(57)【要約】本発明は、ガスと流体との溶剤が、一方の端部から他の端部まで前記管を圧送する際に、実質的に加熱と溶剤から生じた分解に晒される炉内に使用する管を提供する。筒状の管は、ｗｔ％で、最大０．０８％のＣ、２３〜２７％のＣｒ、３３〜３７％のＮｉ、１．３〜１．８％のＭｎ、１．２〜２％のＳｉ、０．０８〜０．２５％のＮ、０．０１〜０．１５の希土類金属、及び鉄と不可避的不純物からなる鉄−ニッケル−クロム基ステンレス合金から作られる。筒状の管は、滑らかな外側面と、滑らかに湾曲した底輪郭とともに長さ方向に延在する谷部または凹部を備えた内側面と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス及び流体を形成する溶剤が管の入口側端部から反対側端部まで前記管を通って圧送され際に、実質的に加熱と前記溶剤の分解に晒される炉内に使用する金属管であって、
前記金属管が、本体、滑らかな外側面、及び所定の輪郭を備えた内側面からなり、
鉄−ニッケル−クロム基ステンレス合金で作られた前記本体が、ｗｔ％で
最大０．０８％のＣ、
２３〜２７％のＣｒ、
３３〜３７％のＮｉ、
１．３〜１．８％のＭｎ、
１．２〜２％のＳｉ、
０．０８〜０．２５％のＮ、
０．０１〜０．１５％の希土類金属、及び
不可避的不純物を含み、且つ
前記輪郭が、複数の谷部または凹部からなり、前記谷部または凹部が前記管の長さ方向に沿って延在し且つ滑らかに湾曲した底を有する、炉内に使用する金属管。
【請求項２】
前記複数の谷部または凹部の各々が、前記筒状に沿って延在する間では、真っ直ぐであることを特徴とする請求項１記載の管。
【請求項３】
前記複数の谷部または凹部の各々、及び複数の頂部の各々が、前記管の入口側端部から反対側端部まで螺旋状に延在することを特徴とする請求項１記載の管。
【請求項４】
前記内側面にさらに酸化クロム層を含む請求項１記載の管。
【請求項５】
請求項１に記載の管からなる炭化水素分解炉。
【請求項６】
前記希土類金属の量が、０．０３〜０．１０％である請求項１〜５記載の金属管。
【請求項７】
前記珪素の量が、１．３〜１．８％である請求項１〜６記載の金属管。
【請求項８】
前記窒素の量が、０．１３〜０．１８％である請求項１〜６記載の金属管。
【請求項９】
エチルの製造用の炉内に使用する前記請求項にしたがう金属管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、化学反応が生じるように同時に加熱される際に、上記管の一方の端部からそれらの他の端部まで運ばれるガスまたは流体の溶剤を加熱する装置に使用される管に関する。例えば、加熱は、外側の筒状の管壁を加熱することによって、またはその壁を通じて直接加熱を与えることによって起こる。
【０００２】
本発明の背景
次に示す本発明の背景では、参照事例は構成及び方法に特定するが、この参照事例は、この構成及び方法を適用可能な法冷条項を基に、先行技術として限定することの承認として解釈するものでない。参照事例の主題のいずれも本発明に関する先行技術を構成することを論証する権利を保留する。
【０００３】
エチレン分解装置におけるエチレンのように、容認し得る生産量を達成するために、管の内側側面に割れを含まない管を使用する必要がある。この管は、このような管の内側に形成されるこの生産物の暴露に対して、耐性を備える必要がある。このような管の用途において、最近の材料を使用するときは、この管の内側に酸化物が形成され且つそれらからバラバラにはがれることが頻繁に発生する。同時に、この管の内側に炭素化合物の付着物が形成されるので、浸炭問題が存在する。形成された大きな付着物が、この管を通過することができるガス量をさらに少なくする。同時に熱伝達が減少し、それが経済性を低下させる。
【０００４】
炭化水素の分解用の既知の炉は、一般的に項含有量のクロムを含むニッケル−基合金の鋳造配管を備えている。これが幾つかの欠点をもたらす。すなわち、このような管材料はさらに高価であり、より高いニッケル含有量は望ましくないコークス化に対する触媒である。
【０００５】
また、一般的に高温材料として特徴を有するこのような管の形状永続性は、ある種の用途には満足されない。
【０００６】
分解装置内では、炭化水素の分解が生じる。開始物質は、例えば水蒸気と混合されたナフサまたはプロパンであると考えられる。この物質が分解装置の炉内のこの管を通過するとき、温度は８００℃に上昇する。得られる重要な生成物はエチレン及びプロピレンである。また、水素ガス、メタン、ブタン及び他の炭化水素が形成される。望ましくない反応を回避するために、このような加熱は非常に急激に生じ、且つ得られた生成物が、急冷すなわち僅か数十秒間の炉内の滞留時間にされられることが不可欠である。炉内の温度は１１００〜１２００℃に達することができ、勝つ炉内の管材料の温度は１１００℃を超えることになる。炉室内の加熱は、水素及びメタンのような分解処理からのガスの燃焼によって達成され、この炉はこの炉の炉床または壁に多数のガスバーナを装着することができる。
【０００７】
この炉内に使用される管は、熱に対して良好な形状永続性を有する必要があり、且つ高温度に耐えることができることも必要である。また、これらの管は、炉室内の雰囲気に耐えるために酸化と腐食に対する耐性を必要とする。炉内の管内側の炭素ポテンシャルは、非常に高く、そしてこの管材料は、そのために薪炭と炭化物形成に耐えることができなければ成らない。少量の硫黄が、たびたび開始物質に添加され、そのために、またこの管は硫黄及び硫黄化合物に対して良好な耐性を備える。
【０００８】
発明の要点
本発明は新しい形式のヒレ付き管に関し、この管は、管外側の水素分解のための炉内の環境と、ならびに管の内側に発生する特別な環境条件と、に対する耐性を改良する。
【０００９】
一つの態様にしたがえば、本発明は、ガス及び流体を形成する溶剤が管の入口側端部から反対側端部までこの管を通って圧送される際に、実質的に溶剤の加熱と分解に晒される炉内に使用するための金属管を提供し、上記金属管が、本体、滑らかな外側面、及び所定の輪郭を備えた内側面からなり、そして鉄−ニッケル−クロム基ステンレス合金で作られた前記本体が、ｗｔ％で最大０．０８％のＣ、２３〜２７％のＣｒ、３３〜３７％のＮｉ、１．３〜１．８％のＭｎ、１．２〜２％のＳｉ、０．０８〜０．２５％のＮ、０．０１〜０．１５％の希土類金属、及び不可避的不純物を含み、且つ上記輪郭が、複数の谷部または凹部からなり、上記谷部または凹部が上記金属管の長さ方向に沿って延在し且つ滑らかに湾曲した底を有する。
【００１０】
酸化物剥離及び浸炭に対する良好な耐性を備える高強度ステンレス鋼の管を形成することによって、化学的耐性、及び配管と炉との経済性が、特別な方法で改良された。管内のこのような物質の移動の際に製造される生産物によって、あまりにも早く現われる浸炭、加炭及び酸化物剥離に対して、改良された耐性と実質的に組み合わされた非常に良好な熱伝導特性を有する管がもたらされた。
【００１１】
本発明の目的と利点は、添付された図面に関するそれらの好ましい実施態様の次の詳細な説明によって明確になる。
【００１２】
本発明の詳細な説明
図１に入口端部を有する管１０が示され、この入口端部を通って、炭化水素のようなガスを形づくる溶剤と蒸気とが、化学反応が生じている際に、出口端部に向かって通り抜ける。
【００１３】
図示されるようにこの実施態様においては、管１０の内側面１１は、正弦波形状輪郭の凹部１３と棟部１４とを備え、一方図２に示すように、外側面１６が実質的に滑らかまたは弓状である。棟部１４と凹部１３とは、疲労割れを避けるために丸みを帯びた輪郭である。
【００１４】
代わりの実施態様にしたがい、筒１０の内部に設けられた凹部１３は上記筒の長さ方向に螺旋状に備えることができる。
【００１５】
代わりに、その全長において筒状であることに代え、上記管は筒の入口端部から筒の出口端部までを円錐形状にすることができる。
【００１６】
米国特許第４，０９５，４４７号に記載説明するような方法で主としてマンドレルを覆って管をピルガー圧延によって作る場合、加熱に対する形状耐久性は、前述のように管用途によって改良されることを明らかにした。しかしながら、代わり２、このような管は、米国特許第５，０１６，４６０号に記載される方法で作ることができる。マンドレル引き抜きを覆うピルガー圧延に代わって、マンドレルを適用することができる。
【００１７】
このような筒１０用に選ばれる鋼材料は、オーステナイト組織と、そのほか直接制御された合金構成物の最適量を有する鉄−ニッケル−クロム基ステンレス合金である。この合金は、ｗｔ％で、最大０．０８％のＣ、２３〜２７％のＣｒ、３３〜３７％のＮｉ、１．３〜１．８％のＭｎ、１．２〜２％のＳｉ、０．０８〜０．２５％のＮ、０．０１〜０．１５％の希土類金属、及び鉄と不可避的不純物とを含有する。希土類金属の量は好ましくは０．０３〜０．１０％であり、このことが、この材料が高温度で酸化する雰囲気に晒されるときは、薄い弾性的な付着酸化物膜の形成を促進する。窒素の量は、好ましくは０．１３〜０．１８％にする必要があり、そして珪素の量は好ましくは１．３〜１．８％にすべきである。
【００１８】
上記に与えられた材料選択によって、管の交換の中断もなく、予期せぬ優れた実質的に長い使用期間を達成することができ、一方、同時に内側面に炭素化合物の付着量を実質的に少なくすることを達成することができ、さらに管上の少ない堆積量が、大量の炭化水素と蒸気とを管を通って移動させることを可能にするので、例えばエチレンの製造に関して使用経済性が改良される。
【００１９】
内側の管面上にクロム酸化物層を備えることによって、それらを使用する前に、上記管の酸化物によって炭素の材料への拡散が与えられ、更なる改良が達成される。
【００２０】
本発明にしたがうＳａｎｉｃｒｏ３６タイプの材料で作られた管における酸化物剥離に対する傾向の調査結果を図３に示し、Ｓａｎｉｃｒｏ３６型の材料は、相当する用途において使用される幾つかの慣用の材料に加えられる。比較目的のために、この調査は鍛造合金及び鋳造合金の双方を含み、双方の合金はエチレンの炉内における分解管用の材料として十分に確立され、この材料は表示記号ＩＮＣＯ８０３でもって国際ニッケル株式会社によって販売され、一つの材料は表示記号ＨＫ４Ｍでもって住友金属株式会社によって販売され、表示記号ＨＰ４５−Ｎｂを有する鋳造合金である。種々の比較材料の分析値を以下の表に示す。
【００２１】
2004514788.tif 000003
図３の図は、管の暴露時間の関数とした１０００℃での酸化の際の重量変化を示す。
【００２２】
図３の図から明らかなように、得られた結果が、本発明にしたがい選ばれた材料Ｓａｎｉｃｒｏ３６と比較した場合、容易に形成された酸化物がこれらの比較例の材料からバラバラにはがれることを示す。
【００２３】
移動浸炭と酸化環境とを与えることによって前述の分解設備に示されたエチレン環境と、酸化する環境と同一にするために、浸炭試験が成された。浸炭は、１０５０℃の温度で混合物中に炭素、一酸化物、水素ガス及びメタンを含むガス混合物中で実施し、１０〜１５ａｔｍに相当する酸素ポテンシャルと、＞１の炭素活性と、が得られた。この浸炭環境に１２０時間晒した後、形成されたコークスに、このコークスを燃焼するために大気を導入することが成された。浸炭／酸化の周期の時間間隔は１３５〜１４０時間の間で変化させた。合計試験時間は、上述のように８周期に相当する１１０４時間であった。この温度は、第１の試験の間を通じて１０５０℃の一定に保持された。この試験棒の形状は８ｍｍ×８ｍｍ×２０ｍｍであった。
【００２４】
試験が完了した後、試験棒が取り外され、それらの横断面を選ばれた線に沿って炭化物の面積比が如何に変化するかを見ることによって調査された。この試験した棒の形状では、浸炭がこの外側表面において測定が成された場所に大きく依存することを、上記試験棒の横断面が明らかにした。コーナ及び縁に近い領域が、平らであったこれらの表面より浸炭に対してより敏感であることを示した。図４に、試験棒の横断面における分析した線の位置を示す。第１の線（輪郭１０）は、外側面に沿って材料の中に８ｍｍ（縁長さの１０％）の位置である。第２の線（輪郭５０）は、試験棒の中心を貫通して延在するコーナから４ｍｍの位置である。
【００２５】
図４に、その位置が縁に近接するかまたは平らな面に延在するかどうかによって、浸炭が如何に依存して変化するかを概略的に示す。
【００２６】
また、この図は、浸炭される深さがコーナからの距離に如何に依存するかを概略的に示す。グレーでしるされた領域は、浸炭された領域を示し、白色の領域は浸炭されなかった領域を示す。
【００２７】
図５には、炭化物の面積比の分析結果を示す。ｘ軸は一つの外側面（０〜８ｍｍ）での開始点からの距離を示し、且つｙ軸は炭化物の測定された面積比（％）を示す。この図は、Ｓａｎｉｃｒｏ３６及びＨＰ４５−Ｎｂは、平らな部分（輪郭５０）から浸炭の影響を受けず、これら二つのＳａｎｉｃｒｏ３６によって、コーナまたは縁（輪郭１０）に近い領域において浸炭に対する最良の耐性を有することが示された。合金８０３は、コーナ領域において大量の浸炭によって影響され、且つ平らな面上に強い浸炭が現れた。合金ＨＫ４Ｋは、全材料に渡って最大の浸炭を被った。
【００２８】
一方、本発明は上記実施態様を参照することによって説明され、所定の改良及び変化は当業者の誰にでも明白である。したがって、本発明は添付された特許請求の範囲及び精神に限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明にしたがう形状を有する筒を示す。
【図２】
図２は、図１の実施態様の筒の横断面を示す。
【図３】
図３は、大気及び１，０００℃における酸化の際の重量変化を、上記管の暴露時間の関数として示す。
【図４】
図４は、浸炭輪郭が、炭化物含有量を分析するため棒状の試料でどの様に測定するかを示す。
【図５】
図５は、炭化物面積の関数とした浸炭の測定結果を示す。
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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