TWI524048B - 熱交換裝置、其製造或改裝方法以及用於生產烯烴之方法 - Google Patents

熱交換裝置、其製造或改裝方法以及用於生產烯烴之方法 Download PDF

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TWI524048B TW100104122A TW100104122A TWI524048B TW I524048 B TWI524048 B TW I524048B TW 100104122 A TW100104122 A TW 100104122A TW 100104122 A TW100104122 A TW 100104122A TW I524048 B TWI524048 B TW I524048B
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Description

熱交換裝置、其製造或改裝方法以及用於生產烯烴之方法 揭露內容之領域
此間揭露之實施例一般係有關於烴之裂解(熱解)，且係以較高選擇率及較長運行時間產生烴裂解之熱交換器及方法。
背景
熱交換器被用於各種用以加熱或冷卻流體及/或氣體之應用，典型上係藉由經不同之介於中間的熱交換管層間接熱交換。例如，熱交換器可用於空調系統、冷凍系統、輻射器，或用於加熱或冷卻之其它相似系統，與用於諸如產生地熱能量之加工處理系統。熱交換器係特別用於石油烴加工處理，作為促進使用較少能量之加工處理反應之手段。延遲焦化裝置、真空加熱器，及裂解加熱器係於石油烴加工處理普遍使用之熱交換裝置。
用於熱交換器之數種組態係此項技藝已知且被使用。例如，一用於熱交換器之普遍組態係一殼管式熱交換器，其含有一容納一束平行管線之圓柱形殼。第一流體通過此等管線，同時第二流體通過此殼，繞著管線，使得熱於此二流體間交換。於某些殼管式組態，擋板係配置於整個殼且圍繞此等管線，使得第二流體係以一特別方向流動而使熱交換達最佳。用於熱交換器之其它組態包含，例如，點火式加熱器、雙管式、板式、板鰭式、板框式、螺旋式、 氣冷式，及盤管式熱交換器。此間所揭露之實施例一般係有關於用於一熱交換裝置內之熱交換管。
一般，一熱交換管之熱轉移速率可以對流方程式：Q=UAΔT表示，其中，Q係每單位時間轉移之熱，A可用於熱流動之面積，ΔT係整個熱交換器之溫度差，且U係以可用於熱流動之面積，A，為基準之整體熱轉移係數。
此項技藝已知熱轉移速率，Q，可藉由增加可用於熱流動之面積，A，而增加。因此，一種用於增加熱轉移量之普遍使用的方法係增加熱交換管之表面積量。一此種方法包含使用數個小直徑之熱交換管，而非單一較大直徑之熱交換管。增加此管壁之熱轉移面積之其它方法包含沿著管壁增加各種圖案、鰭片、通道、脊部、凹槽、流動增強裝置等。此等表面改變亦可藉由於流體流動產生紊流而間接增加熱轉移面積。特別地，紊流式流體流動能使較高百分率之流體接觸管壁，藉此增加熱轉移速率。
例如，U.S.3,071,159描述一種熱交換器管，其具有一伸長之主體，此主體具有數個自其延伸，插入熱交換器之元件，使得流體係接近熱交換器管之壁輸送，且流體具有一紊流式流動。沿管壁具有圖案，包含鰭片、肋部、通道、凹槽、凸塊，及或嵌件，之其它熱交換管係描述於，例如，U.S.3,885,622、U.S.4,438,808、U.S.5,203,404、U.S.5,236,045、U.S.5,332,034、U.S.5,333,682、U.S.5,950,718、U.S.6,250,340、U.S.6,308,775、U.S.6,470,964、U.S.6,644,358，及U.S.6,719,953。
於此項技藝亦已知熱轉移係數，U，主要係熱交換管材料之導熱性、熱交換管之幾何組態，及熱交換管內及附近之流體流動條件之函數。此等變數經常係相關，因此，其等可彼此結合地考量。特別地，熱交換管之幾何組態影響流動條件。差的流動條件會造成積垢，其係熱交換管壁上之非所欲沉積物累積。增加之積垢量阻礙熱交換管之導熱性。因此，熱交換管通常於幾何上係以破壞及避免積垢之方式組配以增加流體流動速率及促進流體流動之紊流性。
除阻礙熱交換管之導熱性外，增加之積垢量亦會於整個管件產生壓力降。熱交換管內之壓力降會造成用以恢復管件內之壓力所需之增加的加工處理成本。再者，壓力降會限制流體流動速率，因而降低熱轉移速率。
如上所述，對一熱交換器管壁增加各種圖案及嵌件係增加熱轉移面積及提供一更具紊流性之流體流動且藉此增加一熱交換器管之熱轉移速率之普遍實施方法。但是，增加此等機械性修改通常需要較高之材料成本、昂貴之製造程序，及增加之能量成本(包含加熱更多之管件材料)。另外，嵌件、鰭片於某些應用會造成碎裂，諸如，於裂解加熱器或延遲焦化裝置。
乙烯於全世界大量生產，主要係作為用其材料之化學建構物。乙烯係於1940年代以大量體積之中間產物出現，當時，生產油及化學品之公司開始自精煉廠廢氣分離出乙烯或自由精煉廠副產物流及自天然氣獲得之乙烷生產乙烯。
大部份乙烯係藉由乙烷與水蒸氣之熱裂解而生產。烴裂解一般發生於爐輻射區段之火管式反應器內。於對流區段，一烴流可藉由與來自爐燃燒器之燃料氣體熱交換而預熱，且使用水蒸氣進一步加熱以將溫度升至初期裂解溫度，典型上係500-680℃，其係依原料而定。
預熱後，供料流進入爐輻射區段之管內，於此係稱為輻射盤管。需瞭解此間所描述及請求之方法可於具有任何型式之輻射盤管之乙烯裂解爐內實施。於輻射盤管，烴流體係於受控制之滯留時間、溫度及壓力下加熱，典型上係於短時間至約780-895℃範圍之溫度。供料流內之烴裂解成較小分子，包含乙烯及其它烯烴。然後，裂解產物使用各種分離或化學處理步驟分離成所欲產物。
各種副產物於裂解方法期間形成。形成副產物間係焦炭，其會沉積於爐內之管件表面上。輻射盤管之焦炭化降低熱轉移及裂解方法之效率，且增加盤管壓力降。因此，週期性地，達到極限且需將爐盤管去焦炭。
因為去焦炭造成生產及設備熱循環之破壞，極長運行長度係所欲的。用以延長輻射盤管運行長度各種方法已被想到。此等包含化學添加劑、經塗覆之輻射管、改變流動圖案之機械裝置，與其它方法。
此等機械裝置或更遍之輻射盤管流動增強裝置於延長運行長度係最成功。此等裝置係藉由將輻射管內之流動圖案改成一“所欲流動圖案”增加運行長度以便：增加熱轉移速率；降低沿管壁之停滯膜厚度且因此降低造成管件焦炭 化之反應；及改良輻射管內內之徑向溫度分佈。
但是，此等裝置具有重大缺點。使用此等裝置造成輻射盤管壓力降增加，其負面衝擊有價值裂解產物之產率。 此產率損失對於操作經濟具重大衝擊，因此，係一重大限制。
請求實施例之概要說明
本發明之目的係藉由將選擇之輻射盤管流動增強裝置放置於輻射盤管之策略位置而克服產率損失造成之限制。 迄今，許多輻射盤管流動增強裝置已被用於整個盤管或至少此盤管一通道之整個長度。其它裝置已被特別地放置，但是，位置係任意或標準式。本發明係尋求將此等裝置策略性地放置以使產生之另外壓力降達最小。
一方面，此間揭露之實施例係有關於一種製造一具有至少一熱交換管之熱交換裝置之方法，包含：決定此至少一熱交換管之一峰值熱通量區域；以及於此至少一熱交換管內置放一流動增強裝置，此裝置係用以於流經此至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案；其中，此流動增強裝置係置放於此至少一熱交換管內之此至少一熱交換管之經決定的峰值熱通量區域之上游或於此區域。
於另一方面，此間揭露之實施例係有關於一種改裝一具有至少一熱交換管之熱交換裝置之方法，包含： 決定此至少一熱交換管之一峰值熱通量區域；以及以一流動增強裝置替代於經決定之峰值熱通量區域上游之此至少一熱交換管之至少一部份，此裝置係用於在流經此至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案。
於另一方面，此間揭露之實施例係有關於一熱交換裝置，包含：至少一熱交換管；以及一流動增強裝置，其係放置於此至少一熱交換管內，以於流經此至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案；其中，此流動增強裝置係放置於此至少一熱交換管內之於此至少一熱交換管之一經決定的峰值熱通量區域之上游或此區域。
於另一方面，此間所揭露之實施例係有關於一種生產烯烴之方法，此方法包含：將一烴於產生此烴熱解之條件通過於一輻射加熱腔室內之一熱交換管，此熱交換管具有一置於其內之流動增強裝置，其係用以使流經此熱交換管之烴產生一所欲流動圖案；其中，此流動增強裝置係經選擇地置放於此至少一熱交換管內之此至少一熱交換管之一經決定的峰值熱通量區域之上游或此區域。
其它方面及優點由下列說明及所附之申請專利範圍而 會變明顯。
10‧‧‧步驟
12‧‧‧步驟
14‧‧‧輻射加熱區
16‧‧‧對流加熱區
18‧‧‧熱交換表面
20‧‧‧熱交換表面
22‧‧‧烴供料
24‧‧‧經預熱的供料
26‧‧‧加熱盤管
30‧‧‧裂解產物
34‧‧‧壁
36‧‧‧壁
42‧‧‧爐底
46‧‧‧垂直點火爐底燃燒器
47‧‧‧空氣
48‧‧‧壁式燃燒器
49‧‧‧燃料
50‧‧‧步驟
52‧‧‧步驟
126‧‧‧熱交換盤管
128‧‧‧烴流體入口
130‧‧‧烴流體出口
132‧‧‧經決定的峰值熱通量區域
134‧‧‧輻射盤管流動增強裝置
710‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
730‧‧‧步驟
740‧‧‧步驟
750‧‧‧步驟
810‧‧‧步驟
820‧‧‧步驟
830‧‧‧步驟
840‧‧‧步驟
850‧‧‧步驟
第1圖係例示依據此間揭露實施例之一種製造一熱交換裝置之方法。
第2圖係例示一典型習知技藝之熱解加熱器之一簡化截面。
第3圖係一例示整個熱解加熱器高度之表面熱通量分佈之圖。
第4圖係一例示整個熱解加熱器高度之表面金屬溫度分佈之圖。
第5圖係例示依據此間揭露實施例之一種用於改裝一熱交換裝置之方法。
第6圖係例示依據此間揭露實施例之一熱交換裝置之一輻射盤管。
第7圖係例示依據此間揭露實施例之一種用以製造一熱交換裝置之方法。
第8圖係例示依據此間揭露實施例之一種用以製造一熱交換裝置之方法。
第9A及9B圖係例示一種用於此間揭露實施例之輻射盤管嵌件。
第1圖係例示依據此間揭露實施例之一種製造一熱交換裝置之方法。
第2圖係例示一典型習知技藝之熱解加熱器之一簡化截面。
第3圖係一例示整個熱解加熱器高度之表面熱通量分佈之圖。
第4圖係一例示整個熱解加熱器高度之表面金屬溫度分佈之圖。
第5圖係例示依據此間揭露實施例之一種用於改裝一熱交換裝置之方法。
第6圖係例示依據此間揭露實施例之一熱交換裝置之一輻射盤管。
第7圖係例示依據此間揭露實施例之一種用以製造一熱交換裝置之方法。
第8圖係例示依據此間揭露實施例之一種用以製造一熱交換裝置之方法。
第9A及9B圖係例示一種用於此間揭露實施例之輻射盤管嵌件。
詳細說明
於一方面，此間之實施例係有關於烴之裂解(熱解)。於其它方面，此間揭露之實施例係有關於以較高選擇率及較 長運行時間產生烴裂解熱交換器及方法。
如上所述之輻射盤管流動增強裝置係用以促進輻射盤管內之所欲流動分佈，以改良熱轉移，降低焦炭化，及增強徑向溫度分佈。此等裝置現今係被置於此輻射盤管之整個長度或分佈於此盤管之整個長度，諸如，以一特定長度間隔。
現已驚人地發現與習知之輻射盤管流動增強裝置放置方法相比，將輻射盤管流動增強裝置選擇地置放於一輻射盤管或一輻射盤管通道之一峰值熱通量區域之上游或此區域之位置可提供下述之一或多者：i)有價值烯烴之增加或最大化之選擇率及產率；ii)延長之加熱器運行長度及能力；iii)最小化或減少數量之用於一輻射盤管之流動增強裝置；以及iv)一最小化或減少之經過一輻射盤管之壓力降。
於此使用時，置放於一峰值熱通量區域之“上游”或於此區域係指將一流動增強裝置放置於一輻射盤管內，使得自此裝置形成之流動分佈經此輻射盤管之峰值熱通量區域延伸。熟習此項技藝者會瞭解藉由輻射盤管流動增強裝置誘發之流動圖案存在於此裝置內，且僅於此裝置之端部後延伸一有限距離，且僅將一流動增強裝置置於一盤管內可能不會造成經峰值熱通量區域延伸之所欲流動圖案。依據此間揭露之實施例，此裝置相對於峰值熱通量之置放係經選擇，使得所欲之流動區係經峰值熱通量區域延伸，且此等置放可依數種因素而定，包含輻射盤管流動增強裝置之型式及尺寸(流動增強裝置之輻向長度，經此流動增強裝置 之流動通道數量，扭角等)，經過盤管之烴及/或水蒸氣之流動速率，及盤管直徑等。
現參考第1圖，係例示一種製造一具有至少一熱交換管之熱交換裝置之方法。於步驟10，對於一特定熱交換裝置或熱交換器設計，決定此熱交換裝置之一熱通量分佈。例如，一爐(一種用於經熱解之熱交換裝置)可具有一特別設計，包含燃燒器數量、燃燒器位置、燃燒器種類等。此爐因此提供以爐設計為基礎之一特別的火焰分佈(輻射熱)及一燃燒氣體循環分佈(對流熱)，能決定此爐之熱通量分佈。 由於輻射及對流驅動力，熱通量分佈於實質上所有情況會於爐之長度或高度變化，且決定之分佈會具有一或多個峰值熱通量高度(即，於爐內熱通量最大之高度)。於步驟12，以經決定之熱通量分佈為基礎，一流動增強裝置可置於此至少一熱交換管內之此經決定之峰值熱通量區域之上游或此區域，以促進經過此經決定之峰值熱通量區域之一所欲流動圖案。
作為此用於製造一具有至少一熱交換管之熱交換裝置之方法的一例子，參考美國專利第6,685,893號案之第1-3圖，於此間係以第2-4圖例示。一典型習知技藝熱解加熱器之截面係例示於第2圖。此加熱器具有一輻射加熱區14及一對流加熱區16。位於對流加熱區16內係熱交換表面18及20，其等於此情況係例示用於預熱烴供料22。此區亦可含有用以產生水蒸氣之熱交換表面。來自對流區之經預熱的供料係於24供應至加熱盤管，一般係指名為26，位於輻射 加熱區14內。來自加熱盤管26之裂解產物於30離開。加熱盤管可為任何所欲組態，包含於此產業普遍之垂直及水平之盤管。
輻射加熱區14包含指名為34及36之壁及底面或爐底42。置於底面係垂直點火爐底燃燒器46，其係沿著壁向上導引，且其被供以空氣47及燃料49。通常置放於壁內係壁式燃燒器48，其係輻射型燃燒器，其係被設計成產生分佈於壁上之平的火焰圖案，以避免火焰衝射於盤管管上。
於第1圖之方法的步驟10，加熱器之熱通量分佈被決定。第3圖顯示步驟10之結果，其係例示用於二操作模式之第2圖例示之加熱器之一典型表面熱通量分佈，且於一情況，爐底燃燒器及壁式燃燒器皆打開，且於另一情況，爐底燃燒器打開且壁式燃燒器關閉。第4圖顯示於相同條件下決定之管金屬溫度。此等圖式顯示於火箱下半部及於火箱上半部內之低熱通量及低金屬溫度，且顯示溫度或熱通量之最小與最大間之重大差異。
二操作模式之峰值熱通量被決定係發生於約5公尺之高度。於步驟12，一輻射盤管流動增強裝置可置於盤管26之一或多個熱交換管之於峰值熱通量高度(其依流動方向而定係高於或低於公尺高度)之上游或於此高度，使得藉由流動增強裝置產生之所欲流動區係經由此一或多個管件或管件通道之峰值熱通量區域延伸。
現參考第5圖，係例示一種用於改裝一具有至少一熱交換管之現存熱交換裝置。於步驟50，對於一特定熱交換裝 置或熱交換器設計，此熱交換裝置之一熱通量分佈被決定。例如，一爐(一種用於烴熱解之熱交換裝置)可具有一特別設計，包含燃燒器數量、燃燒器位置、燃燒器種類等。 此爐因此提供以此爐設計為基礎之一特別的火焰分佈(輻射熱)及一燃燒氣體循環分佈(對流熱)，能決定此爐之熱通量分佈。由於輻射及對流驅動力，熱通量分佈於實質上所有情況會於此爐之長度或高度改變，且經決定之分佈會具有一或多個峰值熱通量高度(即，爐內熱通量最大之高度)。 於步驟52，以經決定之熱通量分佈為基礎，於經決定之峰值熱通量區域上游或於此區域之至少一熱交換管之至少一部份係以一用於產生所欲流動圖案之流動增強裝置替代。
置於熱交換裝置內之熱交換盤管或盤管可使數個通道通過熱轉移區域。例如，如第2圖之爐內例示之一加熱盤管26可使一或多個通道通過輻射加熱區14。第6圖例示一熱交換盤管126，其具有四個通過輻射加熱區之通道，例如，其中，烴流係於128進入第一加熱管，且橫向通過數個通道，且於130離開盤管。熱交換盤管126可被置於一具有一相對應於區域132所例示者之經決定的峰值熱通量區域之爐內。輻射盤管流動增強裝置可被置於通過此熱交換塔之一、二，或更多之管通道內，其中，流動增強裝置係置於依據此間所揭露實施例之經決定的峰值熱通量區域132之上游或於此區域。如第6圖所例示，輻射盤管流動增強裝置134係置於每一管通道內以所指之流動方向為基礎係於峰值熱通量區域之上游或於此區域。
如上所述，藉由輻射盤管流動增強裝置誘發之流動圖案僅延伸一有限距離，且流動增強裝置相對於峰值熱通量區域之置放可被依據此間揭露之實施例選擇，使得所欲流動區經峰值熱通量區域延伸。此置放可依數種因素而定，包含輻射盤管流動增強裝置之型式及尺寸(流動增強裝置之軸向長度，經過流動增強裝置之流動通道數量，扭角等)，經過盤管之烴及/或水蒸氣之流動速率，及盤管直徑等。
於某些實施例，此製造或改裝一熱交換裝置之方法可包含另外步驟以選擇流動增強裝置之一適當或最佳位置。現參考第7圖，係例示一種製造一具有至少一熱交換管之熱交換裝置之方法。相似於第1圖之方法，於步驟710，對於一特定之熱交換裝置或熱交換器設計，此熱交換裝置之熱通量分佈係與峰值熱通量區域一起被決定。於步驟720，將一特定流動增強裝置於一熱交換管內而造成之所欲流動圖案區之長度可被決定。然後，此長度可用於步驟730以選擇用以將流動增強裝置放置於此至少一熱交換管內之此經決定的峰值熱通量區域之上游距離，使得所欲流動圖案區經此峰值熱通量區域延伸。然後，此流動增強裝置可於此驟740被置放於此經決定之峰值熱通量區域上游之選擇距離處或於此區域。
如上所示，所欲流動圖案區之長度可以流動增強裝置設計及其它因素為基礎而改變。再次參考第3圖，假設向上流體流動，一具有3公尺之經決定的所欲流動圖案區長度之流動增強裝置可被置放於約2公尺至約4.5公尺之任何處， 以造成一經峰值熱通量區域延伸之一所欲流動圖案區，其個別係以線3A及3B例示。選擇之距離可依管之位置及設計而定，諸如，需考量盤管及盤管支撐結構之彎曲及其它因素。
雖然將一流動增強裝置置放於此範圍內可造成可接受之性能改良，但另外所欲地係使此所欲流動圖案區之此經決定長度之熱通量達最大。現參考第8圖，於步驟810，對於一特定熱交換裝置或熱交換器設計，此熱交換裝置之一熱通量分佈係與此峰值熱通量區域一起決定。於步驟820，將一特定流動增強裝置放置於一熱交換管內而造成之所欲流動圖案區之長度可被決定。然後，此長度可於步驟830使用，以決定用以將此流動增強裝置放置於此至少一熱交換管內之此經決定的峰值熱通量區域上游之距離，以使於此所欲流動圖案區之此經決定長度之熱通量達最大。然後，流動增強裝置可於步驟840被放置於經決定的峰值熱通量區域上游之決定距離或於此區域。
再次參考第3圖且再次假設上向流體流動，一具有3公尺之一經決定的所欲流動圖案區長度之流動增強裝置可被置放於約2公尺至約4.5公尺之任何處。步驟830中之決定使熱通量達最大之距離可指將此流動增強裝置放置於約3公尺之高度可使於所欲流動圖案區之決定長度的熱通量達最大。雖然未例示，但一相似分析可對具有不同的決定之所欲流動圖案區長度之流動增強裝置實施。
如上所述，所欲地可於某些實施例使熱通量達最大。 另外需注意一熱交換裝置之性能可能不僅寄望於達成熱轉移。例如，一用於烴熱解之爐的性能以各種操作參數為基準而審議，諸如，經加熱盤管之壓力降、諸如烯之反應產物之選擇率及/或產率、輻射表面之積垢或焦炭化之速率(加熱器停止運轉前之運行長度)，及成本(例如，流動增強裝置之數量)等。參考第7及8圖，步驟710、720，及730(810、820，及830)之一或多者反覆地重複(750,850)以使於所欲流動圖案區長度之熱通量、所欲流動圖案區之長度、此流動增強裝置之設計，及熱交換裝置之一操作參數之一或多者達最佳化。
如上所述之流動增強裝置可於設計上變化。流動增強裝置可將流體流動分成二、三、四，或更多之通道，可具有約100°至360°或更多之範圍的流動增強裝置擋板之扭角，且於某些實施例於長度可於約100mm至全部管長度作變化，且於其它實施例係約200mm至全部管長度。於其它實施例，流動增強裝置之長度可於約100mm至約1000mm之範圍；或於其它實施例係約200mm至約500mm。擋板厚度於某些實施例可約與盤管相同。較佳地，擋板及使其於適當位置之盤管件之表面具有一凹面圓弧狀或相似形狀，以使經此等通道之旋渦形成達最小，降低流動阻力及壓力降。流動增強裝置可，例如，藉由將原料於真空條件熔煉及精密鑄造而製造，其中，流動增強裝置模具係嵌入盤管件內，且所需量之合金倒至此模具內形成擋板，且模具於此方法燃燒掉。流動增強裝置可藉由一剪貼(cut-and-paste) 方式安裝於新的或現存之管內。或者，流動增強裝置可藉由將一焊珠或其它螺旋狀鰭片加至一標準裸管而形成。此焊珠可為連續或非連續，且可延伸或可不延伸此輻射管長度。
輻射盤管流動增強裝置之一範例係例示於第9A(輪廓圖)及9B(端視圖)圖。例示之輻射盤管流動增強裝置將流體流動分成與流動增強裝置之長度呈橫向之二流動路徑。盤管包含一具有約180°之扭角的擋板。
如上所述，流動增強裝置可用於用以熱解(裂解)烴原料之爐內。烴原料可為廣泛之各種典型裂解原料之任一者，諸如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、此等氣體之混合物、石腦油、製氣油等。產物流含有各種組份，其濃度係部份依選擇之供料而定。於一傳統熱解方法，經揮發之原料係與稀釋水蒸氣一起供應至一位於燃點加熱器內之管式反應器。所需稀釋水蒸氣之量係依選擇之原料而定；諸如乙烷之較輕原料需要較低之水蒸氣(0.2磅/磅供料)，而諸如石油腦及製氣油之較重原料需要0.5至1.0之水蒸氣/供料比率。 稀釋水蒸氣具有降低烴分壓及降低熱解盤管滲碳速率之雙重功用。
於一典型熱解方法，水蒸氣/烴之供料混合物預熱至剛好低於裂解反應開始之溫度，諸如，約650℃。此預熱發生於加熱器之對流區段。然後，混合物送至輻射區段，於其間發生熱解反應。一般，於熱解盤管內之滯留時間係於0.05至2秒之時間，且此反應之出口溫度係於700℃至1200℃之 等級。造成飽和烴轉換成烯烴之反應係高度吸熱，因此，需要高程度之熱輸入。此熱輸入需發生於高反應溫度。於產業通常認為對於大部份原料，特別是對於諸如石油腦之較重原料，較短滯留時間會導致較高之乙烯及丙烯選擇率，因為二級降解反應會被降低。再者，認為反應環境內之烴分壓愈低，此選擇率愈高。
於熱解加熱器，積垢(焦炭化)之速率係藉由金屬溫度及其對發生於處理盤管之內膜內之焦炭化反應之影響所定。 金屬溫度愈低，焦炭化之速率愈低。於盤管之內表面上形成之焦炭對熱轉移產生一熱阻力。於盤管積垢時為了獲得相同處理熱輸入，爐燃燒需增加且外部金屬溫度需增加以補償焦炭層之阻力。
由於高金屬溫度時之積垢/焦炭化，爐之峰值熱通量區域因此限制此爐及裂解方法之整體性能。此間所揭露之實施例，將流動增強裝置放置於盤管內之選擇或決定之位置可因而提供數個益處。藉由流動增強裝置誘發之經峰值熱通量區域之流動圖案可使經盤管之具有最高金屬溫度之部份的積垢減少或達最小。因為策略性置放流動增強裝置，降低之積垢速率能延長運行時間。另外，將流動增強裝置放置於盤管有限位置，諸如，僅於峰值熱通量區域之上游或於此區域而非遍及整個盤管，經盤管之壓力降可被減少或達最小，因此，改良選擇率、產率，及生產力之一或多者。依據此間揭露之實施例可達成之較長運行時間、改良之選擇率、改良之產率及/或改良之生產力因此可顯著改良 熱解方法之經濟性能。
雖然此揭露內容包含有限數量之實施例，但具有此揭露內容之優勢之熟習此項技藝者會瞭解未偏離本揭露內容之範圍的其它實施例可被想出。因此，範圍需僅受限於所附之申請專利範圍。
10‧‧‧步驟
12‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種製造一具有至少一熱交換管的熱交換裝置之方法，包含：決定該至少一熱交換管之一峰值熱通量區域；以及於該至少一熱交換管內置放一流動增強裝置，該流動增強裝置係用以於流經該至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案；其中，該流動增強裝置係置放於該至少一熱交換管內之該至少一熱交換管之該經決定的峰值熱通量區域之上游或於該區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該至少一熱交換管形成數個通道，每一通道具有一峰值熱通量區域，該方法包含：於該至少一熱交換管之二或更多之該等通道內置放一流動增強裝置，該流動增強裝置係用於在流經該至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案；其中，每一個別之該流動增強裝置係放置於該至少一熱交換管之二或更多之該等通道內之該至少一熱交換管通道之該經決定的峰值熱通量區域上游或於該區域。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，進一步包含下列之至少一者：決定一肇因於該至少一熱交換管內置放該流動增 強裝置之所欲流動圖案區之一長度；以及以該所欲流動圖案區之該經決定的長度中之至少一者為基礎，選擇該經決定的峰值熱通量區域上游之一距離，以將該流動增強裝置放置於該至少一熱交換管內；決定該經決定的峰值熱通量區域上游之一距離，以最大化該所欲流動圖案區之該經決定的長度上之熱通量；以及重複該決定一長度、選擇一距離，以及決定一距離中之一或多者，以最佳化該所欲流動圖案區之該長度上的熱通量、該所欲流動圖案區之該長度、該流動增強裝置之一設計，以及該熱交換裝置之一操作參數中之一或更多者。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該流動增強裝置具有一介於100°與360°間之扭角。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該流動增強裝置將該熱交換管之一流動區域分成二通道。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該流動增強裝置之一軸向長度係於從約100mm至約1000mm之範圍。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該流動增強裝置之一軸向長度係於從約200mm至約500mm之範圍。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該流動增強裝置包含一輻射盤管嵌件。
  9. 一種改裝一具有至少一熱交換管的熱交換裝置之方 法，包含：決定該至少一熱交換管之一峰值熱通量區域；以及以一流動增強裝置替代該經決定的峰值熱通量區域上游之該至少一熱交換管之至少一部份，該流動增強裝置係用於流經該至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該至少一熱交換管使數個通道經過一熱轉移區，每一通道具有一峰值熱通量區域，該方法包含：於二或更多之該等通道內，以一流動增強裝置替代該經決定的峰值熱通量區域上游之該至少一熱交換管之至少一部份，該流動增強裝置係用於在流經該至少一熱交換管之處理流體內產生一所欲流動圖案。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之方法，進一步包含下列之至少一者：決定一肇因於該至少一熱交換管內置放該流動增強裝置之所欲流動圖案區之一長度；以及以該所欲流動圖案區之該經決定的長度中之至少一者為基礎，選擇該經決定的峰值熱通量區域上游之一距離，以將該流動增強裝置放置於該至少一熱交換管內；決定該經決定的峰值熱通量區域上游之一距離，以最大化該所欲流動圖案區之該經決定的長度上之熱 通量；以及重複該決定一長度、選擇一距離，以及決定一距離中之一或多者，以最佳化該紊流區之該長度的該熱通量、該所欲流動圖案區之該長度、該流動增強裝置之一設計，以及該熱交換裝置之一操作參數中之一或更多者。
  12. 一種熱交換裝置，包含：至少一熱交換管；以及一置放於該至少一熱交換管內之流動增強裝置，該流動增強裝置係用於在流經該至少一熱交換管之一處理流體內產生一所欲流動圖案；其中，該流動增強裝置係置放於該至少一熱交換管內之於該至少一熱交換管之一經決定之峰值熱通量區域上游或於該區域。
  13. 如申請專利範圍第12項之熱交換裝置，其中，該熱交換裝置包含一用於加熱一熱解原料之爐，該爐包含一加熱區段，該加熱區段包含：一加熱腔室；數個置於該加熱腔室內之該至少一熱交換管；以及數個燃燒器。
  14. 一種用於生產烯烴之方法，該方法包含：於使一烴產生熱解之條件將該烴通過於一輻射加熱腔室內之一熱交換管，該熱交換管具有一置於其內之 流動增強裝置，該流動增強裝置係用於產生流經該熱交換管之該烴之一所欲流動圖案；其中，該流動增強裝置係經選擇地置放於該至少一熱交換管內之於該至少一熱交換管之一經決定之峰值熱通量區域上游或於該區域。
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