[发明专利]用于实施化学反应的旋转装置

说明书

提供了用于在工艺流体中实施化学反应的设备100，包括在其上安装有一些轴径向转子3的中心轴1，在转子上游布置的多个定叶片2和在转子下游布置的混合空间4，其中混合空间配置为将通过转子赋予工艺流体的机械能转化为所述工艺流体的内能和建立用于至少一种化学反应在工艺流体中发生的条件。还提供了设备的相关装置、方法和使用。

技术领域

本发明涉及旋转涡轮机领域。具体地，本发明涉及用于实施化学反应的旋转设备、相关装置、方法和使用。

背景技术

通常，在石油精炼和石油化工厂中使用化学反应，具体地，多种热和热化学过程，如热解或裂化。随着在不稳定定价和限制性环境政策要求的背景中全世界能源需求的日益增长，油汽行业面临一些困难，如具有高能量效率和低环境足迹的生产技术的开发。那些也是对于主要石油化工工艺-低级(低分子量)烯烃的大规模生产的开发要考虑的问题。

小分子烯烃，如乙烯、丙烯和丁烯是石油化学工业的主要组份并且用作塑料、聚合物、弹性体、橡胶、泡沫、溶剂和化学中间体以及纤维，包括碳纤维和涂层的大规模生产中的基本构件。通常在管式炉中实施用于低烯烃生产的现有技术，这些技术包括中质烃类，如石脑油或气油，和轻质烃，如戊烷、丁烷、丙烷和乙烷，下至轻质基本不饱和的可聚合组份的热解。后者对热解过程施加了严格的限制：由于操作基于热传递的事实，因此在反应器管内维持令人满意的温度分布仍是困难的。

整体上，通常通过调节至少烃的工艺温度、停留时间和分压来优化烃的裂解。在常规裂解炉中，由于现有反应器方案的结构所施加的限制，对于上述动力学参数的可控性受到限制。

例如，在常规管式反应器中，将热能通过反应器壁递送至反应空间，其中反应器设备起到换热器的作用。由于从管壁向工艺流体的热传递具有其物理限制，因此在一些情况下，通过提高温度来实现所期望的反应结果是不可能的。另外，改变/控制常规管式(轴向)反应器的反应空间中的压力是困难的。

因此，由于管式炉中原料加热速率不足，因此热解过程的持续时间增加，这导致了以下情况：当在初级阶段形成时，烯烃在反应炉中存在足够长的时间以开始进入副反应，因此显著降低了目标产品的产量。副产品之一是焦炭，其导致了管内的热传递问题和下游设备的污染。

另外，在现有的反应器方案中，温度梯度很高。因此，沿反应器壁的温度与其中心相比通常很高(如沿整个反应室所示)。由于中心流体流动速度比反应器壁附近区域中的更快，因此大的温度梯度导致了严重的结焦问题。

此外，在现有反应器方案中，停留时间(含有原料的工艺流体在反应空间中所花的时间)保持在优化范围以外。

由于就调节传热速度和/或调整反应温度参数和反应产量而言，常规裂解炉已达到它们的技术极限的事实，因此常规技术未提供上述问题的合理解决方案。

因此，通过热降解生产低分子量烃的常规方法遇到了对整个过程缺少可控性的主要问题，由此产生了如下所示的一系列继发问题：1.管式炉反应器的性能因数差；2.重要原料材料的损失；3.长反应时间；4.高副反应速率；4.高能耗；5.非最优(小于可能的)产品产率和选择性。

发明内容

本发明的目标在于解决或至少减轻由相关领域的限制和缺点所引起的各个问题。通过用于在工艺流体中实施化学反应的设备、相关装置、方法和使用的多种实施方式实现了该目标。其中，在本发明的一个方面，根据独立权利要求1中所限定的，提供了用于在工艺流体中实施化学反应的设备。

在实施方式中，所述设备包括在其上安装有一些轴径向转子的中心轴，每个所述转子包括沿安装在中心轴上的圆盘圆周布置的多个轴径向转子轮叶，设置在转子上游的多个定叶片和作为设置在转子下游的无叶片或有叶片混合空间所提供的混合空间，其中混合空间配置为将通过转子赋予工艺流体的机械能转化为所述工艺流体的内能以及建立用于在工艺流体中发生至少一种化学反应的条件。

在实施方式中，所述设备包括接连安装在中心轴上的至少两个转子。