WO2010110691A1 - Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов - Google Patents

Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов Download PDF

Info

Publication number
WO2010110691A1
WO2010110691A1 PCT/RU2009/000339 RU2009000339W WO2010110691A1 WO 2010110691 A1 WO2010110691 A1 WO 2010110691A1 RU 2009000339 W RU2009000339 W RU 2009000339W WO 2010110691 A1 WO2010110691 A1 WO 2010110691A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
blades
nozzle
lattice
diffuser
Prior art date
Application number
PCT/RU2009/000339
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Андреевич Бушуев
Original Assignee
Bushuev Vladimir Andreevich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bushuev Vladimir Andreevich filed Critical Bushuev Vladimir Andreevich
Priority to UAA201112313A priority Critical patent/UA100630C2/ru
Priority to CA2766338A priority patent/CA2766338C/en
Priority to ES09842387T priority patent/ES2755852T3/es
Priority to EP09842387.4A priority patent/EP2412430B1/en
Priority to SG2011069374A priority patent/SG174913A1/en
Priority to CN200980159352.9A priority patent/CN102427875B/zh
Priority to BRPI0924744-0A priority patent/BRPI0924744B1/pt
Priority to JP2012501954A priority patent/JP5631969B2/ja
Priority to EA201171157A priority patent/EA019057B1/ru
Priority to US13/259,345 priority patent/US9494038B2/en
Publication of WO2010110691A1 publication Critical patent/WO2010110691A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/08—Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/12—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines with repeated action on same blade ring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/0066—Stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1868—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a loop-type movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B01J6/008—Pyrolysis reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/16—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines characterised by having both reaction stages and impulse stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/022—Blade-carrying members, e.g. rotors with concentric rows of axial blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/14—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
    • F02C3/16—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant the combustion chambers being formed at least partly in the turbine rotor or in an other rotating part of the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to apparatus for thermal pyrolysis of hydrocarbons in order to obtain lower olefins.
  • the invention relates to blade machines.
  • Lower olefins - ethylene, propylene and butylenes - are basic petrochemical products and serve as raw materials for the industrial production of plastics, rubbers, fibers and coatings.
  • lower olefins are obtained by pyrolysis of a hydrocarbon feedstock - ethane, propane, butane, naphtha or gas oil.
  • pyrolysis is carried out in plants consisting of a tube furnace and a quenching device.
  • the raw materials vaporized and mixed with water are fed into the reaction tube placed in the radiation chamber of the furnace.
  • Pyrolysis gases having a temperature of 750 ... 930 0 C are sent via a transfer pipeline to the quenching device, where, in order to stop the reactions, these gases are quickly cooled, and then sent to the installation, where they are separated into target and by-products.
  • Undesirable by-products are hydrogen, methane, and especially carbon, partly carried out with a gas stream in the form of soot, and partly forming coke deposits on the walls of the reaction tubes and downstream apparatuses.
  • Dilution of the feedstock with water vapor reduces the partial pressure of hydrocarbons, which leads to a decrease in the rate of secondary reactions and an increase in the yield of target pyrolysis products.
  • this method has limitations.
  • the steam supply is usually 20 ... 40% by weight of the feedstock, for butane - 25 ... 50%, for naphtha - 45 ... 50%, and for gas oil the steam supply can reach 80. ..100% of the mass of raw materials.
  • Another method of increasing the yield of the target pyrolysis products is to reduce the residence time with an appropriate increase in the process temperature, so that the amount of heat required for the pyrolysis of each portion of the feed must be transferred to it in a shorter time.
  • the necessary increase in the heat transfer rate can be achieved by reducing the diameter of the reaction tube and increasing the difference in temperature of the wall of the reaction tube and the reaction stream.
  • the designs of tubular pyrolysis furnaces improved in this direction until approximately 1985.
  • the end point of this development was the steel mill type Kellogg company Millicond, in which the maximum rate of heat transfer to the reaction zone was achieved for industrial tube furnaces. In these furnaces 1, the process is carried out in pipes with a diameter of 28 ... 35 mm ⁇ at an outlet temperature of 900 ... 930 0 C and a residence time of 0.05 ... 0.1 s, while the temperature difference between the wall and the core of the stream reaches 120 ... 31O 0 C.
  • a further reduction in the residence time in the tubular pyrolysis furnaces was disadvantageous for the following reason. Due to a significant change in temperature in the boundary layer adjacent to the wall of the reaction tube, the optimal residence time for particles of raw materials moving at different distances from this wall varies significantly, so the pyrolysis of a significant part of the raw material inevitably occurs in a mode far from optimal. Under the operating mode characteristic of Millicond-type furnaces, the loss of the target products due to the temperature difference in the cross section of the flow reaches such a value that further reduction of the residence time becomes inexpedient.
  • US Pat. No. 5,300,216 describes an apparatus for the pyrolysis of hydrocarbons in the presence of water vapor in a stationary high-intensity shock wave.
  • Water vapor superheated in a tubular furnace to a temperature of about 1000 0 C, is supplied at a pressure of about 27 atm through a supersonic nozzle to a reactor, which includes sequentially located mixing and pyrolysis zones.
  • Hydrocarbon feedstock - ethane heated to approximately 627 0 C, is fed through mixers into a supersonic steam stream. The resulting mixture forms a supersonic flow, the temperature of which is below the temperature of the onset of reactions.
  • the kinetic energy of a supersonic flow is converted into heat.
  • the mixture acquires a subsonic speed and a temperature of about 1000 0 C at a pressure of about 9 at.
  • the reacting mixture passes the pyrolysis zone in 0.005 ... 0.05 sec., While its temperature decreases to 863 ° C due to the absorption of heat by pyrolysis reactions.
  • the conversion of ethane to ethylene reaches 70%.
  • the pyrolysis products enter the quenching device and subsequent heat exchangers, and then to gas separation. In this setup, the temperature difference across the cross section of the reacting stream is negligible, and the temperature histories (temperature change as a function of time) of passage of all particles of the feed through the reactor are the same.
  • the temperature difference across the cross section of the reacting stream is negligible, and the temperature history of the passage through the reactor of all particles of the feedstock are the same.
  • the difficulties that must be overcome when creating such a machine are so great that such a machine was not manufactured.
  • US Pat. No. 7,232,937 describes a blade reactor for hydrocarbon pyrolysis, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, in the cavity of which fixed guide vanes and a rotor with rotor blades are placed, so that when the rotor rotates, an annular vortex forms in this strip.
  • the heat required for pyrolysis is released directly in the volume of the reacting medium as a result of hydrodynamic braking of the rotor blades. Pyrolysis reactions continue in the transfer tube connecting the reactor to the quenching apparatus.
  • all particles of the raw materials in the reactor cavity have almost the same temperature, however, the length of stay in this cavity for individual particles is different.
  • the temperature histories of the raw material particles differ in the duration of their stay in the reactor cavity.
  • the difference in temperature histories leads to a decrease in the efficiency of the process compared to theoretically possible.
  • This reactor has a simple design, however, ensuring its reliability is complicated by the fact that the working blades are washed by a stream whose temperature is equal to the maximum pyrolysis temperature.
  • the aim of this invention is to provide a simple and reliable blade reactor for the pyrolysis of hydrocarbons, in which the yield of lower olefins is higher than in tubular pyrolysis furnaces, due to the fact that the temperature history of the passage through this reactor of almost all particles of the feedstock is the same.
  • the reactor for the pyrolysis of hydrocarbons is made in the form of a scapula machine, comprising a rotor with working blades forming an axial scapular lattice, and a housing having necks for medium inlet and outlet, containing this rotor and stator vanes.
  • a fixed guide toroidal hoop is located in the housing adjacent to the outer ends of the blades.
  • the housing covers the periphery of the rotor and the hoop so that a passage is formed whose meridional section is in the form of a ring.
  • one or more partitions are installed that define the boundaries of one or more identical working cavities. Directly after each partition in the direction of rotation of the rotor is the inlet neck, and immediately in front of each partition is the outlet neck.
  • the stator blades include nozzle blades forming a nozzle lattice and diffuser blades forming a diffuser lattice installed, respectively, upstream and downstream with respect to the rotor lattice. Between the exit of the diffuser lattice and the entrance of the nozzle lattice there is a bezoplatochny space.
  • the medium in each working cavity is forced to move from the inlet neck to the outlet neck along a spiral path, while current streams repeatedly successively intersect the nozzle grill, rotor grill, diffuser grill, and bezoplatochny space.
  • the gaps between the casing and the guide hoop in this gapless space are sufficient so that the flow rates at all points of this space are small, and therefore the pressure at the outlet of the diffuser grate is almost the same throughout its entire length.
  • the medium When passing through the rotor lattice, the medium receives kinetic energy, which is then converted into heat in the diffuser lattice, so that the temperature of the medium at all similar points of the spiral path, including the exits from the nozzle lattice, increases in the direction from the inlet to the outlet.
  • Each rotor blade, moving along the nozzle grill, is washed by a stream, the temperature of which gradually rises, and then drops abruptly as the blade passes by the partition and its entry into the next working cavity.
  • Temperature the mode of the working blades is determined by the time-average temperature of the washing stream. In the reactor of the invention, this temperature is noticeably lower than the maximum temperature of the reaction medium in the reactor.
  • Equalizing the pressure in the bezopasnosty space eliminates the pressure drop across the partition, thereby reducing leakage bypassing this partition and reducing the proportion of particles of raw materials that have temperature histories that differ from the temperature histories of particles in the main stream. As a result, it becomes possible to obtain a higher yield of lower olefins than in tubular pyrolysis furnaces.
  • the working blades have a profile of the active turbine blades and face the concave side in the direction of rotation of the rotor, and in each working cavity of the reactor there is a bulkhead separating the group of nozzle blades located immediately after the partition in the direction of rotation of the rotor from the other nozzle blades in this working cavity.
  • This bulkhead is installed so that a channel is formed connecting the inlet neck with this selected group of nozzle vanes.
  • the geometrical parameters of the nozzle and diffuser gratings change in the circumferential direction so that, when the reactor is operating in the nominal mode, almost the same pressure at the inlet to the rotor lattice is provided over its entire length and almost the same pressure at the exit from the rotor lattice is its extent.
  • the necessary changes in the parameters of the nozzle and diffuser gratings can be calculated taking into account the temperature distribution and the thermophysical properties of the reacting medium over the working cavity, or can be selected experimentally. Equalizing the pressure at the inlet to the rotor grill and equalizing the pressure at the outlet of the rotor grill can reduce radial leakage in the gaps between the housing and the surfaces of the rotor disk.
  • Reducing radial leaks can further reduce the proportion of particles of raw materials that, while not moving in the main stream, have temperature histories that differ from the temperature histories of particles in the main stream. The result is the ability to achieve a higher yield of lower olefins.
  • FIG. 1 is a front view of a reactor with two working cavities.
  • FIG. 2 shows a section along line A-A of FIG. one.
  • FIG. 3 shows a cylindrical section along line B-B of FIG. one.
  • FIG. 4 shows a diagram of a pyrolysis installation in which a reactor is used.
  • FIG. 5 is a graph showing the temperature history of a feed particle passing through a reactor in a main stream.
  • FIG. Figure 6 shows a graph of the change in the average molecular weight of the medium during its passage through the reactor.
  • FIG. 7 shows the shapes of the profiles and channels of the blade grids and velocity triangles in the reactor.
  • the blade reactor for the pyrolysis of hydrocarbons includes a rotor consisting of a shaft 1 and a disk 2 with rotor blades 3 that are evenly spaced around the periphery of the rotor 2.
  • the rotor blades 3 have a profile of an active supersonic turbine blade, radially directed facing the concave side in the direction of rotation of the rotor and form the axial blade lattice of the rotor.
  • the shaft 1 is equipped with a coupling 4 for connecting an engine (not shown) and is installed in the housing 5 in bearings 6 and 7 using seals 8 and 9.
  • a fixed guide toroidal hoop 10 having a constant cross section adjoins the outer ends of the blades 3.
  • the housing 5 covers the hoop 10 and the rotor disk 2 so that a passage is formed having a constant meridional section. This section has the shape of a ring.
  • the hoop 10 is hollow and is attached to the housing 5 with the help of radial pins 11 fixed in the hoop 10 and included in the guide slots 12 made in the housing 5.
  • each partition consists of a dividing wall 13, as well as aft 14 and bow 15 tips, which are located upstream and downstream with respect to the rotor grill, respectively.
  • the edges of the tips 14 and 15 are made sharp.
  • the term “sharp edges” means edges having a negligible thickness compared to the pitch of the rotor grill. Tips 14 and 15 are fixed in rings 16 and 17, respectively.
  • the rings 16 and 17 are fixed in the housing 5 with the possibility of regulating them position in the circumferential direction relative to the axis of the rotor.
  • stator nozzle blades 20 are located, which have a curved profile, are fixed in the ring 16 with a convex side in the direction of rotation of the rotor and form a nozzle grate.
  • Stator diffuser vanes 21 are located downstream * in relation to the rotor sieve, which have a curved supersonic profile, are fixed in the ring] 7 with the convex side in the direction of rotation of the rotor, and form a diffuser grating. Between the exit of the diffuser lattice and the entrance of the nozzle lattice there is a bladeless space 22.
  • a bulkhead is installed in each working cavity, consisting of a dividing wall 23 and a tip 24 having a sharp edge.
  • This bulkhead separates a group of nozzle blades located immediately after the baffle in the direction of rotation of the rotor from the remaining nozzle blades, so that a channel is formed connecting the inlet neck 18 with this selected group of nozzle blades.
  • the tip 24 is fixed in the ring 16.
  • the rotor rotates counterclockwise, as shown in FIG. 1. Both working cavities work the same.
  • the stream enters the reactor through the inlet neck 18 and then moves along the spiral path along the axis of the cavity inside the hoop 10, repeatedly intersecting the nozzle grill, rotor grill, diffuser grill and bezelopny space 22.
  • the flow receives kinetic energy , which is then converted into thermal energy in a diffuser lattice.
  • the temperature of the medium at all similar points of the spiral path increases in the direction from the inlet neck
  • the gaps between the housing 5 and the guide hoop 10 in the bladeless space 22 are large enough so that the flow rates at all points of this space are small, so that the pressure at the outlet of the diffuser lattice is almost the same throughout its entire length.
  • the operating mode of the nozzle blades separated by a bulkhead does not depend on the operating modes of the remaining nozzle blades in this working cavity. Therefore, the nominal gas-dynamic mode of operation of this group of nozzle blades can always be ensured, including when the reactor is put into operation, when unsteady flow regimes still exist in the rest of the working cavity. Thus, reliable start-up of the reactor is ensured.
  • the geometrical parameters of the nozzle and diffuser gratings change in the circumferential direction so that, when the reactor is operating in the nominal mode, almost the same pressure is provided at the inlet to the rotor grate throughout its entire length and almost the same pressure at the outlet from the rotor grate throughout its entire length (for more details see . below).
  • Equalizing the pressure at the inlet to the rotor grill reduces radial leakage through the gap between the rotor disk 2 and the ring 16.
  • Equalizing the pressure at the outlet of the rotor grill reduces radial leakage through the gap between the rotor disk 2 and the ring 17.
  • FIG. 4 shows a diagram of a naphtha pyrolysis plant including a reactor 25 described in the example, a stationary gas turbine engine 26 with a reducer 27, a combustion chamber 28, a waste heat boiler 29, and quench-evaporation apparatuses 30 and 31.
  • the exhaust gases of the gas turbine engine 26 are divided into two streams , one of which enters directly into the low-temperature part of the waste heat boiler 29 (top in the diagram), and the other enters the combustion chamber 28, where it is additionally heated, and from there it enters the high-temperature part of the waste heat boiler 29 (n and the bottom diagram).
  • Naphtha and steam diluent coming under pressure from external sources are mixed.
  • the steam-feed mixture is heated first in the coils of the low-temperature part of the recovery boiler 29, then it is additionally heated in the high-temperature part of this boiler and enters the reactor 25, where pyrolysis takes place.
  • Pyrolysis gases are cooled in quench-evaporation apparatuses 30 and 31, which have a traditional design, while the cooling water supplied to these apparatuses under pressure from an external source (not shown in the diagram) evaporates. From quenching and evaporation apparatuses 30 and 31, the pyrolysis gases are fed to a fractionator (not shown in the diagram), where they are separated into target and by-products.
  • the processed raw material is naphtha with an average molecular weight of 96.9 10 "3 kg / mol.
  • the amount of steam-diluent is 50% by weight of the raw material.
  • the capacity of the processing raw material plant in normal operation is 15,260 kg / h.
  • the single-shaft gas turbine engine 26 has power on the output shaft of 15 MW with an efficiency of 35.2%. Material flows in the installation have the following characteristics:
  • the temperature of the exhaust gas turbine engine 26 495 ° C
  • the gas flow rate at the exit of the combustion chamber 28 16.5 kg / s
  • the temperature of the gases at the outlet of the combustion chamber 28 971 ° C
  • the reactor 25 has the following characteristics:
  • the peripheral speed along the average cross section of the working blades is 254.3 m / s
  • the pressure at the outlet of the rotor lattice is 0.098 MPa (abs.)
  • FIG. 5 shows the temperature history of the particles of raw materials in the main stream.
  • the reacting medium during its stay in the reactor makes seven passes through the rotor lattice and experiences spasmodic heating at each pass.
  • the dashed lines indicate the moments of passage of the flow of scapular gratings (the duration of these passages is not shown due to its smallness).
  • the time intervals between successive temperature jumps are gradually reduced from 4.65 10 "3 sec. Between the first and second jumps to 3.66-10 " 3 sec. between the sixth and seventh horse races.
  • the residence time that is, the travel time from the inlet neck 18 of the reactor 25 to the entrance to the quenching apparatus, for particles of raw materials moving in the main stream, is 36 -10 "3 s.
  • the temperature of the stream rises in the diffuser, in stationary shock waves of high-density compaction
  • the decrease in the temperature of the flow occurs in the process of crossing the free space due to heat absorption pyrolysis reactions.
  • Temperature jumps gradually increase from 79 ° C in the first pass to 105 0 C in the last seventh pass.
  • the sum of the temperature rises for all seven passes is 637 ° C.
  • the maximum temperature of the reacting medium, 985 ° C, is reached at the exit from the diffuser lattice in the seventh pass.
  • the graph (Fig. 6) shows the change in the average molecular weight of the medium during its stay in the reactor.
  • the dashed lines indicate the moments of passage of the flow of scapular gratings (the duration of these passages is not shown due to its smallness).
  • the average molecular weight decreases from 38.29 10 "3 kg / mol, which corresponds to the composition of the steam-feed mixture at the inlet to the reactor, to 37.49-10 " 3 kg / mol as a result of mixing with leaks, and then gradually decreases as a result of pyrolysis reactions.
  • the average molecular weight of the pyrolysis products at the time of entry into the quench-evaporation apparatus is 22.27-10 "3 kg / mol.
  • the nozzle and diffuser gratings are composed of seven sections so that each subsequent passage of the medium occurs in the next section.
  • all the trickles forming the flow in each given section have the same previous temperature history and, therefore, the same temperature and the same average molecular weight.
  • the flow temperatures at the inlet to the nozzle grate (Z 0 ) and at the inlet to the rotor grate (têt) are shown in Table I.
  • the medium enters the rotor blades with a temperature lower than the temperature of the medium in the bezobochny space where pyrolysis reactions occur.
  • the geometric parameters of both the nozzle and diffuser gratings within each section are constant and differ from the corresponding parameters of these gratings in other sections.
  • the angular size of the first section determines the position of the bulkhead (in each section, the values of z and s s are the same for the nozzle and diffuser gratings).
  • Angular Dimensions ⁇ sections, the number z of interscapular canals and the step s s along the average section of the blades are shown in table I.
  • both the nozzle and diffuser lattices have 48 interscapular channels. ''
  • FIG. 7 shows the shapes of the profiles and channels of the nozzle lattice, the rotor lattice and the diffuser lattice, and the velocity triangles at the inlet and outlet of the rotor lattice in the reactor according to an example embodiment of the invention.
  • the nozzle lattice consists of nozzle blades having a curved profile, the interscapular channels are made confuser.
  • the output section of the back of the scapula is made straight up to the neck of the interscapular canal.
  • the height of the nozzle vanes at the outlet edge is 83 mm.
  • the rotor grill consists of supersonic blades of the active type.
  • the inlet and outlet edges of the blade are sharp, the neck of the interscapular canal is in its middle part.
  • the height of the blades at the inlet edge is 83 mm, and at the outlet edge 91 mm.
  • the pitch along the middle section of the blade s r 20.22 mm.
  • the width of the rotor lattice Z> 38 mm.
  • the diffuser lattice consists of supersonic compressor blades having a curved profile.
  • the input edges of the diffuser blades are made sharp, the input section of the back of the blade is made straight.
  • the height of the diffuser blades at the inlet edge is 91 mm, and at the outlet edge 95 mm.
  • balancing the inlet pressure around the circumference of the rotor grill is achieved by reducing the relative width of the neck of the interscapular channels in each subsequent section of the nozzle grill.
  • the absolute flow velocity is supersonic, the axial component of this velocity is subsonic.
  • the angle of entry of the flow to the plane of the diffuser lattice is equal to the angle of inclination of the inlet portion of the back of the diffuser vanes in the respective sections.
  • the flow parameters at the outlet of the rotor lattice in sections are given in Table GV.
  • elements whose construction is well known, the specific form of execution of which does not affect the operation of the reactor and is not related to the essence of the invention for example, seals, ⁇ thermal insulation, oil system, cooling system for housing and rotor parts, supports and fasteners, etc.
  • the following explanations should be given: a) It is possible to design reactors according to the invention for the pyrolysis of any types of hydrocarbon materials currently used. b) It is possible to design the reactors according to the invention with both one and a large number of working cavities, while it is preferable that reactors of high power have a larger number of working cavities. c) In the reactors of the invention, the nozzle array may be axial, diagonal or radial. The diffuser lattice can also be axial, diagonal or radial.
  • the reactors of the invention may not have the above bulkheads.
  • the working blades must have a profile of compressor blades.
  • ceteris paribus mixture composition, peripheral speed along the blades
  • the kinetic energy transmitted to the flow by the working blades at each pass will be less, and the required number of passes of the reaction medium through the rotor grate will be larger compared to the preferred option execution.
  • the yield of lower olefins may be less than in the reactor described in the example, however, this yield may be higher than in tubular pyrolysis furnaces.
  • the reactors according to the invention in which the guide hoop and / or casing are shaped so that the area of the formed passage for the spiral flow of the medium varies along the length of the working cavity.
  • the embodiment described in the embodiment has technological advantages.
  • the reactor according to the invention solves this problem.
  • the ethylene yield per unit of processed raw materials can be increased by 1.5 times (when operating in the "ethylene" mode), and the sum of ethylene and propylene by 1.25 ... 1.3 times compared to modern installations with tube furnaces.
  • the yield of the target products can also be significantly increased.
  • reactor according to the invention is a rotor with one row of working blades, a relatively small peripheral speed along the blades, a relatively small temperature of the working blades - provide simplicity of design and the possibility of manufacturing such reactors using existing gas turbine technologies and existing materials.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов содержит ротор с рабочими лопатками (3), образующими осевую лопаточную решетку, неподвижный торообразный обруч (10), примыкающий к концам этих лопаток, и корпус (5), охватывающий обруч и периферию ротора так, что образуется проход, имеющий в меридиональном сечении форму кольца. В проходе установлена одна или несколько перегородок, после каждой перегородки расположена входная горловина (18), а перед ней расположена выходная горловина (19). Со стороны входа в решетку ротора установлены сопловые лопатки (20), образующие сопловую решетку, а со стороны выхода из решетки ротора установлены диффузорные лопатки (21), образующие диффузорную решетку. Между выходом диффузорной решетки и входом сопловой решетки существует безлопаточное пространство (22). Группа сопловых лопаток, расположенных непосредственно после каждой перегородки, может быть отделена от остальных сопловых лопаток переборкой так, чтобы образовался канал, соединяющий соответствующую входную горловину с этой группой лопаток, что упрощает запуск реактора. Геометрические параметры сопловой и диффузорной решеток могут изменяться в окружном направлении, чтобы обеспечить одинаковое давление на входе в решетку ротора на всем ее протяжении и одинаковое давление на выходе из решетки ротора на всем ее протяжении, что устраняет радиальные утечки по зазорам между ротором и корпусом.

Description

ЛОПАТОЧНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДОВ Область техники
Изобретение относится к аппаратам для термического пиролиза углеводородов с целью получения низших олефинов. В другом аспекте, по сущности технического решения, изобретение относится к лопаточным машинам.
Уровень техники
Низшие олефины - этилен, пропилен и бутилены - являются базовыми продуктами нефтехимии и служат сырьем при промышленном получении пластических масс, каучуков, волокон и покрытий. В промышленности низшие олефины получают пиролизом углеводородного сырья - этана, пропана, бутана, нафты или газойля.
По принятой в настоящее время технологии пиролиз проводят в установках, состоящих из трубчатой печи и закалочного устройства. Испаренное и смешанное с водяным паром сырье подают в реакционную трубу, размещенную в радиационной камере печи. Газы пиролиза, имеющие температуру 750...9300C, по трансфертному трубопроводу направляют в закалочное устройство, где, с целью прекращения реакций, эти газы быстро охлаждают, а затем направляют в установку, где происходит их разделение на целевые и побочные продукты. Нежелательными побочными продуктами являются водород, метан и, особенно, углерод, частью выносимый с потоком газов в виде сажи, а частью образующий отложения кокса на стенках реакционных труб и расположенных ниже по потоку аппаратов.
В реакционной зоне одновременно протекают два процесса - первичные реакции пиролиза, ведущие к образованию низших олефинов, и вторичные реакции, при которых образовавшиеся низшие олефины расходуются на образование побочных продуктов. Вследствие этого для каждого вида сырья, при каждом сочетании температуры и давления в зоне реакций, существует оптимальное резидентное время, соответствующее максимальному содержанию целевых продуктов в выходящих газах. Скорость первичных реакций не зависит от давления и очень быстро растет с повышением температуры, тогда как скорость вторичных реакций пропорциональна парциальному давлению образовавшихся олефинов и растет с повышением температуры медленнее. Поэтому с увеличением температуры процесса оптимальное резидентное время быстро сокращается. Так, при пиролизе нафты оптимальное резидентное время сокращается в два раза при увеличении температуры процесса на каждые 30...35K.
Разбавление сырья водяным паром снижает парциальное давление углеводородов, что приводит к уменьшению скорости вторичных реакций и увеличению выхода целевых продуктов пиролиза. Однако, в связи с необходимостью дополнительных затрат энергии, этот метод имеет ограничения. Для этана и пропана подача водяного пара обычно составляет 20...40% от массы сырья, для бутана - 25...50%, для нафты - 45...50%, а для газойлей подача водяного пара может доходить до 80...100% от массы сырья.
Другим методом повышения выхода целевых продуктов пиролиза является сокращение резидентного времени при надлежащем повышении температуры процесса, так что количество тепла, необходимое для пиролиза каждой порции сырья, должно передаваться ей за более короткое время. Необходимое увеличение скорости теплопередачи может быть достигнуто уменьшением диаметра реакционной трубы и увеличением разности , температур стенки реакционной трубы и реагирующего потока. Конструкции трубчатых печей пиролиза совершенствовались в этом направлении приблизительно до 1985 года. Конечным пунктом такого развития стали печи типа «Mиллиceкoнд» фирмы M. W. Кеllоgg, в которых была достигнута максимальная для промышленных трубчатых печей скорость передачи тепла в зону реакции. В этих печах1 процесс ведется в трубах диаметром 28...35 мм ι при температурах выходящего потока 900...9300C и резидентном времени 0,05...0,1 с, при этом разность температур стенки и ядра потока достигает 120...31O0C.
Дальнейшее сокращение резидентного времени в трубчатых печах пиролиза оказалось невыгодным по следующей причине. Вследствие значительного изменения температуры в пограничном слое, прилегающем к стенке реакционной трубы, оптимальное резидентное время для частиц сырья, движущихся на различных расстояниях от этой стенки, существенно различается, поэтому пиролиз значительной части сырья неизбежно происходит в режиме, далеком от оптимального. При режиме работы, характерном для печей типа «Mиллиceкoнд», потери целевых продуктов из-за разности температур в поперечном сечении потока достигают такой величины, что дальнейшее сокращение резидентного времени становится нецелесообразным.
В течение последних 20 лет выходы низших олефинов при промышленном пиролизе практически не изменились и для этилена составляют, на проход: при пиролизе этана - около 50...52%, при пиролизе пропана и бутана - 32...37%, при пиролизе нафты - 29...36%, при пиролизе газойлей - 23...28%. В то же время, в связи с увеличением спроса на углеводородное сырье, повышение выхода целевых продуктов пиролиза становится все более актуальным. Поскольку причины, препятствующие увеличению выхода целевых продуктов в трубчатых печах пиролиза, имеют принципиальный характер, состояние технологической стагнации, в котором находится эта отрасль нефтехимии, может быть преодолено только при условии отказа от использования трубчатых печей пиролиза. Были предложены методы пиролиза углеводородов в аппаратах, в которых реагирующая среда нагревается смешением с нагретым теплоносителем, без использования передачи тепла через стенки, ограничивающие реакционную зону.
В патентах США 5389232, 6538169 и 7312370 описаны аппараты для пиролиза углеводородного сырья путем смешения его с псевдоожиженным потоком нагретых частиц катализатора. В этих аппаратах однако, достигаются сравнительно низкие выходы этилена ввиду невозможности достижения в них малого резидентного времени.
В патентах США 4134824, 4724272 и 4832822 описаны реакторы для пиролиза с применением высокотемпературного газообразного теплоносителя. Недостатком этих реакторов является большое содержание в продуктах пиролиза СО, СОг и сажи. Причиной является большая разность температур по поперечному сечению реагирующего потока. Этот метод не применяется при промышленном получении олефинов.
Предлагались методы пиролиза, в которых нагрев потока газообразной реагирующей среды выполняется путем преобразования в тепло кинетической энергии этого потока.
В патенте США 5300216 описан аппарат для пиролиза углеводородов в присутствии водяного пара в стационарной ударной волне высокой интенсивности. Водяной пар, перегретый в трубчатой печи до температуры около 10000C, подается под давлением около 27 ата через сверхзвуковое сопло в реактор, включающий последовательно расположенные зоны смешения и пиролиза. Углеводородное сырье - этан, подогретое приблизительно до 6270C, подается через смесители в сверхзвуковой поток пара. Образующаяся смесь формирует сверхзвуковой поток, температура которого ниже температуры начала реакций. Между зонами смешения и пиролиза располагается прямой скачок уплотнения - стационарная ударная волна. В этом скачке уплотнения кинетическая энергия сверхзвукового потока превращается в теплоту. За скачком уплотнения смесь приобретает дозвуковую скорость и температуру около 10000C при давлении около 9 ата. Реагирующая смесь проходит зону пиролиза за 0,005...0,05 сек., при этом ее температура снижается до 863°C за счет поглощения теплоты реакциями пиролиза. Конверсия этана в этилен достигает 70%. Продукты пиролиза поступают в закалочное устройство и последующие теплообменники, а затем на газоразделение. В этой установке разность температур по поперечному сечению реагирующего потока пренебрежимо мала, и температурные истории (изменение температуры в функции времени) прохождения через реактор всех частиц сырья одинаковы. Однако подача водяного пара по отношению к массе углеводорода должна составлять около 500...667%. В связи с этим энергетические затраты по отношению к получаемому этилену чрезмерно высоки. Это делает способ непригодным для коммерческого применения при современном соотношении цен на энергию и этилен. В патенте США 4265732 описан лопаточный реактор для пиролиза углеводородов, включающий ротор с несколькими рядами рабочих лопаток, образующих осевые лопаточные решетки, и корпус, имеющий горловины для входа и выхода среды и вмещающий этот ротор и статорные лопатки. Тепло, необходимое для пиролиза, выделяется непосредственно в потоке реагирующей среды при гидродинамическом торможении рабочих лопаток. Продукты пиролиза охлаждают, а затем направляют на газоразделение. Разность температур по поперечному сечению реагирующего потока пренебрежимо мала, и температурные истории прохождения через реактор всех частиц сырья одинаковы. Однако для осуществления изобретения необходимо изготовить осевую лопаточную машину, имеющую очень большое количество ступеней (до 43 ступеней), с большой окружной скоростью по лопаткам (450 м/с), при этом температура потока, омывающего значительную часть рабочих лопаток, равна максимальной температуре пиролиза (до 10500C). Трудности, которые необходимо преодолеть при создании такой машины, настолько велики, что такая машина не была изготовлена.
В патенте США 7232937 описан лопаточный реактор для пиролиза углеводородов, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены неподвижные направляющие лопатки и ротор с рабочими лопатками, так что при вращении ротора в этой полосой образуется кольцевой вихрь. Тепло, необходимое для пиролиза, выделяется непосредственно в объеме реагирующей среды в результате гидродинамического торможения лопаток ротора. Реакции пиролиза продолжаются в трансфертной трубе, соединяющей реактор с закалочным аппаратом. В результате интенсивного перемешивания все частицы сырья в полости реактора имеют практически одинаковую температуру, однако, продолжительности пребывания в этой полости для отдельных частиц разные. Соответственно, температурные истории частиц сырья различаются длительностью их пребывания в полости реактора. Различие температурных историй приводит к уменьшению эффективности процесса по сравнению с теоретически возможной. Этот реактор имеет простую конструкцию, однако, обеспечение его надежности затруднено тем, что рабочие лопатки омываются потоком, температура которого равна максимальной температуре пиролиза.
Таким образом, до сих пор не решена проблема создания пригодного для промышленного использования аппарата для пиролиза углеводородов, который обеспечивает существенно более высокий выход низших олефинов, чем в трубчатых печах пиролиза. В результате у специалистов в области нефтехимии сложилось мнение о бесперспективности любых попыток серьезного усовершенствования существующей технологии пиролиза. Раскрытие изобретения
Целью данного изобретения является создание простого и надежного лопаточного реактора для пиролиза углеводородов, в котором выход низших олефинов выше, чем в трубчатых печах пиролиза, вследствие того, что температурные истории прохождения через этот реактор практически всех частиц сырья одинаковы. Другие цели и преимущества данного изобретения будут ясны из последующего описания.
Реактор для пиролиза углеводородов выполнен в виде лопаточной машины, включающей ротор с рабочими лопатками, образующими осевую лопаточную решетку, и корпус, имеющий горловины для входа и выхода среды, вмещающий этот ротор и статорные лопатки.
В соответствии с изобретением в корпусе расположен неподвижный направляющий торообразный обруч, примыкающий к внешним концам рабочих лопаток. Корпус охватывает периферию ротора и обруч так, что образуется проход, меридиональное сечение которого имеет форму кольца. В проходе симметрично относительно оси ротора установлены одна или несколько перегородок, определяющих границы одной или нескольких одинаковых рабочих полостей. Непосредственно после каждой перегородки по направлению вращения ротора расположена входная горловина, а непосредственно перед каждой перегородкой расположена выходная горловина. В каждой рабочей полости статорные лопатки включают сопловые Lгсопатки, образующие сопловую решетку, и диффузорные лопатки, образующие диффузорную решетку, установленные, соответственно, выше и ниже по потоку по отношению к решетке ротора. Между выходом диффузорной решетки и входом сопловой решетки существует безлопаточное пространство. При вращении ротора среда в каждой рабочей полости вынуждена двигаться от входной горловины к выходной горловине по спиральной траектории, при этом струйки тока неоднократно последовательно пересекают сопловую решетку, решетку ротора, диффузорную решетку, безлопаточное пространство. Зазоры между корпусом и направляющим обручем в этом безлопаточном пространстве достаточны для того, чтобы скорости потока во всех точках этого пространства были малыми, и поэтому давление на выходе из диффузорной решетки на всем ее протяжении было практически одинаково.
При прохождении через решетку ротора среда получает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в тепло в диффузорной решетке, так что температура среды во всех сходных точках спиральной траектории, в том числе и на выходах из сопловой решетки, возрастает по направлению от входной горловины к выходной горловине. Каждая лопатка ротора, перемещаясь вдоль сопловой решетки, омывается потоком, температура которого постепенно повышается, а затем скачкообразно падает в момент прохождения лопатки мимо перегородки и вступления ее в следующую рабочую полость. Температурный режим рабочих лопаток определяется средней по времени температурой омывающего потока. В реакторе по изобретению эта температура заметно ниже, чем максимальная температура реагирующей среды в реакторе. Это является существенным преимуществом реактора по изобретению по сравнению с реакторами по патентам США 4265732 и 7232937, в которых температура потока, омывающего все или значительную часть рабочих лопаток, равна максимальной температуре реагирующей среды. Вследствие этого реактор по изобретению может иметь более высокую надежность и более простую конструкцию.
Выравнивание давления в безлопаточном пространстве устраняет перепад давлений на перегородке, тем самым, уменьшая утечки в обход этой перегородки и сокращая долю частиц сырья, которые имеют температурные истории, отличающиеся от температурных историй частиц в главном потоке. В результате становится возможным получение более высокого выхода низших олефинов, чем в трубчатых печах пиролиза.
По первому преимущественному исполнению, рабочие лопатки имеют профиль активной турбинной лопатки и обращены вогнутой стороной в направлении вращения ротора, а в каждой рабочей полости реактора установлена переборка, отделяющая группу сопловых лопаток, расположенных непосредственно после перегородки по направлению вращения ротора, от остальных сопловых лопаток в этой рабочей полости. Эта переборка установлена так, что образуется канал, соединяющий входную горловину с этой выделенной группой сопловых лопаток. Такое исполнение обеспечивает работу этой выделенной группы сопловых лопаток в номинальном газодинамическом режиме при пуске реактора, когда в остальной части рабочей полости еще существуют неустановившиеся режимы течения, и тем самым обеспечивает надежный запуск реактора.
По второму преимущественному исполнению, геометрические параметры сопловой и диффузорной решеток изменяются в окружном направлении так, чтобы, при работе реактора в номинальном режиме, обеспечивалось практически одинаковое давление на входе в решетку ротора на всем ее протяжении и практически одинаковое давление на выходе из решетки ротора на всем ее протяжении. Необходимые изменения параметров сопловой и диффузорной решеток могут быть рассчитаны с учетом распределения температуры и теплофизических свойств реагирующей среды на протяжении рабочей полости или выбраны опытным путем. Выравнивание давления на входе в решетку ротора и выравнивание давления на выходе из решетки ротора позволяют уменьшить радиальные утечки по зазорам между корпусом и поверхностями диска ротора. Уменьшение радиальных утечек позволяет дополнительно сократить долю частиц сырья, которые, двигаясь не в главном потоке, имеют температурные истории, отличающиеся от температурных историй частиц в главном потоке. Результатом является возможность достижения более высокого выхода низших олефинов. Краткое описание фигур чертежей
Предпочтительный вариант осуществления реактора по изобретению далее будет описан со ссылками на чертежи, представленные в качестве примера.
На фиг. 1 схематически изображен реактор с двумя рабочими полостями, вид спереди.
На фиг. 2 изображено сечение по линии A-A фиг. 1.
На фиг. 3 изображено цилиндрическое сечение по линии B-B фиг. 1.
На фиг. 4 изображена схема пиролизной установки, в которой используется реактор.
На фиг. 5 изображен график, показывающий температурную историю частицы сырья, проходящей через реактор в главном потоке.
На фиг. 6 изображен график изменения средней молекулярной массы среды в процессе прохождения ее через реактор.
На фиг. 7 изображены формы профилей и каналов лопаточных решеток и треугольники скоростей в реакторе. Пример осуществления изобретения
Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов (фиг. 1, 2 и 3) включает ротор, состоящий из вала 1 и, диска 2 с рабочими лопатками 3, которые равномерно размещены по периферии диска 2. Рабочие лопатки 3 имеют профиль активной сверхзвуковой турбинной лопатки, направлены радиально, обращены вогнутой стороной в направлении вращения ротора и образуют осевую лопаточную решетку ротора. Вал 1 снабжен муфтой 4 для подсоединения двигателя (не показан) и установлен в корпусе 5 в подшипниках 6 и 7 с использованием уплотнений 8 и 9.
Неподвижный направляющий торообразный обруч 10, имеющий постоянное поперечное сечение, примыкает к внешним концам рабочих лопаток 3. Корпус 5 охватывает обруч 10 и диск 2 ротора так, что образуется проход, имеющий постоянное меридиональное сечение. Это сечение имеет форму кольца. I Обруч 10 выполнен пустотелым и крепится к корпусу 5 с помощью радиальных штырей 11, закрепленных в обруче 10 и входящих в направляющие гнезда 12, выполненные в корпусе 5.
В указанном проходе между обручем 10 и корпусом 5 симметрично относительно оси ротора размещены две перегородки так, что образуются две одинаковые рабочие полости. Каждая перегородка состоит из разделительной стенки 13, а также кормового 14 и носового 15 наконечников, которые расположены сверху и снизу по потоку по отношению к решетке ротора, соответственно. Кромки наконечников 14 и 15 выполнены острыми. Здесь и далее термин «ocтpыe кpoмки» означает кромки, имеющие пренебрежимо малую толщину по сравнению с шагом решетки ротора. Наконечники 14 и 15 закреплены в кольцах 16 и 17, соответственно. Кольца 16 и 17 закреплены в корпусе 5 с возможностью регулирования их положения в окружном направлении относительно оси ротора. После каждой перегородки по направлению вращения ротора расположена входная горловина 18, а перед каждой перегородкой расположена выходная горловина 19.
В каждой рабочей полости сверху по потоку по отношению к решете ротора расположены статорные сопловые лопатки 20, которые имеют изогнутый профиль, закреплены в кольце 16 выпуклой стороной по направлению вращения ротора и образуют сопловую решетку. Снизу по потоку по* отношению к решете ротора расположены статорные диффузорные лопатки 21, которые имеют изогнутый сверхзвуковой профиль, закреплены в кольце ]7 выпуклой стороной по направлению вращения ротора и образуют диффузорную решетку. Между выходом диффузорной решетки и входом сопловой решетки существует безлопаточное пространство 22.
В каждой рабочей полости установлена переборка, состоящая из разделительной стенки 23 и наконечника 24, имеющего острую кромку. Эта переборка отделяет группу сопловых лопаток, расположенных непосредственно после перегородки по направлению вращения ротора, от остальных сопловых лопаток, так что образуется канал, соединяющий входную горловину 18 с этой выделенной группой сопловых лопаток. Наконечник 24 закреплен в кольце 16.
При работе ротор вращается в направлении против часовой стрелки, как показано на фиг. 1. Обе рабочие полости работают одинаково. Поток поступает в реактор через входную горловину 18 и далее в рабочей полости движется по спиральной траектории, ось которой находится внутри обруча 10, многократно последовательно пересекая сопловую решетку, решетку ротора, диффузорную решетку и безлопаточное пространство 22. При прохождении через решетку ротора поток получает кинетическую энергию, которая затем в диффузорной решетке конвертируется в тепловую энергию. Вследствие этого температура среды во всех сходных точках спиральной траектории возрастает по направлению от входной горловины
18 к выходной горловине 19. В результате реакций пиролиза средняя молекулярная масса среды в рабочей полости по направлению от входной горловины 18 к выходной горловине
19 уменьшается.
В пространстве между наконечниками 14 и 15 происходит частичное смешение выходящего и входящего потоков. Кормовой наконечник 14 и носовой наконечник 15 смещены относительно друг друга в окружном направлении так, чтобы смешение этих потоков было минимальным.
Зазоры между корпусом 5 и направляющим обручем 10 в безлопаточном пространстве 22 достаточно велики для того, чтобы скорости потока во всех точках этого пространства были малыми, так чтобы давление на выходе из диффузорной решетки было практически одинаково на всем ее протяжении. Режим работы сопловых лопаток, отделенных переборкой, не зависит от режимов работы остальных сопловых лопаток в этой рабочей полости. Поэтому номинальный газодинамический режим работы этой группы сопловых лопаток может быть обеспечен всегда, в том числе, при запуске реактора в работу, когда в остальной части рабочей полости еще существуют неустановившиеся режимы течения. Таким образом, обеспечивается надежный запуск реактора.
Геометрические параметры сопловой и диффузорной решеток изменяются в окружном направлении так, что, при работе реактора в номинальном режиме, обеспечивается практически одинаковое давление на входе в решетку ротора на всем ее протяжении и практически одинаковое давление на выходе из решетки ротора на всем ее протяжении (подробнее см. ниже). Выравнивание давления на входе в решетку ротора уменьшает радиальные утечки через зазор между диском 2 ротора и кольцом 16. Выравнивание давления на выходе из решетки ротора уменьшает радиальные утечки через зазор между диском 2 ротора и кольцом 17.
На фиг. 4 показана схема установки для пиролиза нафты, включающей реактор 25, описанный в примере, стационарный газотурбинный двигатель 26 с редуктором 27, камеру сгорания 28, котел-утилизатор 29 и закалочно-испарительные аппараты 30 и 31. Выхлопные газы газотурбинного двигателя 26 делятся на два потока, один из которых поступает непосредственно в низкотемпературную часть котла-утилизатора 29 (на схеме верхняя), а другой поступает в камеру сгорания 28, где дополнительно подогревается, и уже оттуда поступает в высокотемпературную часть котла-утилизатора 29 (на схеме нижняя).
Нафта и пар-разбавитель, поступающие под давлением от внешних источников (на схеме не показаны), смешиваются. Паро-сырьевая смесь подогревается сначала в змеевиках низкотемпературной части котла-утилизатора 29, далее дополнительно подогревается в высокотемпературной части этого котла и поступает в реактор 25, где происходит пиролиз. Газы пиролиза охлаждаются в закалочно-испарительных аппаратах 30 и 31, имеющих традиционную конструкцию, при этом охлаждающая вода, подаваемая в эти аппараты под давлением от внешнего источника (на схеме не показан), испаряется. Из закалочно- испарительных аппаратов 30 и 31 газы пиролиза поступают на фракционатор (на схеме не показан), где происходит их разделение на целевые и побочные продукты.
Перерабатываемое сырье - нафта со средней молекулярной массой 96,9 10"3 кг/моль. Количество пара-разбавителя составляет 50% от массы сырья. Производительность установки по перерабатываемому сырью при работе в номинальном режиме составляет 15260 кг/ч. Одновальный газотурбинный двигатель 26 имеет мощность на выходном валу 15 МВт при коэффициенте полезного действия 35,2%. Материальные потоки в установке имеют следующие характеристики:
Расход топлива (метан) в ГТД 26 3066 кг/ч
Расход выхлопных газов ГТД 26 49,9 кг/с
Температура выхлопных газов ГТД 26 495°C
Расход газов на выходе камеры сгорания 28 16,5 кг/с
Расход топлива (метан) в камере сгорания 28 194 кг/ч
Температура газов на выходе из камеры сгорания 28 971°C
Расход среды через реактор 25 6,36 кг/с
Давление среды на входе в реактор 25 0,215 MПa (aбc)
Температура среды на входе в реактор 25 574°C
Давление среды на входах в закалочные аппараты 30 и 31 0,215 MПa (aбc)
Температура среды на входах в закалочные аппараты 30 и 31 868°C
Давление среды на выходах из закалочных аппаратов 30 и 31 0,160 MПa (aбc) ι Температура среды на выходах из закалочных аппаратов 30 и 31 380°C Реактор 25 имеет следующие характеристики:
Количество рабочих полостей 2
Радиус ротора по среднему сечению лопаток 0,502 м
Число рабочих лопаток 156
Частота вращения ротора 4837 об/мин
Окружная скорость по среднему сечению рабочих лопаток 254,3 м/с
Давление в безлопаточных пространствах 0,200 MПa (aбc)
Давление на входе в решетку ротора 0,098 МПа (абс.)
Давление на выходе из решетки ротора 0,098 МПа (абс.)
На фиг. 5 представлена температурная история частиц сырья, находящихся в главном потоке. Реагирующая среда за время ее пребывания в реакторе совершает семь проходов через решетку ротора и при каждом проходе испытывает скачкообразный нагрев. Пунктиром отмечены моменты прохождения потоком лопаточных решеток (длительность этих прохождений не показана ввиду ее малости). Промежутки времени между последовательными скачками температуры постепенно сокращаются от 4,65 10"3 сек. между первым и вторым скачками до 3,66- 10"3 сек. между шестым и седьмым скачками. Резидентное время, то есть время перемещения от входной горловины 18 реактора 25 до входа в закалочный аппарат, для частиц сырья, движущихся в главном потоке, составляет 36-Ю"3 с. Подъем температуры потока происходит в диффузорной решетке, в стационарных скачках уплотнения высокой интенсивности. Снижение температуры потока происходит в процессе пересечения им безлопаточного пространства вследствие поглощения тепла реакциями пиролиза. Скачки температуры постепенно возрастают от 79°C при первом проходе до 1050C при последнем седьмом проходе. Сумма повышений температуры за все семь проходов составляет 637°C. Максимальная температура реагирующей среды, 985°C, достигается на выходе из диффузорной решетки при седьмом проходе.
На графике (фиг. 6) показано изменение средней молекулярной массы среды за время ее пребывания в реакторе. Пунктиром отмечены моменты прохождения потоком лопаточных решеток (длительность этих прохождений не показана ввиду ее малости). При первом прохождении потоком лопаточных решеток средняя молекулярная масса снижается с 38,29 10"3 кг/моль, что соответствует составу паро-сырьевой смеси на входе в реактор, до 37,49- 10"3 кг/моль в результате смешения с протечками, а далее плавно уменьшается в результате реакций пиролиза. Средняя молекулярная масса продуктов пиролиза в момент входа в закалочно-испарительный аппарат составляет 22,27- 10"3 кг/моль.
В каждой рабочей полости сопловая и диффузорная решетки составлены из семи секций так, что каждый очередной проход среды происходит в следующей секции. В результате все струйки, образующие поток в каждой данной секции, имеют одинаковую предшествующую температурную историю и, следовательно, одинаковую температуру и одинаковую среднюю молекулярную массу. Температуры потока на входе в сопловую решетку (Z0) и на входе в решетку ротора (tу) приведены в таблице I.
Таблица I
Figure imgf000013_0001
Таким образом, в сопловой решетке срабатывается значительный температурный перепад, и на лопатки ротора среда поступает с температурой, меньшей, чем температура среды в безлопаточном пространстве, где происходят реакции пиролиза. Температура среды, омывающей лопатки ротора, изменяется циклически с частотой 161 Гц, поэтому температурный режим лопаток ротора определяется средней по времени температурой этого потока, которая составляет t, = 738°C . Вследствие газодинамического нагрева ι пограничного слоя температура неохлаждаемых лопаток ротора составляет 827°C, что вполне допустимо для рабочих лопаток, изготовленных из жаропрочных сплавов.
Геометрические параметры и сопловой, и диффузорной решеток в пределах каждой секции постоянны и отличаются от соответствующих параметров этих решеток в других секциях. Угловой размер первой секции определяет положение переборки (в каждой секции величины z и ss одинаковы для сопловой и диффузорной решеток). Угловые размеры Δ секций, количество z межлопаточных каналов и шаг ss по среднему сечению лопаток приведены в таблице И.
Таблица II
Figure imgf000014_0002
В каждой рабочей полости и сопловая, и диффузорная решетки имеют по 48 межлопаточных каналов. '
На фиг. 7 изображены формы профилей и каналов сопловой решетки, решетки ротора и диффузорной решетки и треугольники скоростей на входе и выходе решетки ротора в реакторе по примеру осуществления изобретения.
Сопловая решетка состоит из сопловых лопаток, имеющих изогнутый профиль, межлопаточньjе каналы выполнены конфузорными. Выходной участок спинки лопатки выполнен прямым до горловины межлопаточного канала. Высота сопловых лопаток по выходной кромке 83 мм.
Решетка ротора состоит из сверхзвуковых лопаток активного типа. Входная и выходная кромки лопатки выполнены острыми, горловина межлопаточного канала находится в его средней части. Входной участок спинки лопатки прямой с углом наклона β\ = 34° (здесь и далее все углы измерены по отношению к плоскости лопаточной решетки). Высота лопаток по входной кромке 83 мм, а по выходной кромке 91 мм. Шаг по среднему сечению лопатки sr = 20,22 мм. Ширина решетки ротора Z> = 38 мм.
Диффузорная решетка состоит из сверхзвуковых компрессорных лопаток, имеющих изогнутый профиль. Входные кромки диффузорных лопаток выполнены острыми, входной участок спинки лопатки выполнен прямым. Высота диффузорных лопаток по входной кромке 91 мм, а по выходной кромке 95 мм.
На входе в решетку ротора относительная скорость потока сверхзвуковая, осевая составляющая этой скорости дозвуковая. Угол входа относительного потока к плоскости решетки ротора равен углу наклона входного участка спинки рабочей лопатки (т.е. 34°). Параметры потока на входе в решетку ротора по секциям приведены в таблице III. В этой таблице a\ - скорость звука* V\ - абсолютная скорость потока* σ.\ - угол абсолютного потока,
W\ — ' относительная скорость потока*
Figure imgf000014_0001
g =glss - относительная ширина горловины межлопаточного канала (g - ширина горловины межлопаточного канада). Таблица III
Figure imgf000015_0001
Таким образом, выравнивание входного давления по окружности решетки ротора достигается тем, что относительная ширина горловины межлопаточных каналов в каждой следующей секции сопловой решетки уменьшается.
На выходе из решетки ротора абсолютная скорость потока сверхзвуковая, осевая составляющая этой скорости дозвуковая. Угол входа потока к плоскости диффузорной решетки равен углу наклона входного участка спинки диффузорной лопатки в соответствующих секциях. Параметры потока на выходе из решетки ротора по секциям приведены в таблице ГV. В этой таблице α2 - скорость звука; W2 - относительная скорость потока; β2 - угол выхода относительного потока к плоскости решетки ротора*, V2 - абсолютная скорость потока на входе в диффузорную решетку, Mn = V2Ia2; Mw2 = W2Ia2 - числа Маха; a2 - угол входа потока в диффузорную решетку.
Таблица IV
Figure imgf000015_0002
• Таким образом, выравнивание выходного давления по окружности решетки ротора достигается тем, что угол наклона входного участка спинки диффузорных лопаток в каждой следующей секции увеличивается.
В примере осуществления реактора по изобретению не были описаны элементы, конструкция которых общеизвестна, конкретная форма исполнения которых не влияет на работу реактора и не связана с сущностью изобретения, например, уплотнения, ι теплоизоляция, масляная система, системы охлаждения деталей корпуса и ротора, опоры и крепления и пр.
Для того, чтобы специалист смог осуществить данное изобретение во всей заявленной области, в дополнение к приведенному выше примеру осуществления реактора по изобретению должны быть даны следующие пояснения: а) Возможно конструирование реакторов по изобретению для пиролиза любых видов углеводородного сырья, применяемых в настоящее время. б) Возможно конструирование реакторов по изобретению как с одной, так и с большим количеством рабочих полостей, при этом предпочтительно, чтобы реакторы большой мощности имели большее количество рабочих полостей. в) В реакторах по изобретению сопловая решетка может быть осевой, диагональной или радиальной. Диффузорная решетка также может быть осевой, диагональной или радиальной. г) Возможно конструирование реакторов по изобретению, в которых потоки на входе и выходе из решетки ротора имеют дозвуковые или сверхзвуковые абсолютные и относительные скорости и осевые составляющие этих скоростей в любых возможных сочетаниях. д) Возможно конструирование реакторов по изобретению, в которых в сопловой решетке, решетке ротора и диффузорной решетке используются закрученные или незакрученные лопатки, имеющие постоянный или изменяющийся по высоте лопатки профиль. е) В реакторах по изобретению количество проходов среды через решетку ротора может быть различным. При прочих равных условиях, чем больше окружная скорость по рабочим лопаткам или чем выше температура среды на входе в реактор, тем меньше необходимое количество этих проходов, и наоборот. ж) Реакторы по изобретению могут не иметь указанных выше переборок. В этом случае для обеспечения надежного запуска реактора рабочие лопатки должны иметь профиль компрессорных лопаток. Однако, при таком исполнении реактора при прочих равных условиях (состав смеси, окружная скорость по лопаткам), кинетическая энергия, передаваемая потоку рабочими лопатками при каждом проходе, будет меньше, а необходимое количество проходов реагирующей среды через решетку ротора будет больше по сравнению с предпочтительным вариантом исполнения. з) Возможно конструирование реакторов по изобретению, в которых геометрические параметры сопловой и диффузорной решеток изменяются в окружном направлении более плавно, чем в описанном примере, в частности, так, что каждая последующая лопатка и каждый последующий межлопаточный канал отличаются от предыдущего за счет изменения профиля лопатки и шага. и) Возможно конструирование реакторов по изобретению, в которых геометрические параметры сопловой и диффузорной решеток не изменяются в окружном направлении. В этом случае давление на входе в решетку ротора и давление на выходе из нее будут изменяться в окружном направлении. Это приведет к увеличению радиальных утечек в зазорах между диском ротора и корпусными деталями и увеличению доли частиц сырья, которые движутся не в главном потоке и имеют температурные истории, отличающиеся от температурной истории частиц в главном потоке. Кроме того, в таких реакторах нельзя обеспечить оптимальные углы выхода и входа потоков одновременно для всех лопаток статора и ротора, из-за чего, при прочих равных условиях (состав смеси, окружная скорость по лопаткам), кинетическая энергия, передаваемая потоку рабочими лопатками, уменьшается, а необходимое количество проходов реагирующей среды через решетку ротора возрастает. В таких реакторах выход низших олефинов может быть меньше, чем в реакторе, описанном в примере, однако этот выход может быть более высоким, чем в трубчатых печах пиролиза. к) Возможно конструирование реакторов по изобретению, в которых направляющий обруч и/или корпус имеют такую форму, что площадь образующегося прохода для спирального потока среды изменяется по длине рабочей полости. Однако, вариант конструкции, описанный в примере осуществления изобретения, имеет технологические преимущества.
Таким образом, изобретение не ограничивается только вариантом исполнения, описанным в примере осуществления изобретения, но включает в себя любые модификации и эквиваленты, соответствующие пунктам формулы изобретения. Промышленная применимость
В настоящее время в мире при производстве низших олефинов пиролизом углеводородов расходуется ежегодно около 350 млн. тонн углеводородного сырья. В связи с этим более экономное расходование сырьяi при производстве низших олефинов является чрезвычайно желательным. Реактор по изобретению решает эту задачу. По экспертной оценке, в установках 1C лопаточными реакторами при работе на нафте выход этилена на единицу переработанного сырья может быть увеличен в 1,5 раза (при работе в «этилeнoвoм» режиме), а суммы этилена и пропилена в 1,25...1,3 раза, по сравнению с современными установками с трубчатыми печами. При пиролизе нормально газообразного сырья выход целевых продуктов может быть также существенно увеличен.
Особенности реактора по изобретению - ротор с одним рядом рабочих лопаток, относительно небольшая окружная скорость по лопаткам, относительно небольшая температура рабочих лопаток - обеспечивают простоту конструкции и возможность изготовления таких реакторов при использовании существующих газотурбинных технологий и существующих материалов.
В качестве приводов для реакторов по изобретению могут быть использованы существующие промышленные ГТД вместе с вспомогательными устройствами, необходимыми для их работы. Эти ГТД были разработаны для применения в газотурбинных электростанциях, размещаемых в городах, и обладают хорошими экологическими характеристиками.
При реальном проектировании реакторов по изобретению могут быть учтены различные условия применения. В частности, возможно конструирование лопаточных реакторов большей единичной мощности по перерабатываемому сырью, лопаточных реакторов, рассчитанных на специфические виды сырья, реакторов с меньшим уровнем давлений в реакционной зоне, имеющих повышенные выходы целевых продуктов на затраченное сырье и т.д.

Claims

Формула изобретения
1. Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов, включающий ротор с рабочими лопатками, образующими осевую лопаточную решетку, корпус, имеющий горловины для входа и выхода среды и вмещающий этот ротор и статорные лопатки, отличающийся тем, что:
- в этом корпусе размещен неподвижный направляющий торообразный обруч, примыкающий к внешним концам рабочих лопаток, корпус охватывает этот обруч и периферию ротора так, что образуется проход, меридиональное сечение которого имеет форму кольца;
- в этом проходе установлены одна перегородка или несколько перегородок, расположенных симметрично относительно оси ротора, эта перегородка или несколько перегородок определяют границы одной или нескольких одинаковых рабочих полостей, при этом непосредственно перед каждой перегородкой по направлению вращения ротора расположена горловина для выхода среды, а непосредственно после каждой перегородки расположена горловина для входа среды;
- статорные лопатки включают сопловые лопатки, образующие сопловую решетку, и диффузорные лопатки, образующие диффузорную решетку, эти сопловая решетка и диффузорная решетка размещены в каждой рабочей полости выше и ниже по потоку по отношению к решетке ротора, соответственно, так что между выходом диффузорной решетки и входом сопловой решетки образуется безлопаточное пространство, а геометрические параметры сопловой решетки, решетки ротора и диффузорной решетки таковы, что при вращении ротора обеспечивается движение среды в каждой рабочей полости от входной горловины к выходной' горловине по спиральной траектории, пересекающей неоднократно сопловую решетку, решетку ротора, диффузорную решетку и безлопаточное пространство;
- в безлопаточном пространстве зазоры между корпусом и направляющим обручем достаточно велики для того, чтобы при работе обеспечивалось практически одинаковое давление на выходе из диффузорной решетки на всем ее протяжении.
2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что рабочие лопатки имеют профиль активной турбинной лопатки и обращены вогнутой стороной в направлении вращения ротора, при этом в каждой рабочей полости установлена переборка, отделяющая группу сопловых лопаток, расположенных непосредственно после соответствующей перегородки по направлению вращения ротора, от остальных сопловых лопаток в этой рабочей полости, так что образуется канал, соединяющий соответствующую входную горловину с этой выделенной группой сопловых лопаток.
3. Реактор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что геометрические параметры сопловой решетки и диффузорной решетки изменяются в окружном направлении так, что, при работе реактора в номинальном режиме, обеспечивается практически одинаковое ι давление на входе в решетку ротора на всем ее протяжении и практически одинаковое давление на выходе из решетки ротора на всем ее протяжении.
PCT/RU2009/000339 2009-03-23 2009-07-07 Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов WO2010110691A1 (ru)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201112313A UA100630C2 (ru) 2009-03-23 2009-07-07 Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов
CA2766338A CA2766338C (en) 2009-03-23 2009-07-07 Bladed reactor for the pyrolysis of hydrocarbons
ES09842387T ES2755852T3 (es) 2009-03-23 2009-07-07 Reactor con álabes para la pirólisis de hidrocarburos
EP09842387.4A EP2412430B1 (en) 2009-03-23 2009-07-07 Bladed reactor for the pyrolysis of hydrocarbons
SG2011069374A SG174913A1 (en) 2009-03-23 2009-07-07 Bladed reactor for the pyrolysis of hydrocarbons
CN200980159352.9A CN102427875B (zh) 2009-03-23 2009-07-07 用于烃的裂解的叶片式反应器
BRPI0924744-0A BRPI0924744B1 (pt) 2009-03-23 2009-07-07 Reator dotado de pás para a pirólise de hidrocarbonetos
JP2012501954A JP5631969B2 (ja) 2009-03-23 2009-07-07 炭化水素の熱分解のためのブレード付き反応器
EA201171157A EA019057B1 (ru) 2009-03-23 2009-07-07 Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов
US13/259,345 US9494038B2 (en) 2009-03-23 2009-07-07 Bladed reactor for the pyrolysis of hydrocarbons

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009110240/15A RU2405622C2 (ru) 2009-03-23 2009-03-23 Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов
RU2009110240 2009-03-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010110691A1 true WO2010110691A1 (ru) 2010-09-30

Family

ID=42120456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000339 WO2010110691A1 (ru) 2009-03-23 2009-07-07 Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9494038B2 (ru)
EP (1) EP2412430B1 (ru)
JP (1) JP5631969B2 (ru)
KR (1) KR101594848B1 (ru)
CN (1) CN102427875B (ru)
BR (1) BRPI0924744B1 (ru)
CA (1) CA2766338C (ru)
EA (1) EA019057B1 (ru)
ES (1) ES2755852T3 (ru)
MY (1) MY151234A (ru)
RU (1) RU2405622C2 (ru)
SG (1) SG174913A1 (ru)
UA (1) UA100630C2 (ru)
WO (1) WO2010110691A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2015239707B2 (en) 2014-03-31 2018-08-02 Danmarks Tekniske Universitet Rotor for a pyrolysis centrifuge reactor
KR102394940B1 (ko) * 2014-07-03 2022-05-09 쿨브루크 오와이 공정 및 회전 기계형 반응기
EP3768801B1 (en) * 2018-05-16 2023-10-04 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Turbomachine chemical reactor and method for cracking hydrocarbons
EP3826759B1 (en) * 2018-09-20 2023-02-01 Dresser-Rand Company Turbomachine type chemical reactor
US11834611B2 (en) 2019-01-17 2023-12-05 His Majesty The King In Right Of Canada, Represented By The Minister Of Natural Resources Reactor and method for ablative centrifuge pyrolysis
EP3715320A1 (en) * 2019-03-27 2020-09-30 Siemens Aktiengesellschaft Method for generating a gas-product
EP4179044B1 (en) 2020-07-09 2024-05-15 BASF Antwerpen N.V. Method for steam cracking
US11629858B2 (en) * 2021-03-22 2023-04-18 Raytheon Technologies Corporation Turboexpander inter-stage heating and NH3 cracking
RU2760381C1 (ru) * 2021-06-09 2021-11-24 Юрий Фёдорович Юрченко Способ пиролитического разложения газообразных углеводородов и устройство для его осуществления
WO2024025520A1 (en) * 2022-07-27 2024-02-01 Dresser-Rand Company Supersonic diffuser for turbomachinery arranged to impart thermal energy to a process fluid

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4134824A (en) 1977-06-07 1979-01-16 Union Carbide Corporation Integrated process for the partial oxidation-thermal cracking of crude oil feedstocks
US4265732A (en) 1977-07-05 1981-05-05 Kinetics Technology Intl. B.V. Process and apparatus for endothermic reactions
US4724272A (en) 1984-04-17 1988-02-09 Rockwell International Corporation Method of controlling pyrolysis temperature
US4832822A (en) 1983-05-20 1989-05-23 Rhone-Poulenc Chimie De Base Steam cracking of hydrocarbons
US5300216A (en) 1991-02-15 1994-04-05 Board Of Regents Of The University Of Washington Method for initiating pyrolysis using a shock wave
US5389232A (en) 1992-05-04 1995-02-14 Mobil Oil Corporation Riser cracking for maximum C3 and C4 olefin yields
RU2109961C1 (ru) * 1992-08-29 1998-04-27 АСЕА Браун Бовери, АГ Осевая проточная турбина
RU2124039C1 (ru) * 1998-02-27 1998-12-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Пальна" Способ получения низших олефинов, реактор для пиролиза углеводородов и аппарат для закалки газов пиролиза
US6538169B1 (en) 2000-11-13 2003-03-25 Uop Llc FCC process with improved yield of light olefins

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1137590A (en) * 1910-08-22 1915-04-27 Colonial Trust Co Reentrant turbine.
GB1237363A (en) * 1967-03-29 1971-06-30 Nat Res Dev Improved rotary, bladed, circumferential fluid-flow machines
US3932064A (en) 1972-02-23 1976-01-13 The Secretary Of State For Defense In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Rotary bladed fluid flow machine
GB1420600A (en) 1972-02-23 1976-01-07 Secr Defence Rotary bladed compressors
US4279570A (en) 1978-03-31 1981-07-21 The Garrett Corporation Energy transfer machine
US4325672A (en) 1978-12-15 1982-04-20 The Utile Engineering Company Limited Regenerative turbo machine
GB8817789D0 (en) * 1988-07-26 1988-09-01 Moore A Regenerative turbomachines
NO175847C (no) * 1992-10-09 1994-12-21 Olav Ellingsen Fremgangsmåte ved selektiv og/eller uselektiv fordamping og/eller spalting av særlig hydrokarbonforbindelser i væskeform, og innretning for gjennomföring av slik fremgangsmåte

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4134824A (en) 1977-06-07 1979-01-16 Union Carbide Corporation Integrated process for the partial oxidation-thermal cracking of crude oil feedstocks
US4265732A (en) 1977-07-05 1981-05-05 Kinetics Technology Intl. B.V. Process and apparatus for endothermic reactions
US4832822A (en) 1983-05-20 1989-05-23 Rhone-Poulenc Chimie De Base Steam cracking of hydrocarbons
US4724272A (en) 1984-04-17 1988-02-09 Rockwell International Corporation Method of controlling pyrolysis temperature
US5300216A (en) 1991-02-15 1994-04-05 Board Of Regents Of The University Of Washington Method for initiating pyrolysis using a shock wave
US5389232A (en) 1992-05-04 1995-02-14 Mobil Oil Corporation Riser cracking for maximum C3 and C4 olefin yields
RU2109961C1 (ru) * 1992-08-29 1998-04-27 АСЕА Браун Бовери, АГ Осевая проточная турбина
RU2124039C1 (ru) * 1998-02-27 1998-12-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Пальна" Способ получения низших олефинов, реактор для пиролиза углеводородов и аппарат для закалки газов пиролиза
US7232937B2 (en) 1998-02-27 2007-06-19 Coolbrook Limited Process for producing low-molecular olefins by pyrolysis of hydrocarbons
US6538169B1 (en) 2000-11-13 2003-03-25 Uop Llc FCC process with improved yield of light olefins
US7312370B2 (en) 2000-11-13 2007-12-25 Uop Llc FCC process with improved yield of light olefins

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0924744A2 (pt) 2019-08-27
EP2412430B1 (en) 2019-08-28
ES2755852T3 (es) 2020-04-23
CN102427875A (zh) 2012-04-25
RU2405622C2 (ru) 2010-12-10
JP2012521419A (ja) 2012-09-13
MY151234A (en) 2014-04-30
SG174913A1 (en) 2011-11-28
KR101594848B1 (ko) 2016-02-17
EA019057B1 (ru) 2013-12-30
US9494038B2 (en) 2016-11-15
US20120020841A1 (en) 2012-01-26
BRPI0924744B1 (pt) 2020-10-06
EP2412430A1 (en) 2012-02-01
KR20110130510A (ko) 2011-12-05
RU2009110240A (ru) 2010-01-20
JP5631969B2 (ja) 2014-11-26
CN102427875B (zh) 2015-09-23
EA201171157A1 (ru) 2012-03-30
UA100630C2 (ru) 2013-01-10
EP2412430A4 (en) 2015-07-22
CA2766338A1 (en) 2010-09-30
CA2766338C (en) 2016-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2405622C2 (ru) Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов
CA2956253C (en) Process and rotary machine type reactor
CA2323141C (en) Method for producing lower olefins, reactor for pyrolysis of hydrocarbons and device for quenching pyrolysis gas
US9234140B2 (en) Process and rotary machine type reactor
CN113015575B (zh) 用于实施化学反应的旋转装置
US3175361A (en) Turbojet engine and its operation
EP4247917A1 (en) Rotary feedstock processing apparatus with an axially adjustable rotor
US20230407192A1 (en) Suppression of coke formation in hydrocarbon processing equipment
EA046100B1 (ru) Ротационное устройство для проведения химических реакций
US20230204046A1 (en) Rotary device for inputting thermal energy into fluids
RU2116523C1 (ru) Высокоэкономичный способ промышленного получения гелия
US20190127295A1 (en) Scalable And Robust Burner/Combustor And Reactor Configuration
RU2193919C2 (ru) Устройство для проведения химических реакций в газовой фазе
Plumley et al. 4785622 Integrated coal gasification plant and combined cycle system with air bleed and steam injection
MXPA00008414A (en) Method for producing lower olefins, reactor for the pyrolysis of hydrocarbons and device for quenching pyrolysis gases
CZ20003073A3 (cs) Způsob výroby nízkomolekulárních olefínů, reaktor pro pyrolýzu uhlovodíků a zařízení pro chlazení krakovaného plynu

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980159352.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09842387

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2766338

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012501954

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13259345

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 7664/DELNP/2011

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: a201112313

Country of ref document: UA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009842387

Country of ref document: EP

Ref document number: 201171157

Country of ref document: EA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117025148

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: PI0924744

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: PI0924744

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20110923