專利名稱：用于烴的裂解的葉片式反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于烴的熱裂解以生產(chǎn)低級(jí)烯烴的設(shè)備。在該技術(shù)方案的本質(zhì)中，本發(fā)明在其另一方面涉及旋轉(zhuǎn)的葉片式機(jī)器。
背景技術(shù)：
低級(jí)烯烴(乙烯、丙烯和丁烯)是石油化學(xué)的基本產(chǎn)品，并且用作塑料、橡膠、纖維和涂料的商業(yè)性生產(chǎn)的原料。在工業(yè)中，通過(guò)諸如乙烷、丙烷、丁烷、石腦油或輕油之類的烴的裂解來(lái)生產(chǎn)低級(jí)烯烴。根據(jù)當(dāng)前已被接受的技術(shù)，裂解在包括管式爐和淬火器的裝置中進(jìn)行。被蒸發(fā)并與蒸汽混合的給料被供應(yīng)到位于爐的輻射室內(nèi)的反應(yīng)管中。具有750°C至930°C的溫度的裂解流通過(guò)輸送管路被引到淬火器，它們?cè)诖慊鹌髦斜谎杆倮鋮s而停止反應(yīng)，然后被輸送到將它們分成期望的產(chǎn)品和副產(chǎn)品的車間。不合需要的副產(chǎn)品是氫、甲烷并且尤其是碳，碳中的呈灰粒形式的部分被氣流帶走，而其它部分形成沉積在反應(yīng)管和下游設(shè)備的壁上的焦炭。在反應(yīng)區(qū)同時(shí)發(fā)生兩個(gè)過(guò)程初級(jí)裂解反應(yīng)；該初級(jí)裂解反應(yīng)導(dǎo)致形成低級(jí)烯烴；以及二次裂解反應(yīng)，在二次裂解反應(yīng)期間，所形成的低級(jí)烯烴被消耗而形成副產(chǎn)品。因此，對(duì)于每種原料以及反應(yīng)區(qū)中的溫度和壓力的每種組合均存在最佳駐留時(shí)間，所述時(shí)間對(duì)應(yīng)于產(chǎn)品流中期望產(chǎn)品的最大產(chǎn)量。初級(jí)反應(yīng)的速率不取決于壓力，并且隨溫度升高而迅速地增大，而二級(jí)反應(yīng)的速率隨溫度升高而較緩慢地增大，并且其與所形成的低級(jí)烯烴的分壓力成比例。因此隨著過(guò)程溫度升高，最佳駐留時(shí)間迅速降低。因此，當(dāng)石腦油被裂解時(shí)，最佳駐留時(shí)間在過(guò)程溫度每升高30至35K時(shí)下降兩倍。借助蒸汽對(duì)開(kāi)始的給料進(jìn)行稀釋降低了烴分壓力，這導(dǎo)致二級(jí)反應(yīng)的速率降低， 并且導(dǎo)致期望裂解產(chǎn)品的產(chǎn)量提高。然而，與需要附加的能量消耗相關(guān)，該方法具有局限性。對(duì)于乙烷或丙烷，蒸汽供給通常為給料質(zhì)量的20%至40% ；對(duì)于丁烷，通常為25% 至50% ；對(duì)于石腦油，通常為45%至50% ；對(duì)于輕油，蒸汽供給能達(dá)至給料質(zhì)量的80%至 100%。提高期望裂解產(chǎn)品的產(chǎn)量的另一方法是在適當(dāng)增大過(guò)程溫度時(shí)降低駐留時(shí)間，使得裂解每部分給料所需要的熱量在較短時(shí)間內(nèi)應(yīng)被傳遞到給料。傳熱速率的必要增大能通過(guò)減小反應(yīng)管直徑并通過(guò)增大反應(yīng)管壁與流之間的溫差來(lái)達(dá)到。管式裂解爐的結(jié)構(gòu)大約直到1985年為止沿該方向上進(jìn)步。M. W. Kellogg公司的管式爐“Millisecond”成為這種研制的終點(diǎn)，在所述爐中實(shí)現(xiàn)了向工業(yè)管式爐的反應(yīng)區(qū)傳熱的最大速率。在這些爐中該過(guò)程在直徑為28至35mm的管中、在大約900°C至930°C的流出流溫度下以及在大約0. 05至0. 1 秒的駐留時(shí)間下執(zhí)行，其中壁的溫度與流心的溫度之間的差達(dá)到120°C至310°C。管式裂解爐中的駐留時(shí)間的進(jìn)一步降低由于下列原因而變得無(wú)益。由于鄰近反應(yīng)管的壁的邊界層中的溫度的顯著變化，因此用于從該壁以各種距離移動(dòng)的給料顆粒的最佳駐留時(shí)間基本上是不同的，從而給料的相當(dāng)大的一部分的裂解不可避免地在遠(yuǎn)離最佳條件的條件下發(fā)生。典型地在“Millisecond”爐的操作條件下，由于流的截面中的溫差而使期望產(chǎn)品的損失達(dá)到使得駐留時(shí)間的進(jìn)一步降低變得不可取的值。工業(yè)裂解中的低級(jí)烯烴的產(chǎn)量在過(guò)去20年間實(shí)際上未改變，并且每次過(guò)程的乙烷的產(chǎn)量為在乙烷的裂解中大約為50%至52% ；在丙烷和丁烷的裂解中大約為32%至 37% ；在石腦油的裂解中大約為至36% ；在輕油的裂解中大約為23%至觀(％。同時(shí)， 由于對(duì)烴原料的需求增加，因此期望的裂解產(chǎn)品的產(chǎn)量的增加變得越來(lái)越實(shí)際。由于妨礙管式爐中期望的裂解產(chǎn)物的產(chǎn)量的增加的原因具有基本原理特性，因此其中石油化學(xué)的該分支目前的技術(shù)停滯的狀態(tài)僅能通過(guò)拒絕使用管式裂解爐來(lái)克服。存在多種用于在設(shè)備中進(jìn)行烴的裂解的已提出的方法，在所述設(shè)備中，通過(guò)使工藝流與被加熱的熱載體混合來(lái)加熱該工藝流，而不使用通過(guò)限制反應(yīng)區(qū)的壁的傳熱來(lái)加熱該工藝流。美國(guó)專利5，389，232,6, 538，169和7，312，370公開(kāi)了通過(guò)使烴與被加熱的催化劑
顆粒的流態(tài)化流混合來(lái)裂解烴的設(shè)備。然而，這些設(shè)備由于不可能實(shí)現(xiàn)在其中的短駐留時(shí)間因此獲得相對(duì)較低的乙烯產(chǎn)量。美國(guó)專利4，134，824,4, 724，272和4，832，822公開(kāi)了用于通過(guò)利用高溫氣態(tài)熱載體來(lái)裂解的設(shè)備。這些反應(yīng)器的缺點(diǎn)是產(chǎn)品流中CO、CO2和煙灰的含量高。該現(xiàn)象的原因是在工藝流的整個(gè)截面上的大的溫差。該方法不被用于烯烴的工業(yè)生產(chǎn)中。存在多種已提出的裂解方法，其中，通過(guò)將氣態(tài)反應(yīng)介質(zhì)的流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱來(lái)加熱該流。美國(guó)專利5，300，216公開(kāi)了一種設(shè)備，該設(shè)備用于在存在高強(qiáng)度的駐激波的蒸汽情況下進(jìn)行烴的裂解。在管式爐中被過(guò)度加熱至大約1000°c的溫度的蒸汽以27barabs的壓力通過(guò)超音速噴嘴被供應(yīng)到包括連續(xù)定位的混合區(qū)和裂解區(qū)的反應(yīng)器中。被預(yù)加熱達(dá)至大約627°C的烴料(乙烷)通過(guò)混合器被供應(yīng)到蒸汽的超音速流中。所形成的混合物形成超音速流，該超音速流的溫度比其需要開(kāi)始裂解反應(yīng)的溫度低。在混合區(qū)和裂解區(qū)之間設(shè)置直壓縮激波(駐激波)。當(dāng)通過(guò)該壓縮激波時(shí)，超音速流的動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為熱。在壓縮激波的下游，混合物在9bar abs的壓力下達(dá)到亞音速和大約為1000°C的溫度。反應(yīng)混合物以 0. 005至0. 05秒通過(guò)裂解區(qū)，同時(shí)其溫度由于裂解反應(yīng)的吸熱而降低至大約863°C。實(shí)現(xiàn)了將70%的乙烷轉(zhuǎn)化為乙烯。產(chǎn)品流進(jìn)入熱交換器中，然后傳到氣體分離設(shè)備。在該設(shè)備中，在反應(yīng)流的整個(gè)截面上的溫差可以忽略不計(jì)，并且所有原料顆粒通過(guò)反應(yīng)器的溫度歷程(作為時(shí)間的函數(shù)的溫度變化)相同。然而，相對(duì)于烴質(zhì)量的蒸汽供應(yīng)必須是大約500% 至667%。關(guān)于這一點(diǎn)，相對(duì)于所生產(chǎn)的乙烯的能量消耗過(guò)高。這使得該方法在當(dāng)前的能源成本與乙烯成本的相互關(guān)系下不適于商業(yè)用途。美國(guó)專利4，265, 732公開(kāi)了一種用于烴的裂解的葉片式反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括 轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有若干排葉片，所述葉片形成軸流式葉柵；以及殼體，該殼體具有用于介質(zhì)的入口和出口，并且封裝轉(zhuǎn)子和靜葉片。裂解所需要的熱由于葉片的流體動(dòng)力阻力而直接在工藝流中產(chǎn)生。裂解產(chǎn)物被冷卻并且被進(jìn)一步引導(dǎo)以用于氣體分離。在工藝流的整個(gè)截面上的溫差可以忽略不計(jì)，并且所有流動(dòng)顆粒通過(guò)反應(yīng)器的溫度歷程相同。然而，為了實(shí)施該發(fā)明，必須制造具有相當(dāng)大的級(jí)數(shù)(達(dá)至43級(jí))的軸流葉片式機(jī)器，所述級(jí)具有高的葉片圓周速度G50m/sec)，其中繞多數(shù)葉片流動(dòng)的流的溫度等于最大裂解溫度(達(dá)至1050°C )。設(shè)計(jì)這種機(jī)器時(shí)應(yīng)該克服的困難如此大以致該機(jī)器未曾被造出。美國(guó)專利7，232，937公開(kāi)了一種用于烴的裂解的葉片式反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括 殼體，該殼體具有進(jìn)口螺紋接套和出口螺紋接套，所述殼體的腔具有引導(dǎo)靜葉片；以及轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中布置有工作葉片，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在腔中產(chǎn)生環(huán)形渦流。裂解所需要的熱在葉片的流體動(dòng)力阻力期間直接在反應(yīng)介質(zhì)的體積內(nèi)產(chǎn)生。裂解反應(yīng)在傳送管中繼續(xù)進(jìn)行， 該傳送管使反應(yīng)器與淬火器連接。因?yàn)閺?qiáng)烈的混合，因此反應(yīng)器腔中的流動(dòng)的所有顆粒實(shí)際上均具有相同的溫度；然而，在該腔中駐留時(shí)間對(duì)于各個(gè)顆粒是不同。因此，在反應(yīng)器腔中駐留期間顆粒的溫度歷程駐留是不同的。與理論上可能的差相比，溫度歷程的差導(dǎo)致過(guò)程效率降低。該反應(yīng)器具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造；然而，由于繞工作葉片流動(dòng)的流的溫度等于最高裂解溫度，因此該反應(yīng)器難以提供可靠性。因此，研制適于在烴的裂解中商業(yè)使用的設(shè)備的問(wèn)題仍未被解決，該設(shè)備提供明顯高于管式裂解爐的低級(jí)烯烴產(chǎn)量。結(jié)果，石油化學(xué)領(lǐng)域中的技術(shù)人員相信顯著改進(jìn)現(xiàn)代裂解技術(shù)的任何努力都是沒(méi)有希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于烴的裂解的簡(jiǎn)單且可靠的葉片式反應(yīng)器，其中，低級(jí)烯烴的產(chǎn)量比管式裂解爐中的產(chǎn)量大，這是由于幾乎所有流動(dòng)顆粒通過(guò)所述反應(yīng)器的的溫度歷程是相同的。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)從以下說(shuō)明中將變得清楚。一種用于烴的裂解的反應(yīng)器被構(gòu)造成旋轉(zhuǎn)的葉片式機(jī)器，該機(jī)器包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有形成軸流式葉柵的工作葉片；以及殼體，該殼體具有入口和出口，所述殼體封裝該轉(zhuǎn)子和靜葉片。根據(jù)本發(fā)明，在所述殼體中安裝有固定的環(huán)面形導(dǎo)向箍，并且所述箍鄰近所述工作葉片的末端。所述殼體封裝轉(zhuǎn)子外周和所述箍，使得形成通道，所述通道的子午截面為環(huán)形。在所述通道中安裝一個(gè)分隔件或者相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線對(duì)稱地安裝若干個(gè)分隔件，所述分隔件(多個(gè)分隔件)限定一個(gè)或若干個(gè)相同的工作腔的邊界。入口沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向位于每個(gè)分隔件的緊后方，而出口位于每個(gè)分隔件的緊前方。位于每個(gè)工作腔中的所述靜葉片包括形成噴嘴柵的噴嘴葉片和形成擴(kuò)散柵的擴(kuò)散葉片，所述噴嘴柵和所述擴(kuò)散柵分別位于所述葉柵的上游和下游。在所述擴(kuò)散柵的出口和所述噴嘴柵的入口之間形成無(wú)葉片空間。當(dāng)所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)工作腔中的流體被迫沿螺旋形軌跡從所述入口運(yùn)動(dòng)到所述出口，使得流束反復(fù)連續(xù)地橫穿所述噴嘴柵、所述葉柵、所述擴(kuò)散柵和所述無(wú)葉片空間。在該無(wú)葉片空間中在所述殼體和所述導(dǎo)向箍之間的間隙足以使所述無(wú)葉片空間的所有點(diǎn)中流速小，并且由此在所述擴(kuò)散柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述擴(kuò)散柵的出口處提供相同的壓力。在所述流體通過(guò)所述葉柵時(shí)，其獲得動(dòng)能，然后該動(dòng)能在所述擴(kuò)散柵中轉(zhuǎn)化為熱， 使得在所述螺旋形軌跡的所有類似點(diǎn)中的流體的溫度，包括位于所述噴嘴柵的所述出口處的流體的溫度沿從所述入口至所述出口的方向升高。當(dāng)每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片均沿所述噴嘴柵移動(dòng)時(shí)，所述轉(zhuǎn)子葉片由這樣的流環(huán)流，即，在所述葉片通過(guò)所述分隔件并進(jìn)入下一工作腔時(shí)該流的溫度以跳躍方式逐漸增長(zhǎng)然后下降。葉片的溫度模式由繞其流動(dòng)的流的時(shí)間平均溫度限定。該溫度顯著小于所述反應(yīng)器中的所述工藝流的最高溫度。與根據(jù)美國(guó)專利4，265, 732 和7，232,937的反應(yīng)器相比這是本發(fā)明的所述反應(yīng)器的基本優(yōu)點(diǎn)，在這些美國(guó)專利中，繞所有或多數(shù)葉片流動(dòng)的流的溫度等于所述工藝流的最高溫度。因此本發(fā)明的所述反應(yīng)器可具有較高的可靠性和較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。在所述無(wú)葉片空間中壓力均衡消除了橫跨所述分隔件的壓差，由此以減少了繞所述分隔件的泄漏，并且減少了其溫度歷程不同于主流中的顆粒的溫度歷程的給料顆粒的一部分。結(jié)果，可以獲得比管式裂解爐中更高的低級(jí)烯烴產(chǎn)量。根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方式，所述葉片具有沖擊式渦輪機(jī)葉片的葉型，并且它們以凹側(cè)沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的方式安裝，同時(shí)，在每個(gè)工作腔中均安裝有隔壁，以使沿所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向布置在所述分隔件緊后方的一組噴嘴葉片與該工作腔中的其余噴嘴葉片分離。所述隔壁安裝成使得形成連接所述入口與分離的所述一組噴嘴葉片的通道。該實(shí)施方式提供了當(dāng)啟動(dòng)所述反應(yīng)器時(shí)以名義的氣動(dòng)模式操作該分離的一組噴嘴葉片，而非穩(wěn)定流態(tài)仍發(fā)生在所述工作腔的其它部分中，并且因此提供了所述反應(yīng)器的可靠啟動(dòng)。根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)所述反應(yīng)器在名義工況下操作時(shí)，所述噴嘴柵的幾何參數(shù)沿周向變化，使得在所述葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述葉柵的入口處壓力實(shí)際上相同，并且所述擴(kuò)散柵的幾何參數(shù)沿周向變化，使得在所述葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述葉柵的出口處壓力實(shí)際上相同。所述噴嘴柵和所述擴(kuò)散柵的參數(shù)所需要的變化可以考慮在所述工作腔的整個(gè)長(zhǎng)度上所述工藝流的溫度分布和熱物理特性來(lái)計(jì)算或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇。在至所述葉柵的所述入口處的壓力均衡與在所述葉柵的所述出口處的壓力均衡允許減少通過(guò)所述殼體和轉(zhuǎn)子盤的表面之間的間隙的徑向泄漏。所述徑向泄漏的減小又允許給料顆粒的不在所述主流中移動(dòng)的一部分減少，該給料顆粒的一部分的溫度歷程不同于所述主流中的顆粒的溫度歷程。結(jié)果是可以獲得更高的低級(jí)烯烴產(chǎn)量。


現(xiàn)在將參照作為實(shí)施例給出的附圖描述根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1示意性地示出了具有兩個(gè)工作腔的反應(yīng)器的前視圖。圖2示出了沿圖1的線A-A的截面。圖3示出了沿圖1的線B-B的柱形截面。圖4示出了使用該反應(yīng)器的裂解裝置的示意圖。圖5示出了表明在主流中通過(guò)反應(yīng)器的原料顆粒的溫度歷程的曲線圖。圖6示出了通過(guò)反應(yīng)器的流體的平均分子量的變化的曲線圖。圖7示出了反應(yīng)器中的葉片、葉柵的葉型和通道的形狀以及速度的三角形。
具體實(shí)施例方式用于烴的裂解的葉片式反應(yīng)器(圖1、2和3)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括軸1和圓盤2， 沿圓盤2的周邊設(shè)置有工作葉片3。葉片3具有超音速?zèng)_擊式渦輪機(jī)葉片的葉型，它們沿徑向，并且以凹側(cè)沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的方式安裝，這些葉片形成軸流式葉柵。軸1配備有用于與驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)連接的聯(lián)軸器4，并且利用密封件8和9通過(guò)軸承6和7被安裝在殼體 5中。具有恒定橫截面的固定的環(huán)面形導(dǎo)向箍10鄰近工作葉片3的末端。殼體5封裝箍10和圓盤2，從而形成具有恒定子午橫截面的通道。該橫截面為環(huán)形。箍10是中空的并且通過(guò)徑向銷11緊固到殼體5，該徑向銷11緊固在箍10中并且進(jìn)入形成于殼體5中的導(dǎo)向插座12。兩個(gè)分隔件相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線對(duì)稱地安裝在箍10與殼體5之間的所述通道中，使得形成兩個(gè)相同的工作腔。每個(gè)分隔件均分別包括分隔壁13以及后端件14和前端件15，后端件14和前端件15相對(duì)于葉柵分別布置在上游和下游。端件14和15的邊緣是尖銳的。 這里及以下的術(shù)語(yǔ)“尖緣”是指與葉柵的節(jié)距相比厚度小得可以忽略不計(jì)的邊緣。端件14 和15分別被緊固在環(huán)16和17中。環(huán)16和17被緊固在殼體5中，可相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線調(diào)節(jié)它們的周向位置。入口 18沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向布置在每個(gè)分隔件之后，而出口 19布置在每個(gè)分隔件之前。靜噴嘴葉片20在每個(gè)工作腔中被布置在轉(zhuǎn)子葉柵的上游，所述葉片具有曲線葉型，并且以凸側(cè)沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的方式緊固在環(huán)16中而形成噴嘴柵。靜擴(kuò)散葉片21布置在葉柵的下游，所述葉片具有彎曲的超音速葉型，以凸側(cè)沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的方式固定在環(huán) 17中而形成擴(kuò)散柵。在擴(kuò)散柵的出口與噴嘴柵的入口之間具有無(wú)葉片空間22。在每個(gè)工作腔中安裝有一隔壁，其包括分隔壁23和具有尖緣的端件24。該隔壁使沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向布置在分隔件緊后方的一組噴嘴葉片與其余的噴嘴葉片分離，從而形成使入口 18與分離的所述一組噴嘴葉片連接的通道。端件M被緊固在環(huán)16中。操作中，轉(zhuǎn)子如圖1所示逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。兩個(gè)工作腔相同地操作。流通過(guò)入口 18進(jìn)入反應(yīng)器，并且沿軸線位于箍10內(nèi)的螺旋形軌跡移入工作腔，并且所述流反復(fù)地連續(xù)橫穿噴嘴柵、葉柵、擴(kuò)散柵和無(wú)葉片空間22。當(dāng)通過(guò)葉柵時(shí)，流獲得動(dòng)能，該動(dòng)能然后在擴(kuò)散柵中轉(zhuǎn)化成熱。結(jié)果，螺旋形軌跡的所有類似點(diǎn)中的介質(zhì)的溫度沿從入口 18至出口 19的方向升高。由于裂解反應(yīng)，工作腔中流動(dòng)的平均分子量沿從入口 18至出口 19的方向減小。在端件14和15之間的空間中存在流出流和進(jìn)入流的部分混合。后端件14和前端件15相對(duì)于彼此沿周向移位，從而使這些流的混合最小。無(wú)葉片空間22中殼體5與導(dǎo)向箍10之間的間隙足夠大，以使在該空間的所有點(diǎn)中流速小，并且由此在所述擴(kuò)散柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在擴(kuò)散柵的出口處提供實(shí)際上相同的壓力。由隔壁分離的噴嘴葉片的操作模式與該工作腔中的其它噴嘴葉片的操作模式無(wú)關(guān)。因此，能夠始終提供用于所述一組噴嘴葉片的正常氣動(dòng)操作模式，包括當(dāng)在工作腔的其它部分中仍存在非穩(wěn)定流態(tài)時(shí)使反應(yīng)器開(kāi)始工作的時(shí)間。因此，提供了反應(yīng)器的可靠啟動(dòng)。噴嘴柵和擴(kuò)散柵的幾何參數(shù)沿周向變化，使得當(dāng)反應(yīng)器在名義工況下操作時(shí)，在葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在葉柵的入口處提供實(shí)際上相同的壓力，并且在葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在葉柵的出口處提供實(shí)際上相同的壓力(詳見(jiàn)下文)。葉柵的入口處的壓力均衡減小了通過(guò)轉(zhuǎn)子盤2和環(huán)16之間的間隙的徑向泄漏。葉柵的出口處的壓力均衡減小了通過(guò)轉(zhuǎn)子盤2和環(huán)17之間的間隙的徑向泄漏。圖4示出了石腦油裂解裝置的示意圖，該裝置包括在實(shí)施例中描述的反應(yīng)器25、 具有減速齒輪27的固定燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)沈、燃燒室觀、鍋爐應(yīng)用器四以及淬火和蒸發(fā)裝置30、31。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)沈的廢氣被分成兩股流，其中一股流進(jìn)入鍋爐應(yīng)用器四的低溫部(圖中的上部)，而另一股流進(jìn)入燃燒室觀，在燃燒室觀處該另一股流被附加地加熱，并且正好由此處該另一股流進(jìn)入鍋爐應(yīng)用器四的高溫部(圖中的下部)。
石腦油和在壓カ下從外部源(圖中未示出)引入的蒸汽稀釋劑混合。所形成的蒸 汽-給料混合物首先在鍋爐應(yīng)用器四的低溫部的線圈中被加熱，然后在該鍋爐的高溫部的 線圈中被附加地加熱，并且被供應(yīng)到反應(yīng)器25中，在反應(yīng)器25中進(jìn)行裂解。產(chǎn)品流在具有 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的淬火裝置30、31中被冷卻，其中在壓カ下從外部源(圖中未示出)供入所述裝 置中的冷卻水被蒸發(fā)。來(lái)自淬火裝置30和31的產(chǎn)品流被供入氣體分餾裝置(圖中未示 出)中，在該氣體分餾裝置中產(chǎn)品流被分離成期望產(chǎn)品和副產(chǎn)品。給料是平均分子量為96. 9X 10_3kg/mOle的石腦油。蒸汽-稀釋劑的量是給料質(zhì) 量的50%。在正常工作條件下裝置的生產(chǎn)能力是每小時(shí)15，260kg的給料。單軸燃?xì)鉁u輪 發(fā)動(dòng)機(jī)26的輸出軸功率為15麗，效率為35. 2%。裝置中的材料流具有下列特征燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(GTE) 26中的燃料(甲烷)消耗3066kg/hrGTE 26 的廢氣流速49. 9kg/sGTE 26 的廢氣溫度495 °C燃燒室28的出ロ處的氣體流速16. 5kg/s燃燒室28中的燃料(甲烷)消耗194kg/hr燃燒室28的出ロ處的氣體溫度971°C通過(guò)反應(yīng)器25的流的流速6. 36kg/s反應(yīng)器25的入口處的壓力0. 215MPa, abs反應(yīng)器25的入口處的流動(dòng)的溫度574°C淬火裝置30和31的入口處的壓力0. 215MPa, abs淬火裝置30和31的入口處的流動(dòng)的溫度868°C淬火裝置30和31的出ロ處的壓力0. 160MPa淬火裝置30和31的出ロ處的流動(dòng)的溫度380°C反應(yīng)器25具有下列特征工作腔的數(shù)量2轉(zhuǎn)子在葉片的平均截面上的半徑0.50 !葉片的數(shù)量156轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率4，837rpm葉片的平均截面上的圓周速度254. 3m/s無(wú)葉片空間中的壓力0.200MPa轉(zhuǎn)子葉柵的入口處的壓力 0.098MPa轉(zhuǎn)子葉柵的出口處的壓力 0.098MPa圖5是在主流中移動(dòng)的流動(dòng)顆粒的溫度歷程。對(duì)于在反應(yīng)器內(nèi)的一次駐留，エ藝流通過(guò)葉柵七次，并且在毎次通過(guò)期間均經(jīng)受 跳躍加熱。虛線表示流通過(guò)柵的時(shí)刻(所述通過(guò)的持續(xù)時(shí)間由于值很小而未被示出)。隨 之發(fā)生的溫度躍變之間的時(shí)間間隔從第一跳躍和第二跳躍之間的4. 65X IO-3S逐漸降低至 第六跳躍和第七跳躍之間的3.66X10_3S。駐留時(shí)間，即從反應(yīng)器25的入口 18至進(jìn)入淬火 裝置在主流中移動(dòng)的流動(dòng)顆粒的渡越時(shí)間為3.66X10_3S。流動(dòng)溫度的升高發(fā)生在擴(kuò)散柵 內(nèi)的高強(qiáng)度的靜壓縮激波中。當(dāng)流橫穿無(wú)葉片空間時(shí)由于裂解反應(yīng)吸熱而發(fā)生流動(dòng)溫度的降低。溫度躍變的值從初次通過(guò)時(shí)的79°C逐漸升高達(dá)至最后第七次通過(guò)時(shí)的105°C。對(duì)于全部七次通過(guò)的溫度躍變的總和是637°C。反應(yīng)介質(zhì)的最高溫度(985°C )在第七次通過(guò)期間在擴(kuò)散柵的出口處獲得。曲線圖(圖6)示出了對(duì)于流體在反應(yīng)器中的一次駐留，流體的平均分子量的變化。虛線表示流通過(guò)柵的時(shí)刻(所述通過(guò)的持續(xù)時(shí)間由于值很小而未被示出)。在流首次通過(guò)葉柵期間，平均分子量從38. 29X10"3kg/mole減小至37. 49 X 1 (^kg/mole，并且之后由于裂解反應(yīng)而平滑地減小，其中38. 29X10"3kg/mole對(duì)應(yīng)于在反應(yīng)器的入口處的流-給料混合物的組分，37.49X10_3kg/mole是與泄漏物混合的結(jié)果。在進(jìn)入淬火裝置的時(shí)刻裂解產(chǎn)品的平均分子量為22. 27X 10_3kg/mole。每個(gè)工作腔中的噴嘴柵和擴(kuò)散柵包括七個(gè)部分，使得介質(zhì)的每下一次通過(guò)均發(fā)生在下一部分中。結(jié)果，形成每個(gè)所述部分中的流動(dòng)的所有流線都具有相同的在先溫度歷程， 并且因此具有相同的溫度和相同的平均分子量。在表I中給出了噴嘴柵的入口處的流動(dòng)溫度(O和葉柵的入口處的流動(dòng)溫度(ti)。表I
權(quán)利要求
1.一種用于烴的裂解的葉片式反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有形成軸流式葉柵的葉片；以及殼體，該殼體具有入口和出口，所述殼體封裝該轉(zhuǎn)子和靜葉片，其中-在所述殼體中安裝有固定的環(huán)面形導(dǎo)向箍，并且所述箍鄰近所述葉片的末端，所述殼體封裝轉(zhuǎn)子外周和所述箍，使得形成一通道，該通道的子午截面為環(huán)形；-在所述通道中安裝一個(gè)分隔件或者相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線對(duì)稱地安裝若干個(gè)分隔件，所述一個(gè)分隔件或若干個(gè)分隔件限定一個(gè)或若干個(gè)相同工作腔的邊界，其中所述入口沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向位于每個(gè)分隔件的緊后方，而所述出口沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向位于每個(gè)分隔件的緊前方；-所述靜葉片包括形成噴嘴柵的噴嘴葉片和形成擴(kuò)散柵的擴(kuò)散葉片，所述噴嘴柵和所述擴(kuò)散柵分別在所述葉柵的上游和下游位于每個(gè)工作腔中，使得在所述擴(kuò)散柵的出口和所述噴嘴柵的入口之間形成無(wú)葉片空間，并且所述噴嘴柵、所述葉柵和所述擴(kuò)散柵的幾何參數(shù)使得當(dāng)所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)工作腔中的流體被迫沿螺旋形軌跡從所述入口運(yùn)動(dòng)到所述出口，所述螺旋形軌跡反復(fù)橫穿所述噴嘴柵、所述葉柵、所述擴(kuò)散柵和所述無(wú)葉片空間；-在該無(wú)葉片空間中所述殼體和所述導(dǎo)向箍之間的間隙足夠大，以在操作中在所述擴(kuò)散柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述擴(kuò)散柵的出口處提供實(shí)際上相同的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中，所述葉片具有沖擊式渦輪機(jī)葉片的葉型，并且它們以凹側(cè)沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的方式安裝；此外，在每個(gè)工作腔中均安裝有隔壁，以使沿所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向布置在相應(yīng)的分隔件緊后方的一組噴嘴葉片與該工作腔中的其余噴嘴葉片分離，使得形成連接相應(yīng)的所述入口與分離的所述一組噴嘴葉片的通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述噴嘴柵和所述擴(kuò)散柵的幾何參數(shù)沿周向變化，使得當(dāng)所述反應(yīng)器在名義工況下操作時(shí)，在所述葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述葉柵的入口處提供實(shí)際上相同的壓力，并且在所述葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述葉柵的出口處提供實(shí)際上相同的壓力。
全文摘要
一種用于烴的裂解的葉片式反應(yīng)器包括轉(zhuǎn)子，其具有形成軸向葉柵的工作葉片(3)；固定的環(huán)面軸環(huán)(10)，其鄰近所述葉片的端部；以及殼體(5)，其包圍所述軸環(huán)和所述轉(zhuǎn)子的外周，使得形成具有環(huán)形子午截面的通道。在所述通道中安裝一個(gè)或更多個(gè)隔板，在每個(gè)隔板之后布置入口(18)，而在每個(gè)隔板之前布置出口(19)。在所述轉(zhuǎn)子葉柵的入口側(cè)安裝形成噴嘴柵的噴嘴葉片(20)，在所述轉(zhuǎn)子葉柵的出口側(cè)安裝形成擴(kuò)散柵的擴(kuò)散葉片(21)。在所述擴(kuò)散柵的出口和所述噴嘴柵的入口之間存在無(wú)葉片的空間(22)。布置在每個(gè)隔板緊后方的一組噴嘴葉片可通過(guò)隔膜與剩余的噴嘴葉片分離開(kāi)，使得形成連接相應(yīng)的入口與所述一組葉片的通道，從而更容易啟動(dòng)所述反應(yīng)器。所述噴嘴柵和所述擴(kuò)散柵的幾何參數(shù)可沿周向變化，以在所述轉(zhuǎn)子葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述葉柵的入口處提供相同壓力，并且在所述轉(zhuǎn)子葉柵的整個(gè)長(zhǎng)度上在所述葉柵的出口處提供相同壓力，這防止通過(guò)所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間的間隙的徑向泄漏。
文檔編號(hào)B01J3/08GK102427875SQ200980159352
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
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