(57)【要約】  本発明は、蒸気分解炉のコイル又は管の表面に、厚いフィンを提供する。フィンは、その基部において、炉管の半径の１／４から３／４の厚みを有する。フィンは、主要表面の約１０％以上に、溝又は隆起部を有する。フィンは、炉内の壁部及び燃焼ガスから管によって吸収される放射熱を増加させる助けとなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その外表面に１つ又は複数の厚いフィンを有する炉管であって、
前記フィンは、前記炉管の半径の１／４から３／４であるその基部における厚みと、前記フィンの主軸に対して１５°未満の上内方テーパを有する側部又は平行な側部とを有し、
前記フィンは、少なくとも１つの主要表面において、表面積の少なくとも１０％を覆う規則的若しくは半規則的なパターンの外方へ開いた溝であって、前記フィンの最大厚みの４分の１未満である深さを有する溝、前記フィンの前記最大厚みの１０％を超えない基部寸法と、前記フィンの前記最大厚みの１５％を超えない高さとを有する隆起部、又は前記フィンの少なくとも１つの主要表面の表面積の少なくとも１０％を覆う規則的又は半規則的なパターンのそれら両方からなる群から選択されるアレイを有する、炉管。
【請求項２】
前記アレイが、前記フィンの少なくとも１つの主要表面の４分の１以上を覆う、請求項１に記載の炉管。
【請求項３】
前記フィンが、その基部において、前記炉管の前記半径の１／３から１／２である厚みを有する、請求項２に記載の炉管。
【請求項４】
前記フィンが、外方へ延在する放物線形、平行四辺形、「Ｅ」形状、又は先の丸い「Ｖ」の形態の断面を有する、請求項３に記載の炉管。
【請求項５】
前記アレイが、前記フィンの前記最大厚みの８分の１から１０分の１の深さを有する溝を備える、請求項４に記載の炉管。
【請求項６】
前記溝が、外方へ開いたＶ、先端が切られた外方へ開いたＶ、外方へ開いたＵ、及び外方へ開いた平行な面をなすチャネルから選択される形態である、請求項５に記載の炉管。
【請求項７】
前記アレイが、
ｉ）前記フィンの前記基部の３から１５％である最大高さと、
ｉｉ）主寸法が前記フィンの厚みの０．１％〜１０％である、フィンとの接触面又は基部と、
ｉｉｉ）比較的小さい体積をもつ比較的大きい外表面を有する幾何学的形状と
を有する隆起部を備える、請求項３に記載の炉管。
【請求項８】
前記隆起部が、
四面体、
ジョンソンの正四角錐、
４つの二等辺三角形の側面を有する角錐、
二等辺三角形の側面を有する角錐、
球形の一部分、
楕円体の一部分、
涙滴形の一部分、及び
放物線形の一部分
からなる群から選択される形状を有する、請求項７に記載の炉管。
【請求項９】
前記フィンが、円、楕円、又はＮ辺の多角形の形態の横方向プレートを形成する、請求項５に記載の炉管。
【請求項１０】
前記フィンが、円、楕円、又はＮ辺の多角形の形態の横方向プレートを形成する、請求項７に記載の炉管。
【請求項１１】
前記フィンが、外方へ延在する放物線形、平行四辺形、又は「Ｅ」形状の形態の断面を有する長手方向フィンである、請求項５に記載の炉管。
【請求項１２】
前記フィンが、外方へ延在する放物線形、平行四辺形、又は「Ｅ」形状の形態の断面を有する長手方向フィンである、請求項７に記載の炉管。
【請求項１３】
前記炉管及び前記フィンが、同じ金属組成物を含む、請求項１に記載の炉管。
【請求項１４】
約５５から６５重量％のＮｉと、約２０から１０重量％のＣｒと、約２０から１０重量％のＣｏと、約５から９重量％のＦｅと、１つ又は複数の微量元素である残余分とを含む、請求項１３に記載の炉管。
【請求項１５】
０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素とをさらに含み、成分の合計が、１００重量％になる、請求項１４に記載の炉管。
【請求項１６】
４０から６５重量％のＣｏと、１５から２０重量％のＣｒと、２０から１３重量％のＮｉと、４重量％未満のＦｅと、１つ又は複数の微量元素及び２０重量％までのＷである残余分とを含み、成分の合計が、１００重量％になる、請求項１３に記載の炉管。
【請求項１７】
０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素とをさらに含む、請求項１６に記載の炉管。
【請求項１８】
２０から３８重量％のクロムと、２５から４８重量％のＮｉとを含む、請求項１３に記載の炉管。
【請求項１９】
０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素と、実質的に鉄である残余分とをさらに含む、請求項１８に記載の炉管。
【請求項２０】
請求項１に記載の炉管を有するラジアント部を備える、分解炉。
【請求項２１】
パラフィンを分解する方法であって、６００℃から１０００℃の温度で、０．００１から０．０１秒の時間、請求項２０に記載の分解炉の前記ラジアント部に気体状態の前記パラフィンを通すステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラフィンをオレフィンへと分解する分野に関し、より詳細には、分解炉のラジアント部のプロセス・コイルの外表面の頑丈なフィンに関する。フィンは、横方向（水平）でもよく、長手方向でもよい。フィンは、フィンの少なくとも１つの主要表面の表面積の少なくとも１０％を覆う規則的又は半規則的なパターンの、フィンの最大厚みの４分の１未満である深さを有する上方若しくは外方へ開いた溝、又はフィンの最大厚みの１０％を超えない基部とフィンの最大厚みの１５％を超えない高さとを有する隆起部、又はその両方からなる群から選択されるアレイを有する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器設計の分野には、熱伝達を改善させるフィンの応用例が多くある。通常は、これは強制対流メカニズムによる熱伝達である。強制対流による熱伝達は、ガスでもよく液体でもよい動いている流体と固体表面との間で起こり、伝導と対流が組み合わせられた効果を含む。このタイプの熱伝達は、温水式であれ電気式であれ、従来の加熱システムの多く、及び産業用熱交換器において起きる。
【０００３】
エタン若しくはナフサ、又はそれらの混合物などのパラフィン、通常はＣ２−４パラフィンを含む供給材料の分解では、供給材料は、通常は希釈蒸気と共に、炉のいくつかの部を通過する一連のパイプ又は管を備えるクラッカーへと送り込まれる。まず、供給材料は、炉の対流部の管を通過し、そこでは炉の下流のラジアント部から流れる排出ガスが、管の外表面を加熱する。そこで、供給材料は、分解が始まり得るレベル、又はその近くの温度まで加熱される。次いで供給材料は炉のラジアント部の管へと流れ、そこでは、管は、主として炉の耐火壁部からの放射、及びラジアント部の床部又は壁部に通常取り付けられるバーナーによって発生される燃焼ガスからの放射によって加熱される。管の強制対流加熱のいくらかは、燃焼ガスによってももたらされる。供給材料は、炉ラジアント部において約８００℃〜９５０℃の温度まで加熱される。これらの温度において、供給材料は、フリーラジカル分解（クラッキング）、新たな不飽和生成物の再形成、及び水素の同時生産を含めた、多数の反応を経る。これらの反応は、コイル内での供給材料滞留時間に対応する、非常に短い時間の間に起きる。滞留時間は、通常は約０．０１から約１０秒、場合によっては０．０１から２秒、場合によっては０．０１から１秒である。反応物は、２００から５００ｋＰａ、場合によっては２５０ｋＰａから５５０ｋＰａの圧力で、７５０℃から９５０℃、場合によっては８００℃から９００℃の温度まで加熱され得る。
【０００４】
炉のラジアント部の内部は、熱を吸収／放射する耐火物でライニングされ、通常はガスを燃料とするバーナーによって加熱される。
【０００５】
分解されたガスは、炉のラジアント部を出ていき、次いで、反応が止まる温度まで生成物の流れを急速に冷却するクエンチャへのトランスファ・ライン・エクスチェンジャを通過する。その結果得られる生成物の流れは、次いでエチレン、プロピレンなどの種々の成分へと分離される。
【０００６】
分解炉の効率改善は、プロセスコスト及び温室効果ガスの排出を減少させるので、分解炉の効率を改善する原動力が存在する。効率を改善する２つの主な手法が存在しており、１つ目は、炉のコイルへの熱伝達、すなわち炎、燃焼ガス及び耐火壁部からプロセス・コイルの外表面への熱伝達を改善することによるものであり、２つ目は、コイル内の熱伝達、すなわちコイルの内側壁部からコイルの内部を流れる供給材料への熱伝達を改善することによるものである。
【０００７】
２つ目の手法を代表する方法の１つは、炉のコイルの内壁部に内側フィンを追加して、コイル内の供給材料の「渦巻き」、又は混合の強化を促進することである。これにより、供給材料の流れの乱流が増し、コイルの高温の内壁部の熱伝達表面も大きくなるので、コイル壁部から供給材料への対流的な熱伝達が改善する。
【０００８】
特許文献１は、このタイプの技術の一実例を提供する。
【０００９】
非特許文献１及び２は、らせん状フィン及び長手方向フィン（より厳密には隆起部又は突条）で内側にフィンを付けられたコイルでの、分解プロセスの理論的シミュレーションを提供する。シミュレーション結果は、内側にフィンを付けられたこうした管を通って高温の空気が流れる、ラボスケールの実験によって検証されている。論文は、内側のらせん状フィンを有する管は、内側の長手方向フィンを有する管よりもうまく機能し、「内側のらせん状フィンを有する管についての結果は、産業上の観測結果と非常にうまく整合する」と結論づける。しかし、これらの結論を裏付ける実験データは提供されていない。内側のリブ又はフィンを有しない裸の管の性能との比較もなされていない。著者は、内側フィンを有するこのようなコイルの潜在的な欠点の１つは、炭素堆積物がフィンに蓄積され、管の圧力損失が大きくなる可能性があることであると認めている。
【００１０】
特許文献２は、内側フィンと外側フィンとを有する熱交換器管を教示する。特許文献２には、外側フィンがその外表面に追加的な溝を有するべきであるという教示又は提案は存在していない。この特許出願は、本出願の主題からは離れたものを教示している。
【００１１】
特許文献３は、コイルへの対流熱交換を増やすための、分解炉コイルの環状の外側フィンを教示する。この特許は、フィンが、フィンの主要な外表面にさらなる溝を有することを教示又は提案し損ねている。
【００１２】
特許文献４は、スラリー反応（フィッシャー・トロプシュ合成）における、外側にフィンを付けられた熱交換器管を教示する。反応においては、触媒を含むヒドロカルビル希釈剤中のＣＯ及び水素のスラリーが、流れている冷却水を収容する、熱交換器管の外表面を流れる。熱交換器管は、５未満のアスペクト比を有するリブを有する。この特許には、フィンがその主要な外表面にさらなる溝を有するという教示又は提案は存在していない。
【００１３】
特許文献５は、分解炉のラジアント部の炉管の長手方向フィンを教示する。フィンは、それらの表面に溝を有しない。パラグラフ５４は、フィンの、その基部での厚みを教示する。通常は、フィンは、その基部において、管の直径の６％〜２５％、好ましくは炉管の直径の７．５％〜１５％である厚みを有する。
【００１４】
特許文献６は、分解炉のラジアント部に使用される、その表面に隆起部を有する炉管又はコイルを教示する。この特許は、炉のラジアント部に使用されるコイルの、表面に隆起部を有するフィンを教示又は提案していない。
【００１５】
特許文献７は、少なくともその主要表面の一部に、機械的に又は成形されて凹みがつけられた環状のフィンを有する、熱交換器管を教示する。熱交換器は、ガス又は空気を冷却するために使用される（すなわち空調装置）。熱交換器は、主として、放射的な熱交換ではなく、対流的な熱交換に関連する。熱交換器は、分解炉の管とは比較できない。熱交換器管の壁部の厚み、又はフィンの厚みの、書かれた開示は存在しない。図からは、凹みはフィンの厚みの約２分の１から３分の１であるように見え、これは、本発明において要求される、フィンの厚みの４分の１である最大値よりも著しく大きい。
【００１６】
特許文献８は、溝が、深さをフィンの基部から外縁部へと減少させることを除いて比較可能である、対流熱交換器のフィンを教示する。この特許は、フィンが、その内縁部（基部）では約０．４から１ｍｍである厚みを有し、その外縁部では０．１５から０．４ｍｍである厚みを有し得ることを教示する（第５段、２５〜３０行）。この特許は、溝が、０．４から１．５ｍｍの間である深さ（厚み）を有し得ることも教示する。溝は、フィンの厚みの約半分である厚みを有するように見える。やはり、これらのフィンは対流的な加熱のためのものであり、分解炉におけるような放射的な加熱のためのものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，９５０，７１８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００１５３１６号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１２８，１３９号明細書
【特許文献４】米国特許第７，０９６，９３１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／０２５１４０７号明細書
【特許文献６】米国特許第８，７９０，６０２号明細書
【特許文献７】米国特許第７，７４３，８２１号明細書
【特許文献８】米国特許第８，３７６，０３３号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】“Three dimensional coupled simulation of furnaces and reactor tubes for the thermal cracking of hydrocarbons”, by T. Detemmerman, G.F. Froment,(Universiteit Gent, Krijgslaan 281, b9000 Gent - Belgium, mars-avri, 1998)
【非特許文献２】“Three dimensional simulation of high internally finned cracking coils for olefins production severity”, by Jjo de Saegher, T. Detemmerman, G.F. Froment, (Universiteit Gent1, Laboratorium voor Petrochernische Techniek, Krijgslaan 281, b-9000 Gent, Belgium,1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、炉管用の厚いか又は頑丈なフィンであって、少なくとも１つの主要表面に、前記フィンの少なくとも１つの主要表面の表面積の少なくとも１０％を覆う規則的又は半規則的なパターンの、フィンの厚みの４分の１未満である深さを有する上方若しくは外方へ開いた溝、又はフィンの最大厚みの１０％を超えない主寸法を有する基部と、フィンの最大厚みの１５％を超えない高さとを有する隆起部、又はその両方からなる群から選択されるアレイを有する、フィンを提供しようと努める。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一実施例では、その外表面に１つ又は複数の厚いフィンを有する炉管であって、フィンは、前記炉管の半径の１／４から３／４であるその基部における厚みと、前記フィンの主軸に対して１５°未満の上内方テーパを有する側部又は平行な側部とを有し、前記フィンは、少なくとも１つの主要表面において、表面積の少なくとも１０％を覆う規則的若しくは半規則的なパターンの外方へ開いた溝であって、フィンの最大厚みの４分の１未満である深さを有する溝、及びフィンの最大厚みの１０％を超えない基部と、フィンの最大厚みの１５％を超えない高さとを有する隆起部、又は前記フィンの少なくとも１つの主要表面の表面積の少なくとも１０％を覆う規則的又は半規則的なパターンのそれら両方からなる群から選択されるアレイを有する、炉管が提供される。
【００２１】
別の一実施例では、溝が、フィンの最大厚みの８分の１から１０分の１の深さを有する、炉管が提供される。
【００２２】
別の一実施例では、溝のアレイが、フィンの少なくとも１つの主要表面の４分の１以上を覆う、炉管が提供される。
【００２３】
別の一実施例では、溝が、外方へ開いたＶ、先端が切られた外方へ開いたＶ、外方へ開いたＵ、及び外方へ開いた平行な面をなすチャネルの形態である、炉管が提供される。
【００２４】
別の一実施例では、フィンが、円、楕円、又はＮ辺の多角形の形態の横方向プレートを形成する、炉管が提供される。
【００２５】
別の一実施例では、フィンの基部は、炉管の半径の３分の１から２分の１である厚みを有する。
【００２６】
別の一実施例では、フィンが、外方へ延在する放物線形、平行四辺形、又は「Ｅ」形状（平行な長手方向チャネルを有するモノリス）、又は先の丸い「Ｖ」の形態の断面を有する長手方向フィンである、炉管が提供される。
【００２７】
別の一実施例では、溝のアレイが、フィンの少なくとも１つの主要表面の４分の１以上を覆う、炉管が提供される。
【００２８】
別の一実施例では、溝が、フィンの最大厚みの８分の１から１０分の１の深さを有する、炉管が提供される。
【００２９】
別の一実施例では、溝が、外方へ開いたＶ、先端が切られた外方へ開いたＶ、外方へ開いたＵ、外方へ開いた平行な面をなすチャネルの形態である、炉管が提供される。
【００３０】
別の一実施例では、炉管の外径の少なくとも２倍の間隔をあけられる水平のフィンを有する炉管が提供される。
【００３１】
別の一実施例では、長手方向フィンを有する炉管であって、前記フィンの基部が、炉管の半径の３分の１から２分の１に及ぶ、炉管が提供される。
【００３２】
別の一実施例では、アレイが、
ｉ）フィンの基部の３から１５％である最大高さと、
ｉｉ）主寸法がフィンの厚みの０．１％〜１０％である、フィンとの接触面又は基部と、
ｉｉｉ）比較的小さい体積をもつ比較的大きい外表面を有する幾何学的形状と
を有する隆起部を備える、炉管が提供される。
【００３３】
別の一実施例では、隆起部が、
四面体、
ジョンソンの正四角錐、
４つの二等辺三角形の側面を有する角錐、
二等辺三角形の側面を有する角錐、
球形の一部分、
楕円体の一部分、
涙滴形の一部分、及び
放物線形の一部分
からなる群から選択される形状を有する、炉管が提供される。
【００３４】
別の一実施例では、炉管及びフィンが、同じ金属組成物を含む、炉管が提供される。
【００３５】
別の一実施例では、約５５から６５重量％のＮｉと、約２０から１０重量％のＣｒと、約２０から１０重量％のＣｏと、約５から９重量％のＦｅと、１つ又は複数の微量元素である残余分とを含む、炉管及びフィンが提供される。
【００３６】
別の一実施例では、０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素とをさらに含み、成分の合計が、１００重量％になる、炉管及びフィンが提供される。
【００３７】
別の一実施例では、４０から６５重量％のＣｏと、１５から２０重量％のＣｒと、２０から１３重量％のＮｉと、４重量％未満のＦｅと、１つ又は複数の微量元素及び２０重量％までのＷである残余分とを含み、成分の合計が、１００重量％になる、炉管及びフィンが提供される。
【００３８】
別の一実施例では、０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素とをさらに含む、炉管及びフィンが提供される。
【００３９】
別の一実施例では、２０から３８重量％のクロムと、２５から４８重量％のＮｉとを含む、炉管及びフィンが提供される。
【００４０】
別の一実施例では、０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素と、実質的に鉄である残余分とをさらに含む、炉管及びフィンが提供される。
【００４１】
別の一実施例では、上記のような炉管を有するラジアント部を備える分解炉が提供される。
【００４２】
別の一実施例では、パラフィンを分解する方法であって、６００℃から９５０℃の温度で、０．００１から０．０１秒の時間、上記のような分解炉のラジアント部に気体状態のパラフィンを通過させるステップと、その結果得られるオレフィンを、供給材料及び副産物から分離するステップとを含む、方法が提供される。
【００４３】
本発明は、前述の実施例の任意且つすべての組合せも提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】表面の溝を用いて改造される、本発明の長手方向フィンを有する炉管を示す図である。
【図２】本発明の隆起部を用いて改造される、本発明のフィンを示す図である。
【図３】本発明の様々な隆起部を用いて改造されるフィンの表面積のパーセント増加を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
数字の範囲
実施の実例（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｅｘａｍｐｌｅ）、又は別段の指示がある場合を除いて、本明細書及び特許請求の範囲において使用される、素材、反応条件などの量を指すすべての数字又は表現は、あらゆる場合において、「約」という用語によって修正されるものと理解されたい。したがって、逆のことが指示されていない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲において述べられる数値的パラメータは、本発明が得ようと望む特性に応じて変化し得る概算値である。少なくとも、また、特許請求の範囲に記載の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではないが、それぞれの数値的パラメータは、少なくとも、報告される有効数字の数に照らし、通常の端数処理技法を適用することによって解釈されるべきである。
【００４６】
本発明の広い範囲を説明する数値的な範囲及びパラメータは概算値であるのにも関わらず、具体的な実例において述べられる数値的な値は、可能な限り厳密に報告されている。しかし、任意の数値的な値は、それらの各検査測定法において認められる標準偏差から必然的に生じる、ある一定の誤りを実質上含む。
【００４７】
また、本明細書に挙げられている任意の数値的な範囲は、その中に含まれるすべての部分範囲を含むと意図されていることを理解されたい。たとえば、「１から１０」という範囲は、挙げられている最小値である１と挙げられている最大値である１０とを含んだ、それらの間のすべての部分範囲、つまり、１以上である最小値及び１０以下である最大値を有する、すべての部分範囲を含むことを意図されている。開示されている数値的な範囲は連続的であるので、それらは、最小値と最大値の間のすべての値を含む。そうでないことが明確に示されていない限り、本出願において指定される種々の数値的な範囲は概算値である。
【００４８】
実際には、本明細書に示される組成に関するすべての範囲は、合計で１００パーセント（体積パーセント又は重量パーセント）に制限され、それを超えない。ある組成物の中に複数の成分が存在し得る場合、当業者は容易に理解するように、実際に使用される成分の量は１００パーセントである最大値に合致することになるという理解の下で、各成分の最大量の合計が１００パーセントを超える場合がある。
【００４９】
溝に言及するとき本明細書において使用される、外方へ、という用語は、溝が載っている、フィンの主要平面に対して外方である。
【００５０】
本明細書において使用されるフィンの高さは、フィンが炉管の外表面から離れて延在する距離を指す。
【００５１】
本発明によれば、炉管は、高い信頼性、良好な応力抵抗を有する、かなり厚いフィンを有する。通常、フィンのその基部での厚みは、炉管の半径の約３３％以上、通常は約４０％、望ましくは約４５％以上、いくつかの実施例では管の半径の最大５０％であることになる。フィンは、厚いか又はずんぐりとしている。フィンは、約０．５から５、通常は１から３である、高さと最大幅の比を有する。フィンの側部（縁部）は、平行でもよく、フィンの外縁部に向かって内側にわずかにテーパ付けされてもよい。テーパの角度は、フィンの中心線に対して内側に、ほんの約１５°、通常は約１０°か又はそれ未満であるべきである。フィンの縁部は、平坦でも、（各表面から３０°〜４５°の角度で）とがっていてもよく、鈍く丸められた前端部を有してもよい。フィンは、外方へ延在する放物線形、平行四辺形、又は鈍い「Ｖ」形状の形をとる断面形状を有してもよい。場合によっては、長手方向フィンに関して好ましくは、フィン断面は、「Ｅ」形状（（平行な溝を有する）平行な長手方向延在部をもつモノリス）をしていてもよい。
【００５２】
一実施例では、フィンの少なくとも１つの主要表面は、フィンの少なくとも１つの主要表面（たとえば水平のフィンにおいては上部若しくは底部、又は長手方向フィンにおいては側部）の表面積の少なくとも１０％を覆う、規則的又は半規則的なパターンの外方へ開いた溝のアレイを有し、前記溝は、フィンの最大厚みの４分の１未満、いくつかの場合では８分の１から１０分の１の深さを有する。アレイは、２５％以上、場合によっては５０％以上、好ましくは７５％を超えて、最も好ましくはフィンの１つ又は複数の主要表面の表面積の８５％を超えて１００％までを覆ってもよい。アレイは、まっすぐ若しくは波状で、フィンの主軸に対して平行か若しくはある角度をなす平行な線、交差した線、波状の線、正方形、又は長方形の形をとってもよい。溝は、外方へ開いたＶ、先端が切られた外方へ開いたＶ、外方へ開いたＵ、及び外方へ開いた平行な面をなすチャネルの形をとってもよい。
【００５３】
フィンは、炉管の主軸に対して横方向でも平行（たとえば長手方向）でもよい。横方向フィンは、炉管の主軸に対して垂直から約０°から２５°それた角度でもよい。しかし、管の主軸に対して垂直からそれた角度で横方向フィンを作ることは、より費用がかかり困難である。横方向フィンは、円、楕円、又はＮが３以上の整数であるＮ辺の多角形から選択される形状を有してもよい。いくつかの実施例では、Ｎは４から１２である。横方向フィンにおいて主要表面は、フィンの上部面及び底部面である。横方向フィンは、炉管の外径の少なくとも２倍、いくつかの場合では３から５倍の間隔をあけられるべきである。
【００５４】
長手方向フィンは、平行四辺形、楕円又は円の一部分の形状を有してもよく、ラジアント部での炉管の長さ（パスと呼ばれることがある）の約５０％からラジアント部での炉管の長さの１００％まで、及びその間のあらゆる範囲の長さを有してもよい。
【００５５】
長手方向フィンの基部は、炉管の半径の４分の１以上、いくつかの場合では１／４から３／４、通常は約１／３から３／４、又はいくつかの場合では１／３から５／８、他の場合では炉管の半径の１／３から１／２でもよい。フィンは、厚いか又はずんぐりとしている。フィンは、約０．５から５、通常は１から３である、高さと最大幅の比を有する。フィンの側部（縁部）は、平行でもよく、フィンの先端に向かって内側にわずかにテーパ付けされてもよい。テーパの角度は、フィンの中心線に対して内側にほんの約１５°、通常は約１０°か又はそれ未満であるべきである。フィンの先端又は前縁部は、平坦でもよく、（フィンの上部表面及び底部表面から３０°から４５°の角度で）テーパ付けされてもよく、鈍く丸められた前端部を有してもよい。長手方向フィンの前縁部は、通常は炉管の中心軸に対して平行であることになる。フィンが炉管の長さの１００％未満を延在する場合、フィンの前縁部は、大半の部分においては炉管の中心軸に対して平行であり、次いで約６０°から３０°の間、通常は４５°の角度で、炉管壁部へと曲がることになる。場合によっては、フィンは、管の表面に対して垂直な平坦な表面で終了してもよい。
【００５６】
溝を付けられたフィンを有する炉管又はパスが、図１に従って述べられることになる。炉管１は、中央チャネル２と、環状の壁部３とを備える。この実施例でのフィン４及びフィン５はまっすぐな面をなしており、先端６及び先端７へと内側に曲がる、又はテーパしていない。フィンは、一連の平行な溝チャネル１０をその表面に載せている。
【００５７】
本発明の別の一実施例では、フィンは、隆起部のアレイを備えてもよい。
【００５８】
図２は、１つ又は複数の隆起部でその表面２１を覆われている、本発明のフィン２０を示す。隆起部は、正四角錐２３、正円錐（ｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｎｅ）２４、又は半球２５の形状でもよい。
【００５９】
隆起部は、フィンを鋳造若しくは機械加工することによって、又はフィンの表面２１がテクスチャの付いた表面を有するようにナール・ロールを使用することによって付けられ得る。
【００６０】
隆起部のアレイは、フィンの外表面の１０％から１００％（及びその間のあらゆる範囲）を覆ってもよい。本発明のいくつかの実施例では、隆起部は、フィン・ラジアント・コイルの外表面の４０から１００％、通常は５０％から１００％、一般に７０％から１００％を覆い得る。隆起部がフィンの表面全体を覆わない場合、隆起部は、フィンの底部に位置付けられても、中間部に位置付けられても、上部に位置付けられてもよい。
【００６１】
隆起部の基部は、外側コイル表面に接触した状態である。隆起部の基部の面積は、フィンの最大厚みの０．１％〜１０％以下である。好ましくは、隆起部は、たとえば四面体、角錐、立方体、円錐、球形の一部分（たとえば半球又は半球未満）、楕円体の一部分、変形された楕円体の一部分（たとえば涙滴形）などの、比較的小さい体積をもつ比較的大きい外表面を有する幾何学的形状を有する。隆起部のいくつかの有用な形状には、
四面体（三角形の底面、及び正三角形である３つの面を有する角錐）、
ジョンソンの正四角錐（正方形の底面、及び正三角形である側面を有する角錐）、
４つの二等辺三角形の側面を有する角錐、
二等辺三角形の側面を有する角錐（たとえば角錐が４つの面を有する角錐である場合、底面は正方形でなくてもよく、長方形でも平行四辺形でもよい）、
球形の一部分（たとえば半球又は半球未満）、
楕円体の一部分（たとえば、ある楕円がその長軸又は短軸で回転されるときに形成される形状又は体積の一部分）、
涙滴形の一部分（たとえば、不均一に変形された楕円体が変形の軸に沿って回転されるときに形成される形状又は体積の一部分）、及び
たとえば様々なタイプの三角翼などの、放物線形の一部分（たとえば、放物線形がその主軸の周りで回転されたときに形成される形状又は体積の一部分（変形された半球形（又はそれに満たない球形）））が含まれる。
【００６２】
隆起部の形状の選択は、主としてフィンの製造のしやすさに基づく。フィン表面に隆起部を形成する方法の１つは、鋳型壁部に隆起部の形状を有する鋳型での鋳造によるものである。これは、比較的単純な形状において効果的である。また、隆起部は、ナーリング装置、たとえばナール・ロールを使用することによってなど、鋳造されたフィンの外表面を機械加工することによって生産されてもよい。
【００６３】
前述の隆起部は、閉じた立体である。
【００６４】
隆起部は、フィンの表面から上方に、フィンの最大厚みの３％から１５％及びその間のあらゆる範囲、好ましくはフィンの最大厚みの３％から１０％である、高さ（Ｌｚ）を有し得る。
【００６５】
いくつかの実施例では、隆起部の密集度は均一であり、実質上フィンの外表面を覆う。しかし、密集度は、コイル・パスの場所での放射熱流束に基づいて選択されてもよい（たとえばいくつかの場所は、他の場所（隅部）より大きい熱流束を有する場合がある）。
【００６６】
隆起部の設計では、隆起部が、放射し得るより多くの放射エネルギーを吸収するように、注意が払われなければならない。このことは、同じ運転条件において、隆起部の基部からフィン表面への熱の伝達は、裸の滑らかなフィンの同等の表面に伝達される熱を超えなければならないと言い直すことができる。隆起部の密集度が過剰になり、それらの外形が適切に選択されていない場合、隆起部は、過剰な伝導抵抗の熱的効果により、熱伝達を減らし始める場合があり、これは本発明の目的を無視するものである。適切に設計及び製造された隆起部は、流れている周囲の燃焼ガス、炎、及び炉耐火物からフィンへと伝達され、続いてコイルへと伝達される、正味の放射熱及び対流熱を増加させることになる。放射的熱伝達に対する隆起部のプラスの影響は、燃焼ガスとフィンとの間の接触面積が大きくなるので、増加したフィンの外表面を通してより多くの熱が吸収され得るということだけではなく、フィンの表面がもはや滑らかではないので、放射するフィン表面を介した相対的熱損失が小さくなるということも理由としている。したがって、隆起部がその周りにエネルギーを放射するとき、このエネルギーの一部は、他の隆起部へと送達され、他の隆起部によって取り込まれ、したがってそれは再びフィン表面へと向けられる。流れている燃焼ガスと接触した状態のフィン外表面が大きくなることにより、且つフィン表面に沿った乱流が増加し、それによってフィン表面と互いに隣り合う気体境界層の厚みが小さくなることにより、隆起部は、フィンへの対流的な熱伝達も増加させることになる。
【００６７】
図３は、隆起部が、ｍｍ単位の主寸法「ａ」（角錐の辺の長さ、又は円錐若しくは半球については直径）を有する正角錐（ｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌ  ｐｙｒａｍｉｄ）２６、正四角錐２３、正円錐２４、及び半球２５であるときの、フィン２０の表面２１の面積のパーセント増加のグラフである。
【００６８】
隆起部のサイズは、注意深く選択されなければならない。一般に、サイズが小さくなると、隆起部の表面と体積の比は大きくなるが、このようなテクスチャを鋳造又は機械加工することはより困難になる可能性がある。さらに、過度に小さい隆起部の場合、フィン表面に様々な不純物が沈殿することにより、それらの存在の便益が、時間と共に徐々に減少する可能性がある。しかし、隆起部は、理想的対称である必要はない。たとえば、楕円形の底面は、涙滴形の形状に変形されてもよく、そのように形作られた場合、コイルが炉に位置決めされるとき、好ましくは、「尾部」は、煙道ガス流の全体的な方向に沿って、下方を向いてもよい。
【００６９】
溝又は隆起部を有するフィンの別の重要な利点は、フィンの接触面は増加しているが、その重量は減少する可能性があることである。
【００７０】
フィン及び炉管は、同じ材料を含んでもよい。いくつかの実施例では、フィンは、炉管の一部として鋳造されるのが最も簡単である。他の実施例では、フィンは、別々に鋳造され、定位置に溶接されてもよい。
【００７１】
管及びフィンは、約５５から６５重量％のＮｉと、約２０から１０重量％のＣｒと、約２０から１０重量％のＣｏと、約５から９重量％のＦｅと、１つ又は複数の微量元素である残余分とを含んでもよい。管及びフィンが作られる合金は、０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素とをさらに含み、成分の合計は１００重量％になってもよい。
【００７２】
炉管及びフィンは、４０から６５重量％のＣｏと、１５から２０重量％のＣｒと、２０から１３重量％のＮｉと、４重量％未満のＦｅと、１つ又は複数の微量元素及び２０重量％までのＷである残余分とを含み、成分の合計は１００重量％になってもよい。炉管及びフィンが作られる合金は、０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素とをさらに含み、成分の合計は１００重量％になってもよい。
【００７３】
炉管及びフィンは、２０から３８重量％のクロムと、２５から４８重量％のＮｉとを含んでもよい。炉管及びフィンが作られ得る合金は、０．２から３重量％までのＭｎと、０．３から２重量％のＳｉと、５重量％未満のチタン、ニオブ及びすべての他の微量金属と、０．７５重量％未満の量の炭素と、実質的に鉄である残余分とをさらに含み、成分の合計は１００重量％になってもよい。
【００７４】
溝又は隆起部は、鋳造されたフィンの表面に機械加工されてもよい。いくつかの実施例では、（鋼の再結晶温度を下回る温度で）フィンを冷間圧延して、いかなる材料も取り去ることなしに溝／隆起部を生み出すことが好ましい。これは、フィンが実質的に平坦である場合、特に有用である可能性がある。
【００７５】
溝又は隆起部は、長手方向又は横方向の平行な線、斜めの線、クロスハッチ・パターン、正方形、長方形、円、楕円などの幾何学的パターンでもよい。パターンは、規則的でも半規則的でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、改善された効率を有する、パラフィンをオレフィンに分解する炉管を提供する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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