KR20230098658A

KR20230098658A - 올레핀 생산을 위한 크래킹 히터의 다중열 복사 코일 배열

Info

Publication number: KR20230098658A
Application number: KR1020237019104A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 제이. 스탠리; 칸다사미 미낙시 수다람; 바오중 자오
Original assignee: 루머스 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-07-04
Also published as: WO2022108936A1; CN116472110A; EP4247918A1; TW202315929A; US20220154084A1; CA3199413A1

Abstract

복사 섹션과 대류 섹션을 갖는 연소 히터를 포함하는 탄화수소 크래킹 시스템. 복사 코일은 히터의 복사 섹션 내에 배치되고, 복사 코일은 3 내지 7 열들의 튜브들을 포함하고, 3 내지 7 열들의 튜브들은 히터의 복사 섹션 내에 대칭 또는 유사 대칭으로 집합적으로 배치된다. 시스템은 3 내지 7 열들의 튜브들 각각의 출구 튜브에 유동적으로 연결된 이송 라인 교환기를 더 포함한다.

Description

올레핀 생산을 위한 크래킹 히터의 다중열 복사 코일 배열

본 발명의 실시예들은 일반적으로 탄화수소 크래킹(cracking)에 사용하기 위한 히터(heater)들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 실시예들은 복사 코일(radiant coil)들의 크래킹 히터 설계 및 배열에 관한 것이다.

에틸렌(ethylene) 생산을 위한 대부분의 크래킹 히터들은 복사 코일들을 일렬(single row)로 인라인(in-line) 배열로 배치한다. 경우들에 따라 2 열(row)들이 오프셋(offset) 배열 또는 지그재그(staggered) 배열로 배열된다.

복사 코일의 한 예가 도 14에 나와 있다. 공급물(feed)은 벤튜리(venturis)(2)를 통해 다수의 입구 튜브(inlet tube)(10)들(도 14의 코일에 대해 도시된 바와 같이 8 개)으로 분배(distribute)된다. 공급물은 히터의 복사 영역을 통과하고 매니폴드(4)로 결합된 다음 더 큰 직경의 출구 튜브(outlet tube)(12)들을 통해 이송 라인 교환기(transfer line exchanger)(TLE)(14)로 공급된다. 예시된 바와 같이, 각각 2 개의 출구 튜브(10)들(TLE(14)의 좌측 및 우측)이 있고 따라서 이 구성을 위한 총 4 개의 출구(outlet)들이 있다. 도 14에는 TLE(14)의 일 측만 나와 있다.

Lummus Technology LLC는 SRT-1(일반적으로 8 패스 구불구불한(serpentine) 코일: 1-1-1-1-1-1-1-1로 표시됨)부터 SRT VII (일반적으로 32 개의 입구 튜브들 및 4 개의 출구 튜브들)까지 다양한 단기 잔류 시간(SRT) 코일들을 제공한다; SRT II-VI는 설계가 다르다. 2 개의 출구 튜브들은 하나의 WYE 조각으로 결합되어 TLE에 연결되거나 4 개의 출구 튜브들이 TLE에 직접 연결된다. 현재 최대 4 개의 출구 튜브들만 TLE에 연결되어 있다.

마찬가지로, US7964091은 1-1 및 2-1 코일들에 대한 3중(triple) 열 배열을 설명한다. 또한 6 패스 코일에 대한 유사한 구성이 설명되어 있다.

본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들은 복사 섹션(radiant section) 및 대류 섹션(convective section)을 갖는 연소 히터(fired heater)를 포함하는 탄화수소 크래킹 시스템에 관한 것이다. 복사 코일은 히터의 상기 복사 섹션 내에 배치되고, 복사 코일은 3 내지 7 열들의 튜브들을 포함하고, 3 내지 7열들의 튜브들은 히터의 복사 섹션 내에 대칭 또는 유사 대칭으로 집합적으로 배치된다. 이 시스템은 3 내지 7 열들의 튜브들 각각의 출구 튜브에 유동적으로 연결된 이송 라인 교환기를 더 포함한다.

본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들은 복사 섹션 및 대류 섹션을 갖는 연소 히터를 포함하는 탄화수소 크래킹 시스템에 관한 것이다. 복사 코일은 히터의 복사 섹션 내에 배치되고, 복사 코일은 3 내지 7 열들의 튜브들을 가지며, 여기서 각 열은 히터의 복사 섹션 내에서 집합적으로 대칭 또는 유사 대칭으로 배치된다. 이 시스템은 3 내지 7 열들의 튜브들 각각의 출구 튜브에 유동적으로 연결된 이송 라인 교환기를 더 포함한다.

본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들은 탄화수소 크래킹 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 복사 섹션 및 대류 섹션을 갖는 연소 히터의 복사 섹션에서 하나 이상의 열들의 튜브들에서 탄화수소 공급 원료(feedstock)를 가열하는 단계를 포함한다. 튜브들의 각 열은 2 개의 다중-패스 튜브들을 포함하며, 3 내지 7 열들의 튜브들의 다중-패스 튜브들은 상기 히터의 상기 복사 섹션 내에 집합적으로 대칭 또는 유사 대칭으로 배치된다. 상기 방법은 또한 하나 이상의 열들의 튜브들 내에 상기 탄화수소 공급 원료 내에 하나 이상의 탄화수소를 크래킹하고, 하나 이상의 열들의 튜브들 각각 상에 있는 출구 튜브로부터 크래킹된 탄화수소 스트림을 회수(recover)하는 단계를 포함한다.

본 명세서에 개시된 다른 실시예들은 다음의 설명에 기초하여 당업자에 의해 이해될 것이다.

도면에서 적절한 경우 유사한 참조 번호는 유사한 부분에 해당한다.
도 1 및 도 1a는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해(pyrolysis) 히터에 유용한 복사 코일 배열을 예시한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따라 코일들을 이송 라인 교환기에 연결하기 위한 배열을 도시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 6은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 8은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 9는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 11은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 12는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 13a 및 13b는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 열분해 히터에 유용한 복사 코일 배열을 도시한다.
도 14는 종래 기술의 코일 구성을 도시한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 코일 구성은 x-y 배열, x-y-z 배열, x-y-z-w 배열, 또는 기타를 갖는 것으로 지칭될 수 있으며, 여기서 x는 입구 튜브들의 수를 나타내고 y는 다음 패스에서 튜브들의 수를 나타내고, 출구 패스(x-y) 또는 제2 패스 x-y-z이며, z는 출구 패스이다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, 배열은 4-1이며, 여기서 4 개의 입구 튜브(10)들은 하나의 출구 튜브(12)에 공급한다. 도 14의 코일 배열은 일 측당 2 열들의 튜브(10)들을 포함하고, 따라서 16-4(도시된 바와 같이 왼쪽으로부터 8-2 및 도시되지 않은 오른쪽으로부터 다른 8-2)로 지칭될 수 있다; 그러나 단순화를 위해 일반적으로 하위 그룹들을 참조하며 각 하위 그룹은 4-1이다. 다른 다중-패스 배열들의 경우, 각 패스의 튜브들의 수가 정의되며, 여기서 1-1-1-1-1-1-1-1은 8 패스 구불구불한 코일이고, 4-2-1 코일에는 4 개의 입구 튜브들이, Y 커넥터들을 통해 2 튜브 제2 패스에 연결된 다음, 단일 출구 튜브에 연결되는 등의 방식으로, 2 개의 튜브들에 연결된다. 각 출구 튜브에 대해 'm' 입구 튜브들이 있는 'n' 2 패스 코일의 일반적인 정의로, 단일 코일은 하나의 코일에 대해 "m*2n - 2n" 배열을 갖게 되고, 여기서 n은 열들의 수를 나타낸다(n = 1, 2, 3, 본 명세서에서 열들이라고도 함). 단순화를 위해, 도 14는 단면선 'X-X'를 보여준다. 도 1 및 4 내지 12는 이러한 단면의 코일 배열들을 보여준다. 그러나 도 14는 4-1 코일 배열을 나타내는 반면 다른 도면들은 더 많거나 적은 입구 및 출구 튜브들과 다른 배열들을 보여준다. 도 14의 종래 기술 코일은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 코일의 그래픽 예시를 더 잘 이해할 목적으로 예시된다.

크래킹 히터들은 일정량의 에틸렌을 생산하도록 설계되었다. 선택성, 즉 사료의 단위 중량당 전환되는 에틸렌의 양은 산업에서 경제성을 확보하는 데 중요하다. 따라서 단일 히터에 여러 개의 코일들이 사용되지만 각 코일은 코일의 벤딩(bending)을 방지하기 위해 선형에 가까운 방식으로 배열될 수 있다. 각각의 출구 튜브에 대해 복수의 입구 튜브들을 가짐으로써, 유체가 빠르게 가열될 수 있고 따라서 단기 잔류 시간(거의 모두 출구 튜브에서)에서 높은 온도에서 크래킹(cracking)이 발생할 수 있다. 이는 높은 선택성을 생성할 수 있다. 동시에, 출구 튜브들은 표면 대 부피 비율이 낮다. 열분해 반응의 부산물인 코크스(coke)는 고체이며 수율은 열 전달 표면 및 기타 운송 매개변수에 따라 크게 달라진다. 따라서 코크스 증착 속도는 분할 코일(split coil) 배열로 감소될 수 있다. 기존 튜브는 모든 패스들에서 상대적으로 작은 직경의 튜브를 사용할 수 있으므로 본 명세서에 설명된 대로 하나의 분할 코일과 동등한 에틸렌 용량을 얻기 위해 많은 복사 코일(8 개 이상의 코일들, 때로는 36 개까지)을 결합해야 할 수 있다.

따라서, 본 명세서의 하나 이상의 실시예들은 크래킹 히터 설계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 실시예들은 크래킹 히터 내에서 그리고 이송 라인 교환기에 대한 코일들의 배열에 관한 것이다. 본 명세서의 실시예들에 따라 코일들을 배열함으로써, 주어진 에틸렌 용량에 대한 히터 비용을 줄이는 것이 가능할 수 있고, 작업을 단순화하거나, 코크스 형성을 감소시키거나, 또는 둘 다 할 수 있다.

본원의 실시예들에 따른 크래킹 히터들은 2 개 이상의 열들의 코일들을 갖는 다중열(multirow) 배열을 갖는 복사 코일을 포함할 수 있다. 본원의 실시예들에 따른 크래킹 히터들은 복수의 복사 코일들을 포함할 수 있다. 코일들은 에탄, 프로판, 부탄과 같은 탄화수소 및 나프타 또는 기타 무거운 탄화수소를 포함하는 더 무거운 탄화수소 및 혼합물을 크래킹하는 데 사용될 수 있다. 크래킹은 특히 에틸렌, 프로필렌 및 부텐과 같은 올레핀(olefin)을 포함하는 더 가벼운 탄화수소 분자들의 형성을 초래할 수 있다. 복사 코일들에서 크래킹 반응 후, 반응 유출물(effluent)은 예를 들어 증기를 생성하는 이송 라인 교환기(TLE)에서 신속하게 ??칭(quench)된다. 경우에 따라 유출물(effluent)은 직접 ??칭이라고 하는 물이나 기름으로 ??칭될 수 있다. 그러나 직접 ??칭은 비효율적일 수 있으며 초고온 증기 생산을 통한 간접 ??칭은 반응을 동결하거나 정지시키는 가장 경제적으로 매력적인 방법이다.

많은 복사 코일 설계에서 코일은 이송 라인 교환기(TLE)에 개별적으로 연결될 수 없다. 이는 엄청나게 비싸고 많은 공간이 필요하기 때문이다. 따라서, 본 명세서의 하나 이상의 실시예들에서, 많은 복사 코일들이 그룹화되어 단일 TLE에 연결된다. 다중-패스 코일들의 경우 이를 위해서는 모든 출구 튜브들을 근접하게 가져와야 한다.

그러나 출구 튜브들을 근접하게 가져오면 다중-패스 코일들을 배열하는 데 문제가 발생한다. 특정 배열들의 경우, 코일과 버너의 상대적 배치로 인해 그림자 효과 또는 대류 및 복사 총 열 교환의 감소가 상당할 수 있으며 복사 코일 실행(run) 길이가 크게 감소할 수 있다.

본 실시예들은 복수의 출구 튜브들을 단일 TLE에 연결할 수 있는 동시에 더 짧은 실행 길이를 갖는 복수의 열들로 복사 코일들을 배열하는 것을 제공한다. 따라서 하나 이상의 실시예들는 히터 용량을 증가시키고, TLE의 수를 감소시키고, 대류 섹션 설계를 단순화할 수 있다.

본 명세서의 실시예들에 따른 코일들은 다수의 입구 및 출구 튜브들을 가질 수 있다. 코일들은 또한 2 개 내지 12 개의 패스들과 같이 다중 패스들을 가질 수 있다. 본 명세서의 실시예들은 예를 들어 4-1 내지 16-1 배열의 다중 코일들을 갖는 배열들에 관한 것일 수 있다. 본 명세서의 실시예들은 또한 더 적거나 더 많은 코일들 및 더 적거나 더 많은 패스들을 포함하도록 이들 구성들 외부로 확장될 수 있다. 여기에서의 실시예들은 또한 2-패스 코일들, 다중-패스 코일들, 4-패스 코일, 6-패스 코일, 또는 구불구불한 코일(8 내지 14 패스들일 수 있음)에 유용할 수 있다. 구성에 관계없이, 여기의 실시예들은 많은 코일들을 단일 TLE에 연결할 수 있다. 따라서 본 명세서의 실시예들은 6 개, 8 개, 10 개 또는 12 개 출구 튜브들과 같이 4 개보다 많은 출구 튜브들을 갖는 시스템의 배치 및 효율적인 ??칭을 제공할 수 있다.

본 명세서의 실시예들에 따라 하나의 TLE에 많은 코일이 연결됨에 따라 코일당 에틸렌 용량이 증가될 수 있다. 대류 섹션 패스들 및 복사 코일들의 수에 따라 대류 튜브들의 수 또한 그에 따라 감소하며 제어 밸브들, 제어 루프들, 복사 섹션 버너들의 수도 감소 할 수 있다. 이는 더 많은 수의 더 작은 용량의 히터들 대신에 대용량 히터들이 사용될 수 있게 한다. 현재 대류 구간 통과의 한계로 인해 에틸렌 용량은 히터당 약 200-300 KTA(연간 천 톤)이다. 본 명세서의 실시예들에 따른 배열로, 동일한 수의 대류 통과에 대해 용량이 50 % 증가될 수 있다(즉, 히터당 300-450 KTA 가능).

본 명세서의 실시예들에 따른 코일 및 튜브 배열들은 다중 열들을 가질 수 있다. 배열의 중심을 기준으로 양쪽에 원하는 만큼의 열들을 배치할 수 있으며 중심선에도 배치할 수 있다. 예를 들어, 단순화를 위해 3 열들 A, B, C와 관련하여 도 1에 설명되어 있다. 그러나 이는 A, B, C, D 4 열들을 나타내는 도 10과 A, B, C, D, E 5 열들을 나타내는 도 11 및 12와 같이 3 개 이상의 열들로 확장될 수 있다. 열들이 5 개인 경우 혜택은 열들이 3 개인 경우만큼 높지 않을 수 있다. 선형 TLE를 사용하는 경우 다중열들(3 개 이상)이 더 많은 이점을 가질 수 있다. 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예들에서, 임의의 3 내지 16 열들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 3 열들, 4 열들, 5 열들, 6 열들, 7 열들, 8 열들, 9 열들, 10 열들, 11 열들, 12 열들, 13 열들, 14 열들, 15 열들 또는 16 열들이 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 6-1 유형 코일을 갖는 전형적인 3 열 배열은 각각의 출구 튜브에 대해 6 개의 입구 튜브들을 갖는 2-패스 코일을 가질 수 있다. 일반적으로 입구 튜브 직경은 출구 튜브 직경보다 훨씬 작다. 예를 들어, 입구 튜브들은 대부분의 2 개 패스 코일에 대해 1.25 인치 내경(ID)에서 2.5 인치 ID일 수 있다. 다중-패스 코일의 경우 내경이 더 클 수 있다. 출구 튜브들의 경우 직경이 3 인치보다 클 수 있다. 튜브 간격 대 외경(OD) 비율은 1.4에서 2.0과 같이 1.2에서 3.0까지 다양할 수 있다. 예시적인 배열에서, 6-1의 6 열들(6 개의 입구 튜브들, 1 개의 출구 튜브, 6 열들의 튜브들)이 단일 TLE에 연결될 수 있다. 제1 6-1 코일은 중심선의 남쪽에 유지된다. 제2 6-1은 빛나는 셀의 중심선에 유지된다. 제3 6-1은 중심선 북쪽에 있다. 3 개의 출구들은 와이 피팅(wye fitting)의 한쪽 레그에 트라이폴드(trifold) 피팅으로 연결될 수 있다. TLE 중심선의 거울 이미지는 다른 3 개의 코일들이 된다. 따라서 TLE에 연결되는 단일 반전 Y 피팅에 연결된 2 개의 트라이폴드 피팅이 있을 수 있다. 이 6 개의 6-1 튜브들은 모두 단일 코일을 구성한다. 이 6 개의 코일들은 아래에서 더 자세히 설명하고 설명하는 것처럼 다른 방식으로 배열될 수 있다.

다중 열 실시예에 대한 많은 가능한 배열들이 도 14의 XX 단면과 유사한 단면을 따라 취해진 예시의 형태로 제공된다. 예를 들어 24-6 코일 또는 4-1 유형의 6 열들을 참조하면 각각의 원리는 비슷한다. 주어진 복사 셀에는 용량을 늘리기 위해 하나 이상의 24-6 코일이 있을 수 있다. 하나의 코일에 대해 설명된 모든 것은 모든 코일에 적용 가능한다.

이제 도 1을 참조하면, 코일 A는 중앙 열의 일 측에 있을 수 있다. 코일 B는 가운데 열에 있을 수 있다. 코일 C는 가운데 열의 제2 측에 있을 수 있다. 각 열의 4 개의 입구 튜브(10)들은 동일한 열의 각각의 출구 튜브(12)에 공급한다. 3 개의 출구 튜브(12)들은 트라이폴드 피팅(미도시)에 연결될 수 있다. Y-피팅을 사용하여 트라이폴드 피팅의 출구를 TLE(그림에 없음)에 연결할 수 있다. 도 1의 코일 배열의 거울 이미지가 사용될 수 있으며, 여기서 TLE의 다른 측은 도 1a에 표시된 것과 유사한 방식으로 코일 A', B' 및 C'를 연결한다.

이러한 방식으로, 6 개의 출구 튜브(12)들이 하나의 입구 노즐을 갖는 단일 종래의 TLE에 연결될 수 있다. TLE의 입구는 타원형 챔버일 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 6 개의 모든 출구 튜브(12)들은 타원형 챔버(20)에 연결될 수 있다. 도 3b는 단면 YY를 따른 타원형 챔버(20)를 도시한다. 트라이폴드 피팅 및 Y-피팅에 비해 도 3a 및 3b에 표시된 직접 연결은 낮은 단열 부피를 가질 수 있다. 이는 잔류 시간을 줄이고 올레핀 선택성을 증가시킬 수 있다. 타원형 챔버는 TLE 튜브들로의 흐름 분배를 향상시키고 잔류 시간을 최소화하기 위해 내부적으로 윤곽이 잡혀 있다. 트라이-피팅과 Y 피팅을 모두 제거하여 기존 원추형 입구에 비해 히터 비용을 절감할 수 있다.

다시 도 1a를 참조하면 4-1 유형 코일의 6 열들에 대한 많은 배열이 있다. 이러한 배열은 도 4 내지 12에 도시되어 있고 아래에서 더 설명된다. 이 개념은 3 열들 이상으로 확장될 수 있다. 4 열들의 경우 2 열들은 중심선의 일 측에 있고 2 열들은 중심선의 다른 측에 있다. 트라이폴드 피팅 대신 테트라폴드 피팅을 사용하여 출구 튜브(12)들을 TLE로 가져올 수 있다. 일부 실시예들에서, 일반적으로 tri-Y로 알려진 또 다른 Y 피팅에 연결된 2 개의 Y 피팅들이 사용될 수도 있다. 이러한 배열에서 하나의 TLE에 연결된 8 열들이 있는 4-1 유형 코일은 32-8 코일 유형과 동일한다. 예를 들어 4-1 유형의 5 열들이 있는 경우 하나의 TLE에 공급하는 40-10 유형과 동일한다. 이러한 모든 경우에 단일 TLE 입구에 연결된 Y피팅에 연결되는 여러 개의 트라이/테트라/펜타 폴드(fold) 피팅이 필요한 단일 입구가 있는 기존 TLE를 사용할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 2 개의 트라이-피팅(30)이 Y-피팅(32)에 연결된다. 왼쪽에 있는 3 개의 출구 튜브(12)는 트라이-피팅(30)에 연결된 다음 Y-피팅(32)의 한쪽 레그에 연결된다. 다른 3 개의 출구 튜브(12)들은 제2 트라이-피팅(30)에 연결되고 이어서 Y-피팅(32)의 다른 레그에 연결된다. Y-피팅의 출구는 원추형 입구(34)를 갖는 종래의 TLE에 연결될 수 있다.

그러나 일부 실시예들에서 모든 출구 코일(12)들은 TLE의 타원형 챔버에 직접 연결될 수 있으며, 이는 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 임의의 트라이/테트라/펜타 폴드 피팅 및 Y-피팅을 필요로 하지 않는다. 출구 튜브들이 많은 경우(>4), 2 개의 4-1 코일 또는 단일 4-1 코일이 있는 선형 교환기를 이중 파이프 교환기(선형 교환기라고도 함)에 연결할 수 있다.

도 1에서는 4-1형 코일을 기본 단위로 도시 및 설명하였지만, 본 명세서의 실시예는 1-1 타입, 2-1 타입, 3-1 타입, 5-1 타입 및 기타 최대 16-1 타입 코일을 포함한 다른 유형의 코일에 적용 가능하다. 본 명세서의 실시예들은 다른 분할 코일들에도 적용 가능하다. 예를 들어, 코일은 4-2-1-1 배열을 가질 수 있다(즉, 하나의 튜브에 연결된 2 개의 튜브들에 연결된 4 개의 입구 튜브들과, 출구 튜브에 대해 U 벤딩이 있음). 6 개의 그러한 4-2-1-1 코일들은 4-1 유형 코일에 대해 도 1과 관련하여 위에서 논의된 것과 유사하게 배열될 수 있다. 4-2-1-1 유형의 코일들을 사용하면 3 개 이상의 열들도 고려할 수 있다. 추가 예로서, 8 패스 코일에는 구불구불한 코일을 형성하기 위해 U 벤딩으로 연결된 8 개의 튜브들이 있다. 일부 실시예들에서, 직경은 구불구불한 코일의 전체 길이에 대해 일정할 수 있고, 다른 실시예들에서 직경은 구불구불한 코일을 가로질러 입구에서 출구까지 변할 수 있다.

코일들/열들의 다양한 배열들이 도 4 내지 12에 나와 있다. 이들 코일들은 2-패스 코일로 표시된다. 그러나 코일들은 또한 4 패스, 8 패스 및 임의의 수의 패스들을 갖는 다른 유형의 코일들일 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 4-1 유형의 6 개 코일들 중 절반만이 도시되어 있다. 이는 도 1a와 같이 24 개의 입구 튜브들과 6 개의 출구 튜브들이 각 측 상에 절반씩 배치된 24-6 배열을 의미한다. 4-1 코일은 3 열들 A, B, C로 배열될 수 있다. 4 개의 입구 튜브(10)는 단일 서브매니폴드(도 14에 도시된 바와 같은 매니폴드(4)와 같은)에 연결되고 나서 출구 튜브(12)에 연결된다. 복사 코일 길이는 예를 들어 10 ft/pass에서 50 ft/pass, 또는 입구에서 출구까지 2 패스 코일의 경우 20 ft에서 100 ft일 수 있다. 다중 패스 코일들의 경우 총 길이는 예를 들어 2 패스당 20 피트에서 100 피트로 최대 400 피트일 수 있다.

일렬의 모든 입구 튜브(10)는 하나의 하부 매니폴드에 연결될 수 있으며, 동일한 열에서 서로 인접할 수 있다. 모든 매니폴드들은 홈통(trough)에 배치될 수 있으며 이동은 홈통의 채널에 의해 안내될 수 있다. 버너들은 바닥이나 코일의 양 측들 또는 바닥과 코일의 양 측들 내에 둘 수 있다. 버너들은 대칭(도시됨) 또는 비대칭(미도시)으로 배열될 수 있다.

일부 실시예들에서, 그러한 코일은 종래의 원추형 입구 쉘 및 튜브 교환기에 연결될 수 있다. 다른 실시예들에서, 코일은 Y-피팅 없이 트라이-피팅 후에 TLE를 위한 타원형 입구에 연결될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 모든 6 개의 입구들은 임의의 트라이-피팅 및 Y-피팅 없이 타원형 입구와 직접 연결될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 출구 코일들은 선형 교환기 또는 이중 파이프 교환기에 연결될 수 있다. 이중 파이프 또는 선형 교환기들이 사용되는 실시예들에서, 출구들은 수집기 시스템 또는 일련의 트라이/테라/펜타 피팅(각각 3 열, 4열, 5열용)을 통해 결합한 다음 하나 이상의 Y-피팅에 결합될 수 있다. 이송 라인 교환기로부터, 그러한 결합된 출구는 초고압 증기를 포함하는 증기를 생성하기 위한 임의의 유형의 제2 교환기에서 추가로 냉각될 수 있다. 일부 실시예들에서, 증기 대신에 다른 공정 유체가 가열될 수 있다.

이러한 모든 옵션은 도면에 명시적으로 표시되지 않고 암시적으로 표시된다. 실시예와 관련하여 설명된 임의의 옵션들은 또한 본 명세서의 실시예들에 따른 모든 다른 유형의 배열에 대해 고려된다. 각각의 복사 코일 입구로의 흐름은 예를 들어 임계 흐름 벤튜리를 통해 분배될 수 있다. 공정 유체는 히터 및 하나의 코일의 복사 섹션 위의 대류 섹션에서 예열될 수 있거나 벤튜리를 통해 분배되기 전에 하나 이상의 코일이 크로스오버 매니폴드에 공급될 수 있다. 복사 코일의 모든 일반적인 기능은 간결함을 위해 여기에서 설명하지 않는다.

이제 도 4를 참조하면, 본 명세서의 실시예에 따라 코일을 배열하기 위한 다른 실시예들이 도시되어 있다. 이 배열은 이전에 설명한 매니폴드와 같이 모든 제1 패스 입구 튜브들을 출구 튜브들에 연결하는 유사한 하부 매니폴드를 가질 수 있다.

도 4에 도시된 배열에서, 모든 입구 튜브(본 실시예에서는 그룹당 4 개)들이 이격되어 있다. 외경에 대한 튜브 간격(TS/OD)은 튜브 직경에 대한 동일한 열의 튜브 공간 비율이다. 이 비율은 1.2에서 4.0 사이일 수 있다. 예를 들어 1.4에서 2.0 사이이다. 이 배열에서 TS/OD는 도 1에 표시된 것보다 높을 수 있다. 모든 입구 튜브들을 합치면(제1, 제2 또는 제3 열) TS/OD가 낮을 수 있으며 1보다 작을 수 있다. TS/OD 비율 값이 1보다 크면 어떤 튜브도 업스트림 또는 다운스트림에서 다른 튜브를 막지 않는다. TS/OD가 낮을 때 피크 대 평균 플럭스 비율이 높으므로 튜브 금속의 최대 온도가 높다. 이 효과를 최소화하기 위해 비율에 기반한 TS/OD를 최소 수준으로 유지하여 다운스트림 튜브를 막지 않고 코일의 전체 바닥 면적을 줄일 수 있다. 그러나 TS/OD가 낮으면 주어진 공간에 더 많은 튜브들을 넣을 수 있어 히터 비용을 줄일 수 있다. 1.4~1.8의 TS/OD 비율은 주어진 바닥 면적에 도 1에 표시된 것보다 더 많은 튜브를 허용할 수 있다. 튜브 수리 및 유지 관리를 위해 인접한 두 튜브들 사이에 최소 간격이 필요할 수 있다. 매니폴드 전체에 걸쳐 입구 튜브를 다른 열로 번갈아 배치하면, TS/OD 비율을 높이지 않고도 튜브들을 단일 열로 단단히 채울 수 있다.

도 5는 또 다른 코일 배열을 보여준다. 예시된 바와 같이, 8-1 코일 배열은 총 48 개의 입구 튜브(10)들 및 6 개의 출구 튜브(12)들을 갖는다. 입구 튜브(10)들은 A, B, C의 3 열들로 배열되어(각 열에 8 개의 입구 튜브(10)들) 일 측 상에 배치되고 다른 입구 튜브(10)은 반대 측 상에 A', B', C'의 3 열로 배열될 수 있다. 6 개의 출구 튜브(10)들은 중앙에 A, B, C 및 A', B', C' 열이 양 측 상에 있을 수 있다. 이 배열은 4-1 또는 8-1에 해당한다. 다른 배열에 대해서도 유사한 패턴을 따를 수 있다.

도 6은 4-1 코일에 대해 예시된 튜브의 또 다른 배열을 보여준다. 도 6에 도시된 배열은 입구 튜브(10)들이 엇갈리게 배치되는 동안 출구 튜브(12)들을 인라인으로 가질 수 있다. 이러한 방식으로 입구 튜브만 A, B, C 세 열들로 배열된다. 모든 출구 튜브들은 화실(firebox)의 중심선에 있거나 A, B, C 열 중 하나와 일직선에 있을 수 있다(도면과 같이 C와 일치하도록). 이러한 방식으로, 출구 튜브(12)들의 튜브 금속의 최대 온도는 일정할 수 있고 또한 다른 배열에 비해 감소될 수 있다. 출구 튜브(12)의 최대 금속 온도가 코킹(coking)에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 출구 튜브를 인라인으로 유지하면 본 명세서에 개시된 바와 같은 다중-열 실시예들에 대한 히터 실행 길이를 개선할 수 있다.

도 7은 3 개의 4-1 코일들의 인라인 배열을 보여준다. 이러한 방식으로 모든 튜브들(입구 튜브(10)들 및 출구 튜브(12)들)은 화실의 중심선에서 단일 열로 배치된다. 입구 튜브과 출구 튜브들을 연결하는 하부 매니폴드는 3 열로 배치된다. 위에서 설명한 것처럼, 인접한 튜브들은 동일한 매니폴드 또는 다른 매니폴드로 이동할 수 있다. 인접한 튜브들이 상이한 매니폴드들에 공급되는 경우 더 좁은 간격이 가능한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 모든 제3 입구 튜브(10)은 상이한 매니폴드에 연결될 수 있다. 각각의 매니폴드는 다른 출구 튜브(12)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 매니폴드는 중심선의 일 측, 중심선 및 중심선의 타 측에 각각 비교적 유사한 높이들 및 위치들에 배치될 수 있다.

도 8의 실시예는 도 7의 실시예와 유사하지만, 매니폴드들이 또한 복사 상자의 중심선에 배치된다는 점이 다르다. 이 배열의 경우 매니폴드를 서로 위에 적층하여야 한다. 이는 인접한 모든 입구 튜브(10)(예시된 실시예의 경우 4 개)가 동일한 매니폴드로 갈 것임을 의미한다. 4 개 튜브들의 각 그룹에 대한 매니폴드는 하나의 매니폴드가 다음 매니폴드 위에 배치될 수 있도록 길이가 약간 상이하다. 각각의 입구 튜브(10) 및 출구 튜브(12)의 위치(길이)를 결정하는 동안 열팽창이 고려될 수 있다. 모든 튜브가 인라인이므로 피크 대 평균 플럭스가 낮을 수 있으므로 최대 금속 온도가 낮을 수 있다. 튜브 금속 온도가 낮으면 실행 길이가 길어지거나 더 많은 용량이 허용되거나 둘 다 허용될 수 있다. 그러나, 그러한 인라인 배열로, 여기에 설명된 다른 경우와 같이 히터 내에 더 많은 튜브를 팩킹할 수 없다.

도 8에 도시된 실시예의 경우, 모든 입구 튜브(10) 및 출구 튜브(12)는 중심선을 따라 수직으로 배열될 수 있다. 내부 4 개 튜브들은 중간 4 개 튜브들보다 약간 짧을 수 있고 외부 4 개 튜브들은 중간 4 개 튜브들보다 약간 길 수 있다. 내부 튜브와 외부 튜브들을 연결하는 매니폴드들은 서로 위에 적층할 수 있다.

위에서 설명한 것처럼 도 1a는 코일들의 대칭 배열을 제공한다. 이 대칭은 도 4 내지 8에 표시된 다른 구성에 적용될 수 있다. 예를 들어 도 1a에서 A 열, B 열 및 C 열 튜브는 병렬로 배열된다. 이는 A, B 및 C 열의 출구 튜브에 대해 각각 하나의 직경 길이만큼 이동된 출구 튜브(12)를 초래한다. 다른 절반의 A', B' 및 C' 열의 출구 튜브(12)는 대칭이다(거울 이미지). 도 3b에 도시된 출구 튜브(12)의 경우, 유사 대칭만이 사용되어 출구 튜브의 더 가까운 간격을 허용한다. 그러나, 도 3b에 도시된 출구 튜브(12) 배열의 경우, 열 사이의 거리가 W일 때, 인접한 내부 출구 튜브들 사이의 거리는 2*W인 반면 인접한 다른 출구 튜브들의 경우 인접한 튜브들 사이의 간격은 W에 불과하다. 따라서 내부 출구 튜브(12)들의 그림자 효과는 다른 튜브들의 그림자 효과보다 더 클 것이다.

그림자 효과는 예를 들어 도 9에 표시된 거울 이미지 배열을 사용하여 최소화할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, B 열 및 B' 열의 입구 튜브(10)들 및 출구 튜브(12)들은 중심선에 더 가깝게 위치할 수 있는 반면, A 열 및 A' 열의 입구 튜브(10)들 및 출구 튜브(12)들은 중심선으로부터 멀리 배치될 수 있다. 1, 3, 2 배열이 생성되어 2 개의 인접한 출구 튜브들 사이의 최대 거리를 2 W가 아닌 W로만 제공한다. 일부 실시예들에서, 2 개의 인접한 출구 튜브들 사이의 거리는 1.5 W 또는 심지어 1.1 W일 수 있다. 이렇게 하면 그림자 효과가 줄어들고 프로세스 성능이 향상될 수 있다. 이러한 배열은 3 개 이상의 열들을 갖는 실시예들에도 적용될 수 있다.

도 10은 튜브 A, B, C, D의 4 열들을 갖는 실시예를 도시한다. 3 열들에 대해 논의된 임의의 배열은 또한 4 열들의 배열에 적용될 수 있다. 복사 섹션 중심선은 예를 들어 열 B와 열 C 사이에 있을 수 있다. 다른 실시예와 유사하게, 전체 튜브의 절반만 표시되고, 나머지 절반은 도 1a, 5 및 9와 유사하게 대칭 또는 유사 대칭 배열로 배치된다.

도 11은 5 열들의 튜브를 갖는 실시예를 도시한다. 3 열들에 대해 위에서 논의된 어떤 배열도 5 열들의 배열에 적용될 수 있다. 따라서 도 10과 11은 3 열들이 4 또는 5 열들로 확장될 수 있는 방법을 보여준다. 이 실시예의 경우, 복사 상자 중심선은 예를 들어 열 C를 따라 있을 수 있다.

도 12는 5 열들 A, B, C, D, E를 갖는 도 11과 유사한 실시예를 도시한다. 출구 튜브(12)들은 예로서 개별 선형 교환기(16)들에 연결될 수 있다. 선형 교환기를 사용하면 트라이-피팅 및 Y 피팅이 없다. 이는 단열 잔류 시간이 낮을 수 있지만 냉각의 열 전달 속도는 선형 교환기의 경우 더 낮을 수 있으며 더 긴 TLE가 필요할 수 있다. 선형 교환기 다음에는 셸 및 튜브 교환기와 같은 2차 교환기를 사용하여 유체를 추가로 냉각할 수 있다. 증기를 생성하는 대신 다른 공정 유체를 사용하여 열을 전달할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제3 교환기는 프로세스 유체 가열에 전용될 수 있는 반면, 처음 2 개의 교환기는 출구 튜브(12)로부터 유출물을 냉각함으로써 증기를 생성한다. 다른 유형의 교환기도 사용할 수 있다. 다른 실시예에서와 같이, 튜브의 절반만이 도시되어 있다.

본 명세서의 하나 이상의 실시예들에서, 코일은 열팽창을 위해 자유롭게 이동할 수 있다. 코일은 코일들이 있는 채널을 따라 이동하는 매니폴드에 부착된 핀들 또는 둥근 스터드(stud)들에 의해 안내될 수 있다. 이렇게 하면 열팽창 시 접촉으로 인한 코일 손상을 줄일 수 있다.

도 13a 및 13b는 3 열의 4-2-1-1 유형 코일을 보여준다. 도 13b는 도 13a의 코일 배열의 하향도를 예시한다. 이것은 4 패스 코일(패스 40, 41, 42, 43)로, 4 개의 입구 튜브(10)들이 Y-피팅(32)을 통해 출구 튜브(12)에 연결된 다음 트라이-피팅(30)에 연결된 다음 튜브의 각 행에 U 벤딩으로 연결된다. 히터의 각 측 상에 있는 3 개의 출구 튜브(12)들은 별도의 트라이-피팅(30)에 의해 결합된 다음 Y-피팅(32)의 한쪽 레그에 결합된다.

4-패스 시스템을 갖는 도 13a 및 13b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 다중 열 배열은 다중 패스(4, 6, 8, 10, 12 등)들을 갖는 코일로 확장될 수 있으며, 2 패스 코일들로 제한되지 않는다. 본 명세서의 실시예들에 따라 다양한 다중 패스 코일이 2 개 이상의 열들을 갖는 구성으로 배열될 수 있다.

실시예

예 1: 나프타 크래킹 히터 설계에 적용한 개념이다. 성능은 예제를 통해 설명된다. 전체 범위 나프타 공급물은 도면에 예시되고 상기 설명된 3 열 설계 중 임의의 것에서 크래킹된다. 성능은 종래 기술의 2 열 설계와 비교된다. 3 열 배열과 2 열 배열 모두 동일한 하위 그룹(10-1 코일 유형)이 사용된다. 배열(코일 배열 방식)만 두 설계 간에 다르다. 즉, 2 열 구성과 3 열 구성 모두 10-1 유형의 동일한 2 패스 코일을 기반으로 한다.

공급물 속성은 표 1에 제공되며 히터 설계 및 결과는 표 2에 제공된다.

나프타 공급물 속성

비중(SG)	0.718
초기 끓는점(°F)	60
50 부피% 끓는점(°F)	130
끝 끓는점(°F)	172
파라핀, 중량%	94.9
나프텐, 중량%	4.5
방향족, 중량%	0.6

공급물 (feed)	나프타	나프타
설계	3 열 설계	2 열 설계
히터 공급물 속도, T/h	71.952	71.952
히터당 총 10-1 그룹	48	48
복사 코일들/히터의 수	8	12
TLE/히터 수	8	12
코일 당 흐름율, T/h/coil	8.994	5.996
증기 대 오일 비율, w/w	0.5	0.5
교차 온도, F	1175	1175
코일 출구 온도, F	1600	1600
심각도, P/E,w/w	0.45	0.45
에틸렌 수율, wt%	34.0	34.0
에틸렌 생산량, T/hr/coil	3.058	2.039
에틸렌 생산, T/hr/히터	24.464	24.464
실행 길이, 일	60	60

예 2: 이 예는 에탄 크래킹에 대한 것이다. Ethane 순도는 98.5%이며 4-2-1-1 유형 코일에서 균열이 발생한다. 이러한 코일 6 개가 3 열들로 배열되어 있다. 총 12 개의 이러한 코일이 3 열들 또는 2 열들로 배열된다. 히터 설계 및 결과는 표 3에 제공된다.

공급물 (feed)	에탄	에탄
설계	3 열 설계	2 열 설계
히터 공급물 속도, T/h	47.0	47.0
히터당 총 SRT3 코일	12	12
복사 코일들/히터의 수	2	3
TLE/히터 수	2	3
코일 당 흐름율, T/h/coil	23.50	15.67
증기 대 오일 비율, w/w	0.3	0.3
교차 온도, F	1265	1265
코일 출구 온도, F	1525	1525
에탄 변환, %	65	65
에틸렌 수율, wt%	48.3	48.3
에틸렌 생산량, T/hr/coil	11.35	7.57
에틸렌 생산, T/hr/히터	22.70	22.70
실행 길이, 일	60	60

위의 예는 TLE당 더 많은 코일들을 패킹하여 유량을 증가시키면 동일한 성능을 얻을 수 있음을 보여준다.

이러한 배열은 모든 탄화수소 공급물(에탄, 프로판, C3 LPG, C4 LPG, 나프타, 가스유, 수소첨가 진공 가소유, 원유, 유전 응축물, 라피네이트)을 크래킹하는 데 사용할 수 있고, 이러한 공급물들은 올레핀을 생산하기 위해 개별적으로 또는 혼합하여 도입할 수 있다. 코일 출구 압력은 15 psi에서 95 psi 범위, 일반적으로 22 psi에서 35 psi 사이일 수 있다. 공급물들은 희석 증기와 혼합되거나 희석 증기 없이 처리될 수 있다. 코일 출구 온도는 780 내지 880 ℃와 같이 700 내지 1000 ℃ 범위 내에 있을 수 있다. 증기는 1600 - 1800 psi와 같이 50 psi에서 2000 psi까지의 모든 압력 수준에서 생성될 수 있다.

달리 정의되지 않는 한, 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 이러한 시스템, 장치, 방법, 프로세스 및 구성이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.

단수 형태들 "일", "하나의" 및 "상기"는 상황에 문맥에 따라 달리 명시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다.

여기 및 첨부된 청구범위에서 사용된 "포함하다", "가지다" 및 "포함하다"라는 단어 및 이들의 모든 문법적 변형은 각각 추가 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 개방적이고 비제한적인 의미를 갖도록 의도된다.

"선택적으로"는 이후에 설명된 이벤트 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않을 수 있음을 의미한다. 설명에는 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우와 발생하지 않는 경우가 포함된다.

"대략" 또는 "약"이라는 단어가 사용되는 경우 이 용어는 최대 ±10 %, 최대 5 %, 최대 2 %, 최대 1 %, 최대 0.5 %, 최대 0.1 % 또는 최대 0.01 %의 값 편차가 있을 수 있음을 의미할 수 있다.

범위는 한 특정 값에서 다른 특정 값까지를 포함하여 표현할 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 범위 내의 모든 특정 값 및 이들의 조합과 함께 하나의 특정 값에서 다른 특정 값에 이르는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시는 제한된 수의 실시예들을 포함하지만, 본 개시의 이점을 갖는 당업자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시예들이 고안될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 그 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

탄화수소를 크래킹하는 시스템에 있어서,
복사 섹션과 대류 섹션을 갖는 연소 히터;
상기 히터의 상기 복사 섹션 내에 배치된 복사 코일로서, 상기 복사 코일은 3 내지 7 열들의 튜브들을 포함하고, 상기 3 내지 7 열들의 튜브들은 상기 히터의 상기 복사 섹션 내에 대칭 또는 유사 대칭으로 집합적으로 배치되는, 복사 코일; 및
3 내지 7 열들의 각 튜브의 출구 튜브에 유동적으로 연결된 이송 라인 교환기;
를 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서,
3 내지 7 열들의 튜브들은 개별적인 하나 이상의 출구 튜브들에 유동적으로 연결된 입구 튜브들을 각각 포함하고, 각 열의 튜브들은 3 내지 16 개의 입구 튜브들을 갖고, 적어도 3 개의 입구 튜브들은 개별적인 출구 튜브에 유동적으로 연결되는, 시스템.
탄화수소를 크래킹하는 방법에 있어서,
복사 섹션과 대류 섹션을 갖는 연소 히터의 상기 복사 섹션에서 하나 이상의 열들의 튜브들에서 탄화수소 공급 원료를 가열하는 단계;
튜브들의 각 열은 2개의 다중-패스 튜브들을 포함하며, 3 내지 7 열들의 튜브들의 다중-패스 튜브들은 상기 히터의 상기 복사 섹션 내에 집합적으로 대칭 또는 유사 대칭으로 배치됨;
하나 이상의 열들의 튜브들 내에 상기 탄화수소 공급 원료 내에 하나 이상의 탄화수소를 크래킹하고, 하나 이상의 열들의 튜브들 각각 상에 있는 출구 튜브로부터 크래킹된 탄화수소 스트림을 회수하는 단계;
상기 크래킹된 탄화수소를 하나 이상의 각 열들의 상기 출구 튜브들에 유동적으로 연결된 이송 라인 교환기로 공급하는 단계;
를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서,
상기 연소 히터의 상기 복사 섹션에 있는 하나 이상의 열들의 튜브들 내에 상기 탄화수소 공급 원료를 가열하기 전에 상기 연소 히터의 상기 대류 섹션 내에 배치된 가열 코일에서 상기 탄화수소 공급원료를 예열하는 단계를 포함하는, 방법.
탄화수소를 크래킹하는 시스템에 있어서,
복사 섹션과 대류 섹션을 갖는 연소 히터;
상기 히터의 상기 복사 섹션 내에 배치된 복사 코일로서, 상기 복사 코일은 3 내지 7 열들의 튜브들을 포함하고, 각 열은 2 개의 다중-패스 튜브들을 포함하고, 상기 3 내지 7 열들의 튜브들의 상기 다중-패스 튜브들은 상기 히터의 상기 복사 섹션 내에 대칭 또는 유사 대칭으로 집합적으로 배치되는, 복사 코일;
3 내지 7 열들의 각 튜브의 출구 튜브에 유동적으로 연결된 이송 라인 교환기;
를 포함하는, 시스템.
제5항에 있어서,
상기 3 내지 7 열들의 튜브들은 각각 하나 이상의 출구 튜브들에 유동적으로 연결된 입구 튜브들을 포함하고, 각 열의 튜브들은 3 내지 16 개의 입구 튜브들을 갖고, 적어도 3 개의 입구 튜브들은 각각 개별적인 출구 튜브에 유동적으로 연결되는, 시스템.
제5항에 있어서,
3 내지 7 열들의 튜브들은 2-패스 튜브들, 4-패스 튜브들, 6-패스 튜브들, 또는 8-패스 튜브들인, 시스템.
제5항에 있어서,
각 인접한 열의 입구 튜브들 사이의 튜브 간격은 길이 W이고, 각 인접한 출구 튜브의 튜브 간격은 2 W 이하인, 시스템.
제5항에 있어서,
각각 인접한 열의 입구 튜브들 사이의 튜브 간격은 길이 W이고, 각각 인접한 출구 튜브의 튜브 간격은 1.5 W 이하인, 시스템.
제5항에 있어서,
각각 인접한 열의 입구 튜브들 사이의 튜브 간격은 길이 W이고, 각각 인접한 출구 튜브의 튜브 간격은 1.1 W 이하인, 시스템.
제5항에 있어서,
상기 히터의 상기 대류 섹션 내에 배치된 가열 코일을 더 포함하고, 상기 가열 코일은 상기 복사 코일의 각 입구 튜브들에 탄화수소의 흐름을 분배하도록 구성된 공급 분배기에 유동적으로 연결되는, 시스템.
제5항에 있어서,
매니폴드는 제1 세트의 입구 튜브들을 출구 튜브에 유동적으로 연결하고, 출구 튜브는 3 내지 14 세트들의 입구 튜브마다 제공되는, 시스템.
제12항에 있어서,
각 열의 상기 입구 튜브들과 상기 출구 튜브들은 각각 선형적으로 배열되는, 시스템.
제12항에 있어서,
3 내지 7 열들의 튜브들의 상기 입구 튜브들은 상기 출구 튜브들에 대해 비선형적으로 배열되는, 시스템.
제14항에 있어서,
상기 출구 튜브들은 3 내지 7 열들의 튜브들의 가운데에 대해 선형적으로 배열되는, 시스템.