HORNO DE PRODUCCION DE OLEFINAS CON UN TUBO HELICOIDAL.

Un horno de producción de olefinas, que tiene una bobina del horno,

que se caracteriza porque la bobina del horno comprende un tubo que tiene una línea central (40) que sigue una trayectoria considerablemente helicoidal, en la que la amplitud (A) de la hélice es igual o menor que la mitad del diámetro interno (DI) del tubo, con el fin de proporcionar una línea de mira a lo largo del lumen del tubo

Horno de producción de olefinas con un tubo helicoidal.

El presente invento se refiere a un horno de producción de olefinas que tiene una bobina del horno como se define en el preámbulo de la reivindicación 1, y que se conoce del documento WO 98/56872.

Es posible tratar el fluido durante su paso a través de la tubería, por medio de una reacción química.

Normalmente, las tuberías que se emplean de este modo son rectas, presentan una línea central recta y paredes paralelas a dicha línea central.

No obstante, se ha comprobado que es posible utilizar geometrías alternativas para las tuberías, lo que puede proporcionar numerosas ventajas con respecto a las tuberías rectas. En particular, una tubería con forma de hélice de baja amplitud presenta importantes ventajas con respecto a las tuberías rectas.

Por "hélice de baja amplitud" los autores entienden que la tubería presenta una forma tal que su línea central sigue una trayectoria considerablemente helicoidal, y que la amplitud de la hélice es igual o menor que la mitad del diámetro interno de la tubería.

De acuerdo con el invento, se proporciona un horno de producción de olefinas, que tiene una bobina del horno, caracterizado porque la bobina del horno comprende un tubo que tiene una línea central que sigue una trayectoria sustancialmente helicoidal, en la que la amplitud de la hélice es igual o menor que la mitad del diámetro interno del tubo, con el fin de proporcionar una línea de mira a lo largo del lumen del tubo.

Cuando el fluido penetra en un segmento de tubo con forma de hélice de este modo, se establece un flujo turbulento de forma casi inmediata. El flujo turbulento presenta una serie de ventajas con respecto al flujo convencional. Es posible reducir la turbulencia y las pérdidas de presión asociadas (y las pérdidas de energía). Además, como resultado de la mezcla a lo largo del corte transversal, el perfil de velocidad de flujo a lo largo de la tubería es más uniforme (o suavizado) del que correspondería a una tubería convencional, tendiendo el fluido turbulento a actuar como émbolo, purgando las paredes de la tubería.

Se ha comprobado que el flujo turbulento se establece generalmente a lo largo de toda la anchura de la tubería, dentro de unos pocos diámetros de tubería de la entrada hacia el interior de la hélice de baja amplitud. Además, el movimiento secundario y la mezcla a lo largo del corte transversal asociado al flujo turbulento dan lugar a una masa considerable, a un momento y a una transferencia de calor en el fluido que se encuentra en la zona del núcleo, y entre el fluido que se encuentra en la zona de las paredes de la tubería y el fluido que se encuentra en la zona del núcleo.

La expresión "hélice de baja amplitud" según se emplea en la presente memoria se refiere al alcance de desplazamiento de la línea central desde una posición media con respecto al extremo lateral. De este modo, la amplitud es la mitad de la anchura lateral total de la línea central helicoidal. Normalmente, la superficie del corte transversal del tubo se mantiene considerablemente constante a lo largo de su longitud, pero puede variar dependiendo de las características particulares que se precisen.

En las tuberías helicoidales de baja amplitud de este tipo, en las que la amplitud de la hélice es menor que la mitad del diámetro interno de la tubería, hay una "línea de mira" a lo largo del lumen de la tubería. Aunque el flujo en la línea de mira podría potencialmente adoptar una trayectoria recta, se ha comprobado que generalmente presenta una componente turbulenta.

Para los fines de la presente memoria descriptiva, la expresión "amplitud relativa" de la tubería helicoidal se define como la amplitud dividida por el diámetro interno. Dado que la amplitud de la tubería helicoidal es menor o igual que la mitad del diámetro interno de la tubería, esto significa que la amplitud relativa es menor o igual que 0,5. Se prefieren amplitudes relativas menores o iguales que 0,45, 0,40, 0,35, 0,30, 0,25, 0,20, 0,15, 0,1 ó 0,05. Amplitudes relativas menores proporcionan una mejor utilización del espacio lateral disponible, dado que la tubería en total no es mucho más ancha que una tubería recta normal con la misma superficie de corte transversal. Amplitudes relativas menores también dan lugar a una "línea de mira" más ancha, que proporciona más espacio para la inserción de manómetros u otro equipamiento a lo largo de la tubería. No obstante, amplitudes relativas muy bajas, en ocasiones, pueden dar lugar a un menor movimiento secundario y a una mezcla reducida.

Con valores elevados de número de Reynolds, es posible utilizar amplitudes relativas menores al tiempo que se induce de forma satisfactoria un flujo turbulento. Generalmente, esto significa que, para un diámetro interno dado, cuando existe un caudal elevado es posible utilizar una amplitud relativa baja pero suficiente para inducir el flujo turbulento.

Desde el punto de vista de inducción de flujo, el ángulo de hélice (o dirección axil, siendo la dirección axil la longitud de uno de los bucles de la hélice, y puede definirse en términos de diámetro interno de la tubería) también constituye un factor relevante. Igual que sucede con la amplitud relativa, es posible optimizar el ángulo de hélice de acuerdo con las condiciones, y en particular de acuerdo con la viscosidad, densidad y velocidad del fluido a transportar por el interior de la tubería. Preferiblemente, el ángulo de hélice es menor o igual que 65º, más preferiblemente menor o igual que 55º, 45º, 35º, 25º, 20º, 15º, 10º ó 5º.

En términos generales, con valores elevados de número de Reynolds el ángulo de hélice puede ser menor, siempre y cuando se logre un flujo turbulento satisfactorio, mientras que con valores reducidos de número de Reynolds se requiere un valor de ángulo de hélice mayor para producir el flujo turbulento deseado. Generalmente, no resulta deseable la utilización de ángulos de hélice elevados para flujos rápidos (con número de Reynolds elevado), ya que el fluido estancado puede formar cavidades de pared. Por tanto, para un valor dado de número de Reynolds (o intervalo de valores de número de Reynolds), preferiblemente se escoge un valor de ángulo de hélice lo más pequeño posible, con el fin de producir el flujo turbulento satisfactorio. En determinadas realizaciones, el ángulo de hélice es menor que 20º.

La Figura 1 muestra la longitud de tubería que presenta una geometría helicoidal de baja amplitud. Esta tubería 1 presenta un corte transversal circular, un diámetro externo D_E, un diámetro interno D_I y un espesor de pared T. La tubería se enrolla para dar lugar a una hélice de amplitud A constante (medida desde el medio al extremo), inclinación P constante, ángulo de hélice ? constante y anchura de barrido W. La tubería 1 se encuentra colocada en un sobre imaginario 20 que se extiende longitudinalmente y que presenta una anchura igual a la anchura de barrido W de la hélice. El sobre 20 puede presentar un eje 30 longitudinal central, que también se denomina eje de rotación helicoidal. El tubo 1 que se muestra presenta un eje recto 30, pero se aprecia que el eje puede ser curvado, o de hecho puede adoptar cualquier forma dependiendo de los requisitos. El tubo presenta una línea central 40 que sigue una trayectoria helicoidal alrededor del eje 30 longitudinal central.

Se observa que la amplitud A es menor que la mitad del diámetro interno D_t de la tubería. Manteniendo la amplitud por debajo de este valor, es posible mantener con dimensiones relativamente pequeñas el espacio lateral ocupado por la tubería así como la longitud total de la tubería, mientras que al mismo tiempo la configuración helicoidal de la tubería facilita la formación de flujo turbulento del fluido a lo largo de la propia tubería. Esto también proporciona un lumen relativamente ancho a lo largo de la tubería, lo que permite hacer pasar instrumentos, aparatos y similares por la tubería en sentido descendente.

La utilización de tuberías helicoidales de baja amplitud puede resultar beneficiosa para procesos que implican la mezcla de fluidos en el interior de la tubería, transferencia de calor y de masa hacia el interior o hacia el exterior del fluido que circula por el interior de la tubería, procesos en los que tiene lugar la deposición o contaminación en el interior de la tubería y procesos en los que tienen lugar reacciones químicas en el interior de la tubería. La utilización de dichas tuberías puede suponer un impacto...

1. Un horno de producción de olefinas, que tiene una bobina del horno, que se caracteriza porque la bobina del horno comprende un tubo que tiene una línea central (40) que sigue una trayectoria considerablemente helicoidal, en la que la amplitud (A) de la hélice es igual o menor que la mitad del diámetro interno (D_I) del tubo, con el fin de proporcionar una línea de mira a lo largo del lumen del tubo.

2. Un horno de producción de olefinas según la reivindicación 1, en el que el tubo presenta un corte transversal considerablemente circular y un diámetro externo (D_E) y en el que el tubo se encuentra en el interior de un sobre imaginario (20) que se extiende longitudinalmente y que presenta una anchura (W) igual a la anchura de barrido del tubo, definiendo la anchura de dicho sobre el espacio lateral ocupado por el tubo y siendo mayor que el diámetro externo (D_E) del tubo.

3. Un horno de producción de olefinas según la reivindicación 2, en el que el sobre presenta un eje longitudinal central (30) alrededor del cual la línea central helicoidal (40) del tubo sigue una trayectoria helicoidal, y en el que el eje longitudinal central es recto.

4. Un horno de producción de olefinas según la reivindicación 2, en el que el sobre presenta un eje longitudinal central (30) alrededor del cual la línea central helicoidal (40) del tubo sigue una trayectoria helicoidal, y en el que el eje longitudinal central es curvado.

5. Un horno de producción de olefinas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la amplitud (A) de la hélice es menor o igual que 0,4 del diámetro interno (D_I) del tubo.

6. Un horno de producción de olefinas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ángulo de hélice es menor o igual que 55º.

7. Uso de un horno de producción de olefinas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la producción de olefinas mediante pirólisis.