KR100658052B1 - 개량 균열 분해로 - Google Patents

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어원 엠. 제이 플랫보트
존 브이. 알바노
프랭크 디. 맥카티
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에이비비 루머스 글러벌 인코포레이티드
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Abstract

유기 원료의 열분해 가열로가 하나의 가열부와 적어도 하나의 대류부를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 분해로는 상기 가열부의 양 측면을 따라 위치되는 제1 및 제2 대류부를 포함한다. 연소 가스를 상기 대류부로 유입시키기 위한 입구가 상기 가열부의 상부 또는 하부에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 분해로는 연소 가스를 상기 가열부에서 상기 대류부로 연통시키기 위한 복수의 통로들을 포함한다. 상기 통로들은 상기 가열부의 상부 또는 하부에 위치될 수 있다. 상기 통로들은 연소 가스가 상기 가열부내에서 재순환하는 것을 방지함으로써 더 균일한 흐름의 연소 가스가 상기 가열부를 통과하게 한다.

Description

개량 균열 분해로{Cracking furnace with more uniform heating}
발명의 배경
1. 기술분야
발명은 분해로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유 탄화수소(petroleum hydrocarbons)와 같은 유기 원료(organic feedstock)의 열분해를 위한 관형로(tubular furnace)에 관한 것이다.
2. 배경 기술
레핀을 생산하기 위한 석유 탄화수소의 열분해성 가열을 위한 분해로는 당업계에 잘 알려져 있다. 대표적인 석유 원료는 예를 들어 에탄, 프로판, 그리고 나프타를 포함한다. 대표적인 생산물은 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 및 다른 탄화수소를 포함한다.
도 1A는 대표적인 분해로 장치를 나타낸다. 분해로(10)는 하나의 가열부(11)와 아래에 설명된 이유 때문에 상기 가열부(11)로부터 분지되는(offset) 하나의 대류부(12)를 포함한다. 버너들(13)은 상기 가열부의 복사 챔버(18)의 저면에 위치된 다.
하나 또는 그 이상의 관식 코일(tubular coils)(14)이 상기 가열부(11)에 위치된다. 원료는 코일의 관(14a)을 따라 흘러서, 분해(cracking) 온도(일반적으로 950℃ 내지 1,200℃)에서 분해되어 포화 탄화수소가 올레핀과 수소를 생성하기(produce) 위해 열분해된다. 반응 온도하의 원하는 체류시간(residence time)을 얻기 위해 관을 통과하는 원료의 흐름속도를 조절한다. 계속되는 반응으로 인해 원하지 않는 부산물이 생성될 수 있기 때문에, 열분해를 원하는 정도까지 진행한 다음에는 반응을 중단시키기 위해 복사 챔버에서 나오는 가스의 흐름을 끊는(quench) 것이 중요하다. 복사 챔버(18)에서 나온 가스 유량(flow)이 열 교환기(15)를 거침으로써 반응이 중단된다. 이 열 교환기들은 일반적으로 복사 챔버(18)의 상부에 위치되기 때문에, 분지된 대류부(convection section)(12)를 필요로 한다. 상기 가열부(11)는 약 20 미터의 길이(L)와 약 3.5 미터의 폭(W) 그리고 약 13.5 미터의 높이(H)를 가지는 것이 일반적이다. 관식 코일(14)은 일반적으로 대류부(12)의 수직 및 세로축에 의해 구획되는 평면과 평행하는 평면상에 배치된다. 대류부(12)는 연소 가스(flue gas)를 대기로 방출하기 위한 연돌(stack)인 것이 일반적이다. 대류부(12)는, 질산화물 및 황산화물과 같은 오염 물질들의 방출을 감소시키기 위해 연돌 가스 처리(stack gas treatment)를 위한 구획부(section)뿐만 아니라 원료가 연소 가스에 의해 예열되는 열 회수를 위한 하나 또는 그 이상의 구획부(16)를 포함하는 것이 일반적이다.
에틸렌 생산 설비들이 더 크고 더 강력한 화력의 분해로로 가는 것이 최근의 추세이다. 전형적인 히터의 용량(capacity)은 연간 100,000 미터 톤(metric tons) 내지 연간 180,000 미터 톤으로 증가하고 있다. 용량을 적어도 연간 250,000 미터 톤으로 증대시키는 것이 요구되고 있다. 분해로 용량을 증대시키기 위하여, 관식 코일 길이를 연장시킬 수 있으며, 이에 따라 복사 챔버의 높이도 높아진다. 그렇게 하지 않고, 관식 코일의 수를 증가시킬 수도 있으며, 그에 따라 복사 챔버의 길이도 연장된다. 그러나, 이러한 변경들은 모두 바람직하지 않다. 만약 복사 챔버가 높아지면, 관식 코일을 균일하게 가열하는 것이 더 어렵게 된다. 상기 대류부 관 길이는 복사 챔버의 길이를 제한한다. 만약 복사 챔버가 훨씬 더 길어지면, 복사부로부터 대류부의 연소 가스 흐름으로 인해 대류부 문제들이 발생한다.
유럽특허 제0,519,230호에는 관식 코일의 수직 관들이 대류부의 세로축을 관통하는 평면에 수직인 평면상에 위치하는 복수의 평행 열로 설치된 하나의 열분해 히터가 개시되어 있다. 즉, 관식 코일이 도 1A에 도시된 종래의 관식 코일의 배치로부터 90。 되게 방향지워져 있다. 이 배치는 분해로 용량을 증대시키는 상당한 이점이 있기는 하나, 그러한 배치를 용이하게 하는 분해로 구축(construction)상의 개선은 아직 이루어지지 않았다.
관식 코일이 분해로의 세로축에 수직인 유럽특허 제0,519,230호에 설명된 것과 같은 상대적으로 폭이 넓은 분해로에서는, 연소 가스가 복사 챔버내에서 재순환될 수 있다. 도 1B에 있어서, 분해로(50)는 가열부(51), 대류부(52) 및 버너들(54)을 구비한 것으로 도시되어 있다. 연소 가스 흐름은 화살표 A, B 및 C로 나타낸다. 연소 가스 흐름(A 및 B)은 대류부(52)로 이어지는 입구(53)로 직접 흐르나, 연소 가스의 와류(C)가 형성될 수 있는데, 입구(53)로부터 대류부까지에서 가장 멀리 떨어지고 사각지대(dead space)이 생기기 쉬운 챔버의 측면에서 특히 그러하다. 이 와류들은 가열을 불균일하게 한다. 일관된 제품을 생산하고 공정 제어를 용이하게 하기 위해서는 복사 챔버 전체의 균일한 가열(uniform heating)이 중요하다.
발명의 개요
유기 원료의 열분해 가열을 위한 분해로가 본 명세서에 제공된다. 하나의 실시예에서 분해로는, a) 하나의 가열 챔버, 상기 가열 챔버내에 위치된 복수의 관식 코일 그리고 복수의 버너들을 포함하며, 하나의 상부, 하나의 하부, 하나의 세로축 그리고 마주보는 제1 및 제2 횡측면을 가지는 하나의 가열부와; b) 각각 상기 가열부에 연결되고 연소 가스의 통과를 허용하기 위해 상기 가열부와 연통되는 개구부(opening)를 가지며, 상기 가열부의 제1 횡측면, 제2 횡측면을 따라 각각 세로로(lengthwise) 연장되는 제1 및 제2 대류부를 포함하여 구성된다. 상기 분해로는, 연소 가스가 분해로 가열부에서 대류부로 통하도록 하고 각각 연소 가스의 유입을 허용하기 위한 하나의 입구(entrance opening) 및 연소 가스를 대류부로 통과시키기 위한 하나의 출구(exit opening)를 가지는, 복수의 통로를 또한 포함할 수 있다.
본 발명은 연소 가스의 재순환을 감소시켜 연소 가스가 분해로의 가열부를 통해 더욱 균일하게 흐르도록 한다.
본 발명의 여러가지 실시예를 첨부도면을 참고하여 설명하기로 하는 바,
도 1A 및 1B는 선행기술의 분해로의 개략도이고;
도 2는, 제1 및 제2 대류부를 갖는 본 발명의 분해로의 하나의 실시예를 나타내는 단면 사시도이며;
도 3은, 도 2에 나타낸 실시예의 분해로의 정면도이고;
도 4는, 분해로의 가열부에서 대류부로 연소 가스를 연통시키기 위해 가열부의 상부에 통로를 구비한 본 발명의 다른 실시예의 분해로를 나타내는 사시도이며;
도 5는, 상기 통로의 측면도이고;
도 6은, 도 4에 나타낸 실시예의 분해로의 부분 정면도이며;
도 7은, 통로의 평면도이고;
도 8은, 가열부의 하부에 통로를 갖는 본 발명의 다른 실시예의 정면도이며;
도 9는, 도 8에 나타낸 분해로 통로의 사시도이고;
도 10은 도 8에 나타낸 분해로의 측면도이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명은, 하나 보다는 두 개의 대류부 및/또는 복사 가열부에서 대류부로의 연소 가스의 연통을 위한 복수의 통로들을 결합시킴에 의해 분해로의 관식 코일 에 균일한(even) 연소 가스 흐름과 더 균일한(uniform) 열 이동(transfer)을 제공한다. 본 발명은 종래의 분해로에 사용될 수 있으나, 특히 그 세로축의 가로축 평면에 관식 코일이 배치된 분해로들에 더 유리하다. 그러한 분해로들은 폭이 더 넓고, 그 복사 가열부에 연소 가스를 재순환시키는 사각지대(dead zones)가 더 나타나기 쉽다.
도 2와 3에 있어서, 유기 원료의 열분해를 위한 분해로(100)가 나타나 있다. 대표적인 원료들은 예를 들어 에탄, 프로판, 나프타 또는 다른 탄화수소를 포함한다. 원료의 열분해 가열은 불포화 화합물들(즉, 에틸렌, 프로필렌 등과 같은 올레핀)과 수소를 생성한다. 분해로(100)는 하나의 가열부(110)과 제1 및 제2 대류부(121 및 122)를 각각 포함한다. 제1 대류부(121)는 가열부(110)의 제1 횡측면(111)을 따라 연장되고, 제2 대류부(122)는 가열부(110)의 제2 횡측면(112)을 따라 연장된다. 가열부(110)는, 복수의 관식 코일들(130)이 평행을 이루는 열을 지어 배치되는 하나의 내부 복사 가열 챔버(114)를 포함한다. 가열부(110)는, 분해로의 세로 연장부(lengthwise extension)를 구획하는(define) 하나의 세로 축(a longitudinal axis)(X)과 상부 및 하부(110a 및 110b)를 각각 더 포함한다. 버너들(140)은 관식 코일들(130)의 열 사이에 그리고 또한 관식 코일들과 분해로 측벽들 사이에 열을 지어 위치되는 것이 바람직하다. 도 2 및 3에 나타낸 실시예에서, 버너들은 가열부의 하부(110b)에 위치되고, 제1 및 제2 대류부들(121 및 122)은 가열부의 상부에 양 횡측면(111 및 112)에 각각 연결된다. 즉, 가열 챔버(114)로부터 제1 및 제2 대류부(121 및 122)로의 연소 가스의 연통을 가능하게 하는 개구부(123 및 124)가 가 열부(110)의 상부(110a)에 있다. 버너들에 의한 연료의 연소로 발생되는 연소 가스는 가열부(110)내에서 상향으로 흐르고 그 다음에 대류부(121 및 122)를 통하여 흘러나간다. 그러나, 그와 다른 구조에서, 도 8에 개략적으로 나타내고 아래에 설명된 바와 같이, 버너들이 가열 챔버의 상부에 위치되고 대류부들은 가열부의 하부에 연결될 수 있다.
관식 코일들은 각 열마다 하나 또는 그 이상의 관식 코일들을 갖는 다중 평행을 이루는 열을 지어 배치된다. 각 열은 세로축(X)에 수직인 평면상에 있다.
예시로서 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 열분해될 탄화수소의 각 공급 흐름(feed stream)을 위한 두 개의 통로들(passes)을 제공하기 위해 각 열마다 관들(132)이 배치된다. 더욱 상세하게는, 하나의 열의 복수의 관들(132)이, 그보다 더 큰 내경을 갖는 수직 관(134)에 연결된 하나의 수평 분기관(133)에 연결된다. 관(132)의 상단부는 그것에 탄화수소 원료(또는 다른 유기 원료)를 제공하기 위한 입구 분기관(131)에 연결되고, 관(134)의 상부는 열분해 방출물을 수용하고, 이를 열분해 반응이 추가적으로 발생하는 것을 방지하기에 충분할만큼 낮은 온도로 냉각하기 위한 하나의 이송 라인 교환기(transfer line exchanger)(135)에 연결된다. 따라서, 도시된 바와 같이, 열분해될 원료는 관(132)의 상부로 유입되고 관(132)을 하향 관통해 분기관(133)을 거쳐 관(134)을 상향 관통하여 이송 라인 교환기(135)로 유입된다. 열분해될 원료는 분기관(131)을 통해 관(132)으로 유입됨으로써 대류부(121 및 122)에 위치된 대류관(136)에서 예열될 수 있다.
따라서, 예를 들어 단일 열(single row)의 수직 관들은 각 세트가 하나의 관 식 코일을 형성하는 두 세트의 관들로 나뉠 수 있다. 각 관식 코일은 하나의 제1 통로를 제공하는 복수의 관(132)을 포함하며, 각 관(132)들은 제2 통로를 제공하는 분기관(133)을 통해 단일 수직 관(134)에 연결된다.
이중 통로 관식 코일(two pass coil)이 예시의 목적으로 설명되었으나, 상기 코일 배치는 단일 통로로부터 원하는 대로, 2, 3, 4, 또는 그 이상의 다중 통로 배치에 이르도록 임의의 수의 통로를 포함할 수 있다.
두 개의 대류부를 사용하는 것은 연소 가스 재순환의 가능성을 감소시키고, 사각지대의 감소로 연소 가스가 더 균일한 흐름으로 가열부를 통과하게 한다. 하나 대신 두 개의 대류부를 구비함에 의해 버너에서 대류부까지의 최장 거리는 반으로 줄어든다. 게다가, 각 대류부에 들어가는 연소 가스의 부피도 반으로 줄어든다. 이러한 두 효과의 결합은 복사 챔버 내측에 우선적 연소 가스 흐름 통로(preferential flue gas flow paths)를 만드는 성향을 크게 감소시킨다.
추가적인 이점은 대류부 자체가 그 높이와 폭을 상당히 줄일 수 있다는 것이다. 본 명세서에 기재된 관식 코일 배치의 사용은, 분해로 용량을 증가시키나 대류관 길이는 감소시킨다. 하나의 대류부가 사용될 경우, 충분한 냉각 용적을 유지하기 위하여, 대류부는 높이와 폭 모두 증대되어야만 할 것이다. 이러한 두가지 모두 매우 비용이 많이 든다. 폭을 증대시키는 것은 더 길고 더 두터운 관 지지구(tube supports)를 의미한다. 그러나, 하나가 아닌 두 개의 대류부를 사용하면, 각 대류부가 하나의 대류부를 갖는 경우에 비해 더 작은 높이와 폭을 가지면서 두 개의 더 작은 대류부가 결합된 경우와 동일한 냉각 용량을 갖는다.
도 4, 5, 및 6을 참조하면, 분해로(200)는 하나의 가열부(210)와 상기 가열부(210)의 횡측면(211)을 따라 연장되는 적어도 하나의 대류부(220)를 포함한다. 가열부(210)는 복수의 관식 코일(230)이 평행 열로 배치된 하나의 내부 복사 가열 챔버(214)를 포함한다. 가열부(210)는, 분해로의 세로 연장부(lengthwise extension)를 구획하는(define) 하나의 세로 축(a longitudinal axis)(X)과 상부 및 하부(210a 및 210b)를 각각 더 포함하여 구성된다. 버너들(240)은 관식 코일(130)의 열들 사이에 그리고 또한 관식 코일과 분해로 측벽 사이에 열을 지어 배치되는 것이 바람직하다. 도 4 내지 7에 나타낸 실시예(200)에 있어서, 버너들은 가열부의 하부(210b)에 위치된다. 대류부(220)는 가열부의 상부(210a)에서 횡측면(211)에 연결된다. 즉, 가열 챔버(214)로부터 대류부(220)로 연소 가스의 연통을 가능하게 하는 개구부(223)들은 가열부(210)의 상부(210a)에 있다. 버너들로 연료를 연소시켜 발생된 연소 가스는 가열부(210)내에서 상향으로 흐르고, 그 다음에 대류부(220)를 관통하여 흘러나간다. 그러나, 도 8 내지 10에 개략적으로 나타낸 다른 구조에서, 버너들은 가열 챔버의 상부에 위치될 수 있고 대류부는 아래에서 설명하는 바와 같이 가열부의 하부에 연결될 수 있다.
관식 코일들은 각 열에 하나 또는 그 이상의 코일들을 구비한 다중 평행 열로 배치된다. 각 열은 세로축(X)에 수직인 평면상에 있다.
예시의 목적으로 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 열의 관들(232)이 열분해될 탄화수소의 각 공급 흐름을 위한 두 개의 통로들을 제공하기 위하여 배치된다. 더욱 상세하게는, 하나의 열에 있는 복수의 관들(232)이 그보다 더 큰 내경을 갖는 수직 관(234)에 연결된 하나의 수평 분기관(233)에 연결된다. 관(232)의 상단부는, 그 탄화수소 원료를 제공하기 위한 인입 분기관(231)에 연결되고, 관(234)의 상부는 열분해 방출물을 수용하고 이를 추가적인 열분해 반응이 발생하는 것을 방지하기에 충분할 만큼 낮은 온도로 냉각하기 위한 이송 라인 교환기(235)에 연결된다. 따라서, 도면에 나타낸 바와 같이, 열분해될 탄화수소는 관(232)의 상부로 유입되고, 분기관(233)으로 관(232)을 하향 관통한 다음 관(234)을 상향 관통하여 이송 라인 교환기(235)에 유입된다. 도 3에 설명된 전술한 실시예(100)와 유사한 방식으로, 열분해될 원료는 대류부(220)의 대류관에서 예열될 수 있는데, 그것은 인입 분기관(231)을 통해 관(232)으로 유입되어 이루어진다.
따라서, 예를 들어 수직 관들의 단일 열은 각 세트가 하나의 관식 코일을 형성하는 두 세트의 관들로 나뉠 수 있다. 각 관식 코일은 하나의 제1 통로를 제공하는 복수의 관(232)들로 구성되며, 각 관(232)들은 제2 통로(pass)를 제공하는 분기관(233)을 통해 단일관(234)으로 연결된다.
상술한 바와 같이, 단일 통로 또는 다중 통로 구조를 포함하는 어떠한 관식 코일 구조도 본 발명의 범위내에 있음을 알 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 분해로는 복사 가열 챔버(214)로부터 대류부(220)로의 연소 가스의 연통을 위한 복수의 배열된 통로들(250)을 포함한다. 상기 통로들(250)은 복사 가열 챔버(214)내에서의 재순환을 억제하면서 연소 가스의 균일한 흐름을 용이하게 한다. 상기 통로들(250)은 서로 평행하고, 연소 가스를 대류부(220)내로 측방향으로 보내기 위해 측면을 향한다. 실시예 (200)에서, 통로들 (250)은 가열부(210)의 상부(210a)에 위치된다. 관식 코일(30)은 각각의 통로(250)를 통하여 배치된다. 각 통로는 적어도 이를 부분적으로 구획하고 둘러싸는 하나의 하우징(housing)(251)을 가진다. 각 통로(250)는 유출 개구부(223)에 의해 대류부(220)와 일 단부에서 연통된다. 통로(250)의 하부는 상대적으로 폭이 넓은 하나의 광폭부(253a)와 상대적으로 폭이 좁은 하나의 협폭부(253b)를 포함하는 하나의 인입 개구부(253)를 가진다. 협폭부(253b)는 통로의 저면부(252)를 형성하는 플레이트(252a 및 252b) 사이의 틈에 의해 구획된다.
도 7을 참조하면, 인입 개구부의 상대적으로 폭이 넓은 광폭부(253a)는 치수(dimension)(L1, D1)에 의해 구획된다. 인입 개구부의 상대적으로 폭이 좁은 협폭부(253b)는 치수(L2, D2)에 의해 구획된다. 광폭부(253a)와 협폭부(253b)의 상대적인 크기는, 복사 가열 챔버(214)내에 원하는 형태의 연소 가스 흐름을 만들기 위해 선택될 수 있다. 예시로서 Ll/L2 비율은 0.8 내지 1.2, 바람직하게는 0.9 내지 1.1의 범위일 수 있으며, Dl/D2 비율은 1.1 내지 10, 바람직하게는 1.5 내지 4, 더 바람직하게는 2 내지 3의 범위로 적절한 치수가 선택될 수 있으나, 이 비율을 벗어나는 치수도 또한 선택될 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, D1이 D2보다 더 크며, 그에 따라 더 많은 가스 흐름을 D1을 통해 흐르게 하기 쉽다. 인입 개구부(253)의 상대적으로 폭이 넓은 광폭부(253a)가 협폭부(253b)보다 유출 개구부(223)로부터 더 멀리 위치되기 때문에, 연소 가스의 흐름은 대류부로부터 더 멀리 벗어난 가열 챔버의 코너쪽으로 편향된다. 대류부에서 가장 멀리 있는 버너로부터의 연소 가스 의 총 압력 손실이 대류부에 가장 가까운 버너로부터의 연소 가스의 총 압력 손실과 동일하도록 터널과 인입 개구부의 치수가 선택된다. 단일 대류 시스템에 있어서, 터널 개구부는 대류부와 마주보는 단부에서 폭이 더 넓다. 이중 대류 시스템에 있어서, 터널 개구부는 분해로의 중간부에서 폭이 더 넓다. 이것은 연소 가스가 대류부까지 가장 짧은 경로를 취하는 것을 방지하고, 그렇지 않으면 발생될 수 있는 현상으로서의 연소 가스가 복사부내에서 재순환하는 사각지대를 제거한다. 따라서, 가열부(210)를 통하는 연소 가스의 전체 흐름이 더 균일하게 되어, 국지적인 열점(hot spots) 또는 냉점(cool spots)을 부수적으로 감소시킨다.
실시예(200)가 하나의 대류부(220)를 가진 것으로 설명되었으나, 그와 다르게 분해로(200)가 대류부(220)의 측면과 마주보는 가열부(210)의 측면을 따라 연장되는 제2 대류부를 포함할 수 있음도 쉽게 알 수 있다.
예시로서의 도 8, 9 및 10을 참조하면, 유기 원료의 열분해를 위한 분해로(300)가 나타나 있다. 분해로(300)는 하나의 가열부(310)와 제1 및 제2 대류부(321 및 322)를 각각 포함한다. 제1 대류부(321)는 가열부(310)의 제1 횡측면(321)을 따라서 연장되고, 제2 대류부(311)는 가열부(310)의 제2 횡측면(312)을 따라서 연장된다. 가열부(330)는 복수의 관식 코일들(330)이 평행 열로 배치되는 하나의 내부 복사 가열 챔버(314)를 포함한다. 가열부(310)는, 상기 분해로의 세로 연장부(lengthwise extension)를 구획하는(define) 하나의 세로 축(a longitudinal axis)(X)과 상부 및 하부(310a 및 310b)를 각각 더 포함한다. 버너들(340)은 열을 지어 배치되고, 관식 코일들(330)의 열 사이에 위치된다. 분해로(300)내의 버너들 은 가열부의 상부(310a)에 위치되고 제1 및 제2 대류부(321 및 322)는 가열부의 하부(310b)의 양 횡측면(311 및 312)에 각각 연결된다. 즉, 통로(350)로부터 제1 및 제2 대류부(321 및 322)로 연소 가스가 통하게 하는 개구부들(323 및 324)은 가열부(310)의 하부(310b)에 있다. 버너들에 의한 연료의 연소로 발생되는 연소 가스는 가열부(310)내에서 하향으로 흐르고, 그 다음에 가열부(310)의 하부의 통로(350)를 관통한 다음 개구부(323 및 324)를 통하여 대류부(321 및 322)로 각각 흘러나간다.
관식 코일(330)은 각 열마다 하나 또는 그 이상의 코일을 갖는 다중 평행 열로 배치된다. 각 열은 세로축(X)에 수직인 평면상에 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 각 열내의 관들(332)은 열분해될 탄화수소의 각 원료 흐름을 위한 두 개의 통로(passes)를 제공하도록 배치된다. 더욱 상세하게는, 하나의 열에 있는 복수의 관들(332)은 관(332) 보다 더 큰 내경을 갖는 수직 관(334)에 연결된 수직 분기관(333)에 연결된다. 관들(332)의 상단부는, 탄화수소 원료(또는 다른 유기 원료)를 관(332)에 제공하기 위한 인입 분기관(331)에 연결되고, 관(334)의 상부는 열분해 방출물을 수용하고 이를 추가적인 열분해 반응이 발생하는 것을 방지하기에 충분할 만큼 낮은 급냉 온도로 냉각하기 위한 이송 라인 교환기(335)에 연결된다. 따라서, 도면에 나타낸 바와 같이, 열분해될 탄화수소는 관(332)의 상부로 유입되어 관(332)를 통해 분기관(333)으로 하향 관통하고 그 다음에 이송 라인 교환기(335)로의 유입을 위한 관(324)을 상향 관통한다. 도 3에 도시된 전술된 실시예(100)와 유사한 방식으로, 열분해될 원료가 대류부(321 및 322)에 위치된 대류관에서 예열될 수 있으며, 분기관(331)을 통해 관(332)으로 유입되 어 예열된다.
따라서, 예를 들어 수직 관들의 단일 열은 각 세트가 하나의 관식 코일을 형성하는 두 세트의 관들로 나뉠 수 있다. 각 관식 코일은 하나의 제1 통로를 제공하는 복수의 관들(332)로 구성되며, 각 관(332)은 제2 통로를 제공하는 분기관(133)을 통해 단일 관(334)에 연결된다.
상술한 바와 같이, 단일 통로 또는 다중 통로 구조를 포함하는 어떠한 관식 코일 구조도 본 발명의 범위내에 있음은 자명하다.
바람직한 실시예에 있어서, 분해로(300)는 복사 가열 챔버(314)로부터 대류부(321 및 322)로 연소 가스를 연통시키기 위한 복수의 통로(350)를 포함한다. 상기 통로(350)는 관식 코일(330)내에 균일하고 일관된 열분해를 제공하기 위하여 복사 챔버내에서 연소 가스의 균일한 흐름을 용이하게 한다. 통로들(350)은 서로 평행하며, 연소 가스의 대류부(321 및 322)로의 횡적 흐름이 이루어지도록 측면을 향한다. 실시예(300)에서 통로들은 가열부(310)의 하부(310b)에 위치된다. 통로들(350)은 골(troughs)(360)에 의해 분리되고 이격된다. 코일(330)의 하부는 골을 통해 배치되고 브라켓, 버팀목(struts) 또는 당업자들에게 잘 알려진 기타 적절한 지지 수단에 의해 정위치에 고정될 수 있다. 각 통로(350)는 이를 적어도 부분적으로 구획하고 둘러싸는 하나의 하우징(351)을 가진다. 상기 통로들은 각 단부에서 각각 개구부(323 및 324)에 의해 대류부들(321 및 322)의 각 하나와 연통된다. 도 8 내지 10에 나타낸 실시예에 두 개의 대류부가 포함되기는 하나, 분해로(300)가 선택적으로 단 하나의 대류부로 구성될 수 있음은 자명하다.
통로(350)의 하우징(351)은 측벽(352)을 포함한다. 각 측벽은 연소 가스를 복사 챔버(314)로부터 통로로 통과시키기 위하여 하나 또는 그 이상의 개구부(355)를 포함한다. 개구부(355)는 여하한 형상이나 크기로 할 수 있다. 도 9에서 알 수 있듯이, 바람직한 개구부(355)는 하나의 길이가 긴 구멍(elongated slot)을 포함하여 구성된다. 상기 구멍은 임의의 적절한 크기일 수 있으며, 선택적으로 그 전체 길이를 따라 동일한 크기일 수 있거나 어떤 위치에서 다른 위치보다 더 폭이 넓을 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 구멍(355)은 폭(D3)을 갖는 하나의 상대적으로 폭이 좁은 협폭부(355a)와 폭(D4)을 갖는 하나의 상대적으로 폭이 더 넓은 광폭부(355b)를 포함한다. 협폭부(355a)와 광폭부(355b)의 상대적인 치수는 가열 챔버(314)내에서 바람직한 형태의 연소 가스 흐름을 생성하기 위하여 선택될 수 있다. 적절한 크기가 예시로서 D4/D3 비율이 1.1 내지 10의 범위, 바람직하게는 1.5 내지 4, 더욱 바람직하게는 2 내지 3으로 선택될 수 있으나 이러한 비율을 벗어나는 치수가 선택될 수도 있다.
D4가 D3 보다 더 크고, 그에 따라 더 많은 가스 흐름을 D1을 통해 흐르게 하기 쉽다. 더 폭이 좁은 협폭부(355a)는 대류부로 가는 개구부(323 또는 324)에 더 근접하는 것이 바람직하다. 분해로(300)와 같이 두 개의 대류부를 갖는 실시예에서, 개구부(323 및 324)에 더욱 근접한 두개의 협폭부(355a) 사이에 위치하고, 가열 챔버(314)의 중간부에 더욱 근접한 폭이 넓은 대폭부(355b)를 갖는 단일 구멍(355)은, 통로의 각 측벽을 따라 연장될 수 있다. 대류부에서 가장 먼 버너로부터의 연소 가스의 총 압력 손실이 대류부와 가장 가까운 버너로부터의 연소 가스의 총 압력 손실과 동일하도록 터널 및 인입 개구부의 치수가 선택된다. 단일 대류 시스템에 있어서, 터널 개구부는 대류부와 마주보는 단부에서 더 폭이 넓다. 이중 대류 시스템에 있어서, 터널 개구부는 분해로의 중간부에서 더 폭이 넓다. 이것은 연소 가스가 대류부까지 가장 짧은 경로를 취하는 것을 방지하고, 그렇지 않으면 발생될 수 있는 현상으로서의 연소 가스가 복사부내에서 재순환하는 사각지대를 제거한다. 또한, 연소 가스는 통로(350)를 분리하는 골(360)에 위치된 코일들의 하부를 지나 유입되어 가열 효율을 증대시킨다.
상기 설명이 여러 가지 특정예들(specifics)을 포함하나, 이러한 특정예들이 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 단지 그 바람직한 실시예들의 예시일 뿐이다. 당업자들은 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위와 정신내에서 여러 가지 다른 가능성들을 예상할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. a) 하나의 가열 챔버, 상기 가열 챔버내에 위치된 복수의 관식 코일 그리고 복수의 버너들을 포함하며, 하나의 상부, 하나의 하부, 하나의 세로축 그리고 마주보는 제1 및 제2 횡측면을 가지는 하나의 가열부와;
    b) 각각 상기 가열부에 연결되고 연소 가스의 통과를 허용하기 위해 상기 가열부와 연통되는 개구부(opening)를 가지며, 상기 가열부의 제1 횡측면, 제2 횡측면을 따라 각각 세로로(lengthwise) 연장되는 제1 및 제2 대류부를 포함하여 구성되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대류부의 개구부가 상기 가열부의 상부와 연통되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 대류부의 개구부가 상기 가열부의 하부와 연통되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 관식 코일이 상기 가열부의 세로축에 수직인 평면상에 있고 평행을 이루는 열을 지어 배치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  5. a) 하나의 가열 챔버와; 상기 가열 챔버내에 위치된 복수의 관식 코일과; 복 수의 버너와; 그리고 연소 가스가 분해로 가열부에서 대류부로 통하도록 하기 위한 것으로서 연소 가스의 유입을 허용하기 위한 하나의 입구(entrance opening) 및 연소 가스를 대류부로 통과시키기 위한 하나의 출구(exit opening)를 각각 가지는, 복수의 통로를 포함하는 하나의 가열부와;
    b) 상기 가열부에 연결된 적어도 하나의 대류부를 포함하여 구성되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열부가 하나의 상부와, 하나의 하부와, 하나의 세로축과, 그리고 마주하는 제1 및 제2 횡측면을 포함하는, 유기 원료 열분해 가열로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 대류부가 상기 가열부의 마주하는 제1 및 제2 횡측면들 중의 어느 하나를 따라 세로로(lengthwise) 연장되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 관식 코일이 상기 가열부의 세로축과 수직인 평면상에 있고 평행 열을 이루는 열을 지어 배치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  9. 제6항에 있어서, 상기 통로가 서로 평행하게 방향을 갖추고, 상기 가열부에 대해 측면으로 연장되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  10. 제5항에 있어서, 상기 통로의 입구가 상대적으로 폭이 넓은 하나의 광폭부와 상대적으로 폭이 좁은 하나의 협폭부를 가지는, 유기 원료 열분해 가열로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 통로의 입구의 협폭부가, 상기 통로의 입구의 광폭부와 통로의 출구 사이에 있는, 유기 원료 열분해 가열로.
  12. 제6항에 있어서, 상기 통로가 상기 가열부의 상부에 위치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  13. 제6항에 있어서, 상기 통로가 상기 가열부의 하부에 위치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  14. 제7항에 있어서, 상기 제1 대류부의 맞은 편에서 상기 가열부의 제1 및 제2 횡측면들 중의 다른 하나를 따라 세로로(lengthwise) 연장되는 제2 대류부를 하나 더 포함하여 구성되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  15. 제6항에 있어서, 적어도 몇 개의 버너들이 상기 가열부의 상부에 위치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  16. 제15항에 있어서, 상기 통로가 상기 가열부의 하부에 위치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 대류부의 맞은 편에서 상기 가열부의 제1 및 제2 횡측면들 중의 다른 하나를 따라 세로로(lengthwise) 연장되는 제2 대류부를 하나 더 포함하여 구성되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  18. 제6항에 있어서, 적어도 몇 개의 버너들이 상기 가열부의 하부에 위치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  19. 제18항에 있어서, 상기 통로가 상기 가열부의 하부에 위치되는, 유기 원료 열분해 가열로.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 대류부의 맞은 편에서 상기 가열부의 제1 및 제2 횡측면들 중의 다른 하나를 따라 세로로(lengthwise) 연장되는 제2 대류부를 하나 더 포함하여 구성되는, 유기 원료 열분해 가열로.
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