冲击波反应器及其用途、反应器组件、装置和方法制造方法及图纸

用于含烃原料的热裂解的冲击波反应器，包括壳体，其中管道形成有入口和出口；转子，转子的外周包含轴流叶栅；其中壳体基本上包围转子的外周和管道内的多个固定叶栅，其中叶栅被配置为引导含有处理流的原料在入口和出口之间的管道内传播时按照螺旋轨迹重复地穿过叶栅，并被配置为生成固定冲击波以加热原料。该反应器可以被配置为用于实现利用烃的热裂解方法；然而，可将该反应器用于处理基于碳水化合物的原料和基于甘油酯的原料，包括气态生物质物质的处理。提出了反应器的用途、反应器组件、包括该反应器的装置、用于处理原料物质的相关方法以及输入用于快速吸热反应或快速放热反应的能量的方法。能量的方法。能量的方法。

【技术实现步骤摘要】
冲击波反应器及其用途、反应器组件、装置和方法
[0001]本申请是申请日为2014年7月3日，申请号为201480081693X，专利技术名称为“方法及旋转机型反应器”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及石油和石化精炼领域，特别是涉及用于含烃化合物的热裂解(cracking)的反应器。

技术介绍

[0003]裂解方法在历史上已经用于炼油厂和石油化工厂，以将重烃流转化为更轻的烃馏分。虽然石油和石化精炼领域被称为是成熟且根深蒂固的
之一，但石油和石化工业出现的趋势之一要求任何开发技术都将满足两个主要的要求。这些要求可简要地被表述为节能和减少从不可再生的原材料来源提取的原料的消耗。这些也是用于开发主要石化方法之一(大规模生产低级(低分子量)烯烃)要考虑的问题。
[0004]低分子量烯烃(诸如乙烯、丙烯和丁烯)是石油化学工业的基本产物，并且用作塑料、橡胶、聚合物、弹性体和其他合成材料以及纤维和涂料的商业生产中的原料。用于低级烯烃的现有生产技术包括将中等重量烃(诸如石脑油或气油)和轻质烃(如戊烷、丁烷、丙烷和乙烷)热解为管式炉中的轻量基本上不饱和的可聚合组分，该技术产生于半个多世纪以前并且几乎不能满足成本有效的原料利用的现代需求。管式炉对热解方法具有限制：反应温度因为管材料的耐久性而不能增加，以及从管壁到处理气体的热传递具有物理限制。这导致原料滞留时间，其对于该方法不是最佳的。管式裂解炉中不足的原料加热速率导致热解方法的增加的持续时间。该事实导致这样的情况，即，当在初始阶段形成时，烯烃在反应炉中停留足够长的时间以开始进入二次反应，其自然后果是目标产物的损失。次级产物还包括焦炭，其引起管中的热传递问题和位于下游的设备中的结垢。传统技术不能提供用于消除上述问题的合理解决方案，这是因为常规热解炉的辐射段中的热传递速率已经达到了技术限制。在常规管式反应器中，热量因此通过反应器壁被输送至反应区。
[0005]除了管式炉之外，用于热解设备的解决方案是已知的。这些包括具有复杂的转子叶片布置的旋转反应器。用于建造和维护这样的设备的成本高于可通过其获得的利润。
[0006]因此，用于通过热降解生产低分子量烃的传统方法遇到了以下问题：1.管式炉反应器的性能系数差；2.有价值的原料材料的损失；3.反应时间长；4.高的二次反应速率；4.高能耗；5.非最佳的(小于可能的)产物产率和选择性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是通过实施原料的热处理、热化学处理或催化热化学处理的新方法(诸如含烃化合物的热裂解)来至少缓解上述问题。
[0008]该目的通过提供适合于含烃原料的热解的旋转机型反应器来实现。
[0009]在一种实施方式中，螺旋通道反应器(helical
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path reactor)包括具有轴和设置
有形成轴流转子叶栅的叶片的盘的转子、可选地设置有邻接轴流转子叶栅的至少两个固定叶栅(静叶珊，静止叶珊，stationary vane cascade)的固定引导环形缘、和壳体。布置在壳体内的引导缘(directing rim)的外表面与壳体的内表面一起基本上限定管道(duct)以保持在其间。可替代地，固定叶栅中的至少一些可以例如形成在壳体的限定管道壁的内表面上。管道在子午面中的横截面形成环形轮廓。
[0010]管道可以包括以形成若干个操作室这样的方式设置的若干个分隔壁(dividing partition)。操作室优选地具有相等的尺寸；然而，在适当的情况下，其他技术实施方式是可能的。
[0011]反应器包括至少一个用于原料流的入口端口(入口)和至少一个用于产物流的出口端口(出口)。入口端口优选地沿转子的旋转方向布置在每个分隔壁之后，并且出口端口优选地布置在分隔壁之前。入口端口和出口端口可以被集成在管道内。
[0012]反应器可以进一步配置有布置在轴流转子叶栅上游的第一固定叶栅；以及布置在轴流转子叶栅下游的第二固定叶栅。因此，固定叶栅可以设置有引导缘。前述固定叶栅以使得在第一叶栅出口点和第二叶栅入口点之间产生无叶空间这样的方式布置。
[0013]在一种实施方式中，反应器被配置为具有所有上述叶栅(即固定叶栅和转子叶栅)，其在管道内基本上是邻近的。
[0014]在一些实施方式中，反应器内的所有叶栅的三维排列适于引导含有处理流(工艺流)的原料在入口端口和出口端口之间的管道内传播时按照螺旋轨迹重复地经过所述叶栅和无叶空间，并适于顺序地生成固定冲击波(激波)以加热反应器内的原料。轴流转子叶栅因此被配置为向含有处理流的原料提供动能，从而增加其速度，并且位于其下游的固定叶栅被配置为降低处理流的速度并将动能转换成热。
[0015]提供所有叶栅及其叶使得允许处理流的流速度能够在所有叶栅处达到超过声速(即超音速)的速度，同时在管道内的无叶空间中的流速保持亚音速(次音速，subsonic)。
[0016]在一种实施方式中，轴流转子叶栅设置有工作叶片(blade)，该叶片具有主动超音速冲击涡轮叶片的轮廓(分布，profile)，这些叶片以使其凹侧指向转子旋转的方向这样的方式被安装转子。
[0017]在一些实施方式中，第一固定叶栅设置有多个叶(vane)，这些叶具有弯曲的轮廓并且通过其凸侧沿转子旋转的方向设置；并且第二固定叶栅设置有多个叶，这些叶具有弯曲的超音速压缩机(超音速压气机，supersonic compressor)轮廓，并且还通过其凸侧沿转子旋转的方向设置。
[0018]根据一些其他实施方式，反应器被配置为轴流压气机型机器(轴向压缩机式机械，轴流式压缩机，axial compressor type machine)。该实施方式的轴反应器(轴向反应器，axial reactor)包括细长的转子，沿该细长的转子将多个转子叶片布置成许多顺序行以形成一个或多个轴流转子叶栅。转子封装在壳体内，壳体的内表面设置有定子叶栅，所述定子叶栅被布置成使得转子叶栅和定子叶栅的叶片/叶沿着所述转子的长度交替。
[0019]在各种实施方式中，反应器适于处理流体原料，优选气态原料物质。
[0020]在一些实施方式中，反应器适于处理含氧原料物质，诸如基于碳水化合物的原料物质和基于甘油酯(诸如例如甘油三酯)的原料物质。
[0021]在又一实施方式中，反应器适于处理以气态形式提供到反应器中的基于生物质的
原料物质、优选纤维素衍生的原料物质或者特别是木质纤维素衍生的原料物质。
[0022]在本专利技术的另一方面，提供了一种反应器组件，其包括连接至驱动发动机、热回收单元和淬火单元的本专利技术的反应器。
[0023]在本专利技术的又一方面，提供了热解设备形式的装置(arrangement)，所述装置包括至少两个串联或并联连接的本专利技术的反应器。
[0024]在本专利技术的再一方面，提供了一种利用本文公开的反应器的实施方式来热裂解含烃原料的的方法。
[0025]在本专利技术的又一方面，提供了一种通过冲击波对快速吸热化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于含烃原料的热裂解的冲击波反应器(11a、11b、102)，包括：壳体(4)，其中管道(10)形成有入口(6、6a)和出口(7)；转子(1、1a)，所述转子的外周包含轴流叶栅(2)；以及多个固定叶栅(8、9)，所述多个固定叶栅布置在所述壳体(4)的限定管道壁的内表面上，其中，所述壳体基本上包围所述转子(1a)的外周和所述管道内的多个固定叶栅(8、9)，其中，所述固定叶栅(8、9)以相邻的方式相对于所述轴流叶栅(2)设置，从而形成定子
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转子
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定子的布置结构，其中所述叶栅(2、8、9)被配置为引导含有处理流的原料在所述入口和出口之间的管道内传播时按照螺旋轨迹在所述定子
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转子
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定子的布置结构内重复地穿过所述叶栅，并且被配置为生成固定冲击波以加热所述原料。2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述管道(10)具有基本上环形的子午截面。3.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，所述固定叶栅(8、9)包括至少两个叶栅，第一固定叶栅被配置在所述轴流叶栅(2)的上游并且第二固定叶栅被配置在所述轴流叶栅(2)的下游，其中，所述固定叶栅被可选地布置成使得在第一叶栅入口点和第二叶栅出口点之间产生无叶空间。4.根据任一前述权利要求所述的反应器，包括在所述壳体内的固定引导缘(3)，所述缘的外表面基本上限定所述管道(10)保持在所述缘的外表面与所述壳体的内表面之间，其中，所述缘的外表面可选地设置有至少一些所述固定叶栅。5.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，所述叶栅(2、8、9)在所述管道内基本上是邻近的。6.根据任一前述权利要求所述的反应器，所述反应器设置有两个入口端口和两个出口端口。7.根据权利要求1所述的反应器，其中，(11b，11c)，所述管道被配置为限定基本上圆锥形、截头的圆锥形或圆柱形的室，所述反应器可选地还包括下述中的至少一项元件：一个或多个轴流转子叶栅的叶片，所述叶片被配置为与所述转子(1)的纵向方向上的相应固定叶栅的叶交替，从而形成顺序的叶栅单元，每个单元包括空间上位于固定叶(8、9)之间的转子叶片(2)；以及第一固定叶栅，所述第一固定叶栅包括多个喷嘴叶；以及第二固定叶栅，所述第二固定叶栅包括多个扩散叶，所述喷嘴叶和扩散叶被配置为在所述转子(1)的纵向方向上互相交替。8.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，所述轴流叶栅(2)被配置为提供动能并对含有处理流的原料增加速度，并且至少一个固定叶栅(9)被配置为降低所述流的速度并将动能转换成热。9.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，所述含有处理流的原料的流速在所述叶栅处为超音速并且在所述管道内的无叶空间中为亚音速。10.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，入口端口和出口端口被集成在所述管道内。11.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，至少两个分隔壁相对于转子轴对称地布置在所述管道内，以便形成至少两个基本上相同的操作室，每个操作室与用于所述处理流的入口和出口相关联。
12.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，所述第一固定叶栅(8)包括多个喷嘴叶，所述喷嘴叶具有弯曲的轮廓并且优选地通过所述喷嘴叶的凸侧沿转子旋转的方向设置，并且其中所述第二固定叶栅(9)包括多个扩散叶，所述扩散叶具有弯曲的超音速压缩机轮廓并且优选地通过凸侧沿转子旋转的方向设置。13.根据任一前述权利要求所述的反应器，其中，所述轴流叶栅(2)包含多个具有主动涡轮叶片的轮廓的叶片，所述叶片优选地通过其凹侧沿转子旋转的方向安装。14.根据任一前述权利要求所述的反应器，所述反应器被配置为对下述中的至少一项元素进行处理：气化的含碳水化合物的原料物质，气化的含甘油酯的原料物质，以及木质纤维素衍生的原料材料。15.根据任一前述权利要求所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤卡，
申请(专利权)人：酷布鲁克公司，
类型：发明
国别省市：