[发明专利]用于裂化工艺流体中的碳氢化合物的涡轮机化学反应器及方法

权利要求书

1.一种用于裂化工艺流体中的碳氢化合物的化学反应器，所述化学反应器包括：

壳体，所述壳体具有壳体入口、壳体出口以及环形壳体通道，所述环形壳体通道限定从所述壳体入口至所述壳体出口的单方向的轴向流动路径，以用于在所述轴向流动路径中容纳工艺流体和裂化所述工艺流体中的碳氢化合物；

旋转轴，所述旋转轴位于所述壳体中并由所述环形壳体通道包围并且用于联接至轴旋转动力源，所述旋转轴限定轴中心轴线，所述轴中心轴线在所述壳体中处于固定取向并且与所述旋转轴的旋转轴线相一致；

第一轴向推进叶轮和第二轴向推进叶轮，所述第一轴向推进叶轮和所述第二轴向推进叶轮共同地在所述环形壳体通道内绕所述旋转轴安装，并且与在所述壳体入口与所述壳体出口之间流动的工艺流体流体连通，所述第一轴向推进叶轮和所述第二轴向推进叶轮彼此轴向地间隔开，其中，所述第一轴向推进叶轮的后缘面对所述第二轴向推进叶轮的前缘；

一排固定的转斗机叶，所述一排固定的转斗机叶插置在所述第一轴向推进叶轮与所述第二轴向推进叶轮之间，用于将从所述第一轴向推进叶轮的后缘排放的工艺流体流平行于所述第二轴向推进叶轮的前缘而对准；

每个叶轮包括具有沿所述旋转轴的所述轴中心轴线轴向地延伸的轴向长度的叶轮轮毂、从所述叶轮轮毂向外突出的一排的多个叶轮叶片，所述叶轮叶片中的每个叶轮叶片分别具有面对所述壳体入口的前缘、面对所述壳体出口的后缘、在所述叶轮轮毂的远端的与所述环形壳体通道成相对的间隔的关系的叶片梢部、以及在所述叶轮叶片的所述叶片梢部与所述叶轮叶片的前缘和后缘之间的相对的凹形叶片侧壁和凸形叶片侧壁；

所述叶轮叶片构造成当所述旋转轴旋转时使所述工艺流体的流相对于所述轴中心轴线切向地从所述叶轮叶片的前缘处的第一切向方向转变至所述叶轮叶片的后缘处的相反的切向方向，并且将能量赋予所述工艺流体中以将所述工艺流体从所述叶轮叶片的相应的后缘以大于1马赫的速度排放；

静态环形扩散器，所述静态环形扩散器位于所述环形壳体通道中并且定向在所述第二轴向推进叶轮与所述壳体出口之间，所述静态环形扩散器具有跨越所述环形壳体通道的一排的多个径向定向的周向间隔的扩散器通道；

所述扩散器通道中的每个通道具有面对所述第二轴向推进叶轮的第一轴向端部、以及面对所述壳体出口的第二轴向端部，每个扩散器通道的局部横截面从所述每个扩散器通道的第一轴向端部增大至所述每个扩散器通道的第二轴向端部；

所述扩散器通道构造成使从所述叶轮叶片排出的流动通过所述扩散器通道的工艺流体减速到小于1马赫的速度，并在将所述工艺流体从所述壳体出口排放之前在所述扩散器通道内于所述工艺流体中产生冲击波，并充分升高所述冲击波的下游的所述工艺流体的温度以裂化所述工艺流体中的碳氢化合物；以及

位于所述环形壳体通道中的周向间隔的转向机叶，所述转向机叶定向在所述静态环形扩散器与所述壳体出口之间，相应的所述转向机叶具有面对所述静态环形扩散器的前缘和面对所述壳体出口的后缘，相对的成对的转向机叶在所述成对的转向机叶之间限定转向机叶喉部，每个转向机叶喉部的局部横截面从所述每个转向机叶喉部的相应的一对相对的转向机叶前缘减小至所述每个转向机叶喉部的相应的一对相对的转向机叶后缘。

2.根据权利要求1所述的化学反应器，其中，相应的周向间隔的所述扩散器通道限定在所述环形壳体通道的罩壁与螺旋形扩散器机叶之间，所述扩散器机叶具有由轮毂壁分离的相对的径向向外导向的机叶侧壁；相应的所述扩散器通道的局部横截面通过相对的相邻的机叶之间的机叶喉部宽度和从所述轮毂壁至所述环形壳体通道的所述罩壁的机叶喉部高度限定，相应的扩散器通道喉部宽度和/或扩散器通道喉部高度中的任一者或两者从所述扩散器通道的所述第一轴向端部增大至所述第二轴向端部。

3.根据权利要求1所述的化学反应器，还包括在所述第二轴向推进叶轮的轴向下游的工艺流体骤冷区域，用于将冷却剂流体引入所述工艺流体中，以稳定所述工艺流体的温度；或用于将防结垢流体引入所述工艺流体中，以抑制在所述扩散器通道内结垢。

4.根据权利要求1所述的化学反应器，其中，每个轴向推进叶轮包括整体式的叶轮轮毂和叶轮叶片。