JP2016508543A - 熱分解炉管継手 - Google Patents

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Abstract

第１の管、第２の管及びそれらを接続する管継手が特許請求される。これらは、触媒有り及び触媒無し両方でプロセス流体を加熱するために用いられる火力ヒータ内、例えばプロセスヒータ及び加熱管形反応器内に配置される。管は、熱伝達性能を向上させるための内部フィンを有することができ、対で接合される。接合される管は、実質的に同じ外部断面、及び、実質的に同じ溶接プレップ構成（例えば、Ｊ形又はＶ形）を有する。接合された管は、炭化水素転化プロセス（例えば、軽質オレフィンの合成）に用いられる熱分解炉内に配置される。【選択図】図４Ａ−Ｂ

Description

（優先権）
本出願は、２０１３年３月６に出願された米国特許仮出願番号第６１／７７３，１８６号及び２０１３年４月１２日に出願された欧州特許出願第１３１６３４５８．６号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体は引用により本明細書に組み入れられる。
（技術分野）
本発明は、触媒有り及び触媒無し両方でプロセス流体を加熱するための火力ヒータ（ｆｉｒｅｄ ｈｅａｔｅｒ）内の、例えばプロセスヒータ及び加熱管形反応器内の管継手に関する。より詳細には、これは、少なくとも１つの放射部を含み、幾つかが管継手で接続された多数の管を通って流れるプロセス流体がバーナによって与えられる放射エネルギーによって加熱される形式の火力ヒータに関する。
エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエンなどの軽質オレフィンは、高温（７００°以上）及び低圧（大気圧又は大気圧より僅かに上）での炭化水素の熱分解で製造される。水蒸気分解（スチーム・クラッキング）などの従来の熱分解プロセスを利用してこれを行うことができる。その他の副生成物は、水蒸気分解ナフサ（ＳＣＮ）、水蒸気分解ガス油（ＳＣＧＯ）及び水蒸気分解タール（ＳＣＴ）を含む。
炭化水素の水蒸気分解は、典型的には、気化された又は実質的に気化された形態の炭化水素供給原料を相当量の水蒸気との混合物として、熱分解炉内の、管で作られた適切なコイルに供給することによって行われている。反応混合物を熱分解炉の対流部を通過する多数の平行なコイルに通し、そこで高温燃焼ガスが反応混合物の温度を上昇させることが通常である。反応混合物は、次に熱分解炉の放射部筐体内の多数の特別に設計された管で作られた放射コイルを通り、そこで複数のバーナが、反応物を所望の反応温度にして所望の反応を達成するのに必要な熱を供給する。熱分解由来の所望されない副生成物分子は、コークス及びアスファルテンを含む。アスファルテン分子は、凝縮するとプロセス中に表面を汚すことがあり、また、一般に価値が低いので望ましくない。相当量のコークスが熱分解反応系内の表面上に堆積し、最終的にこれをデコーキングによって除去しなければならない。
水蒸気分解で用いられる熱分解炉は、化学プロセス工業において遭遇する最も過酷な動作条件のうちの幾つかをもたらす。高い動作温度に加えて、管は、コーキング、浸炭、酸化、クリープ及び動作中の熱サイクルを経験する。長年にわたって、供給原料転化率及び望ましい生成物収率を向上させるために炉温が高くなる傾向にあり、熱分解管にますます過酷な動作条件を課している。
水蒸気分解のような炭化水素クラッキング・プロセスにおける重要事項は、コークスの形成である。炭化水素供給原料が水蒸気熱分解炉において一般的な加熱条件に供されると、コークス堆積物がクラッキングコイルを形成する管の内壁上に形成される傾向がある。このようなコークス堆積物は、管壁を通って反応物の流れへと至る熱流を妨害し、管金属温度を上昇させる。
熱分解炉での使用のために様々な耐熱合金鋼が開発されている。比較的高含有量のクロム及びニッケルを含む合金鋼が比較的長い性能寿命を有する耐熱性熱分解管の構築に有用であることは公知であるが、管の早すぎる破損が依然として問題になっている。このような破損の１つの原因は、極端な高温及び浸炭雰囲気に遭遇することにより引き起こされる管の浸炭である。このような管の浸炭は、炭素（例えばコークス由来）が合金鋼の中へと拡散することに起因するものであり、付加的な炭化物の形成の原因となり、鋼の脆化を生じさせる。鋼はひとたび脆化してしまうと、クリープ破壊による破損、及び／又は熱応力に起因する脆性破壊をより受けやすくなる。浸炭はしばしば、管の局所的スポットで生じ、もちろんこれが破損点又は潜在的破損点まで進行すると、たとえ１スポットのみであっても、管を交換しなければならない。
放射部コイルは、２つ又は３つ以上の管を典型的には溶接で接合することによって製作される。管の破損は、２つの管を溶接接合した箇所又はその付近で生じることが多い。この問題は、供給物がエタン、プロパン、ガス油、原油、又はその他の重質油のうちの１つ又は２つ以上を含んでいる場合などのように、熱分解を達成するために比較的高温が必要とされる場合にはさらに悪化する。
特許文献１には、内部フィン付きＵ字管コイルが開示され、多数の当該コイルは、火力ヒータの放射部内に封入されて、炭化水素供給原料からオレフィンを生成するためのプロセスで利用される。特許文献１は、第６欄、第６２〜６７行目に、溶接部が隣接コイルによる直接放射から遮蔽されるＵ字管コイルの底部での中間溶接を開示する。フィンはこの接続部において位置合わせされる。
特許文献２は、内部フィン付き水蒸気分解管の突合せ溶接を開示する。この管は、ナフサの水蒸気分解のために使用される。特許文献２は、≦７５°、好ましくは８°から３０°までの範囲内の円錐形カウンターボアが水蒸気分解中のコークスの蓄積を減らすことを開示する。円錐形カウンターボアの長さＬ／２は、特定の範囲内に固定され、その範囲は、直径に沿った管の外側と管のフィンの底（溝）との間の距離、及びフィンの平均高さに依存する。Ｌがこの範囲より小さいと、コークスがカウンターボア領域内に付着することが観察される。Ｌがこの範囲より大きいと、高乱流が熱点をもたらすことになる。
米国特許第６，７１９，９５３号明細書 米国特許第４，８２７，０７４号明細書
熱分解炉において見られる放射管の破損、特に比較的高い熱分解温度で使用されるような比較的高含有量のクロム及びニッケルを含む熱分解管の破損の頻度を低減するための、改善された管継手技術が依然として必要とされている。
本発明によって用いられる方法及び装置は、エタン、プロパン、エタン−プロパン混合物（Ｅ／Ｐミックス）、ナフサ又はガス油のような常態で液体又は常態で気体の炭化水素供給原料を熱分解して、より飽和度の低いアセチレン、エチレン、プロピレン、ブタジエン等の生成物を生成するのに特に好適かつ有利である。その他の適切な供給原料は、≧約０．１重量％のアスファルテンを含むものも含めて、減圧ガス油、原油、残油、又は残油混合物のうちの１つ又は２つ以上を含む。随意に、熱分解炉は、供給原料の品質向上のために、少なくとも１つの組込まれた分離装置（フラッシュポット又はフラッシュドラム）有する。このような蒸気／液体分離装置は、供給原料成分が≧約０．１重量％のアスファルテンを含む場合に特に適している。
本発明は、炭化水素熱分解、特にエチレン及びその他の不飽和副生成物を生成するための水蒸気分解の文脈で記載し、説明する。
１つの実施形態において、本発明は接合された熱分解炉管に関し、この接合された熱分解炉管は、
（Ａ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）内面がＮ個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第１の熱分解炉管であって、（ａ）外面とフィン谷底部とが平均距離ｔ1で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部がフィン谷底部から平均距離ｔ2で内方に突出し、（ｃ）第１の熱分解炉管が、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして≧１７重量％のクロム及び≧１５重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ≧６である、第１の熱分解炉管と、
（Ｂ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）内面がＮ’個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第２の熱分解炉管であって、（ａ）外面とフィン谷底部とが平均距離ｔ1’で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部がフィン谷底部から平均距離ｔ2’で内方に突出し、（ｃ）第２の熱分解炉管が、該第２の熱分解炉管の重量を基準にして≧１７重量％のクロム及び≧１５重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ’≧６である、第２の熱分解炉管と、
（Ｃ）第１及び第２の熱分解炉管を接続する、流体の流れに対して開放された管継手と、を含み、
（ｉ）第１の熱分解炉管の第２の面は、第２の熱分解炉管の第１の面に接合され、第１の熱分解炉管の第２の面は、第２の熱分解炉管と実質的に同じ外部断面を有し、
（ｉｉ）第１の熱分解管の第２の面は、（ａ）第２の面から距離Ｌ／２だけ第１の炉管の中に入った第１の位置まで延びる、Ｌが（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に円筒形のカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）第１の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角で外方に延びる実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有し、
（ｉｉｉ）第２の熱分解炉管の第１の面は、（ａ）第１の面から距離Ｌ’／２だけ第２の炉管の中に入った第２の位置まで延びる、Ｌ’が（ｔ2’／ｔ1’）・２．５ｃｍから（ｔ2’／ｔ1’）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に円筒形のカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）第２の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有する。
別の実施形態において、本発明は、炭化水素転化プロセスに関し、該プロセスは、
（１）水及び炭化水素を含む第１の混合物を準備することであって、炭化水素が２又は３個の炭素原子を有するアルカン及びその混合物を≧７５．０重量％含む、第１の混合物を準備することと、
（２）熱分解炉を準備することであって、熱分解炉が、少なくとも１つの接合された熱分解炉管を含む１つ又は２つ以上の放射コイルを含む放射部を含み、該接合された熱分解炉管が、
（ａ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）内面がＮ個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第１の熱分解炉管であって、（ａ）外面とフィン谷底部とが平均距離ｔ1で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部がフィン谷底部から平均距離ｔ2で内方に突出し、（ｃ）第１の熱分解炉管が、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして≧３３．０重量％のクロム及び≧４３．０重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ≧６である、第１の熱分解炉管と、
（ｂ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）内面がＮ’個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第２の熱分解炉管であって、（ａ）外面とフィン谷底部とが平均距離ｔ1’で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部がフィン谷底部から平均距離ｔ2’で内方に突出し、（ｃ）第２の熱分解炉管が、該第２の熱分解炉管の重量を基準にして≧３３．０重量％のクロム及び≧４３．０重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ’≧６である、第２の熱分解炉管と、
（ｃ）第１及び第２の熱分解炉管を接続する、流体の流れに対して開放された管継手と、を含み、ここで
（ｉ）第１の熱分解炉管の第２の面が、第２の熱分解炉管の第１の面に接合され、
（ｉｉ）第１の熱分解管の第２の面が、（ａ）第１の面から距離Ｌ／２だけ第１の炉管の中に入った第１の位置まで延びる、Ｌが（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に均一なカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）第１の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有し、
（ｉｉｉ）第２の熱分解炉管の第１の面が、（ａ）第２の面から距離Ｌ’／２だけ第２の炉管の中に入った第２の位置まで延びる、Ｌ’が（ｔ2’／ｔ1’）・２．５ｃｍから（ｔ2’／ｔ1’）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に均一なカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）第２の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有する、
熱分解炉を準備することと、
（３）第１の混合物を少なくとも１つの接合された熱分解炉管を通して導いて第１の混合物を熱分解条件下で≧４００°の温度に曝し、第１の混合物のアルカンの少なくとも一部をＣ2不飽和に転化することと、
を含む。
図１は、典型的な内部配置を示す熱分解炉の三次元図である。 熱分解炉用の典型的な内部フィン付き放射部管の断面を模式的に示す。 ２つの内部フィン付き放射部管を接合するための溶接プレップの断面を模式的に示す。 Ｊ形ベベル開先溶接プレップを模式的に示す。 Ｖ形ベベル開先溶接プレップを模式的に示す。
従来の水蒸気分解は、対流部及び放射部という２つの主要部を有する熱分解炉を使用する。炭化水素供給原料は、典型的には炉の対流部に入り、そこで放射部からの高温煙道ガスとの間接接触により、及び、第１の混合物の水蒸気成分との直接接触により、加熱され気化される。典型的には、水蒸気は、０．２０から１．０重量の水蒸気／炭化水素重量、又は好ましくは０．２０から０．５０重量の水蒸気／炭化水素重量の割合で供給される。水蒸気−気化炭化水素混合物は、次に放射部に導入され、そこでクラッキングの大部分が行われる。熱分解流出物は、熱分解炉から外に導かれ、これには供給原料の熱分解から得られる生成物及び何らかの未反応成分が含まれる。少なくとも１つの分離ステージが一般に熱分解炉の下流に配置され、この分離ステージは、軽質オレフィン、水蒸気分解ナフサ（ＳＣＮ）、水蒸気分解ガス油（ＳＣＧＯ）、水蒸気分解タール（ＳＣＴ）、水、未反応炭化水素成分のうちの１つ又は２つ以上の分離のために使用される。分離ステージは、例えば一次精留塔を含むことができる。一般に、典型的には直接急冷又は間接熱交換のいずれかである冷却ステージが、熱分解炉と分離ステージとの間に配置される。
概要において示したように、様々な炭化水素供給原料が使用される。特に有望なＣ2不飽和（エチレン及びアセチレン）の収率は、エタン、プロパン、及びそれらの混合物（例えば、エタン−プロパン混合物又は「Ｅ／Ｐ」ミックス）を含む供給原料から得られる。エタン・クラッキングのためには、少なくとも７５重量％のエタン濃度が好ましい。Ｅ／Ｐミックスの場合、少なくとも７５重量％のエタン＋プロパン濃度が好ましく、Ｅ／Ｐミックス中のエタンの量は、Ｅ／Ｐミックスの重量を基準にして≧２０．０重量％、例えば約２５．０重量％から約７５．０重量％までの範囲内にある。Ｅ／Ｐミックス中のプロパンの量は、Ｅ／Ｐミックスの重量を基準にして≧２０．０重量％、例えば約２５．０重量％から約７５．０重量％までの範囲内にある。
代表的な熱分解炉を図１に示す。図１を参照すると、供給物は、１つ又は２つ以上の入口ライン９を通って対流部１０に入り、そこで水蒸気と組み合わされ、高温燃焼ガスによって、例えば約７５０°Ｆから約１４００°Ｆまで（４００℃から７６０℃まで）の範囲の温度まで予熱される。燃焼ガスは、約１５００°Ｆから約２４００°Ｆまで（８１６℃から１３１６℃まで）の範囲内の温度であることが好ましい。加熱された供給物−水蒸気混合物（「プロセス流体」）は、次に放射部入口分配器１２に導かれる。放射部入口分配器１２から、予熱された供給物は、放射ボックスとしても知られる放射部筐体１６の内側に設置された放射コイル１４に入る。放射部筐体１６は、典型的には、熱エネルギーを保存するために断熱耐火材料で裏打ちされている。
放射部筐体(エンクロージャ)は、複数の管を含む。管の端部は１つ又は２つ以上の入口分配器１２に接続され、これがプロセス流体を放射管の入口脚部２０に導入する。放射管の各々の反対側の端部は、出口脚部２２であり、これは、熱分解生成物及び何らかの未反応プロセス流体を含む放射部流出物を回収するための出口ヘッダ２６に接続される。放射部流出物の温度は、典型的には約１３００°Ｆから約２０００°Ｆまで（７００℃から１１００℃まで）の範囲内で放射管の出口脚部を出て行く。そこからプロセス流体は、プロセス流体を冷却して熱クラッキング反応を停止させる急冷交換器２７に通される。図１に描かれていない別の実施形態において、各放射管の出口脚部は、個別の急冷交換器に直接接続されてプロセス流体が冷却される。各々の個別の急冷交換器からの出口は、次に出口ヘッダに接続される。このような配置は、当該分野で直結式トランスファーライン交換器として知られている。図１に描かれていないさらに別の実施形態において、各管の出口脚部は急冷ポイントに接続され、そこでプロセス流体が急冷液体に直接接触し、急冷液体が気化してプロセス流体が冷却される。
放射コイル内滞留時間は、一般に０．１０から２．０秒の範囲内にあり、圧力は一般に１．０から５．０バール絶対圧の範囲内にある。
図１に示す熱分解炉は、Ｕ字管コイルを使用しており、これは各コイルが二次元で見たときに文字「Ｕ」に類似した形であるためそのように呼ばれている。定義する特徴は、Ｕ字管コイルが、放射部筐体を通る２つのパスを有効に作ることである。Ｕ字管コイルは、入口脚部２０と、出口脚部２２と、入口脚部２０と出口脚部２２とを接続する曲線状又は湾曲した部分２１とから構成される。
他の実施形態は、放射部筐体を通る２パスよりも多い又は少ない数のパスを使用する。例えば二重「Ｕ」コイル（一般に「Ｗ」コイルとも呼ばれる）は４パスを有することになる。より多数のパス、例えば６、８、１０若しくは１２又はそれより多くのパスを利用する実施形態は、例えば蛇行形コイルを使用する。複数の管を放射筐体内に配置するための当該分野で知られた様々な方法があるが、本発明はそれらに限定されない。例えば、特定の実施形態において、コイルは、１つ又は２つ以上の分岐部分を含むことができる。他の実施形態において、出口脚部は、１つ又は２つ以上の分岐部分を含むことができる。さらに他の実施形態において、入口脚部２０は、１つより多くの分岐管を含むことができる。
放射部筐体は、管の外部表面を放射熱に曝すための複数のバーナ２８を含む。生ガス又は予混合バーナを含む従来のバーナを用いることができるが、本発明はそれらに限定されない。特定の実施形態において、炉の燃焼流出物中のＮＯｘ形成を制限するために様々な煙道ガス再循環技術が利用される。燃焼用空気源は、例えば、周囲空気、予熱空気、又はガスタービン排気のうちの１つ又は２つ以上からのものとすることができる。
本発明は、特定の水蒸気分解装置構成に限定されない。当業者は、空間配置、バーナの位置、入口ヘッダ及び出口手段の位置、並びに管それ自体の熱応力を、これらの構成要素の配置を選択する際に考慮することになる。特定の実施形態において、管の各々は、単一平面上にある。他の実施形態において、管は、主として熱応力を低減するために、平面から外に曲げられている。
放射部コイルは、２つ又は３つ以上の管を典型的には溶接によって接合することによって製作される。典型的には、接合される個々の管の長さは、約２フィート（６１ｃｍ）から約２０フィート（６１０ｃｍ）までである。接合される管は、同じ又は異なる長さとすることができる。典型的には、管は、対で接合され、第１の管の端又は面が第２の管の端又は面に突合せ溶接される。この溶接を適正に作り出すために、接合される各管の端又は面に溶接プレップ（ｗｅｌｄ ｐｒｅｐ）を切り込むことができる。
例えば、Ｕ字管コイルの全長は、約６０フィートから約９０フィート（２０ｍから２７ｍ）の範囲内にあることが好ましい。このような長さの内部フィン付き管を製造することは難しいので、２つ又は３つ以上の管を中間溶接で接合することが必要となるであろう。図１を参照すると、入口脚部２０は、例えば位置２０Ａで接合された２つの管を含むことができ、出口脚部２２は、例えば位置２２Ａで接合された２つの管を含むことができる。
管という用語は、流体の輸送に適した細長い中空部材を意味する。本発明の態様はまた、ユニオン、エルボー、「Ｔ」形、「Ｙ」形などのコネクタ及び／又はフィッティング、並びに付属器具、例えば弁手段にも適用可能である。
管は、熱伝達及びデコーキングの効率を改善するために内部にフィンを付けることができる。内部フィン付き管の断面を図２に示し、このフィン付き管は外面４９を有する。図２に示すように、管の内面上に断面で見たときに波の形に似た１２個のフィンがある。各フィンは、２つのフィン谷底部５４に隣接したフィン先端部５６を有する。典型的には、管は６個と３６個との間のフィンを有する。特定の実施形態において、フィンは管の長軸に実質的に平行に方向付けられる。他の実施形態において、フィンの向きは、砲身内の旋条のように長手方向に渦巻き状に回転する。このようなフィンは、細長い螺旋として説明することができる。管のフィンに「波形」仕上げを使用することができるが（一般に「ランド」とも呼ばれる）、本発明はそれに限定されない。例えば、特定の実施形態において、フィンは三角形又は矩形を有する。
Ｄoで示される管の外径５０は、１．７５インチから１２インチ（４．４ｃｍから３０．５ｃｍ）、好ましくは２．０から６．０インチ（５ｃｍから１５．２ｃｍ）の範囲内にある。ｔ1で示されるフィン谷底部における金属厚さ５３は、管の内面と外面との間の最小金属厚さである。典型的にはｔ1は、０．２５インチから１．００インチ（０．６４ｃｍから２．５４ｃｍ）までの範囲内にあり、又は０．２５インチから０．５０インチ（０．６４ｃｍから１．２７ｃｍ）までの範囲内にある。ｔ2で示されるフィン高さ５２は、フィン先端部が内方に（管の中心に向かって）突出する距離であり、フィン谷底部５４の底部とフィン先端部５６の頂部との間の距離に等しい。ｔ2の値は、例えば、約０．０５インチから約０．４インチ（０．１３ｃｍから１．０ｃｍ）まで、好ましくは０．１インチから０．２５インチ（０．２５ｃｍから０．６４ｃｍ）までの範囲内にあり、典型的にはｔ2≦ｔ1／２である。管の内面の円周を囲むフィンの数は重要ではなく、例えば≧６、例えば約６から約３６までの範囲内とすることができる。特定の実施形態、例えば曲線状のフィンを用いる実施形態において、フィン谷底部の半径５８及びフィン先端部の半径６０は、例えば、約０．０５インチから約０．４５インチ（０．１３ｃｍから１．２ｃｍ）まで、好ましくは０．１インチから０．２インチ（０．２５ｃｍから０．５ｃｍ）までの範囲内とすることができる。１つの実施形態において、フィン谷底部半径及びフィン先端部半径は実質的に等しい。Ｄiで示される管の内径６２は、管の中心を通るフィン谷底部からフィン谷底部までの距離として定義される。特定の実施形態において、Ｄiは、約１．２５インチから約１０．０インチ（３．１７５ｃｍから２５．４ｃｍ）、好ましくは約１．５インチから約６．０インチ（３．８ｃｍから１５．２ｃｍ）の範囲内にある。特定の実施形態において、内径に対するフィン高さの比ｔ2／Ｄiは、０．０５から０．２０の範囲内、より好ましくは０．０７から０．１４の範囲内にある。この範囲内のｔ2／Ｄiは、例えば過剰な圧力低下又は過度な詰まりを生じさせることなく、改善された熱伝達を提供することができる。
例えばオーステナイト系ステンレス鋼管のようなステンレス鋼管が、本発明の実施に適している。そのような管は、典型的には鋳造法で製作され、合金の総重量を基準にして≧１７重量％のクロム、例えば約１７重量％から約４０重量％までのクロム、及び≧１５重量％のニッケル、例えば約１５重量％から約５０重量％までのニッケルを含むことができる。
このような鋼は、炭素と、より少量のケイ素、モリブデン、マンガン、ニオブ、コバルト、タングステン、タンタル、及びアルミニウムのような多数の微量合金化元素（ｍｉｃｒｏ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）とを含む。鋼の、クロム、ニッケル、炭素及び微量合金要素の以外の残余は鉄である。「残余」を構成するものとして合金の鉄含有量に言及する際には、不純物並びにその他の元素及び物質が存在し得ることを理解されたい。そのような他の元素及び物質は、各々、上限約５重量％までのレベルで存在し得る。このような元素及び物質の非限定的な例として、窒素、銅、ハフニウム、希土類元素等が挙げられる。このような合金において典型的に見いだされる少量の不純物、並びに鉛、スズ、亜鉛、セレン等のような混入元素（トランプ元素）もまた存在し得る。
実施形態（Ｉ）において、管材料は、約１７重量％から約４０重量％までのクロム、約１５重量％から約５０重量％までのニッケル、約０．０６重量％から約０．６重量％までの炭素、≦約２重量％のマンガン、約１重量％から約２．５重量％までのケイ素；≦約２重量％のニオブ、≦約２重量％のモリブデン、≦約３重量％のタングステン、≦約１７重量％のコバルトを含み、残余が鉄の、オーステナイト系ステンレス鋼であり、ここで全ての重量パーセントは合金の総重量に基づく。
別の実施形態（ＩＩ）において、管材料は、約１７重量％から約４０重量％までのクロム、約１５重量％から約５０重量％までのニッケル、約０．０６重量％から約０．６重量％までの炭素、約１重量％から約２．５重量％までのケイ素、≦約２重量％のマンガン、≦約３重量％のタングステン、≦約２重量％のモリブデン、≦約２重量％ニオブを含み、残余が鉄の、オーステナイト系ステンレス鋼である。
さらに別の実施形態（ＩＩＩ）において、ＨＫ及びＨＰ型オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。例えば、ＨＫ型鋼は一般に、約２０重量％から約３０重量％までのクロム、約１６重量％から約２４重量％までのニッケル、約０．２重量％から約０．５重量％までの炭素、約０．６重量％から約２重量％までのケイ素、及び≦約２重量％のマンガンを含み、残余が鉄のものである。ＨＰ型合金鋼は一般に、約２０重量％から約３０重量％までのクロム、約３０重量％から約４０重量％までのニッケル、約０．０６重量％から約０．８重量％までの炭素、約０．６重量％から２重量％までのケイ素、約０．５重量％から約２重量％までのマンガン、≦上限約２重量％のモリブデン、≦約３重量％のタングステンを含み、残余が鉄のものである。
例えば、鋼は、約２５重量％のクロム及び約３５重量％のニッケルに加えて微量合金化元素を含むことができる。さらに別の実施形態において、鋼は、約３５重量％のクロム及び約４５重量％のニッケルに加えて微量合金化元素を含む。
合金のニッケル及びクロム含有量に言及する場合、これらの元素の標準的な工業的な濃度のばらつきは±約２．０重量％又は±約３．０重量％であることが当業者には理解される。例えば、特定の実施形態において、鋼は、（ｉ）約２２重量％から約２８重量％のクロム及び約３２重量％から約３８重量％のニッケル（加えて微量合金化元素）又は（ｉｉ）約３２重量％から３８重量％のクロム及び４２重量％から４８重量％のニッケル（加えて微量合金化元素）を含む。本明細書及び添付の特許請求の範囲において提示される全てのクロム及びニッケルの含有量は、上記の標準的な工業的ばらつきを伴う公称値を表す。ここでの全ての重量パーセントは合金の総重量に基づくものであることもさらに理解される。
高いクロム及びニッケル含有量は、強度を改善し、水蒸気分解中に遭遇する高温での結晶粒クリープの影響を低減するために必要とされる。不都合なことに、高いクロム及びニッケル含有量は、管の延性の低下をもたらし、その結果、２つの管を溶接接合した付近での破壊の傾向が増すことになる。
フィン付き管が使用される実施形態において、接合された管の２つの断面においてフィンを正確に一列に並べることは必須ではない。しかしながら、フィンの位置合わせが不正確だと管継手でのコーキングが増加し、継手における管金属温度の上昇をもたらす。これが管の溶接接合の付近での破壊の傾向をさらに増大させる場合がある。位置合わせ不良の影響は、管の長軸に平行な方向で管継手からある特定の距離にわたってフィンを研削除去することによって低減する又は回避することができる。このことは、例えば円筒形カウンターボアを使用してある特定の距離にわたってフィンを完全に除去し、それに続いて、例えば約５°から約２０°までの範囲内にある円錐形カウンターボアによってフィンにその通常の厚さまで傾斜を付けることによって達成することができる。
この手法を、本発明による２つの内部フィン付き管の接合のためのＪ形溶接プレップ（ｐｒｅｐ）を描いた図３に示す。図３は、溶接プレップを内部及び外部管表面に関して示したものであり、「ランド」５６の頂部（管の最小内径点）から外部（外側）管表面４９までが示されている。寸法８０は、接合される２つの管にわたる円筒形カウンターボアの全長の二分の一を表す。円錐形カウンターボア角度８４は、φで定義される。管の外面に切り込まれたＪ形接合プレップは、例えば約２０°＋／−１５°、例えば１５°から２５°の、θで示される溶接プレップ・ベベル角度７２で切削された、ｐで示される長さ７８及びｔpで示される厚さ７６の先端部７４を含む。
管の外部表面を接合するための代替的な溶接プレップを図４Ａ（代替的なＪ形溶接プレップを示す）及び図４Ｂ（Ｖ形溶接プレップを示す）に示す。図４Ａ及び図４Ｂは、溶接プレップを管の外部表面に関して示したものであり、溝５４の底部（管の最大内径点）から外部管表面４９までが示されている。図４Ａ及び図４Ｂは、隣接する管の外部表面を接合するための溶接プレップを例証しているので、内部の円筒形及び円錐形のカウンターボアは図示していない。図４Ａは、図３のＪ形溶接プレップよりも急角度を有するＪ形溶接プレップを示す。図４Ｂは、Ｖ形溶接プレップを示し、これは、図３及び図４Ａに示すＪ形溶接プレップの代わりに隣接する管の外部表面を接合するために用いることができる。この場合、先端部７４は存在しないので、先端部の長さ７８は実質的にゼロに等しく、すなわちｐ＝０である。Ｖ形溶接プレップに関する溶接プレップ・ベベル角度７２は、Ｊ形溶接プレップに関する溶接プレップ・ベベル角度よりも大きくなり、例えば約３８°＋／−１５°である。
管継手における破壊の傾向は、（ｉ）管の温度が動作温度からより低い、例えばデコーキングのための温度にサイクルした場合に継手の破損をもたらす可能性のある応力集中の影響を低減する、及び（ｉｉ）動作中に溶接部にかかる応力の影響を低減するために、接合される管の内側表面からフィンを除去するための円筒形及び円錐形カウンターボアの寸法、及び管の外側表面上の溶接プレップに対するその関係を注意深く選択することによって克服される。換言すれば、管の強度及び耐クリープ性が不所望に低下することになる、延性の冶金学的改善（クロム及びニッケルの量を減らすことによる）によって破壊を低減する代わりに、本発明は、以下の節でより詳細に特定するように、管継手の特別な機械的設計によって破壊を軽減する。
第１に、従来の上限７５°のカウンターボアよりはるかに小さい５°から２０°までの範囲内の比較的浅い円錐形カウンターボア角度φを使用する。
第２に、先行技術よりもかなり長い最小カウンターボア長さ、例えば（ｔ2／ｔ1）・１．０インチ［２５ｍｍ］≦Ｌ≦（ｔ2／ｔ1）・５．０インチ［１２７ｍｍ］、より好ましくは（ｔ2／ｔ1）・１．０インチ［２５ｍｍ］≦Ｌ≦（ｔ2／ｔ1）・２．０インチ［５１ｍｍ］を有することが有益である。Ｌがこの範囲よりも大きければ、熱交換が低減し、炉の動作効率が下がる。Ｌがこの範囲よりも小さいと、指定の溶接プレップは、特に高いクロム及びニッケル含有量の鋼の場合には管の延性の低下の結果として、突合せ溶接を弱めることになる。
第３に、カウンターボア寸法と溶接プレップとの間の関係は、管金属の厚さがオフセットの長さにわたってｔ1と実質的に等しい値に維持されるようなオフセットＣを与えるように選択される。図３において、オフセットは符号８２で示される。特定の実施形態において、Ｃは≧ｔ1／４、好ましくは≧ｔ1／２である。
当業者は、Ｃの値が管の組成及び幾何学的形状に依存し得ることを理解するであろう。指定の合金（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）に関して、オフセットＣは他の管寸法から以下の式（１）によって計算することができることが見いだされた。
Figure 2016508543
式中、
θ＝溶接プレップ・ベベル角度
ｐ＝Ｊ形溶接プレップの先端部長さ
ｐ＝Ｖ形溶接プレップの場合は０
ｔp＝先端部厚さ
本発明の特定の態様は、以下、２つの隣接する炉管の接合に関して説明する。本発明は、これらの態様に限定されるものではなく、この説明は、本発明のより広い範囲内の他の実施形態を排除することを意味するものではない。
Ｉ．対面接合される隣接する熱分解炉管
特定の実施形態において、本発明は、第１及び第２の熱分解炉管、並びに第１及び第２の管を接合する管継手を含む、接合された熱分解炉管に関する。
第１の熱分解炉管は、内面及び外面、並びに第１及び第２の面を有する。内面はＮ個のフィンを有し、各フィンは２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有し、ここで（ａ）外面とフィン谷底部とは平均距離ｔ1で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部は、フィン谷底部から平均距離ｔ2で内方に突出し、（ｃ）第１の熱分解炉管は、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして≧１７重量％のクロム及び≧１５重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ≧６である。
第２の熱分解炉管もまた、内面及び外面、並びに第１及び第２の面を有する。内面はＮ’個のフィンを有し、各フィンは２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有し、ここで（ａ）外面とフィン谷底部とは平均距離ｔ1’で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部は、フィン谷底部から平均距離ｔ2’で内方に突出し、（ｃ）第２の熱分解炉管は、該第２の熱分解炉管の重量を基準にして≧１７重量％のクロム及び≧１５重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ’≧６である。第１及び第２の熱分解炉管は、管継手において接続される。管継手は、第１の管の第２の面及び第２の管の第１の面の中へと形作られ、第１及び第２の管を例えば溶接によって接合することができるようになっている。管（管継手を含む）は、流体の流れに対して開放されている。例えば、管及び管継手は、第１の管の第１の面に入り、第１の管を通り、第１の管の第２の面を出て、管継手を通り、第２の管の第１の面に入り、第２の管を通り、次いで第２の管の第２の面から出る流体の流れに対して開放されている。一般に、第１の熱分解炉管の第２の面は、第２の熱分解炉管と実質的に同じ外部断面を有する。
管継手は、一般に、第１の管の第２の面及び第２の管の第１の面を座ぐりすることによって作られる。例えば、第１の熱分解炉管の第２の面は、第１及び第２のカウンターボアを有することができる。第１のカウンターボアは、第２の面から距離Ｌ／２だけ前記第１の炉管の中に入った第１の位置まで延びており、第１のカウンターボアは、Ｌが（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に円筒形のカウンターボアである。第２のカウンターボアは、第１の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲の円錐角で外方に延びる実質的に円錐形のカウンターボアである。
同様に、第２の熱分解炉管の第１の面は、（ａ）第１の面から距離Ｌ’／２だけ前記第２の炉管の中に入った第２の位置まで延びる、Ｌ’が（ｔ2’／ｔ1’）・２．５ｃｍから（ｔ2’／ｔ1’）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に円筒形のカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）第２の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有する。
随意に、第１の管の第２の面における第１の管の外面を、第２の管の第１の面における第２の管の外面に接合するために、Ｖ形ベベルまたはＪ形ベベルを用いることができる。例えば、第１の熱分解炉管の第２の面は、リップを有するｊ形ベベル開先溶接プレップをさらに含むことができ、この溶接プレップは外面に切り込まれて、（ａ）ｔ1／８からｔ1／４までの範囲内のリップ厚さ、（ｂ）ｔ1／２からｔ1／４までの範囲内のリップ長さ、及び（ｃ）１５°から２５°までの範囲内のベベル角度を与え、ベベル角度は、第３の位置で外面と交差する。同様に、第２の熱分解炉管の第１の面は、リップを有するｊ形ベベル開先溶接プレップをさらに含むことができ、溶接プレップは外面に切り込まれて、（ａ）ｔ1’／８からｔ1’／４までの範囲内のリップ厚さ、（ｂ）ｔ1’／２からｔ1’／４までの範囲内のリップ長さ、及び（ｃ）１５°から２５°までの範囲内のベベル角度を与え、ベベル角度は、第４の位置で外面と交差する。随意に、第１の位置及び第３の位置は、長手方向距離≧ｔ1／４で隔てられ、第２の位置及び第４の位置は、長手方向距離≧ｔ1’／４で隔てられる。管継手は溶接部とすることができ、例えば、第１及び第２の管の内面は、管継手における内側溶接プレップにおける溶接によって接合することができ、第１及び第２の管の外面は、外側溶接プレップにおける溶接によって接合することができる。随意に、第１の位置及び第３の位置は、長手方向距離≧ｔ1／２で隔てられ、第２の位置及び前記第４の位置は、長手方向距離≧ｔ1’／２で隔てられる。
特定の態様において、第１の熱分解炉管は、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして、２２重量％から２８重量％までのクロム及び３２重量％から３８重量％までのニッケルを含み、第２の熱分解炉管は、該第２の熱分解炉管を基準にして４２重量％から４８重量％までのクロム及び３２重量％から３８重量％までのニッケルを含む。
管の外面の形状は重要ではない。特定の態様において、第１及び第２の管の外面は各々円筒面であり、各外側円筒面は、約１．５インチ（３．８ｃｍ）から１２インチ（３０ｃｍ）までの範囲内の実質的に均一な外径を有し、第１及び第２の管の内面は、フィン付き円筒面であり、内面は外面と実質的に同心である。
随意に、接合された熱分解炉管は、以下の特性のうちの１つ又は２つ以上を有する。
（ｉ）Ｌは、（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）までの範囲内にあり、Ｌ’は、（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・５．１ｃｍまでの範囲内にあり、ｔ2≦ｔ1、かつｔ2’≦ｔ1’である。
（ｉｉ）第１及び第２の管のフィンは、細長い螺旋である。
（ｉｉｉ）第１及び第２の管のフィンは、内面の円周を均一な間隔で囲み、波形の断面を有する。
（ｉｖ）Ｎ及びＮ’は、各々独立して６から３６までの範囲内にある。
（ｖ）ｔ1及びｔ1’は、０．２５インチ（０．６４ｃｍ）から０．７５インチ（１．９１ｃｍ）までの範囲内にあり、ｔ2及びｔ2’は、０．１２５インチ（０．３２）から０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）までの範囲内にあり、ｔ2≦ｔ1／２、かつｔ2’≦ｔ1’／２である。
（ｖｉ）Ｌは実質的にＬ’と等しく、ｔ1は実質的にｔ1’と等しく、ｔ2は実質的にｔ2’と等しく、Ｎは実質的にＮ’と等しい。
（ｖｉｉ）第１及び第２の熱分解炉管は、各々独立して、約２フィート（６０ｃｍ）から約２０フィート（６００ｃｍ）までの範囲内の全長を有する。
ＩＩ．接合された熱分解炉管を使用する炭化水素転化プロセス
特定の態様において、本発明は炭化水素転化プロセスに関する。プロセスは、水及び炭化水素を含む第１の混合物を準備することによって開始することができ、炭化水素は、２又は３個の炭素原子を有するアルカン及びその混合物を≧７５．０重量％含む。プロセスは、１つ又は２つ以上の熱分解炉の中で行われることができ、例えば、熱分解炉は、１つ又は２つ以上の放射コイルを含む放射部を含み、放射コイルの各々は、少なくとも１つの接合された熱分解炉管を含む。接合された熱分解炉管は、前述の態様Ｉで説明したものから選択することができる。
随意に、第１の混合物の炭化水素は、該第１の混合物の炭化水素の重量を基準にして≧７５．０重量％のエタンを含む。所望であれば、第１の混合物は、希釈剤、例えば、炭化水素重量当たり０．２０から１．０重量の水蒸気をさらに含むことができる。
随意に、熱分解条件は、
（ｉ）７００℃から１１００℃までの範囲内の最大炭化水素温度、
（ｉｉ）１．０から５．０バール（絶対）の範囲内の圧力、及び
（ｉｉｉ）０．１０から２．０秒までの範囲内の放射コイル内滞留時間、
のうちの１つ又は２つ以上を含む。
実施例１
これは、新規な放射コイルを、クラッキング中に炉管をプロパン又はナフサのような液体供給物の水蒸気分解よりもかなり高温に曝すことを必要とする、主としてエタン又はＥ／Ｐミックスの水蒸気分解用に設計された既存の熱分解炉に後付けするための管継手設計である。この実施例において、中間溶接で管を接合することを必要とする蛇行形放射部コイルが使用される。
エタンのクラッキング中に遭遇する高温のため、管は３５％のクロム及び４５％のニッケルに加えて微量合金化元素を含む鋼合金を使用する。
管は、熱伝達性能を高めるために内部フィンを有する。管は、対ごとに接合され、第１の管が第２の管にＪ形溶接プレップを用いた突合せ溶接で接合される。この実施例において、両方の管が３０個の内部フィンを有する。接合される管は、実質的に同じ内部及び外部寸法、並びに実質的に同じ溶接プレップ構成を有する。
図２を参照すると、管は両方とも、６インチ（１５ｃｍ）の外径５０及び５．２５インチ（１３．３ｃｍ）の内径６２を有し、フィン高さｔ2は０．１８インチ（０．４６ｃｍ）、最小管金属厚さｔ1は０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）である。図２及び図３を参照すると、管には、０．５０インチ（１．３ｃｍ）の深さ８０まで円筒形カウンターボアが設けられ、それに続いてフィンが全高に達するまで内方に進む、角度φ８４が１５°の円錐形カウンターボアが設けられる。管の外側は、０．０６２５インチ（０．１６ｃｍ）の厚さ７６を有するリップを与えるように旋削され、リップは０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）の長さ７８にわたってカウンターボアと平行に延び、次いで溶接プレップ・ベベル角度θに関して２０°の角度７２で外方に延びる。このとき距離Ｌ／２は０．５０インチ（１．３ｃｍ）、Ｌは１．００インチ（２．５４ｃｍ）である。式（１）を当てはめると、オフセットＣは０．２６１インチ（０．６６ｃｍ）である。ｔ1は０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）なので、オフセットＣ＝ｔ1／１．４４である。
実施例２
これは、蛇行形放射部コイルの新規な放射コイルを、主としてエタン又はＥ／Ｐミックスの水蒸気分解用に設計された既存の熱分解炉に後付けするための管継手設計である。
実施例２において、管は実施例１の温度の約０．７５から０．９０倍の温度に曝されるので、管は、２５％のクロム及び３５％のニッケルに加えて微量合金化元素を含む鋼合金を使用する。
管は、対で据え付けられ、第１の管が第２の管にＪ形溶接プレップを用いた突合せ溶接で接合される。この実施例において、両方の管が２４個の内部フィン及び同じ寸法を有する。
図２を参照すると、管は両方とも、６インチ（１５ｃｍ）の外径５０及び４．２５インチ（１０．８ｃｍ）の内径６２を有し、フィン高さｔ2は０．１８インチ（０．４６ｃｍ）、最小管金属厚さｔ1は０．３２５インチ（０．８３ｃｍ）である。図２及び図３を参照すると、管には、０．５０インチ（１．３ｃｍ）の深さ８０まで円筒形カウンターボアが設けられ、それに続いてフィンが全高に達するまで内方に進む、角度φ８４が１５°の円錐形カウンターボアが設けられる。管の外側は、０．０６２５インチ（０．１６ｃｍ）の厚さ７６を有するリップを与えるように旋削され、リップは０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）の長さ７８にわたってカウンターボアと平行に延び、次いで溶接プレップ・ベベル角度θに関して２０°の角度７２で外方に延びる。このとき距離Ｌ／２は０．５０インチ（１．３ｃｍ）、Ｌは１．００インチ（２．５４ｃｍ）である。式（１）を当てはめると、オフセットＣは０．２７９インチ（０．７１ｃｍ）である。ｔ1は０．３２５インチ（０．８３ｃｍ）なので、オフセットＣ＝ｔ1／１．１６である。
本明細書において引用される全ての特許、試験手順、及び他の文献は、優先権書類も含めて、かかる開示が矛盾しない範囲において、かつ、かかる組入れが許される全ての管轄権に関して、引用により全てが組み入れられる。
本明細書において開示される例証的な形態を詳細に説明してきたが、開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々なその他の改変が当業者には明らかであり、また当業者によって容易に行うことができる。従って、添付された特許請求の範囲は、ここで述べられた実施例及び説明に限定されることを意図したものではなく、むしろ、特許請求の範囲は、そこに存する特許性のある新規性の全ての特徴を、本開示が関与する分野の当業者によってその均等物として扱われるであろう全ての特徴を含めて、包含するものとして解釈される。
ここで数の下限及び数の上限が挙げられる場合、いずれの下限からいずれの上限までの範囲も意図される。

Claims (24)

  1. （Ａ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）前記内面がＮ個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第１の熱分解炉管であって、（ａ）前記外面と前記フィン谷底部とが平均距離ｔ1で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部が前記フィン谷底部から平均距離ｔ2で内方に突出し、（ｃ）前記第１の熱分解炉管が、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして≧１７重量％のクロム及び≧１５重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ≧６である、第１の熱分解炉管と、
    （Ｂ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）前記内面がＮ’個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第２の熱分解炉管であって、（ａ）前記外面と前記フィン谷底部とが平均距離ｔ1’で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部が前記フィン谷底部から平均距離ｔ2’で内方に突出し、（ｃ）前記第２の熱分解炉管が、該第２の熱分解炉管の重量を基準にして≧１７重量％のクロム及び≧１５重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ’≧６である、第２の熱分解炉管と、
    （Ｃ）前記第１及び第２の熱分解炉管を接続する、流体の流れに対して開放された管継手と、
    を含む接合された熱分解炉管であって、
    （ｉ）前記第１の熱分解炉管の前記第２の面が、前記第２の熱分解炉管の前記第１の面に接合され、前記第１の熱分解炉管の前記第２の面が、前記第２の熱分解炉管と実質的に同じ外部断面を有し、
    （ｉｉ）前記第１の熱分解管の前記第２の面が、（ａ）前記第２の面から距離Ｌ／２だけ前記第１の炉管の中に入った第１の位置まで延びる、Ｌが（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に円筒形のカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）前記第１の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角で外方に延びる実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有し、
    （ｉｉｉ）前記第２の熱分解炉管の前記第１の面が、（ａ）前記第１の面から距離Ｌ’／２だけ前記第２の炉管の中に入った第２の位置まで延びる、Ｌ’が（ｔ2’／ｔ1’）・２．５ｃｍから（ｔ2’／ｔ1’）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に円筒形のカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）前記第２の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有する、
    ことを特徴とする、接合された熱分解炉管。
  2. （ａ）前記第１の熱分解炉管の前記第２の面は、リップを有するｊ形ベベル開先溶接プレップをさらに含み、前記溶接プレップは前記外面に切り込まれて、（ａ）ｔ1／８からｔ1／４までの範囲内のリップ厚さ、（ｂ）ｔ1／２からｔ1／４までの範囲内のリップ長さ、及び（ｃ）１５°から２５°までの範囲内のベベル角度を与え、前記ベベル角度は、第３の位置で前記外面と交差し、
    （ｂ）前記第２の熱分解炉管の前記第１の面は、リップを有するｊ形ベベル開先溶接プレップをさらに含み、前記溶接プレップは前記外面に切り込まれて、（ａ）ｔ1’／８からｔ1’／４までの範囲内のリップ厚さ、（ｂ）ｔ1’／２からｔ1’／４までの範囲内のリップ長さ、及び（ｃ）１５°から２５°までの範囲内のベベル角度を与え、前記ベベル角度は、第４の位置で前記外面と交差し、
    （ｃ）前記第１の位置及び前記第３の位置は、長手方向距離≧ｔ1／４で隔てられ、
    （ｄ）前記第２の位置及び前記第４の位置は、長手方向距離≧ｔ1’／４で隔てられ、
    （ｅ）前記管継手は、溶接部である、
    ことを特徴とする、請求項１に記載の接合された熱分解炉管。
  3. （ａ）前記第１の位置及び前記第３の位置は、長手方向距離≧ｔ1／２で隔てられ、
    （ｂ）前記第２の位置及び前記第４の位置は、長手方向距離≧ｔ1’／２で隔てられる
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の接合された熱分解炉管。
  4. 前記第１の熱分解炉管が、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして、２２重量％から２８重量％までのクロム及び３２重量％から３８重量％までのニッケルを含み、前記第２の熱分解炉管が、該第２の熱分解炉管を基準にして、４２重量％から４８重量％までのクロム及び３２重量％から３８重量％までのニッケルを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  5. 前記第１及び第２の管の前記外面が、約１．５インチ（３．８ｃｍ）から１２インチ（３０ｃｍ）までの範囲内の実質的に均一な外径を有する円筒面であり、前記第１及び第２の管の前記内面が、フィン付き円筒面であり、前記内面が前記外面と実質的に同心であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  6. Ｌが（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・５．１ｃｍまでの範囲内にあり、Ｌ’が（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・５．１ｃｍまでの範囲内にあり、ｔ2≦ｔ1、かつｔ2’≦ｔ1’であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  7. 前記第１及び第２の管の前記フィンが細長い螺旋であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  8. 前記第１及び第２の管の前記フィンが、前記内面の円周を均一な間隔で囲み、波形の断面を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  9. Ｎ及びＮ’が各々独立して６から３６までの範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  10. ｔ1及びｔ1’が０．２５インチ（０．６４ｃｍ）から０．７５インチ（１．９１ｃｍ）までの範囲内にあり、ｔ2及びｔ2’が０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）から０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）までの範囲内にあり、ｔ2≦ｔ1／２、かつｔ2’≦ｔ1’／２であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  11. Ｌが実質的にＬ’と等しく、ｔ1が実質的にｔ1’と等しく、ｔ2が実質的にｔ2’と等しく、Ｎが実質的にＮ’と等しいことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  12. 前記第１及び第２の熱分解炉管が各々独立して、約２フィート（６０ｃｍ）から約２０フィート（６００ｃｍ）までの範囲内の全長を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の接合された熱分解炉管。
  13. （１）水及び炭化水素を含む第１の混合物を準備するステップであって、前記炭化水素が２又は３個の炭素原子を有するアルカン及びその混合物を≧７５．０重量％含む、第１の混合物を準備するステップと、
    （２）熱分解炉を準備するステップであって、前記熱分解炉が、少なくとも１つの接合された熱分解炉管を含む１つ又は２つ以上の放射コイルを含む放射部を含み、前記接合された熱分解炉管が、
    （ａ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）前記内面がＮ個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第１の熱分解炉管であって、（ａ）前記外面と前記フィン谷底部とが平均距離ｔ1で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部が前記フィン谷底部から平均距離ｔ2で内方に突出し、（ｃ）前記第１の熱分解炉管が、該第１の熱分解炉管の重量を基準にして≧３３．０重量％のクロム及び≧４３．０重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ≧６である、第１の熱分解炉管と、
    （ｂ）（ｉ）外面と、（ｉｉ）内面と、（ｉｉｉ）第１及び第２の面とを有し、（ｉｖ）前記内面がＮ’個のフィンを有し、各フィンが２つのフィン谷底部に隣接するフィン先端部を有する、第２の熱分解炉管であって、（ａ）前記外面と前記フィン谷底部とが平均距離ｔ1’で隔てられ、（ｂ）各フィン先端部が前記フィン谷底部から平均距離ｔ2’で内方に突出し、（ｃ）前記第２の熱分解炉管が、該第２の熱分解炉管の重量を基準にして≧３３．０重量％のクロム及び≧４３．０重量％のニッケルを含み、（ｄ）Ｎ’≧６である、第２の熱分解炉管と、
    （ｃ）前記第１及び第２の熱分解炉管を接続する、流体の流れに対して開放された管継手と、を含み、ここで
    （ｉ）前記第１の熱分解炉管の前記第２の面が、前記第２の熱分解炉管の前記第１の面に接合され、前記第１の熱分解炉管の前記第２の面が、前記第２の熱分解炉管と実質的に同じ外部断面を有し、
    （ｉｉ）前記第１の熱分解管の前記第２の面が、（ａ）前記第１の面から距離Ｌ／２だけ前記第１の炉管の中に入った第１の位置まで延びる、Ｌが（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に均一なカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）前記第１の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有し、
    （ｉｉｉ）前記第２の熱分解炉管の前記第１の面が、（ａ）前記第２の面から距離Ｌ’／２だけ前記第２の炉管の中に入った第２の位置まで延びる、Ｌ’が（ｔ2’／ｔ1’）・２．５ｃｍから（ｔ2’／ｔ1’）・１２．７ｃｍまでの範囲内にある実質的に均一なカウンターボアである、第１のカウンターボアと、（ｂ）前記第２の位置から始まり、５．０°から２０．０°までの範囲内の円錐角を有する実質的に円錐形のカウンターボアである、第２のカウンターボアと、を有する、
    熱分解炉を準備するステップと、
    （３）前記第１の混合物を前記少なくとも１つの接合された熱分解炉管を通して導いて前記第１の混合物を熱分解条件下で≧４００°の温度に曝し、前記第１の混合物のアルカンの少なくとも一部をＣ2不飽和に転化するステップと
    を含むことを特徴とする、炭化水素転化プロセス。
  14. （ｉ）前記第１の熱分解炉管の第２の面は、リップを有するｊ形ベベル開先溶接プレップをさらに含み、前記溶接プレップは前記外面に切り込まれて、（ａ）ｔ1／８からｔ1／４までの範囲内のリップ厚さ、（ｂ）ｔ1／２からｔ1／４までの範囲内のリップ長さ、及び（ｃ）１５°から２５°までの範囲内のベベル角度を与え、前記ベベル角度は、第３の位置で前記外面と交差し、
    （ｉｉ）前記第２の熱分解炉管の第１の面は、リップを有するｊ形ベベル開先溶接プレップをさらに含み、前記溶接プレップは前記外面に切り込まれて、（ａ）ｔ1’／８からｔ1’／４までの範囲内のリップ厚さ、（ｂ）ｔ1’／２からｔ1’／４までの範囲内のリップ長さ、及び（ｃ）１５°から２５°までの範囲内のベベル角度を与え、前記ベベル角度は、第４の位置で前記外面と交差し、
    （ｉｉｉ）前記第１の位置及び前記第３の位置は、長手方向距離≧ｔ1／２で隔てられ、
    （ｉｖ）前記第２の位置及び前記第４の位置は、長手方向距離≧ｔ1’／２で隔てられ、
    （ｖ）前記管継手は、溶接部である、
    ことを特徴とする、請求項１３に記載のプロセス。
  15. 前記第１の混合物の炭化水素が、該第１の混合物の炭化水素の重量を基準にして≧７５．０重量％のエタンを含むことを特徴とする、請求項１３〜１４のいずれかに記載のプロセス。
  16. 前記第１の混合物が、炭化水素重量当たり０．２０から１．０重量の水蒸気をさらに含み、前記熱分解条件が、
    （ｉ）７００℃から１１００℃までの範囲内の最大炭化水素温度、
    （ｉｉ）１．０から５．０バール（絶対）の範囲内の圧力、及び
    （ｉｉｉ）０．１０から２．０秒までの範囲内の放射コイル内滞留時間、
    のうちの１つ又は２つ以上を含む
    ことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれかに記載のプロセス。
  17. 前記第１及び第２の管の前記外面が、約１．５インチ（３．８ｃｍ）から１２インチ（３０ｃｍ）までの範囲内の実質的に均一な外径を有する円筒面であり、前記第１及び第２の管の前記内面が、フィン付き円筒面であり、前記内面が前記外面と実質的に同心であることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれかに記載のプロセス。
  18. Ｌが（ｔ2／ｔ1）・１．０ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・２．０ｃｍまでの範囲内にあり、Ｌ’が（ｔ2／ｔ1）・２．５ｃｍから（ｔ2／ｔ1）・５．１ｃｍまでの範囲内にあり、ｔ2≦ｔ1、かつｔ2’≦ｔ1’であることを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれかに記載のプロセス。
  19. 前記フィンが細長い螺旋であることを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれかに記載のプロセス。
  20. 前記フィンが、前記内面の円周を均一な間隔で囲み、波形の断面を有することを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれかに記載のプロセス。
  21. Ｎ及びＮ’が各々独立して６から３６までの範囲内にあることを特徴とする、請求項１３〜２０のいずれかに記載のプロセス。
  22. ｔ1及びｔ1’が０．２５インチ（０．６４ｃｍ）から０．７５インチ（１．９１ｃｍ）までの範囲内にあり、ｔ2及びｔ2’が０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）から０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）までの範囲内にあり、ｔ2≦ｔ1／２、かつｔ2’≦ｔ1’／２であることを特徴とする、請求項１３〜２１のいずれかに記載のプロセス。
  23. Ｌが実質的にＬ’と等しく、ｔ1が実質的にｔ1’と等しく、ｔ2が実質的にｔ2’と等しく、Ｎが実質的にＮ’と等しいことを特徴とする、請求項１３〜２２のいずれかに記載のプロセス。
  24. 前記第１及び第２の熱分解炉管が各々独立して、約２フィート（６０ｃｍ）から約２０フィート（６００ｃｍ）までの範囲内の全長を有することを特徴とする、請求項１３〜２３のいずれかに記載のプロセス。
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