用于烴轉化的反應泵和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于烴類的轉化的反應栗和系統，具體而言，本發明涉及一種具有收容在反應室中的混合和加熱元件的反應栗，其適于在超過通常稱為低溫轉化的從大約250°C至大約360°C的溫度下于轉化烴類時使用。
【背景技術】
[0002]在低壓和介于250°C和400°C之間的溫度下使用催化劑來實現烴鏈的斷裂的各種方法是已知的。
[0003]鑒于相關的化學反應，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80年代由University of Tubingen的Dr.Ernst Bayer教授開發的原理并且已知為所謂的低壓熱轉化過程(NTK=Nieder-Temperatur-Konvertierung)。該低壓熱轉化過程描述于歐洲專利申請EP-A-O 052 334 (Ernst Bayer)中。
[0004]所要求保護的過程由有機材料進料生產燃料，這些進料通常以在介于250 °C和400°C之間的溫度下的排除空氣的液體、顆粒或粉末的形式提供，借此由于反應而逸出的新興氣體和蒸氣被引導通過凝結器而被液化并且被收集在產品罐中。
[0005]維持轉化溫度，直至氣體和蒸氣的產生基本上已經停止。
[0006]固體轉化殘留物在該反應中被分離。該方法使用了從外部加熱的反應器以及在介于250°C和400°C之間的轉化溫度下被混入到材料中的催化劑。
[0007]將這些基本原理轉變為經濟可行的轉化系統的嘗試導致了關于技術實施方式的不同途徑。在各種實施方式中，在有限的時間周期之內，高比例的烴鏈能夠被分開并且被轉化成液體燃料，無論是通過外部加熱器，還是通過機械運動芯，如加熱反應室。然而，已知的方法都無法顧及適合于在工業規模上經濟可行的操作的任何成本效益計算。
現有技術
[0008]DE-A1-10 2009 012 486 (Koch)中描述的方法公開了如何通過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械摩擦來獲得必要的熱量。這種布置的目的在于克服在外部加熱的容器壁的內側上的維護密集型焦化(maintenance-1ntensivecoking)。
[0009]采用所描述的類型的混合器室并且使用該方法的試驗已經表明，幾種技術實施方式仍然不適合于在工業規模上經濟可行的操作。
[0010]美國專利申請US-A-2007/0131585 (Koch)公開了用于由在分離固體和產品餾分的油循環回路中的含烴殘留物生產柴油的方法的系統。該系統利用高速混合器室并且使用結晶催化劑，其包括:硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸鈣和和硅酸鋁鎂。能量輸入和轉化主要發生在該尚速混合器室中。
[0011]然而，這些系統的缺點始終在于高速混合器室的耐久性，其葉輪軸軸承僅獲得30個至250個小時的使用壽命。顯然，在大約30個小時的前一種情況下，這是不切實際的或者不可行的。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，并且由于用于工廠投產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，該類型的熱催化轉化方法的經濟可行的實施方式尚未得到實現。
[0013]W0-A2-2010/063248 (Koch)描述了用于在兩個階段中催化轉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，通過發電機的廢熱進行加熱，以便將固體輸入材料轉化成反應漿料。在第二階段中，通過一個(或多個)高速混合器室將漿料轉化成中間餾分，該高速混合器室具有如下設計，即基于液環真空栗原理，但是配備有液壓墊片。
[0014]由于該過程的性質，在該烴轉化過程中使用液環真空栗原理導致了成倍增加的物理應力，因為液體、固體、磨蝕性催化劑和酸調節劑在高溫下被移動(而不是在環境溫度下的空氣和氣體)。
[0015]以前構建的混合設備的預期壽命是極其有限的，因為設計都不能夠避免磨蝕性工藝流體或液體進入軸軸承。已有測試表明，針對該過程而采用作為標準被組裝在液體和氣流區域之內的軸軸承改良的這種反應栗的壽命為從30個小時至最多250個小時的任何時長。
[0016]另外，測試尚未證實如下假設，即工藝液體的較高的油含量將確保軸軸承至少充足的潤滑。過度磨損的原因始終在于存在硅酸鋁和過程中必要的其他催化劑，以及基于石灰的酸度調節劑。二者都被確定為對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)來隔離軸軸承和工藝流體或液體區域的嘗試減少了穿過該軸承的流體的量，但是未能防止。
[0017]采用位于工藝液體流范圍之內的軸軸承的任何布置，不可避免地進入軸承的所運輸的固體顆粒都會導致潤滑問題。特別地，催化組分和酸度調節添加劑導致軸承的快速損壞。另外，(不可避免地連同用于烴轉化進料的原料一起被引入的)灰塵、沙子和更小的石塊的進入也導致軸承的損壞。
[0018]該系統的另一個要求始終在于確保空氣不會泄漏到系統中或者不會參與到過程中；否則就無法實現催化用于催化轉化過程的所希望的厭氧條件。
[0019]本發明的目的在于解決這些問題，并且尋求為已知的設備和方法提供改進。
【發明內容】
[0020]根據本發明的第一個方面，提供了一種用于烴的熱轉化的反應栗，其包括:殼體；反應室，其被所述殼體包圍，用于收容烴工藝流體或液體反應物；混合元件，其在使用中被設置在所述反應室之內，用于將能量傳遞至所述流體反應物，所述混合元件被耦接至可旋轉軸；至少一個軸承，其接收所述軸，(所述或每一個)軸承被設置在所述反應室之外；阻擋裝置，其被設置在所述反應室和所述至少一個軸承之間，用于使所述反應物與所述至少一個軸承流體分離，其中，所述阻擋裝置包括密封保護室，其被設置在所述反應室和所述至少一個軸承之間，其中所述密封保護室包含液體，其與所述反應室流體連通。
[0021]因此，本發明的優勢之一在于阻擋裝置為軸承提供了保護而使其免受反應室中的反應物之害，允許了比以前考慮的示例耐用得多的反應栗，同時也確保了氣密的或接近氣密的密封。特別是在穩定狀態的情況下，油不會回流通過由阻擋裝置包圍的體積。另一個優勢在于通過將動能轉化成剪切力的混合元件來實現加熱，并因此實現反應物的加熱。另一個好處在于在反應栗的反應室中實現的湍流有助于維持部件和葉輪的清潔并且擺脫反應產品的積聚。
[0022]密封保護室的另一個優勢在于其包含與反應室流體連通的液體，并因此提供了將來自于反應栗之外的液體催化劑直接引入到反應室中的便利。
[0023]理想地，反應栗適合于在介于260°C和360°C之間的溫度范圍之內處理漿料。
[0024]為了將軸密封在殼體上，以前提出的設備已經配備有填料密封件。然而，在該溫度狀況下，由于因熱膨脹和收縮而引起泄漏，使用填料密封件來密封軸是不切實際的。為了發揮正常的功能，填料密封件需要被調節為對于用于潤滑的液體的泄漏具有一定的耐受性。當環境條件超過300°C時，漏油一旦進入大氣中就瞬間蒸發。由于自發燃燒的危險以及蒸氣對健康構成的危害，因此這是危險的。因此，當需要厭氧條件時，填料密封件不能密封支承低壓反應器的現有技術中的旋轉軸。本發明克服了該缺點，這借助于一種獨特的組合，即提供在反應室之外的一套或多套軸承，以及被設置在反應室和至少一個軸承之間，并且因此使反應物與至少一個軸承流體分離，并且實際上隔離催化劑和反應物與軸承的阻擋裝置。
[0025]當前，滑環密封件優選用于在更高的溫度下操作的設備。對于超過大約270°C的溫度而言，滑環密封件不得不裝備有金屬波紋管(bellows)，以便補償軸向軸延伸。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，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，無法正常工作，并最終失效。
[0026]在上述過程中，處理過的流體的粘度和在漿料中被移動的固體的量兩者都相當高，并且不可能使用金屬波紋管滑環密封件。在本發明中，由于密封軸承的布置以及在密封軸承、密封件和反應室之間的阻擋裝置的存在，也避免了現有技術體系中與金屬波紋管相關的上述問題。
[0027]在一個優選的布置中，反應栗具有軸承，其位于反應室之外。一個或多個軸承被提供，但是理想地，至少兩套或三套軸承確保了反應室中的混合元件的平穩運行。
[0028]理想地，密封保護室包括入口和出口通道，用于循環該密封保護室中的液體。
[0029]更優選地，密封保護室包含液體。單獨的、獨立的潤滑劑和/或冷卻劑回路可以被提供給該密封保護室。
[0030]優選地，阻擋裝置是在軸承和反應室之間的密封保護室。在一個替代性布置中，阻擋裝置是流體環密封件。
[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室內的液體壓力。這實現了液體的輕微過壓，并因此確保了不會發生從反應室至密封保護室的泄漏。
[0032]理想地，在穩定狀態下，由于相鄰的子室中存在壓力平衡，因此不會發生回流。
[0033]其優勢在于磨蝕性催化材料和碎肩不會從反應容器進入精密軸承或者進入波紋管，否則當該布置發生膨脹和收縮時，該精密軸承或者波紋管可能會淤塞并且被損壞。壓力容器或栗可以被利用以執行壓力平衡。
[0034]優選地，阻擋裝置包括密封保護室，其被設置在反應室和最接近的軸承之間。當幾套軸承被提供時，該布置被采納，可以理解的是，只有最接近于反應室的軸承才需要密封保護室；剩余的軸承可以以傳統的方式被簡單地、自由地支承。
[0035]在本發明的一個特別優選實施例中，密封保護室包括入口和出口通道，用于循環該密封保護室中的液體。優選地，密封保護室內所維持的液體壓力與反應室內的壓力基本上相同。理想地，阻擋裝置還包括密封設備。
[0036]在本發明的另一個實施例中，密封設備被設置在密封保護室和最接近于反應室的軸承之間，借此該密封保護室被配置為維持兩個流體系統彼此獨立，即使反應物與密封設備流體分離。