ES2966364T3

ES2966364T3 - Reactor químico de turbomáquina y método de craqueo de hidrocarburos

Info

Publication number: ES2966364T3
Application number: ES18730544T
Authority: ES
Inventors: Silvano Saretto; Paul Brown; Kirk Lupkes; David Taylor
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2024-04-22
Anticipated expiration: 2038-05-16
Also published as: CN112135891A; US11278860B2; US11059018B2; CN112135891B; US20210268469A1; US20210069665A1; EP3768801A1; FI3768801T3; EP3768801B1; WO2019221726A1

Abstract

Los reactores químicos (10) y los métodos craquean hidrocarburos en fluidos de proceso acelerando el fluido de proceso a una velocidad mayor que Mach 1 con un impulsor de impulso axial (40) y generando una onda de choque (90) en el fluido de proceso desacelerandolo en estado estático. difusor (70) que tiene pasos difusores divergentes (72). El aumento de temperatura del fluido de proceso aguas abajo de la onda de choque fractura los hidrocarburos arrastrados en un solo paso, a través de una trayectoria de flujo unidireccional (F), dentro de una sola etapa, sin recircular el fluido de proceso para otro paso por la misma etapa. En algunas realizaciones, el reactor químico de turbomáquina (110) tiene múltiples etapas sucesivas de uno o más impulsores de impulso axial (40A, 40B), emparejados con un conducto divergente, difusor estático (70). Las etapas sucesivas rompen hidrocarburos adicionales elevando sucesivamente la temperatura del fluido del proceso que fluye. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Reactor químico de turbomáquina y método de craqueo de hidrocarburos

Campo Técnico

La invención se refiere a reactores químicos y métodos para el craqueo de hidrocarburos en un fluido de proceso. Más concretamente, la invención se refiere a reactores químicos de turbomaquinaria y a métodos para el craqueo de hidrocarburos.

Antecedentes

Las refinerías de petróleo y las plantas petroquímicas fraccionan o "craquean" los hidrocarburos de mayor peso molecular (MW). Tras el craqueo, los hidrocarburos de menor peso molecular se utilizan en la industria petroquímica como materia prima para la producción de otros compuestos químicos. En los procesos de pirólisis-craqueo conocidos y practicados comercialmente, la aplicación de calor y presión en reactores químicos de tipo horno, en entornos con poco oxígeno, fracciona los hidrocarburos de MW más pesados en varias olefinas de MW más ligeras, como el etileno, sin provocar combustión. A menudo, el hidrocarburo MW más pesado es arrastrado por el vapor calentado. El fluido de proceso que contiene vapor e hidrocarburos fluye a través de los intercambiadores de calor del reactor químico. La temperatura y el tiempo de permanencia del fluido del proceso dentro de los intercambiadores de calor se controlan para fracturar los hidrocarburos arrastrados hasta la salida deseada, hidrocarburos de menor MW.

Utilizando el ejemplo de la producción de etileno por pirólisis, un fluido de proceso que comprende una mezcla de hidrocarburo y vapor se calienta de 660 C° (1220 °F) a 840.5556 C° (1545 °F) en menos de 400 milisegundos (MS), en un reactor químico tipo horno. La velocidad a la que se calienta y posteriormente se apaga (para detener las reacciones químicas posteriores) es importante para la producción de la mezcla deseada de hidrocarburos. El oxígeno no debe estar presente durante el proceso de calentamiento, para evitar la combustión de hidrocarburos. El proceso de reacción en el reactor químico de tipo horno requiere un gran aporte de calor y un caudal másico relativamente lento del fluido de proceso. Para alcanzar los objetivos de producción, las plantas de producción de etileno emplean múltiples reactores de pirólisis paralelos, cada uno de los cuales requiere grandes aportes de energía térmica. Cada reactor adicional necesario para alcanzar los objetivos de producción aumenta el gasto de capital, el consumo de energía para calentar el fluido de proceso y el espacio inmobiliario de la planta. WO 2016/001476 A1 describe un reactor de ondas de choque para el craqueo térmico de materias primas que contienen hidrocarburos, que comprende una carcasa en la que se forma un conducto con entrada y salida; un rotor cuya periferia contiene una cascada de álabes de flujo axial; en donde el alojamiento encierra sustancialmente la periferia del rotor y un número de cascadas de álabes estacionarios dentro del conducto, y además en la que las cascadas están configuradas para dirigir la materia prima que contiene la corriente del proceso para que pase repetidamente por dichas cascadas de acuerdo con una trayectoria helicoidal mientras se propaga dentro del conducto entre la entrada y la salida y para generar ondas de choque estacionarias para calentar la materia prima. EP 0349 051 A1 describe un compresor de tipo mixto en el que cada etapa de compresión comprende un impulsor principal con un diámetro creciente en la dirección corriente arriba-corriente abajo a la entrada y al menos un rectificador fijo a la salida. Entre el impulsor principal y el rectificador fijo se instala un impulsor móvil adicional, dicho impulsor es integral en rotación con el impulsor principal y del tipo de álabes axiales con una mayor curvatura en la parte superior que en la inferior para reducir el gradiente radial de la presión de flujo total entre la entrada y la salida de dichos álabes.

Es deseable aumentar el caudal másico del fluido de proceso durante el proceso de craqueo de hidrocarburos, con un menor aporte de energía de producción. El aumento del flujo de masa cumple los objetivos de producción con menos gastos de capital en equipos de planta y espacio inmobiliario.

Compendio de la Invención

Las realizaciones ejemplares de los reactores químicos y los métodos descritos en la presente agrietan los hidrocarburos en los fluidos de proceso acelerando el fluido de proceso a una velocidad superior a Mach 1 con un impulsor de impulso axial y generando una onda de choque en el fluido de proceso desacelerándolo en un difusor estático que tiene pasajes difusores divergentes. El craqueo se produce en una sola etapa, a velocidades de reacción más rápidas y con un menor aporte energético que los reactores químicos tradicionales de tipo pirólisis. El aumento de la tasa de flujo másico que ofrecen las realizaciones de la presente invención, en comparación con los reactores y procesos químicos tradicionales de tipo pirólisis, aumenta el rendimiento de la producción con un menor gasto de capital en equipos de planta junto con el menor uso de energía.

el alojamiento del reactor químico de turbomáquina, descrito en la presente, tiene un pasaje anular de alojamiento, que define una trayectoria de flujo axial unidireccional desde una entrada de alojamiento hasta una salida de alojamiento. Un impulsor axial giratorio imparte energía al fluido del proceso y lo descarga a una velocidad superior a Mach 1. Un difusor anular estático, con pasajes difusores divergentes, se encuentra en el pasaje anular del alojamiento, orientado entre el impulsor axial y la salida de alojamiento. Los pasos del difusor están configurados para desacelerar el fluido de proceso en su interior, descargado de los palas impulsoras, a una velocidad inferior a Mach 1. La deceleración genera una onda de choque en el fluido del proceso, elevando la temperatura del mismo corriente abajo de la onda de choque lo suficiente como para agrietar sus hidrocarburos arrastrados, antes de su descarga por la salida de alojamiento o a una etapa siguiente y sucesiva del reactor químico. En algunas realizaciones, el reactor químico de turbomaquinaria tiene múltiples etapas sucesivas de uno o más impulsores axiales, emparejados con un paso divergente, difusor estático. Cada etapa del reactor químico craquea hidrocarburos en el fluido del proceso en una única trayectoria de flujo unidireccional desde su entrada hasta su salida, sin recircular el fluido del proceso en la dirección opuesta para otro paso por la misma etapa. La trayectoria unidireccional del flujo facilita el agrietamiento en una trayectoria de flujo anular relativamente corta y de gran sección transversal. En algunas realizaciones, los hidrocarburos se craquean en una sola etapa en diez milisegundos (10 MS) o menos, con altos caudales másicos. En algunas realizaciones, las etapas sucesivas que incorporan el impulsor o impulsores y un difusor estático emparejado de tipo divergente craquean hidrocarburos adicionales elevando sucesivamente la temperatura del fluido de proceso en cada etapa.

Un reactor químico para el craqueo de hidrocarburos en un fluido de proceso según la invención se define en la reivindicación 1. Este reactor químico comprende un alojamiento que tiene una entrada de alojamiento; una salida de alojamiento; y un pasaje anular del alojamiento, que define una trayectoria de flujo axial unidireccional desde la entrada de alojamiento hasta la salida de alojamiento, para recibir y craquear hidrocarburo en un fluido de proceso en su interior; un árbol rotativo, en el alojamiento, circunscrito por el pasaje anular del alojamiento, para acoplarse a una fuente de energía de rotación del árbol, definiendo el eje de línea central de árbol que está en orientación fija en el alojamiento y es congruente con su árbol giratorio; un primer impulsor axial y un segundo impulsor axial montados en común alrededor del árbol giratorio dentro del pasaje anular del alojamiento y en comunicación fluida con el fluido de proceso que fluye entre la entrada y la salida de alojamiento, los impulsores axiales primero y segundo axialmente espaciados entre sí, con los bordes de salida del primer impulsor axial enfrentados a los bordes de ataque del segundo impulsor axial; una hilera de álabes de cubo giratorios estacionarios interpuestos entre el primer y el segundo impulsor axial para alinear el flujo de fluido de proceso descargado desde los bordes de salida del primer impulsor paralelamente a los bordes de ataque del segundo impulsor; cada impulsor tiene un cubo del impulsor con una longitud axial que se extiende axialmente a lo largo del eje de línea central de árbol giratorio; una fila de una pluralidad de palas impulsoras que se proyectan hacia fuera desde el cubo del impulsor, cada uno de los palas impulsoras tiene respectivamente: un borde de ataque orientado hacia la entrada de alojamiento, un borde de salida orientado hacia la salida de alojamiento, una punta de álabe distal al cubo del impulsor en relación opuesta y espaciada con el pasaje anular del alojamiento, y paredes laterales de álabe cóncavas y convexas opuestas entre la punta de álabe y los bordes de ataque y de salida de los mismos; los palas impulsoras configurados, al girar el árbol giratorio, para hacer girar la velocidad del fluido del proceso tangencialmente con respecto al eje de línea central de eje desde una primera dirección tangencial en el borde de ataque de pala hasta una dirección tangencial opuesta en el borde de salida del álabe, e impartir energía en el mismo para descargar el fluido del proceso desde sus respectivos bordes de salida del mismo, a una velocidad superior a Mach 1; un difusor anular estático en el pasaje anular del alojamiento, orientado entre el segundo impulsor axial y la salida de alojamiento, teniendo el difusor anular estático una fila de una pluralidad de pasos de difusor orientados radialmente y espaciados circunferencialmente que abarcan el pasaje anular del alojamiento; teniendo cada uno de los pasos de difusor un primer extremo axial orientado hacia el segundo impulsor axial, y un segundo extremo axial orientado hacia la salida de alojamiento; la sección transversal local de cada paso de difusor aumenta desde su primer extremo axial hasta su segundo extremo axial; los pasos de difusor configurados para desacelerar el fluido de proceso que fluye a través de los pasos de difusor, descargado de los palas impulsoras, a una velocidad inferior a Mach 1, y generando dentro de los pasos de difusor una onda de choque en el fluido de proceso y elevando suficientemente la temperatura del fluido de proceso corriente abajo de la onda de choque para agrietar los hidrocarburos en el fluido de proceso, antes de la descarga del fluido de proceso desde la salida de alojamiento; y álabes giratorios espaciados circunferencialmente en el pasaje anular del alojamiento, orientados entre el difusor anular estático y la salida de alojamiento, teniendo los respectivos álabes giratorios un borde de ataque orientado hacia el difusor anular estático y un borde de salida orientado hacia la salida de alojamiento, pares opuestos de álabes giratorios que definen una garganta de álabe giratorio entre ellos, disminuyendo la sección transversal local de cada garganta de álabe giratorio desde su respectivo par de bordes de ataque de álabes giratorios opuestos hasta su respectivo par de bordes de salida de álabes giratorios opuestos.

Un método para craquear hidrocarburos en un fluido de proceso según la invención se define en la reivindicación 7. Este método comprende: proporcionar un reactor químico que tenga: un alojamiento que tenga un eje de línea central de árbol que está en orientación fija en el alojamiento; una entrada de alojamiento; una salida de alojamiento; y un pasaje anular del alojamiento que define una trayectoria de flujo axial unidireccional para el fluido del proceso desde la entrada de alojamiento hasta la salida de alojamiento; un primer impulsor axial y un segundo impulsor axial montados comúnmente sobre el árbol rotatorio dentro del pasaje anular del alojamiento para ser impulsados rotativamente alrededor de un árbol giratorio del impulsor que es congruente con el eje de línea central de árbol, el primer y segundo impulsores axiales axialmente espaciados entre sí, cada impulsor tiene: un cubo del impulsor con una longitud axial que se extiende axialmente a lo largo del eje de línea central de árbol giratorio; una fila de una pluralidad de palas impulsoras que se proyectan hacia fuera desde el cubo del impulsor, cada uno de los palas impulsoras tiene respectivamente: un borde de ataque orientado hacia la entrada de alojamiento, un borde de salida orientado hacia la salida de alojamiento, una punta de álabe distal al cubo del impulsor en relación opuesta y espaciada con el pasaje anular del alojamiento, y paredes laterales de álabe cóncavas y convexas opuestas entre la punta del álabe y sus bordes de ataque y de salida; con los bordes de salida del primer impulsor axial orientados hacia los bordes de ataque del segundo impulsor axial; un difusor anular estático dentro del pasaje anular del alojamiento, que tiene un primer extremo axial orientado hacia el segundo impulsor axial y un segundo extremo axial orientado hacia la salida de alojamiento; el difusor anular estático define unos pasos difusores que tienen un área de sección transversal localmente creciente desde el primer al segundo extremo axial del mismo; unos álabes giratorios espaciados circunferencialmente en el pasaje anular del alojamiento, orientados entre el difusor anular estático y la salida de alojamiento, teniendo los respectivos álabes giratorios un borde de ataque orientado hacia el difusor anular estático y un borde de salida orientado hacia la salida de alojamiento, definiendo los pares opuestos de álabes giratorios una garganta de álabes giratorios entre ellos, disminuyendo la sección transversal local de cada garganta de álabes giratorios desde su respectivo par de bordes de ataque de álabes giratorios opuestos hasta su respectivo par de bordes de salida de álabes giratorios opuestos; introducir un flujo de fluido de proceso que contenga hidrocarburos en la entrada de alojamiento; accionar rotativamente el primer y el segundo impulsor axial con una fuente de energía de rotación del eje, haciendo girar la velocidad del fluido de proceso tangencialmente con respecto al eje de línea central de eje desde una primera dirección tangencial en el borde de ataque, extremo axial de cada impulsor, hasta una dirección tangencial opuesta en un borde de salida, extremo axial de cada impulsor, e impartir energía en el mismo, acelerando el fluido de proceso hasta una velocidad superior a Mach 1; alineando el flujo del fluido de proceso descargado desde los bordes de salida de los álabes del primer impulsor paralelamente a los bordes de ataque de los álabes del segundo impulsor interponiendo una fila de álabes de cubo giratorios estacionarios en el pasaje anular del alojamiento entre el primer y el segundo impulsor axial; y descargando el fluido de proceso desde el segundo impulsor axial a través de los pasajes difusores del difusor anular estático, desacelerando el fluido de proceso que fluye a través de los pasajes difusores a una velocidad inferior a Mach 1, y generando dentro de los pasajes difusores una onda de choque en el fluido de proceso, la onda de choque elevando suficientemente la temperatura del fluido de proceso corriente abajo de la onda de choque, y agrietando los hidrocarburos en el fluido de proceso.

Breve Descripción de los Dibujos

Las realizaciones ejemplares de la invención se describen con más detalle en la siguiente descripción detallada junto con los dibujos adjuntos, en los que:

La FIGURA 1 es una sección transversal axial de un reactor químico de una sola etapa y un esquema superpuesto correspondiente del flujo de fluido de proceso a través del reactor que no es conforme a la invención;

La FIGURA 2 es una vista en perspectiva del reactor químico de la FIGURA 1, con las paredes del pasaje anular del alojamiento mostradas en fantasma que no es conforme a la invención;

Las FIGURAS 3-4 son vistas respectivas en perspectiva y en sección transversal de una realización de un impulsor sin cubierta, construido de acuerdo con una realización de la invención;

La FIGURA 5 es una vista en sección transversal de un impulsor con cubierta, construido de acuerdo con una realización de la invención;

La FIGURA 6 es una sección transversal axial de un reactor químico de impulsor doble de una sola etapa construido de acuerdo con una realización de la invención y un esquema superpuesto correspondiente del flujo del fluido de proceso a través del reactor;

La FIGURA 7 es un reactor químico de dos etapas que no es conforme a la invención; y

Las FIGURAS 8A y 8B son esquemas del flujo del fluido de proceso a través de un par de reactores químicos de tipo turbomáquina y de las condiciones calculadas de presión estática y temperatura del flujo de un fluido de proceso que contiene hidrocarburos, en varios puntos a lo largo de la trayectoria axial del flujo F, a través de un reactor químico ejemplar que tiene una primera y una segunda etapas respectivas construidas de acuerdo con la realización de la FIGURA 6.

Para facilitar la comprensión, se han utilizado números de referencia idénticos, siempre que ha sido posible, para designar elementos idénticos que son comunes a las figuras. Las figuras no están dibujadas a escala.

Descripción de las realizaciones

Las realizaciones ejemplares del método y del aparato de la invención craquean o fraccionan los hidrocarburos en los fluidos de proceso, como los hidrocarburos arrastrados en el vapor. Los reactores químicos y los métodos descritos en detalle en la presente craquean los hidrocarburos en un reactor químico de turbomáquina, acelerando el fluido del proceso en a una velocidad superior a Mach 1 con un impulsor de impulso axial y generando una onda de choque en el fluido del proceso desacelerándolo en un difusor estático que tiene pasajes difusores divergentes. En algunas realizaciones, la presión estática del fluido del proceso permanece relativamente constante (por ejemplo, dentro de un margen de más o menos diez por ciento) a medida que pasa a través del impulsor o impulsores, pero aumenta corriente abajo de la onda de choque. El aumento de temperatura del fluido de proceso corriente abajo de la onda de choque agrieta los hidrocarburos arrastrados en una sola pasada, a través de una trayectoria de flujo unidireccional, dentro de una sola etapa, sin recircular el fluido de proceso para otra pasada por la misma etapa. En algunas realizaciones, el aumento de temperatura a través de una sola etapa es superior al diez por ciento. Así, en algunas realizaciones, el fluido del proceso pasa a través de la etapa única en 10 MS o menos, en comparación con los cientos de milisegundos de los reactores de tipo pirólisis conocidos. Tasas de flujo másico más rápidas en los reactores químicos de la presente invención aumentan el rendimiento de la producción. A diferencia de los reactores de tipo pirólisis conocidos, en los reactores químicos de la presente invención no se aplica calor externo al fluido de proceso para iniciar o mantener la reacción química de craqueo. La eliminación del calentamiento externo para hacer funcionar el reactor químico de turbomáquina descrito actualmente, como se requiere en los reactores de tipo pirólisis, reduce el gasto energético.

En algunas realizaciones, el reactor químico de turbomaquinaria, o una cadena secuencial de tales reactores, tiene múltiples etapas sucesivas de dos o más impulsores axiales, emparejados con un paso divergente, difusor estático. Las etapas sucesivas craquean hidrocarburos adicionales elevando sucesivamente la temperatura del fluido de proceso que fluye. En algunas realizaciones, las etapas respectivas y múltiples comparten un alojamiento común, o están en alojamientos separados y secuenciales, o están en una combinación de alojamientos separados y comunes en una línea de alimentación común. En algunas realizaciones, una o varias etapas de un primer reactor funcionan como precalentador del fluido de proceso, antes de su paso a un reactor situado corriente abajo. En algunas realizaciones, las zonas de enfriamiento se incorporan en reactores químicos situados corriente abajo de un impulsor. Algunas realizaciones de zonas de enfriamiento introducen fluido refrigerante en el fluido de proceso, con el fin de estabilizar la temperatura del fluido de proceso. Otras zonas de enfriamiento introducen fluido antiincrustante en el fluido de proceso, con el fin de inhibir el ensuciamiento dentro de los pasos del difusor. Otras zonas de enfriamiento introducen tanto fluido refrigerante como antiincrustante en el fluido de proceso.

Las FIGURAS 1 y 2 muestran un reactor químico 10, para el craqueo de hidrocarburos en un fluido de proceso. El reactor químico 10 es un reactor químico de tipo turbomáquina, que incluye un alojamiento 20 con una entrada de alojamiento 22, una salida de alojamiento 24. La entrada de alojamiento 22 tiene una orientación radial, pero en otras realizaciones tiene una configuración axial. La salida de alojamiento 24 tiene una orientación axial, pero en otras realizaciones tiene una configuración radial. En los reactores químicos descrito en la presente se utiliza cualquier combinación de entradas y salidas radiales o axiales para la entrada o salida respectiva de los fluidos de proceso.

El alojamiento 20 define un paso de alojamiento anular 26, dentro de los confines circunferenciales de una pared de cubierta 28. El pasaje de alojamiento 26 define una trayectoria de flujo axial unidireccional F desde la entrada de alojamiento 22 hasta la salida de alojamiento 24, para recibir y craquear el hidrocarburo de un fluido de proceso que fluye a través de la trayectoria de flujo axial. Sobre el dibujo estructural del reactor químico 10 se superpone un diagrama de flujo del proceso, que muestra la trayectoria del flujo axial F. En ningún punto a lo largo de la trayectoria de flujo axial F, el fluido de proceso invierte la dirección del flujo desde la entrada 22 hacia la salida 24.

Un árbol giratorio 30, en el alojamiento 20, está circunscrito por el pasaje anular de alojamiento 26. El árbol giratorio 30 está acoplado y es accionado rotativamente en la dirección R, por una fuente de energía de rotación de árbol o accionador 32, como un motor eléctrico, una turbina de vapor o de gas, u otro motor de combustión. El árbol giratorio 30 define un eje central de línea de árbol 34 que está en orientación fija en el alojamiento 20 y es congruente con su eje de rotación.

Un impulsor axial 40, sin cubierta, está montado sobre el árbol giratorio 30 dentro del pasaje anular de alojamiento 26, y en comunicación fluida con el fluido de proceso que fluye entre la entrada 22 y la salida 24 del alojamiento 20. El impulsor 40 tiene un cubo impulsor 42 con una longitud axial que se extiende axialmente a lo largo del eje central 34 del árbol giratorio 30. Una fila de una pluralidad de palas impulsoras 50 se proyectan hacia el exterior desde el cubo del impulsor 42, cada una de las palas impulsoras 50 tiene un borde de ataque 52 orientado hacia la entrada de alojamiento 22 y un borde de salida 54 orientado hacia la salida de alojamiento 24. Cada álabe del impulsor 50 tiene una punta de álabe 56 distal al cubo del impulsor 42 en relación opuesta y espaciada con la pared de la cubierta 28 del pasaje anular del alojamiento 26, y paredes laterales de álabe 58 cóncavas y 60 convexas opuestas entre la punta de pala y los bordes de ataque 52 y de salida 54. Cada uno de las palas impulsoras 50 respectivas del impulsor 40 está configurado, al girar el árbol giratorio 30, para hacer girar la velocidad del fluido del proceso tangencialmente con respecto al eje de línea central de eje 34 desde una primera dirección tangencial 62 en el borde de ataque de pala 52 a una dirección tangencial opuesta 64 en el borde de salida de pala 54, e impartir energía en el mismo para descargar el fluido del proceso desde el borde de salida 54 del mismo, a una velocidad superior a Mach 1. Por comodidad, la línea 34A se traza paralela al eje de línea central de árbol 34. En otras realizaciones, el impulsor axial es un impulsor con alojamiento, con un alojamiento circunferencial acoplada a las puntas distales de los palas impulsoras.

Un difusor anular estático 70, en el pasaje anular de alojamiento 26, está orientado entre el impulsor axial 40 y la salida 24 del alojamiento 20. El difusor anular estático 70 tiene una fila de una pluralidad de pasos de difusor 72 orientados radialmente y espaciados circunferencialmente que abarcan el pasaje anular de alojamiento 26. Cada uno de los conductos difusores 72 tiene un primer extremo axial 74 orientado hacia el impulsor axial 40, y un segundo extremo axial 76 orientado hacia la salida de alojamiento 24. En la realización de las FIGURAS 1 y 2, los pasos del difusor 72 están definidos por pares opuestos de álabes difusores helicoidales 78. Cada álabe tiene un par de paredes laterales opuestas 80 y 82, separadas circunferencialmente por una pared central 84. La estructura específica del álabe 78 de las FIGURAS 1 y 2 es una traca, que tiene un grosor de pared uniforme entre las paredes laterales opuestas 80 y 82. En otras realizaciones, los álabes tienen espesores variables, como los perfiles aerodinámicos. La sección transversal local de cada paso difusor 72 aumenta desde su primer extremo axial 74 hasta su segundo extremo axial 76. Concretamente, la altura local de la sección transversal T<h>del pasaje de álabes 72 se define entre la pared del cubo 84 y la pared de la cubierta 28 del pasaje anular del alojamiento 26. La anchura local de la sección transversal T<w>se define entre las respectivas paredes laterales opuestas 80 y 82 entre dos álabes opuestos 78. El aumento del área de la sección transversal local de cada paso del difusor de álabes se consigue mediante el aumento de la altura de la sección transversal local T<h>y/o de la anchura de la sección transversal local T<w>. Los conductos difusores 72 están configurados para desacelerar el fluido de proceso en su interior, descargado de las palas del impulsor 50, a una velocidad inferior a Mach 1, generando una onda de choque 90 en el fluido de proceso y elevando la temperatura del mismo corriente abajo de la onda de choque.

El reactor químico 10 dispone de una pluralidad de álabes giratorios 92 espaciados circunferencialmente en el pasaje anular de alojamiento 26, orientados entre el difusor anular estático 70 y la salida 24 del alojamiento 20. Cada álabe giratoria 92 tiene un borde de ataque 94 orientado hacia el difusor anular estático 70 y un borde de salida 96 orientado hacia la salida 24 del alojamiento 20. Pares opuestos de álabes giratorios 92 definen una garganta de álabe giratorio 98 entre ellos, con altura T<h>y anchura T<w>localmente variables. La sección transversal local de cada garganta de álabe giratorio disminuye desde su respectivo par de bordes de ataque de álabe giratorio opuestos 94 hasta su respectivo par de bordes de salida de álabe giratorio opuestos 96, antes de la descarga desde la salida de alojamiento 24, o hacia la entrada de una etapa posterior del mismo reactor químico 10 o hacia otro reactor químico 10 separado y discreto. Como se muestra en la FIGURA 1, la salida 24 se define como un pasaje anular entre un cono de escape 100 y una transición de salida 102. Una zona opcional de enfriamiento del fluido de proceso 104 está orientada axialmente corriente abajo del impulsor 40, con toberas de descarga 106, para la introducción de fluido refrigerante en el fluido de proceso, con el fin de estabilizar la temperatura de éste. En otras realizaciones, las toberas de descarga 106 introducen fluido antiincrustante en el fluido de proceso, con el fin de inhibir el incrustamiento dentro de los conductos difusores 72 o de cualquier otra estructura de componentes corriente abajo de los conductos difusores. En otras realizaciones, una o más zonas de enfriamiento están orientadas en otras ubicaciones corriente abajo del impulsor 40, como en el espacio anular entre el cono de escape 100 y la transición de salida 102.

Los impulsores axiales y otros componentes de los reactores químicos tipo turbomáquina descrito en la presente se fabrican mediante métodos de fabricación conocidos, como la unión de cubos y palas de subcomponentes, ya procedan de una o varias de las piezas forjadas, fundidas, de fabricación aditiva y/o palanquillas conformadas. La versión ejemplar del impulsor axial 120 sin alojamiento de las FIGURAS 3 y 4 tiene un cubo de impulsor monolítico 122 y palas impulsoras 124, formados por fundición, forja, fabricación aditiva o conformación/corte de un tocho. El impulsor de impulso axial 126 monolítico con alojamiento de la FIGURA 5 tiene un cubo 127, álabes 128 y un alojamiento circunferencial 129 en los extremos distales de las palas.

En algunas realizaciones, al menos dos o más de los reactores químicos, con impulsores axiales secuenciales 40 y difusores anulares estáticos 70 inductores de ondas de choque del tipo mostrado en las FIGURAS 1 y 2 se acoplan secuencialmente por etapas. Tal como está construido, el fluido de proceso descargado por el difusor estático 70 de un reactor 10 está en comunicación fluida con el impulsor axial 40 de otro reactor. En estas realizaciones multietapa, los reactores 10 respectivos se encuentran en alojamientos 20 separadas o en un alojamiento común compartida.

El reactor químico 110 de la FIGURA 6 tiene un par de impulsores axiales espaciados axialmente, el primero 40A y el segundo 40B, montados comúnmente alrededor del árbol giratorio 30. A menos que se indique lo contrario, la estructura de los componentes individuales dentro del reactor químico 110 es similar a la del reactor químico 10 de las FIGURAS 1 y 2. Los bordes de salida 54 de las palas 50 del primer impulsor 40A se enfrentan a los bordes de ataque 52 de las palas 50 del segundo impulsor 40B. Entre el primer impulsor axial 40A y el segundo impulsor axial 40B se interpone un cubo giratorio 112. La cubeta giratoria 112 tiene una hilera de álabes giratorias estacionarias 114 en el pasaje anular del alojamiento 26, para alinear el flujo de fluido de proceso descargado desde los bordes de salida 54 de las palas 50 del primer impulsor 40A en paralelo a los bordes de ataque 52 de las palas 50 del segundo impulsor 40B.

El reactor químico de tipo turbomáquina de dos etapas 210 de la FIGURA 7, comprende un impulsor axial de primera etapa 240A y un difusor anular estático de primera etapa 270A corriente abajo de la entrada de alojamiento 222. Una segunda etapa secuencial incluye un impulsor axial 240B y un difusor anular estático 270B. Tanto la primera como la segunda etapa están orientadas con un alojamiento a común compartida 220. En otras realizaciones, la primera y la segunda etapas se encuentran en alojamientos separados. Una zona de enfriamiento del fluido de proceso 300 está en comunicación con la salida de escape 224, axialmente corriente abajo del impulsor 240B. Las boquillas 302 introducen fluido refrigerante en el fluido de proceso, con el fin de estabilizar la temperatura de éste. En otras realizaciones, las boquillas 302 introducen fluido antiincrustante en el fluido de proceso, con el fin de inhibir el ensuciamiento dentro de los componentes de la planta química que se encuentran corriente abajo y, posteriormente, en contacto con el fluido de proceso.

En otras realizaciones, una turbomáquina que incorpora un impulsor axial emparejado y un difusor anular estático de los tipos utilizados en el reactor químico de tipo turbomáquina 10, 110 o 210, se utiliza para precalentar el fluido de proceso antes de introducirlo en un reactor químico de tipo turbomáquina situado corriente abajo que genera un aumento de temperatura suficiente para craquear los hidrocarburos del fluido de proceso. El precalentador incluye un impulsor de precalentamiento, similar al impulsor 40 de la FIGURA 1, para acelerar el fluido de proceso hasta una velocidad superior a Mach 1; y un difusor anular estático de precalentamiento, similar al difusor 70 de la FIGURA 1, para desacelerar el fluido de proceso que fluye a través de él hasta una velocidad inferior a Mach 1, generando una onda de choque en el fluido de proceso dentro de esos pasajes del difusor, y elevando la temperatura del mismo corriente abajo de la onda de choque.

Las FIGURAS 8A y 8B adjuntas son esquemas del flujo del fluido de proceso a través de un par de reactores químicos de tipo turbomáquina 110A, 110B, y de las condiciones calculadas de presión estática y temperatura del flujo de un fluido de proceso que contiene hidrocarburos, en varios puntos a lo largo de la trayectoria axial del flujo F. El reactor químico ejemplar tiene respectivas etapas primera 110A y segunda 110B construidas de acuerdo con la realización de la FIGURA 6. Como se ha descrito anteriormente, los componentes del reactor 110 de la FIGURA 6 son sustancialmente similares a los componentes correspondientes del reactor 10 de las FIGURAS 1 y 2. Por lo tanto, las designaciones o componentes se utilizarán indistintamente entre todas esas figuras.

Los reactores 110A y 110B de las FIGURAS 8A y 8B se muestran en alojamientos respectivas separadas 20A y 20B, pero en otras realizaciones comparten un alojamiento común. En algunas realizaciones, el reactor tiene más de dos etapas. Una o más etapas iniciales de otras realizaciones del reactor son precalentadores para calentar el fluido del proceso a una temperatura inferior a la necesaria para iniciar y/o mantener una reacción de craqueo. A continuación, en esas realizaciones, una o más etapas posteriores craquean los hidrocarburos. Las presiones y temperaturas estáticas específicas, así como las pendientes de las curvas de presión y temperatura estáticas, varían con el calor específico y las velocidades de reacción de los diferentes fluidos de proceso/mezclas de hidrocarburos. Se espera que cualquier mezcla de fluido de proceso/hidrocarburo exhiba cambios generales similares de temperatura y presión, como se muestra en las curvas subyacentes de las FIGURAS 8A y 8B, a medida que fluye a través de las etapas.

Refiriéndonos específicamente a la FIG 8A, y en general a las FIGURAS 1, 2 y 6, el fluido de proceso que contiene hidrocarburos se introduce en la entrada de alojamiento 22/22A a una temperatura y presión determinadas. En algunas realizaciones, el fluido de proceso se precalienta mediante la aplicación de calor externo en un intercambiador de calor, o mediante una onda de choque inducida en un precalentador de tipo turbomáquina que tenga un impulsor axial emparejado y un difusor anular estático de los tipos descrito en la presentes. El fluido del proceso se acelera impulsando el impulsor 40A, cuya construcción es similar a los impulsores 40A de la FIGURA 6 y al impulsor 40 de la FIGURA 2. Como se muestra en la FIGURA 2, los álabes giratorios 50 del impulsor 40 hacen girar la velocidad del fluido del proceso tangencialmente, con respecto al eje de línea central de árbol 34 o su eje paralelo 34A, desde una primera dirección tangencial 62 el en extremo axial de salida 52 del impulsor a una dirección tangencial opuesta 64 en un extremo axial de salida 54 del impulsor. El impulsor 40A de la FIGURA 8A (así como el de la FIGURA 6), acelera el fluido del proceso, sin un aumento significativo ni de la presión estática ni de la temperatura estática (es decir, cambios en cualquiera de las de más o menos un diez por ciento). El fluido de proceso descargado desde el borde de salida 54 de las palas 50 del impulsor 40A se dirige a través de los álabes giratorios 114 de la cubeta giratoria 112, que alinea su dirección de flujo con el borde de ataque 52 de las palas 50 del impulsor 40B. A su vez, el impulsor 40B acelera el fluido del proceso a una velocidad superior a la del impulsor 40A-por encima de Mach 1. El fluido del proceso se descarga por el borde de salida 54 de las palas 50 del impulsor 40B, sin un aumento significativo ni de la presión estática ni de la temperatura estática (es decir, cambios en cualquiera de las de más o menos un diez por ciento). Como se muestra en la FIGURA 8A, las curvas de presión y temperatura del fluido de proceso son relativamente planas desde la entrada 22A hasta la descarga del segundo impulsor 40B.

El fluido de proceso descargado del segundo impulsor 40B entra en el difusor anular estático 70A por el primer extremo axial 74A. El aumento local de la sección transversal de los conductos difusores 72 (véanse, por ejemplo, las FIGURAS 1 y 2) desacelera el fluido del proceso a una velocidad inferior a Mach 1, lo que provoca una reducción significativa tanto de la temperatura como de la presión estáticas. La deceleración induce una onda de choque 90A en los pasos del difusor 72, en algún punto a lo largo de la longitud axial del difusor estático 70A. La localización axial de la onda de choque 90A varía en función de las propiedades del fluido de proceso/de los hidrocarburos arrastrados, de la contrapresión en la trayectoria del flujo axial F dentro y/o corriente abajo del difusor estático 70A, del paso del difusor 72 y/o del álabe giratorio 92 y/o de la geometría de la salida de alojamiento 24A (por ejemplo, la sección transversal localmente variable de cualquiera de los), y de otros factores. La onda de choque 90A induce un aumento de la temperatura corriente abajo suficiente para agrietar los hidrocarburos del fluido de proceso. En algunas realizaciones, la onda de choque 90A eleva la temperatura absoluta del fluido de proceso desde la entrada 22A del alojamiento hasta corriente abajo de la onda de choque en al menos un diez por ciento (10%), en un plazo de diez milisegundos (10 MS), sin cambiar la presión estática en más o menos un diez por ciento (10%). En algunas realizaciones, la reacción de craqueo continúa al menos en parte a través de los álabes giratorios 92A y la salida 24A, provocando un descenso de la temperatura del fluido de proceso, como muestran los segmentos de línea con flechas que terminan en el número de referencia 8B. El fluido de proceso sale por la salida de alojamiento 24A, para su posterior procesamiento por el reactor de segunda etapa 110B.

En referencia a la FIGURA 8B, y en general también a las FIGURAS 1, 2 y 6, el fluido de proceso que sale de la salida 24A del alojamiento del reactor 110A (etiquetado 8A) se introduce en la entrada 22B del alojamiento. Debido a la absorción de calor por el fluido de proceso corriente abajo de la onda de choque 90A, para el mantenimiento de las reacciones de craqueo, la temperatura del fluido de proceso que entra en la entrada de alojamiento 22B es generalmente inferior a la que tenía inmediatamente corriente abajo de la onda de choque 90A. El fluido del proceso se vuelve a acelerar, a una velocidad superior a Mach 1, en el reactor 110B mediante el paso secuencial a través del impulsor 40A, la cubeta giratoria 112 y el impulsor 40B, mientras que la presión estática y la temperatura respectivas permanecen relativamente estables (es decir, más o menos un diez por ciento).

De nuevo, como en el reactor 110A, el fluido de proceso descargado desde el segundo impulsor 40B del reactor 110B entra en el difusor anular estático 70B por el primer extremo axial 74B. El aumento local de la sección transversal de los conductos difusores 72 (véanse, por ejemplo, las FIGURAS 1 y 2) desacelera el fluido del proceso a una velocidad inferior a Mach 1, lo que provoca una reducción significativa tanto de la temperatura como de la presión estáticas. La deceleración induce una onda de choque 90B en los pasos del difusor 72, en algún punto a lo largo de la longitud axial del difusor estático 70B. La ubicación axial de la onda de choque 90B dentro del difusor anular estático 70B varía con las propiedades del fluido de proceso/los hidrocarburos arrastrados, la contrapresión en el recorrido del flujo axial F dentro y/o corriente abajo del difusor estático 70B, el paso del difusor 72 y/o el álabe giratorio 92B y/o la geometría de la salida de alojamiento 24B (por ejemplo, la sección transversal localmente variable de cualquiera de ellos), y otros factores. La onda de choque 90B induce un aumento de la temperatura corriente abajo suficiente para agrietar los hidrocarburos del fluido de proceso. En algunas realizaciones, la onda de choque 90B eleva la temperatura absoluta del fluido de proceso desde la entrada 22B del alojamiento hasta corriente abajo de la onda de choque en al menos un diez por ciento (10%), en un plazo de diez milisegundos (10 MS), sin cambiar la presión estática en más o menos un diez por ciento (10%). En algunas realizaciones, la reacción de craqueo continúa al menos en parte a través de los álabes giratorios 92B y la salida 24B, provocando descensos de temperatura y presión en el fluido de proceso, como muestran los segmentos de línea con flechas que terminan en el número de referencia F<out>. En algunas realizaciones, los álabes giratorios constriñen el área transversal de flujo del fluido de proceso. El fluido de proceso F<0>sale por la salida de alojamiento 24B, para su posterior procesamiento. En algunas realizaciones, se incorpora una zona de enfriamiento 104 en el reactor de segunda etapa 110B corriente abajo del segundo impulsor 40B, para controlar la velocidad de reacción de craqueo mediante la inyección de vapor refrigerante u otros fluidos refrigerantes y/o antiincrustantes. En algunas realizaciones, la zona de enfriamiento 104 pone fin a otras reacciones de craqueo. En algunas realizaciones, un intercambiador de enfriamiento, como el intercambiador de enfriamiento 300 de la FIGURA 7, está en comunicación fluida con la salida del alojamiento 24B.

Las realizaciones de reactores químicos de tipo turbomáquina divulgadas en la presente facilitan el craqueo de hidrocarburos arrastrados dentro de un fluido de proceso, sin aplicación de calor externo, como se requiere para los reactores químicos de tipo pirólisis. Los reactores actualmente divulgados, con su trayectoria de flujo axial unidireccional a través de un pasaje anular del alojamiento, aseguran un alto caudal másico y tiempos de reacción de craqueo más rápidos que los reactores químicos de tipo pirólisis conocidos. Se necesitan menos reactores químicos de los divulgados actualmente para procesar una tasa de salida de hidrocarburo craqueado deseada que los reactores químicos de tipo pirólisis conocidos; esto reduce los costes de construcción y mantenimiento de la planta.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Reactor químico (10) para el craqueo de hidrocarburos en un fluido de proceso, que comprende:

un alojamiento (20) que tiene: una entrada de alojamiento (22); una salida de alojamiento (24); y un pasaje anular del alojamiento (26), que define una trayectoria de flujo axial unidireccional desde la entrada de alojamiento hasta la salida de alojamiento, para recibir y craquear en ella el hidrocarburo de un fluido de proceso;

un árbol giratorio (30), en el alojamiento, circunscrito por el pasaje anular del alojamiento, para acoplarse a una fuente de energía de rotación del árbol (32), definiendo el árbol giratorio un eje de línea central de árbol (34) que está en orientación fija en el alojamiento y es congruente con su eje de rotación;

un primer impulsor axial (40A) y un segundo impulsor axial (40B) montados en común alrededor del árbol giratorio (30) dentro del pasaje anular del alojamiento y en comunicación fluida con el fluido de proceso que fluye entre la entrada y la salida de alojamiento, los impulsores axiales primero y segundo axialmente espaciados entre sí, con los bordes de salida (54) del primer impulsor axial enfrentados a los bordes de ataque (52) del segundo impulsor axial;

una hilera de álabes de cubo giratorios estacionarios (114) interpuestos entre el primer y el segundo impulsor axial para alinear el flujo de fluido de proceso descargado desde los bordes de salida del primer impulsor paralelamente a los bordes de ataque del segundo impulsor;

cada impulsor tiene: un cubo impulsor con una longitud axial que se extiende axialmente a lo largo del eje central la línea de árbol giratorio; una fila de una pluralidad de palas impulsoras (50) que se proyectan hacia fuera desde el cubo impulsor, cada uno de las palas impulsoras tiene respectivamente: un borde de ataque (52) orientado hacia la entrada de alojamiento, un borde de salida (54) orientado hacia la salida de alojamiento, una punta de pala (56) distal al cubo del impulsor en relación opuesta y espaciada con el pasaje anular del alojamiento, y paredes laterales de álabe cóncavas (58) y convexas (60) opuestas entre la punta de pala y los bordes de ataque y salida de los mismos;

las palas impulsoras configurados, al girar el árbol giratorio, para hacer girar la velocidad del fluido del proceso tangencialmente con respecto al eje central de línea de árbol desde una primera dirección tangencial (62) en el borde de ataque de pala hasta una dirección tangencial opuesta (64) en el borde de salida del álabe, e impartir energía en el mismo para descargar el fluido del proceso desde sus respectivos bordes de salida del mismo, a una velocidad superior a Mach 1;

un difusor anular estático (70) en el pasaje anular del alojamiento, orientado entre el segundo impulsor axial y la salida de alojamiento, teniendo el difusor anular estático una fila de una pluralidad de pasos de difusor (72) orientados radialmente y espaciados circunferencialmente que abarcan el pasaje anular del alojamiento;

cada uno de los pasajes difusores tiene: un primer extremo axial (74) orientado hacia el segundo impulsor axial, y un segundo extremo axial (76) orientado hacia la salida de alojamiento, la sección transversal local de cada paso difusor aumenta desde su primer extremo axial hasta su segundo extremo axial;

los conductos difusores configurados para desacelerar el fluido de proceso que fluye a través de los conductos difusores, descargado de las palas del impulsor, a una velocidad inferior a Mach 1, y generar dentro de los conductos difusores una onda de choque (90) en el fluido de proceso y elevar suficientemente la temperatura del fluido de proceso corriente abajo de la onda de choque para agrietar los hidrocarburos del fluido de proceso, antes de la descarga del fluido de proceso por la salida de alojamiento; y

álabes giratorios (92) espaciados circunferencialmente en el pasaje anular del alojamiento (26), orientados entre el difusor anular estático (70) y la salida (24) del alojamiento, teniendo los respectivos álabes giratorios un borde de ataque (94) orientado hacia el difusor anular estático y un borde de salida (96) orientado hacia la salida de alojamiento de pares opuestos de álabes giratorios que definen una garganta de álabe giratorio (98) entre ellos, sección transversal local de cada garganta de álabe giratorio decreciente desde su respectivo par de bordes de ataque de álabe giratorio opuestos hasta su respectivo par de bordes de salida de álabe giratorio opuestos.

2. El reactor químico de acuerdo con la reivindicación 1, los respectivos pasos de difusor espaciados circunferencialmente definidos entre una pared de cubierta (28) del pasaje de alojamiento anular (26) y álabes difusores helicoidales (78), los álabes difusores que tienen paredes laterales de álabe opuestas, dirigidas radialmente hacia fuera (80, 82) separadas por una pared de cubo (84); sección transversal local de los respectivos pasajes del difusor definida por la anchura de la garganta del álabe entre álabes opuestos y contiguos y la altura de la garganta del álabe desde la pared del cubo hasta la pared de la cubierta del pasaje anular del alojamiento, con una o ambas anchuras y/o alturas respectivas de la garganta del paso del difusor que aumentan desde el primer extremo axial (74) hasta el segundo extremo axial (76) del paso del difusor.

3. El reactor químico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una zona de enfriamiento del fluido de proceso (104) axialmente corriente abajo del segundo impulsor axial, para la introducción de fluido refrigerante (106) en el fluido de proceso, con el fin de estabilizar la temperatura del fluido de proceso; o para la introducción de fluido antiincrustante en el fluido de proceso, con el fin de inhibir las incrustaciones dentro de los pasajes del difusor.

4. Al menos dos de los reactores químicos (110A, 110B) de acuerdo con la reivindicación 1, acoplados secuencialmente, con fluido de proceso descargado por el difusor estático (70A) de un reactor (110A) en comunicación fluida con el primer impulsor axial (40A) de otro reactor (110B), donde los reactores respectivos están en alojamientos respectivas separadas o en un alojamiento común compartida.

5. El reactor químico de acuerdo con la reivindicación 1, cada impulsor axial (120) comprende un cubo de impulsor monolítico (122) y palas impulsoras (124).

6. El reactor químico de acuerdo con la reivindicación 1 (110B), comprende además un precalentador de fluido de proceso (IIOA) acoplado a la entrada de alojamiento (22A), para precalentar el fluido de proceso antes de introducirlo en el reactor (IIOB) ; el precalentador de fluido de proceso incluye: un impulsor de precalentamiento (40A) para acelerar el fluido del proceso hasta una velocidad superior a Mach 1; y un difusor anular estático de precalentamiento (70A), para desacelerar el fluido del proceso que fluye a través de él hasta una velocidad inferior a Mach 1, generando una onda de choque (90A) en el fluido del proceso dentro de esos pasajes del difusor, y elevando la temperatura del mismo corriente abajo de la onda de choque.

7. Un método para craquear hidrocarburos en un fluido de proceso, que comprende:

proporcionar un reactor químico (10) que tenga:

un alojamiento (20) que tiene: un eje de línea central de árbol (34) que está en orientación fija en el alojamiento; una entrada de alojamiento (22); una salida de alojamiento (24); y un pasaje anular del alojamiento (26) que define una trayectoria de flujo axial unidireccional para el fluido de proceso desde la entrada de alojamiento hasta la salida de alojamiento;

un primer impulsor axial (40A) y un segundo impulsor axial (40B) montados en común alrededor del árbol giratorio (30) dentro del pasaje anular del alojamiento para ser accionados rotativamente alrededor de un árbol giratorio del impulsor que es congruente con el eje central de línea de árbol, el primer y segundo impulsores axiales separados axialmente entre sí, cada impulsor teniendo: un cubo del impulsor con una longitud axial que se extiende axialmente a lo largo del eje central de línea de árbol giratorio; una fila de una pluralidad de palas impulsoras (50) que se proyectan hacia fuera desde el cubo del impulsor, cada uno de las palas de impulsor tiene respectivamente: un borde de ataque (52) orientado hacia la entrada de alojamiento, un borde de salida (54) orientado hacia la salida de alojamiento, una punta de álabe (56) distal al cubo del impulsor en relación opuesta y espaciada con el pasaje anular del alojamiento, y paredes laterales de álabe cóncavas (58) y convexas (60) opuestas entre la punta de álabe y los bordes de ataque y salida de los mismos; con los bordes de salida (54) del primer impulsor axial orientados hacia los bordes de ataque (52) del segundo impulsor axial; un difusor anular estático (70) dentro del pasaje anular del alojamiento, que tiene un primer extremo axial (74) orientado hacia el segundo impulsor axial y un segundo extremo axial (76) orientado hacia la salida de alojamiento, definiendo el difusor anular estático pasos difusores (72) que tienen un área de sección transversal localmente creciente desde el primer al segundo extremo axial del mismo;

álabes giratorios (92) espaciados circunferencialmente en el pasaje anular del alojamiento (26), orientados entre el difusor anular estático (70) y la salida (24) del alojamiento, teniendo los respectivos álabes giratorios un borde de ataque (94) orientado hacia el difusor anular estático y un borde de salida (96) orientado hacia la salida de alojamiento pares opuestos de álabes giratorios que definen una garganta de álabe giratorio (98) entre ellos, sección transversal local de cada garganta de álabe giratorio decreciente desde su respectivo par de bordes de ataque de álabe giratorio opuestos hasta su respectivo par de bordes de salida de álabe giratorio opuestos;

introducir un flujo de fluido de proceso que contenga hidrocarburos en la entrada de alojamiento;

impulsando rotativamente el primer y segundo impulsor axial con una fuente de energía de rotación del árbol (32), haciendo girar la velocidad del fluido del proceso tangencialmente con respecto al eje central de línea de árbol desde una primera dirección tangencial (62) en el borde de ataque (52), extremo axial de cada impulsor a una dirección tangencial opuesta (64) en un borde de salida (54), extremo axial de cada impulsor, e impartiendo energía en el mismo, acelerando el fluido del proceso a una velocidad superior a Mach 1;

alinear el flujo de fluido de proceso descargado desde los bordes de salida de los álabes (50) del primer impulsor paralelamente a los bordes de ataque de los álabes (50) del segundo impulsor interponiendo una fila de álabes de cubo giratorios estacionarios (114) en el pasaje anular del alojamiento (26) entre el primer y el segundo impulsor axial; y descargar el fluido de proceso desde el segundo impulsor axial a través de los pasajes difusores del difusor anular estático, desacelerando el fluido de proceso que fluye a través de los pasajes difusores a una velocidad inferior a Mach 1, y generando dentro de los pasajes difusores una onda de choque (90) en el fluido de proceso, la onda de choque elevando suficientemente la temperatura del fluido de proceso corriente abajo de la onda de choque, y agrietando los hidrocarburos en el fluido de proceso.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, comprende además enfriar (104) el fluido de proceso con un fluido refrigerante (106), axialmente corriente abajo del segundo impulsor axial, para estabilizar la temperatura del fluido de proceso; o con un fluido antiincrustante, para inhibir el ensuciamiento dentro de los pasos del difusor (72).

9. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además la constricción del área de la sección transversal de flujo del fluido de proceso axialmente corriente abajo del difusor anular estático (70) con los álabes giratorios (92).

10. El método de acuerdo con la reivindicación 7, comprende además acoplar secuencialmente al menos dos de los reactores químicos (110A, 110B), dirigiendo el fluido de proceso descargado por el difusor estático (70A) de un reactor (110A) al impulsor axial (40A) de otro reactor (110B), donde los reactores respectivos están en alojamientos respectivas separadas (20) o en un alojamiento común compartido (220).

11. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además precalentar el fluido de proceso antes de su introducción en la entrada de alojamiento del reactor químico (110B), mediante:

acelerar el fluido de proceso con un impulsor de precalentamiento (40A) hasta una velocidad superior a Mach 1; y descargar el fluido de proceso desde el impulsor de precalentamiento a través de los pasajes difusores (72) de un difusor anular estático de precalentamiento (70A), desacelerando el fluido de proceso que fluye a través del mismo a una velocidad inferior a Mach 1, generando una onda de choque (90A) en el fluido de proceso dentro de dichos pasajes difusores, elevando la temperatura del mismo corriente abajo de la onda de choque.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 7, comprende además cambiar la posición de la onda de choque (90) generada en el fluido de proceso dentro de los pasos del difusor (72), modificando uno o más de la sección transversal de la salida de alojamiento (24), y/o la constricción del flujo del fluido de proceso corriente abajo del difusor anular estático (70), y/o la contrapresión del interior del difusor anular estático.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además elevar la temperatura absoluta del fluido de proceso desde la entrada (22) del alojamiento (20) hasta corriente abajo de la onda de choque (90) en al menos un diez por ciento (10%), en un plazo de diez milisegundos (10 MS), sin cambiar la presión estática en más o menos un diez por ciento (10%).