熱分解管(10)は、一般的に、複数の直管を 屈曲したベンド管で接続し、蛇行した形状に 構成され、熱分解炉に配備されて、管外部か ら加熱を受ける。

 図1は、本発明の熱分解管(10)(直管)の一実 施例を示す断面斜視図、図2は、図1の線X-Xに� ��う部分断面図、図3は、図1の管軸方向に沿� �展開図である。図1及び図3では、紙面左側を 上流側、右側を下流側としている。

 図に示すように、熱分解管(10)には、内面を 一周する複数の突起列α、βが形成されてい� �。各突起列α、βには、夫々複数の突起A、B� �含まれる。
 なお、本発明において、突起列とは、熱分� ��管(10)の内面を一周する突起の集合を意味し 、突起列は、長さ、面積等を規定する場合、 各突起の中心を通る線(図1、図3に一点鎖線で 示す突起列α、β)として定義される。
 突起列αと突起列βは、管軸に直交する面に 対して傾斜角θで螺旋状に連続して平行に形� ��することができる(図1、図3参照)。この場合 、傾斜角θは20度以下、より望ましくは15度以 下となるよう形成されることが望ましい。勿 論、1つの突起列中で傾斜角θを変えたり、突 起列毎に傾斜角θを変えたりすることもでき� ��。
 また、各突起列は、列が独立した環状であ� ��て管軸に対して直交する、若しくは傾斜角� ��持つように形成することができる。また、� ��旋状突起列の場合、突起列は1条に限定され ず、複数条としてもよい。

 突起は、例えば、粉体プラズマ溶接(PTA溶接 )などの肉盛溶接法により、肉盛ビードとし� �効率的に形成することができる。突起は、� �起列に対して平行又は傾斜して形成するこ� �ができる。
 突起は、熱分解管(10)と同種の耐熱合金材料 から形成することができ、25Cr-Ni(SCH22)、25Cr-35 Ni(SCH24)、インコロイ(商標名)を例示できる。� ��の他、熱分解管(10)の使用環境に耐え得る種 々の耐熱合金材料を適宜使用することができ る。

 ここで、図1乃至図3に示すように、熱分解� �(10)の内径をD(mm)、突起列αに含まれる任意の 突起Aの高さをh(mm)、突起Aの管軸と直交する� �向の円弧長さをL(mm)、突起列αと下流側の突� ��列βまでの中心間距離をP(mm)、突起Aと、突� �Aの周方向両端から管軸と平行に延びる仮想� ��L1及びL2と、突起列αの下流側の突起列βに� �って囲まれる領域Rの面積をS(mm ² )、突起列α中で突起Aに隣り合う突起A’との� ��部間の円弧距離の管軸と直交する方向の円� ��長さをs(mm)、突起列αの管軸に直交する面に 対する傾斜角をθと規定する。

<熱分解管の内径D>
 熱分解管(10)の内径Dは、30mm~200mmとすること� ��望ましい。内径Dの下限は、突起列を形成す るために必要な空間を確保するためであり、 上限は、突起による流体撹拌作用や加熱効率 を考慮して決定することができる。

<突起列α、β間の中心間距離P>
 突起列が螺旋状の場合、突起列α、β間の中 心間距離Pは、熱分解管(10)の内径Dと上記傾斜 角θによって決定され、望ましくは、20~100mm� �ある。複数条の螺旋状突起列の場合につい� �も、隣り合う突起列間の中心間距離Pは、20~1 00mmとすることが望ましい。
 複数条の螺旋状の突起列の場合、また突起� ��が互いに独立した環状であって、突起列を� ��軸に対して直交、若しくは傾斜角を持つ場� ��の何れの状態においても、隣り合う突起列� ��の中心間距離Pは、20~100mmとすることが望ま� ��い。

<領域Rの面積Sについて>
領域Rの面積Sは、S/10πD=0.2~0.7とする。なお、� ��ましくはS/10πD=0.3~0.6である。
 熱分解管(10)の内面表層では、高温の流体が 滞留し、高温の境膜が形成され、熱分解管(10 )と管内流体との間で熱伝達が十分に行われ� �い現象が生じる。熱分解管(10)の内面に突起A が形成されている場合、突起Aにより流体は� �拌され、前記境膜が破壊されることにより� �切に熱伝達が行われると推定される。多数� �突起が熱分解管(10)の内面に形成されている� ��合、各々の突起により流体が撹拌されるこ� ��となるが、発明者らは、個々の突起が流体� ��撹拌する作用を及ぼす突起下流側の面積を� ��定の面積に設定することにより、突起によ� ��流体の撹拌が、その設定された面積全体に� ��んべんなく作用し、これにより熱分解管と� ��内の流体の熱伝達が、その設定された面積� ��で温度ムラ無く行われることを見出した。� ��まり、突起と突起の下流側の突起列で囲ま� ��る面積、即ち、突起Aについては、突起Aと� �流側の突起列βとの間に形成される領域R(図1 参照)の面積Sを、管径Dにおける単位管長10mm� �管内面積と比較したとき、その値が上記0.2~0 .7の範囲(好ましくは0.3~0.6の範囲)であれば、� ��記した熱伝達作用が有効に行われることを� ��出したものである。

 ここで、突起Aの下流側に形成される領域R� �、突起Aと、突起Aの周方向両端から管軸と平 行に延びる仮想線L1及びL2と、突起Aの下流側� ��突起列βとを囲んだ領域となる。領域Rの面� ��Sは、図1に示すように、突起Aと突起列βが� �行である場合には、平行四辺形の面積とな� �。突起列αと突起列βが共に管軸に対して直� ��する場合には、領域Rは長方形となる。
 また、突起列βの傾斜角θと、突起列βの突� ��Bの傾斜角が異なる場合には、図5(D)、(E)に� �すように、領域Rは、突起A、突起B及び仮想� �L1、L2によって囲まれる範囲となる。

 突起Aが流体に撹拌作用を及ぼす領域Rの� �積Sは、単位管長10mmの管内面積10πDに対する� ��の上限を0.7(好ましくは0.6)とすることで、� �施例を参照して理解されるとおり、流体の� �伝達特性の向上と、圧力損失の低減を達成� �きる。また、比の下限を0.2(好ましくは0.3)と したのは、この比を0.2(好ましくは0.3)よりも� ��さくするためには、突起Aの長さ及び/又は� �起列βとの中心間距離Pを小さくせざるを得� �、結果的に、熱分解管(10)の内面に必要以上� ��数の突起が形成されることとなり、これら� ��起により熱分解管(10)の内面表層に適切でな い乱流が生じて圧力損失が増大し、所期の流 体撹拌効果を得ることができないからである 。

 なお、熱分解管(10)の内面に形成されるす べての突起に対する面積Sの総和σSは、熱分� �管(10)の内面面積の80%以上とすることが望ま� ��い。これにより、熱分解管(10)のほぼ全長に 亘って、上記の如く、熱伝達特性の向上と、 圧力損失の低下を達成できる。

<突起Aの高さhについて>
 突起Aの高さhは、h/D=0.02~0.05とする。
 突起Aの高さhは、流体の撹拌作用に大きな� �響を与える。
 突起Aの高さhが大きくなると、突起Aが抵抗� ��なって、圧力損失が大きくなり、熱分解管( 10)としての圧力損失の低減が困難となる。従 って、熱分解管(10)の内径Dに対する突起Aの高 さhの比は、上限を0.05とする。
 突起Aの高さhが小さくなると、突起Aによる� ��体の撹拌作用が著しく低下するため、熱分� ��管(10)の内径Dに対する突起Aの高さhの比は、 下限を0.02とする。

<突起Aの管軸と直交する方向の円弧長さLに ついて>
 突起Aの管軸と直交する方向の円弧長さLは� �L/πD=0.04~0.5とする。尚、好ましくはLは、L/πD =0.04~0.2である。
 突起Aの管軸と直交する方向の円弧長さLは� �突起列に含まれる突起数、つまり、突起端� �間の円弧距離の管軸と直交する方向の円弧� �さsの数に関連し、圧力損失に大きな影響を� ��える。
 突起Aの管軸と直交する方向の円弧長さLが� �きくなると、流体が通過する突起端部間の� �が少なくなり、圧力損失が増大する。従っ� �、熱分解管(10)の周長πDに対する突起Aの管軸 と直交する方向の円弧長さLの比は、上限を0. 5(好ましくは0.2)とする。
 突起Aの管軸と直交する方向の円弧長さLが� �さくなると、突起が与える影響面積Sが小さ� ��なりすぎて構成できなくなるため、適切な� ��拌乱流が得られなくなる。従って、熱分解� ��(10)の周長πDに対する突起Aの管軸と直交す� �方向の円弧長さLの比は、下限を0.04とする。

<突起Aと突起A’との端部間の円弧距離の管 軸と直交する方向の円弧長さsについて>
 突起列α中で、突起Aと、突起Aに隣り合う突 起A’との端部間の円弧距離の管軸と直交す� �方向の円弧長さs、即ち、突起Aと突起A’と� �間隔は、s/πD≦0.05とすることが望ましい。
 突起どうしの端部間の円弧距離の管軸と直� ��する方向の円弧長さsは、流体が通過できる 範囲に影響し圧力損失に影響を与える。従っ て、端部間の円弧距離の管軸と直交する方向 の円弧長さsの熱分解管(10)の周長πDに対する� ��は、0.05以下とすることが望ましい。

 なお、突起Aの管軸と直交する方向の円弧 長さLと、上記端部間の円弧距離の管軸と直� �する方向の円弧長さsを規定することで、突� ��列α中に存する突起数が決定され、突起数� �、突起列当り2~25個となる。

<突起列βについて>
 突起Aの下流側に位置する突起列βについて� ��突起Aの管軸方向下流側の仮想線L1とL2に挟� �れる区間には、突起Aと対向するよう1又は複 数の突起Bが形成されていることが望ましい� �前記区間に突起列βの突起Bが形成されてい� �ければ、突起Aによる流体の撹拌作用が及ぼ� ��影響範囲に上限があるため、管内面の撹拌� ��用の維持が困難となり、効率的な熱伝達効� ��を維持することができないためである。突� ��列βは、上記区間の円弧長さのうち、50%以� �を塞ぐように形成されることがさらに望ま� �い。

 上記の如く突起列α及びβ、突起A及びB等に� ��いて規定することによって、以下の実施例� ��示されるように、管内流体に対し、すぐれ� ��熱伝達効率を確保しつつ、可及的な圧力損� ��の低減を図ることができる。
 これにより、原料流体を管路の径方向中心� ��まで熱分解反応温度域に速やかに加熱昇温� ��つつ、過加熱を回避でき、目的製品の収率� ��上を達成できる。また、コーキングも抑制� ��れるからデコーキング作業を削減でき、操� ��日数の増加による収量増大を達成できる。

<他の突起配列>
 図4(A)~(C)及び図5(D)、(E)は、突起A、Bの異な� �配列例を示している。図では、突起列α、β� ��、列が独立した環状であって管軸に対して� ��交するように配置しているが、突起列を図3 に示すように、管軸に対して傾斜して設けて もよい。
 図4(A)は、突起Aと下流側の突起Bを平行に形� ��すると共に、突起Aの仮想線L1、L2間を突起B� ��全て塞いでいる突起配列を示している。
 図4(B)及び(C)は、突起Aの仮想線L1、L2間の50%� ��上(100%未満)を突起Bが塞いでいる突起配列で あり、図4(B)は、仮想線L1又はL2と突起列βの� �起端部間が交差しており、図4(C)は、仮想線L 1とL2の間に突起列βの突起端部間が全長にわ� ��り含まれている配列を示している。
 図5(D)は、突起列α、βに対して、突起A、Bが 同方向に傾斜した状態の配列例、図5(E)は、� �起列α、βに対して、突起A、Bが逆方向に傾� �した状態の配列例である。図5(D)の場合、領� ��Rの面積Sは、図に示すように平行四辺形形� �となり、図5(E)の場合、領域Rの面積Sは、台� �形状となる。

 図4、図5の何れの場合も、突起列α、突起 列β、突起A、突起B等について、上記規定を� �足することで、管内流体に対し、すぐれた� �伝達効率を確保しつつ、可及的な圧力損失� �低減を図ることができる。