[发明专利]连接装置

说明书

技术领域

本发明具体涉及选自尤其用于乙烯生产的熔炉、锅炉、过热器、蒸汽发生器、化学反应器和热交换器的一种设备。具体而言，本发明涉及用于提供或改进由陶瓷(特别是碳化硅)制成的管子和金属管子之间的端对端连接的连接装置，所述的这两种管子之间直接接触或非直接接触。

背景技术

传统上，乙烯生产是由开始于乙烷或石脑油的蒸汽裂解操作产生的。为此，图1中图示出的乙烯生产单元5通常包括熔炉10，熔炉10包括腔11，一束管子12穿过腔11且腔11由至少一个烧嘴13加热。

环形截面的管子12呈现出在50mm与250mm之间的外径和厚度在5mm与25mm之间的壁。这些管子弯曲成别针状且在所述熔炉的腔内呈若干米长。所述管子由钢、镍和铬的合金制成。

为了产生乙烯，进料部件14向管子12的上游端供应碳氢化合物和蒸汽的反应混合物M，腔11中的温度保持为大于1000℃。调节该混合物的流速，使得反应混合物M可以达到高于750℃的温度并可以发生反应以引起产生乙烯。

乙烯的产生导致焦炭沉积在管子12的内表面上，引起生产率下降。

具体地，已经发现，形成所述管子的合金中的镍催化焦炭生成。因此，研究者设想用不含镍的管子、具体而言陶瓷管子代替金属管子。陶瓷管子需要能够连接到生产设备的其他部分，尤其是能够连接到用来添加反应混合物或用来排放反应产物的金属管子。因此，为了找到适当的连接装置，尤其是能够承受由关闭熔炉导致的幅度通常大于700℃的热循环的装置，已进行了研究学习。

具体地，陶瓷管子和金属管子表现出大不相同的热膨胀系数，其通常分别为大致4·16^-6K^-1和大致18·10^-6K^-1。在目标应用中，所测试的连接导致密闭度下降，甚至导致管子分离。

例如，FR2645941描述了在金属支架和陶瓷管状元件之间的连接装置，其中一套管连接在该支架上并且以具有功能性间隙的形式环绕该陶瓷管子。由生产单元的运行产生的焦炭密封获得密闭性。然而，该功能性间隙在生产单元开始工作时导致碳氢化合物逸出。

此外，该连接在机械上并不可靠，尤其是在室温下不可靠。因此，这对于比如乙烯生产熔炉的环境而言是不适当的。

而且，利用蒸汽无法进行脱碳，但必然导致机械磨损。

最后，FR2645941中描述的连接装置仅可用在产生焦炭的设备中。

发明内容

因此，存在对新型连接装置的需要，该新型连接装置特别适合于将比如乙烯生产熔炉的环境中的陶瓷管子和金属管子连接，但不局限于此环境。

因此，本发明的目的是至少部分地响应该需求。

本发明的第一方面

根据本发明的第一方面，通过以下装置实现该目的：该装置包括与第一收缩环冷缩配合装配的第一部件，该第一收缩环本身与第二收缩环冷缩配合装配，该第二收缩环至少在20℃和1000℃之间的温度下表现出比第一收缩环的热膨胀系数低的热膨胀系数。

在室温下，所述收缩环提供了可靠的机械连接和良好的密闭性。在温度上升期间，第二收缩环比第一收缩环膨胀得少。因此，该第二收缩环在第一收缩环上施加压缩力，该压缩力防止该第一收缩环与该第一部件分离或者防止第一部件和第一收缩环之间的密闭性降低。

因此，在后续描述中可以更详细地看到，当第一部件是陶瓷管子时，可能通过将金属管子连接到第一收缩环以获得陶瓷管子和金属管子之间的连接，该连接在机械方面特别可靠。有利地，尤其对于目标应用而言，不仅在室温下，而且在通常高于700℃、高于800℃、甚至高于900℃的几百度的温度范围中，该连接可以充分密封。

根据本发明的装置还可包括以下可选择的性质中的一个或多个性质：

-第一部件由在20℃和1000℃之间表现出小于10·10^-6K^-1、小于8·10^-6K^-1、小于6·10^-6K^-1或者甚至小于5·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成。

-该第一部件由表现出大于150GPa的弹性模量(MOE)的材料制成。

-该第一部件由能够承受达1400℃、甚至1500℃的温度的陶瓷、碳化物、氮化物或氧化物材料形成。