CN102249098A - 转化炉反应管催化剂装填机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转化炉反应管催化剂装填机，包括安置于支撑架上的料斗和安置于支撑座上的竖直导向管，料斗顶部设有进口、下部侧面设有出口；料斗的出口与导向管连通，导向管下部外接转化炉反应管；支撑架上固定有与料斗底面连接的振动器；料斗下部具有倾向料斗出口的斜板，斜板的低端与料斗出口下边缘平齐；导向管上方设有升降装置，导向管内设有吊索、及一组沿吊索轴向间隔设置的缓冲器，各缓冲器经吊索与升降装置相连；各缓冲器表面由柔性材料制成；导向管内还设有一组分别沿各缓冲器周向设置的柔性缓冲墙，各缓冲墙固定在相应缓冲器上、并与相应缓冲器之间留有空隙。本发明可有效提高催化剂装填密度和均匀度，并降低催化剂破碎率。

Description

转化炉反应管催化剂装填机

技术领域

本发明涉及一种装填机，尤其是一种转化炉反应管催化剂装填机。

背景技术

目前，世界各国工业对氢气的需求量日益增长，针对不同规模的需求量，可采用不同方法获取氢气。对于最小规模(在100Nm³/h以下)，可以采用电解法制取氢气，或者购买市售瓶装氢气；对于食品、电子和医药等，它们需氢量规模小、且为间歇式需求，则可采用氨/甲醇分解转化制取氢气；对于大型炼油厂和化肥厂、合成氨厂、甲醇厂、制氢厂、氧气厂、CO厂和还原气厂等，它们需要大规模的氢气量，必须通过制氢装置获得，而这种制氢装置通常是采用蒸汽转化工艺的转化炉。

转化炉的工作效率和反应管寿命取决于其反应管内催化剂装填的均匀程度和结实程度，因此催化剂在转化炉反应管内的堆放形式是极其重要的。如果催化剂颗粒变形，形成楔形堆积，或者形成拱形、桥形结构时，就会在催化剂颗粒间形成无效空隙。基于催化剂颗粒的形状，上述结构一旦出现，就会变成极为稳固的结构构架，导致空隙很难消除。

在无效空隙处是没有催化剂的，原料气/蒸汽的混合气体在此处就不能发生充分的反应(该反应为吸热反应)，而这也就意味着，此处将无法按照设计的传热速率吸收热能。如果无效空隙位于反应管管壁附近，那么该处管壁外侧的热能就无法被吸收，从而造成此处管壁过热形成“热点区域”。由于反应管正常工作温度与其材料的冶金极限极为接近，即便是一般的过热现象(可能仅仅升高10-20℃)都将极大地缩短转化炉反应管的工作寿命。如果无效空隙位于催化剂填充结构内部，虽然不至于导致管壁过热，但是会影响管壁至反应管中轴线间的温度梯度，并导致催化剂局部过热；当转化炉在较低的水碳比(蒸汽/碳比率)工况下运行时，此处会发生碳沉积，即“结碳”现象，而这部分催化剂也会因此失去活性，最终使反应管内出现“热带”，进而影响转化炉工作效率和反应管寿命。

转化炉所用的催化剂非常娇贵，当催化剂颗粒从1米以上的高度自由降落时，它们很容易受到物理损害。由于转化炉反应管高度通常在10-13米左右，因此绝不能简单地采用从转化炉反应管顶部直接下落的方式填装催化剂。

在现有的装填方法中，曾经使用最广泛、同时也是最简单的是袜袋式填装法。先将装填在又细又长的的袜袋里，每个袜袋直径须比反应管内径小15mm左右，且每个袜袋里都要装填同一预定量的催化剂；装填完毕后，从其顶部折叠起来，再通过结一个绳结，或者穿过一个“活绳扣”，把一个强度较大的细杆子或者绳索系到袜袋的另一端；然后把袜袋的折叠一端续入到反应管内，并让它尽量落入反应管最深处，接着用力狠拽一下细杆子或者绳索，打开袜袋底部，此时催化剂就会从袜袋转移到反应管内，最后把袜袋抽出来，完成装填。这种方法对装填工人的熟练程度要求高，不正确操作会产生催化剂下落高度不一、或提前下落从而造成破碎、上下密度不均匀等问题；此外，在装填过程中，需要不断用锤子敲击反应管或者用振动装置振动反应管，尽量把催化剂装填紧密，避免形成无效空隙，直至管内催化剂填装到预定高度。但是，敲击或振动会对反应管造成一定损伤，会导致反应管长期运行后顶部开裂，因此，这种方法已经趋于淘汰。

经检索发现，申请号为94113082.7的中国发明专利公开了一种均匀装填催化剂管的方法和设备，其方法包括通过两个或多个分流步骤将进料流和每个得到的分流分成至少两股流，以若干颗粒流量和速度基本相等的分流将催化剂颗粒的进料流引入管板上；其设备包括许多彼此间隔的水平板，每个板上开有若干等尺寸且相隔一定距离和间距的孔，以便这些孔在相邻板上的垂直投影不与该板上的孔同心，随后板中孔的数量至少增加一个孔，从而催化剂颗粒的入流通过这些孔划分成增加数量的分流。但是该设备仅仅专注于以分流实现均匀装填，并没有提供防止催化剂破裂的任何措施。

申请号为200410078601.0的中国发明专利申请公开了一种装填催化剂的方法，该方法包括：在反应管内插入一种链式物质，使得链式物质的低端位置高于催化剂层的上端；以及在固定床多管反应器的反应管内装填催化剂。虽然该专利指出链式物质可以降低催化剂的下落速率，但事实上该链式物质的主要作用是分割空间、形成催化剂下落轨道，并不能实现有效缓冲作用，也不能起到均匀填装的作用。

申请号为200480023666.3的中国发明专利公开了一种用催化剂颗粒装填内径小于或等于50mm的立管的方法，包括将填充辅助装置引入立管，其中填充辅助装置包括柔性伸长体，并且柔性伸长体的横截面与立管横截面之比为0.003-0.08；以及将催化剂颗粒引入立管。该方法引入的柔性伸长体主要起分割空间、形成催化剂下落轨道的作用，同样不能实现有效缓冲作用，也不能起到均匀填装的作用。

申请号为200780009292.3的中国发明专利申请公开了一种将固体颗粒分布到管中的装填工具，包括中心元件，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，该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。由于该工具减震器伸出的是臂形部件，只能对落至臂形部件上的催化剂起到减震作用，那些没有落至臂形部件上的催化剂会继续下落，直至遇到某减震器的臂形部件或者直接落至管底，因此，该工具并不能对所有催化剂进行减震，无法起到完全保护作用。

申请号为200710196071.3的中国发明专利申请公开了一种装填颗粒催化材料的装置及装填方法，其装置内设有直径小于催化剂反应管内径、并带有内螺旋轨道的装填软管，其关键是要以预定速度把催化剂颗粒加入到装填软管内。但是，该装置的装填软管是逐节连接而成，长期使用容易脱落；此外，其螺旋轨道的作用就是增加催化剂的运行距离，催化剂下落仍然近似于匀加速运动，缓冲减速作用有限，因此催化剂颗粒最终并非以低速装入反应管，很难避免催化剂破碎。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种可以使催化剂低速均匀填装的转化炉反应管催化剂装填机。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：一种转化炉反应管催化剂装填机，包括安置于支撑架上的料斗和安置于支撑座上的竖直导向管，所述料斗顶部设有进口、下部侧面设有出口；所述料斗的出口与导向管连通，所述导向管下部外接转化炉反应管；其特征是，所述支撑架上固定有与料斗底面连接的振动器；所述料斗下部具有倾向料斗出口的斜板，所述斜板的低端与料斗出口下边缘平齐；所述导向管上方设有升降装置，所述导向管内设有吊索、及一组沿吊索轴向间隔设置的缓冲器，所述各缓冲器经吊索与升降装置相连；所述各缓冲器表面由柔性材料制成；所述导向管内还设有一组分别沿各缓冲器周向设置的柔性缓冲墙，所述各缓冲墙固定在相应缓冲器上、并与相应缓冲器之间留有空隙。

本发明采用可随振动器上下振动的活动式料斗，在料斗底部的斜板配合下可将催化剂源源不断地由出口送出、并防止催化剂在出口处堵塞，从而控制催化剂均匀下料，且下料速率由振动器振动幅度决定、可以按需调节，这些都是实现均匀装填效果的先决条件；导向管内吊索上的一组柔性缓冲器及柔性缓冲墙可以形成多级缓冲(其中，缓冲器与缓冲墙之间的空隙可供催化剂颗粒通过)，能有效降低催化剂下落速率，并使催化剂以足够低的速率均匀填入转化炉反应管，是实现均匀装填效果的进一步保障；升降装置用于提升吊索及缓冲器，使缓冲器与催化剂床顶面保持一定距离，避免缓冲器被催化剂掩埋，进一步确保催化剂的均匀装填。同时，采用上述结构可以防止催化剂颗粒破碎，从而降低催化剂颗粒的破碎率。

使用时，先将导向管与相应反应管相接、并将两者中心对齐，再将导向管内的吊索连同缓冲器和缓冲墙下降至反应管中合适高度，使最低端缓冲器与反应管底部保持一定距离；然后将催化剂颗粒从进口装入料斗，同时，料斗在振动器作用下上下振动，催化剂随料斗振动运动至出口、并进入导向管；在缓冲器及缓冲墙的层层缓冲下，催化剂低速落入反应管内催化剂床表面；装填过程中，升降装置在主控电路控制下匀速或间歇提升吊索，使最低端缓冲器与反应管内催化剂床顶面始终保持一定距离，直至装填结束。

本发明进一步完善的技术方案如下：

1、所述各缓冲器呈喇叭形状，所述各缓冲器远离升降装置的部分的横截面面积大于靠近升降装置的部分的横截面面积；所述各缓冲器与吊索同轴固定连接，所述各缓冲器的侧面向该缓冲器中轴线对称凹陷成曲面。

采用上述结构的缓冲器可以显著提高缓冲效果，还能避免催化剂在缓冲器表面积聚，可进一步提高催化剂的装填效果。

2、所述各缓冲器表面还具有一组与该缓冲器同轴的环状凸起、或一组沿该缓冲器径向分布的带状凸起、或一组粒状凸起。

该结构可以进一步降低物料下落速率，均具有显著的减速效果。

3、所述各缓冲墙比相应缓冲器的顶面和底面分别高出至少20mm。采用该结构，可对下落的催化剂起到更好的缓冲作用。

4、所述各缓冲器分别沿径向向外延伸出一组榫边，所述各缓冲墙与相应缓冲器的榫边固定连接；所述缓冲墙截面呈正多边形或圆环。

研究表明，采用该结构可以显著提高缓冲效果。

5、所述各缓冲器尺寸相同；所述各缓冲器上部最小直径为0.4-1.0mm、下部最大直径是反应管直径的0.3-0.6倍，所述各缓冲器下边缘与相应缓冲墙内侧的距离为所装填催化剂颗粒直径的1.5-3.5倍。采用该尺寸的缓冲器，可以实现更好的均匀填装效果。

6、所述各缓冲器等间隔分布；所述各缓冲器底面与相邻下方缓冲器顶面的距离为1.0-2.0m。

采用该结构，逐级减速效果最优，可实现更好的均匀填装效果。

7、所述吊索直径为5-20mm。

经研究发现，该直径范围的吊索对催化剂颗粒有减速效果。

8、所述料斗出口经下料软管与导向管连通；所述料斗出口外侧设有闸板。

下料软管可对催化剂起到保护作用，闸板用于控制催化剂放行，从而进一步保证均匀装填。

9、所述斜板与料斗底面的夹角为5-25°；所述斜板靠近料斗出口的部分具有筛孔，所述筛孔孔径为3-6mm；所述斜板下方设有集尘抽屉。

采用该结构可将催化剂颗粒中的粉尘或破碎的催化剂颗粒筛除，并且筛除效率高，可进一步降低催化剂床中催化剂颗粒的破碎率、降低反应管内催化剂床中无效组分的含量，并进一步保证均匀填装效果。

本发明结构简单，设计巧妙，易于搬运和拆装，操作简单；可将催化剂颗粒低速均匀装填于反应管内，装填效果好、效率高，可有效提高催化剂颗粒的装填密度和均匀度，并降低催化剂颗粒在装填过程中的破碎率；还可避免将催化剂中的粉尘和破碎的催化剂颗粒装入反应管。采用本发明的结构后，可以确保反应管中催化剂床具有优良的装填效果，达到优化转化炉反应管工作性能和延长使用寿命的目的。

附图说明

图1为本发明实施例装填机的结构示意图。

图2为图1实施例缓冲器和缓冲墙的俯视示意图，A为多边形缓冲墙，B为环形缓冲墙。

图3为图1实施例斜板的示意图。

图4为图1实施例缓冲器的立体示意图。

图5为图1实施例缓冲器的俯视图，A为具有环状凸起，B为具有带状凸起，C为具有粒状凸起。

图6为图1实施例在反应管内填装的实施示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

本实施例的转化炉反应管催化剂装填机基本结构如图1-6所示，包括安置于支撑架1上的料斗2(本实施例料斗为长方体，也可选择圆柱体、球体、不规则体等其它形状)；支撑架1上固定有振动器12(可为电动或气动振动装置)，振动器12与料斗2底面连接，可使料斗2上下振动。

料斗2顶部设有进口21、下部侧面设有出口22；料斗出口22外侧设有闸板28；料斗2下部具有倾向料斗出口22的斜板23，斜板23的低端与料斗出口22下边缘平齐；斜板23与料斗2底面之间的夹角为5-25°(优选10-20°，更优选15°)；斜板23靠近料斗出口22的部分具有筛孔231；筛孔231的孔径为3-6mm，具体孔径可根据需要而定；斜板23下方设有集尘抽屉26。调整振动器12的振动幅度可以控制下料速度：振动幅度大下料快，振动幅度小下料慢；此外，振动器12可以防止物料堵塞出口22导致下料不畅。

还包括安置于支撑座4上的竖直导向管3，料斗出口22经下料软管27与导向管3连通，导向管3上方设有升降装置32，导向管3内设有吊索31、及一组沿吊索31轴向间隔设置的缓冲器33，各缓冲器33经吊索31与升降装置32相连；导向管3内还设有一组分别沿各缓冲器33周向设置的柔性缓冲墙34，各缓冲墙34固定在相应缓冲器33上、并与相应缓冲器33之间留有空隙；导向管3下部外接转化炉反应管；吊索31直径为5-20mm。

需要说明的是，升降装置32采用现有装置，比如本实施例采用控制电机321控制卷筒322卷动经定滑轮323传来的吊索31，以此实现升降吊索的功能；也可以采用其它装置，如手动控制的定滑轮等，只要能实现升降吊索的功能即可。

各缓冲器33表面由柔性材料(如柔性塑料、柔性橡胶等现有柔性材料)制成；各缓冲器33分别沿径向向外延伸出一组榫边331，各缓冲墙34与相应缓冲器33的榫边331固定连接(可采用榫卯连接、卡槽连接、螺栓连接等现有连接方式)。

各缓冲器33呈喇叭形状，各缓冲器33远离升降装置32的部分的横截面面积大于靠近升降装置32的部分的横截面面积；各缓冲器33与吊索31同轴固定连接，各缓冲器33的侧面向该缓冲器中轴线对称凹陷成曲面。各缓冲器33表面还具有一组与该缓冲器同轴的环状凸起331、或一组沿该缓冲器径向分布的带状凸起332、或一组粒状凸起333。

各缓冲器33尺寸相同；各缓冲器33上部最小直径为0.4-1.0mm、下部最大直径是反应管直径的0.3-0.6倍，各缓冲器33下边缘与相应缓冲墙34内侧的距离为所装填催化剂颗粒直径的1.5-3.5倍。各缓冲器33等间隔分布；各缓冲器底面与相邻下方缓冲器顶面的距离为1.0-2.0m。

需要说明的是，缓冲器33可以采用表面由柔性材料制成、其余部分由刚性材料制成的结构，也可以采用表面和其余部件均由柔性材料制成的结构。

各缓冲墙34比相应缓冲器33的顶面和底面分别高出至少20mm。缓冲墙34截面呈正多边形或圆环。

缓冲器33、榫边331、缓冲墙34共同围成供催化剂颗粒通过的空间和路径，可以起到缓冲作用。

试验表明，采用本实施例结构后，经过缓冲的催化剂颗粒最终会以低于2米/秒的速率降落至催化剂床表面。

此外，本实施例缓冲器下部中空，多个缓冲器可以方便地叠合到一起，不用拆下来；缓冲墙可以从缓冲器上拆下，方便缓冲器叠合。

本实施例尤其适用于70-160mm管径的转化炉反应管催化剂的机械装填。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种转化炉反应管催化剂装填机，包括安置于支撑架上的料斗和安置于支撑座上的竖直导向管，所述料斗顶部设有进口、下部侧面设有出口；所述料斗的出口与导向管连通，所述导向管下部外接转化炉反应管；其特征是，所述支撑架上固定有与料斗底面连接的振动器；所述料斗下部具有倾向料斗出口的斜板，所述斜板的低端与料斗出口下边缘平齐；所述导向管上方设有升降装置，所述导向管内设有吊索、及一组沿吊索轴向间隔设置的缓冲器，所述各缓冲器经吊索与升降装置相连；所述各缓冲器表面由柔性材料制成；所述导向管内还设有一组分别沿各缓冲器周向设置的柔性缓冲墙，所述各缓冲墙固定在相应缓冲器上、并与相应缓冲器之间留有空隙。

2.根据权利要求1所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述各缓冲器呈喇叭形状，所述各缓冲器远离升降装置的部分的横截面面积大于靠近升降装置的部分的横截面面积；所述各缓冲器与吊索同轴固定连接，所述各缓冲器的侧面向该缓冲器中轴线对称凹陷成曲面。

3.根据权利要求2所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述各缓冲器表面还具有一组与该缓冲器同轴的环状凸起、或一组沿该缓冲器径向分布的带状凸起、或一组粒状凸起。

4.根据权利要求3所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述各缓冲墙比相应缓冲器的顶面和底面分别高出至少20mm。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述各缓冲器分别沿径向向外延伸出一组榫边，所述各缓冲墙与相应缓冲器的榫边固定连接；所述缓冲墙截面呈正多边形或圆环。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述各缓冲器尺寸相同；所述各缓冲器上部最小直径为0.4-1.0mm、下部最大直径是反应管直径的0.3-0.6倍，所述各缓冲器下边缘与相应缓冲墙内侧的距离为所装填催化剂颗粒直径的1.5-3.5倍。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述各缓冲器等间隔分布；所述各缓冲器底面与相邻下方缓冲器顶面的距离为1.0-2.0m。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述吊索直径为5-20mm。

9.根据权利要求1至4中任意一项所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述料斗出口经下料软管与导向管连通；所述料斗出口外侧设有闸板。

10.根据权利要求1至4中任意一项所述的转化炉反应管催化剂装填机，其特征是，所述斜板与料斗底面的夹角为5-25°；所述斜板靠近料斗出口的部分具有筛孔，所述筛孔孔径为3-6mm；所述斜板下方设有集尘抽屉。

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