CN116783269A - 具有轴向可调转子的旋转式原料处理设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对处理流体中的原料进行处理的带旋转叶片的设备(100)，所述设备包括用于在转子轴(1)的纵向方向上调节转子(3)的作业叶片叶栅相对于定子部件(2，4)的位置的器件。通过转子(3)的轴向移位或替代地通过反应器壳体(22A，32A)的轴向移位来执行调节。还提供了一种用于在对处理流体中的原料进行处理期间、特别是在带叶片的设备(100)中的非设计条件下提高处理效率并调整流动损失的方法。在实施例中，原料的处理包括含烃原料的热裂解或热化学裂解。

Description

具有轴向可调转子的旋转式原料处理设备
技术领域
本发明总体上涉及具有轴向可调节转子的旋转涡轮机领域。特别地，本发明涉及一种用于处理原料(诸如烃)的带旋转叶片的设备、相关布置、方法和用途。
背景技术
在涡轮机领域中，存在一系列解决方案以使转子单元能在轴向方向移位。这些解决方案通常适用于轴流式涡轮机，诸如轴流式导叶压缩机和涡轮机，其中可以通过转子的轴向移位来有效地调整径向流动损失。径向流动损失在利用作业流体来转动转子的环形涡轮叶栅中是常见的，这是因为在旋转部件与静止部件之间提供了间隙，这通常导致泄漏路径(顶端泄漏)。
作为示例，DE 101 45 785Al(Ehrenberger)公开了一种风力涡轮机，其中当超过转子的标称速度时，转子从其操作位置轴向移动到较低速度位置(朝向转子叶片与外壳之间的间隙增加的方向)。轴向调节解决了在流入流体流的可变速度的条件下稳定转子的速度(转速)的问题。
上述解决方案都没有提供关于所公开的涡轮机械在化学处理领域中的适用性的任何指示。在美国专利公开号4,288,405(Koch)中提出了一个轴向型反应器的示例，该轴向型反应器被构造为用于干燥煤的氢化以生产烃，该轴向型反应器具有被构造为用于轴向移位的转子。在氢化室中的压力超过特定值的情况下，转子轴向移位。转子的运动使得进入氢化室的进料入口关闭，由此防止过高压扩散到上游设施中。
美国专利公开号9,494,038(Bushuev)和9,234,140(等)公开了用于经由热(化学)裂化将烃原料转化为轻质烯烃的旋转动力反应器(RDR)设备。总体上，该反应器包括具有相关联的叶片叶栅的转子盘，该叶片叶栅设置在布置于基本上环形的支撑件上的静止导叶排之间并且被包围在以环形形状提供的外壳内。处理流体经由入口进入反应，并且在离开反应器之前根据基本上螺旋形的轨迹穿过定子和转子叶栅数次。
低分子烯烃(诸如乙烯、丙烯和丁烯)是石油化学工业的主要组分，并且在塑料、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)和涂料的商业生产中用作基本构成要素。与常规管式热解炉相比，上述旋转动力机器允许以缩短的停留时间和改进的裂化处理的可控性进行热(化学)反应，裂化处理的可控性通常与目标产物的产量提高以及防止所述产物进入二次反应相关联。
所述已知RDR解决方案的常见问题是沿着周向方向(也称为切向或环向方向)产生流动泄漏。在实践中，泄漏发生在从入口到出口的方向上(而不是进入反应区)和/或从反应区的末端到相邻反应区的起点的方向上(而不是离开反应器)，所述泄漏由在不同于标称条件的条件下(以所谓的非设计模式)操作反应器引起。
为了完整起见，我们注意到在上述方向(入口到出口；反应区的末端-相邻反应区的起点)上泄漏的问题在常规轴流解决方案中没有遇到的。
因此，在可变流量和/或原料相关条件下操作反应器时，泄漏是不可避免的。以类似的方式，在改变反应器内部的温度(所有其他参数恒定)时产生泄漏，这是因为与调节转子的旋转速度相关联。
这种泄漏流导致总质量流和功传递的减少，并且对反应器的稳定性产生负面影响，这使其操作范围变窄，即在一定范围的流体流量和旋转速度下操作的能力变窄。此外，流动泄漏导致焦炭形成并且显著降低目标产物的产量。因此，这些不利地影响反应器的工业适用性、反应器对终端用户的吸引力和市场潜力。
在实践中，防止泄漏的唯一方式是以通过反应器的质量流量和转子的旋转速度的唯一组合来操作RDR设备，其中在原料组成不变的情况下一定的预定旋转速度被分配给一定的质量流量。
由Bushuev在US 9,494,038 B2中提出的解决方案建议在周向方向上调节静止导叶叶栅的几何形状，以在整个叶片叶栅中在转子叶片叶栅的入口处与转子叶片叶栅的出口处实现压力均衡，其中反应器在标称设计条件下操作。另外，定子导叶叶栅的位置可以调节，但是仅在相对于转子旋转轴线的周向方向上调节。所提及的布置旨在减轻相邻流之间的不期望的大规模混合。然而，该公开没有解决减少非设计操作模式下泄漏的问题。
在这方面，鉴于解决与防止或至少最小化流动泄漏相关联的挑战，为了优化反应器在可变处理条件下的操作范围和效率，仍然需要改进用于化学处理烃原料的旋转反应器设备(特别是RDR类型的旋转反应器设备)的效率的领域中的更新。
发明内容
本发明的目的是解决或至少减轻由相关技术的限制和缺点引起的每个问题。该目的通过用于对处理流体中的原料进行处理的设备、相关布置、方法和用途的各种实施例来实现。因此，在本发明的一个方面，提供了根据独立权利要求1中限定的用于对处理流体中的原料进行处理的设备。
在实施例中，所述设备包括：转子，转子包括多个转子叶片，这些转子叶片布置在安装到转子轴上的盘的周向上并且形成转子叶片叶栅；多个静止导叶，这些静止导叶布置成基本上环形的导叶叶栅上，导叶叶栅相对于转子叶片叶栅邻近设置，从而形成定子-转子-定子布置；以及外壳，外壳中形成有管道，管道具有至少一个入口和至少一个出口，所述外壳将转子叶片叶栅和静止导叶叶栅包围在管道的内部，其中，定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置能够沿着转子轴在轴向方向上调节预定距离(ΔX)。
在实施例中，所述定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置能够通过使转子在转子轴的纵向方向上轴向移位来调节。
在实施例中，所述设备还包括布置在转子轴上的至少一个止推轴承元件，其中，通过所述至少一个止推轴承元件在转子轴上的轴向移位，使转子能够轴向移位。
在实施例中，所述至少一个止推轴承元件被构造为能够相对于(反应器)外壳轴向移位。
在实施例中，止推轴承元件被容纳在单独壳体中，该单独壳体至少部分地被包围在轴承座的内部，并且其中，被包围的止推轴承元件被构造为能够在相关的轴承座中在转子轴的纵向方向轴向移位。
在实施例中，布置在转子轴与驱动轴之间的联轴器是柔性轴联轴器，该柔性轴联轴器被构造为使驱动轴和/或转子轴能够轴向移位。因此，所述柔性联轴器使得驱动轴和/或转子轴能够轴向移位。
在一些实施例中，在所述设备中，通过经由联轴器连接到转子轴的驱动轴的轴向移位，使转子能够轴向移位。
在一些实施例中，在所述设备中，定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置能够通过使至少一个静止部件、特别是(反应器)外壳在转子轴的纵向方向上轴向移位来调节。驱动轴优选地是固定的，由此防止驱动轴的轴向移位。
在一些另外的实施例中，布置在转子轴与驱动轴之间的联轴器是刚性联轴器，该刚性联轴器被构造为使驱动轴和转子轴在轴向上不可移位。
在实施例中，多个静止导叶叶栅中的每个静止导叶叶栅固定在布置在反应器(气体)外壳的两侧处的相关轴承座上。
在实施例中，该设备被构造为使得调节定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置伴随着至少调节转子的旋转速度和/或含有原料的处理流体的流量。
在实施例中，该设备还包括流动成形装置，该流动成形装置布置在(气体)外壳的内部，使得管道形成在外部外壳与流动成形装置之间，所述管道具有环形经向截面。在实施例中，所述流动成形装置是环形的、基本上中空的结构。
在实施例中，在所述设备中，定子-转子-定子布置的出口与定子-转子-定子布置的入口之间形成有无导叶空间，所述无导叶空间由(气体)外壳与流动成形装置之间的体积部限定。
在实施例中，静止导叶叶栅形成有多个静止喷嘴导向导叶和多个静止扩散器导叶，多个静止喷嘴导向导叶在转子叶片的上游形成环形喷嘴导向导叶叶栅，多个静止扩散器导叶在转子叶片的下游形成扩散器导叶叶栅。
在实施例中，定子-转子-定子布置中的叶栅被构造为引导处理流体在管道内在至少一个入口与至少一个出口之间传送时根据螺旋流动路径反复地穿过叶栅并穿过无导叶空间，并且构造为建立用于在处理流体中发生至少一种化学反应的条件。
在实施例中，设备还包括多个催化表面。
在一些其他方面，根据独立权利要求19和20中限定的内容，提供了根据实施例的用于对处理流体中的原料进行的所述设备的用途。在实施例中，所述用途被提供在(多种)含烃原料的热处理中。附加地或替代地，所述用途被提供用于进行化学反应。在实施例中，所述用途被提供用于(多种)含烃原料的热裂解或热化学裂解。
在实施例中，所述用途被提供用于执行选自由以下组成的组的至少一种工序：处理优选含中等重量和轻质烃馏分的烃原料；处理气化的含碳水化合物的原料物质；处理气化的含甘油酯和/或脂肪酸的原料物质，以及处理气化的纤维素生物质材料。
在另一方面，根据独立权利要求23中限定的内容，提供了根据实施例的用于对处理流体中的原料进行处理的所述设备的布置。在所述布置中，至少两个设备至少功能性地并联或串联连接。
在又一方面，根据独立权利要求24中限定的内容，提供了一种用于在对处理流体中的原料进行处理期间提高处理效率并调整流动损失的方法。在实施例中，所述方法包括：
-获得设备，该设备包括：转子，转子包括多个转子叶片，多个转子叶片布置在安装到转子轴上的盘的周向上并且形成转子叶片叶栅；多个静止导叶，多个静止导叶布置成环形导叶叶栅，环形导叶叶栅相对于转子叶片叶栅邻近布置，从而形成定子-转子-定子布置；以及外壳，在外壳中形成有管道，该管道具有至少一个入口和至少一个出口，所述外壳将转子叶片叶栅和静止导叶叶栅包围在管道的内部；以及
-沿着转子轴在轴向方向上将定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置调节预定距离(ΔX)。
在实施例中，通过使转子在转子轴的纵向方向上轴向移位来调节所述定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置。
在另一实施例中，通过使至少一个静止部件、特别是外壳在转子轴的纵向方向上轴向移位来调节定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置。
根据本发明的每个具体实施例，本发明的效用源于各种原因。通过提供在轴向方向上(即，在转子轴的纵向方向上)可移位的转子，可以有效地防止或至少最小化已知旋转型反应器和/或涡轮机特有的与尖端间隙泄漏相关联的流动损失。在常规旋转反应器中，流动泄漏触发一系列次级反应，导致副产物(诸如焦炭)的形成，并且降低主要(目标)产物的产量。
本发明已经证明特别有益于试图以非设计模式操作被设计用于进行(热)化学反应(诸如烃的(蒸汽)裂化)的旋转反应器设备，该非设计模式是在改变反应器中的参数范围(例如，通常与调节转子的旋转速度相关联的处理温度和/或原料的化学组成)时建立的。由此提供的解决方案例如对于在裂化设施中或在用不同原料操作的任何其他相关设施中使用可能是必不可少的。
通过利用可移位的转子解决方案，对于与分配给设计模型的操作条件不同的多个操作条件，常规旋转反应器装置的操作至少可以在效率方面得到优化。相应地，可以扩展反应器和相关设施(例如裂化器单元)的操作范围。
转子移位解决方案是灵活的，并且它可以有效地用于设计用于(热)化学原料处理(RDR解决方案、轴流解决方案等)的设备中以及旋转涡轮机中。
术语“热解”和“裂化”在本公开中主要用作关于将较重的含烃化合物热降解成较轻的含烃化合物的处理的同义词。
表述“数个”在此是指从一(1)开始的任何正整数，例如，一、二或三。表述“多个”在此是指从二(2)开始的任何正整数，例如二、三或四。
除非另有明确说明，否则术语“第一”和“第二”在此仅用于将一个元件与另一元件区分开，而不指示任何特定顺序或重要性。
在本公开中，术语“流体”和“处理流体”主要是指气态物质，诸如，优选在稀释剂存在下被引导通过反应器设备内部的气态原料流。
术语“气化的”在本文中用于指示通过任何可能的方式转化成气态形式的物质。
术语“流体动力”在本文中用于指示流体的动力，在本公开中，流体主要由气体表示。因此，所述术语在本公开中用作术语“气体动力”的同义词。
通过考虑详细描述和附图，本发明的不同实施例将变得显而易见。
附图说明
图1示出了在设计条件下操作的设备100中的定子-转子-定子布置。
图2至图5示出了根据实施例的至少部分地在非设计条件下操作并且使转子相对于定子元件移位预定距离ΔX的设备100中的速度三角形和定子-转子-定子布置。
图6A是根据实施例的设备100的竖向截面图。图6B示出了跨图6A上指定的线A-A和B-B的截面视图并且示出了通过设备100的流线型通道的流动图。
图7示出了根据实施例的在设计条件和非设计条件下操作并且使转子相对于定子元件移位预定距离ΔX的设备100中的速度三角形和定子-转子-定子布置。
图8A至图8C示出了根据实施例的用于轴向转子移位的不同布置。
图9是设备100的竖向截面图，示出了用于轴向转子移位的示例性机构。
具体实施方式
本文参考附图公开了本发明的详细实施例。在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同的构件。
图6A以100示出了用于对处理流体(作业流体)中的原料进行处理的反应器设备(下文为反应器)的各个实施例所基于的概念。图8A至图8C和图9示出了根据实施例的反应器100(100A、100B、100C)。
设备100的实施总体上遵循美国专利公开号9,494,038(Bushuev)和9,234,140(等)中建立的指南，这两个美国专利公开通过引用并入本文并且描述了旋转涡轮机型反应器，其中转子结构和定子结构两者均被包围在基本上圆环形的壳体中。
反应器100优选地被构造用于经由在处理流体中进行至少一种化学反应来处理原料，诸如含烃原料，然后将原料转化成期望产物。
在所选择的配置中，反应器被构造用于含烃原料、特别是流体化含烃原料的热转化或热化学转化。“含烃原料”在此是指主要包括碳和氢的流体化有机原料物质。然而，在一些情况下，反应器可以被构造为处理含氧原料物质，诸如含氧烃衍生物、纤维素基原料和/或植物油基原料。因此，由此提出的反应器的适用性超出了烃原料的常规定义所施加的限制。
进入反应器的含烃进料以基本上流体形式(诸如液体或气体)提供。在优选的配置中，反应器100被设计用于处理气化原料，其中处理流体以气态形式提供。在替代性配置中，不排除处理基本上液体的原料物质。
因此，反应器设备100适于用在含烃原料的热处理中。热处理优选地伴随着所述原料向(多种)期望产物的转化，由此为在处理流体中发生至少一种化学反应建立条件。替代地，可以调节设备100中的处理条件，使得在所述热处理期间，不建立用于化学变化(反应)的条件，由此使设备具有(预)加热器功能性。
在实施例中，设备100适于热和/或热化学的烃降解反应，诸如热解反应，共同使得含烃原料的裂化并且可选地由稀释介质(稀释剂)辅助。因此，反应器100可以适于具有或不具有稀释介质的热解反应。此外，由于稀释介质提高产物产量，因此稀释介质的存在是优选的。
反应器100可以被构造为接收由至少一种稀释剂(优选地为气态稀释剂，诸如(水)蒸汽)稀释的原料。在蒸汽裂化处理中，优选蒸汽作为稀释剂，因为蒸汽降低烃分压而抑制或减少通过(多个)气化反应形成焦炭沉积物。在一些情况下，稀释剂是惰性气态介质，诸如氢气(H2)、氮气(N2)或氩气，惰性气态介质对反应物和反应产物具有基本上为零的反应性。不排除使用任何其他合适的稀释剂。在一些情况下，稀释用于降低分压并且提高裂化反应的效率，有利于期望的烯烃(例如，乙烯和丙烯)生产。在一些其他情况下，反应器100可以在没有稀释剂的情况下操作。
在一些配置中，设备100是蒸汽裂化反应器。
反应器100包括转子系统(下文为转子)，该转子系统包括沿着水平(纵向)轴线X-X’定位的轴1和安装到轴1上的转子单元。反应器100还包括至少一个驱动引擎单元1C(参见图8A至图8C)。反应器100可以利用各种驱动引擎，诸如电动马达，或者反应器可以由气体涡轮机或蒸汽涡轮机直接驱动。合适的联轴器1A布置在驱动轴1B与转子轴1之间(参见图8A至图8C)。根据配置，可以利用柔性和刚性(非柔性)的联轴器1A。转子轴1由下面进一步讨论的相关轴承部件支撑。
转子单元包括多个转子叶片3(也称为作业叶片)，多个转子叶片布置在安装到转子轴1上的盘3a的周向上。布置在盘上的所述多个转子叶片一起建立转子叶片组件或转子叶片叶栅(转子叶栅3)。转子叶片3可以被构造有轴流式叶片轮廓，其中术语“轴流”总体上表示处理流体从基本上垂直于转子旋转方向的方向进入转子叶片叶栅。每个转子叶片具有带有凹曲率的侧表面(凹侧)和带有凸曲率的侧表面(凸侧)。在转子叶栅中，作业叶片安装在转子盘上，其中每个叶片的凹侧沿转子旋转方向布置，如图1中的箭头形状所示。在每个作业叶片(俯视轮廓，如图1所看到的)中，从凸侧到凹侧的方向是转子旋转方向。作为示例，转子叶片可以被构造有超音速涡轮叶片轮廓。
术语“叶栅”(叶片/导叶的冠部)是指安装在转子盘的周边上或环形支撑件或外壳上的(作业)叶片或(静止)导叶的全体。
反应器100还包括静止部件。静止部件由多个静止(定子)导叶2、4表示，这些静止(定子)导叶在带叶片的转子盘的两侧处布置成基本上环形的组件或叶栅(定子叶栅2、4)。因此，第一定子叶栅2设置在转子叶片叶栅3的上游，并且第二定子叶栅4设置在转子叶片叶栅的下游。
术语“上游”和“下游”在此是指结构部分或部件相对于预定部分或部件(在此是具有相关联的叶栅的转子盘)、基本上在整个反应器中的流体流动方向上(例如，沿着轴线X-X’，如图6A、图8A至图8C和图9所示)的空间和/或功能布置。
静止导叶叶栅相对于转子叶片邻近设置，以便形成定子-转子-定子布置(SRSA)2、3、4。在反应器在设计条件下操作的情况下，SRSA中的转子部件与定子部件之间的距离可以基本上相同。
布置在转子盘的上游的叶栅包括多个喷嘴导向叶片(NGV)，也称为喷嘴导叶。所述导叶形成环形喷嘴导向导叶叶栅2。布置在转子盘的下游的叶栅包括多个扩散器导叶，也称为出口导向导叶，其形成环形扩散器叶栅(扩散器)。
第一静止导叶2和第二静止导叶4具有弯曲轮廓，这些弯曲轮廓优选地针对通过相关联的叶栅的超音速流速进行调节。在反应器100中，静止导叶安装成每个导叶的凸侧沿转子旋转方向布置。因此，在每个静止导叶(俯视轮廓，如图1所看到的)中，从凹侧到凸侧的方向是转子旋转方向。
反应器100还包括外壳6，该外壳中建立了呈具有至少一个入口8和至少一个出口9的管道的形式的内部通道。出于本发明的目的，外壳6被视为静止部件。在本上下文中，术语“静止”以“非旋转”的含义使用；不排除(轴向)移位的可能性，如下面进一步阐述的。
图6A示出了具有两个入口8A、8B和两个出口9A、9B的反应器配置；在适当的情况下，可以设想其他配置。作为示例，反应器可以包括一个入口和一个出口；一个入口连同两个出口或者两个入口连同一个出口。可以实施具有更多数量的入口和/或出口的反应器。(多个)入口和(多个)出口包括在外壳6中的相关开口/端口以及与每个所述端口相关联的管、套筒或歧管。
外壳6被构造为基本完全包围转子盘的周边，其中作业叶片组装在转子盘上，并且静止导叶叶栅2、4邻近转子叶片并且一起形成定子-转子-定子布置2、3、4。外壳6具有基本上圆环形形状(“圆环”形状)的三维配置，由此具有相关轴承组件的转子系统(1、3A、3)可以被视为填充限定圆环形形状的中心部分中的开口的孔。圆环形结构还被称为气体外壳。气体外壳6在其经向截面处基本上是环形的。
反应器还包括布置在气体外壳6的内部的流动成形装置(导流装置)5。流动成形装置5可以被构造为内部静止环形形状结构，并且流动成形装置用于在外壳6的内部建立基本上环形的管道。装置5通过适当的固定件(未示出)固定在气体外壳6中。在一些配置中，例如，流动成形装置5是环形的、基本上中空的结构，诸如环箍。
反应器的内部容积被定义为在气体外壳6(外部“环形室”)和内部流动成形装置5(内部“环形室”)之间建立的空间。
因此，在气体外壳6的内表面与流动成形装置5的外表面之间形成基本环形的通道/管道。相应地，该管道具有环形经向截面。被构造为内部环箍的流动成形装置5邻近转子叶片的尖端(两者之间形成间隙，使得转子能够不受阻碍地旋转)和定子导叶的周边部分。在一些配置中，静止导叶叶栅2、4可以设置在构成转子的下面进一步讨论的轴承系统的轴承座上。
在一些其他情况下，定子叶栅可以以邻近转子叶片3的方式组装在流动成形装置5上。因此，所述定子导叶可以安装在流动成形装置上和/或通过辅助装置(诸如环、支架等(未示出))连接到流动成形装置上。上述特征在Bushuev(US 9,494,038 B2)和等(US 9,234,140)的公开文件中更详细地讨论，这些公开文件代表了最接近的现有技术并且在上文引证。
在气体外壳6中，叶栅2、3、4彼此邻近，使得在定子-转子-定子布置的出口(即，扩散器叶栅4的出口)与所述布置的入口(即，喷嘴导向叶栅2的入口)之间产生无导叶空间7。所述无导叶空间形成在气体外壳6的内表面与流动成形装置5的外表面之间。触发(多种)原料转化为目标产物的(多个)化学反应的大部分发生在所述无导叶空间中。
通过在上述环形通道/管道中布置分隔隔板(未示出)而在反应器的内部中形成多个作业腔。分隔隔板关于转子旋转轴线以对称的方式布置。因此可以实现涉及例如两个或四个作业腔的反应器配置。优选的是，(多个)入口端口布置在每个所述分隔隔板之后(在转子旋转方向上)，而(多个)出口端口布置在每个所述分隔隔板之前。在一些情况下，环形管道可以实施为不被分隔。
在上述配置中，处理流体流被设定为根据螺旋轨迹在形成反应器的内部的管道中传送。形成定子-转子-定子布置的叶栅2、3、4引导处理流体重复地穿过所述叶栅并且通过无导叶空间7，由此在至少一个入口与至少一个出口之间的基本上环形的管道中建立螺旋流动路径。
在操作中，(静止的)喷嘴导向导叶2被构造为将处理流体流引导到转子叶栅中。作为静止结构提供，定子不向处理流体添加能量。然而，就其围绕转子轴1的轮廓、尺寸和设置而言，喷嘴导向导叶被构造为将处理流体流在预定方向上引导到转子叶栅中，以便控制并且在一些情况下最大化转子特定功输入能力。
处理流体流进一步进入多个转子叶片3，多个转子叶片被构造为在转子旋转时接收来自静止导叶2的流体流并且通过增加流体流动流的速度来向处理流体添加机械能。相应地，增加的流速使得流体的动能增加。穿过定子-转子-定子布置的流动流的速度基本上是超音速的。
静止的带导叶的扩散器4降低处理流体的流速以及流的动能，由此流体以亚音速进入无导叶空间7。
在反应器100内部的停留时间期间，处理流体数次穿过叶栅2、3和4，并且每次穿过转子叶片叶栅2时，处理流动流被加速，因此接收在传送通过扩散器4和无导叶空间7时耗散到(多种)反应(处理)流体的内部能量中的动能，因此提供分解长碳-氢(C-H)链之间的化学键所需的热能。流体的内部能量的增加导致流体温度升高。因此，有效地减小存在于处理流体中的高分子量化合物的尺寸。
因此，在处理流体流动流传送通过静止喷嘴导向导叶叶栅2、转子叶片叶栅3、静止扩散器导叶叶栅4并且到达无导叶空间7时，建立了被构造为中间调节(mediate)完整能量转化循环的处理级。在能量转化循环期间，流体的机械能被转化成动能并且进一步转化成流体的内能，随后流体温度升高并且在所述流体中发生化学反应。
在反应器100内部的停留时间期间，处理流体遵循螺旋路径穿过叶栅和无导叶空间，从而在一个处理循环期间建立多个处理级(通常为5-10个)。处理循环由以下时间段限定：在该时间段期间，流动颗粒与处理流一起从反应器的入口8转移到出口9，伴随原料化合物转化为目标产物。包括(蒸汽)裂化处理的热解处理需要高温并且是高度吸热的，因此，反应在高温(750℃-1000℃，通常820℃-950℃)下进行，其中在反应区中的停留时间为几分之一秒的量级，诸如约0.5秒-0.1秒以及低至0.03秒-0.01秒(30毫秒-10毫秒)。为了完整起见，我们注意到将进入反应器的含原料的处理流体预热到约500℃-600℃。
停留时间影响恒定温度下初级产物与次级产物的比率。因此，在短停留时间的情况下，使得形成目标产物(诸如在蒸汽裂化时可获得的轻质烯烃)的初级反应占主导地位；而较长的停留时间使得次级反应增加，从而导致焦炭的形成。
总体上，反应器100在其几何形状以及定子和转子相关参数方面被构造成为在处理流体中发生至少一种化学反应建立条件。
在以上述方式沿着螺旋路径传送通过反应器时，进入反应器的处理流体中包含的(多种)原料经历转变以形成目标产物，所述目标产物以流体流出物离开反应器。在处理循环期间，处理条件可能需要调节以促进使得形成所述目标产物的初级反应，同时避免或至少最小化通常导致焦炭形成的次级反应。
本发明基于以下观察：在转子轴的轴向方向上(即，在转子轴1的沿着轴线X-X’的纵向方向上)调节定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅3相对于静止导叶叶栅2、4的位置时，可以高效率地调整在转子旋转时在周向方向上产生的流动损失，特别是流动泄漏。
因此，本发明构思基于沿着由转子轴限定的轴线(X-X’)的纵向方向调节转子叶片叶栅3与静止导叶叶栅2、4之间的距离。在一些配置中，可以通过使转子在轴向方向上能移位来调节转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置(参见图8A、图8B、图9)。
在一些替代性配置中，可以通过一个或多个静止部件的轴向移位来调节转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置。在一些实施例中，可移位的静止部件是反应器外壳6(参见图8C)。
在Bushuev和等在相关专利公开中描述的旋转机器型反应器中，在大多数情况下，原料组成、原料消耗速率、设备相关参数和/或处理相关参数(例如，转子的旋转速度、温度、压力等)中的任何一个的变化引起传送通过反应器的流体流的波动和沿周向形成泄漏。特别地，在从入口到出口或从反应区的末端到相邻反应区的起点的方向上形成泄漏。例如，提高处理温度(含原料的处理流体的化学组成及其质量流量基本恒定)通常与增加转子旋转速度的需求相关联。然而，这导致从反应区的末端回到相邻反应区的起点的流动泄漏(也参见图3的B)，这进而可能导致焦炭形成并且显著降低目标产物的产量。
返回参考图1，其示出了在设计条件下操作的反应器100中的定子导叶2、4相对于转子叶片3的布置。设计操作模式涉及使转子以设计旋转速度U(也称为周边(周向)或切向速度)旋转。转子围绕转子轴线的旋转方向由箭头形状指示。为了完整起见，速度被定义为有关方向的速度，否则术语“速度”和“速率”可互换使用。
图1示出了离开喷嘴导向叶栅2并进入转子叶栅3的流体流的速度三角形(V1、W1、α1、β1)以及离开转子叶栅并进入扩散器叶栅4的流体流的速度三角形(V2、W2、α2、β2)，其中，V是流体流的绝对速度，W是流体流的相对速度，α1(阿尔法1)是绝对流体流(V1)进入转子叶片的角度，α2(阿尔法2)是绝对流体流(V2)进入静止扩散器导叶的角度，β1(贝塔1)是相对流体流(W1)进入转子叶片的角度，并且β2(贝塔2)是相对流体流(W2)离开转子叶片并进入静止扩散器导叶的角度。
叶片/导叶叶栅的入口(进口)总体上由相关叶片/导叶的前缘限定，而叶栅的出口由所述叶片/导叶的后缘限定。入口和出口沿流体流动的方向限定。
图2至图5示意性地示出了至少部分地在非设计条件下操作的反应器100中的定子-转子-定子布置。速度W1和V2由虚线箭头指示。
在设计条件(所谓的设计模型)下操作的反应器被限定为其几何形状被设计和优化的反应器，以在实践中实现预定的输入相关条件，其中，输入可以涉及处理流体的状态(处理流体的压力、温度、质量流量)、系统(转子的速度、外部温度调节等)和/或原料(预定的装载率、化学组成等)。
非设计条件是指以下条件：其中在实践中使用的输入不同于系统已经被设计用来作业的输入。非设计操作的特征可以在于：在不同于设计点参数的温度、压力和/或质量流量下操作，系统在变化的装载下和/或用不同的原料操作。
图2的A示出了在涉及比在设计模式下的转子旋转速度(U)低的转子旋转速度(U’)的操作条件下的速度三角形；而图3的A示出了在涉及比在设计模式下的转子旋转速度(U)高的转子旋转速度(U’)的操作条件下的速度三角形。
图4的A示出了在涉及设计模式下的转子旋转速度(U)、但流量增加(因此，质量流量增加，涉及流过反应器的原料材料的更大消耗)的操作条件下的速度三角形。在这种情况下，离开喷嘴导向叶栅并进入转子叶栅的流体流的绝对速度(V1’)将大于设计模式中的绝对速度(V1)。
相应地，图5的A示出了在涉及设计模式下的转子旋转速度(U)、但流量减小(因此，质量流量减小，涉及流过反应器的原料材料的更小消耗)的操作条件下的速度三角形。在这种情况下，离开喷嘴导向叶栅并进入转子叶栅的流体流的绝对速度(V1’)将小于设计模式中的绝对速度(V1)。
因此，图2至图5示出了在不同于设计条件的非设计条件下操作的反应器100中的对于离开喷嘴导向叶栅并进入转子叶栅的流体流可获得的速度三角形(V1 ’、W1 ’、α1 ’、β1 ’)以及对于离开转子叶栅并进入扩散器叶栅的流体流可获得的速度三角形(V2 ’、W2 ’、α2 ’、β2 ’)，其中，V’是流体流的绝对速度，W’是流体流的相对速度，α1 ’(阿尔法1’)是绝对流体流(V1 ’)进入转子叶片的角度，α2 ’(阿尔法2’)是绝对流体流(V2 ’)离开转子叶片并进入静止扩散器导叶的角度，β1 ’(贝塔1’)是相对流体流(W1 ’)进入转子叶片的角度，并且β2 ’(贝塔2’)是相对流体流(W2 ’)离开转子叶片并进入静止扩散器导叶的角度。
表1中呈现了用于使反应器100在设计模式(U、V、W、α、β)和非设计模式(U’、V’、W’、α’、β’)下操作的流体流相关参数。
表1.在设计条件和非设计条件下(图2至图5)的流体流相关参数的比较。
基于速度三角形(图2至图5的A)，在反应器入口区域(入口8)和反应器出口区域(出口9)中已经产生了通过转子叶片的处理流体流动传送路径(流线)。
图2至图5的B、图5的C表明了转子的轴向移位对调整在非设计条件下操作的反应器中的流动泄漏的影响。当定子-转子-定子布置中的转子叶栅与静止叶栅之间的距离通过外壳的轴向移位而改变时，类似的规定是适用的。
图2的B示出了在设计旋转速度(U；相关流线由虚线示出)和非设计旋转速度(U’)下的流动传送路径，其中，非设计旋转速度低于设计旋转速度(相关流线由U’<U指示)。从图2的B可以观察到，在降低的旋转速度U’下，流动流的一部分从反应器的入口8直接传送到反应器的出口9。
如从图2的B所见，降低转子旋转速度导致在入口到出口方向上的泄漏，其中处理流的一些部分没有进入反应区。在热解反应中，这自然导致主要(目标)产物的产量降低。当反应器中的温度降低时，转子的旋转速度通常降低。其他处理参数(诸如，含原料的处理流体的化学组成和通过反应器的所述处理流体的质量流量)保持基本恒定。
图2的C示出了以下情况：其中，转子叶栅3通过使转子移位而在喷嘴导向叶栅2的方向上移位预定距离ΔX(德尔塔X)，即，移位距离。通过使转子移位，相关联的叶栅3从所述叶栅在设计模式中占据的其原始位置移位距离ΔX。转子的移位沿着轴线X-X’在轴向方向上发生(参见图6A、图8A至图8C、图9)。由值ΔX限定的移位幅度被选择为使得在使转子移动所述值时，基本上所有流动流从反应器得入口8朝向反应区的起点行进(在旋转速度U’<U下)。
参考图2至图5以及图7，反应区由形成在气体外壳6与流动成形装置5之间的管道中的区域限定，其中，使得形成目标产物的(多个)主要化学反应在如上文限定的处理循环期间发生。为了清楚起见，我们注意到，大部分化学反应发生在由无导叶空间占据的区域/容积中。
图3的B示出了在设计旋转速度(U；相关流线由虚线示出)和非设计旋转速度(U’)下的流动传送路径，其中，非设计旋转速度高于设计旋转速度(参见流线U’＞U)。从图3的B可以观察到，在增大的旋转速度U’下，流动流的一部分从反应区的末端传送回到反应区的起点。
如从图3的B所见和上文关于构成现有技术的旋转动力设备的综述，增大转子旋转速度导致在从反应区的末端回到相邻反应区的起点的方向上的泄漏，其中，刚形成的主要产物返回到反应区的起点而不是离开反应器。这导致形成次级反应产物，诸如焦炭，由此目标产物的产量相应地降低。当反应器中的温度升高时，转子旋转速度通常设定为更大的值。如在前面的示例中，其他处理参数(诸如，含原料的处理流体的化学组成和通过反应器的所述处理流体的质量流量)保持基本恒定。
图3的C示出了以下情况：其中，转子在远离喷嘴导向叶栅2的方向上轴向移位预定距离ΔX。该移位的幅度被选择为使得来自反应区的末端的基本上所有流动流朝向反应器出口9行进(在旋转速度U’＞U下)。
图4的B示出了在设计质量流量下(其中，流动以绝对速度V1进入转子，相关流线由虚线示出)和在非设计质量流量V1 ’下的流动传送路径，其中，通过反应器的质量流量增加(参见流线V1 ’＞V1)。在这两种情况下，在设计模式中提供转子旋转速度(U)。从图4的B可以观察到，在增加的质量流量(V1 ’)下，流动流的一部分从反应器入口8直接传送到反应器出口9。
图4的C示出了以下情况：其中，转子在喷嘴导向叶栅2的方向上轴向移位预定距离ΔX。该移位的幅度被选择为使得基本上所有的流动流从反应器入口8行进到反应区的起点(在质量流量V1 ’＞V1下)。
图5的B示出了在设计质量流量下(其中，流动以绝对速度V1进入转子，相关流线由虚线示出)和在非设计质量流量下的流动传送路径，其中，通过反应器的质量流量降低(参见流线V1 ’＜V1)。在这两种情况下，在设计模式中提供转子旋转速度(U)。从图5的B可以观察到，在降低的质量流量V1 ’下，流动流的一部分从反应区的末端传送回到反应区的起点。
图5的C示出了以下情况：其中，转子在与喷嘴导向叶栅2相反的方向上轴向移位预定距离ΔX。该移位的幅度被选择为使得基本上所有的流动流从反应区的末端朝向反应器出口9行进(在质量流量V1 ’＜V1下)。
如图2至图5的C所示，转子被构造为能在轴向方向上移位。通过下面进一步描述的轴承机构实现关于整个转子的移位。转子的移位导致相关的转子叶栅3相对于静止反应器部件移位预选距离ΔX。
示例性设备100的移位距离可以构成5mm-15mm(也参见示例1)。然而，应清楚的是，轴向方向上的移位距离幅度可以根据反应器设备的尺寸、类型、设计和/或目的而变化。
附加的或替代性的解决方案可以涉及使转子盘3A沿着转子轴1(未示出)移动。
在参考图2至图5描述的配置中，转子3被构造为能在设置在转子叶片叶栅上游的静止导叶叶栅(即，喷嘴导向导叶叶栅)的方向上轴向移位。这通过将可移位轴承定位在转子驱动单元附近来证实。在此描述的反应器中，具有相关联的叶片叶栅的盘定位在环形导叶叶栅之间；因此，转子叶栅朝向任何静止叶栅的移位改变了转子叶片关于两个定子叶栅的原始位置。为了清楚起见，静止导叶叶栅不能轴向移位。
因此，在一些实施例中，本发明意味着通过提供关于反应器的(多个)静止部件(即，静止导叶叶栅2、4和外壳6)在转子轴的纵向方向(X-X’)上轴向可移位预定距离(ΔX)的转子来调节定子-转子-定子布置中转子叶片叶栅3相对于静止导叶叶栅2、4的位置。
在一些配置中，在降低转子旋转速度(U)时和/或在增大通过反应器的处理流体流量时，转子在纵向方向上朝向设置在转子叶片叶栅3上游的静止导叶叶栅2移位预定距离(ΔX)。在实践中，修改的流量是指由原料材料的消耗增加引起的修改的质量流量。
在一些其他配置中，在增大转子旋转速度时和/或在降低通过反应器的处理流体流量时，转子在纵向方向上远离设置在转子叶片叶栅3上游的静止导叶叶栅2移位预定距离(ΔX)。在实践中，修改的流量是指由原料材料的消耗降低引起的修改的质量流量。
在一些实施例中，通过使反应器的(多个)静止部件可沿着转子轴移位来调节转子叶片叶栅3与静止导叶叶栅2、4之间沿着转子轴的距离。(多个)静止部件沿着转子轴1(在方向X-X’上)移位预定距离(ΔX)。在这种情况下，转子保持不移动。替代地，静止部件的轴向运动可以伴随转子的轴向运动。
作为示例，当这些元件彼此建立连接时，外壳6的轴向移位可以伴随着至少一个静止导叶叶栅(例如，喷嘴导向导叶叶栅2)的轴向移位。
例如，通过平移转子和/或静止部件而以上述方式改变转子叶片叶栅的位置允许以高精度调整流动泄漏。可以有效地调整量和/或方向(入口到出口，反应区的末端到相邻反应区的起点)。
(质量)流量和相关联的原料消耗的变化可以通过改变原料与稀释剂的比率(例如，其中稀释剂是(水)蒸汽)来进一步补偿，使得通过反应器的含原料的处理流体(即，原料-稀释剂混合物)的总流量保持不变。
例如，如上所述，通过转子的轴向移位来调节转子叶片叶栅关于静止导叶的位置可以在设定为操作模式或非操作模式的反应器100中实现。在本上下文中，“操作模式”是指设备100从其使用或应用引起的状态，并且可选地意味着将转子设定为旋转。例如，这种使用可能在正常操作(意味着在所述反应中进行(多个)化学反应)或系统测试期间出现。另一方面，非操作模式通常意味着设备100停止或关闭。
当反应器应适用于与先前使用的原料不同的原料(例如，在来源和/或变化的化学组成方面不同)时，通常实施在设定为非操作模式的反应器中执行转子移位，因为这种适用可能需要系统中的其他调节。
可以执行转子的移位，使反应器设定为操作模式。在这种情况下，轴向移位可以手动或以自动方式执行，其中轴向转子运动的自动调节由本地或集中控制系统(未示出)实现和控制。在一些情况下，可以在不停止转子旋转的情况下执行轴向移位。在这种情况下，降低转子旋转速度可能是有利的。
类似的考虑适用于(多个)静止部件的轴向移位。
可以利用上文描述的并且旨在调整由在周向方向上流动的泄漏引起的流动损失的方法的任何组合。
进一步参考图6A和图6B，其中，图6A示出了根据实施例的反应器100，并且图6B示出了沿着设计在图6A上的线A-A和B-B截取的截面图。沿着线A-A截取的截面区域位于喷嘴导向导叶叶栅2的入口(进口)处，而沿着线B-B截取的截面区域位于扩散器叶栅4的出口处。总体上，横切线A-A和B-B描绘了在定子-转子-定子布置的入口和出口处发生的事件。
在描绘横切线A-A和B-B的图像上(图6B)指定了处理流线进入和离开反应器内部的位置。另外，通常遵循螺旋路径穿过定子-转子-定子布置2、3、4的处理流线被指示为单独编号的扇形区域或扇区(参见罗马数字i-vii)。右侧示出了说明通过反应器的流线通道的流动图。图6B相应地示出了在第一入口8A与第一出口9A之间行进的流线(在第二入口8B与第二出口9B之间行进的流线未示出)。
在操作中，含原料的处理流体流通过入口开口8(在此为8A)进入反应器并且到达第一静止导叶叶栅2(喷嘴导向导叶叶栅)。在横切线A-A上，第一静止导叶叶栅2内的入口区域被加阴影(图6B)。位于入口区域的一些静止导叶通过(多个)分隔隔板连接到相关的入口开口，由此在入口与出口之间形成作业腔。
流体流动流传送通过定子-转子-定子布置2、3、4，这意味着在实践中流动流顺序地传送通过(静止的)喷嘴导向导叶2、通过(旋转的)转子叶片3并且通过(静止的)扩散器导叶4；此后，流动流在扩散器叶栅(横切线B-B)的扇区(i)处离开(多个)叶栅，并且“向上”流动通过无导叶空间7。该流在离开第二静止导叶叶栅4(扩散器导叶叶栅)之后进入无导叶空间。
每次当处理流体传送通过定子-转子-定子叶栅时，处理流的温度升高，因此促进布置在叶栅下游的无导叶空间中的(多个)化学反应，如在流体流动方向上观察的。
在已经穿过无导叶空间7之后，流动流到达喷嘴导向导叶叶栅2(横切线A-A)的扇区(i)处，并且重复上述过程。即，流体流动流总体上遵循螺旋路径行进通过叶栅2、3、4，在扩散器叶栅4(横切线B-B)的扇区(ii)处离开，并且继续通过无导叶空间7朝向喷嘴导向导叶叶栅2(横切线A-A)的扇区(ii)行进。在图6B上呈现的配置中，流动流传送通过叶栅八(8)次(以相应地建立8级)。在最后一次(在此为第八次)传送通过定子-转子-定子叶栅之后，流动流离开叶栅并且行进到反应器的出口9(在此为9A)。
在横切线B-B上，第二静止导叶叶栅4内的出口区域被加阴影。位于出口区域处的一些静止导叶通过(多个)分隔隔板连接到相关的出口开口。
参考图8A至图8C，其示意性地示出了转子(图8A、图8B)和(多个)静止部件(图8C)的轴向移位的各种布置。
在所有基本实施例中，反应器100包括包围转子叶栅3和设置在转子两侧的环形静止导叶叶栅2、4的(气体)外壳6。中空环箍形式的流动成形装置5安装在外壳6内，由此在外壳6的内表面与流动成形装置5的外表面之间建立环形管道。所述管道的未被叶片/导叶占据的部分形成无导叶空间7。
实施为100A(图8A)的反应器还包括布置在转子轴1上的至少一个止推轴承元件23(其也可以称为止动滑动轴承)。(多个)止推轴承支撑平行于轴的轴线作用的轴向载荷。止推轴承元件23可以被构造为流体动力止推轴承，例如，其中止动盘23A装配在对应的垫或座圈之间。可以利用任何其他适当的配置。
止推轴承元件23被构造为可沿着转子轴1相对于反应器的静止部件(例如外壳6)移位。因此，在图8A的配置中，通过止推轴承元件23的轴向移位使转子可轴向移位。在这种配置中，布置在转子轴1与驱动轴1B之间的轴联轴器1A有利地被构造为柔性联轴器，该柔性联轴器使得驱动轴和转子轴中的任何一个(或两者)能够在轴向方向上轴向移位。
图8B示出了配置100B，其中通过驱动轴1B的轴向移动使转子可轴向移位(驱动轴经由联轴器1A连接到转子轴1)。联轴器1A可以是刚性的(优选的)或柔性的。反应器100B可以在没有(多个)止推轴承的情况下实施。
在一些特定配置中，反应器100B在没有止推轴承的情况下实施，驱动轴1B被构造为在轴向方向上可移位，并且布置在驱动轴1B与转子轴1之间的联轴器1A是非柔性的(在轴向方向上)，即该联轴器不允许驱动轴和转子轴的相互移位。
配置100A、100B(图8A、图8B)的特征在于固定的静止部件。特别地，反应器外壳被构造为关于反应器驱动器1C静止(不可移位)。在这两种配置中，能够实现转子在轴向方向上的往复运动。
配置100A、100B可以涉及提供滑动径向轴承(轴颈轴承)，可选地，滑动径向轴承在相关轴承座中、在纵向上在转子盘3A的相对侧处布置在转子轴1上(细节参见图9的描述)。
图8C示出了配置(100C)，其中，定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅3相对于静止导叶叶栅2、4的位置能通过使至少一个静止部件(特别是反应器外壳6)在转子轴的纵向方向上轴向移位来调节。外壳6和/或静止导叶叶栅2、4中的任一个的移位可以通过使径向轴承22、32滑动来调节(参见图9的描述)。
总体上，反应器100可以在没有(多个)止推轴承23(例如，配置100C)的情况下实施。
在设备100C中，驱动轴1B优选地在轴向方向上是固定的(不可移位)。此外，联轴器1A优选地被构造为刚性的(非柔性的)，以使驱动轴1B和转子轴1在轴向上不可移位。
在一些特定配置中，反应器100C在没有止推轴承的情况下实施，驱动轴1B被构造为在轴向方向上不可移位，并且布置在驱动轴1B与转子轴1之间的联轴器1A也是非柔性的，由此防止驱动轴和转子轴的轴向移位。
在本公开中，气体外壳6总体上被称为反应器外壳。然而，设备结构100(100A、100B、100C)可以进一步被包围到单独的外部壳体(未示出)中。
参考图9，其示出了用于反应器100中的轴向转子移位的示例性机构，所述机构涉及止推轴承的移位。总体上，图9所示的配置100、100A基于图8A所示的配置，因此避免了描述基本实施例的重复。
在图9的配置中，反应器包括轴承系统，该轴承系统包括径向(滑动)轴承元件22、32和所述至少一个止推轴承元件23。在一些配置中，径向轴承元件是在纵向上在转子盘3A的相对两侧处布置在转子轴1上的轴颈轴承。径向轴承支撑垂直于转子轴的轴线作用的转子载荷。每个径向轴承元件22、32装配在壳体22A、32A(径向轴承壳体)中，并且用合适的O形环密封件39(另一侧未示出)支撑。
至少一个止推轴承23布置在转子轴上以邻近径向轴承。可以利用任何适当的径向(轴颈)轴承配置和止推轴承配置。
在一些配置中，轴承系统因此实施有一对径向轴承22、32，其中在转子盘的一侧处相邻地布置在转子轴上的径向轴承元件22和止推轴承元件23被容纳在壳体21中并且形成第一轴承座。在转子盘的另一侧处布置在转子轴上的径向轴承元件32被容纳在壳体31中以形成第二轴承座。所述轴承座安装在气体外壳6的两侧。
优选的是，止推轴承元件在转子驱动单元附近(即，在转子盘联接到驱动引擎的那一侧)安装在转子轴上。
位于反应器的前部/入口端部(即，在布置喷嘴导向导叶叶栅2的端部处)的轴承座被称为第一轴承座，而位于反应器的后部/出口端部(即，在布置扩散器导叶叶栅4的端部处)的轴承座被称为第二轴承座。每个所述第一轴承座和所述第二轴承座包括装配在对应的壳体21、31(轴承座壳体)中的轴承，可选为轴承组件。所提及的轴承组件被构造为吸收径向载荷，并且有利地还吸收轴向(推力)载荷。
在图9的设备中，止推轴承元件23被容纳在单独的壳体24(止推轴承壳体)中，该单独的壳体至少部分地被包围在相关轴承座的壳体21内。(转子轴)端部密封件29在止推轴承壳体盖24A下方安装在止推轴承壳体24中。
附加地或替代地，止推轴承可以被容纳在第二轴承座(未示出)中。
润滑油从油系统(未示出)经由轴承座壳体21、31中的对应油入口通道25、35供应到轴承座。油通过油出口通道26、36从轴承排出。单独的油通道(入口和出口)布置在止推轴承壳体24中，用于润滑和冷却止推轴承壳体。
轴承座可以还包括迷宫式密封件27、37。为了避免处理流体的污染和/或在处理期间产生过热，可以利用无液体迷宫式密封件，诸如气体迷宫式密封件。例如，蒸汽(水蒸汽)或惰性气体(诸如氮气)可以用于提供密封。惰性气体通过通道28、38供应到迷宫式密封件中。
在一些配置中，静止导叶叶栅2、4中的每个以及可选地外壳6固定在轴承座上。
被包围(24)的止推轴承元件23被构造为可在相关轴承座中在转子轴的纵向方向上(沿着轴线X-X’)轴向移位预定距离ΔX。止推轴承23相对于所述轴承座的壳体21移位。由于可相对于轴承座壳体移位，止推轴承元件23还可相对于反应器的静止部件(例如，外壳6)移位。
如上所述，转子的旋转运动由沿着转子轴1安装的径向轴承22、32支持。另一方面，止推轴承元件23使得转子能够轴向移位。
因此，在图9的实施例中，通过调节被包围(24)的止推轴承元件23在相关轴承座中在转子轴的纵向方向上相对于所述轴承座的壳体21的位置，使转子可相对于静止导叶叶栅2、4以及相对于气体外壳6轴向移位。因此，能够实现转子在轴向方向上的往复运动。
设备100可以根据以下示例来实现。
示例1.设备100包括具有两个入口8A、8B和两个出口9A、9B的气体外壳6。外壳包围转子3和固定在转子的两侧的环形静止导叶叶栅2、4。中空环箍形式的流动成形装置5安装在外壳内，从而形成环形管道，其中所述管道的未被叶片/导叶占据的部分形成无导叶空间7。转子被构造为能够沿着纵向轴线X-X’移位。反应器100以表2中限定的参数操作。
表2.与转子叶片叶栅3和处理流体流相关的示例性参数。
在用根据表2的参数设计和实施的设备100中，为了避免或至少最小化由于旋转速度U降低25％而引起的周向流动泄漏，转子必须在喷嘴导向导叶叶栅的方向上轴向移位等于6.6mm的距离ΔX。
图7进一步示出了这种移位的影响，其中图7的A示出了在根据表2的设计参数下的反应器100中可获得的速度三角形(数值以毫米给出)。
图7的B示出了在涉及与设计模式下的旋转速度U相比旋转速度U’降低25％的非设计操作条件下的速度三角形。速度W1和V2由虚线箭头指示。
图7的C示出了以下情况：其中，转子叶栅3在喷嘴导向导叶叶栅2的方向上移位距离ΔX。在当前情况下，ΔX＝6.6mm。利用所选择的移位幅度，进入反应器内部的基本上所有流动流被迫进入反应区的起点。
用根据表2的叶片参数构造的设备100还由图9示出。注意，移位距离ΔX构成8mm。在适用的情况下，(多个)图上的数值以毫米给出。
以非限制性方式，在上文描述的所有配置中，转子的周边(旋转)速度(U)可以设置在150m/s-400m/s的范围内。速度取决于对于给定的原始材料组成需要向处理流供应多少能量。
转子叶片在轴向方向上的尺寸可以设置在20mm-90mm的范围内。喷嘴导向导叶叶栅与转子叶片叶栅之间在轴向方向上的间隙可以设置在6mm-40mm的范围内。总体上，转子叶片和静止导叶的尺寸以及它们之间的间隙相应地取决于反应器100的尺寸及其性能能力。
具有上述规格的反应器中的移位距离ΔX可以在约0.5mm-25mm的范围内变化；在装置扩大时，可以扩展该范围。
在并联或串联连接至少两个反应器设备100时，可以建立反应器布置(未示出)。所述设备之间的连接可以是机械的和/或功能性的。可以在至少两个单独的、物理集成或非集成的反应器100之间关联时建立功能性(例如，在化学方面)连接。在非集成的反应器的情况下，所述至少两个设备100之间的关联可以经由多个辅助设施(未示出)建立。在一些配置中，该布置包括至少两个设备，这些设备至少经由它们的中心轴功能性地连接。这种配置可以进一步限定为具有串联(按顺序)机械连接的至少两个设备100，而功能性(例如，在基于原料的反应方面)连接可以被视为并联(阵列)连接。
在一些情况下，该布置可以还包括预热炉(在此为炉)。炉和至少一个反应器100可以一起形成裂化器单元(未示出)。多个并联反应器100可以连接到共用炉；或者多个反应器100可以连接到多个炉。
在另一方面，提供了设备100和/或相关布置用于含烃原料的热转化或热化学转化的用途。
在所选择的配置中，转化是所述含烃原料、特别是流体化含烃原料(即，主要包含碳和氢的流体化有机原料物质)的热裂解或热化学裂解。
附加地或替代地，反应器100可以被构造为处理含氧原料物质，诸如含氧烃衍生物。在一些配置中，反应器100可以适于处理纤维素基原料。在一些附加或替代性的配置中，反应器可以适于处理基于(废)动物脂肪和/或基于(废)植物油的原料。所述基于动物脂肪和植物油的进料的预处理可以包括氢化脱氧(从含氧化合物中除去氧)，这使得(三)甘油酯结构分解并且主要产生直链烷烃。在进一步的附加或替代性配置中，反应器100可以适于处理木浆工业的副产物，诸如尾油或其任何衍生物。定义“尾油”是指在木浆制造中主要制浆针叶树时使用的众所周知的硫酸盐法的(多种)副产物。
在该处理中，含烃进料作为包括但不限于以下中的任一种来提供：中等重量烃(诸如石脑油和瓦斯油)以及轻质烃(诸如乙烷、丙烷和丁烷)。可以进一步利用丙烷和较重馏分。
在一些情况下，含烃进料是气化的经预处理的生物质材料。基于生物质的进料是纤维素衍生的或特别是木质纤维素衍生的预处理生物质，其以基本上气态的形式供应到反应器中。
含烃进料还可以作为以下中的任一种来提供：经预处理的基于甘油酯的材料(诸如(废或残余)植物油和/或动物脂肪)或经预处理的塑料废物或残余物。如上所述，所述基于(三)甘油酯的原料的预处理可以包括不同的处理，诸如热解或脱氧。包含PVC、PE、PP、PS材料及其混合物的一系列塑料废物可以用于回收热解油或气体的处理中，所述热解油或气体还可以用作生产新塑料和/或精炼成(多种)燃料油(柴油等同物)的原料。
因此，在所选择的实施例中，反应器100可以被构造用于执行选自由以下组成的组中的至少一种工序：处理优选含有中等重量和轻质烃馏分的烃原料；处理气化的含碳水化合物的原料物质，处理气化的含甘油酯和/或脂肪酸的原料物质，以及处理气化的纤维素生物质材料。因此，反应器100可构造用于处理例如衍生自生物基原料的含氧原料材料。可能的应用领域包括基于生物质或生物质衍生的物质的精炼，以在诸如植物油或动物脂肪直接催化氢化成相应的烷烃或气态烃的催化脱氢作为费-托处理的级之一的处理中生产可再生燃料。另外，反应器可以被构造用于生物基热解气体或合成气的增值(气态物质的增强或精制)。
在利用基于生物质、甘油酯和/或聚合物质的原料的情况下，反应器100还可以适于催化处理。这通过由反应器叶片或内壁的(多个)催化涂层形成的多个催化表面(未示出)与(多种)处理流体接触来实现。在一些情况下，反应器可以包括多个催化模块，多个催化模块由具有活性(催化)涂层的(多个)陶瓷或金属基体或(多个)支撑载体限定，活性(催化)涂层可选地实现为整体的蜂窝结构。
在另一方面，提供了一种用于在对处理流体中的原料进行处理期间提高处理效率和调整流动损失的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a.获得设备100，该设备包括：
-转子，转子包括多个转子叶片，这些转子叶片布置在安装到转子轴(1)上的盘(3a)的周向上并且形成转子叶片叶栅(3)；
-多个静止导叶，这些静止导叶布置成环形导叶叶栅(2，4)，这些环形导叶叶栅相对于转子叶片叶栅邻近地布置，从而形成定子-转子-定子布置(2，3，4)；以及
-外壳(6)，在外壳中形成有管道，该管道具有至少一个入口(8)和至少一个出口(9)，所述外壳将转子叶片叶栅(3)和静止导叶叶栅(2，4)包围在管道的内部；
以及
b.沿着转子轴在轴向方向上将定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置调节预定距离(ΔX)。
该方法特别有利于在非设计条件下操作设备100。
在该方法中，通过使转子在转子轴的纵向方向上轴向移位来调节所述定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置。替代地，静止部件(例如外壳)可以移位。可以实现转子和静止部件中的任一个沿着转子轴在纵向方向上的往复运动。
在一些实施例中，调节定子-转子-定子布置中的转子叶片叶栅相对于静止导叶叶栅的位置伴随着至少调节转子的旋转速度和/或含原料的处理流体的流量。在一些情况下，调节流量包括调节指示原料材料的总消耗的质量流量。
在一些实施例中，在降低转子的旋转速度时和/或在增加通过反应器100的处理流体流量时，转子在纵向方向上朝向设置在转子叶片叶栅3上游的静止导叶叶栅2(喷嘴导向导叶叶栅)移位预定距离ΔX。
在一些其他实施例中，在增加转子的旋转速度时和/或在降低通过反应器100的处理流体流量时，转子在纵向方向上远离设置在转子叶片叶栅3上游的静止导叶叶栅2移位预定距离ΔX。
在该方法中，可以在设定为操作模式或非操作模式的设备中调节转子和/或静止部件的位置。
在该方法中，原料有利地包括烃。在一些情况下，原料包括至少一种烷烃进料(乙烷、丙烷、丁烷)、石脑油进料、瓦斯油和/或适合于生产基本上低分子量、优选为诸如烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)的不饱和烃和乙炔的任何其他进料。
本领域技术人员清楚，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式实施。本发明及其实施例总体上可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (31)

1.一种用于对处理流体中的原料进行处理的设备(100)，包括：
-转子，所述转子包括多个转子叶片，这些转子叶片布置在安装到转子轴(1)上的盘(3a)的周向上并且形成转子叶片叶栅(3)；
-多个静止导叶，这些静止导叶布置成基本上环形的多个导叶叶栅(2，4)，这些导叶叶栅相对于所述转子叶片叶栅邻近设置，从而形成定子-转子-定子布置(2，3，4)；以及
-外壳(6)，所述外壳中形成有管道，所述管道具有至少一个入口(8)和至少一个出口(9)，所述外壳将所述转子叶片叶栅(3)和静止导叶叶栅(2，4)包围在所述管道的内部，
其中，在所述定子-转子-定子布置中，所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置能够沿着所述转子轴在轴向方向上调节一预定距离(ΔX)。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置能够通过使所述转子在所述转子轴的纵向方向上轴向移位来调节。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备(100，100A)，还包括布置在所述转子轴上的至少一个止推轴承元件(23)，其中，通过所述至少一个止推轴承元件在所述转子轴上的轴向移位，使所述转子能够轴向移位。
4.根据任一前述权利要求所述的设备(100，100A)，其中，所述至少一个止推轴承元件(23)被构造为能够相对于所述外壳(6)轴向移位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100，100A)，其中，所述止推轴承元件(23)被容纳在单独壳体(24)中，所述单独壳体至少部分地被包围在轴承座(21)的内部，并且其中，被包围的所述止推轴承元件(23，24)被构造为能够在相关的轴承座中在所述转子轴的纵向方向轴向移位。
6.根据任一前述权利要求所述的设备(100，100A)，其中，布置在所述转子轴(1)与驱动轴(1B)之间的联轴器(1A)是柔性轴联轴器，所述柔性轴联轴器被构造为使所述驱动轴和所述转子轴能够轴向移位。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的设备(100，100B)，其中，通过经由所述联轴器(1A)连接到所述转子轴(1)的所述驱动轴(1B)的轴向移位，使所述转子能够轴向移位。
8.根据权利要求1所述的设备(100，100C)，其中，所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置能够通过使至少一个静止部件、特别是所述外壳(6)在所述转子轴的纵向方向上轴向移位来调节。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述驱动轴(1B)是固定的，由此防止所述驱动轴的轴向移位。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其中，所述联轴器(1A)是刚性联轴器，所述刚性联轴器被构造为使所述驱动轴和所述转子轴在轴向上不能移位。
11.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其中，多个所述静止导叶叶栅(2，4)中的每个静止导叶叶栅固定在布置于所述外壳(6)的两侧处的相关轴承座(21，31)上。
12.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其中，调节所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置伴随着至少调节所述转子的旋转速度和/或含有原料的处理流体的流量。
13.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，还包括流动成形装置(5)，所述流动成形装置布置在所述外壳(6)的内部，使得所述管道形成在所述外壳与所述流动成形装置之间，所述管道具有环形形状的经向截面。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述流动成形装置(5)是环形的、基本上中空的结构。
15.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其中，所述定子-转子-定子布置(2，3，4)的出口与所述定子-转子-定子布置的入口之间形成有无导叶空间(7)，所述无导叶空间(7)由所述外壳(6)与所述流动成形装置(5)之间的体积部限定。
16.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其中，所述静止导叶叶栅形成有多个静止喷嘴导向导叶和多个静止扩散器导叶，多个所述静止喷嘴导向导叶在所述转子叶片的上游形成环形喷嘴导向导叶叶栅(2)，多个所述静止扩散器导叶在所述转子叶片的下游形成扩散器导叶叶栅(4)。
17.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其中，所述定子-转子-定子布置(2，3，4)中的叶栅被构造为引导所述处理流体在所述管道内在所述至少一个入口与所述至少一个出口之间传送时根据螺旋流动路径反复地穿过叶栅并穿过所述无导叶空间(7)，并且被构造为建立用于在所述处理流体中发生至少一种化学反应的条件。
18.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，所述设备被构造有多个催化表面。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的设备的用途，用于含烃原料的热处理中。
20.根据权利要求1至18中任一项所述的设备的用途，用于进行化学反应。
21.根据权利要求19或20中任一项所述的用途，用于含烃原料的热裂解或热化学裂解。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的用途，用于执行选自由以下组成的组中的至少一种工序：处理优选含中等重量和轻质烃馏分的烃原料；处理气化的含碳水化合物的原料物质；处理气化的含甘油酯和/或脂肪酸的原料物质；以及处理气化的纤维素生物质材料。
23.一种布置，包括至少两个根据权利要求1至18中任一项所述的设备，至少两个所述设备至少功能性地并联或串联连接。
24.一种用于在对处理流体中的原料进行处理期间、特别是在非设计条件下提高处理效率并调整流动损失的方法，包括：
a.获得设备(100)，所述设备包括：
-转子，所述转子包括多个转子叶片，这些转子叶片布置在安装到转子轴(1)上的盘(3a)的周向上并且形成转子叶片叶栅(3)；
-多个静止导叶，这些静止导叶布置成多个环形的导叶叶栅(2，4)，这些导叶叶栅相对于所述转子叶片叶栅邻近布置，从而形成定子-转子-定子布置(2，3，4)；以及
-外壳(6)，在所述外壳中形成有管道，所述管道具有至少一个入口(8)和至少一个出口(9)，所述外壳将所述转子叶片叶栅(3)和静止导叶叶栅(2，4)包围在所述管道的内部；
以及
b.将所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅沿着所述转子轴在轴向方向上相对于所述静止导叶叶栅的位置调节一预定距离(ΔX)。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，通过使所述转子在所述转子轴的纵向方向上轴向移位来调节所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，通过使至少一个静止部件、特别是所述外壳(6)在所述转子轴的纵向方向上轴向移位来调节所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置。
27.根据前述权利要求24至26中任一项所述的方法，其中，调节所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置伴随着至少调节所述转子的旋转速度和/或含原料的处理流体的流量。
28.根据权利要求24和25中任一项所述的方法，其中，在降低所述转子的旋转速度时和/或在增加通过所述设备(100)的处理流体流量时，所述转子在纵向方向上朝向设置在所述转子叶片叶栅(3)上游的静止导叶叶栅(2)移位一预定距离(ΔX)。
29.根据权利要求24和25中任一项所述的方法，其中，在增加所述转子的旋转速度时和/或在降低通过所述设备(100)的处理流体流量时，所述转子在纵向方向上远离设置在所述转子叶片叶栅(3)上游的静止导叶叶栅(2)移位一预定距离(ΔX)。
30.根据前述权利要求24至29中任一项所述的方法，其中，调节所述定子-转子-定子布置中的所述转子叶片叶栅(3)相对于所述静止导叶叶栅(2，4)的位置是在设定为操作模式或非操作模式的所述设备中实施的。
31.根据前述权利要求24至30中任一项所述的方法，其中，所述原料包括烃。
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