[发明专利]热分解反应用金属管

说明书

技术领域

本发明涉及一种最适合用作石油精炼、石油化学设备等中的分解炉管、重整炉管、加热炉管或热交换器管，且在管内周面上设有肋的热分解反应用金属管。更具体涉及一种例如最适于用作在乙烯设备等中通过从管外面进行加热而使管内部的烃类(碳氢化合物类)发生热分解反应来制造烯烃(C_nH_2n)的管的热分解反应用金属管。

背景技术

乙烯(C₂H₄)等烯烃(C_nH_2n)是通过使烃类(粗汽油、天然气和乙烷等)热分解来制成的。具体来说，将烃类与水蒸气一起供给到管内部，该管配置于反应炉内，由25Cr-25Ni系、25Cr-38Ni系所代表的高Cr-高Ni合金构成、或者由SUS304等所代表的不锈钢构成，从管外面进行加热，使烃类在管内发生热分解反应来获得烯烃系的烃类(乙烯、丙烯等)。

在上述热分解反应中，为了不使未经反应的烃类直接排出反应炉外，需要使从管外面施加的热量高效地传导到管内。即，需要管具有优异的“热交换特性”。该热交换特性可根据管出口处的流体的平均温度来进行评价。在管的热交换特性较为优异的情况下，该平均温度变高。

将向钢管内部供给的烃类与水蒸气的混合气体以低压从管入口进行高速的供给。与未反应的混合气体发生反应而生成的气体沿着设置于管内表面上的肋(rib)进行长距离的移动。因此，会受肋的形状的影响，气体流动被肋阻碍，使管中心部的流体与肋谷底部的流体分离，管中心部与肋谷底部之间的物质 移动(反应)不充分。这样一来，反应生成物滞留在肋的凹谷部而过度进行烃类的热分解反应，另一方面，使管中心部的流体的热分解反应不充分，产生收获率下降的问题。为了解决该问题，需要管具有优异的“热分解反应特性”。该热分解反应特性与管内的物质移动存在相关性，因此可根据管出口处的温度偏差来进行评价。

在专利文献1(日本特开昭58-173022号公报)中公开了一种内表面带有螺旋状肋的管的制造方法，该管的制造方法在热挤压制造出具有直肋(straight rib)的金属管后，再实施扭转加工。另外，在专利文献2(日本特开平1-127896号公报)公开了一种热交换用管材，该热交换用管材的截面形状具有波状的内周面，形成其凸部的凸曲面的曲率半径RF与形成凹谷部的凹曲面的曲率半径R_S满足R_S≥R_F的关系。

并且，在专利文献3(日本特开平8-82494号公报)中公开了一种热交换用管，该热交换用管在从管的进口侧端到出口侧端的管轴方向的1个或多个区域甚至整个区域中的管壁内表面上，以适当的间距设置了具有与管轴交叉的朝向的翅片。并且，在专利文献4(日本特表2005-533917号公报)中公开了一种管，该管用于在存在蒸气的条件下使烃进行热分解的工艺上，并具有螺旋状的内表面翅片。

但是，在上述各专利文献所公开的内表面设有肋或翅片的管中，对于同时兼顾上述“热交换特性”和“热分解反应特性”并一起提高是不充分的。因此，要求这些特性进一步改善的内表面带有肋的热交换用管。

另一方面，近年来随着合成树脂需求的增大，从提高乙烯收获率的方面出发，用于乙烯设备用分解炉等上的热分解反应用金属管的使用条件趋向高温化的倾向越来越强。在这样的高 温下使用的热分解反应用金属管中，随着热分解反应不可避地生成碳，该碳附着并堆积于管内表面上。这是被称为“结焦(coking)”的现象。

当发生结焦现象时，附着并堆积于内表面上的碳会妨碍自管外面施加的热量向混合气体的传递，而使热分解反应效率下降。另外，所附着、堆积的碳会向钢管内部扩散，引发所谓的渗碳现象而导致钢管脆化，从渗碳部分开始造成管的损伤。并且，当所附着、堆积的碳发生剥离再次堆积于钢管内时，不仅会阻止气体流动而妨碍热分解反应，而且会导致上述损伤，若堆积过多时会发生爆炸等重大事故。因此，在实际的作业当中需要定期地进行送入空气、水蒸气来氧化除去所析出的碳的所谓除焦作业(decoking)，但在除焦期间停止作业、增加作业工时等成为大问题。

热分解反应用金属管的内表面被曝露在含有烃类气体、CO气体的渗碳性气氛中。因此，作为管的材料，要求在渗碳性气氛中具有耐渗碳性和耐结焦性的耐热材料。