JP2021107761A - Thermal decomposition pipe including fluid stirring element - Google Patents

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基行 松原
Motoyuki Matsubara
基行 松原
国秀 橋本
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国秀 橋本
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

To provide a thermal decomposition pipe that can reduce a pressure loss while exerting effect of stirring internal fluid of a pipe.SOLUTION: A thermal decomposition pipe 10 includes a stirring element 20, in which one or more fluid stirring elements are formed while projecting inward at an inner surface of the pipe. The stirring element includes: a first projection 21 extending along the inner surface of the pipe and helically inclined relative to a pipe axis; and a second projection 25 inclined at an angle different from the first projection and connecting first projections to each other substantially or virtually.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エチレン等製造用の熱分解反応炉に用いられる熱分解管に関するものであり、より具体的には、管内流体の撹拌作用を高める撹拌要素が管内面から突設された熱分解管に関するものである。 The present invention relates to a pyrolysis tube used in a pyrolysis reaction furnace for producing ethylene or the like, and more specifically, a pyrolysis tube in which a stirring element for enhancing the stirring action of the fluid in the pipe is projected from the inner surface of the pipe. It is about.

エチレン、プロピレン等のオレフィンは、炭化水素(ナフサ、天然ガス、エタンなど)を含む原料流体を外部から加熱された熱分解管に高速流通させ、原料流体を反応温度域まで加熱して熱分解することにより生成される。 For olefins such as ethylene and propylene, a raw material fluid containing hydrocarbons (naphtha, natural gas, ethane, etc.) is circulated at high speed through an externally heated thermal decomposition tube, and the raw material fluid is heated to the reaction temperature range for thermal decomposition. Is generated by.

熱分解反応を効率良く行なうには、高速流通する原料流体を短時間で管路の径方向中心部まで熱分解反応温度域に加熱昇温させ、且つ、過加熱をできるだけ回避することが重要である。原料流体の過加熱は、炭化水素類の過度の軽質化(メタン、遊離炭素等の生成)や分解生成物の重縮合反応を招き、目的製品の収率低下が大きくなる。また、コーキング(遊離炭素の管内面への沈積)が助長され、管体の熱伝達係数の低下を招くから、デコーキング作業の実施を頻繁に行なう必要が生じ、操業時間が低下してしまう。 In order to carry out the pyrolysis reaction efficiently, it is important to heat and raise the temperature of the raw material fluid that flows at high speed to the radial center of the pipeline to the thermal decomposition reaction temperature range in a short time, and to avoid overheating as much as possible. be. Overheating of the raw material fluid causes excessive lightening of hydrocarbons (production of methane, free carbon, etc.) and polycondensation reaction of decomposition products, resulting in a large decrease in the yield of the target product. In addition, caulking (deposition of free carbon on the inner surface of the pipe) is promoted, which leads to a decrease in the heat transfer coefficient of the pipe body. Therefore, it becomes necessary to carry out decoking work frequently, and the operating time is reduced.

そこで、熱分解管の内面に流通流体の撹拌要素として突条を設けることが行なわれている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1では、突条は管軸に対してらせん状に旋回するよう形成されている。そして、高速流通する流体は突条による撹拌を受けて熱伝達が促進され、急速に昇温加熱されて熱分解は短時間で完結する。これにより、過加熱による過分解やコーキングの発生を抑え、また、熱分解管の熱伝達効率の向上により、熱分解管の加熱温度を低くすることが可能となり、熱分解管の耐用寿命向上の効果がもたらされる。 Therefore, a ridge is provided on the inner surface of the pyrolysis pipe as a stirring element for the flowing fluid (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, the ridges are formed so as to spirally swivel with respect to the pipe axis. Then, the fluid flowing at high speed is agitated by the ridges to promote heat transfer, and is rapidly heated to a high temperature, and the thermal decomposition is completed in a short time. This suppresses the occurrence of over-decomposition and coking due to overheating, and by improving the heat transfer efficiency of the pyrolysis tube, it is possible to lower the heating temperature of the pyrolysis tube and improve the service life of the pyrolysis tube. The effect is brought about.

特開2008−249249号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-249249

しかしながら、らせん状の突条は、流体の撹拌作用を向上させると同時に、管内流体の圧力損失を高めてしまう。圧力損失の増大は、オレフィンの収率の低下を招く可能性がある。そのため、圧力損失の少ない熱分解管が求められている。 However, the spiral ridges improve the agitation of the fluid and at the same time increase the pressure loss of the fluid in the pipe. An increase in pressure drop can lead to a decrease in olefin yield. Therefore, there is a demand for a pyrolysis tube with low pressure loss.

本発明は、管内流体の撹拌効果を具備しつつ圧力損失の低減を図ることのできる熱分解管を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a pyrolysis tube capable of reducing pressure loss while having a stirring effect of a fluid in a tube.

本発明の撹拌要素を具える熱分解管は、
管の内面に1又は複数の流体の撹拌要素を内向きに突出形成してなる熱分解管であって、
前記撹拌要素は、
前記管の内面に沿って延び、管軸に対してらせん状に傾斜した第1突条と、
前記第1突条とは傾斜角度が異なる第2突条であって、前記第1突条同士を実質的に或いは仮想的に連結する第2突条と、
を含む。
The pyrolysis tube provided with the stirring element of the present invention
A pyrolysis tube formed by inwardly projecting one or more fluid stirring elements on the inner surface of the tube.
The stirring element is
A first ridge extending along the inner surface of the pipe and spirally inclined with respect to the pipe axis.
A second ridge having a different inclination angle from the first ridge, and a second ridge that substantially or virtually connects the first ridges to each other.
including.

本発明の撹拌要素を具える熱分解管は、
管の内面に1又は複数の流体の撹拌要素を内向きに突出形成してなる熱分解管であって、
前記撹拌要素は、
前記管の内面に、管軸に対して直交する第1突条と、
前記管軸に対して前記第1突条とは傾斜角度が異なる第2突条であって、前記第1突条同士を実質的に或いは仮想的に連結する第2突条と、
を含む。
The pyrolysis tube provided with the stirring element of the present invention
A pyrolysis tube formed by inwardly projecting one or more fluid stirring elements on the inner surface of the tube.
The stirring element is
On the inner surface of the pipe, a first ridge orthogonal to the pipe axis,
A second ridge having an inclination angle different from that of the first ridge with respect to the pipe axis, and a second ridge that substantially or virtually connects the first ridges to each other.
including.

前記第2突条は、前記第1突条の端縁同士を繋ぐ構成とすることができる。 The second ridge may be configured to connect the edges of the first ridge to each other.

前記第2突条は、前記第1突条の端縁以外の部分同士を繋ぐ構成とすることができる。 The second ridge may be configured to connect portions other than the edge of the first ridge.

前記第1突条の高さH1は、前記第2突条の高さH2と同等とすることができる。 The height H1 of the first ridge can be equal to the height H2 of the second ridge.

前記第1突条の高さH1と前記第2突条の高さH2は、H2/H1≧1/2とすることができる。 The height H1 of the first ridge and the height H2 of the second ridge can be H2 / H1 ≧ 1/2.

前記第2突条は、前記第1突条同士を管軸方向と平行に繋ぐ構成とすることができる。 The second ridge may be configured to connect the first ridges in parallel with the pipe axis direction.

前記第2突条は、前記第1突条同士を前記第1突条と直交するように繋ぐ構成とすることができる。 The second ridge may be configured to connect the first ridges so as to be orthogonal to the first ridge.

前記第1突条が形成された第1突条区間は、前記第2突条が形成された第2突条区間以上の長さであるとすることが望ましい。 It is desirable that the first ridge section in which the first ridge is formed has a length equal to or longer than the second ridge section in which the second ridge is formed.

前記第1突条区間は、前記第1突条区間と前記第2突条区間の合計の60%〜80%とすることができる。 The first ridge section may be 60% to 80% of the total of the first ridge section and the second ridge section.

本発明の熱分解管によれば、流体は、第1突条により撹拌を受ける。第1突条を通過した流体は、乱流となるが、第1突条とは角度の異なる第2突条により流れの向きが変えられて整流されることで、圧力損失を低減できる。これにより、撹拌効果を具備して熱伝達効率を確保しつつ、圧力損失の増大を防止して、オレフィンの収率の向上を図り、過分解によるコーキングの発生を抑制できる。 According to the pyrolysis tube of the present invention, the fluid is agitated by the first ridge. The fluid that has passed through the first ridge becomes a turbulent flow, but the pressure loss can be reduced by changing the direction of the flow and rectifying the fluid by the second ridge having a different angle from the first ridge. As a result, it is possible to prevent an increase in pressure loss, improve the yield of olefins, and suppress the occurrence of caulking due to overdecomposition, while providing a stirring effect and ensuring heat transfer efficiency.

図1は、本発明の一実施形態による撹拌要素を形成した熱分解管の展開図である。FIG. 1 is a developed view of a pyrolysis tube in which a stirring element is formed according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の線II−IIに沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 図3は、異なる形態の撹拌要素を形成した熱分解管の展開図である。FIG. 3 is a developed view of a pyrolysis tube in which different forms of stirring elements are formed. 図4は、さらに異なる形態の突条を形成した熱分解管の展開図である。FIG. 4 is a developed view of a pyrolysis tube in which ridges having a different form are formed. 図5は、実施例に用いた供試熱分解管の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the test pyrolysis tube used in the examples. 図6は、比較例の熱分解管の展開図である。FIG. 6 is a developed view of a thermal decomposition tube of a comparative example.

以下、本発明の熱分解管10について、図面を参照しながら説明を行なう。なお、図示の熱分解管10は、直管であるが、一般的には、直管からなる熱分解管10同士を屈曲したベンド管で接続し、蛇行した形状として熱分解炉に配備し、管外部から加熱を受けて、内部を流通する流体の熱分解を行なう。 Hereinafter, the thermal decomposition tube 10 of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the pyrolysis pipe 10 shown in the figure is a straight pipe, in general, the pyrolysis pipes 10 made of straight pipes are connected to each other by a bent bend pipe and deployed in a pyrolysis furnace in a meandering shape. It receives heat from the outside of the pipe and thermally decomposes the fluid flowing inside.

図1は、本発明の熱分解管10の一実施例を示す展開図、図2は、図1の線II−IIに沿う拡大断面図である。説明の都合上、図1の紙面左側を上流側、右側を下流側としている。 FIG. 1 is a developed view showing an embodiment of the pyrolysis tube 10 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. For convenience of explanation, the left side of the paper in FIG. 1 is the upstream side, and the right side is the downstream side.

熱分解管10は、耐熱合金材料から形成することができ、25Cr−Ni(SCH22)、25Cr−35Ni(SCH24)、インコロイ(商標名)、或いは、Al:6.0質量%を上限として含有する合金を例示できる。もちろん、熱分解管10の材料はこれらに限定されず、高温の使用環境に耐え、要求される性能を具備する種々の耐熱合金材料を使用できる。 The pyrolysis tube 10 can be formed from a heat-resistant alloy material and contains 25Cr-Ni (SCH22), 25Cr-35Ni (SCH24), Incoloy (trade name), or Al: 6.0% by mass as an upper limit. An alloy can be exemplified. Of course, the material of the pyrolysis tube 10 is not limited to these, and various heat-resistant alloy materials that can withstand a high-temperature usage environment and have the required performance can be used.

熱分解管10には、管内面から内向きに突出する撹拌要素20が形成されている。より詳細には、撹拌要素20は、第1突条21と、第1突条21とは角度が異なる第2突条25とすることができる。 The pyrolysis tube 10 is formed with a stirring element 20 that projects inward from the inner surface of the tube. More specifically, the stirring element 20 can be a first ridge 21 and a second ridge 25 having a different angle from the first ridge 21.

第1突条21は、主として流体の撹拌、第2突条25は、主として流体の整流を行なう。 The first ridge 21 mainly agitates the fluid, and the second ridge 25 mainly rectifies the fluid.

第1突条21は、図1では、管軸と直交する面に対して上流側から下流側に向けて角度θ1で傾斜するらせん状形状とすることができる。管内面において、第1突条21が形成された区間を第1突条区間22と称する。そして、第1突条21は、端縁又は端縁以外の部分で第2突条25に連結される。第2突条25は、第1突条21の角度θ1とは異なる角度θ2の突条である。管内面において、第2突条25の形成された区間を第2突条区間26と称する。第2突条25の下流側には、第1突条21が形成されており、第2突条25は、第1突条21と連結される。 In FIG. 1, the first ridge 21 can have a spiral shape that is inclined at an angle θ1 from the upstream side to the downstream side with respect to the plane orthogonal to the pipe axis. On the inner surface of the pipe, the section in which the first ridge 21 is formed is referred to as the first ridge section 22. Then, the first ridge 21 is connected to the second ridge 25 at an end edge or a portion other than the end edge. The second ridge 25 is a ridge having an angle θ2 different from the angle θ1 of the first ridge 21. On the inner surface of the pipe, the section where the second ridge 25 is formed is referred to as the second ridge section 26. A first ridge 21 is formed on the downstream side of the second ridge 25, and the second ridge 25 is connected to the first ridge 21.

第2突条25は、図1に示すように、第1突条21の端縁同士を繋ぐ形態としてもよいし、また、第1突条21(23,24)の端縁以外の部分同士を繋ぐ形態(図3及び図4参照)としてもよい。なお、第1突条21と第2突条25は、図1に示すように、実質的に連結されている構成とすることが望ましいが、第1突条21と第2突条25の間に隙間を設けて、第2突条25の延長線が第1突条21と仮想的に連結する構成としてもよい。 As shown in FIG. 1, the second ridge 25 may have a form in which the edges of the first ridge 21 are connected to each other, or the portions other than the edges of the first ridge 21 (23, 24) are connected to each other. May be in the form of connecting (see FIGS. 3 and 4). As shown in FIG. 1, it is desirable that the first ridge 21 and the second ridge 25 are substantially connected, but between the first ridge 21 and the second ridge 25. A gap may be provided in the ridge 25 so that the extension line of the second ridge 25 is virtually connected to the first ridge 21.

第1突条21の傾斜角度θ1は、85°以下とすることが好適であり、30°以下とすることが望ましい。突条21の傾斜角度θ1は、15°以上とすることが望ましい。第1突条21は、図3に符号23で示すように、θ1=0°として、管軸に直交する形態としても構わない。傾斜角度θ1が小さ過ぎると突条21の下流側に淀みが発生し易くなる一方で、小さい程、管軸に対して第1突条21の傾きは大きいから、流通する流体の撹拌、乱流発生効果を高めることができる。 The inclination angle θ1 of the first ridge 21 is preferably 85 ° or less, and preferably 30 ° or less. It is desirable that the inclination angle θ1 of the ridge 21 is 15 ° or more. As shown by reference numeral 23 in FIG. 3, the first ridge 21 may have a form orthogonal to the pipe axis with θ1 = 0 °. If the inclination angle θ1 is too small, stagnation is likely to occur on the downstream side of the ridge 21, but as the inclination angle θ1 is too small, the inclination of the first ridge 21 with respect to the pipe axis is large, so that the flowing fluid is agitated and turbulent. The generation effect can be enhanced.

第2突条25の傾斜角度θ2は、第1突条21の傾斜角度θ1とは異なる角度であり、たとえば、図1、図3及び図4に示すように、第2突条25は、管軸と平行な角度(θ2=90°)とすることができる。第1突条21(23,24)の傾斜角度θ1と第2突条25の傾斜角度θ2は、何れも管軸に直交する面に対して同方向の仰角が0°以上90°以下、且つ、θ1はθ2よりも小さい角度となるように形成することが望ましい。 The inclination angle θ2 of the second ridge 25 is different from the inclination angle θ1 of the first ridge 21, and for example, as shown in FIGS. 1, 3 and 4, the second ridge 25 is a pipe. The angle parallel to the axis (θ2 = 90 °) can be set. The inclination angle θ1 of the first ridge 21 (23, 24) and the inclination angle θ2 of the second ridge 25 both have an elevation angle of 0 ° or more and 90 ° or less in the same direction with respect to the plane orthogonal to the pipe axis. , Θ1 is preferably formed so as to have an angle smaller than θ2.

第1突条21及び第2突条25は、連続的な形態とすることができるが、断続的な形態であってもよい。図4は、第1突条21を断続的な突条24,24とした実施形態であり、第2突条25は、断続的な第1突条24,24の端縁以外の部分同士を繋いでいる。 The first ridge 21 and the second ridge 25 can be in a continuous form, but may be in an intermittent form. FIG. 4 shows an embodiment in which the first ridge 21 is an intermittent ridge 24, 24, and the second ridge 25 is a portion other than the edge of the intermittent first ridge 24, 24. I'm connected.

第1突条21同士の間隔Iは、管内径が30−150mmの場合、約20−400mmとすることができる。図1の第1突条21は、1条のらせん形態であるが、複数条のらせん形態を平行又は傾斜角度を変えて設けることもできる。 The distance I between the first ridges 21 can be about 20-400 mm when the inner diameter of the pipe is 30-150 mm. The first ridge 21 in FIG. 1 has a single spiral shape, but a plurality of spiral shapes may be provided in parallel or at different inclination angles.

第1突条区間22と第2突条区間26の長さを比較した場合、図1に示すように、第1突条区間22は、第2突条区間26以上の長さとすることが好適である。望ましくは、第1突条区間22の占める比率(第1突条区間22/(第1突条区間22+第2突条区間26))は、50%以上が好適であり、60%以上が望ましく、65%以上がより望ましい。第2突条25による整流効果よりも、第1突条21による撹拌効果が重視されるためである。一方、第2突条区間26の整流効果を発揮するために、第1突条区間22の占める比率は80%以下とすることが好適であり、70%以下とすることが望ましい。 When comparing the lengths of the first ridge section 22 and the second ridge section 26, as shown in FIG. 1, it is preferable that the first ridge section 22 has a length of the second ridge section 26 or more. Is. Desirably, the ratio occupied by the first ridge section 22 (first ridge section 22 / (first ridge section 22 + second ridge section 26)) is preferably 50% or more, and preferably 60% or more. , 65% or more is more desirable. This is because the stirring effect of the first ridge 21 is more important than the rectifying effect of the second ridge 25. On the other hand, in order to exert the rectifying effect of the second ridge section 26, the ratio occupied by the first ridge section 22 is preferably 80% or less, and preferably 70% or less.

図2に示す第1突条21の高さH1及び第2突条25の高さH2は、管内径の約1/60−1/10とすることが望ましい。第1突条21の高さH1が、管内径の1/60よりも低いと、流体の撹拌、乱流発生効果を十分に発揮できない虞がある。また、第2突条25の高さH2が、管内径の1/60よりも低いと、流体の整流効果を十分に発揮できない虞がある。また、第1突条21の高さH1、第2突条25の高さH2が、管内径の1/10よりも高いと、第1突条21、第2突条25が流体の流通を阻害し、圧力損失が大きくなり、さらには、第1突条21、第2突条25の下流側で流体が滞留して過分解やコークが堆積し易くなる虞がある。故に、第1突条21の高さH1、第2突条25の高さH2は、上記規定を満たすことが望ましい。なお、第1突条21の高さH1と第2突条25の高さH2は同等とすることが、撹拌、整流効果の点で望ましく、また、第1突条21と第2突条25の形成を簡便化する点でも高さを同等とすることが望ましい。本明細書において、「同等」とは、当業者によって測定された数値が許容可能な誤差範囲内にあることを意味する。もちろん、その値は、測定方法にも依存する。また、「同等」には、測定された数値の20%まで、10%まで、5%まで、或いは、1%までの範囲を含むものとする。 It is desirable that the height H1 of the first ridge 21 and the height H2 of the second ridge 25 shown in FIG. 2 are about 1 / 60-1 / 10 of the inner diameter of the pipe. If the height H1 of the first ridge 21 is lower than 1/60 of the inner diameter of the pipe, there is a possibility that the effect of agitating the fluid and generating turbulence cannot be sufficiently exhibited. Further, if the height H2 of the second ridge 25 is lower than 1/60 of the inner diameter of the pipe, there is a possibility that the rectifying effect of the fluid cannot be sufficiently exhibited. Further, when the height H1 of the first ridge 21 and the height H2 of the second ridge 25 are higher than 1/10 of the inner diameter of the pipe, the first ridge 21 and the second ridge 25 allow the fluid to flow. There is a risk that the pressure loss will increase due to hindrance, and further, fluid will stay on the downstream side of the first ridge 21 and the second ridge 25, and overdecomposition and cork will easily accumulate. Therefore, it is desirable that the height H1 of the first ridge 21 and the height H2 of the second ridge 25 satisfy the above provisions. It is desirable that the height H1 of the first ridge 21 and the height H2 of the second ridge 25 are the same in terms of stirring and rectifying effects, and the first ridge 21 and the second ridge 25 are also equal. It is desirable that the heights are the same in terms of simplifying the formation of. As used herein, "equivalent" means that the values measured by one of ordinary skill in the art are within an acceptable margin of error. Of course, the value also depends on the measurement method. In addition, "equivalent" includes a range of up to 20%, 10%, 5%, or 1% of the measured value.

第1突条21と第2突条25は、第1突条21の高さH1を第2突条25の高さH2よりも高くすることもできる。この場合、第2突条25の高さH2は、第1突条21の高さH1の1/2倍、すなわち、H2/H1≧1/2とするこが好適である。第1突条21により撹拌を受けて乱流となった流体は、第2突条25により整流されるが、第2突条25を第1突条21よりもやや低く形成することで、整流時の圧力損失を低減できる。また、第1突条21の高さH1は、第2突条25の高さH2の2倍以上(H1≧2×H2)としてもよい。第2突条25の高さH2を高くすることで、整流効果を高められると共に、第2突条25の比表面積が大きくなる結果、熱伝達率を向上できる。 The first ridge 21 and the second ridge 25 can also make the height H1 of the first ridge 21 higher than the height H2 of the second ridge 25. In this case, it is preferable that the height H2 of the second ridge 25 is 1/2 times the height H1 of the first ridge 21, that is, H2 / H1 ≧ 1/2. The fluid that has been agitated by the first ridge 21 and has become a turbulent flow is rectified by the second ridge 25, but is rectified by forming the second ridge 25 slightly lower than the first ridge 21. The pressure loss at the time can be reduced. Further, the height H1 of the first ridge 21 may be twice or more (H1 ≧ 2 × H2) the height H2 of the second ridge 25. By increasing the height H2 of the second ridge 25, the rectifying effect can be enhanced, and as a result of increasing the specific surface area of the second ridge 25, the heat transfer coefficient can be improved.

第1突条21及び第2突条25は、たとえば、粉体プラズマ溶接(PTA溶接)、MIG溶接、TIG溶接、レーザー溶接などの肉盛溶接法により、肉盛ビードとして効率的に形成することができる。もちろん、押出加工により熱分解管10と一体に第1突条21及び第2突条25を作製することもできる。 The first ridge 21 and the second ridge 25 are efficiently formed as a build-up bead by, for example, a build-up welding method such as powder plasma welding (PTA welding), MIG welding, TIG welding, and laser welding. Can be done. Of course, the first ridge 21 and the second ridge 25 can be manufactured integrally with the pyrolysis pipe 10 by extrusion processing.

第1突条21、第2突条25は、上記した熱分解管10と同種の耐熱合金材料から形成することができるが、これに限定されるものではない。 The first ridge 21 and the second ridge 25 can be formed from the same type of heat-resistant alloy material as the above-mentioned pyrolysis tube 10, but are not limited thereto.

上記の如く撹拌要素20として第1突条21と第2突条25を形成した熱分解管10に流体を流通させると、図1に矢印Aで示すように、流体は、第1突条21により撹拌作用を受け、第1突条21に沿いらせん状に旋回する流れとなる。これにより流体は、管路の径方向中心部まで撹拌されて速やかに加熱昇温することができる。また、旋回し一部が乱流となった流体は、図1に矢印Bで示すように第2突条25に当たって流れの向きが変えられて管軸方向に整流されることで、圧力損失を低減させることができる。そして、図1に矢印Cで示すように、再度下流側の第1突条21により撹拌を受ける。 When the fluid is circulated through the pyrolysis pipe 10 in which the first ridge 21 and the second ridge 25 are formed as the stirring element 20 as described above, the fluid becomes the first ridge 21 as shown by the arrow A in FIG. The flow is spirally swirled along the first ridge 21 due to the stirring action. As a result, the fluid is agitated to the radial center of the pipeline and can be quickly heated and heated. Further, the fluid that has swirled and partially becomes a turbulent flow hits the second ridge 25 as shown by an arrow B in FIG. 1, the direction of the flow is changed, and the fluid is rectified in the direction of the pipe axis, thereby causing a pressure loss. It can be reduced. Then, as shown by an arrow C in FIG. 1, it is again agitated by the first ridge 21 on the downstream side.

これにより、本発明の熱分解管10は、原料流体を管路の径方向中心部まで熱分解反応温度域に速やかに加熱昇温しつつ、圧力損失の増大を抑制でき、目的製品の収率向上を達成できる。 As a result, the thermal decomposition tube 10 of the present invention can suppress an increase in pressure loss while rapidly heating and raising the temperature of the raw material fluid to the radial center of the pipeline to the thermal decomposition reaction temperature range, and the yield of the target product can be obtained. Improvements can be achieved.

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するように解すべきものではない。又、本発明の各部構成は上記一実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。 The description of the above-described embodiment is for explaining the present invention, and should not be construed as limiting or reducing the scope of the invention described in the claims. Further, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the technical scope described in the claims.

図5に示すように、上流側に1.6mの助走区間31を有し、下流側に図1に示す長さ0.6mの発明例の熱分解管10、又は、図6に示す長さ0.6mの比較例の熱分解管40を接続した供試熱分解管30を作製し、流体を流通させて圧力損失(kPa)、出口温度(℃)及び熱交換量(kW)を測定、比較した。熱分解管10の内径Dは、表1に示す発明例11〜16と比較例11が40mm、表2に示す発明例21〜23と比較例21が90mmである。 As shown in FIG. 5, the pyrolysis tube 10 of the invention example having a run-up section 31 of 1.6 m on the upstream side and a length of 0.6 m shown in FIG. 1 on the downstream side, or the length shown in FIG. A test pyrolysis tube 30 connected to a 0.6 m pyrolysis tube 40 was prepared, and a fluid was circulated to measure pressure loss (kPa), outlet temperature (° C.), and heat exchange amount (kW). Compared. The inner diameter D of the pyrolysis tube 10 is 40 mm for Invention Examples 11 to 16 and Comparative Example 11 shown in Table 1, and 90 mm for Invention Examples 21 to 23 and Comparative Example 21 shown in Table 2.

Figure 2021107761
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Figure 2021107761
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発明例の熱分解管10は、図1に示すように、内部に撹拌要素としてらせん状の連続する1条の第1突条21と、第1突条21とは傾斜角度等の異なる第2突条25を形成している。表1に示すように、発明例11〜16の第1突条21の高さH1と傾斜角度θ1は同じであるが、第2突条25の高さH2、傾斜角度θ2、第2突条の高さを変えている。表2に示すように、発明例21〜23は、第1突条21の高さH1や傾斜角度θ1も変えている。また、発明例では、表1及び表2の「第1突条区間合計、第2突条区間合計、第1突条区間の占める比率」の夫々示すように、突条21,25が形成される区間の長さを変えている。たとえば、発明例12は、第1突条21の形成された第1突条区間22が0.34m、第2突条25が形成された第2突条区間26が0.26mであり、第1突条区間22の占める比率は、0.34/0.6=約56.7%である。何れの突条21,25も断面半円形であり、幅は7.0mmである。なお、第1突条21と第2突条25の内径Dに対する高さの比率(H1/内径D、H2/内径D)、また、第1突条21の高さH1に対する第2突条25の高さH2の比率(H2/H1)を合わせて表1、表2に示す。 As shown in FIG. 1, in the thermal decomposition tube 10 of the invention example, the first ridge 21 having a continuous spiral shape as a stirring element inside and the second ridge 21 having a different inclination angle from the first ridge 21 are different from each other. It forms a ridge 25. As shown in Table 1, the height H1 of the first ridge 21 and the inclination angle θ1 of Invention Examples 11 to 16 are the same, but the height H2 of the second ridge 25, the inclination angle θ2, and the second ridge The height of is changing. As shown in Table 2, in Invention Examples 21 to 23, the height H1 and the inclination angle θ1 of the first ridge 21 are also changed. Further, in the example of the invention, the ridges 21 and 25 are formed as shown in Tables 1 and 2 "total of the first ridge section, total of the second ridge section, and the ratio occupied by the first ridge section", respectively. The length of the section is changed. For example, in Invention Example 12, the first ridge section 22 in which the first ridge 21 is formed is 0.34 m, and the second ridge section 26 in which the second ridge 25 is formed is 0.26 m. The ratio occupied by one ridge section 22 is 0.34 / 0.6 = about 56.7%. Each of the ridges 21 and 25 has a semicircular cross section and a width of 7.0 mm. The ratio of the height of the first ridge 21 and the second ridge 25 to the inner diameter D (H1 / inner diameter D, H2 / inner diameter D), and the second ridge 25 with respect to the height H1 of the first ridge 21. The ratio of height H2 (H2 / H1) is also shown in Tables 1 and 2.

比較例11、21の熱分解管40は、図6に示すように、内部にらせん状の連続する1条の第1突条21のみを形成したものである。第1突条21の断面は半円形である。 As shown in FIG. 6, the thermal decomposition pipes 40 of Comparative Examples 11 and 21 have only one spiral first ridge 21 formed therein. The cross section of the first ridge 21 is semi-circular.

上記構成の供試熱分解管30を壁面が1000℃一定となるように加熱しつつ、エタン70重量%、水蒸気30重量%からなる流体を、700℃に昇温し、流入する質量流量が0.2104kg/sとなるように供給した。結果を上記表1に示す。 While heating the test pyrolysis tube 30 having the above configuration so that the wall surface is constant at 1000 ° C., the fluid consisting of 70% by weight of ethane and 30% by weight of water vapor is heated to 700 ° C., and the inflowing mass flow rate is 0. It was supplied so as to be 2104 kg / s. The results are shown in Table 1 above.

表1、表2を参照すると、発明例は、比較例に比べて、出口温度及び熱交換量は略同等でありながら、圧力損失が大幅に小さくできたことがわかる。これは、撹拌要素20として設けられた第1突条21に対し、少なくとも傾斜角度が異なり、高さや形成区間の異なる第2突条25を設けたことで、第1突条21により生じた乱流が整流されたことによる(図1の矢印B)。そして、撹拌効果を具備して同等の熱伝達効率を確保しつつ、圧力損失の低減できたことで、オレフィンの収率の向上を図り、過分解によるコーキングの発生を抑制できる。 With reference to Tables 1 and 2, it can be seen that the pressure loss of the invention example was significantly smaller than that of the comparative example, although the outlet temperature and the amount of heat exchange were substantially the same. This is because the first ridge 21 provided as the stirring element 20 is provided with the second ridge 25 having at least a different inclination angle and a different height and formation section, so that the turbulence caused by the first ridge 21 This is due to the rectification of the flow (arrow B in FIG. 1). Further, since the pressure loss can be reduced while having a stirring effect and ensuring the same heat transfer efficiency, the yield of olefin can be improved and the occurrence of caulking due to overdecomposition can be suppressed.

次に、発明例同士を比較する。発明例11〜13を比較すると、第1突条区間22の占める比率を大きくすることで圧力損失はやや大きくなっている。しかしながら、第1突条区間22の占める比率を大きくしたことで撹拌効果を得つつ、撹拌された流体に対し、第2突条25による整流が行なわれることで、好適な出口温度、熱交換量を確保できることがわかる。従って、第1突条区間22の占める比率は50%以上であることが望ましい。 Next, the invention examples are compared. Comparing Invention Examples 11 to 13, the pressure loss is slightly increased by increasing the ratio occupied by the first ridge section 22. However, while obtaining the stirring effect by increasing the ratio occupied by the first ridge section 22, the agitated fluid is rectified by the second ridge 25, so that the suitable outlet temperature and heat exchange amount are obtained. It can be seen that can be secured. Therefore, it is desirable that the ratio occupied by the first ridge section 22 is 50% or more.

第2突条25の高さH2が異なる発明例11と発明例16、また、発明例21〜23を比較すると、第2突条25の高さH2が高くなるほど、圧力損失はやや大きくなるが、好適な出口温度、熱交換量を具備できる。これは、第2突条25が適度な高さを有することで、効果的な整流効果を発揮できるためである。発明例15も参照すると、第1突条21に対する第2突条25の高さの比率は0.5以上(H2/H1≧1/2)が好適である。 Comparing Invention Examples 11 and 16, and Invention Examples 21 to 23, which have different heights H2 of the second ridge 25, the higher the height H2 of the second ridge 25, the larger the pressure loss. , Suitable outlet temperature and heat exchange amount can be provided. This is because the second ridge 25 has an appropriate height, so that an effective rectifying effect can be exhibited. With reference to Invention Example 15, the ratio of the height of the second ridge 25 to the first ridge 21 is preferably 0.5 or more (H2 / H1 ≧ 1/2).

10 熱分解管
20 撹拌要素
21 第1突条
25 第2突条
10 Pyrolysis tube 20 Stirring element 21 1st ridge 25 2nd ridge

Claims (10)

管の内面に1又は複数の流体の撹拌要素を内向きに突出形成してなる熱分解管であって、
前記撹拌要素は、
前記管の内面に沿って延び、管軸に対してらせん状に傾斜した第1突条と、
前記第1突条とは傾斜角度が異なる第2突条であって、前記第1突条同士を実質的に或いは仮想的に連結する第2突条と、
を含む、
熱分解管。
A pyrolysis tube formed by inwardly projecting one or more fluid stirring elements on the inner surface of the tube.
The stirring element is
A first ridge extending along the inner surface of the pipe and spirally inclined with respect to the pipe axis.
A second ridge having a different inclination angle from the first ridge, and a second ridge that substantially or virtually connects the first ridges to each other.
including,
Pyrolysis tube.
管の内面に1又は複数の流体の撹拌要素を内向きに突出形成してなる熱分解管であって、
前記撹拌要素は、
前記管の内面に、管軸に対して直交する第1突条と、
前記管軸に対して前記第1突条とは傾斜角度が異なる第2突条であって、前記第1突条同士を実質的に或いは仮想的に連結する第2突条と、
を含む、
熱分解管。
A pyrolysis tube formed by inwardly projecting one or more fluid stirring elements on the inner surface of the tube.
The stirring element is
On the inner surface of the pipe, a first ridge orthogonal to the pipe axis,
A second ridge having an inclination angle different from that of the first ridge with respect to the pipe axis, and a second ridge that substantially or virtually connects the first ridges to each other.
including,
Pyrolysis tube.
前記第2突条は、前記第1突条の端縁同士を繋ぐ、
請求項1又は請求項2に記載の熱分解管。
The second ridge connects the edges of the first ridge to each other.
The pyrolysis tube according to claim 1 or 2.
前記第2突条は、前記第1突条の端縁以外の部分同士を繋ぐ、
請求項1又は請求項2に記載の熱分解管。
The second ridge connects parts other than the edge of the first ridge.
The pyrolysis tube according to claim 1 or 2.
前記第1突条の高さH1は、前記第2突条の高さH2と同等である、
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の熱分解管。
The height H1 of the first ridge is equivalent to the height H2 of the second ridge.
The thermal decomposition tube according to any one of claims 1 to 4.
前記第1突条の高さH1と前記第2突条の高さH2は、H2/H1≧1/2である、
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の熱分解管。
The height H1 of the first ridge and the height H2 of the second ridge are H2 / H1 ≧ 1/2.
The thermal decomposition tube according to any one of claims 1 to 4.
前記第2突条は、前記第1突条同士を管軸方向と平行に繋ぐ、
請求項1乃至請求項6の何れかに記載の熱分解管。
The second ridge connects the first ridges in parallel with the pipe axis direction.
The thermal decomposition tube according to any one of claims 1 to 6.
前記第2突条は、前記第1突条同士を前記第1突条と直交するように繋ぐ、
請求項1乃至請求項6の何れかに記載の熱分解管。
The second ridge connects the first ridges to each other so as to be orthogonal to the first ridge.
The thermal decomposition tube according to any one of claims 1 to 6.
前記第1突条が形成された第1突条区間は、前記第2突条が形成された第2突条区間以上の長さである、
請求項1乃至請求項8の何れかに記載の熱分解管。
The first ridge section in which the first ridge is formed is longer than the second ridge section in which the second ridge is formed.
The thermal decomposition tube according to any one of claims 1 to 8.
前記第1突条区間は、前記第1突条区間と前記第2突条区間の合計の60%〜80%である、
請求項9に記載の熱分解管。
The first ridge section is 60% to 80% of the total of the first ridge section and the second ridge section.
The thermal decomposition tube according to claim 9.
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