CN104334267B - 颗粒材料加载设备 - Google Patents

Abstract

提供了用于将颗粒材料加载至基本竖直管的阵列中的加载托盘，其中，加载托盘包括多个加载托盘元件，每个加载托盘元件包括至少一个加载开口，至少一些加载托盘元件包括至少两个加载开口，加载托盘元件装配起来形成加载开口阵列。

Description

颗粒材料加载设备

技术领域

本发明大体涉及用于将颗粒材料加载至管的阵列中的加载托盘。更具体地，本发明涉及用于将颗粒催化剂加载至催化反应器的反应管中的催化剂加载托盘。在其他方面中，本发明涉及用于组装成加载托盘的加载托盘元件，以及使用催化剂加载托盘将颗粒催化剂加载至催化反应器中的方法。具体地，本发明涉及将催化剂球加载至具有多个竖直对准的平行反应管的催化反应器容器中的设备和方法。

背景技术

化学制品通常通过大型工业催化反应器中的反应以工业规模制造。通常使用的工业催化反应器类型设置有多个竖直布置的平行反应管，其中上述反应管在操作过程中部分或完全填充有催化剂颗粒。化学反应物通过反应管从而与催化剂接触以进行反应。这种反应器通常称为多管反应器。这些类型的反应器是已知的，并在专利公开GB3,223,490以及US6409977中进行了描述。

典型的催化反应器呈柱形，并且直径为2至9米，高度为5至50米。催化反应器通常是设计用于具体化学工艺或场地要求的订制结构，因此各反应器的尺寸可能极大地变化。原则上，这种反应器可具有任何尺寸，尤其可大于或者小于上述典型尺寸，限制条件与物理构造限制和反应要求关联。过去几年尤其在石油化学工业中总的趋势是增大催化反应器尺寸。

反应器通常设置有柱形壳体，该柱形壳体包含大量竖直对准的平行反应管，500至40,000个。反应管具有连结(例如焊接)至上、下管板中的开口的上端部和下端部。管板在柱形壳体中水平延伸，并且通常定位成邻近其端部凸缘。反应器壳体的上、下端部由穹状件封闭，其中该穹状件能够打开以允许访问内部从而在反应管中进行维修和催化剂替换。例如，穹状件可设置有人孔以允许工人访问或者可以是可移除的。因为冷却管延伸通过穹状件而达到反应器芯部，所以通常穹状件是不可移除的或者至少是不便于移除的。这些冷却管可使得移除反应器的穹状件变得复杂或者不可能。

反应管在其端部是敞开的，并且可具有约2cm至15cm的内径。其连结(例如通过焊接)至设置于管板中的开口的图案中。管板中开口的图案和管的数量适于反应器中执行的化学反应以及反应的规模，但通常开口以0.3cm至5cm或更大的优选恒定间距(即一个孔的外周与其相邻孔的外周之间的最短距离)等距隔开。

催化剂颗粒被加载入反应管。催化剂颗粒以各种尺寸和形状提供，通常为球形或柱形，并且具有约1mm至25mm，更通常为2mm至15mm的公称直径。反应管与催化剂球在尺寸上相配，以允许颗粒以受控的方式进入反应管，从而最小化桥接(bridging)的风险。典型地，颗粒具有的最大尺寸是反应管内径的0.1至0.8倍，更通常0.15至0.6倍，更通常0.25至0.4倍。

小心地将加载催化剂颗粒至反应管中对于确保催化剂反应如期望的那样进行非常重要。具体地，需要：实现颗粒在反应管内的正确加载密度；确保每个反应管具有容许范围内的类似充填密度(pack density)；避免桥接，即当两个或更多颗粒在管中彼此抵靠着楔入时的空隙形成会形成错误的基础；将催化剂填充至反应管中正确的水平，即当需要时允许足够的管预留空间；尽可能避免粉尘进入反应管；以及避免由恶劣的填充实现导致催化剂颗粒的粉碎和/或消耗。当将催化剂加载至反应器管中时，最好限制加载孔口，使得催化剂颗粒逐个地进入，主要是因为这降低了桥接的风险。

考虑到这些要求，所以将催化剂加载至催化反应器的大量反应管中耗时且艰难。这导致昂贵的反应器装置的过度故障时间，还导致填充中的可能错误，从而导致劣质的反应和产物。

通常使用的加载方法是模板加载。在这种方法中，提供了大型定制模板。该模板形成了孔网格，孔的间隙与管板中的反应器管端部的布置相配。模板放置在反应器的管板上方。通过多达四人扫动模板上的催化剂，将催化剂倒在模板上并且加载至反应器管端部。

现有技术中已尝试通过提供填充辅助装置来加速将催化剂填充至催化反应器中。

WO98/14392和US4402643讨论了反应管装料系统。所述系统成轮式加载小车的形式，该轮式加载小车具有多个催化剂装料管用于同时插入多个反应管。该小车能够在管板上滚动。

US3913806讨论了催化剂加载器，其用于将催化剂颗粒同时加载至多个管中。所述催化剂加载器成包括多个管状构件的活动支承框架的形式，其中管状构件保持用于沉积至反应管中的预定量催化剂材料。该框架用来填充多个反应管，然后移至另一组空的反应管以填充这些管。

US3,223,490以及US2,985,341讨论了催化反应器加载器，其成位于管板顶部的模板的形式。在US2,958,341中，该模板与管板中的开口对准，催化剂颗粒倒在该模板上，其中上述催化剂颗粒从该模板上被振动入开口而进入反应管。WO2010/068094讨论了加载设备，其具有板，板具有图案或者加载孔，在加载孔之间设置有筛选装置。该设备覆盖反应管开口阵列并且提供粉尘移除。

US5,906,229讨论了催化剂加载器，其通过允许催化剂颗粒落到反应管开口上而一次填充多个管。

EP0963785讨论了反应管插入件，其具有多个多边形头部，该多个多边形头部构成了加载表面，并且插入件头部之间具有规则间隙。上述间隙形成了当催化剂颗粒在插入件上被扫动时用于收集粉尘的下陷部。

WO2010/068094讨论了催化剂加载器的近期发展，其中催化剂加载器成平行四边形模板的形式，该平行四边形模板具有由直立壁包围的约96个孔的阵列。该模板放置在管板的装配有填充套筒的区域上面。该加载器模板然后平行于管板往复移动，同时催化剂颗粒被倒在其上。该往复移动将颗粒扫动至反应管中。已知来自荷兰Mourik InternationalBV公司的商标为Shuffle Loader^TM的这种设备。该设备的优点是其提供了模板加载的益处，同时能够使用在管板上具有适当管间隔(间距)的几乎任何催化反应器中。

传统加载过程存在的另一问题在于会释放并且生成催化剂粉尘和细粒。虽然催化剂材料通常在制造或分派时进行筛选以移除粉尘，但是并不能够移除所有粉尘，在传输以及加载期间由于颗粒消耗不可避免地生成了新粉尘和细粒。

粉尘和细粒成为问题，因为它们会污染人员的作业环境；它们通过增加充填密度并且通过阻挡反应物流会不利地影响容器中的催化剂反应；以及它们会污染反应产物。

在现有技术中已尝试减少粉尘和细粒问题。

例如在WO2006/104832、US2006/0233631和US4,077,530中，已经提出了将减速设备插入反应管中以当颗粒在管中下落时减慢颗粒。

US4,737,269讨论了催化剂加载料斗，其中在料斗的顶部设置有粉尘出口，粉尘出口可连接至管道以将粉尘抽离料斗的上端部，料斗的底部设置有筛子以将催化剂与任何细粒或者小尺寸的催化剂颗粒分离。该装置能够捕获在传输期间由于消耗所生成的一些粉尘，但仍期望改进。此外，该装置没有解决在将催化剂颗粒加载至反应管期间(通过例如扫动或者振动颗粒)所生成的粉尘的问题。

US3,409,411讨论了在加载期间通过应用真空将细粒与颗粒催化剂分离的方法。所针对的催化反应器是平板反应器，平板反应器加载有单个软管，而不是加载有催化剂加载模板。

仍需要改善的填充实践和填充装置。

发明内容

根据本发明，提供了用于将颗粒材料加载至基本竖直管的阵列中的加载托盘，其中，加载托盘包括多个加载托盘元件，每个加载托盘元件包括至少一个加载开口，至少一些加载托盘元件包括至少两个加载开口，加载托盘元件装配起来以形成加载开口阵列。

当组装成加载托盘时，加载托盘元件设置成彼此相邻以形成具有加载孔的扩展阵列的加载模板。加载托盘元件优选彼此紧密抵靠从而在其相邻侧之间留有很少空间，甚至不留空间。

在一方面中，本发明成用于将颗粒催化剂加载至催化反应器中的催化剂加载托盘的形式，催化反应器包括基本竖直反应管的阵列，其中，加载托盘是模块化的，包括多个加载托盘模块，每个加载托盘模块包括两个或更多加载开口，加载托盘模块装配起来以形成具有加载开口的模板。

传统的催化剂加载模板是尺寸特定的反应器，使得其仅能够与为它们设计的催化反应器一起使用。这些传统模板需要劳动力密集的填充，即通过人员扫动模板上的催化剂颗粒。

现有技术通过使用填充辅助装置稍微解决了这种人员的劳动力密集的填充。这种填充辅助装置比简单的模板更贵且庞大，在提供反应器专用填充辅助装置时成本和空间成为问题。因此已经尝试了创造能够应用于各种催化反应器的催化剂加载器。例如，平行四边形往复移位式加载器比典型管板小很多，因此可应用于不同的管板。虽然平行四边形往复移位式加载器在获得良好的催化剂加载方面是非常有用的，但是因为不能到达催化反应器的所有反应管(例如柱形催化反应器的圆周处的反应管，或者定位得邻近直立的管板支承件或冷却剂管的反应管或与直立的管板支承件或者冷却剂管成直线定位的反应管)，所以其应用受限。因为半径以及因而外曲线会随催化反应器而变化，所以这尤其成为问题。此外，支承件和冷却剂管的位置不是标准的。未使用填充辅助装置填充的反应管必须要用手填充，因而会增加劳动力需求、故障时间以及反应管的不一致充填的风险。

本发明提供了由加载托盘元件或模块构造的加载托盘。加载托盘可方便地由加载元件就地构造在管板上方，使得提供加载孔阵列的临时定制加载模板可组装在合适位置。构造加载托盘的加载托盘元件包括各种加载托盘元件尺寸，使得可构造不同的加载托盘形式，以配合具体的管板以及管阵列的形式。例如，加载托盘可组装成使得其遵从管板的外内周半径的形式，或者使得其包括绕固定的冷却管等进行组装的空间。

因为填充辅助装置可用来填充各种催化反应器，所以这样使得填充辅助装置更通用。因为专业催化剂加载操作者可仅使用一个模块化加载托盘系统将各种催化反应器装满催化剂，而不需要设置反应器专用模板，或者不需要使用属于需专门训练的反应器所有者的模板，所以尤其强烈地感觉到该优点。

在其他已知技术中，提供了单填充套筒，其可逐个插入反应器管和逐个从反应器管移除。这样耗时且艰难。

优选地，催化剂加载托盘元件可释放地彼此连结，以形成催化剂加载孔阵列。可释放地连结加载托盘元件提供了平面，其中催化剂球可倒在该平面上。优选地，这种连结导致加载托盘元件之间存在催化剂球和/或粉尘可落入的实质上很小的间隙，甚至没有这样的间隙。

加载托盘模块优选通过可释放机械紧固装置连结至平面阵列中的相邻模块。加载托盘元件优选连结成锁止水平移动，使得防止或者减少在填充实践期间实质上水平的移位。

可能的是，紧固装置在至少一个方向上能够竖直地锁止。这允许加载托盘模块形成可作为单个元件被抬升的自支承元件式催化剂加载托盘。在该方面，紧固装置可提供对加载托盘模块的竖直及水平固定。

可替代地，加载托盘元件仅水平地连结起来，使得防止实质上水平的移位，但不防止竖直移动。这样当搁置在管板上面或管板上方时提供了单元式加载托盘，但允许通过简单的抬升单个元件将每个加载托盘元件从加载托盘组件移除。分别抬升每个托盘元件对于减小人工抬升的重量是有利的。当穹状件的空间约束意味着不能使用抬升机械时，人工抬升可能是必需的。

在催化剂加载托盘的优选实现中，加载托盘模块通过槽连接器(优选T形槽、L形槽或鸠尾连结紧固装置)可释放地紧固成阵列。对本领域技术人员来说显然的是，槽和插入件可设置在成各种配置的模块化零件上，但是，认为可行的是，每个加载托盘模块设置有开槽侧和突起侧。槽连接器优选布置成用于实质上竖直的插入和移除，因为这允许容易的邻接。

每个加载元件优选设置有至少2个、优选至少3个、更优选至少4个以及最优选至少5个加载开口。优选地，每个加载元件具有少于40个加载开口，优选少于30个加载开口以及更优选少于20个加载开口。

通常期望的是，加载托盘模块设置有尺寸和重量实际允许的最大数量的加载开口。最大数量的加载开口提供了最大的模板覆盖范围，这意味着需要更少的构造步骤来获得完整的加载托盘。当然，这与模块化形状构造需要灵活性以配合各种催化反应器和加载托盘元件重量相平衡。

加载元件的优选形式是纵向的，并且加载孔设置成单个线性配置。加载孔带提供了沿其长边装配起来的纵向加载元件的简易构造。加载孔在配置上是线性的，因为这是反应器中的反应管的典型布置并且允许简易构造同时在形式构造方面具有很好的灵活性。可考虑在加载托盘中包括具有加载孔的正方形、长方形或三角形阵列的三角形加载元件、以及具有两排以上的加载孔的正方形或长方形加载元件作为节时工具，以覆盖反应管的较大面积。

加载托盘元件的相配边可以是长的直边，其彼此紧密抵靠，从而在这些元件之间沿着其抵靠边留有粉尘或颗粒可落入的小间隙，甚至没有这种间隙。方便地，抵靠边基本是直的，但是，也可使用波纹式或锯齿式相配界面。

加载孔的除线性之外的配置是较不优选的，但在期望将加载托盘应用于更不常规的管阵列时，除线性之外的配置可能是合适的。

如上文讨论的，可由各种尺寸和/或形状的加载托盘模块构造催化剂加载托盘。例如，当构造紧密配合反应器的弯曲内边的加载托盘时，可期望由加载托盘模块来构造加载托盘，随着加载托盘延伸至催化反应器的弯曲壁，每个加载托盘元件的长度逐渐减小或者每个加载托盘元件上的加载孔数量逐渐减少。

可替代地，当避免从管板直立的冷却剂管或支承件时，较长加载托盘模块的矩阵可由一个或多个较短加载托盘模块中断，从而在催化剂加载托盘中形成支承件或冷却剂管能够通过的空隙。

在该方面，有利的是具有加载托盘元件的套件，其中加载托盘元件具有各种长度、宽度和/或形状，加载托盘元件可构造成各种形式以匹配具体管板以及反应器的布置。

在优选形式中，加载托盘在加载开口阵列的周边处或之外设置有一个或多个直立侧壁。该壁形成可倒入颗粒的托盘。上述壁将颗粒材料保持在填充区域上，从而防止颗粒材料逃离至当前未被填充的管，具体地该侧壁具有足够的高度以防止当加载振动施加至加载托盘时催化剂逃离。

直立侧壁优选包括可释放地附接的侧壁元件。侧壁元件优选地通过与上文所讨论的相同或类似的可释放紧固机构来附接，以将加载托盘模块附接起来。

在有利的实施方式中，加载开口的形式适于接纳和保持将经由加载开口插入至反应管中的填充套筒。催化剂填充套筒通常是已知的，并且提供了简单的方式来通过在填充过程中在反应管的上部部分中形成临时受限体积而在反应管中实现期望的预留空间。例如可从WO2004/085051得知这种管。

填充套筒包括上部部分和管状套筒，其中上部部分具有加载孔口和支承接合构件；管状套筒从上部部分向下延伸，使得催化剂加载孔口通向管状套筒的内部。支承接合构件优选为凸缘。该凸缘与加载开口的周边接合并搁置在其上。优选地，加载开口的边缘处设置有安置部，其中上凸缘将搁置在该边缘上。最优选地，安置部具有与上凸缘的厚度相配的深度，使得当进行安置时上凸缘与加载托盘元件的颗粒接收表面齐平。这为加载托盘提供了平的颗粒接收表面，并且帮助避免填充套筒的上移，其中这种上移会干涉填充过程。

填充套筒的加载孔口允许颗粒进入，因此优选具有的直径为待加载颗粒的最大尺寸的至少1.1倍、优选1.2倍。加载孔口尺寸优选被限制为将颗粒约束为一次通过一个或者两个颗粒。当仅允许颗粒逐个通过时，优选地，孔口直径小于待加载颗粒的最大尺寸的2倍。当仅允许一次两个颗粒时，直径优选小于颗粒的最大尺寸的3倍。这有助于避免桥接。

优选的是，填充套筒竖直地支承在构造的加载托盘的加载开口内，因为当升高时填充套筒可与加载托盘或加载托盘元件一起从反应管竖直地移除。有利地，这样允许加载托盘元件和填充套筒二者的单个移除步骤，从而避免像现有技术那样单独移除每个填充套筒所需的时间消耗。优选的是，填充套筒能够可移除地插入加载开口中。

与在加载开口中设置填充套筒关联的另一优点是，因为填充套筒通入阵列中的管，所以填充套筒帮助将加载托盘锁止于管阵列上方的正确位置，从而例如当施加振动时防止托盘发生水平移位。

为了帮助将催化剂颗粒加载至催化剂加载开口中，以及还优选为了克服对人工扫动的需要，至少一部分加载托盘优选经受振动以摇动催化剂颗粒，使得它们落入加载开口中。

优选地，振动器设置在一个加载托盘模块上、多个加载托盘模块上，或者最优选地设置在每个加载托盘模块上。该振动器使加载元件经受振动，并且将颗粒摇晃或摇动至加载开口中。在每个或多数加载托盘元件上设置振动器向组装的加载托盘提供了均匀的振动分布，而无需从单个点施加过量的强力振动。

在加载颗粒催化剂材料期间，催化剂粉尘的存在会产生问题。粉尘源于被运输的催化剂材料，并且可在加载过程中由于消耗而生成。该粉尘如果进入反应管会负面地影响催化反应，并且会污染化学反应的产物。已知的是通过施加真空在加载处理期间移除粉尘，但是，仍期望改进。粉尘与加载的颗粒材料或球在尺寸方面不同。如先前提到的，用于加载的颗粒通常处于1mm至25mm标称直径的尺寸范围内。另一方面，认为粉尘包括在100微米或更小范围内的组分。

根据本发明的优选实施方式，加载托盘还包括一个或多个支承件和真空出口，其中上述一个或多个支承件用于将组装的加载模板间隔在管板上方，以在组装的加载模板和上管板之间形成体积；以及真空出口用于当加载模板处于适当位置进行使用时将真空施加至加载模板与上管板之间的体积。

在催化剂颗粒即将进入反应管之前施加真空至该体积可移除在填充的最后阶段存在于催化剂材料中的粉尘和细粒，因而减小了在粉尘移除步骤以后产生的其他粉尘以及细粒量。

在该方面，加载托盘中的至少一些、优选大部分或更优选基本所有加载托盘元件包括一个或多个支承件和真空出口，其中上述一个或多个支承件用于将模板元件间隔在管板上方以在模板元件下方形成体积；以及真空出口用于将吸力施加至模板元件下方的体积。

管板与加载模板元件之间的体积实质上被封闭，以在颗粒落入管时通过该体积的情况下，在颗粒流上方和在颗粒流中实现良好的气流。因而当组装至扩展的加载托盘中时，一系列实质不同的室设置在加载托盘元件下方，每个体积自身设置有至少一个真空出口。用于粉尘移除的吸力因而可充分施加至基本整个组装的加载托盘。因为加载托盘元件优选是线性的，所以提供了多个不同的长型室，每个室设置有真空出口，这允许真空出口具有有效的空气流动。

当加载开口设置成单排时，在真空出口设置在其短端的情况下，可实现很好地控制的气流。

优选的是，为至少每40个加载开口，更优选地至少每30个加载开口，最优选地至少每20个加载开口设置一个真空出口。这确保加载开口下方足够的空气流动，以及因此确保粉尘和细粒捕获。以这种方式，可实施具有例如300或更多、400或更多或者500或更多加载开口的组装的加载模板。

在本发明的优选实施方式中，设置有在模板的催化剂加载开口的下侧与反应管开口的上侧之间延伸的通道，该通道具有被确定尺寸以阻挡催化剂颗粒通过但允许粉尘和细粒通过的侧向筛选开口，其中粉尘和细粒可通过真空来捕获。筛选开口优选被确定尺寸以防止具有至少一个尺寸至少为上述通道的上方内径的约0.2倍的颗粒通过。筛选开口可呈以下形式：槽开口、形成开口网格的圆形开口以允许气流，或者可以是呈网纱或丝网的开口。

真空筛选可有益地与填充套筒的使用相结合，该填充套筒包括：上部部分，具有催化剂加载孔口和加载模板接合构件；管状套筒，从上部部分向下延伸，使得催化剂加载孔口通向管状套筒的内部；其中，管状套筒设置有尺寸确定为防止颗粒催化剂通过但允许粉尘通过的侧向筛选开口。以该方式，填充套筒在催化剂加载孔与反应管开口之间形成了筛选通道。

优选的是，筛选开口设置成至少部分位于管状套筒长度的上方1/4内，优选上方1/8内。

在不需要填充管来获得反应管中的预留空间的情况下，填充管的替代物为短筛选管，该短筛选管形成限制在催化剂加载开口与反应管开口之间的通道，筛选管在其侧壁中具有如上所述的筛选开口。

筛选开口当至少部分地位于加载模板与上管板之间的体积内时对于粉尘移除最有效，因为这是真空最强的地方。优选地，筛选孔仅存在于该体积内。筛选开口还优选是简单的孔，并且未设置有阀、封闭件等。

在优选实施方式中，气流偏转器可设置在真空出口的前方以降低施加至最靠近真空出口的一个或多个通道的吸力，并且确保通道处足量的气流被进一步从真空出口移除。在一实现中，该偏转器可以是半圆形壁，其凹形侧面向最靠近真空出口的填充套筒或通道。

根据本发明的另一方面，位于催化剂加载开口内的填充套筒在其上部区域设置有筛选孔口，其中该筛选孔口被确定尺寸以将催化剂颗粒保持在填充套筒内而允许粉尘以及碎料颗粒通过。通过在填充套筒以及邻近的筛选孔口外部施加真空，许多粉尘以及碎裂的颗粒材料当落入反应管中时从催化剂颗粒移除。

该特征特别有利地与本发明的加载元件结合地实施，其中每个加载元件在填充套筒的上部区域设置有基本封闭的体积，真空出口设置成允许将真空施加至基本封闭的区域。因为该模块的包围面积小于完整的常规模板，所以可更好地实现对于该面积的有效的空气流动。当模板模块是线性时，情况尤其是这样的。

因为每个模板模块设置有自身的真空出口，所以构造的模板阵列的全部面积可经受移除粉尘的真空，而不需要仅可用于一个反应器中的、昂贵的定制模板。

在本发明中的另一方面中，提供了用颗粒材料填充基本竖直管的阵列的方法，包括：将本文中讨论的加载托盘设置在管上方，使得加载开口与管的开口对准；将颗粒材料供给至加载开口阵列，使得颗粒材料通过加载开口和管的开口；以及从管的阵列移除加载托盘。

该方法优选用于用颗粒催化剂填充催化反应器，其中该催化反应器包括基本竖直反应管的阵列。更优选地，该方法还涉及在填充步骤之前将填充套筒插入至少一些加载开口中的步骤，甚至更优选地涉及在填充之后将插入的填充套筒从加载开口移除的步骤。

加载托盘可在布置在管板顶部之前被构造或部分地构造，而且可就地由加载元件构造或部分地构造。

在优选实施方式中，该方法包括：

a.将如本文中讨论的具有真空出口的催化剂加载托盘设置在催化反应器的反应管上方，使得催化剂加载开口与反应管的开口对准；

b.将颗粒催化剂材料供给至催化剂加载开口的阵列，使得颗粒催化剂材料通过催化剂加载开口和反应器管的开口；

c.在步骤b的至少一部分持续时间中，优选在步骤b的实质持续时间中，更优选还在步骤b之前和/或之后，经由真空出口施加真空；以及

d.从催化反应器移除催化剂加载托盘。

根据本发明的另一方面，提供了一种套件，其包括多个上述的加载托盘元件，该加载托盘元件可具有各种尺寸。通过提供具有各种加载托盘元件尺寸(即，加载托盘元件具有不同数量的加载开口)的套件，可组装与具体管阵列的形式匹配的订制加载托盘。这种套件可以包括这样的加载托盘元件：其具有1个加载开口至40个(或更多)加载开口，以及1至40之间的所有整数个加载开口。例如，套件可包括：多个具有20个加载开口的加载托盘元件；多个具有10个加载开口的元件；具有5加载开口的多个元件；多个具有4个加载开口的元件；具有3个加载开口的多个元件；多个具有2个加载开口的元件；以及多个具有1个加载开口的元件。

优选地，套件还设置有多个填充套筒，其中该填充套筒能够插入加载托盘元件的加载开口内。

更优选地，套件还设置有多个侧壁元件，其中该侧壁元件能够可释放地附接至加载托盘元件。

虽然主要针对的是将催化剂颗粒加载至催化反应器中，但是本发明的设备和方法还可用于通过使用加载模板来加载所有通常为可流动颗粒的材料。例如，可以将谷物加载至仓、筛分石头或砂砾。

附图说明

参考以下仅通过示例呈现的附图将进一步理解本发明的特征及优点，在附图中：

图1是具有设置在其管板上的加载托盘的催化反应器(未示出侧壁)的局部立体图；

图2A是设置有直立周边壁的加载托盘的立体图；

图2B是移除了部分周边壁的图2A的加载托盘的立体图；

图3是周边壁元件的立体图；

图4是单个加载托盘元件的立体图；

图5是移除了侧壁的图4的催化剂加载托盘元件的立体图；以及

图6是填充管的立体图。

具体实施方式

图1示出了催化反应器10的局部视图，其设置有具有反应管开口24的阵列的上管板8。每个反应管开口24通向反应管9，其中该反应管9从该管板在催化反应器10内向下延伸。催化反应器10通常设置有围绕的侧壁和下管板，以形成用于例如冷却剂的封闭空间。为了便于说明，图中未示出侧壁和下管板。

加载托盘2设置在管板8上，以帮助经由反应管开口24将颗粒催化剂材料插入反应管9中。加载托盘2形成槽，颗粒催化剂能够从例如料斗倒入该槽。加载托盘2本身设置有催化剂加载开口12的阵列，其中加载开口12与管板8的反应管开口24对准。在使用中，催化剂颗粒经由加载开口12通过反应管开口24并被加载至反应管9中。

图2A示出了加载托盘2的更详细立体图。加载托盘2设置有可移除的直立侧壁元件26。这些侧壁元件26形成了颗粒催化剂能够倒入的槽的直立周边侧壁30。侧壁元件26通过竖直地插入T形槽28中而可移除地安装至加载托盘2。图3中可观察到移除的侧壁元件26的更清楚的视图。图示的侧壁元件26仅适于配合单个T形槽28，图2A的直立周边侧壁30由十二个彼此相邻的这种元件构成。在一些情形下，提供一次配合多于一个T形槽28的侧壁元件26可能是有利的，以使得直立周边侧壁30的至少一侧可由单个元件26形成。例如，图2A中加载托盘的最近侧的四个侧壁元件26可由安装至四个槽28中的单个元件26替换。

图2B示出了移除了侧壁30的最近侧以显露包括加载开口12的阵列的加载模板14的图2A的加载托盘2。

如图所示，加载托盘2由沿其长侧之一彼此连结的两个长型加载托盘元件4构成。每个示出的加载元件设置有四个加载开口12。通过将两个加载托盘元件4连结起来，形成了八个加载开口12的扩展平面阵列，从而允许一次将颗粒催化剂加载至更多反应器管中。还可设置包括多于四个或小于四个加载开口的加载托盘元件。

加载托盘元件4通过T形槽机构28可释放地连结起来，其中T形槽机构28允许模块4竖直地滑动以接合及脱离。本领域技术人员应该理解，对于模块可使用其他可释放固定形式，如L形槽、鸠尾(dove-tail)连结以及磁性附接。

虽然图2A和图2B中示出了仅两个催化剂加载托盘模块2被槽接起来，但是通过模块化地构造，多于图示的更多的加载托盘元件4可构造具有更多加载开口12的阵列的扩展加载托盘。具有约50、80、100、300或更多催化剂加载开口12的阵列的加载托盘组件对于将催化剂快速有效加载至催化反应器中尤其有实用性。

通过例如将相邻的模块4彼此偏置，加载托盘元件4还可组装成各种加载托盘形状，如图2A和图2B所示。以这种方式，不同布置的加载托盘2可被组装以配合催化反应器管板的各种尺寸，从而例如与符合反应器内半径的具体管的阵列图案相配，或者安装在通过管板的冷却管周围。实际上，该特征允许催化剂加载托盘2构造为能够配合具体催化反应器的外半径，而不需要定制的模板或者人工填充‘通用’型催化剂加载器漏掉的反应管。

加载托盘2的特别有用的方面是，其可由包含不同尺寸的各种加载托盘元件4(即具有不同数量的加载开口12)的套件(kit of parts)组装而成。因为具体套件的加载托盘元件内的加载开口将具有相同的间距，所以具有更多加载开口12的元件将更大，并且当加载开口12沿单个线放置时优选更长。通过在套件中提供各种加载托盘元件尺寸，进一步扩展了可由元件4构造成的可能的催化剂加载托盘形式。

套件可包括25个或更多具有20个加载开口的加载托盘元件、15个或更多具有10个加载开口的元件、10个或更多具有5个加载开口的元件、5个或更多具有4个加载开口的元件、5个或更多具有3个加载开口的元件、5个或更多具有2个加载开口的元件以及5个或更多具有1个加载开口的元件。

加载托盘元件4和侧壁元件26可由本领域技术人员基于加载托盘2的特定应用能够选择的各种材料形成。在催化剂加载的情形下，重要的是，加载托盘的材料相对于催化剂是惰性的以避免化学冲击加载托盘或者化学改变催化剂。优选的构造材料是不锈钢以及铝。对于连结机构，能够使用例如附图中示出的T形槽机构，可使用允许更易于竖直滑动同时具有一些柔性的塑料。例如，能够使用聚丙烯以及聚氯乙烯塑料。

现在转到图4，示出了图2A和2B所示类型的单个加载元件4。如图所示，提供了两个填充套筒40和42。填充套筒是用于将催化剂加载至反应器管中的工具。填充套筒40、42具有上凸缘44，其中上凸缘44安置在加载模板14的加载开口12中并且限定加载孔口54，该加载孔口54具有小于加载开口12的直径的直径。填充套筒40、42设置有穿入催化反应器的反应管的向下延伸套筒46。填充管在催化剂加载领域中通常是已知的，并且填充套筒用于在被加载的反应器管中提供受控的预留空间(outage)水平。因为填充套筒内部的体积小于反应器管12的周围部分的体积，所以当填充套筒在填充之后被移除时，其将有限量的催化剂颗粒沉积至反应器管的顶部中，该有限量然后下沉以填充反应器管的较大体积。结果是反应管中受控的预留空间。当在使用时，所有或仅一些催化剂加载开口12设置有填充套筒40、42。在一些情形下，如果不需要催化剂添加在特定位置处，一个或多个催化剂加载孔12可用塞子(未示出)堵塞。

如图5所示，催化剂加载模板14通过支承件48被保持于管板8上方的升高位置，以创建催化剂加载模板14与管板2之间的体积38。在图4中，在使用中，除真空出口18、催化剂加载开口12以及反应管开口8之外，该体积是基本封闭的，其中泵(未示出)可连接至真空出口18以施加真空至体积38。

图5和图6中示出了有利的填充套筒42，在其上部、凸缘下方不远处设置有多个筛选开口50。这些最佳见于图6。筛选开口定尺寸为阻挡催化剂颗粒通过但允许粉尘和细粒容易地通过。通过经由真空出口18施加真空至体积38，所加载的颗粒材料在即将进入反应管之前可经历粉尘和细粒移除。

如图5所示，加载托盘元件4呈长型，并且催化剂加载开口12线性布置成单排。这允许好的空气流动至吸力出口18，从而经由真空出口18可容易移除进入体积38的粉尘和细粒。在未示出的优选实施方式中，半圆形的气流偏转器可以设置在真空出口18前方，其凹侧朝向最靠近真空出口18的填充套筒42。这种偏转器能够有利地改进体积38内的气流，并且能够防止过量的吸力施加至最近的填充套筒，并且确保体积38内更深位置处的足量气流。

本领域技术人员清楚的是，在催化剂加载过程中不需要填充套筒实现预留空间的情况下，具有侧壁筛选开口的管状元件可设置在体积38中作为可替代性筛选部件。该管状元件可形成从每个加载开口12到其对应反应管开口24的通道。以这种方式，在加载催化剂期间不利用填充套筒的情况下可有效地移除粉尘以及细粒。

捕获的粉尘和细粒材料优选被收集并回收以形成新的催化剂，因为其通常包括贵重的催化剂金属。

还认为有利的是，在真空出口流中包括粉尘传感器探头。这种探头能够测量通过真空移除的粉尘的浓度，并提供指示分批的催化剂中的粉尘含量水平以及恢复的总粉尘量的信息。

返回图4，催化剂加载元件4设置有与加载模板14振动接触的振动器32。振动器32致使加载模板14振动，使得存在于加载模板14上的颗粒催化剂被摇动并且落入催化剂加载开口12。

如图2A和图2B所示，每个催化剂加载模块设置有这种振动器32。当由多个模块4构造较大的催化剂加载托盘2时，每个模块上的振动器32使得可实现扩展的催化剂加载模板14上的振动。这有利地帮助避免需要将催化剂颗粒人工或自动地扫入催化剂加载开口12。

参照图5，催化剂加载模板14在弹性支承件34上被升高，弹性支承件34优选由橡胶或者类似弹性材料构成并用作将模板与元件4的剩余部分以及催化反应器隔离。

在向多管催化反应器10加载颗粒(颗粒状)催化剂材料的示例性方法中，使用图示的加载托盘2将催化剂材料装载至每个反应器管9中。加载托盘元件4以未连结形式经由人孔(manhole)或者其他开口进入管板8上方的工作空间。第一个加载元件4定位在管板8顶部，并且其加载孔12与管板开口24对准。通过使用T形槽机构28，另一加载托盘元件4然后滑动至与已放置的加载托盘4接合。继续另一加载托盘元件4的这种放置，以在扩展平面模板14中构成加载孔12的扩展阵列。不同长度和形式的加载托盘元件4添加至该阵列，以获得与管板和反应器相配的期望覆盖形式和尺寸，从而例如与外曲线相配以及建立在冷却管周围。

周边侧壁元件26槽接至所建立的阵列的外T形槽28中，以当催化剂球倒入时形成用于催化剂球的封闭的加载托盘。

填充套筒40、42插入加载开口12中，从而其上凸缘44搁置在模板14内并且加载开口12在尺寸上被填充套筒40、42的加载孔口54限制。可在组装扩展的模板阵列之前、期间或者之后添加填充套筒40、42。通常，填充套筒40、42将插入每个加载开口12，但有时候，一个或多个开口并不会填充催化剂，在该情况下，可插入塞子以堵塞所选择的一个或多个加载开口12。

真空线附接至每个真空出口18，以将粉尘移除吸力施加至加载托盘模板14与管板8之间的每个体积。

在振动器32致使模板14振动的同时，催化剂材料倒入组装的加载托盘2。催化剂颗粒被摇动或推撞并落入加载孔口54，从而通过填充套筒40、42到达反应管。当催化剂材料通过填充套筒40、42的上部时，经由真空出口18施加的吸力将通过筛选开口50移除粉尘和碎屑。

填充套筒40、42填充至其高水平，然后从加载托盘2移除过量的催化剂材料。这可通过移除至少一部分周边侧壁并且将加载托盘的敞开边缘上的多余催化剂扫入容器中而方便地实现。

加载托盘元件4然后从管板8抬升，同时升高填充套筒40、42。填充套筒40、42中的催化剂落入反应器管，从而将管填充至期望水平并具有预留空间。在抬升期间以及抬升之后可继续振动，以确保催化剂颗粒离开填充套筒。

加载托盘元件4能够一次抬升一个或者成组地抬升。因为通常实施人工抬升，所以优选的方式是一个接一个地抬升加载托盘元件。

可以利用组装的加载托盘2覆盖整个管板8。但是，对于有效的填充实现，通常更好的是，仅在一部分管板2顶部组装加载托盘2，因为这允许管板的其他部分由另一工人处理，从而导致更快速的填充。

除了上述实施方式外，在不背离本发明的精神和范围的情况下，还可对本文中描述的结构以及技术进行进一步修改。因此，虽然已经描述了具体实施方式，但是它们仅是示例的而并不限制本发明的范围。

Claims (33)

1.一种用于将颗粒材料加载至基本竖直管的阵列中的加载托盘，其中，所述加载托盘包括多个加载托盘元件，每个所述加载托盘元件包括至少一个加载开口，至少一些所述加载托盘元件包括至少两个加载开口，所述加载托盘元件装配起来形成加载开口阵列，其中，至少一个振动马达设置成用于振动一个或多个所述加载托盘元件。

2.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，每个所述加载托盘元件设置有用于可释放地装配至相邻加载托盘元件的机械联接器。

3.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，每个所述加载托盘元件设置有机械紧固件，以及所述加载托盘元件通过机械方式可释放地紧固成阵列。

4.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，所述加载托盘元件通过T形槽联动装置、L形槽联动装置、鸠尾联动装置、互锁轮廓或者磁性联动装置可释放地紧固成阵列。

5.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，一个或多个所述加载托盘元件包括至少3个加载开口。

6.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，一个或多个所述加载托盘元件包括至少4个加载开口。

7.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，一个或多个所述加载托盘元件包括至少5个加载开口。

8.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，一个或多个所述加载托盘元件包括至少6个加载开口。

9.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，所述加载托盘元件具有少于40个加载开口。

10.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，所述加载托盘元件具有少于30个加载开口。

11.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，所述加载托盘元件具有少于20个加载开口。

12.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，至少一个所述加载托盘元件包括至少4个加载开口，并且所述至少4个加载开口线性地设置。

13.根据权利要求1所述的加载托盘，在所述加载开口阵列的周边处或所述周边之外的位置设置有一个或多个直立的壁。

14.根据权利要求1所述的加载托盘，设置有一个或多个可释放地附接的侧壁。

15.根据权利要求14所述的加载托盘，所述侧壁通过可释放的机械附接装置进行附接。

16.根据权利要求1所述的加载托盘，其中，至少一个所述加载开口具有适于接纳和支承填充套筒的形式。

17.根据权利要求16所述的加载托盘，其中，至少一个所述加载开口包括周边安置部，所述周边安置部用于接纳和支承所述填充套筒的上凸缘。

18.根据权利要求17所述的加载托盘，其中，密封件以及所述上凸缘具有使得当安置时所述上凸缘齐平地处于所述加载开口中的尺寸。

19.根据权利要求16所述的加载托盘，其中，所述填充套筒设置在所述加载开口中。

20.根据权利要求19所述的加载托盘，其中，所述填充套筒竖直地支承在所述加载开口中。

21.根据权利要求20所述的加载托盘，其中，每个所述填充套筒包括与其所位于的加载开口的周边接合的上凸缘。

22.根据权利要求20所述的加载托盘，其中，一个或多个所述加载托盘元件设置有用于移除粉尘的吸力出口。

23.根据权利要求22所述的加载托盘，其中，所述填充套筒设置在所述加载开口中，所述填充套筒在其上部区域具有筛选开口，在使用期间所述筛选开口允许粉尘通过但不允许球通过。

24.根据权利要求22所述的加载托盘，其中，具有所述吸力出口的所述托盘元件包括基本封闭的体积，所述基本封闭的体积仅对所述吸力出口和所述填充套筒的筛选开口开放。

25.一种用于将颗粒催化剂加载至催化反应器中的催化剂加载托盘，所述催化反应器包括基本竖直反应管的阵列，其中，所述催化剂加载托盘包括根据上述权利要求中任一项所述的加载托盘。

26.一种用于根据上述权利要求中任一项所述的加载托盘的加载托盘元件，所述加载托盘元件包括两个或更多加载开口。

27.根据权利要求26所述的加载托盘元件，包括可释放联接器，所述可释放联接器用于将催化剂加载托盘模块可释放地装配至类似的催化剂加载托盘模块。

28.一种用颗粒材料填充基本竖直管的阵列的方法，包括：

a)将根据权利要求1至25中任一项所述的加载托盘设置在所述基本竖直管的阵列上方，使得所述加载开口与所述管的开口对准；

b)将所述颗粒材料供给至所述加载开口阵列，使得所述颗粒材料通过所述加载开口和所述管的开口；以及

c)从所述基本竖直管的阵列移除所述加载托盘，

其中，在步骤b)的至少一部分过程中振动所述加载托盘；或者在步骤b)的至少一部分过程中和在步骤c)的至少一部分过程中振动所述加载托盘。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，步骤a)包括至少部分就地利用根据权利要求26至27中任一项所述的加载托盘元件组装所述加载托盘。

30.根据权利要求28和29中任一项所述的方法，其中，在所述步骤b)的至少一部分过程中，施加用以移除粉尘的吸力。

31.一种用颗粒催化剂填充催化反应器的方法，所述催化反应器包括基本竖直反应管的阵列，所述用颗粒催化剂填充催化反应器的方法包括根据权利要求28至30中任一项所述的方法。

32.一种套件，包括：

a)多个根据权利要求27所述的催化剂加载托盘模块；

b)多个催化剂填充套筒，能够设置在所述催化剂加载托盘模块的催化剂加载开口内；以及

c)多个模块化端壁，能够可释放地附接至所述催化剂加载托盘模块，

其中，至少一个振动马达设置成用于振动一个或多个所述催化剂加载托盘模块。

33.根据权利要求32所述的套件，其中，所述填充套筒设置有用于保持催化剂颗粒但允许粉尘通过的筛孔。