene de 5 a 10% en peso de aluminio. Se dice que la aleación forma una costra de óxido de ALO3 durante el modo de pirólisis. Se informa que una costra de óxido de ALO3 permanece como un óxido estable incluso en condiciones en las que el cromo forma preferentemente carburos en lugar de óxidos. Dado que tales aleaciones resistentes a la carburación tienen una menor resistencia a la fluencia y una menor resistencia a la ruptura que las aleaciones de tubos de transferencia de calor convencionales que no contienen aluminio, la referencia describe una estructura de tubo en la que un miembro interno continuo formado a partir de la aleación que contiene aluminio se une a la superficie interna de un miembro externo tubular que comprende una aleación de mayor resistencia. Si bien tales tubos suprimen la formación de coque, su construcción de doble capa es económicamente exigente. El documento US 2012/0211400 A1 describe un tubo bimetálico para el transporte de materias primas de hidrocarburos en hornos de proceso de refinería, y más particularmente, en serpentines radiantes de hornos, que incluye: i) una capa de tubo externo que se forma a partir de aceros inoxidables que incluyen cromo en el intervalo de 15,0 a 26,0% en peso basado en el peso total del acero inoxidable; ii) una capa de tubo interno que se forma a partir de una aleación a granel que forma alúmina que incluye de 5,0 a 10,0% en peso de Al, de 20,0% en peso a 25,0% en peso de Cr, menos de 0,4% en peso de Si, y al menos 35,0% en peso de Fe, siendo el resto Ni.
Es convencional disminuir la cantidad de aluminio en la aleación de la torre de craqueo con vapor para aumentar la resistencia y así obviar la necesidad de un miembro externo. Véase, por ejemplo, la Patente de EE.UU. n.° 8.431.230, que describe una aleación de craqueo por vapor que contiene aluminio que comprende de 2 a 4% en peso de aluminio.
También es convencional aumentar la eficiencia de transferencia de calor del tubo para exponer la mezcla de hidrocarburo+vapor a una temperatura más alta y un tiempo de contacto más corto durante la pirólisis, lo que da como resultado una mejor selectividad para la producción de olefinas ligeras. Por ejemplo, el aumento de la transferencia de calor al aumentar el área de la superficie del tubo que está expuesta a la alimentación de hidrocarburos se describe en las Patentes de EE.UU. n.° 6.419.885 y 6.719.953. Otros métodos para aumentar la eficiencia de transferencia de calor del tubo incluyen la aplicación de un elemento mezclador (a veces denominado "perla" o "aleta") en la superficie interna del tubo de transferencia de calor. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. n.° 5.950.718 describe el uso de un tubo convencional de 25 Cr/35 Ni que incluye un elemento mezclador helicoidal que se aplica a la superficie interna del tubo mediante soldadura con plasma en polvo o soldadura por arco. Se ha observado que el flujo de mezcla de hidrocarburo+vapor a través de un tubo radiante durante la pirólisis da como resultado la formación de una capa límite adyacente a la superficie interna del tubo radiante. La capa límite comprende hidrocarburo. El elemento mezclador perturba la capa límite, lo que lleva a una mayor mezcla entre la capa límite y el flujo central de la mezcla de hidrocarburo+vapor. Es convencional disminuir la caída de presión de la mezcla hidrocarburo+vapor atravesando tubos radiantes que contienen uno o más elementos mezcladores. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. n.° 7.799.963 describe una estructura que proporciona una disminución de la caída de presión como resultado de discontinuidades en los elementos mezcladores. Tanto el tubo como los elementos mezcladores discontinua están formados por aleaciones de craqueo con vapor convencionales tales como 25 Cr/20 Ni, 25 Cr/35 Ni, 35 Cr/45 Ni o Incolloy™. El documento EP 2037202 A1 describe un tubo de metal para una reacción de pirólisis, que está provisto de nervaduras formadas en la superficie interna del tubo y se describe como adecuado para su uso como tubo de horno de pirólisis, tubo de horno de reformado, tubo de horno de calentamiento o tubo de intercambiador de calor.
No obstante, sigue existiendo la necesidad de tubos de transferencia de calor que supriman la formación de fases de carburo de cromo mientras proporcionan una transferencia de calor mejorada mediante la incorporación de elementos mezcladores.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
La invención se basa, en parte, en el desarrollo de una nueva estructura soldada de tubo de transferencia de calor. Las estructuras soldadas descritas en la presente memoria comprenden un miembro tubular y al menos un elemento mezclador que comprende aluminio, estando ubicado el elemento mezclador en la superficie interna del miembro tubular. El miembro tubular comprende al menos una aleación que contiene aluminio, resistente al calor, que forma una costra de óxido que contiene alúmina en la superficie interna del miembro tubular durante la pirólisis de hidrocarburos en presencia de vapor. El elemento mezclador también comprende al menos una aleación que contiene aluminio, resistente al calor, que forma una costra de óxido que contiene alúmina en la superficie del elemento mezclador durante la pirólisis de hidrocarburos en presencia de vapor. La aleación que contiene aluminio resistente al calor del elemento mezclador es diferente de la aleación que contiene aluminio resistente al calor del miembro tubular. El miembro tubular se forma, por ejemplo, por uno o más de colada, forjado, laminado, unión, mecanizado, etc.
En consecuencia, ciertos aspectos de la invención se refieren a una estructura soldada adecuada para su uso en un tubo en un horno de pirólisis, por ejemplo, como un tubo de transferencia de calor. La estructura soldada se define en las reivindicaciones. La estructura soldada comprende un primer miembro tubular que tiene superficies interna y externa, y tiene al menos un elemento mezclador en contacto superficial con la superficie interna del miembro tubular. El primer miembro tubular incluye al menos una primera aleación de craqueo con vapor que comprende aluminio. El elemento mezclador está formado por una segunda aleación de craqueo con vapor, que también comprende aluminio.
La primera y segunda aleaciones de craqueo con vapor se definen en las reivindicaciones. La primera aleación de craqueo con vapor comprende una cantidad de aluminio A1 en el intervalo de 2,0% en peso a 10,0% en peso, basado en el peso de la primera aleación de craqueo con vapor. La segunda aleación de craqueo con vapor comprende una cantidad de aluminio A2 en el intervalo de 2,0% en peso a 10,0% en peso, basado en el peso de la segunda aleación de craqueo con vapor. A1 difiere de A2 en 1,0 a 5,0% en peso. La segunda aleación de craqueo con vapor normalmente tiene un mayor contenido de aluminio que el de la primera aleación de craqueo con vapor, tal como cuando la primera aleación de craqueo con vapor comprende de 2,0 a 4,0% en peso de aluminio y la segunda aleación de craqueo con vapor comprende de 5,0 a 10,0% en peso de aluminio.
En otros aspectos, la invención se refiere a un proceso de pirólisis de hidrocarburos como se define en la reivindicación 14, que comprende hacer pasar materiales de hidrocarburos mezclados con vapor en condiciones de craqueo con vapor a través de al menos un tubo de transferencia de calor, en donde el tubo de transferencia de calor comprende una estructura soldada según cualquiera de los aspectos precedentes.
Se observa que, cuando se usa la estructura soldada de cualquiera de los aspectos anteriores como un tubo radiante durante el modo de pirólisis de craqueo con vapor, se forma una capa protectora resistente a la carburación sobre al menos una parte de la superficie interna del primer miembro tubular y sobre al menos una parte del al menos un elemento mezclador (por ejemplo, la parte de la superficie del elemento mezclador que está expuesta al craqueo por vapor). La capa resistente a la carburación comprende alúmina y puede estar sustancialmente libre de cromo. La estructura soldada del tubo de transferencia de calor de la invención tiene una resistencia a la carburación sorprendentemente mejorada en comparación con los tubos de transferencia de calor convencionales, al mismo tiempo que proporciona una mezcla mejorada asociada con la presencia de uno o más elementos mezcladores.
La estructura soldada del tubo de transferencia de calor especificada, por lo tanto, proporciona superficies estables y duraderas para resistir la corrosión a alta temperatura y la coquización en tubos de hornos de craqueo con vapor, intercambiadores de línea de transferencia y otros componentes en plantas de craqueo con vapor para transportar o conducir corrientes de proceso que contienen hidrocarburos, que puede ser propensas a la coquización.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO
La invención se explica más detalladamente en la descripción que sigue con referencia al dibujo que ilustra, a modo de ejemplo no limitativo, varias realizaciones de la invención en las que: la Figura 1 ilustra un diagrama de flujo esquemático de un horno de pirólisis.
Descripción detallada
Definiciones
A los efectos de esta descripción y de las reivindicaciones adjuntas, se definen los siguientes términos. "Tabla Periódica" significa la TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS, The Merck Index, 12a Ed., Merck & Co., Inc., 1996.
"Aleación de craqueo con vapor" significa cualquier composición, solución sólida o mezcla sólida adecuada para usar como tubería en un horno de craqueo con vapor para producir hidrocarburos insaturados C2+. Tales aleaciones muestran conductividad que indica comportamiento metálico e incluyen al menos 10% en peso de cromo y 15% en peso de níquel, basado en el peso de la aleación de craqueo con vapor.
"Estructura soldada" significa una unidad formada por la conexión de dos o más componentes, donde la conexión incluye al menos una soldadura. El término "estructura soldada" abarca unidades formadas por plasma en polvo que suelda un elemento mezclador a un miembro tubular, tal como un tubo de transferencia de calor adecuado para uso en una torre de craqueo con vapor. Aunque todos los componentes de una estructura soldada se pueden unir a la estructura soldada mediante soldadura, esto no es obligatorio.
"Tubo de transferencia de calor" incluye, pero sin que ello pretenda ser limitante, cualquiera de los siguientes miembros de un horno de pirólisis: conductos de alimentación; conductos de vapor de dilución; tubos de hornos de craqueo con vapor, tales como tubos de convección y/o tubos radiantes, incluidos los dispuestos en uno o más serpentines; tubería cruzada; intercambiadores de línea de transferencia; conductos de zona de enfriamiento rápido; y otros componentes en el proceso de pirólisis que puedan estar expuestos a una mezcla de hidrocarburo+vapor a una temperatura superior a 500°C. El término "tubo de transferencia de calor" también incluye tubos que brindan funcionalidad de transferencia de calor (entre otras funcionalidades, si las hay) en otros procesos para mejorar los hidrocarburos, incluidos aquellos en los que puede ocurrir la carburación, como conductos para transportar corrientes de proceso de hidrocarburos que puede ser propenso a la coquización.
"Elemento mezclador" significa una protuberancia de la superficie interna del miembro tubular siempre que la protuberancia incluya un ángulo de contacto formado entre la superficie interna del miembro tubular y un borde de la protuberancia, por ejemplo, un revestimiento incompleto en la superficie interna, tal como una soldadura de cordón formada a partir de una aleación de craqueo con vapor. Dado que un elemento mezclador no es un revestimiento completo de la superficie interna del miembro tubular, existe un límite entre (i) una región de la superficie interna del miembro tubular que no está revestida por un elemento mezclador y (ii) una región de la superficie interna del miembro tubular que está revestida por un elemento mezclador. El límite normalmente incluye un ángulo de contacto, con el vértice del ángulo de contacto normalmente situado cerca del perímetro del elemento mezclador en la superficie interna del miembro tubular. La extensión de un ángulo de contacto (por ejemplo, el intervalo angular subtendido) se determina macroscópicamente. Los ángulos de contacto imperfectos, como podría observarse cuando se observa microscópicamente una región interfacial próxima al vértice de un ángulo de contacto, están dentro del alcance de la invención. Un elemento mezclador puede ser discreto (p. ej., una isla en la superficie interna del miembro tubular) o continuo (p. ej., un cordón de soldadura continuo a lo largo de la superficie interna del miembro tubular que tiene un ángulo de contacto que es sustancialmente constante a lo largo del cordón y sustancialmente igual a cada lado del cordón). Los diseños y configuraciones de mezcla particulares se describen en las patentes de EE.UU.
5.950.718, 6.419.885, 6.719.953 y 7.799.963, particularmente aquellos que tienen una configuración como la descrita en la Patente de EE.Uu . n.° 7.799.963.
A menos que se indique lo contrario, todas las cantidades, concentraciones y porcentajes en peso enumerados en la presente memoria se basan en el peso total de la composición de referencia, por ejemplo, primera aleación de craqueo con vapor, segunda aleación de craqueo con vapor, etc., según sea el caso.
A continuación se describirán varios aspectos con más detalle con respecto a estructuras soldadas útiles como tubos de transferencia de calor para transportar una mezcla de hidrocarburo+vapor durante el craqueo con vapor. El alcance del proceso y el sistema descritos en la presente memoria no se limita a los aspectos seleccionados, y esta descripción no pretende excluir otros aspectos dentro del alcance más amplio de la invención como se define en las reivindicaciones, tales como aspectos que incluyen la pirólisis de hidrocarburos sin vapor. Además, un experto en la técnica apreciará que la Figura 1 no está representada en ninguna proporción o escala particular, y que se pueden realizar muchas variaciones en los aspectos ilustrados. En aras de la brevedad, solo ciertos intervalos se describen explícitamente en la presente memoria. Sin embargo, los intervalos de cualquier límite inferior se pueden combinar con cualquier límite superior para mencionar un intervalo que no se menciona explícitamente, así como los intervalos de cualquier límite inferior se pueden combinar con cualquier otro límite inferior para mencionar un intervalo que no se menciona explícitamente, de la misma manera. De esta manera, los intervalos de cualquier límite superior pueden combinarse con cualquier otro límite superior para recitar un intervalo no recitado explícitamente. Además, dentro de un intervalo se incluye cada punto o valor individual entre sus puntos finales aunque no se mencione explícitamente. Así, cada punto o valor individual puede servir como su propio límite inferior o superior combinado con cualquier otro punto o valor individual o cualquier otro límite inferior o superior, para citar un intervalo no recitado explícitamente.
Horno de craqueo con vapor
Las estructuras soldadas de la invención son útiles en el craqueo con vapor para producir olefinas ligeras, tales como etileno y/o propileno. Un ejemplo de horno de craqueo con vapor se representa en la Figura 1. El horno 1 de craqueo con vapor incluye una cámara de combustión 103 radiante, una sección 104 de convección y un escape 105 de gases de combustión. El gas combustible se proporciona a través del conducto 100 y la válvula 101 de control a los quemadores 102 que proporcionan calor radiante a una alimentación de hidrocarburos para producir los productos de pirólisis deseados por craqueo térmico de la alimentación. Los quemadores generan gas caliente que fluye hacia arriba a través de la sección 104 de convección y luego se aleja del horno a través del conducto 105.
La alimentación de hidrocarburos se conduce a través del conducto 10 y la válvula 12 a al menos un serpentín 13 de convección. La alimentación de hidrocarburos introducida en el serpentín 13 de convección se precalienta por contacto indirecto con gas de combustión caliente. La válvula 12 se usa para regular la cantidad de alimentación de hidrocarburo introducida en el serpentín 13 de convección. El serpentín 13 de convección es normalmente uno de una pluralidad de serpentines de convección que están dispuestos en un primer banco de serpentines para flujo paralelo de materia prima de hidrocarburo. Normalmente, una pluralidad de conductos 10 y 11 de alimentación transportan la alimentación de hidrocarburos a cada uno de los serpentines de convección paralelos del primer banco de serpentines. En la Figura 1 se representan cuatro conductos de alimentación, pero la invención no se limita a ningún número particular de conductos de alimentación. Por ejemplo, la invención es compatible con secciones de convección que tienen 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16 o 18 conductos de alimentación para transportar en partes paralelas una alimentación total de hidrocarburos a un número equivalente de serpentines de convección ubicados en el primer banco de serpentines. Aunque no se muestra, cada uno de la pluralidad de conductos 11 de alimentación puede estar provisto de una válvula (similar a la válvula 12). En otras palabras, cada uno de la pluralidad de conductos 11 puede estar en comunicación fluida con un serpentín de convección (no mostrado) que (i) está ubicado en el primer banco de serpentines y (ii) funciona en paralelo con el serpentín 13 de convección. Para simplificar, la descripción del primer banco de serpentines de convección se centrará en el serpentín 13 de convección. Los otros serpentines de convección del banco pueden funcionar de manera similar.
El vapor de dilución se proporciona a través del conducto 20 de vapor de dilución a través de la válvula 22 al serpentín 23 de convección para el precalentamiento por transferencia indirecta de calor de los gases de combustión. La válvula 22 se usa para regular la cantidad de vapor de dilución introducido en el serpentín 23 de convección. El serpentín 23 de convección es normalmente uno de una pluralidad de serpentines de convección que están dispuestos en un segundo banco de serpentines para flujo paralelo de vapor de dilución. Normalmente, una pluralidad de conductos 20 y 21 de vapor de dilución transportan vapor de dilución a cada uno de los serpentines de convección paralelos del segundo banco de serpentines. En la Figura 1 se representan cuatro conductos de vapor de dilución, pero la invención no se limita a ningún número particular de conductos de vapor de dilución. Por ejemplo, la invención es compatible con secciones de convección que tengan 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16 o 18 conductos de vapor de dilución para transportar en partes paralelas una cantidad de vapor de dilución total a un número equivalente de serpentines de convección ubicados en el segundo banco de serpentines de convección. Aunque no se muestra, cada uno de la pluralidad de conductos 21 de vapor de dilución puede estar provisto de una válvula (similar a la válvula 22). En otras palabras, cada uno de la pluralidad de conductos 21 está en comunicación fluida con un serpentín de convección (no mostrado) que funciona en paralelo con el serpentín 23 de convección. Para simplificar, la descripción del segundo banco de serpentines de convección se centrará en el serpentín 23. Los otros serpentines de convección en el banco pueden funcionar de manera similar.
El vapor de dilución precalentado y la alimentación de hidrocarburo precalentado se combinan en el conducto 25 o cerca del mismo. La mezcla de hidrocarburo+vapor se vuelve a introducir en la sección 104 de convección a través del(de los) conducto(s) 25, para precalentar la mezcla de hidrocarburo+vapor en el serpentín 30 de convección. El serpentín 30 de convección es normalmente uno de una pluralidad de serpentines de convección que están dispuestos en un tercer banco de serpentines para el flujo paralelo de la mezcla de hidrocarburo+vapor durante el precalentamiento. En la Figura 1 se representa un serpentín de convección para el precalentamiento de mezcla hidrocarburo+vapor, pero la invención no se limita a ningún número particular de tales serpentines de convección. Por ejemplo, la invención es compatible con un tercer banco de serpentines que tenga 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16 o 18 serpentines de convección de mezcla de hidrocarburo+vapor para transportar en partes paralelas una cantidad total de mezcla de hidrocarburo+vapor. Para simplificar, la descripción del tercer banco de serpentines de convección se centrará en el serpentín 30. Los otros serpentines de convección del banco funcionan de manera similar. La mezcla de hidrocarburo+vapor se precalienta normalmente en el serpentín 30 de convección, por ejemplo, a una temperatura en el intervalo de 750°F a 1400°F (400°C a 760°C).
La tubería 31 cruzada se usa para transportar la mezcla precalentada de hidrocarburo+vapor al serpentín 40 radiante en la sección 103 radiante para el craqueo térmico del hidrocarburo. El serpentín 40 radiante es normalmente uno de una pluralidad de serpentines radiantes (los otras no se muestran), que juntos constituyen un banco de serpentines radiantes en la sección 103 radiante. La temperatura de la mezcla calentada que sale del conducto 30 generalmente está diseñada para estar en o cerca del punto donde comienza un agrietamiento térmico significativo. Condiciones del proceso, tales como la cantidad de precalentamiento de alimentación en el serpentín 13 de convección, la cantidad de precalentamiento de vapor en el serpentín 23 de convección, la cantidad de precalentamiento de mezcla de hidrocarburo+vapor en el serpentín 30 de convección, la cantidad relativa de alimentación de hidrocarburo y vapor de dilución, la temperatura, la presión y el tiempo de residencia de la mezcla precalentada de hidrocarburo+vapor en el serpentín 40 radiante y la duración del primer intervalo de tiempo (la duración del modo de pirólisis en los serpentines 13, 23, 30 y 40) normalmente dependen de la composición de la alimentación de hidrocarburos, los rendimientos de los productos deseados y la cantidad de acumulación de coque en el horno (particularmente en serpentines radiantes) que se puede tolerar. Por lo tanto, las estructuras soldadas como las que se describen en la presente memoria son particularmente útiles como serpentines 40 radiantes. Aunque las alimentaciones de hidrocarburos convencionales y/o las condiciones de proceso convencionales se usan para el craqueo con vapor, las estructuras soldadas de la invención no se limitan al uso con alimentaciones o condiciones de proceso particulares, y esta descripción no pretende excluir otras alimentaciones y/o condiciones de proceso dentro del alcance más amplio de la invención.
Después de lograr el grado deseado de craqueo térmico en la sección 103 radiante, el efluente del horno se enfría rápidamente en la etapa 50 de enfriamiento. Se puede usar cualquier método para enfriar el efluente del horno. En un aspecto, la etapa 50 de enfriamiento comprende al menos un intercambiador de línea de transferencia primaria (TLE).
Para las alimentaciones de hidrocarburos que comprenden hidrocarburos líquidos, p. ej., naftas más pesadas y todas las alimentaciones de gas-petróleo, a menudo se requiere una conexión de enfriamiento rápido de aceite directa aguas abajo del TLE primario. La conexión de extinción de aceite permite la adición de aceite enfriador a la corriente de producto de pirólisis para proporcionar transferencia de calor desde el flujo de producto directamente al aceite enfriador inyectado. Para ello, se inyecta en el efluente un medio de extinción, tal como un aceite de extinción, a través de al menos un empalme de canalizaciones adaptado a tal efecto. Se pueden utilizar etapas de extinción adicionales en la etapa 50 de enfriamiento, y estas etapas pueden funcionar en serie, en paralelo o en serie-paralelo. El efluente del horno enfriado sale a través del conducto 51 para su posterior separación y/o procesamiento, por ejemplo, para eliminar el etileno y/o el propileno del efluente del horno. Además de su uso en el horno de craqueo con vapor, las estructuras soldadas especificadas pueden utilizarse en uno o más TLE o etapas de enfriamiento rápido así descritas. La invención no se limita a los métodos de enfriamiento del efluente del horno.
Alimentación de hidrocarburos
Las estructuras soldadas descritas en la presente memoria pueden usarse para transportar sustancialmente cualquier alimentación que contenga hidrocarburos que pueda producir olefinas ligeras mediante craqueo con vapor. En ciertos aspectos, el hidrocarburo comprende hidrocarburos de peso molecular relativamente alto ("Materias primas pesadas"), tales como los que producen una cantidad relativamente grande de SCT durante el craqueo con vapor. Los ejemplos de materias primas pesadas incluyen uno o más de gasóleo y residuos craqueados con vapor, gasóleos, aceite de calefacción, combustible para aviones, diésel, queroseno, nafta de coquizador, nafta craqueada a vapor, nafta craqueada catalíticamente, productos hidrocraqueados, reformado, reformado refinado, líquidos de Fischer-Tropsch, gases de Fischer-Tropsch, destilados, petróleo crudo, fondos atmosféricos de destilación de tuberías, corrientes de destilación de tuberías de vacío, incluidos los fondos, condensados de nafta a gasóleo de amplio intervalo de ebullición, corrientes pesadas de hidrocarburos no vírgenes de refinerías, gasóleos de vacío, gasóleo pesado, nafta contaminada con crudo, residuo atmosférico, residuo pesado, mezcla C4/residuos, mezcla de nafta/residuos, mezcla gasóleo/residuos y petróleo crudo. El hidrocarburo puede tener un punto de ebullición final nominal de al menos 315°C (600°F), generalmente superior a 510°C (950°F), normalmente superior a 590°C (1100°F), por ejemplo superior a 1400°F (760°C). El punto de ebullición final nominal significa la temperatura a la cual el 99,5% en peso de una muestra en particular ha alcanzado su punto de ebullición.
En otros aspectos, el hidrocarburo comprende uno o más hidrocarburos de peso molecular relativamente bajo (materia prima ligera), particularmente aquellos aspectos en los que se desean rendimientos relativamente altos de insaturados C2 (etileno y acetileno). Las materias primas ligeras suelen incluir moléculas de hidrocarburo sustancialmente saturadas que tienen menos de cinco átomos de carbono, por ejemplo, etano, propano y mezclas de los mismos. Las estructuras soldadas de la invención son particularmente útiles como tubos de transferencia de calor para el craqueo con vapor de materia prima ligera y, más particularmente, como tubos radiantes para el craqueo con vapor de etano.
A continuación, se describirán con más detalle las estructuras soldadas útiles como tubos de transferencia de calor para transportar una o más de las alimentaciones anteriores para el craqueo con vapor. La invención no se limita a las estructuras soldadas que transportan estas alimentaciones, y esta descripción no pretende excluir el uso de tales estructuras soldadas para transportar otras alimentaciones que contienen hidrocarburos dentro del alcance más amplio de la invención.
Estructura soldada
La estructura soldada incluye (i) un miembro tubular que comprende una primera aleación de craqueo con vapor y que tiene superficies interna y externa y (ii) al menos un elemento mezclador en contacto superficial con la superficie interna del miembro tubular. Cada una de la primera y la segunda aleaciones del craqueo con vapor se selecciona entre aquellas aleaciones que son capaces de formar un revestimiento protector que contiene alúmina (por ejemplo, una costra de óxido) sobre la superficie del elemento mezclador durante la exposición de la superficie del elemento mezclador al hidrocarburo durante el craqueo con vapor.
La estructura soldada se forma asegurando el elemento mezclador a la superficie interna del miembro tubular mediante cualquier medio de soldadura adecuado, por ejemplo, soldadura por energía de plasma o soldadura por arco de argón/helio. Ni la soldadura con plasma en polvo ni la soldadura por arco de argón/helio son tecnologías de revestimiento como lo es por ejemplo, la pulverización térmica, sino que son ejemplos de tecnología de recrecimiento con soldadura. En la soldadura con plasma en polvo, por ejemplo, el polvo de metal se funde y se suelda con un soplete de plasma en la superficie interna del tubo base. Un elemento mezclador en forma de superposición de metal continuo o discontinuo en una parte de la superficie interna del miembro tubular que tiene un grosor de 1,0 a 3,0 mm, de 1,5 a 2,5 mm o de 1,75 a 2,25 mm se une fuertemente mediante soldadura para proporcionar un recrecimiento por soldadura sustancialmente sin poros. La estructura soldada resultante puede someterse a post-recocido, templado, fundido con láser o una combinación de los mismos para aumentar la densidad de masa de los elementos mezcladores (y disminuir su porosidad).
Por el contrario, los procesos convencionales de revestimiento por pulverización térmica, tales como plasma, HVOF y pistola de detonación, producen generalmente un revestimiento sustancialmente continuo de una capa de metal sobre toda la superficie interna del miembro tubular. Dicho revestimiento tiene una porosidad mayor que la que resulta de los elementos mezcladores de la invención, como los producidos por la soldadura con plasma en polvo de un cordón discontinuo de la segunda aleación de craqueo con vapor especificada en la superficie interna del miembro tubular. El revestimiento por pulverización térmica convencional se produce mediante un proceso en donde se aplican partículas fundidas o reblandecidas por impacto sobre un sustrato. Sin pretender limitarse a ninguna teoría o modelo, se cree que dichos revestimientos convencionales contienen una estructura granular reticular o lamelar resultante de la rápida solidificación de pequeños glóbulos, aplanados al golpear una superficie fría a altas velocidades. Es difícil asegurar que todas las partículas tengan exactamente el mismo tamaño y alcancen la misma temperatura y velocidad. Por lo tanto, las variaciones en las condiciones de impacto de las partículas individuales durante el proceso de pulverización térmica conducen a una estructura heterogénea, que incluye una porosidad excesiva.
Los elementos mezcladores de la invención pueden configurarse de cualquier manera conveniente según el diseño del tubo. Por ejemplo, el elemento mezclador debe configurarse para agitar un flujo de material de hidrocarburo que pasa a través de la estructura soldada para distribuir el flujo de material de hidrocarburo a través de una sección transversal del tubo para crear un perfil de temperatura generalmente uniforme en toda la sección transversal del paso. Esto se logra normalmente utilizando un miembro tubular que tiene un área de sección transversal circular interna que está sustancialmente abierta al flujo de fluido a través del tubo, sobresaliendo el elemento mezclador de al menos una región en la superficie interna del miembro tubular. Cuando la estructura soldada comprende una pluralidad de elementos mezcladores, todos los elementos mezcladores tienen opcionalmente sustancialmente la misma composición y opcionalmente todos son del mismo tamaño y forma. Por ejemplo, la pluralidad de elementos mezcladores puede tener la forma de aletas que se proyectan en una dirección que intersecta sustancialmente un eje longitudinal del miembro tubular y pueden funcionar para desviar un flujo de material de hidrocarburo en el tubo. Cuando la estructura soldada se utiliza como tubo radiante, esta disposición aumenta la uniformidad del perfil de temperatura del flujo de mezcla hidrocarburo+vapor con relación a una sección transversal del tubo. El elemento mezclador puede comprender una pluralidad de protuberancias formadas discretamente o una protuberancia continua a lo largo de la superficie interna del miembro tubular. Los salientes, ya sean discontinuos o continuos, pueden disponerse en uno o más diseños generalmente helicoidales a lo largo de la superficie interna. Los métodos para asegurar los elementos mezcladores a las superficies de los miembros tubulares, así como la configuración de los elementos mezcladores, se describen en las Patentes de EE.UU. n.° 5.950.718 y 7.799.963, cualquiera de los cuales puede usarse en las estructuras soldadas descritas en la presente memoria.
Primer miembro tubular
La estructura soldada comprende un primer miembro tubular, el primer miembro tubular tiene (i) superficies internas y externas y (ii) al menos un canal interno definido por la superficie interna del miembro tubular, el canal está abierto para el flujo de fluido hacia dentro, a través y hacia fuera del miembro tubular. La primera aleación de craqueo con vapor puede tener cualquier composición siempre que (i) tenga características de desempeño (tales como características de transferencia de calor, ductilidad y resistencia) que la hagan adecuada para su uso en un horno de craqueo con vapor y (ii) sea capaz de formar un revestimiento protector que contiene alúmina (por ejemplo, una costra de óxido) en la superficie interna del miembro tubular durante el craqueo con vapor, y tiene contenidos elementales como se define en la reivindicación 1. Algunas de estas aleaciones se describen en la Tabla 1 de la Patente de EE.UU. n.° 8.431.230, cedida a Kubota Corporation. Ciertos ejemplos de la primera aleación de craqueo con vapor comprenden aluminio, níquel, cromo, hierro y carbono; y opcionalmente, además de estos, uno o más de silicio, manganeso, tungsteno, molibdeno, titanio, circonio, niobio, boro y uno o más elementos de tierras raras.
La primera aleación de craqueo con vapor incluye deliberadamente aluminio, a un nivel > 2,0% en peso, por ejemplo, > 2,5% en peso, tal como > 3,0% en peso, o > 3,5% en peso, o > 4,0% en peso, o > 4,5% en peso, o > 5,5% en peso, o > 6,0% en peso, o > 6,5% en peso, o > 7,0% en peso, o > 8,0% en peso, o > 9,0% en peso, o > 9,5% en peso, o 10,0% en peso de aluminio. Además, la concentración de aluminio en la primera aleación de craqueo con vapor es < 10,0% en peso, por ejemplo, < 9,5% en peso, o < 9,0% en peso, o < 8,0% en peso, o < 7,0% en peso, o < 6,5% en peso, o < 6,0% en peso, o < 5,5% en peso, o < 4,5% en peso, o < 4,0% en peso, o < 3,5% en peso, < 3,0% en peso, o < 2,5% en peso, o 2,0% en peso. Los intervalos del contenido de aluminio en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 2,0 a 10,0% en peso de aluminio, o de 2,0 a 8,0% en peso, o de 2,0 a 7,0% en peso, o de 2,0 a 6,0% en peso, o de 2,0 a 4,0% en peso, o de 2,5 a 4,0% en peso, o de 3,0 a 4,0% en peso, o de 3,5 a 4,0% en peso de aluminio, etc. Al menos un 2,0% en peso de aluminio ayuda a la formación de una cantidad suficiente de la capa resistente a la carburación en la superficie del tubo interno. Altas concentraciones de aluminio, por ejemplo, en la primera aleación de craqueo con vapor, por ejemplo, > 4% en peso, pueden conducir a una degradación en ciertas propiedades del primer miembro tubular, tal como una disminución en la ductilidad, lo que puede conducir a una disminución en el rendimiento de la estructura soldada en el servicio de craqueo con vapor. Se ha encontrado que esta dificultad se puede superar con las estructuras soldadas de la invención incluyendo en la estructura soldada un segundo miembro tubular que es generalmente coaxial con el primer miembro tubular, estando la superficie externa del primer miembro tubular normalmente próxima a la superficie interna del segundo miembro tubular. El segundo miembro tubular normalmente comprende al menos una aleación que tiene propiedades mecánicas mejoradas, por ejemplo, ductilidad, fluencia y/o resistencia a la rotura mejoradas, en comparación con la primera aleación de craqueo con vapor.
Además de aluminio, la primera aleación de craqueo con vapor comprende cromo y níquel. La primera aleación de craqueo con vapor comprende > 15,0% en peso de cromo, p. ej., > 17,5% en peso de, o > 18,0% en peso, o > 20,0% en peso, o > 22,0% en peso, o > 24,0% en peso, o > 30,0% en peso, o > 35,0% en peso, o > 40,0% en peso de cromo. Además, la aleación de craqueo con vapor comprende cromo en una cantidad de < 50,0% en peso, por ejemplo, < 45,0% en peso, o < 40,0% en peso, o < 35,0% en peso, o < 30,0% en peso, o < 25,0% en peso, o < 22,0% en peso, o < 18,0% en peso, o < 16,0% en peso. Los intervalos del contenido de cromo en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 15,0 a 50,0% en peso, o de 16 a 30,0% en peso, o de 20,0 a 30,0% en peso, o de 22,0 a 30,0% en peso, o de 24,0 a 35,0% en peso, etc. Cuando la concentración de cromo es de al menos 15,0% en peso la integridad de la estructura soldada se mantiene sustancialmente en presencia de la capa de carbocementación. Los expertos en la técnica apreciarán que la cantidad de cromo no debe ser tan grande como para provocar una disminución de las propiedades mecánicas de la aleación a alta temperatura, tal como una disminución de la resistencia a la fluencia a alta temperatura y/o la resistencia a la ruptura a alta temperatura.
La cantidad de níquel en la primera aleación de craqueo con vapor es > 18,0% en peso de níquel, por ejemplo, > 20,0, tal como > 25,0% en peso, o > 30,0% en peso, o > 35,0% en peso, o > 40,0% en peso, o > 45,0% en peso, o > 50,0% en peso, o > 55,0% en peso, o > 65,0% en peso níquel. Además, la cantidad de níquel en la aleación de craqueo con vapor es < 70,0% en peso, por ejemplo, < 65,0% en peso, o < 55,0% en peso, o < 50,0% en peso, o < 45,0% en peso, o < 40,0% en peso, o < 35,0% en peso, o < 30,0% en peso, o < 20,0% en peso o < 25,0% en peso níquel. Los intervalos del contenido de níquel en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 18,0 a 70,0% en peso, o de 25.0 a 45,0% en peso, o de 30,0 a 55,0% en peso, o de 35,0 a 55,0% en peso, o de 40,0 a 55,0% en peso, o de 45,0 a 55,0% en peso, o de 50,0 a 55,0% en peso, etc. Se cree que el níquel proporciona a la aleación de craqueo con vapor resistencia a la oxidación, por ejemplo, durante el modo de descoquización. Aunque las concentraciones más bajas de níquel pueden compensarse con un mayor contenido de hierro, los expertos en la técnica apreciarán que se debe incluir suficiente níquel en la aleación para evitar la formación de óxidos, por ejemplo, óxidos de cromo, óxidos de hierro y/u óxidos de manganeso, que inhiben la formación de la deseada capa resistente a la carburación.
La cantidad de hierro en la primera aleación de craqueo con vapor es < 65,0% en peso, por ejemplo, < 65,0% en peso, o < 55,0% en peso, o < 45,0% en peso, o < 35,0% en peso, o < 25,0% en peso, o < 15,0% en peso, o < 5,0% en peso. Además, la primera aleación de craqueo con vapor puede comprender hierro en una cantidad de > 0% en peso, por ejemplo, > 0,10% en peso, tal como > 5,0% en peso, o > 15,0% en peso, o > 25,0% en peso, o > 35,0% en peso, o > 45,0% en peso, o > 55,0% en peso de hierro. Los intervalos del contenido de hierro en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 0 a 65,0% en peso de hierro, o de 1,0 a 65,0% en peso, o de 5,0 a 65,0% en peso, o de 15,0 a 65,0% en peso, o de 35,0 a 55,0% en peso, o de 40,0 a 55,0% en peso, o de 45,0 a 55,0% en peso, o de 50.0 a 55,0% en peso hierro, etc.
El carbono está presente en la primera aleación de craqueo con vapor en una cantidad > 0,05% en peso, por ejemplo, > 0,1% en peso, tal como > 0,2% en peso, o > 0,3% en peso, o > 0,4% en peso, o > 0,5% en peso, o > 0,6% en peso de carbono. El contenido de carbono es < 0,7% en peso, por ejemplo, < 0,6% en peso, o < 0,5% en peso, o < 0,4% en peso, o < 0,3% en peso, o < 0,2% en peso, o < 0,1% en peso de carbono. Los intervalos del contenido de carbono en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 0,05 a 0,7% en peso de carbono, o de 0,05 a 0,6% en peso, o de 0,05 a 0,5% en peso, o de 0,05 a 0,4% en peso, o de 0,05 a 0,3% en peso, o de 0,05 a 0,2% en peso, o de 0,05 a 0,1% en peso, o de 0,3,0 a 0,5% en peso de carbono, etc. Se cree que el carbono mejora la colabilidad del primer miembro tubular y las propiedades mecánicas a alta temperatura, tales como la resistencia a la fluencia y la resistencia a la rotura. Los expertos en la técnica apreciarán que la cantidad de carbono no debe ser tan grande como para dar como resultado (i) la formación de coque u otras fases carbonosas distintas y/o (ii) una disminución en la ductilidad y/o tenacidad de la aleación.
Cuando el silicio está presente en la primera aleación de craqueo con vapor, está presente en una concentración de < 2,5% en peso de silicio, p. ej., < 2,0% en peso de, o < 1,5% en peso, o < 1,0% en peso, o < 0,5% en peso, o < 0,1% en peso de silicio. Además, la concentración de silicio en la primera aleación de craqueo con vapor es > 0% en peso, por ejemplo, > 0,1% en peso, tal como > 0,2% en peso, o > 0,3% en peso, o > 0,4% en peso de silicio. Los intervalos del contenido de silicio en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 0 a 2,5% en peso de silicio, de 0 a 2,0% en peso, de 0 a 1,5% en peso, de 0 a 1,0% en peso, de 0 a 0,5% en peso, de 0 a 0,1% en peso de silicio, etc. Se cree que el silicio sirve como desoxidante y proporciona una mayor fluidez a la aleación en estado fundido. Los expertos en la técnica apreciarán que la cantidad de silicio no debe ser tan grande como para dar como resultado una disminución de las propiedades mecánicas a alta temperatura de la aleación, tal como una disminución en la resistencia a la fluencia a alta temperatura y/o la resistencia a la ruptura a alta temperatura.
El manganeso puede estar presente en la primera aleación de craqueo con vapor, por ejemplo, para servir como eliminador de oxígeno y/o azufre cuando la aleación está en estado fundido. Cuando se desea dicha funcionalidad de eliminación, el manganeso está presente en una concentración de < 3,0% en peso, por ejemplo, < 2,5% en peso, o < 2,0% en peso, o < 1,5% en peso, o < 1,0% en peso, o < 0,5% en peso, o < 0,1% en peso, o 0% en peso manganeso. Los intervalos del contenido de manganeso en la primera aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 0 a 3,0% en peso de manganeso, de 0 a 2,5% en peso, de 0 a 2,0% en peso, de 1,0 a 2,0% en peso, de 1,5 a 2,5% en peso manganeso, etc.
El tungsteno y/o el molibdeno también pueden estar presentes en la primera aleación de craqueo con vapor en una cantidad de 0,1 a 10,0% en peso, por ejemplo, de 0,5 a 10,0% en peso, de 1,0 a 5% en peso, en particular de 0,5 a 10% en peso de tungsteno, de 1 a 8% en peso de tungsteno y/o de 0,1 a 5,0% en peso de molibdeno, de 0,5 a 3% en peso de molibdeno. Se cree que el molibdeno y el tungsteno mejoran las propiedades mecánicas a alta temperatura de la aleación, tales como la resistencia a la fluencia y la resistencia a la rotura. Cuando ambos elementos están presentes, la concentración combinada generalmente no debe exceder el 10% en peso.
Opcionalmente, la primera aleación de craqueo con vapor incluye uno o más de titanio, circonio y niobio. Cuando se usa, la concentración total de estos elementos es > 0,1% en peso, por ejemplo, de 0,1 a 1,8% en peso, o de 0,1 a 1,5% en peso, o de 0,1 a 1,0% en peso, o de 0,1 a 0,6% en peso. Particularmente, el titanio y/o el circonio pueden estar presentes en una cantidad de 0,1 a 0,6% en peso. El niobio puede estar presente en una cantidad de 0,1-1,8%.
El boro puede estar presente en la primera aleación de craqueo con vapor y mejorar el rendimiento del límite de grano. El boro puede estar presente en una cantidad de 0 a 0,1% en peso, por ejemplo, de 0 a 0,07% en peso, de 0 a 0,5% en peso, o de 0,05 a 0,1% en peso.
La primera aleación de craqueo con vapor también puede incluir uno o más elementos de tierras raras, es decir, 15 elementos de la serie de los lantánidos que van desde el lantano hasta el lutecio en la tabla periódica, e itrio y escandio, particularmente cerio, lantano y neodimio, en una cantidad total de 0,005 a 0,4% en peso En cuanto a los elementos de tierras raras que se incorporarán a la presente aleación, el cerio, el lantano y el neodimio pueden formar, en una cantidad combinada, al menos el 80%, más preferiblemente al menos el 90%, de la cantidad total de elementos de tierras raras. Se cree que la presencia de elementos de tierras raras contribuye a la formación y estabilización de la capa resistente a la carburación.
Las primeras aleaciones de craqueo con vapor que contienen fósforo, azufre y otras impurezas, tales como las que inevitablemente se incorporan a la aleación cuando se prepara el material, están dentro del alcance de la invención. Los expertos en la técnica apreciarán que la cantidad de estas impurezas no debe ser tan grande como para exceder las cantidades que son típicas en las aleaciones de craqueo con vapor convencionales.
En ciertos aspectos, el primer miembro tubular comprende más de una de las primeras aleaciones de craqueo con vapor anteriores. Las combinaciones y permutaciones de cualquiera de las primeras composiciones de aleación de craqueo con vapor especificadas están expresamente dentro del alcance de la invención. Las primeras aleaciones de craqueo con vapor adecuadas incluyen las descritas en las Patentes de EE.UU. n.° 6.409.847 y 7.963.318, siempre que entren dentro de la definición dada en la reivindicación 1. En aspectos particulares, la primera aleación de craqueo con vapor comprende < 65,0% en peso de hierro, > 18,0% en peso de cromo, y > 25,0% en peso de níquel, p. ej., > 20,0% en peso de cromo y hierro. El hierro suele estar presente, aunque no necesariamente, en una concentración de > 25,0% en peso Las primeras aleaciones de craqueo con vapor se pueden seleccionar, por ejemplo, de aquellas aleaciones de Kubota disponibles con el nombre comercial Aftalloy™, y de Schmidt and Clemens GmbH & Co, aleaciones disponibles con el nombre comercial Centralloy™ HTE.
La primera aleación de craqueo con vapor puede formarse en el miembro tubular por cualquier medio adecuado, por ejemplo, mediante uno o más de colada, forjado, laminado, unión, mecanizado, etc. Pueden usarse métodos de formación convencionales, tales como colada centrífuga, pero la invención no se limita a ello. Se describen aparatos y métodos ejemplares de colada centrífuga en la Patente de EE.UU. n.° 5.223.278. La invención, sin embargo, no se limita a ello.
Elemento(s) mezclador(es)
Además del primer miembro tubular, las estructuras soldadas de la presente memoria incluyen al menos un elemento mezclador en contacto superficial con la superficie interna del miembro tubular. Los elementos mezcladores sirven para agitar el flujo de material de hidrocarburo (es decir, alimentación de la torre de craqueo con vapor, productos craqueados con vapor, etc.) transportado a través de los conductos interiores de la estructura soldada. Cuando una pluralidad de elementos mezcladores está presente en la estructura soldada, cada uno de los elementos mezcladores puede tener la misma composición, pero esto no es obligatorio. Al menos un elemento mezclador se forma a partir de una segunda aleación de craqueo con vapor como se define en la reivindicación 1 y tiene una concentración de aluminio > 2,0% en peso, por ejemplo, > 2,5% en peso, o > 3,0% en peso, o > 3,5% en peso, o > 4,0% en peso, o > 4,5% en peso, o > 5,0% en peso, o > 5,5% en peso, o > 6,0% en peso, o > 6,5% en peso, o > 7,0% en peso, o > 8,0% en peso, o > 9,0% en peso, o > 9,5% en peso, o 10,0% en peso de aluminio. Además, la concentración de aluminio es < 10,0% en peso, por ejemplo, < 9,0% en peso, o < 8,0% en peso, o < 7,0% en peso, o < 6,5% en peso, o < 6,0% en peso, o < 5,5% en peso, o < 5,0% en peso, o < 4,0% en peso, o < 3,0% en peso. Los intervalos del contenido de aluminio en la segunda aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 5,0 a 10,0% en peso de aluminio, o de 6,0 a 10,0% en peso, o de 7,0 a 10,0% en peso, o de 5,0 a 9,0% en peso, o de 5,5 a 8,0% en peso, o de 6,0 a 8,0% en peso, o de 5,0 a 8,0% en peso, o de 6,0 a 6,5% en peso de aluminio. Se ha observado que el elemento mezclador puede ser propenso a agrietarse durante la fabricación de estructuras soldadas, particularmente durante la solidificación del elemento mezclador en la superficie interna del primer miembro tubular durante y después de la soldadura. Se ha encontrado que esta dificultad se puede superar cuando la segunda aleación de craqueo con vapor incluye hierro y/o silicio, particularmente cuando la segunda aleación de craqueo con vapor incluye silicio y hierro, tal como de 0,05% en peso a 5,0% en peso de silicio y de 35,0% en peso a 65,0% en peso de hierro. Sin embargo, la segunda aleación de craqueo con vapor según la invención incluye < 0,50% en peso de silicio y 35,0 a 55,0% en peso de hierro.
Sorprendentemente, se ha encontrado que las aleaciones de craqueo con vapor que contienen aluminio utilizadas para formar el elemento mezclador forman una unión metalúrgica suficiente con la superficie interna del miembro tubular en un amplio intervalo de composición, particularmente en un amplio intervalo de contenido de aluminio en la segunda aleación de craqueo con vapor. Se esperaba que fuera necesario un revestimiento sustancialmente uniforme de la segunda aleación de craqueo con vapor sobre la superficie interna del miembro tubular para evitar la deslaminación del revestimiento. Los expertos en la técnica apreciarán que, por ejemplo, los desequilibrios en las fuerzas cohesivas y adhesivas introducen complejidades significativas cuando se une metalúrgicamente una aleación que contiene aluminio con otra aleación que contiene aluminio. Además, aleaciones diferentes en contacto en una interfaz, por ejemplo, una aleación que contiene aluminio en contacto con una segunda aleación que contiene aluminio pero en menor cantidad, generalmente presentan incompatibilidades que pueden limitar la capacidad de la primera aleación (por ejemplo, una aleación superficial) para "humectar" la segunda aleación (por ejemplo, una aleación de sustrato). Este efecto generalmente se manifiesta como un aumento en el ángulo de contacto (también llamado aumento del ángulo de contacto interno), por ejemplo, a un valor > 90° en el perímetro de la capa superficial. El aumento en el ángulo de contacto interno surge del equilibrio de las densidades de energía interna cuando la capa superficial se aplica como un líquido al sustrato y luego la capa superficial se solidifica. Una aleación superficial es "humectante" cuando el ángulo de contacto es inferior a 90° y no humectante cuando el ángulo de contacto es mayor o igual a 90°. En general, el aumento de las diferencias de composición entre la superficie y las aleaciones del sustrato conduce a una disminución de la humectación y una mayor tendencia a la deslaminación del revestimiento. En otras palabras, existe una mayor tendencia hacia la deslaminación del revestimiento a medida que aumenta el ángulo de contacto. La tendencia a la deslaminación se puede disminuir, incluso para una superficie de aleación no humectante solidificada sobre un sustrato de una aleación diferente, cuando la aleación superficial tiene la forma de un revestimiento sustancialmente uniforme sobre una superficie interna sustancialmente continua del sustrato. Un ejemplo de esto es un revestimiento sustancialmente uniforme sobre la superficie interna de un tubo. En tales casos, no hay ángulo de contacto porque la tensión superficial de la aleación del sustrato de la superficie se distribuye simétricamente (por ejemplo, equilibrada) sobre toda la superficie interna del sustrato tubular. Sorprendentemente, se ha encontrado que las aleaciones que contienen aluminio poseen una unión metalúrgica satisfactoria a una variedad de aleaciones con una variedad de aleaciones de craqueo con vapor sin necesidad de que el elemento mezclador sea un revestimiento sustancialmente continuo en la superficie interna del miembro tubular. La aleación que contiene aluminio utilizada en el elemento mezclador se adhiere sorprendentemente a las aleaciones subyacentes a pesar de la ausencia de fuerzas superficiales sustancialmente uniformes que sirvan para evitar la deslaminación del revestimiento. Es aún más sorprendente que se produzca una unión metalúrgica suficiente entre la aleación de elementos tubulares que comprende aluminio y los elementos mezcladores formados a partir de una aleación que tiene una concentración de aluminio diferente a la del miembro tubular, particularmente cuando la concentración de aluminio de la aleación a partir de la cual se forma el elemento mezclador tiene una mayor concentración de aluminio que la aleación a partir de la cual se forma el miembro tubular.
En consecuencia, las concentraciones de aluminio en la segunda aleación de craqueo con vapor y la primera aleación de craqueo con vapor difieren en > 1,0% en peso, por ejemplo, > 2,0% en peso, o > 3,0% en peso, o > 4,0% en peso, hasta 5,0% en peso. La concentración de aluminio de la segunda aleación de craqueo con vapor difiere de la de la primera aleación de craqueo con vapor en de 1,0 a 5,0% en peso, o de 1,0 a 4,0% en peso, o de 1,0 a 3,5% en peso, o de 1,0 a 3,0% en peso, o de 1,0 a 2,5% en peso, o de 1,0 a 2,0% en peso, o de 1,0 a 1,5% en peso. Aunque se puede usar cualquier primera y segunda aleaciones de craqueo con vapor que cumplan estas condiciones, la segunda aleación de craqueo con vapor normalmente tiene una mayor concentración de aluminio que la primera aleación de craqueo con vapor. Se observa que se logra la adherencia del elemento mezclador a la superficie interna del miembro tubular, particularmente para una estructura soldada utilizada como un tubo radiante que funciona en condiciones de craqueo con vapor, incluso cuando el contenido de aluminio de la segunda aleación del craqueo con vapor es mayor que el de la primera aleación de craqueo con vapor, es decir, A2 > A1, tal como cuando A2 menos A1 es > 1,0% en peso. Incluso cuando A2 > A1, el agrietamiento del elemento mezclador durante la solidificación del elemento mezclador en la superficie interna del primer miembro tubular durante la soldadura puede reducirse o eliminarse incluyendo hierro y/o silicio en la segunda aleación de craqueo por vapor, por ejemplo, silicio y hierro.
A continuación se describirán con más detalle ejemplos de composiciones de segundas aleaciones de craqueo con vapor, que incluyen segundas aleaciones de craqueo con vapor que, además del intervalo especificado de contenido de aluminio, comprenden opcionalmente uno o más de cromo, níquel, hierro, carbono, manganeso, titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, molibdeno, tungsteno, galio, germanio, arsénico, indio, estaño, antimonio, plomo, paladio, platino, cobre, plata, oro, escandio, lantano, itrio y cerio.
La segunda aleación de craqueo con vapor comprende además > 15,0% en peso de cromo, tal como > 18,0% en peso, o > 20,0% en peso, o > 22,0% en peso, o > 25,0% en peso, hasta 30,0% en peso. Además, la segunda aleación de craqueo con vapor comprende cromo en una cantidad de < 30,0% en peso, por ejemplo, < 25,0% en peso, o < 24,0% en peso, o < 22,5% en peso, o < 20,0% en peso, o < 18,0% en peso. Los intervalos del contenido de cromo en la segunda aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 15,0 a 30,0% en peso de cromo, o de 18 a 30,0% en peso, o de 20,0 a 30,0% en peso, o de 22,0 a 30,0% en peso, o de 25,0 a 30,0% en peso, de 18,0 a 25,0% en peso, o de 19,0 a 24,0% en peso, o de 20,0 a 22,5% en peso de cromo, etc.
Las segundas aleaciones de craqueo con vapor comprenden además > 20,0% en peso de níquel, tal como > 25,0% en peso, o > 30,0% en peso, o > 35,0% en peso, hasta 40,0% en peso níquel. Además, la cantidad de níquel en la segunda aleación de craqueo con vapor es < 45,0% en peso, por ejemplo, < 40,0% en peso, o < 35,0% en peso, o < 30,0% en peso, o < 25,0% en peso. Los intervalos del contenido de níquel en la segunda aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 20,0 a 45,0% en peso, o de 25,0 a 45,0% en peso, o de 30,0 a 45,0% en peso, o de 35,0 a 45,0% en peso, o de 40,0 a 45,0% en peso, etc. La cantidad de níquel en la segunda aleación de craqueo con vapor puede depender de las cantidades de otros componentes, por ejemplo, de las cantidades de aluminio, cromo y hierro en la segunda aleación de craqueo con vapor. Por ejemplo, cuando la segunda aleación de craqueo con vapor comprende aluminio, cromo y hierro, entonces > 90,0% en peso del resto de la segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender, consistir esencialmente en, o incluso consistir en níquel. Normalmente, > 95,0% en peso del resto es níquel, p. ej., > 99,0% en peso, tal como > 99,9% en peso. La invención abarca segundas aleaciones de craqueo con vapor en las que sustancialmente todo el resto es níquel. En aspectos particulares, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 5,0% en peso a 10,0% en peso de aluminio, de 18,0% en peso a 25,0% en peso de cromo, < 0,5% en peso de Si y > 35,0% en peso de hierro, comprendiendo el resto de la segunda aleación de craqueo con vapor (para alcanzar el 100% en peso), consistiendo esencialmente en, o incluso consistiendo en níquel. En estos aspectos, la cantidad de níquel puede estar, por ejemplo, en el intervalo de 25,0% en peso a 40,0% en peso.
Las segundas aleaciones de craqueo con vapor pueden comprender además hierro, por ejemplo, > 35,0% en peso de hierro, tal como > 40,0% en peso, o > 45,0% en peso, o > 50,0% en peso de hierro. La segunda aleación de craqueo con vapor comprende < 55,0% en peso, por ejemplo, < 50,0% en peso, o < 45,0% en peso, o < 45,0% en peso de hierro. Los intervalos del contenido de hierro en la segunda aleación de craqueo con vapor que se describen expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 35,0 a 55,0% en peso, o de 40,0 a 55,0% en peso, o de 45,0 a 55,0% en peso, o de 50,0 a 55,0% en peso, o de 35,0 a 40% en peso hierro, etc.
La segunda aleación de craqueo con vapor comprende además < 0,50% en peso de silicio, tal como < 0,45% en peso, o < 0,40% en peso, o < 0,35% en peso, o < 0,30% en peso, o < 0,25% en peso, o < 0,20% en peso, o < 0,10% en peso, o 0% en peso. Adicional o alternativamente, el silicio puede estar presente en una cantidad > 0% en peso, por ejemplo, > 0,10% en peso, > 0,20% en peso, o > 0,25% en peso, o > 0,30% en peso, o > 0,35% en peso, o > 0,40% en peso, o > 0,45% en peso. Los intervalos ejemplares del contenido de silicio en la segunda aleación de craqueo con vapor descritos expresamente incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 0 a 0,50% en peso de silicio, o de 0,10 a 0,45% en peso, o de 0,20 a 0,40% en peso, o de 0,25 a 0,35% en peso de silicio, etc.
El carbono puede estar presente en la segunda aleación de craqueo con vapor. Por ejemplo, el carbono puede estar presente en una cantidad > 0% en peso, por ejemplo, > 0,02% en peso, tal como > 0,05% en peso, o > 0,07% en peso, o > 0,09% en peso Cuando la segunda aleación de craqueo con vapor incluye carbono, la cantidad de carbono es < 0,1% en peso de carbono, p. ej., < 0,08% en peso, o < 0,05% en peso de carbono. Los intervalos ejemplares del contenido de carbono en la segunda aleación de craqueo con vapor expresamente descrita incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 0 a 0,10% en peso de carbono, o de 0,02 a 0,08% en peso, o de 0,05 a 0,08% en peso, o de 0,09 a 0,10% en peso de carbono, etc. El carbono puede estar presente en la segunda aleación de craqueo con vapor como una forma de precipitados de carburo, que se cree que contribuyen a mejorar la resistencia a la fluencia cuando se exponen a altas temperaturas durante largos períodos de tiempo.
La segunda aleación de craqueo con vapor puede incluir además en total de 1,7 a 2,5% en peso, de al menos un elemento elegido entre manganeso, titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, molibdeno, tungsteno y combinaciones de los mismos. La cantidad total de este grupo de elementos en la segunda aleación de craqueo con vapor es generalmente < 4,0% en peso, p.ej. < 2,0% en peso, o < 1,0% en peso, o 0% en peso.
Se cree que los elementos de aleación, tales como por ejemplo, galio, germanio, arsénico, indio, estaño, antimonio, plomo, paladio, platino, cobre, plata y oro, inhiben la formación de coquización porque estos elementos no son catalíticos para la reacción de transferencia de carbono superficial. Los elementos de aleación, tales como por ejemplo, renio, rutenio, rodio, iridio, paladio, platino, cobre, plata y oro, pueden proporcionar una mayor integridad, estabilidad y durabilidad del revestimiento y/o reducir la concentración de defectos en la segunda aleación de craqueo con vapor. Por lo tanto, la segunda aleación de craqueo con vapor puede incluir de 0,10 a 2,0% en peso, por ejemplo, de 0,5 a 1,5% en peso o de 0,75 a 1,25% en peso, o 1,00% en peso de al menos un elemento seleccionado de galio, germanio, arsénico, indio, estaño, antimonio, plomo, paladio, platino, cobre, plata y oro y combinaciones de los mismos. La cantidad total de este grupo de elementos en la segunda aleación de craqueo con vapor es < 3,0% en peso, p.ej. < 2,0% en peso, o < 1,0% en peso, o 0% en peso. Adicional o alternativamente, la segunda aleación de craqueo con vapor puede incluir de 0,1% en peso a 2,0% en peso, por ejemplo, de 0,5 a 1,5% en peso, o de 0,75 a 1,25% en peso, o 1 % en peso de al menos un elemento seleccionado de renio, rutenio, rodio, iridio, paladio, platino, cobre, plata y oro. La cantidad total de este grupo de elementos en la segunda aleación de craqueo con vapor es < 3,0% en peso, p.ej. < 2,0% en peso, o < 1,0% en peso, o 0% en peso.
La segunda aleación de craqueo con vapor puede incluir además al menos un elemento elegido entre escandio, lantano, itrio y cerio en una cantidad > 0,10% en peso, por ejemplo, > 0,30% en peso, tal como > 0,50% en peso, o > 0,70% en peso, o > 1,0% en peso, o > 1,30% en peso, o > 1,50% en peso, o > 1,70% en peso de al menos uno de escandio, lantano, itrio y cerio puede estar presente en una cantidad < 2,0% en peso, por ejemplo, < 1,70% en peso, o < 1,50% en peso, o < 1,30% en peso, o < 1,00% en peso, o < 0,70% en peso, o < 0,50% en peso, o < 0,30% en peso. Los intervalos de ejemplos de contenido en la segunda aleación de craqueo con vapor descritos expresamente incluyen de 0,01% en peso a 2,0% en peso, o de 0,03% en peso a 1,7% en peso, o de 0,05% en peso a 1,5% en peso, o de 0,07% en peso a 1,3% en peso, o 1,0% en peso. La cantidad total de este grupo de elementos en la segunda aleación de craqueo con vapor es < 3,0% en peso, p.ej. < 2,0% en peso, o < 1,0% en peso.
Cualquiera de los elementos enumerados anteriormente puede estar presente en la segunda aleación de craqueo con vapor en forma de precipitados intermetálicos que incluyen, entre otros, NisAl, NiAl, etc. en una cantidad de 0,1% en peso a 30,0% en peso. Asimismo, la segunda aleación de craqueo con vapor puede incluir cualquiera de los elementos anteriores en forma de óxido, carburo, nitruro y/o carbonitruro en una cantidad de, por ejemplo, 0,01% en peso a 5,0% en peso Estos precipitados e inclusiones intermetálicas se forman particularmente a partir de los elementos constituyentes de la segunda aleación de craqueo con vapor que incluyen, pero sin que ello pretenda ser limitante, hierro, níquel, cromo, aluminio y silicio. Tanto los precipitados intermetálicos como las inclusiones de óxido, carburo, nitruro y carbonitruro pueden proporcionar una mejor resistencia a la fluencia a altas temperaturas.
La segunda aleación de craqueo con vapor tiene normalmente una baja porosidad, lo que contribuye a su resistencia mejorada a la corrosión y la coquización cuando se expone a corrientes de hidrocarburos en unidades de procesos petroquímicos y de refinación. La segunda aleación de craqueo con vapor tiene, por ejemplo, < 2,0% en volumen de porosidad, o < 1,0% en volumen de porosidad, o < 0,5% en volumen de porosidad, o < 0,1% en volumen porosidad. La porosidad excesiva en la segunda aleación de craqueo con vapor, si está presente, serviría como vía para que las moléculas gaseosas de las corrientes de hidrocarburos en las unidades de proceso petroquímico y de refinación transfieran moléculas gaseosas de manera indeseable. La transferencia de moléculas gaseosas puede contribuir al deterioro por corrosión de la resistencia mecánica. Por lo tanto, es ventajoso lograr una segunda aleación de craqueo con vapor que incluya una cantidad mínima de porosidad.
Los aspectos particulares de la segunda aleación de craqueo con vapor se describirán ahora con más detalle. La invención no se limita a estos aspectos, y esta descripción no pretende excluir otros aspectos de la segunda aleación de craqueo con vapor dentro del alcance más amplio de la invención tal como se define en las reivindicaciones. Ciertos aspectos ejemplares de la segunda aleación de craqueo con vapor comprenden de 5,0% en peso a 10,0% en peso de aluminio, de 18,0% en peso a 25,0% en peso de cromo, menos de 0,5% en peso de silicio, > 35,0% en peso de hierro, siendo el > 90,0% en peso del resto de la segunda aleación de craqueo con vapor níquel, tal como > 95,0% en peso, o > 99,9% en peso. La segunda aleación de craqueo con vapor se puede soldar a la superficie interna del primer miembro tubular especificado, por ejemplo, mediante soldadura con plasma en polvo. La segunda aleación de craqueo con vapor normalmente es una que forma una capa superficial protectora resistente a la carburación que comprende uno o más óxidos cuando se somete a las condiciones especificadas en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. n.° 2012/0097289. La capa de óxido normalmente comprende uno o más de alúmina, cromia, sílice, mullita y espinela. En otros aspectos, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 5,0% en peso a 8,0% en peso de aluminio, de 19,0% en peso a 24,0% en peso de cromo, < 0,5% en peso de silicio y > 35,0% en peso de hierro, siendo > 90,0% en peso del resto de la segunda aleación de craqueo con vapor níquel, por ejemplo, > 95,0% en peso, tal como > 99,9% en peso.
Todavía en otros aspectos, la segunda aleación de craqueo con vapor comprende además uno o más componentes opcionales. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además de 0,1% en peso a 2,0% en peso de uno o más de Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Pb, Pd, Pt, Cu, Ag y Au. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además 0,1% en peso a 2,0% en peso de uno o más de Re, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag y Au. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además de 0,01% en peso a 2,0% en peso de uno o más de Sc, La, Y y Ce. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además de 0,01% en peso a 2,0% en peso de óxido, normalmente en forma de partículas de uno o más de Al, Si, Sc, La, Y y Ce. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además de 0,01% en peso a 4,0% en peso de uno o más de Mn, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo y W. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además de 0,1% en peso a 30,0% en peso de al menos un precipitado intermetálico, por ejemplo, NiaAl, NiAl y/o fase sigma. La segunda aleación de craqueo con vapor puede comprender además de 0,01 % en peso a 5,0% en peso de al menos una inclusión, por ejemplo, inclusión de óxido, inclusión de carburo, inclusión de nitruro y/o inclusión de carbonitruro.
Normalmente, la segunda aleación de craqueo con vapor en otro aspecto más, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 31,0 a 36,0% en peso de níquel, p. ej. de 32,0 a 34,0% en peso níquel; de 20,0 a 22,0% en peso de cromo; de 6,1 a 6,4% en peso de aluminio; de 37,9 a 39,9% en peso de hierro; y de 0,40 a 0,45% en peso de silicio.
En otro aspecto ventajoso más, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 33,0 a 36,0% en peso de níquel, de 21,7 a 22,5% en peso de cromo, de 6,7 a 7,1% en peso de aluminio, de 35,9 a 36,7% en peso de hierro, de 0,16 a 0,24% en peso de silicio.
En algunos aspectos, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 26,0 a 39,0% en peso de níquel, de 20,0 a 22,5% en peso de cromo, de 6,0 a 8,0% en peso de aluminio, de 35,0 a 40,0% en peso de hierro, y < 0,45% en peso de silicio.
En aún otros aspectos, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 31,0 a 37,0% en peso de níquel, de 20,0 a 22,0% en peso de cromo, de 6,0 a 6,5% en peso de aluminio, de 37,0 a 40,0% en peso de hierro, y < 0,45% en peso de silicio.
En otros aspectos más, la segunda aleación de craqueo con vapor incluye de 28,5 a 40,0% en peso de níquel, de 19,0 a 24,0% en peso de cromo, de 5,0 a 7,0% en peso de aluminio, de 35,0 a 40,0% en peso de hierro, y < 0,3% en peso de silicio.
Cuando una pluralidad de elementos mezcladores está presente en la estructura soldada, cada uno de los elementos mezcladores puede comprender sustancialmente la misma segunda aleación de craqueo con vapor, pero esto no es obligatorio. En otros aspectos, la estructura soldada incluye una pluralidad de elementos mezcladores, con al menos un elemento mezclador entre la pluralidad que tiene una composición sustancialmente diferente a la de los otros. El o los elementos mezcladores de diferente composición pueden incluir una segunda aleación de craqueo con vapor diferente, por ejemplo, una segunda aleación de craqueo con vapor alternativa que se selecciona entre las segundas aleaciones de craqueo con vapor especificadas. Siempre que al menos uno de la pluralidad de elementos mezcladores comprenda al menos una de las segundas aleaciones de craqueo con vapor especificadas, los elementos mezcladores restantes de la estructura soldada pueden comprender aleaciones que no estén entre las especificadas como segundas aleaciones de craqueo con vapor. Por ejemplo, la estructura soldada puede comprender (i) al menos un primer elemento mezclador formado a partir de las segundas aleaciones de craqueo con vapor especificadas y (ii) al menos un segundo elemento mezclador, comprendiendo el segundo elemento mezclador una aleación que no se encuentra entre las segundas aleaciones de craqueo con vapor especificadas (por ejemplo, una aleación que no contiene aluminio). Para una mayor resistencia a la carburación, se prefiere que cada uno de la pluralidad de elementos mezcladores comprenda al menos una de las segundas aleaciones de craqueo con vapor especificadas.
El elemento mezclador de la estructura soldada se puede producir a partir de la segunda aleación de craqueo con vapor mediante soldadura con plasma en polvo de la segunda aleación de craqueo con vapor sobre la superficie interna del primer miembro tubular. Cuando se utiliza como tubo de horno en el servicio de pirólisis de hidrocarburos, la capa (o multicapa) de óxido especificada se puede formar in situ durante la pirólisis. Alternativamente, o además, la capa o multicapa de óxido especificada se puede producir exponiendo la superficie interna de la estructura soldada (incluida la superficie expuesta del elemento mezclador) al entorno controlado de baja presión parcial de oxígeno especificado en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. n.° 2012/0097289. Por ejemplo, la formación de la capa de óxido especificada se puede llevar a cabo exponiendo la superficie interna de la estructura soldada a una temperatura en el intervalo de 500°C a 1200°C durante un tiempo en el intervalo de 1 hora a 500 horas en presencia de un entorno controlado de baja presión parcial de oxígeno que comprende uno o más de (i) una mezcla gaseosa de H2O y H2 , (ii) una mezcla gaseosa de CO y CO2 , y opcionalmente (iii) uno o más gases seleccionados de CH4 u otros hidrocarburos gaseosos, NH3 , N2 , O2 y Ar. Opcionalmente, la superficie interna de la estructura soldada se puede tratar adicionalmente mediante uno o más tratamientos de densificación, por ejemplo, post-recocido, templado y/o fusión por láser. Si se desea, al menos una parte de la rugosidad superficial de la superficie interna de la estructura soldada (p. ej., toda o una parte de la superficie expuesta del elemento mezclador) puede reducirse, p. ej., mediante uno o más métodos de pulido mecánico, electropulido y rectificado con abrasivos. Por lo general, la superficie interna de la estructura soldada (incluida la superficie expuesta del elemento mezclador) tiene una rugosidad superficial promedio (Ra) de menos de 1,1 pm.
El uso del elemento mezclador especificado que comprende la segunda aleación de craqueo con vapor especificada reduce la cantidad de corrosión, coquización y/o incrustaciones en las estructuras soldadas especificadas cuando se utilizan como tubos de intercambio de calor en el procesamiento de hidrocarburos, p. ej., para el transporte de materias primas de hidrocarburos en operaciones de proceso de refinería y petroquímica, y en particular como tubos de horno de pirólisis.
Capa resistente a la carburación
Las estructuras soldadas descritas en la presente memoria incluyen una capa protectora (por ejemplo, una costra de óxido) en el canal interno de la estructura soldada. La capa protectora, denominada aquí capa resistente a la carburación, reduce la tendencia de la estructura soldada a la carburación durante el agrietamiento por vapor, particularmente cerca de (i) la superficie interna del primer miembro tubular y (ii) la superficie del elemento mezclador. La expresión "resistente a la carburación" en este contexto significa que la capa reduce la difusión de carbono en la primera y/o segunda aleación de craqueo con vapor. La presencia de una capa resistente a la carburación en la superficie expuesta del elemento mezclador se puede detectar al exponer esa superficie durante 24 horas a al menos una de las alimentaciones de hidrocarburos especificadas en condiciones de craqueo con vapor que incluyen una temperatura > 1050°F (566°C) y una presión > 2 bar y luego medir la cantidad de carbono que se ha difundido en la aleación. La presencia de una capa resistente a la carburación se indica cuando la cantidad de carbono que se ha difundido en la segunda aleación de craqueo con vapor es < 0,1% en peso.
La capa resistente a la carburación comprende alúmina y normalmente se forma sobre (i) al menos una parte, por ejemplo, > 90% del área, tal como > 95% del área, o > 99% del área, o > 99,9% del área, sustancialmente toda, esencialmente toda, o el 100% del área de la superficie interna expuesta del primer miembro tubular y (ii) las superficies expuestas del elemento mezclador. En algunos aspectos, la capa resistente a la carburación puede describirse como sustancialmente libre de cromo, en particular una capa que sustancialmente no contiene carburo de cromo. En otros aspectos, las partículas que contienen cromo pueden dispersarse en la parte de la aleación adyacente de la capa resistente a la carburación del primer miembro tubular y/o al menos en el elemento mezclador. La concentración de cromo en esta región puede ser mayor que la de la aleación sobre la que se forma la capa resistente a la carburación. En aspectos particulares, la capa resistente a la carburación comprende AbO3, por ejemplo, de 70 a 100% en peso de Al2O3, de 80 a 100% en peso de Al2O3, de 85 a 99% en peso de Al2O3.
Siempre que la capa de carburación sea lo suficientemente gruesa como para disminuir la cantidad de carburación durante la pirólisis de hidrocarburos sin una cantidad indeseable de descamación, el grosor de la capa resistente a la carburación no es particularmente crítico. La capa resistente a la carburación en la superficie expuesta del elemento mezclador (esa parte de la superficie del elemento mezclador que no está en contacto con el primer miembro tubular) normalmente comprende uno o más óxidos, por ejemplo, alúmina. Aunque los óxidos monocapa están dentro del alcance de la invención, la superficie expuesta puede tener una estructura de óxido multicapa. La capa de óxido (monocapa o multicapa) normalmente tiene un grosor en el intervalo de 1 pm a 100 pm. En algunos aspectos ejemplares, la capa resistente a la carburación puede ser > 1,0 nm, por ejemplo, > 5,0 nm, tal como > 10,0 nm, o > 25,0 nm, o > 50,0 nm, o > 100,0 nm, o > 1,0 pm, o > 5,0 pm, o > 7,5 nm. Adicional o alternativamente, el grosor de la capa resistente a la carburación puede ser < 10,0 pm, por ejemplo, < 7,5 pm, o < 5,0 pm, o < 1,0 pm, o < 100,0 nm, o < 50,0 nm, o < 25,0 nm, o < 10,0 nm, o < 5,0 nm. Los intervalos ejemplares de la capa resistente a la carburación incluyen combinaciones de cualquiera de los valores enumerados anteriormente, por ejemplo, de 1,0 nm a 100,0 pm, 0 de 10,0 nm a 50,0 pm, o de 100,0 nm a 10,0 pm. Opcionalmente, la capa resistente a la carburación es de grosor sustancialmente uniforme, pero esto no es obligatorio. En ciertos aspectos, el grosor de la parte de la capa resistente a la carburación ubicada sobre el elemento mezclador es más grueso que la parte ubicada sobre el resto de la superficie interna del miembro tubular. Alternativamente, o además, el grosor de la capa resistente a la carburación de la estructura soldada próxima a la salida del miembro tubular puede ser mayor que el grosor próximo a la entrada del miembro tubular, o viceversa. En otros aspectos, el grosor de la capa resistente a la carburación es mayor en una ubicación entre la entrada y la salida del miembro tubular.
En ciertos aspectos, la capa resistente a la carburación puede formarse exponiendo la estructura soldada a un entorno controlado de presión parcial de oxígeno baja, incluidos entornos gaseosos que tienen presiones parciales de oxígeno termodinámicas inferiores a la del aire. Son ejemplos no limitativos de un entorno controlado de baja presión parcial de oxígeno el vapor de una refinería o una planta petroquímica, una mezcla gaseosa de H2O:H2 y una mezcla gaseosa de CO2 :CO. El entorno controlado de baja presión parcial de oxígeno puede contener además otros gases tales como CH4 , N2 , O2 , He, Ar e hidrocarburos, que pueden permitir además la formación de una capa resistente a la carburación. Por lo tanto, la capa resistente a la carburación se puede formar antes de la exposición de la estructura soldada a las condiciones del proceso de craqueo con vapor. Las temperaturas adecuadas para el entorno controlado de baja presión parcial de oxígeno son normalmente > 500°C, por ejemplo, de 500°C a 1200°C, o de 600°C a 1100°C. Los tiempos de exposición son normalmente > 1 hora, por ejemplo, de 1 hora a 500 horas, o de 1 hora a 300 horas, o de 1 hora a 100 horas.
La capa resistente a la carburación anterior puede formarse alternativamente mecanizando la superficie interna del primer miembro tubular y las superficies del al menos un elemento mezclador a una rugosidad superficial (Ra) de 0,05 a 2,5 y luego tratando térmicamente el interior de la estructura soldada en una atmósfera oxidante de al menos 1050°C. En el caso de que este tratamiento térmico se realice a una temperatura inferior a 1050°C (pero no inferior a 900°C), el límite inferior para los elementos de tierras raras en la primera y segundas aleaciones de craqueo con vapor debe ser 0,06% en peso, estableciéndose el límite superior para tungsteno en 6% en peso.
En aspectos en los que la capa resistente a la carburación se forma mediante tratamiento térmico, por ejemplo, al exponer el elemento mezclador y/o la superficie interna del miembro tubular a una temperatura de al menos 1050°C en una atmósfera oxidante, la formación de Al2O3 en la capa resistente a la carburación se ve facilitada por una concentración de elementos de tierras raras de > 0,005% en peso.
Segundo miembro tubular opcional
Las estructuras soldadas según la invención, descritas en la presente memoria, incluyen opcionalmente un miembro tubular externo en contacto superficial con la superficie externa del primer miembro tubular. El segundo miembro tubular es particularmente útil cuando la ductilidad del primer miembro tubular es indeseablemente baja. El segundo miembro tubular puede incluirse en la estructura soldada como se describe en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. n.° 2012/0097289. Opcionalmente, el primer miembro tubular tiene la forma de un revestimiento sobre la superficie interna del segundo miembro tubular. El segundo miembro tubular comprende al menos una tercera aleación de craqueo con vapor, teniendo la tercera aleación de craqueo con vapor normalmente mayor ductilidad que la primera aleación de craqueo con vapor. La tercera aleación de craqueo con vapor contiene normalmente menos aluminio en peso en comparación con la primera aleación de craqueo con vapor. Opcionalmente, la tercera aleación de craqueo con vapor está esencialmente libre de aluminio, lo que significa que el aluminio está presente en una concentración indicativa de impurezas, por ejemplo, < 0,2% en peso, o < 0,1% en peso, o < 0,05% en peso, o < 0,03% en peso, o < 0,02% en peso, o < 0,01% en peso, o en una cantidad indetectable.
Las terceras aleaciones de craqueo con vapor adecuadas incluyen aquellas que comprenden al menos 18,0% en peso de Cr y 10,0% en peso Ni, y ventajosamente al menos 20,0% en peso de Cr y 30,0% en peso de Ni. Algunos ejemplos no limitativos de dicha aleación incluyen HP45Nb, HP16Nb, HN10NiNb, HP 40 Mod, Manoir HP 40W, Manoir Manaurite XM, Manoir Manaurite XTM y Kubota KHR 45A. La Tabla 1 enumera ciertas aleaciones que son adecuadas para su uso como tercera aleación de craqueo con vapor.
Tabla 1: Ejemplos de terceras aleaciones de craqueo con vapor que no contienen Al
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Métodos de ensayo
La composición química puede determinarse mediante un microanalizador de sonda electrónica (EPMA). EPMA es fundamentalmente lo mismo que la microscopía electrónica de barrido (SEM) con la capacidad adicional de análisis químico. La importancia principal de EPMA es la capacidad de adquirir análisis elementales cuantitativos precisos mediante espectroscopia de dispersión de longitud de onda (WDS). La escala espacial de análisis, combinada con la capacidad de crear imágenes detalladas de la muestra, hace posible analizar materiales in situ y resolver variaciones químicas complejas dentro de fases individuales.
La rugosidad se expresa habitualmente como la rugosidad media aritmética (Ra). La altura media aritmética del componente de rugosidad de las irregularidades de la línea media se mide dentro de la longitud de la muestra L. El corte normal es de 0,8 mm con una longitud de medición de 4,8 mm. Esta medida se ajusta a ANSI/ASME B46.1 "Textura de la superficie - Rugosidad, ondulación y tendido de la superficie", que se empleó para determinar la rugosidad de la superficie según la presente descripción.
Si bien las realizaciones ilustrativas de la invención se han descrito con particularidad, se entenderá que otras modificaciones serán evidentes para los expertos en la técnica y podrán realizarlas fácilmente sin alejarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones.
Como resulta evidente de la descripción general anterior y de las realizaciones específicas, aunque se han ilustrado y descrito formas de la invención, se pueden realizar diversas modificaciones sin alejarse del alcance de la invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.
A menos que se indique lo contrario, todos los porcentajes, partes, razones, etc. son en peso. A menos que se indique lo contrario, una referencia a un compuesto o componente incluye el compuesto o componente por sí mismo, así como en combinación con otros compuestos o componentes, tal como mezclas de compuestos. Asimismo, el término "que comprende" se considera sinónimo del término "que incluye". Asimismo, siempre que una composición, un elemento o un grupo de elementos vaya precedido de la expresión de transición "que comprende", se entiende que también contemplamos la misma composición o grupo de elementos con las expresiones de transición "que consiste esencialmente en", "que consiste en", "seleccionado del grupo que consiste en" o "es" que precede a la cita de la composición, elemento o elementos y viceversa. Los aspectos de la invención incluyen aquellos que están sustancialmente libres, esencialmente libres o completamente libres de cualquier elemento, etapa, composición, ingrediente u otro elemento de la reivindicación que no se mencione o describa expresamente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una estructura soldada de tubo de transferencia de calor adecuada para su uso en un horno de pirólisis, comprendiendo la estructura soldada de tubo de transferencia de calor:
a) un primer miembro tubular que comprende una primera aleación de craqueo con vapor y que tiene superficies interna y externa; y
b) uno o más elementos mezcladores en contacto superficial con la superficie interna del primer miembro tubular, estando formado al menos uno de los elementos mezcladores a partir de una segunda aleación de craqueo con vapor, estando el elemento mezclador en forma de una protuberancia que tiene un ángulo de contacto entre la superficie interna del primer miembro tubular y un borde de la protuberancia,
en donde el uno o más elementos mezcladores están asegurados a la superficie interna del primer miembro tubular mediante al menos una soldadura, y en donde;
(i) la primera aleación de craqueo con vapor consiste en A1 % en peso de aluminio, de 15,0 a 50,0% en peso de cromo, de 18,0 a 70,0% en peso de níquel, < 65,0% en peso de hierro, de 0,05 a 0,7% en peso de carbono, y opcionalmente uno o más de:
< 2,5% en peso de silicio,
< 3,0% en peso manganeso,
de 0,1 a 10,0% en peso de tungsteno y/o de 0,1 a 10,0% en peso de molibdeno, en donde la concentración combinada de molibdeno y tungsteno no es superior al 10% en peso,
uno o más de titanio, circonio y niobio en una cantidad total de 0,1% en peso a 1,8% en peso, incluido de 0,1 a 0,6% en peso de titanio cuando está presente, de 0,1 a 0,6% en peso de circonio cuando está presente, y de 0,1 a 1,8% en peso de niobio cuando está presente,
de 0 a 0,1% en peso de boro, y
de 0,005 a 0,4% en peso de elementos de tierras raras,
y cualquier impureza inevitable, basado en el peso de la primera aleación de craqueo con vapor,
(ii) la segunda aleación de craqueo con vapor consiste en A2 % en peso de aluminio, de 15,0 a 30,0% en peso de cromo y de 20,0 a 45,0% en peso de níquel, de 35,0 a 55,0% en peso de hierro, < 0,50% en peso de silicio, < 0,1% en peso de carbono, y opcionalmente uno o más de:
de 1,7 a 2,5% en peso de al menos un elemento elegido entre manganeso, titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, molibdeno, tungsteno y combinaciones de los mismos, en donde la cantidad total de dichos elementos es < 4,0% en peso,
de 0,10 a 2,0% en peso de al menos un elemento seleccionado de galio, germanio, arsénico, indio, estaño, antimonio, plomo, paladio, platino, cobre, plata y oro y combinaciones de los mismos, en donde la cantidad total de estos elementos es < 3,0% en peso,
de 0,10 a 2,0% en peso de al menos un elemento elegido entre renio, rutenio, rodio, iridio, paladio, platino, cobre, plata y oro, en donde la cantidad total de estos elementos es < 3,0% en peso,
de 0,10 a 2,0% en peso de al menos uno de escandio, lantano, itrio y cerio, en donde la cantidad total de estos elementos es < 3,0% en peso,
y cualquier impureza inevitable, basado en el peso de la segunda aleación de craqueo con vapor, y
(iii) A1 es de 2,0 a 10,0% en peso y A2 es de 2,0 a 10,0% en peso, y A1 difiere de A2 en 1,0 a 5,0% en peso.
2. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde A2 es > A1.
3. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, que comprende además una capa resistente a la carburación sobre al menos una parte de la superficie interna del primer miembro tubular y/o al menos una parte de al menos uno de los elementos mezcladores que comprende la segunda aleación de craqueo con vapor, en donde la capa resistente a la carburación comprende alúmina, en donde la expresión "resistente a la carburación" significa que la capa reduce la difusión de carbono en la primera y/o segunda aleaciones de craqueo con vapor, de manera que la cantidad de carbono que se difunde en la primera y/o segunda aleaciones de craqueo con vapor cuando la superficie interna del primer miembro tubular y/o dicha al menos una parte de al menos uno de los elementos mezcladores se expone durante 24 horas a una alimentación de hidrocarburos en condiciones de craqueo con vapor que incluyen una temperatura de > 1050°F (566°C) y una presión > 2 bar es < 0,1% en peso.
4. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 3, en donde la capa resistente a la carburación comprende de 70 a 100% en peso de AhO3.
5. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde la primera aleación de craqueo con vapor comprende además > 17,5% en peso de cromo y > 25,0% en peso níquel.
6. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 5, en donde la primera aleación de craqueo con vapor comprende > 20,0% en peso de cromo y > 30,0% en peso níquel.
7. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde la segunda aleación de craqueo con vapor comprende de 5,0% en peso a 10,0% en peso de aluminio, y además comprende de 18,0% en peso a 25,0% en peso de cromo y > 35,0% en peso de hierro; en donde > 90,0% en peso del resto de la segunda aleación de craqueo con vapor es níquel.
8. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 7, en donde la segunda aleación de craqueo con vapor comprende de 5,0% en peso a 8,0% en peso de aluminio y de 19,0% en peso a 24,0% en peso de cromo, en donde > 95,0% en peso del resto de la segunda aleación de craqueo con vapor es níquel.
9. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, que comprende además un segundo miembro tubular en contacto superficial con la superficie externa del primer miembro tubular, comprendiendo el segundo miembro tubular al menos una tercera aleación de craqueo con vapor que comprende al menos 18,0% en peso de Cr y 10,0% en peso de Ni.
10. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde la segunda aleación de craqueo con vapor comprende además, al menos, uno de (i) de 0,1% en peso a 2,0% en peso de al menos uno de galio, germanio, arsénico, indio, estaño, antimonio, plomo, paladio, platino, cobre, plata y oro; (ii) de 0,1% en peso a 2,0% en peso de al menos uno de renio, rutenio, rodio e iridio; (iii) de 0,01 a 2,0% en peso de al menos uno de escandio, lantano, itrio y cerio; y (iv) de 0,01 a 4,0% en peso de al menos uno de manganeso, titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, molibdeno y tungsteno.
11. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 10, en donde de 0,01 a 2,0% en peso de la segunda aleación de craqueo con vapor está en forma de uno o más óxidos en partículas.
12. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde (i) al menos una parte del aluminio de la segunda aleación de craqueo con vapor está en forma de precipitado intermetálico de Ni3Al y/o precipitado intermetálico de NiAl y (ii) el total de precipitado intermetálico de Ni3Al y precipitado intermetálico de NiAl están presentes en una cantidad total (precipitado intermetálico de Ni3Al precipitado intermetálico de NiAl) en el intervalo de 0,1% en peso a 30,0% en peso, basado en el peso de la segunda aleación de craqueo con vapor.
13. La estructura soldada de tubo de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde de 0,01% en peso a 5,0% en peso de la segunda aleación de craqueo con vapor está en forma de inclusiones de óxido, inclusiones de carburo, inclusiones de nitruro, inclusiones de carbonitruro y combinaciones de las mismas.
14. Un proceso de pirólisis, que comprende:
(a) proporcionar un horno de pirólisis, comprendiendo el horno de pirólisis al menos un tubo radiante que comprende una estructura soldada de tubo de transferencia de calor según la reivindicación 1;
(b) proporcionar hidrocarburos y vapor;
(c) combinar al menos una parte del hidrocarburo con al menos una parte del vapor para producir una mezcla de hidrocarburo+vapor, e introducir la mezcla de hidrocarburo+vapor en el tubo radiante;
(d) exponer la mezcla de hidrocarburo vapor en el tubo radiante a condiciones de pirólisis para craquear térmicamente al menos una parte del hidrocarburo; el contenido de aluminio del miembro tubular es suficiente para formar una costra de óxido resistente a la carburación que contiene alúmina en la superficie interna del miembro tubular en las condiciones de pirólisis, y el contenido de aluminio del elemento mezclador es suficiente para formar una costra de óxido resistente a la carburación que contiene alúmina en el elemento mezclador en las condiciones de pirólisis.
15. Un proceso de pirólisis según la reivindicación 14, en donde el etapa de exponer la mezcla de hidrocarburo+vapor en el tubo radiante a condiciones de pirólisis para craquear térmicamente al menos una parte del hidrocarburo forma una capa resistente a la carburación que contiene alúmina sobre al menos una parte de la superficie interna del primer miembro tubular y/o al menos una parte de al menos uno de los elementos mezcladores que comprenden la segunda aleación de craqueo con vapor, en donde la capa resistente a la carburación comprende alúmina, en donde la expresión "resistente a la carburación" significa que la capa disminuye la difusión de carbono en la primera y/o segunda aleaciones de craqueo con vapor de tal manera que la cantidad de carbono que se difunde en la primera y/o segunda aleaciones de craqueo con vapor cuando la superficie interna del primer miembro tubular y/o dicha al menos una parte de al menos uno de los elementos mezcladores se expone durante 24 horas a una alimentación de hidrocarburos en condiciones de craqueo con vapor que incluyen una temperatura de > 1050°F (566°C) y una presión de > 2 bar es < 0,1% en peso, en donde la capa resistente a la carburación comprende de 70 a 100% en peso de AbO3.
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