CN101405214B - 装填催化剂的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

防止催化剂颗粒破损且将该催化剂均匀地填入到管中至最佳密度的方法及装置。一种装填工具包括多个减震器元件，其几乎在每个元件的情况下都以至少一个径向从管的中线伸出，该元件具有小于管内径的直径。例如，一个实施方式中，该减震器元件定型为“Z-状”构造，其每个对于相邻的上或下减震器元件具有不同的转动取向。该Z构造可以是沿着中心元件水平设置或者可以由单个刚硬的元件以整体形式垂直地形成。另一实施方式中，该减震器形成为沿管的长度而增加或减小直径的螺旋形或螺线形状。

Description

装填催化剂的方法及装置
技术领域
本发明的实施方式通常涉及将颗粒材料填入管中的方法及装置。更具体而言，本发明的实施方式通常涉及将催化剂填入一段转化炉的管中的方法及装置。
背景技术
诸如在生产氨、氢气及甲醇中使用的一段转化炉(primary reformer furnace)通常利用几十到几百个装有催化剂颗粒的换热管。这些管必须最初就装有催化剂，并且必须周期性地用新的催化剂替换用过的催化剂。如果催化剂颗粒在填入管中时太快或者非均一地被导入，将很容易在催化剂充填中形成空穴。此外，催化剂颗粒如果在填入管中时自由落体太长距离则可能破裂或压碎。空穴或压碎的催化剂产生局部密度变化以及小于最佳的催化剂密度。局部密度变化因管的不同而不同并且造成管中压降的变化。这导致多管反应器中气体分布的反常并在反应器操作时造成管的不均匀温度分布。管中产生的热及机械应力可以降低其使用寿命。为了减少空穴，可以利用诸如轻打(tap)或振荡管上部的方法来振荡该管。然而，这是费力的并且延缓了填充操作。另外，轻打或振荡可以使管受到额外的机械应力。如果在填充时发生催化剂颗粒的过分压碎或破裂，唯一的补救方法是从管中取出所有催化剂并适当地重新填充该催化剂。这增加了大量劳动并且导致昂贵催化剂的损失。
减小密度变化的一种方法利用由诸如软塑料的材料制成的短套(sock)或套样(sock-like)的元件，其最初就被装有催化剂。该催化剂可以由制造商以已经在套中的方式来供货。当填充管时，将装有催化剂的套固定到一线上并且朝向每个管的底部降下。通过急拉(jerk)该线，该套在其底部被打开，催化剂以最低限度的自由落体流入管中。然而，这一方法有若干缺点。用此方法填充一个管通常需要许多套从而使得该方法很费力。有时，套将过早地打开，使得催化剂颗粒下落很长距离并在它们撞击管底时达到足以压碎或破裂的因重力产生的速度。如果该套在催化剂颗粒间含有空穴，那么通常将在套被倒空时在管中形成相应的空穴。结果是，必须使管受到轻打或振荡以保证管中相当均匀的气体分布。
实现良好且均匀地将催化剂封装入管中的另一方法包括将水装入管中然后倒入催化剂。然而，这一方法需要随后彻底除去水。除水以及随后必需的干燥花费很长时间。此外，所用的水需要特殊处理，因而增加时间和成本。
RD专利申请RD-253040-A描述了一种用催化剂填充管的方法，该方法通过利用一包括缓慢转动的配置的输送器(transporter)将该催化剂加入管的上部。催化剂从容器中通过导管被运输，导管中有带有斜向/横向螺旋桨翼部或刷子的杆。然后将催化剂颗粒运输倒催化剂管的上端部并平滑地落入管中。然而，必须缓慢加入颗粒以便得到管的均匀填充。此外，尤其是在填充操作的第一部分时催化剂降落一明显的长度从而允许催化剂在下落时被压碎或破坏。因此，颗粒可能在管的垂直长度中不均匀地封装并且填充时间可以很长。
因此，需要这样的催化剂装填工具，其制造是经济有效的并且易于构造以适应特定反应器的具体装填需求。还需要允许均匀地填充反应器管而不破坏催化剂颗粒的催化剂装填工具。
发明内容
本发明的实施方式通常涉及防止催化剂颗粒破损且将催化剂均匀地填入管中至最佳密度的方法及装置。该装填工具包括多个减震器元件，其几乎在每个元件的情况下都以至少一个径向从管的中线伸出，所述元件具有小于管内径的直径。例如，一个实施方式中，该减震器元件定型为“Z-状”构造，其每个对于相邻的上或下减震器元件具有不同的转动取向。该Z构造可以是沿着中心元件水平设置或者可以由单个刚硬的(stiffened)元件以整体形式垂直地形成。另一实施方式中，该减震器形成为沿管的长度而增加或减小直径的螺旋形(spiral)或螺线(helical)形状。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种将固体颗粒分布到管中的装填工具，包括：一中心元件；和沿中心元件放置的多个基本上相同的减震器元件，每个减震器元件包括至少两个刚性且相反的臂，所述臂在至少两个相反方向以基本上90度从中心元件向外伸出并且每个减震器元件与相邻的减震器元件的转动不同，其中每个所述臂还包括一个从其远端以高达90度的角伸出的横臂。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种将固体颗粒分布到管中的方法，包括：将装填工具定位于管的内部，所述装填工具具有一中心元件和多个与所述中心元件相连的基本上相同的减震器元件，其中每个减震器元件包括至少两个刚性臂，其在至少两个相反方向以基本上90度从中心元件向外伸出，并且每个减震器元件与相邻减震器元件的转动不同，其中所述每个臂还包括一个从其远端以高达90度的角伸出的横臂；将固体颗粒填充到管中，其中所述固体颗粒接触多个减震器元件中的至少一些；和从管中取出所述装填工具。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种将颗粒填充到管中的装填工具，包括：一刚硬的中心元件；和多个从所述刚硬的元件形成的螺旋形，每个螺旋形具有与其相邻的螺旋形不同的外径，并且所述装填工具具有基本上与所述管的中线共轴的中线，其中所述多个螺旋形沿着所述多个螺旋形的长度上的方向增加直径且然后减小直径。
根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种将固体颗粒分布到管中的方法，包括：将装填工具定位于管的内部，所述装填工具具有一中心元件和多个从所述中心元件形成的直径不同的螺旋形，所述螺旋形用于提供覆盖所述管的不同直径部分；将固体颗粒填充到管中，其中所述固体颗粒接触多个螺旋形中的至少一些；在用固体颗粒填充所述管时，从管中取出所述装填工具；和利用感应器将中心元件的第二部分与中心元件的第一部分的位置相联系；其中所述中心元件的第二部分位于所述中心元件的最低末端，所述中心元件的第一部分位于所述中心元件的上部。
根据本发明的第五个方面，本发明提供了一种插入催化剂管中以促进用团粒装填该管的装填装置，包括：一整体元件，从管的上端朝下端在纵轴方向垂直延伸，所述整体元件形成重复形状，其每个重复形状包括一整体的中线且每个重复形状具有径向的尺寸，所述径向尺寸与相邻形状的转动不同，其中所述重复形状是以“Z”形形成的，所述整体元件在纵向的延伸通过Z的平行部分间的一个Z的相互连接部分。
附图说明
为了可以更详细地理解本发明上述提及的特征的方式，参考实施方式可获得上面简述的本发明的更具体的说明，其中一些在附图中说明。然而，应注意的是附图仅仅说明了本发明的典型实施方式并因此不被认为是限制其范围，因为本发明可允许为其它等效实施方式。
图1示出相对于填充管水平形成的减震器元件的一个实施方式。
图2示出沿中心元件设置的图1的减震器。
图3是在一个管中的图2的实施方式的俯视图。
图4是示出在要填入颗粒的装填管中的图2工具的截面图。
图5是该工具的另一实施方式的俯视图，其中所述减震器是螺旋形。
图6是示出在要填入团粒的管中的螺旋形减震器的侧视图。
图7是本发明的另一实施方式的俯视图，其中所述减震器元件被垂直设置并且相对于彼此转动。
图8是示出在填入团粒的管中的图7的实施方式的侧视图。
具体实施方式
本发明是随着催化剂填充过程而被使用，其中借助于装填工具将催化剂的团粒置于管中。所述装填工具包括减震器，其由诸如线等的材料以该减震器的至少一部分是基本上横向的并且轴向设置的方式形成重复形状以提供沿管的纵向长度的基本上周向覆盖。该减震器元件间的距离可以基本上相等或可以不同。多个减震器元件降低颗粒的下落速度并且使颗粒由直线向下的路径变换方向下落。
在图1-4所示的实施方式中，减震器10沿着中心元件30以水平方式被设置。每个减震器是对称的形状并且包括中心部分12和臂15，该臂从与中心元件30的纵轴相垂直的单个平面中的中心部分12的每边向外伸出。在示出的实施方式中，横臂(cross arm)20以小于90度的角度从每个臂15的端部伸出。如图2和4所示，该减震器10沿着中心元件30以每个减震器与相邻减震器进行不同转动的方式设置并且从而该臂15和横臂20伸入到在该中心元件30和管60的内壁55之间形成的环形区域65。转动差别的结果在图3是显而易见的。尽管在减震器10和壁55之间没有接触，但臂向外伸出足够远以致团粒70向管60的底部的自由落体被臂15，20所阻断。根据操作者的职责和需要，臂15可以以90度的角度从中心元件向外伸出并且同样地横臂20可以以90度的角度从臂伸出。图4说明了使用中的装填工具。所述工具以与该工具和管内壁55之间的环形空间共轴的方式落入管60中。此后，团粒70降落到管60中并且随着它们朝管底下落而接触各个减震器。所述工具或者可以在团粒接近工具底部时在管中保持静止，在此时该工具可以周期性地被升高直到管被填满，或者该工具可以随着管的填充而被逐渐且连续地向上拉。该两种方法中任一种可以通过适当的机械装置来手工地或自动地完成。
图5和6示出装填工具150的另一实施方式。如所示，组成该工具的减震器105由多个螺旋形或螺线形元件组成，每个元件具有比相邻螺形稍大或稍小的外径并且全部优选地由相同的线或刚硬的元件形成。图5是俯视图，示出减震器105的螺旋形如何基本上覆盖管的内部以阻止被装填到管中的团粒的自由落体。参考图6，可以理解，例如，螺旋形106的直径比其上的螺旋形107的直径大，但是比下一个更低的螺旋形108的直径小。在图6所示的实施方式中，螺旋形沿着工具的第一纵向长度增加直径然后沿着第二长度减小直径。以此方式，该装填工具具有一致的中心线并且由其处形成的刚硬的元件可以在形成另一组减震器之前横贯管的一部分。在每种情况下，每个减震器的外径和管60的内壁55之间留有环形区域。将减震器元件定型并且沿着线的长度对螺旋形的长度、硬度、数量及轴向间距等的改变可适合于将要被填入管的材料及管的尺寸。因为减震器相对便宜且可以被轻易调节，所以可以实现这些改变。如图6所示，多个减震器可以沿着管的长度被使用并且它们之间的距离可以变化。
图7和8所示的另一实施方式中，装填工具的每个减震器200以部分“Z”的形状形成并且每个以相对于其上及其下的减震器转动固定且又不同的方式相连。每个Z形包括上部水平腿210，对角连接腿215和下部水平腿220。上部腿210和下部腿220被缩短并且在中点221连接至下个Z的腿以致相对于管60的纵轴保持减震器的恒定中心线。由于整体的设计，减震器200可以由硬质材料形成并且以其保持相互不同的转动且共享同一中心线的方式形成。
图7是将出现在管60的一种配置的俯视图。以Z-形减震器200实质上覆盖管内部的整个径向区域(只可见每个Z形的上部腿200)来设置该减震器。图7的实施方式中，减震器200每个从其上的减震器逆时针转动30度并且标记它们每个与水平的相对角度。结果是图8的侧视图中示出的阶梯式表现，其中两个完整的工具A，B相连以形成一个提供管60的长度的更长的工具。
除了图7和8的钟式的(clocked)设置以外，该形状可以在顺时针和逆时针之间交替转动。通过以此方式的“钟式”形状，使得团粒70不可能在管60中下落很远而不撞击减震器。换言之，沿管中任何直的垂直路径的减震器之间的垂直距离因该设计而被最小化。例如，第一Z可以从其上的Z顺时针转动30度。然后第一Z下面的第二Z可以从第一Z逆时针转动30度。该配置产生装填工具，其中各种Z的腿更可能沿着管60以更加相等的间隔接触下落的团粒。
由于减震器元件不在任何特定的轴向位置占用管的横截面的主要部分，所以它们可以是刚性或软性的并且还允许颗粒下落。首先可以在两个方向上轴向地移动或急拉该装填工具，并且随着管被填充而逐渐从管中拉出该装填工具，或者可以在加入预定量的催化剂时保持该装填工具静止，然后在催化剂填充顺序中从管中向上拉。当从管中取出该装填工具，其可以在沿其长度的弱化位置断裂成截面。因此，要在管外被处理的装填工具的量被限于该弱化部分之间的长度。颗粒可以通过漏斗被倒入管中，该漏斗在完成填充后被卸下。然而，可以通过本领域已知的其它方法将颗粒加入管中。尽管示出的实施例包括“Z”形，应理解减震器可以是沿着中心元件基本上相同的各种形状。例如，该形状可以是几何学上对称的或均一不对称的，并且可以提供平衡的、有限的环形覆盖，该环形形成于管的中线和管壁之间。
对中心元件的最低末端的高度的周期性调节可以手工进行。这通过在中心元件的最低末端接触催化剂界面时，身体上感觉该线元件从拉伸到松弛的改变而完成，类似于受力(weighted)的鱼线接触水体底部的感觉。本发明的一个实施方式中，周期性调节还可以通过在中心元件的最低末端加入感应元件来辅助。该感应元件可以与中心元件的顶部联通以提供与催化剂界面相接触的视觉或听觉指示。
通过本发明的实施方式，公开了新型、可重复的且快速填充的方法。该方法对于颗粒是温和的从而避免在填充操作时压碎颗粒。还获得了管的均匀填充并因此避免了装有催化剂的管在操作时的不均匀温度分布这一结果。此外，获得了管中的均匀颗粒密度而不用使颗粒受到轻打/振荡，而该轻打/振荡是费时的且破坏该管。结果是，由于管不需要被轻打而在填充时也节省了时间。该方法是简单、经济有效的，并且可以快速且容易地改变。此外，其只在很小程度上取决于填充过程中谁是特定的操作者。另外，避免了与将颗粒填充到套中相关的误差。还获得了关于用于颗粒的封装以及输送形式的很大自由度。
尽管前述针对于本发明的实施方式，可设计本发明的其它以及进一步的实施方式而不背离其基本范围，并且发明的范围由下述权利要求所确定。

Claims (8)

1.一种将固体颗粒分布到管中的装填工具，包括：
一中心元件；和
沿中心元件放置的多个基本上相同的减震器元件，每个减震器元件包括至少两个刚性且相反的臂，所述臂在至少两个相反方向以基本上90度从中心元件向外伸出并且每个减震器元件与相邻的减震器元件的转动不同，其中每个所述臂还包括一个从其远端以高达90度的角伸出的横臂。
2.一种将固体颗粒分布到管中的方法，包括：
将装填工具定位于管的内部，所述装填工具具有一中心元件和多个与所述中心元件相连的基本上相同的减震器元件，其中每个减震器元件包括至少两个刚性臂，其在至少两个相反方向以基本上90度从中心元件向外伸出，并且每个减震器元件与相邻减震器元件的转动不同，其中每个所述臂还包括一个从其远端以高达90度的角伸出的横臂；
将固体颗粒填充到管中，其中所述固体颗粒接触多个减震器元件中的至少一些；和
从管中取出所述装填工具。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在用固体颗粒填充管时将所述装填工具移动。
4.一种将颗粒填充到管中的装填工具，包括：
一刚硬的中心元件；和
多个从所述刚硬的元件形成的螺旋形，每个螺旋形具有与其相邻的螺旋形不同的外径，并且所述装填工具具有基本上与所述管的中线共轴的中线，其中所述多个螺旋形沿着所述多个螺旋形的长度上的方向增加直径且然后减小直径。
5.根据权利要求4所述的装填工具，其中大量的所述多个螺旋形由刚硬的元件形成并且被刚硬的元件相连，大量的所述多个螺旋形在所述管的上端和下端之间延伸。
6.一种将固体颗粒分布到管中的方法，包括：
将装填工具定位于管的内部，所述装填工具具有一中心元件和多个从所述中心元件形成的直径不同的螺旋形，所述螺旋形用于提供覆盖所述管的不同直径部分；
将固体颗粒填充到管中，其中所述固体颗粒接触多个螺旋形中的至少一些；
在用固体颗粒填充所述管时，从管中取出所述装填工具；和
利用感应器将中心元件的第二部分与中心元件的第一部分的位置相联系；
其中所述中心元件的第二部分位于所述中心元件的最低末端，所述中心元件的第一部分位于所述中心元件的上部。
7.一种插入催化剂管中以促进用团粒装填该管的装填装置，包括：
一整体元件，从管的上端朝下端在纵轴方向垂直延伸，所述整体元件形成重复形状，其每个重复形状包括一整体的中线且每个重复形状具有径向的尺寸，所述径向尺寸与相邻形状的转动不同，其中所述重复形状是以“Z”形形成的，所述整体元件在纵向的延伸是通过Z的平行部分间的一个Z的相互连接部分。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述重复形状由单个、刚硬的元件形成。
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