CN101259396B - 装填颗粒催化材料的装置及装填方法 - Google Patents
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Abstract
用于将颗粒催化材料装填到反应器筒中的装置包括能绕其轴线在顺时针与递时针方向旋转运动的轴向轴并具有安装在其下端垂直于轴线的水平分配轴，该水平分配轴的长度能够变化，柔性中空的催化剂供给软管安装到该水平分配轴的一端延伸到反应器空间中，该柔性催化剂供给软管的另一端能使反应器筒外的催化剂颗粒进入。本发明还涉及装填颗粒催化材料到反应器筒中的方法。
Description
技术领域
本发明有关在反应器筒中装填颗粒材料的方法及装置。更具体地，本发明涉及到将颗粒催化材料装填到精炼厂中使用的筒状反应器的反应筒中。
背景技术
将颗粒催化材料装填到到筒状反应器中通常使用保护套方法来完成。使用这一方法，以催化剂颗粒充填细长的、由柔性塑料制成的保护套状的构件并借助于保护套安装于其上的线下降到反应器筒中。在到达反应器底部时，抖动该线，因此打开保护套并释放颗粒到反应器中。
当使用这一方法时，反应器不稳定和不均匀的装填由于被过早的保护套打开的颗粒挤压或者形成颗粒跨接导致空腔。空腔形成是不希望的，因为它导致反应器中不均匀的温度分布和压力降的变化。通过打击或锤击反应器筒的侧面造成反应器壁振动可以部分地去除空腔。但是，这一方法是费工和费时的。
美国专利No.5247970介绍一种方法，以便使用具有对于线横向布置的一串柔性阻尼器刷的形式的线以装填颗粒材料到垂直筒中。首先将具有阻尼器刷的线下降到垂直筒中，然后将颗粒倾倒到该筒中。据说如果在充填工作中稍微抖动该线就可获得快速、均匀和可重复的充填，而且随着筒被充填同时逐渐提起该线。
但是，这一方法有几个缺点。颗粒从刷子到筒底的充填距离不能控制，同时颗粒也可能楔在刷子与筒壁之间使得装置在筒中不能移动。刷子从线到筒壁的径向距离必需对应于筒直径，这就意味着每个特定的筒要求其自身的带刷子的线。
通过以下将显而易见的本发明的方法和装置解决上述缺点及其它相关的不同方法。
发明内容
本发明的目的是提供用于在反应器筒中充填颗粒催化材料的装填方法与装置，以确保装填的催化剂床的均匀密度分布和该催化剂床的平坦和水平的上表面。
另一个目的是提供装填方法，该方法是高度自动化并因此降低人为错误的可能性以及反应器筒重复装填的危险。
还是本发明的一个目的是提供一种装置，从而获得跨越反应器床的均匀压力降和均匀的流动导致催化剂的均匀利用。
通过本发明实现上述目的，该发明提供装填颗粒催化剂材料到反应器筒中的方法，该方法包括：
(a)提供能与水平分配轴一起顺时针和逆时针旋转的轴向轴的下端；
(b)安装柔性中空的催化剂供给软管到水平分配轴的末端延伸到反应器的空间中，柔性催化剂供给软管的另一端可以从反应器筒外让催化剂颗粒进入；
(c)经过催化剂供给软管上端将颗粒催化剂材料引入到反应器筒中；
(d)通过在顺时针方向或逆时针方向旋转轴向轴同时交替地缩短水平分配轴在反应器筒中分布颗粒催化剂材料；
(e)此后缩短轴向轴并重复步骤(d)直到反应器筒已装填催化剂的需要量。
本发明还提供在上述装填方法中有用的装填装置，该装置包括能绕其轴线在顺时针与逆时针方向旋转运动的轴向轴，并且垂直于轴线在其下端安装一水平分配轴，该水平分配轴的长度可以变化，柔性中空的催化剂供给软管的一端安装到水平分配轴的端部延伸到反应器空间中，柔性中空的催化剂供给软管的另一端可以从反应器筒的外面使催化剂颗料进入。
附图说明
图1表示根据本发明的反应器筒中的装填装置。
图2表示表示装填装置的一个实施例。
图3表示水平分配轴的一个实施例。
图4表示通过反应器筒的横剖面。
图5表示催化剂供给软管的一个实施例。
图6表示料斗安装到装填装置的细部。
图7表示延长管安装到短管的点的放大视图。
图8表示经过催化剂供给软管当安装到料斗时的水平剖面。
具体实施方式
根据本发明的装填装置包括处于反应器筒中的轴向轴，该轴向轴在其下端支撑垂直于轴向轴放置的水平分配轴用于分配颗粒催化材料。
该水平分配轴可以在轴向并叠以便能使装填装置进入到反应器中。
经反应器筒入口插入的柔性催化剂供给软管在一端安装到水平分配轴。催化剂供给软管的另一端引到包容催化剂颗粒的料斗。该料斗位于反应器筒的外面。催化剂供给软管能将催化剂颗粒从料斗传递到水平分配轴以便在反应器筒中分布以形成催化床。
催化剂供给软管是中空的柔性管子，在其两端敞开并从端到端纵向地切开以沿其整个长度提供窄缝。它在性质上是可弯曲的。与软管柔性特性组合的窄缝的存在在装填过程与之后有助于软管的运动和逐渐去除。要避免去除过程切割部分离开软管并因此能够逐渐地缩短软管而没有其断裂。料斗中的催化剂颗粒进入催化剂供给软管并经它输送到水平分配轴用于分布以形成催化床。
在分配的过程当中轴向轴处于固定位置。水平分配轴在一端固定到轴向轴的一端同时它能够例如借助于齿轮绕轴向轴旋转。该水平分配轴相对的一端安装到催化剂供给软管的敞开端。水平分配轴的长度可以变化以提供跨越要形成的催化床的要求表面面积的催化剂颗粒的分布。一开始在催化剂装填之前，该水平分配轴是处在其对应位置的最大长度，从而催化剂颗粒的装填一开始发生在反应器筒的周边。
每次缩短水平分配轴的长度它就在垂直于轴线的方向旋转例如360度以便从反应器筒的周边分配催化剂颗粒到反应器筒的中心。在每次转满360度之后水平分配轴的旋转反向以便提供跨越催化床的催化剂颗粒的均匀分布。因此该水平分配轴是在顺时针与逆时针旋转之间交替。
重复此过程直到水平分配轴处在其最短的长度。当安装到催化剂供给软管的水平分配轴的一端与轴向轴之间的距离是处于其最大值时获得最短的长度。于是由催化剂颗粒的均匀层覆盖催化床的表面。
然后通过缩短它向上移动该轴向轴以便适应要形成的催化床。也缩短催化剂供给软管。于是以相同的状态继续催化剂颗粒的分布。当分布开始时水平分配轴一开始处于其最短长度。逐渐地增加水平分配轴的长度到其如前述分配过程中交替顺时针与逆时针旋转的最大长度。
为了提供催化剂颗粒从料斗经软管到水平分配轴的平滑通道缩短催化剂供给软管。当缩短软管时通过从一端到一端沿其整个长度纵向地切开软管得到的催化剂供给软管中的窄缝提供一个优点。在装填过程中通过拉动安装到料斗的软管的一端缩短催化剂供给软管。因而在纵向窄缝处柔性催化剂供给软管敞开并能够从料斗剥离同时催化剂颗粒的装填继续。因此避免去除过程中由切割损坏催化剂供给软管，同时能再利用该软管。
在本发明的一个实施例中，由一个柔性材料例如塑料，诸如聚氯乙稀、PVC的套包围催化剂供给软管。这就防止任何散逸的催化剂颗粒经纵向窄缝脱离催化剂供给软管。
该催化剂供给软管可以是任何形式的柔性性质的软管。优选是任何形式的橡胶软管例如柔性卷。卸料橡胶软管也适合。催化剂供给软管在其轴向设置窄缝，该窄缝在其向反应器筒充填催化剂颗粒过程中有助于其定位。该窄缝允许软管敞开并在打开之后再关闭，因此增加该软管的柔性性质。
该催化剂供给软管可以沿其表面具有肋或槽或者它可以具有光滑的表面。肋或槽的存在提供在催化剂颗粒上的额外附着力。
该催化剂供给软管以下述方式安装到料斗上：可以使催化剂颗粒进入柔性催化剂供给软管的一端由一能在轴向滑动并环绕催化剂供给软管的再定位管子支撑。该催化剂供给软管依次环绕一短管，同时一覆盖管环绕并安装到再定位管与该短管上，从而保持此二管彼此相对在适当位置上。该覆盖管能够滑动以与再定位管的滑动协调。
在本发明的一个优选实施例中，该轴向轴包括若干分开的轴向轴段。该轴向轴段可以是相同尺寸并装配以构成一长的轴向轴，该轴可以插入到反应器筒中如管状重整装置。这就允许在分布之前轴向轴容易装配和容易拆卸以及随着催化床高度的增加缩短轴向轴。
可以用任何已知的技术方法通过例如将一轴段拧入另一轴段装配分开的轴段。可以使用附加的管子包围形成的接头以防止轴段的松脱，万一其螺纹松开。
在本发明的一个优选实施例中，水平分配轴包括至少一水平轴段。该水平轴段可以具有相同的长度并装配以构成一长的水平轴，在其一端安装到轴向轴的底端。因此可以使水平轴的长度适应不同直径的反应器筒。
在本发明的另一实施例中，该水平分配轴包括二或多个水平轴段，在该处每个轴段具有比前一轴段较小的半径。因此每个轴段以套筒的方式配合到或缩进到前一轴段中，因而允许通过使用气压或液压方法将一轴段逐渐插入另一轴段将水平分配轴在长度上即在半径上增加和减少。当将装填装置放入反应器筒中或将它从反应器筒取走时此实施例是方便的由于该水平轴段能够被伸长或缩短成更紧凑的形式以允许在半径上的变化。这也提供从反应器容易取出。
可以通过计算机系统从反应器外面控制装填系统。可以通过在水平分配轴上安装摄像机跟踪装填过程。
使用根据本发明的方法，消除从过高的高度下落的催化剂颗粒的挤压的危险。
在装填过程中需要的人为因素是最小同时可以进行连续装填。
通过该方法得到高度均匀的装填密度和平坦的以及水平的催化剂床表面。
还得到均匀的压力降并因此经过催化剂床的均匀流动。结果是均匀利用催化剂和较长的催化剂寿命。
本发明的催化剂装填装置适合于在化学工业中用于反应器的装填，同时特别适用于在精炼反应器中装填，在该处进行存在气体如氮气的装填。例如这可以是加氢脱硫过程反应器的装填以处理石油。因此在反应器筒中不需存在控制器。
图1表示放置在反应器筒1中的根据本发明的装填装置以装填颗粒的催化剂材料。轴向轴2在筒的轴向放置在反应器筒1中。通过结合部分11安装到轴向2的下端3的是水平分配轴4用以分布催化剂颗粒。催化剂供给软管5经过反应器筒入口8被插入并在一开放端处固定到水平分配轴4，该软管的另一上开放端经反应器入口8延伸。
通过固定装置6将轴向轴2保持在反应器筒1中的适当位置。固定装置6允许轴向轴2在轴向上下运动并防止在水平方向的运动。
催化剂颗粒在其反应器筒外面的开放端进入并经过催化剂供给软管5输送到水平分配轴4用以分布在催化剂板7上以形成催化床。
在分布过程中轴向轴2绕其轴线旋转并使分配轴4在相同方向转动。在转动360度之后改变旋转方向同时缩短水平分配轴的长度。这样在催化剂颗粒从其周边到其中心分布在催化剂板7上。
图2表示装填装置的一个实施例，其中轴向轴2包括若干分开的轴向轴段9。轴向轴段9如需要可以是相同尺寸并可装配以构成一长的轴向轴2，该轴可以插入到反应器中。轴向轴2具有对应于反应器筒长度的最终长度。
可以选择地，在柱13上的记录单元12可安装在结合部分11处以获得装填过程的照片或影像。
图3表示水平分配轴的一个实施例，其中水平分配轴4包括至少一个水平轴段14。如果需要该水平轴段14在长度上可以相等并可装配以构成在一端处安装到轴向轴2的下端3的长的水平轴4。可以使用在技术上已知的装配水平轴段14的任何方法。在此实施例中，水平轴段14在任一端设置互锁零件15。
图4表示经过反应器筒1的横剖面。在此例中水平分配轴4的旋转方向表示成顺时针方向。此处的水平分配轴4不是伸缩型的。表示水平分配轴4的二端。一端16安装到催化剂供给软管以在此端分布催化剂颗粒。另一端16a延伸到对着端部16的反应器空间中。因此水平分配轴4能在向后与向前的方向移动，从而分别缩小和增加其在反应器筒中的半径。
图5表示催化剂供给软管的一个实施例。在此实施例中催化剂供给软管5具有若干圆周地定位的槽或肋17。催化剂软管5在其轴向有窄缝。此纵向窄缝30沿催化剂供给软管5的全长延伸。
图6表示一实施例，其中包容催化剂24的料斗18安装到催化剂供给软管5。料斗18设置料斗出口管25，经过该管25催化剂颗料24被输送到催化剂供给软管5以输送到反应器筒。短管19通过延伸管26在接头20处固定到料斗出口管25。该短管19定位成以其轴线平行于催化剂供给软管5的轴线同时它在延伸管26的以上或以下在安装点27处延伸。
柔性催化剂供给软管5借助于窄缝30(未表示)可以被打开同时此后绕短管19在延伸管26以上和以下闭合或合拢。由于催化剂供给软管5的柔性特性以及窄缝30的存在，催化剂供给软管5在延伸管26的区域中打开同时或者在其轴向围绕短管19闭合或合拢。催化剂供给软管5的一端引入到反应器筒1的入口同时在安装点27以上到延伸管26的催化剂供给软管5的相对的一端通过再定位管21和第一覆盖管22保持在适当位置。
再定位管21包围催化剂供给软管5，同时催化剂供给软管5依次包围短管19。再定位管21能够滑动，从而改变在轴向的位置。此滑动能使再定位管21部分地或完全地搭接短管19。
覆盖管22环绕并安装到再定位管21和短管19二者上，从而保持此二管彼此相对在适当位置。覆盖管22也能滑动，此滑动与再定位管21的滑动协调。
也起到覆盖管(未表示)功能的套能呈现包围催化剂供给软管5(主要在从短管19安装到延伸管24的结合点27到反应器筒1的入口或到水平分配轴4的区域中)。当催化剂供给软管5没有肋或槽时此实施例特别有用，由于它防止颗料催化材料经窄缝30丢失。该套例如可由塑料如PVC制成。
切割装置23例如刀片可以固定在适当位置便于切割从而在结束使用之后去除套。该切割装置23例如可以定位在延伸管26安装到短管19的结合点27处。
图7和8表示当存在套28时延伸管26安装到短管19的结合点的放大视图。在图7中，以短管19中的圆形开口29表示延伸管24安装到短管19的结合点27。图8表示延伸管26以下的水平部分。短管19被具有窄缝30的催化剂供给管5包围。包围催化剂供给软管是套28。
Claims (10)
1.用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，包括能够绕其轴线在顺时针和逆时针方向旋转运动的轴向轴(2)并在其下端(3)垂直轴线安装一水平分配轴(4)，所述水平分配轴(4)的长度可以变化，柔性中空的催化剂供给软管(5)的一端被安装到水平分配轴(4)的一端延伸到反应器空间中，柔性中空的催化剂供给软管(5)的另一端能使反应器筒外的颗粒催化材料(24)进入。
2.根据权利要求1的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中水平分配轴(4)包括若干从轴向轴延伸逐渐减小半径的水平轴段(14)，较小半径的每个水平轴段能够缩进前一较大半径的水平轴段中。
3.根据权利要求1的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中水平分配轴(4)包括若干端对端结合的水平轴段(14)以构成轴(4)。
4.根据权利要求1的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中柔性中空的催化剂供给软管(5)具有圆周向定位的肋或槽(17)。
5.根据权利要求1或4的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中柔性中空的催化剂供给软管(5)由套(28)包围。
6.根据权利要求1的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中柔性中空的催化剂供给软管(5)是纵向地从端到端被切开的以提供沿其全长的窄缝(30)。
7.根据权利要求6的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中能使颗粒催化材料(24)可进入的柔性中空的催化剂供给软管(5)的一端由能在轴向滑动的再定位管(21)支撑并包围柔性中空的催化剂供给软管(5)，该柔性中空的催化剂供给软管(5)包围短管(19)而覆盖管(22)包围并被安装到再定位管(21)与短管(19)二者上，从而保持此二管彼此相对的适当位置，该覆盖管(22)能够滑动，此滑动与再定位管(21)的滑动协同。
8.根据权利要求7的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置，其中再定位管(21)部分地搭接短管(19)，而柔性中空的催化剂供给软管(5)处于再定位管(21)与短管(19)之间。
9.将颗粒催化材料(24)装填到反应器筒(1)中的方法，包括：
(a)提供轴向轴(2)的下端，该轴能与水平分配轴(4)一起顺时针和逆时针旋转；
(b)将柔性中空的催化剂供给软管(5)安装到延伸到反应器空间中的水平分配轴(4)的末端，柔性中空的催化剂供给软管(5)的另一端能从反应器筒的外面使颗粒催化材料(24)进入；
(c)经过柔性中空的催化剂供给软管(5)的上开口端将颗粒催化材料(24)引入到反应器筒(1)中；
(d)通过在顺时针或逆时针方向旋转轴向轴(2)同时交替地缩短水平分配轴(4)将颗粒催化材料(24)分布在反应器筒(1)中；
(e)此后缩短轴向轴(2)并重复步骤(d)直到需要的颗粒催化材料(24)的量已经装填反应器筒(1)。
10.使用根据权利要求1的用以装填颗粒催化材料到反应器筒(1)中的装置以将颗粒催化材料(24)装填到反应器筒(1)中以便精炼处理的方法。
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