CN105658317A - 填充管式催化反应器的移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及填充由多根平行管子(1)组成的催化反应器中的至少一根管子(1)的移动设备，这些管子填充颗粒状的催化剂(9)。所述装置特征在于，其包括：具有筛状底部(34)的催化剂存储槽(2)，筛状底部的每个孔能够与反应器的一根管子(1)相符；针对每一根待填充管子(1)的一催化剂(9)计量系统(3)；和同时将包含在计量系统(3)中的催化剂(9)释放到待填充管子(1)的装置。

Description

填充管式催化反应器的移动设备

技术领域

本发明涉及一种填充由多根具有平行面的管子组成的催化反应器中的管子的设备，这些管子最终填充颗粒状的催化剂。

本发明所关注的催化反应器由数千根垂直放置的管子组成，这些管子具有相对其直径其长度较显著的特性，通常具有大约100或以上的长度与直径之比。因此这些管子长而细。

根据实际中可能遇到的尺寸实例，管子长度超过2m时，直径大约为20mm至50mm。管子填充颗粒状的催化材料，这些催化材料有时具有球形面，有时具有圆柱面或者不明显的形状，其形状不明显时，其尺寸大约为5mm至10mm,或者甚至大一点点。根据其形状和成分，这些颗粒几乎为脆性构成。

在化工业中这种催化反应器的使用非常广泛，例如，在氨合成，硝酸，硫酸，丙烯酸和甲醛制造以及石油化学中使用。

为了保证反应器的运行，必须定期清空使用过的催化珠粒或颗粒。在这种情况下，在称为催化剂卸载操作的过程中，为了在反应器的一次全部清空，必须清空每根管子中使用过的颗粒物质。反应器然后在加载操作过程中将进行填充新的催化材料颗粒的操作。

管子的加载有许多约束。首先完成管子的加载是单调乏味的，因为要加载的管子的数量非常大，涉及大量的重复操作。然后，加载管子不是一项简单的任务，这一点随后可以看到。最后，尽管该操作固有的难度，时间因素很重要。

卸载和加载催化剂的操作实际上要求中途有暂停以进行生产线维修，因明显的经济原因，该暂停必须尽可能短。

而且，考虑到通常由重金属组成的催化剂的化学或物理性质，必须防止或至少尽可能地限制粉尘的产生和扩散，以便操作人员不会或只会轻微地暴露在粉尘中。

催化剂颗粒或珠粒的尺寸相对所述直径是显著的，其主要问题之一在于不管所选的加载方案如何颗粒可能受阻塞形成塞子这一事实。在为了优化反应器运行，在每一管子内可能堆叠数层不同性质的颗粒状物质，且从上层到下层颗粒尺寸逐渐减少的情况下，问题不会更少。

实质上，在合理的时间内，在不会降低颗粒活性且不会过早排放粉尘的情况下在长而细的管子内加载具有上述尺寸颗粒毫无疑问是一项比较困难的操作。

背景技术

目前优先使用的方案之一包括建立用于加载5根，10根，或20根管子的机器。这些机器，相对庞大，具有与待填充管子数目一样多的隔间，例如10隔间。在每个隔间内，操作员放置了预定的催化剂剂量，该催化剂剂量精确地对应于要倒入到一根管内的催化剂的量。通过一挠性管连接到每一个隔间的漏斗并列地插入到待填充的充反应器管内。最后，操作员激活催化剂的卸载，在给定的时间内，催化剂通过一振动系统从隔间进入管道，然后进入漏斗，最后进入反应器的管子。

剂量配制和处理，催化剂在管道和漏斗中的行进，及操作的重复使该加载方法的质量具有随机性。

如所述的先有技术的一种机器在只填充10根管子时要求在延伸大约400根管子的地面上有一支承面。这些机器是如此庞大以致同时填充30多根管子是比较困难的。

根据现有技术，另一种在管子里加载催化剂的方法包括在待填充管子内插入加载套管。这种套管具有一按管子所需填充高度计算的长度，一比管子直径小的直径，且具有一位于包围管子的管状板上的法兰(具有一校准的通道孔)。操作员直接将催化剂散在地上，以便用手刷将套管填充至边缘。然后从管子上拆下套管，再引入到管子内以便检查管内催化剂的加载高度。在用手刷填充套管的过程中处理催化剂时，该设备具有产生大量粉尘的缺陷。进一步地，清空套管单调乏味，且只有珠状颗粒可用这种方法加载。

发明内容

本发明找到了解决上述缺陷的方法并提出了一解决方案，该方案易于应用且可应用于任何类型的反应器，加载速度快，效率高，且可控制催化剂粉尘和活性降低的问题。

为此，本发明的设备包括一能够填充由多根具有平行面且填充颗粒状催化剂的管子组成的催化反应器中的至少一根管子的一移动填充设备。该设备包括：

-一具有筛状底部的催化剂存储槽，筛状底部的每个孔能够与反应器的的一根管子相符；

-针对每一根待填充管子的一催化剂计量系统，对应于一能够相对管子对中的计量柱且能接收一预定的催化剂体积；

-同时将包含在计量系统中的催化剂释放到待填充管子的装置。

本发明的设备主要特征在于该设备具有回收往管子注入催化剂时形成的粉尘的装置。实际上，粉尘主要是在计量柱和管子的连接处产生的。这些回收粉尘的装置将在后面的说明中详细描述。

本发明的设备允许填充一个或多个管子。优选地，提供该设备可同时填充，例如，1根，3根，20根或100根管子，以便尽可能有效地覆盖催化反应器的圆形表面或圆形表面的一扇形，对100根管子而言的设备被提供来填充中心区，而对1根，3根和20根管子而言的设备被提供来填充扇形的周边。

对同时填充100根以上的管子而言，也可轻易地确定这样设备的尺寸。

该计量系统使之有可能免去在使用先有技术的机器过程中通常执行的预计量这一步骤。实际上，不再需要对每根管子分发具体的催化剂剂量了。直接注入未测定的催化剂量到存储槽中并分散到剂量柱中就可以了。当一计量柱被填充到边缘时，表示一根管所需的催化剂体积在柱内且可注入其中。例如，如果一根管子内要注入n个计量柱的当量，则可能需要重复n次该操作。这样可以允许从高度上限制机器的庞大，以便该设备能兼容各种类型的反应器。

为了确定要注入一根管子内的催化剂体积，在填充管子的高度与计量柱的高度之间进行简单的转换就可以了。实际上，一根管子所需的填充高度是已知的，且管子直径也是已知的。因此可以轻易地确定每根管子所需的催化剂的体积。知道该体积和计量柱的直径后，因此可以轻易地知道计量柱的待填充高度，以便精确的催化剂体积在剂量柱内。为此，根据本发明的移动设备包括根据待分配的催化剂剂量体积用来调整计量柱高度的装置。调整计量柱高度后，目标还是要将它填满至边缘。操作员可以一眼看出计量柱是否填满。例如对100根计量柱而言，可以一眼检查这种自控，这象征了填充过程中一相当可观的时间增益。与先有技术相比，该计量系统也使之可能避开忘记分段隔间中的剂量的风险。

根据一种可能配置，释放催化剂的所述装置包括位于计量系统下且针对每根待填充管子包括一校准孔的一铡刀，所述铡刀能够在孔相对对应的计量柱和管子移动的一闭合位置与孔相对对应的计量柱和管子对中的打开位置之间滑动。该铡刀根据其位置允许计量柱中的催化剂被容纳或被释放。根据待加载催化剂粒子的平均直径，可以提供一套具有不同孔校准的铡刀。对n根管子的填充而言，铡刀包括放置在计量系统下且刺有n个对应于n个计量柱和n根管子的布置的孔的一单板，其中n为整数。这样，催化剂的注入可在n根管子内同时进行。例如，根据其机器，可通过在地面上100根管子所限定的空间内其体积在地面上受到限制的一简单设备同时对100根管子进行加载。因此，除了快速和高效外，该设备是紧凑型的。

可选地，铡刀的滑动通过缸体执行机构的气动驱动装置来驱动。但是，这样的铡刀完全可以手动驱动。

有利的是，用于回收粉尘的装置包括：

-在每个校准孔的周长上回收闸刀产生的粉尘的孔；

-用于吸粉尘的一隔间，该隔间位于闸刀下，对每一校准孔而言包括一放置在计量柱和管子之间的中间套管，且具有一用于排放粉尘的槽口及套管之间至少有一新鲜空气的入口和至少一吸收装置吸收的污浊空气的出口的一气流系统。

实际上，当铡刀处于打开位置时，存储在剂量柱中的催化剂在到达管子前先通过铡刀的校准孔，然后再通过中间套管。由于铡刀校准孔有倒角且其直径比计量柱的稍微小以便限制一次只让一小颗粒通过的通道，因此在铡刀校准孔处有一瓶颈。因此，校准孔的周边是催化剂弹跳的撞击区域，由此形成粉尘，该粉尘通过朝向吸收隔间的所述回收孔排放。该粉尘都落在吸收隔间内的中间套管周围，且通过与出气口相连的真空吸尘器类型吸收装置吸收。中间套管中回收粉尘的槽口是提供排放套管内粉尘的。铡刀可覆盖一阻尼衬里以最大程度地限制可能的催化剂活性降低。通常，吸收在移动设备上形成的该粉尘的初始目的是为了保护在附近工作的操作人员。由于几乎无粉尘，加载质量得到相当的提高。

而且，该移动设备包括在管子内倒入催化剂之前回收存储槽中过量的催化剂的装置。该回收装置包括：

-一存储槽墙壁之一上的舱口，该舱口可以打开排放过量的催化剂；

-一位于舱口出口处的浇注槽；

-一通过所述浇注槽接收过多催化剂的回收槽。

由此回收的催化剂可在下一次加载时重新利用。

实际上，该移动设备包括一支撑存储槽，计量系统，释放剂量的装置和吸收隔间的底盘，该底盘放置在Silentbloc防震器之上且通过至少一个振动器来振动。

该移动设备与一位于找到待填充管子所在的地方的对中板协同工作，所述对中板包括：

-垂直于对中板延伸且能插入到对应管子的上部孔径之内的对中衬套；及

-移动设备相对对中板的至少一定位支座以便相对管子将计量系统对中。

该对中板预先放置在管子上，因此操作人员可以视觉上确定待加载的区域。操作人员然后朝该对中板移动该移动设备，且当SientBloc防震器与定位支座接触时可知道该移动设备什么时候恰当地位于该对中板之上，由此限制该移动设备的位移。总之，该移动填充设备不包括在定位和加载过程中进入一管内的入侵元件，以保证反应器内的机器的体积最小。

本发明也涉及一种加载催化剂到具有多根管子的一反应器中的方法，包括以下步骤：

-如上所述，在位于反应器上的对中板上定位移动填充设备，让该设备的每个计量柱相对每根相应的管子进行对中；

-加载催化剂到位于填充设备上部的存储槽中，存储槽的底部包含通向计量柱的孔；

-填充催化剂到计量柱中直到它与存储槽的底部齐平；

-将存储槽中过量的催化剂向回收槽中排放；

-打开让每一计量柱中的催化剂剂量朝对应的管子通过的一铡刀；

-启动填充设备的振动；

-停止振动并关闭铡刀；

-按照每根管子所要求的填充体积，重复加载、填充、排放催化剂，打开铡刀，启动振动，停止振动和关闭铡刀这些步骤。

加载完后，进行诸如测量和堵塞的常规控制步骤。

由于只有加载的管子需要测量，可以同时使用大量的量油计，量油计的全局印记对应于所使用的填充机器的全局印记。

附图说明

现在参照附图对本发明进行更详细的说明。

-图1为本发明的移动设备的截面示意图。

-图2为详细说明计量系统，吸收系统和管子之间连接的移动设备的示意图。

-图3为移动填充设备的顶视图。

-图4为移动填充设备的正视图。

-图5至图8说明移动填充设备在反应器的管子上定位的不同步骤。

-图9至图16说明对反应器管子进行加载的一种方法的不同步骤。

-图17说明本发明的一移动填充设备的另一可选方案。

具体实施方式

根据图1，移动填充设备包括具有平行六面体面且支撑各种元件的底盘(24)。更具体地，这些元件包括位于移动设备上部内且在由计量柱(4)组成的计量系统(3)上的催化剂(9)存储槽(2)，在计量柱下有一铡刀(5)，该铡刀使之可以打开或关闭计量柱(4)的底部以便让催化剂(9)在到达反应器的管子内之前通过或不通过吸收隔间(6)，Silentbloc减震器(7)和对中板(8)。

操作员往里注入催化剂(9)的存储槽(2)具有筛状的底部(34)，底部的孔对应于计量系统(3)的计量柱(4)的孔径。一旦计量柱(4)填满了催化剂(9)与筛状底部(34)平齐，操作员可通过一具有小连杆(13)且允许舱门抬起的机械系统来打开对应于存储槽(12)一侧壁的舱门去除存储槽(2)中过量的催化剂(9)。这样操作员可将过量的催化剂推出存储槽(2)。过量的催化剂(9)到达一具有漏斗形状的浇注槽(11)，然后注入到一用作回收催化剂(9)的槽的桶(12)内。一旦计量柱(4)刚好填满且过量的催化剂(9)已被排放，操作员可关闭舱门(10)。

根据计量柱(4)内所需的催化剂(9)体积，操作员可通过一滑动系统调整计量柱(4)的高度，在该滑动系统中，通向筛子的上部和计量柱下部的套管(33)可以或多或少地插入到计量柱中以便改变其加载高度，如图1中的双向箭头所示。一旦计量柱(4)填满，操作员可将催化剂(9)注入到反应器的管子(1)内。这一步在图2中进行了更具体的说明。

优选地，计量系统(3)可包括一氯丁橡胶块或其他具有阻尼性能的材料，其内有与计量柱(4)相对应的穿孔。它在一与底盘(24)相连且具有与剂量柱(4)相匹配的孔的不锈钢板(16)上。该板(16)下可见一铡刀(5)，它也与具有与板(16)的孔和计量柱(4)以对中方式定位的校准孔(14)的一块板相对应。该铡刀(5)通过一气动执行机构(23)具有可滑动的特性，可在板关闭计量柱(4)底部的第一位置和校准孔(14)打开计量柱(4)底部的打开位置之间移动，以便释放催化剂(9)。图2中铡刀处于打开位置。

催化剂(9)的积累以及从计量柱(4)注入到管子(1)通常会产生催化剂粉尘，该粉尘易于在移动设备周围的环境空气中挥发及污染管子(1)。因为，该粉尘对在附近工作且可能吸入该粉尘的操作员是有害的。因此，在铡刀(5)和管子(1)之间装备了一吸收隔间(6)。该吸收隔间(6)包括位于计量柱(4)下面中间套管(19)以便催化剂(9)可以通过这些套管注入到管子(1)内。每根套管(19)具有一实际槽口(18)，通过该槽口，粉尘可流出从而在套管(19)周围流通。在这些套管(19)之间装备了一具有空气入口和空气出口(20)的气流系统(图2中用箭头表示)，在空气出口处可插上吸管以便吸光套管(19)周围积累的所有粉尘。

进一步，板(16)的孔和铡刀(5)的校准孔(14)具有比计量柱(4)直径小的直径，这就意味着催化剂(9)会在板(16)和铡刀(5)的校准孔的倒角棱边(15)上反弹。这些碰撞也会产生催化剂粉尘。这就是为什么在铡刀(5)的校准孔周围装备回收粉尘的孔(17)(见图3)，同样也在板(16)的孔周围装备回收粉尘的孔。这样，催化剂粉尘可轻易地通过粉尘回收孔(17)直接到达吸收隔间的区域以便被吸走。铡刀可覆盖一层衬里以便将与催化剂(9)的碰撞降到最低程度。

为了方便注入催化剂(9)到管子(1)内，该移动填充设备在底盘(24)的两相对面上装备了两个振动器(25)，如图3所示。这些振动器(25)不仅允许加载过程的加速，而且允许催化剂簇的分离，以便在到达管子(1)内之前他们更轻易地通过校准孔(14)和套管(19)。在振动过程中为了限制底盘(24)的变形，规定底盘(24)被放置在一位于吸收隔间(6)下的Silentbloc减震器上(7)，这可从图4中看到。最后，为了使该移动填充设备能够轻易地移置，装备了4个小脚轮(26)，这4个小脚轮分别位于底盘的4个角。这样，操作人员可以在方便的时候一个人在反应器上的待填充区域上移动该移动设备。

正如图5至图8所示的那样，操作人员可通过小脚轮(26)来移动该移动设备。为了使计量柱(4)能够确实在管子(1)上正好对中，提供了一对中板(8)，操作员将首先将该对中板放在反应器的表面上的待填充区域上。实际上，该对中板是一块具有能够进入管子(1)上部的对中衬套(21)的板(8)以便正好定位在管子(1)上。该板(8)包括每根管子(1)上的孔，也包括移动设备的定位支座(22)。

图5中，操作员已将板(8)正确定位在反应器待填充区域上，且移动四轮车定位在附近。

图6中，操作员移动四轮车并使之在对中板(8)上滚动直至Silentbloc减震器(7)与板(8)的定位支座(22)邻接，如图7所示。四轮车然后定位在管子(1)上。

操作员然后降低移动设备以便它顶住对中板，再抬升小脚轮(26)。图8中，移动设备定位在管子上可以开始加载过程了。

该过程的第一步如图9所示，其中移动填充设备正好位于反应器的管子(1)上。

图10中，操作员将一些催化剂注入到存储槽中并分散到计量柱中直到计量柱刚好填满，铡刀处于关闭位置。

图11中，操作员向回收槽中排放过量的催化剂以便催化剂与存储槽底部齐平。

图12中，操作员启动移动设备的振动器并打开铡刀以便让催化剂进入反应器的管子内。

图13中，管子填充第一次加载的高度。根据所需高度，操作员重复图10，图11和图12所示的操作直至加载管子内获得所需的高度。

图14中，一旦获得了所需的高度，操作员移走移动设备并用量油计测量每根管子的填充高度以便检查加载是否合适。

图15中，在执行该控制步骤后，操作员用堵板堵住填充的管子，堵板的尺寸对应加载区域，如图16所示。

由于待加载到一反应器中的扇形的尺寸就像一个谜一样，某些区域优选地通过一用于100根，或20根，或3根，或单根管子的移动设备进行填充，这些区域然后用100根管的管塞(27)，或20根管的管塞(28)，或3根管管塞(29)，或单元管塞(30)进行标识。

有了该管塞系统后，操作员可以轻易地识别反应器的不同区域。可以设置一色码作为加载的一控制步骤。例如，在加载前，作为一种拼图，操作员用第一种颜色的管塞塞住反应器的整个上部圆形表面，它们的形状对应加载机器的不同尺寸的印记。然后，操作员用一对中板替换每一个管塞，在继续对对中板下面的管子进行加载。加载结束时，操作员用第二种颜色的管塞替换烧结板替换，这就意味着管子已加载但未检出。针对测量步骤，操作员拔下管塞，用一个或多个量油计检查催化剂的加载高度，如果需要，改正加载，然后用第三种颜色的管塞关闭加载和检查过的管子。这样，根据管塞上的颜色，操作员就知道下面的管子是空的，或者是已加载了但未证实，或者是已加载并证实。

图17为用于三根管子的移动填充设备。该移动设备沿用了前述移动设备的相同设计且包括相同的元件，即，一催化剂存储槽(2)，计量柱(4)，通过套管(33)调整计量柱高度的一系统，一位于计量柱(4)下面的铡刀(5)，一具有中间套管和对中板(8)的吸收隔间，其中对中板的对中衬套(21)进入到管子(1)内。因为这种设备只对三根管子提供，因此铡刀可通过一机构(32)手动驱动。同样，根据反应器的需要，也可以为其他数目的管子，例如，17，40，120等提供移动设备。

图中所示配置只是可能的配置，并非本发明的限制例，相反，本发明包括本领域的技术人员能想到的其他可选的形状和设计方案。

Claims (11)

1.一种能够填充由多根具有平行面且填有颗粒状的催化剂(9)的管子(1)组成的催化反应器中至少一根管子(1)的移动填充设备，

该设备包括：

-一具有筛状底部的催化剂(9)存储槽(2)，筛状底部的每个孔能够与反应器的的一根管子(1)相符；

-针对每一根待填充管子(1)的一催化剂(9)计量系统(3)，对应于一能够相对管子(1)对中的计量柱(4)且能接收一预定的催化剂(9)量；

-同时将包含在计量系统(3)中的催化剂(9)释放到待填充管子(1)的装置；

其特征在于：该设备具有回收由往管子(1)倾倒催化剂(9)形成的粉尘的装置。

2.根据前述权利要求所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：用于释放催化剂(9)的所述装置在于位于计量系统(3)下且针对每根待填充管子包括一校准孔的一铡刀(5)内，所述铡刀(5)能够在孔(14)相对对应的计量柱(4)和管子(1)移动的一闭合位置与孔(14)相对对应的计量柱(4)和管子(1)对中的打开位置之间滑动。

3.根据前述权利要求所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：所述粉尘回收装置包括：

-在每个校准孔(14)的周长上回收铡刀(5)产生的粉尘的孔(17)；

-用于吸粉尘的一隔间(6)，该隔间位于铡刀(5)下，对每一校准孔(14)而言包括一放置在计量柱(4)和管子(1)之间的中间套管(19)，且具有一用于排放粉尘的槽口(18)及套管(19)之间至少有一新鲜空气的入口和至少一吸收装置吸收的污浊空气(20)的出口的一气流系统。

4.根据权利要求2和权利要求3中任何一项所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：对于n根管子的填充而言，铡刀(5)在放置在计量系统(3)下且刺有n个对应于n个计量柱(4)和n根管子(1)的布置的孔(14)的单个板内，其中n为整数。

5.根据权利要求2至权利要求4中任何一项所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：铡刀(5)的移动通过气动执行机构(23)的驱动装置来驱动。

6.根据前述权利要求中任何一项所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：该移动设备包括用于根据待定量的催化剂量来调整计量柱(4)高度的装置。

7.根据前述权利要求中任何一项所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：该移动设备包括在管子(1)内倒入催化剂之前回收存储槽(2)中过量的催化剂(9)的装置。

8.根据前述权利要求所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：所述回收装置包括：

-一存储槽(2)墙壁之一上的舱口(10)，该舱口可以打开排放过量的催化剂(9)；

-一位于舱口(10)出口处的浇注槽(11)；及

-一通过所述浇注槽(11)接收过多催化剂(9)的回收槽(12)。

9.根据前述权利要求所述的填充催化反应器至少一根管子的移动设备，其特征在于：该移动设备包括一支撑存储槽(2)，计量系统(3)，释放剂量的装置和吸收隔间(6)的底盘(24)，该底盘(24)放置在Silentbloc防震器(7)之上且通过至少一个振动器(25)来振动。

10.根据前述权利要求任一项所述的填充具有一移动设备的一催化反应器的至少一根管子的系统，其特征在于：该移动设备与一位于找到待填充管子(1)所在的地方的对中板(8)协同工作，所述对中板(8)包括：

-垂直于对中板(8)延伸且能插入到对应管子(1)的上部孔径之内的对中衬套(21)；以及

-移动设备相对对中板(8)的至少一定位支座(22)以便相对管子(1)将计量系统(3)对中。

11.一种加载催化剂到具有多根管子(1)的一反应器中的方法，包括以下步骤：

-如前述权利要求所述，在位于反应器上的对中板(8)上定位移动填充设备，让该设备的每个计量柱(4)相对每根相应的管子进行对中；

-加载催化剂(9)到位于填充设备上部的存储槽(2)中，存储槽的底部包含通向计量柱(4)的孔；

-填充催化剂(9)到计量柱(4)中直到它与存储槽(2)的底部齐平；

-将存储槽(2)中过量的催化剂(9)向回收槽(12)中排放；

-打开让每一计量柱(4)中的催化剂剂量(9)朝对应的管子(1)通过的一铡刀(5)；

-启动填充设备的振动；

-停止振动并关闭铡刀(5)；

-按照每根管子(1)所要求的填充量，重复加载、填充、排放催化剂，打开铡刀(5)，启动振动，停止振动和关闭铡刀(5)这些步骤。