用于烴轉(zhuǎn)化的反應(yīng)泵和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于烴類(lèi)的轉(zhuǎn)化的反應(yīng)栗和系統(tǒng)，具體而言，本發(fā)明涉及一種具有收容在反應(yīng)室中的混合和加熱元件的反應(yīng)栗，其適于在超過(guò)通常稱(chēng)為低溫轉(zhuǎn)化的從大約250°C至大約360°C的溫度下于轉(zhuǎn)化烴類(lèi)時(shí)使用。
【背景技術(shù)】
[0002]在低壓和介于250°C和400°C之間的溫度下使用催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)烴鏈的斷裂的各種方法是已知的。
[0003]鑒于相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，這些方法與在更低的溫度和壓力水平下操作的熱解不同，其大多基于在19世紀(jì)80年代由University of Tubingen的Dr.Ernst Bayer教授開(kāi)發(fā)的原理并且已知為所謂的低壓熱轉(zhuǎn)化過(guò)程(NTK=Nieder-Temperatur-Konvertierung)。該低壓熱轉(zhuǎn)化過(guò)程描述于歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP-A-O 052 334 (Ernst Bayer)中。
[0004]所要求保護(hù)的過(guò)程由有機(jī)材料進(jìn)料生產(chǎn)燃料，這些進(jìn)料通常以在介于250 °C和400°C之間的溫度下的排除空氣的液體、顆?；蚍勰┑男问教峁?，借此由于反應(yīng)而逸出的新興氣體和蒸氣被引導(dǎo)通過(guò)凝結(jié)器而被液化并且被收集在產(chǎn)品罐中。
[0005]維持轉(zhuǎn)化溫度，直至氣體和蒸氣的產(chǎn)生基本上已經(jīng)停止。
[0006]固體轉(zhuǎn)化殘留物在該反應(yīng)中被分離。該方法使用了從外部加熱的反應(yīng)器以及在介于250°C和400°C之間的轉(zhuǎn)化溫度下被混入到材料中的催化劑。
[0007]將這些基本原理轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)可行的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的嘗試導(dǎo)致了關(guān)于技術(shù)實(shí)施方式的不同途徑。在各種實(shí)施方式中，在有限的時(shí)間周期之內(nèi)，高比例的烴鏈能夠被分開(kāi)并且被轉(zhuǎn)化成液體燃料，無(wú)論是通過(guò)外部加熱器，還是通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)芯，如加熱反應(yīng)室。然而，已知的方法都無(wú)法顧及適合于在工業(yè)規(guī)模上經(jīng)濟(jì)可行的操作的任何成本效益計(jì)算。
現(xiàn)有技術(shù)
[0008]DE-A1-10 2009 012 486 (Koch)中描述的方法公開(kāi)了如何通過(guò)在各種栗和混合器中(以及在混合器室中)的工藝流體或液體的機(jī)械摩擦來(lái)獲得必要的熱量。這種布置的目的在于克服在外部加熱的容器壁的內(nèi)側(cè)上的維護(hù)密集型焦化(maintenance-1ntensivecoking)。
[0009]采用所描述的類(lèi)型的混合器室并且使用該方法的試驗(yàn)已經(jīng)表明，幾種技術(shù)實(shí)施方式仍然不適合于在工業(yè)規(guī)模上經(jīng)濟(jì)可行的操作。
[0010]美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US-A-2007/0131585 (Koch)公開(kāi)了用于由在分離固體和產(chǎn)品餾分的油循環(huán)回路中的含烴殘留物生產(chǎn)柴油的方法的系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高速混合器室并且使用結(jié)晶催化劑，其包括:硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸鈣和和硅酸鋁鎂。能量輸入和轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在該尚速混合器室中。
[0011]然而，這些系統(tǒng)的缺點(diǎn)始終在于高速混合器室的耐久性，其葉輪軸軸承僅獲得30個(gè)至250個(gè)小時(shí)的使用壽命。顯然，在大約30個(gè)小時(shí)的前一種情況下，這是不切實(shí)際的或者不可行的。另外，泄漏以及在殼體和葉輪軸之間的密封件的氣密性尚未得到可靠的控制。
[0012]出于這些原因，并且由于用于工廠(chǎng)投產(chǎn)和停工的成本以及高速混合器室位于不容易接近的位置的事實(shí)，該類(lèi)型的熱催化轉(zhuǎn)化方法的經(jīng)濟(jì)可行的實(shí)施方式尚未得到實(shí)現(xiàn)。
[0013]W0-A2-2010/063248 (Koch)描述了用于在兩個(gè)階段中催化轉(zhuǎn)化含烴殘留物的方法和裝置。在120°C至200°C下的第一階段中，通過(guò)發(fā)電機(jī)的廢熱進(jìn)行加熱，以便將固體輸入材料轉(zhuǎn)化成反應(yīng)漿料。在第二階段中，通過(guò)一個(gè)(或多個(gè))高速混合器室將漿料轉(zhuǎn)化成中間餾分，該高速混合器室具有如下設(shè)計(jì)，即基于液環(huán)真空栗原理，但是配備有液壓墊片。
[0014]由于該過(guò)程的性質(zhì)，在該烴轉(zhuǎn)化過(guò)程中使用液環(huán)真空栗原理導(dǎo)致了成倍增加的物理應(yīng)力，因?yàn)橐后w、固體、磨蝕性催化劑和酸調(diào)節(jié)劑在高溫下被移動(dòng)(而不是在環(huán)境溫度下的空氣和氣體)。
[0015]以前構(gòu)建的混合設(shè)備的預(yù)期壽命是極其有限的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)都不能夠避免磨蝕性工藝流體或液體進(jìn)入軸軸承。已有測(cè)試表明，針對(duì)該過(guò)程而采用作為標(biāo)準(zhǔn)被組裝在液體和氣流區(qū)域之內(nèi)的軸軸承改良的這種反應(yīng)栗的壽命為從30個(gè)小時(shí)至最多250個(gè)小時(shí)的任何時(shí)長(zhǎng)。
[0016]另外，測(cè)試尚未證實(shí)如下假設(shè)，即工藝液體的較高的油含量將確保軸軸承至少充足的潤(rùn)滑。過(guò)度磨損的原因始終在于存在硅酸鋁和過(guò)程中必要的其他催化劑，以及基于石灰的酸度調(diào)節(jié)劑。二者都被確定為對(duì)于軸承具有較高的磨蝕性和較高的損壞性。以前描述的采用液壓密封件(離心密封件)來(lái)隔離軸軸承和工藝流體或液體區(qū)域的嘗試減少了穿過(guò)該軸承的流體的量，但是未能防止。
[0017]采用位于工藝液體流范圍之內(nèi)的軸軸承的任何布置，不可避免地進(jìn)入軸承的所運(yùn)輸?shù)墓腆w顆粒都會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑問(wèn)題。特別地，催化組分和酸度調(diào)節(jié)添加劑導(dǎo)致軸承的快速損壞。另外，(不可避免地連同用于烴轉(zhuǎn)化進(jìn)料的原料一起被引入的)灰塵、沙子和更小的石塊的進(jìn)入也導(dǎo)致軸承的損壞。
[0018]該系統(tǒng)的另一個(gè)要求始終在于確?？諝獠粫?huì)泄漏到系統(tǒng)中或者不會(huì)參與到過(guò)程中；否則就無(wú)法實(shí)現(xiàn)催化用于催化轉(zhuǎn)化過(guò)程的所希望的厭氧條件。
[0019]本發(fā)明的目的在于解決這些問(wèn)題，并且尋求為已知的設(shè)備和方法提供改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種用于烴的熱轉(zhuǎn)化的反應(yīng)栗，其包括:殼體；反應(yīng)室，其被所述殼體包圍，用于收容烴工藝流體或液體反應(yīng)物；混合元件，其在使用中被設(shè)置在所述反應(yīng)室之內(nèi)，用于將能量傳遞至所述流體反應(yīng)物，所述混合元件被耦接至可旋轉(zhuǎn)軸；至少一個(gè)軸承，其接收所述軸，(所述或每一個(gè))軸承被設(shè)置在所述反應(yīng)室之外；阻擋裝置，其被設(shè)置在所述反應(yīng)室和所述至少一個(gè)軸承之間，用于使所述反應(yīng)物與所述至少一個(gè)軸承流體分離，其中，所述阻擋裝置包括密封保護(hù)室，其被設(shè)置在所述反應(yīng)室和所述至少一個(gè)軸承之間，其中所述密封保護(hù)室包含液體，其與所述反應(yīng)室流體連通。
[0021]因此，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)之一在于阻擋裝置為軸承提供了保護(hù)而使其免受反應(yīng)室中的反應(yīng)物之害，允許了比以前考慮的示例耐用得多的反應(yīng)栗，同時(shí)也確保了氣密的或接近氣密的密封。特別是在穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，油不會(huì)回流通過(guò)由阻擋裝置包圍的體積。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成剪切力的混合元件來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱，并因此實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物的加熱。另一個(gè)好處在于在反應(yīng)栗的反應(yīng)室中實(shí)現(xiàn)的湍流有助于維持部件和葉輪的清潔并且擺脫反應(yīng)產(chǎn)品的積聚。
[0022]密封保護(hù)室的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其包含與反應(yīng)室流體連通的液體，并因此提供了將來(lái)自于反應(yīng)栗之外的液體催化劑直接引入到反應(yīng)室中的便利。
[0023]理想地，反應(yīng)栗適合于在介于260°C和360°C之間的溫度范圍之內(nèi)處理漿料。
[0024]為了將軸密封在殼體上，以前提出的設(shè)備已經(jīng)配備有填料密封件。然而，在該溫度狀況下，由于因熱膨脹和收縮而引起泄漏，使用填料密封件來(lái)密封軸是不切實(shí)際的。為了發(fā)揮正常的功能，填料密封件需要被調(diào)節(jié)為對(duì)于用于潤(rùn)滑的液體的泄漏具有一定的耐受性。當(dāng)環(huán)境條件超過(guò)300°C時(shí)，漏油一旦進(jìn)入大氣中就瞬間蒸發(fā)。由于自發(fā)燃燒的危險(xiǎn)以及蒸氣對(duì)健康構(gòu)成的危害，因此這是危險(xiǎn)的。因此，當(dāng)需要厭氧條件時(shí)，填料密封件不能密封支承低壓反應(yīng)器的現(xiàn)有技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)軸。本發(fā)明克服了該缺點(diǎn)，這借助于一種獨(dú)特的組合，即提供在反應(yīng)室之外的一套或多套軸承，以及被設(shè)置在反應(yīng)室和至少一個(gè)軸承之間，并且因此使反應(yīng)物與至少一個(gè)軸承流體分離，并且實(shí)際上隔離催化劑和反應(yīng)物與軸承的阻擋裝置。
[0025]當(dāng)前，滑環(huán)密封件優(yōu)選用于在更高的溫度下操作的設(shè)備。對(duì)于超過(guò)大約270°C的溫度而言，滑環(huán)密封件不得不裝備有金屬波紋管(bellows)，以便補(bǔ)償軸向軸延伸。為了最佳的密封效果，金屬波紋管不得不位于工藝液體一側(cè)，與受壓的工藝液體接觸。然而，金屬波紋管至多只能夠用于一定粘度的工藝流體或液體。如果粘度超過(guò)該限度和/或工藝漿料中存在高比例的碎肩和固體，則金屬波紋管將被堵塞，無(wú)法正常工作，并最終失效。
[0026]在上述過(guò)程中，處理過(guò)的流體的粘度和在漿料中被移動(dòng)的固體的量?jī)烧叨枷喈?dāng)高，并且不可能使用金屬波紋管滑環(huán)密封件。在本發(fā)明中，由于密封軸承的布置以及在密封軸承、密封件和反應(yīng)室之間的阻擋裝置的存在，也避免了現(xiàn)有技術(shù)體系中與金屬波紋管相關(guān)的上述問(wèn)題。
[0027]在一個(gè)優(yōu)選的布置中，反應(yīng)栗具有軸承，其位于反應(yīng)室之外。一個(gè)或多個(gè)軸承被提供，但是理想地，至少兩套或三套軸承確保了反應(yīng)室中的混合元件的平穩(wěn)運(yùn)行。
[0028]理想地，密封保護(hù)室包括入口和出口通道，用于循環(huán)該密封保護(hù)室中的液體。
[0029]更優(yōu)選地，密封保護(hù)室包含液體。單獨(dú)的、獨(dú)立的潤(rùn)滑劑和/或冷卻劑回路可以被提供給該密封保護(hù)室。
[0030]優(yōu)選地，阻擋裝置是在軸承和反應(yīng)室之間的密封保護(hù)室。在一個(gè)替代性布置中，阻擋裝置是流體環(huán)密封件。
[0031]可選地，增壓器(如受壓流體的栗或供給器)被提供以改變密封保護(hù)室內(nèi)的液體壓力。這實(shí)現(xiàn)了液體的輕微過(guò)壓，并因此確保了不會(huì)發(fā)生從反應(yīng)室至密封保護(hù)室的泄漏。
[0032]理想地，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由于相鄰的子室中存在壓力平衡，因此不會(huì)發(fā)生回流。
[0033]其優(yōu)勢(shì)在于磨蝕性催化材料和碎肩不會(huì)從反應(yīng)容器進(jìn)入精密軸承或者進(jìn)入波紋管，否則當(dāng)該布置發(fā)生膨脹和收縮時(shí)，該精密軸承或者波紋管可能會(huì)淤塞并且被損壞。壓力容器或栗可以被利用以執(zhí)行壓力平衡。
[0034]優(yōu)選地，阻擋裝置包括密封保護(hù)室，其被設(shè)置在反應(yīng)室和最接近的軸承之間。當(dāng)幾套軸承被提供時(shí)，該布置被采納，可以理解的是，只有最接近于反應(yīng)室的軸承才需要密封保護(hù)室；剩余的軸承可以以傳統(tǒng)的方式被簡(jiǎn)單地、自由地支承。
[0035]在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施例中，密封保護(hù)室包括入口和出口通道，用于循環(huán)該密封保護(hù)室中的液體。優(yōu)選地，密封保護(hù)室內(nèi)所維持的液體壓力與反應(yīng)室內(nèi)的壓力基本上相同。理想地，阻擋裝置還包括密封設(shè)備。
[0036]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，密封設(shè)備被設(shè)置在密封保護(hù)室和最接近于反應(yīng)室的軸承之間，借此該密封保護(hù)室被配置為維持兩個(gè)流體系統(tǒng)彼此獨(dú)立，即使反應(yīng)物與密封設(shè)備流體分離。