JP2005533917A - 炭化水素を熱分解する方法とリブ付き管 - Google Patents
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Abstract
Description
上の曲線が示す:プロファイル6:16°ピッチ(Steigung)
中間の曲線が示す:プロファイル3:30°ピッチ
下の曲線が示す:プロファイル4:3フィンで、30°ピッチを有する
この曲線は、4.8mmの高いフィンを有するプロファイル6のより高い周速は、フィンの谷内で消費され、その一方でたった2mmのフィン高を有する本発明に従うプロファイルの周速は、フローのコアに浸透することを明確に示す。たった3つのフィンを有するプロファイル4の周速は、ほぼ同様に高いが、コアフローのらせん状の加速に影響を及ぼさない。
HGΦ[−]HPΦ=ΔT0・dx/ΔTx・d0
コアフローおよび渦流を含む、本発明に従うフロー構成は、フィン付き管によって達成され得、ここでこのフィンの側面角(いずれの場合も管部分の長さの始めから終わりまで一定であり、つまり、フィン側面と管半径との間の外角である)は16°〜25°であり、好ましくは19°〜21°である。このタイプの側面角は、20°〜40°(たとえば、22.5°〜32.5°)のフィンのピッチ(Steigung)との組み合わせでは特に、フィンの谷に生じるものは、多かれ少なかれフィン側面の背後でフィンの谷に戻る継続的な渦流であり、フィンの谷に所望されない「ツイスター」の形成を引き起こすことを保証する。それどころか、フィンの谷に形成された乱流は、フィン側面から引き離されるようになり、渦流によって強められる。フィンによって導かれる渦巻くエネルギーは、ガス粒子を加速し、より早い全体速度をもたらす。これは、管壁温度の減少と均一をもたらし、さらに管断面に亘る温度と残留時間とがより均一にされる。
― 水力直径Dh(mm単位)、Ri≦Dh/2
― 側面角 β
― フィン高 H
― 包絡円半径 Ra=Ri+HおよびDa=2×Ra
― 中心角 α
― 曲率半径 R=Ra(sinα/2 sinβ+sinα)
― 包絡円円周 2ΠRa
― 斜角をなす三角形の角度 γ=180−(α+β)
― 内角 Ri=2R(sinγ/sinα)−R
― フィン高 H=Ra−Ri
― プロファイル円周 Up=2×フィン数×πR/180(2β+α)
― フィン表面積 FR
― 包絡円面積 Fa=πDa2/4
― 内円面積 Fi=Π・Di
― 包絡円内のプロファイル面積 Fp=FR・フィン数
― プロファイル円周 Up=(1.05〜0.98)・2ΠRa
フィンの間にあるフィンとフィンの谷は、断面においてミラー対称の設計で、互いに隣接し得るか、もしくはいずれの場合も同一の曲率半径を有する波線を形成し得る。側面角はそれから、接触点において2つの曲率半径のタンジェントと管半径との間に生じる。この場合、フィンは比較的浅く;フィン高と側面角とは、比率4×空間断面/プロファイルの円周からのプロファイルの水力直径が、プロファイルの内円以上であるような方法で互いに調和する。水力直径はしたがって、プロファイルの高さの3分の1以内にある。その結果、フィン高とフィン数は、この直径が大きくなるにつれて増え、その結果、渦流はプロファイルの活動に要求される方向と強さとを維持する。
Claims (36)
- 蒸気の存在下で炭化水素を熱分解するプロセスであって、
該蒸気において調製混合物が、らせん状の内部フィンを有する、外部から熱せられる管を通過し、
ここで、渦流が、該フィンの直付近に生成され、そして該フィンからの漸増する半径方向の距離において主に軸流を有するコアゾーンに移動されることを特徴とする、プロセス。 - 前記渦流は、前記フィンの側面において分離する乱流を吸収することを特徴とする、請求項1に記載のプロセス。
- 前記フィンの谷のガスフローの周速は、該フィンのピークにおけるガスフローの周速よりも大きいことを特徴とする、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記フィンにおける前記渦流は、前記管軸に対して、20°〜40°の角度で、好ましくは、22.5°〜32.5°の角度で流れることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記管の円周上の内壁温度における変動は、12℃よりも低いことを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記コアゾーンの等温線は、らせん状の形で走ることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記渦流の速度は、前記管の長さのはじめの2m〜3mの内に高められ、その後一定を保つことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記渦流の速度は、前記管の長さのはじめの2m〜3mの後、断面全体を考慮することを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記断面上の温度均一性係数と、水力直径に関連する温度均一性係数とは、滑らかな管の均一性係数に対して1より大きい関係にあることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のプロセス。
- 管壁における境界層の流速は、同一タイプの真っ直ぐなフィンを有する比較し得る管の場合におけるよりも、8%〜12%低く、かつ前記コアゾーンの流速は、8%〜12%高いことを特徴とする、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のプロセス。
- ガスは、ガス入り口から計算して100cm〜200cmまでの距離の間、前記コアゾーンの軸速の15%〜20%の数値である周速まで加速されることと、該周速はその後一定を保持することとを特徴とする、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 軸速と周速との合計は、同一タイプの真っ直ぐなフィンを有する比較し得る管の軸速よりも高いことを特徴とする、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記ガスの粒子は、前記フィンの前記フィンにて加速されることを特徴とする、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のプロセス。
- 複数のらせん状に続く内部フィンを有するフィン付き管であって、
プロファイル円周(Up)は、フィンの谷に接する包絡円の+5%〜−2%の数値であることを特徴とする、フィン付き管。 - 前記フィンの側面角は、16°〜25°であることを特徴とする、請求項14に記載のフィン付き管。
- 前記フィンのピッチ角は、20°〜40°であることを特徴とする、請求項14または請求項15のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記フィンの間に位置づけられる該フィンと前記谷とは、断面においてミラー対称であるように設計されることを特徴とする、請求項14から請求項16のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記フィンのピークと前記フィンの谷とは、いずれの場合も互いに接合することを特徴とする、請求項14から請求項17のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記フィンと前記フィンの谷とは、同一の曲率半径を有することを特徴とする、請求項14から請求項18のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記フィンは共通の円上に溶接されており、前記フィンの谷は共通の円上にあるということを特徴とする、請求項14または請求項15のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 合計6〜12個のフィンによって特徴付けられる、請求項14から請求項20のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記フィン付き管の前記水力直径は、内円の直径(Ri)に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項14から請求項21のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 水テストにおける圧力損失ΔPR/ΔP0の商に対する、熱移動の係数QR/Q0の商の比は、1.4〜1.5であることを特徴とし、ここで、Rはフィン付き管を、0は滑らかな管を意味する、請求項14から請求項22のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記フィン断面の前記曲率半径(R)は、3.5mm〜20mmであることを特徴とする、請求項14から請求項23のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 1.25mm〜3mmのフィン高(H)によって特徴付けられる、請求項14から請求項24のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 前記プロファイル円周(Up)内の空間断面は、前記包絡円の面積(Fa)の85%〜95%の数値であることを特徴とする、請求項14から請求項25のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- プロファイル面積(Fp)は、前記包絡円と前記内円との間の環状部の面積の40%〜50%の数値であることを特徴とする、請求項14から請求項26のいずれか一項に記載のフィン付き管。
- 軸方向に平行なフィンを有する管の端は、互いに対して回転することを特徴とする、請求項14から請求項27のいずれか一項に記載のフィン付き管を作製するプロセス。
- 内部プロファイルは、プロファイリング道具を用いて変形によって作製されることを特徴とする、請求項14から請求項27のいずれか一項に記載のフィン付き管を作製するプロセス。
- 前記変形の間、微構造の粒子は前記内面の領域内で部分的に破壊されることを特徴とする、請求項29に記載のプロセス。
- 前記内部プロファイルは、プロファイリング道具を用いて変形することによって、もしくは、積層溶接することによって、作製されることを特徴とする、請求項14から請求項27のいずれか一項に記載のフィン付き管を作製するプロセス。
- 前記内部プロファイルは、材料を電解除去することによって作製されることを特徴とする、請求項14から請求項27のいずれか一項に記載の遠心鋳造管を作製するプロセス。
- 前記プロファイルされた管の前記内面は滑らかであることを特徴とする、請求項29から請求項32のいずれか一項に記載のプロセス。
- 請求項15から請求項27のいずれか一項に記載のフィン付き管を作製するための遠心鋳造管の使用。
- 前記遠心鋳造管は、炭素0.1%〜0.5%、クロム20%〜35%、ニッケル20%〜70%、ケイ素3%まで、ニオブ1%まで、タングステン5%まで、およびハフニウム、チタニウム、希土類元素、ジルコニウムをいずれの場合も0.5%まで、およびアルミニウム6%までを含むニッケル合金からなる、請求項34に記載の使用。
- 前記合金は、個別にまたは互いと結合して、ケイ素0.02%、ニオブ0.1%、タングステン0.3%およびアルミニウム1.5%を少なくとも含む、請求項35に記載の使用。
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