CN1512912A - 向垂直管中装载粒状固体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述其中将弹性流体与粒状固体接触的方法。此方法包括如下步骤：提供包含粒状固体(5)装料的基本垂直伸长管状容纳区(1)，容纳区(1)的体积大于粒状固体(5)的沉降体积。在容纳区上端安装上保持器机构(3)，上保持器机构(3)可渗透流体但适于保持容纳区(1)中的粒状固体(5)。在粒状固体(5)以下在容纳区(1)中移动安装跟随器机构(4)，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区(1)的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动。在方法中，引起弹性流体在一定速率下通过容纳区(1)向上流动，该速率足以引起粒状固体(5)上升到容纳区的上端和倚靠上保持器机构(3)的下侧形成粒状固体(5)的缓冲垫。速率超过临界速率以引起跟随器机构(4)向上移动直到它倚靠粒状固体(5)缓冲垫的下侧邻接。本发明也提供适于进行这样方法的装置和将粒状固体装载入基本垂直管中的方法。

Description

向垂直管中装载粒状固体的方法和设备
1. 发明的技术领域
本发明涉及接触弹性流体与粒状固体的方法。
2. 发明背景
有许多涉及弹性流体，如气体或蒸气，和粒状固体之间接触的方法。因此使用气相或蒸气相反应条件进行许多化学工艺，其中将气体或蒸气流与粒状催化剂接触。其中将弹性流体与粒状固体接触的其它方法包括干燥，其中将气体或蒸气与干燥剂接触，和吸附，其中将气体或蒸气与吸收剂接触，吸收剂用于，例如，从其吸附潜在催化剂毒物的目的。
在这样的工艺中，尽管使用流化催化剂床操作一些工艺，粒状催化剂或其它粒状固体通常为固定床的形式。
用于这样工艺的条件通常包括高操作温度和/或高压力。因此反应器可必须承受高热和压力应力。用于化学工艺容器的典型构造材料因此包括低碳钢、高压钢、不锈钢和其它特殊钢和合金。
催化剂、负载催化剂和其它粒状物，如干燥剂和吸附剂在固定床应用中的使用因此是广泛的。形成固定床的粒状物质本质上典型地是陶瓷或从造粒的金属氧化物形成。通常它比反应器、管子或粒状固体的其它容纳设备具有更低的膨胀系数，由于压力强度原因，反应器，管子或其它容纳设备由金属组成。因此，当系统增加温度时，由于在加热时，反应器壁比催化剂粒子膨胀更多，粒状材料在反应器中跌落。然后当温度以后降低时，反应器的壁当它冷却时收缩和可捕捉粒状物质，好象通过拉紧胸衣和因此将粒状物质经受破碎力，特别是如果粒状固体包含在基本垂直的金属管中。
在许多应用中，操作中的温度变化不是非常高和在粒状物质和容纳设备之间不同的膨胀数量不显著。因此不引起粒状材料的过度磨损或对容器壁的损害。然而，在采用高温操作的所谓火加热工艺中，该工艺典型地包括燃烧以保持吸热催化工艺如蒸汽重整中的温度，或在放热催化工艺如部分氧化工艺中，涉及的膨胀数量是相当的。如果固定床包含在大直径反应器或容纳设备中，由于存在许多粒子和会发生催化剂粒子向内部空隙的积累性小移动，此差异膨胀可以仅由催化剂粒子的少量磨损适应。然而，如果催化剂包含在窄垂直管中，该窄垂直管的公称直径例如小于约6英寸(约15.24cm)，此相对移动不足够和可以产生非常高的破碎力。如果粒状物质易碎到任何程度，这倾向于导致粒状物质的磨损，或如果不是这样，导致对管壁的损害。已经在高温重整器管中，由物理强氧化铝催化剂载体球观察到后一种现象。此外，在这样的情况下，其中垂直管非常长和由于使用的高操作温度，在它们的长度中经历相当的膨胀，例如，蒸汽重整器管，当它由于被冷却管紧密地压挤而冷却时，粒状物质下落非常显著的数量但不能上升到管子，该冷却是恶化破碎倾向的因素。
重复的加热和冷却循环导致填料床所需特性的劣化，在于将原始装载体积的粒状物压缩到更高的密度，因此增加压降。此外，已经发现在其它原因中，通过催化剂床的增加压降可以由催化剂粒子的破裂引起，催化剂粒子的破裂来自催化剂的不正确装料或来自由于在开动和停工时的温度循环，在催化剂和包含容器之间的差异膨胀和收缩。催化剂粒子的破裂得到更小粒径的碎裂物，而由于腐蚀的粒子更紧密地装填在一起，粒子角的腐蚀得到更低的空隙率。对于进一步的讨论，可以参考催化剂手册”，第2版，Martyn V.Twigg(Wolfe Publishing LTD.，1989)，在125页。在所有的固定床应用中，此增加的压降一般增加与气体压缩相关的成本。在并联固定床应用中，这可导致增加的不均匀分布，特别是在多管式反应器中，因此引起不同管中的不同转化率和选择性。这依次可导致进一步的问题如碳沉积、热点的形成(导致可能的管故障和/或导致催化剂的烧结)、和导致催化剂失活的不同速率的发展，该发展可进一步恶化状况。当催化剂的活性部分为浅表面层的形式时，由于在此情况下可以损失相当的催化剂活性或催化剂活性可变得不均匀分布，由层裂和磨损的催化剂表面材料的损失是特别严重的。
到目前为止，从破碎力的碎屑会在更密集的床中积累和也增加压降。在多管式反应器中的不同管之间存在不同压降的增加可能性，导致气体或蒸气的不均匀分布。此外，难以预测任何单个管中床层的顶部位置。
采用外部火加热的管式反应器，如重整器的另一个问题在于，不包含催化剂的任何管部分易于过热，具有管故障的因此损害，这是由于在该管部分中没有催化的吸热反应以吸收辐射热和因此冷却管部分。这使得重要的是在操作期间尽可能接近地确定催化剂床的位置，以最小化通过局部过热的管故障的危险。
因此，在本领域需要提供一种反应器设计，当将反应器经受加热到高温随后再次冷却的温度循环时，该设计克服与粒状材料破碎相关的问题，和该设计允许通过粒状材料的低压降，最小化压降累积，和允许采用高确定程度固定床的位置，以最小化外部火加热的反应器中管故障的危险。
先前已经认识到此需要和在尝试的现有技术中有各种例子以克服以上给出的问题。
已经在美国专利No.4,203,950(Sederquist)中认识到由于管式反应器，如蒸汽重整反应器中宽温度循环，由径向力的催化剂破碎。在此文献中，提出应当在环隙中布置催化剂及至少一个壁是柔性的。
在美国专利No.5,718,881(Sederquist等人)中，蒸汽重整器含有分段的反应区与用于不同温度区的单个支撑物，催化剂区段的体积与重整器中各个区的温度成反比。
在美国专利No.3,818,667(Wagner)中提出柔性百叶窗式筛网以容纳粒子移动的用途。在美国专利No.4,063,900(Mita等人)中，和在美国专利No.4,052,166(Mita等人)中，也在催化转化器中提出百叶窗，该转化器用于催化处理来自内燃机的废气。
在美国专利No.3,838,977(Warren)中提出在催化消声器中使用弹簧或波纹管，以控制床膨胀和收缩以保持紧密的非流化或提升床。在美国专利No.5,098,453(Turner等人)中，描述了用于保持碳颗粒床的弹簧加载，该碳颗粒紧密装填在燃料蒸气贮存罐中。
在美国专利No.3,628,314(McCarthy等人)中，提出用于遵循床体积的降低但限制上穿孔保持板的向后移动的棘轮设备。美国专利No.4,489,549(Kasabian)中、在美国专利No.4,505,105(Mita等人)中、和在美国专利No.4,554,784(Weigand等人)中描述相似的设备。
在美国专利No.5,118,331(Garrett等人)中、在美国专利No.4,997,465(Stanford)中、在美国专利No.4,029,486(Frantz)中、和在美国专利No.4,336,042(Frantz等人)中，提出用于限制粒状材料移动的催化剂床中气动套管。
然而，这些现有技术建议是精细的和并不令人满意地解决粒状催化剂破碎的问题，该问题可能由反应管器的重复温度循环引起。
在运输之前和/或在装载入反应器之前，通常将催化剂通过筛网以除去粉尘和破裂的片。催化剂粉尘和破裂片的这样脱除是所需的，以最小化由催化剂床引起的经过反应器的压降。此筛分步骤在财政和时间两方面构成昂贵的程序。一旦装载了催化剂粒子，催化剂粒子通常不能再排列和装填密度仅倾向于增加。
可以通过许多方法达到催化剂的装载，以降低由自由下落装载引起的破裂和损害。例如，可以使用“短袜式”装载，其中将催化剂放入通常由织物组成的长“短袜状物”中，该短袜状物在一端由可脱除封闭物或带子折叠或封闭，当短袜状物就位时，可以拉动该封闭物或带子以释放催化剂。另一种方法，与对于装载直径小于约25cm的管子相比，该方法更适用于在大直径容器中形成床，该大直径例如是约0.75m-约4m或更大直径，是所谓的“密集”装载，其中将催化剂通过旋转分布器加入以放下连续料位层而不是倾卸催化剂的小丘。第三种方法，该方法适于装载垂直管，在管子中采用降低下落速度的丝线设备或丝线。一种选择是在管子内部采用一个或多个丝线螺旋形物，使得催化剂粒子以跳跃的方式达到管子下面和并不在管子的全部高度上经受自由下落。当填充管子时，故向上抽出丝线，非必要地具有垂直波动。例如，在美国专利No.4,077,530(Fukusen等人)中提出了这样的设备。
进一步的可能性是使用沿它的长度含有一系列刷状元件或其它减震元件的管线和当将催化剂粒子加入管子中时向上抽出管线，如在美国专利说明书No.5,247,970(Ryntveit等人)中所述那样。
也可以在大直径容器中采用漏斗和填充织物或固体管半连续进行“短袜式”装载，移动和提高漏斗和填充织物或固体管以释放催化剂，具有催化剂的经常流平。
每种装载方法产生具有不同堆密度的固定床。密度差异可以是相当显著的，例如，采用圆筒形粒状材料或挤出物，“密集”装载的密度可以比相应的“短袜式”装载密度大差不多约18％，这是由于在“密集”方法中一般水平和彼此平行地放置粒子，而不是在“短袜状物”除去之后随机的。
在一些应用中，需要最大化装载的催化剂数量，而不管通过固定床的增加压降，在该情况下可以使用“密集”装载或进入液体的装载和/或可以振动管子。
美国专利说明书No.5,892,108(Shiotani等人)提出填充催化剂用于如下物质气相催化氧化的方法：丙烯、异丁烯、叔丁醇或甲基叔丁基醚与分子氧，以合成不饱和醛和不饱和羧酸，其中金属拉西环用作辅助填充材料。
在美国专利说明书No.5,877,331(Mummey等人)中，描述了净化气体用于从马来酸酐生产的催化反应器除去细粒的用途，该反应器包含催化剂主体。在此过程中，在足以流化催化剂细粒但不足以流化催化剂主体的线性流动速度下，将净化气体，如空气通过催化剂床。在第15栏16-18行，有如下描述：
“为在反应器进一步操作期间防止催化剂床的流化或膨胀，和特别是为防止固定催化剂床中催化剂主体彼此倚靠或倚靠管壁磨损，在反应器的每个管子中，在催化剂塔的顶部上放置包括基本与催化剂更密集的材料的离散主体的限制床”。
也教导的是此向下流除去不所需的细粒子，该细粒子如果留在密集装填的容器中，可引起床的堵塞。
在美国专利No.4,051,019(Johnson)中，教导了在选择以最大化容器中粒状物质表观堆密度的速度下，通过引入对细分粒状物质向下流逆流的流体介质，将细分粒状物质装载入容器中用于增加装填密度目的方法。教导的是此方法也提供除去不所需细粒子的方法，该细粒子如果留在密集装填的容器中，可引起床的堵塞。
在上述参考书籍中由Twigg在569页描述了采用空气或电驱动振器振动管子和/或采用皮革面的锤子打击，后一种方法用于进一步压缩那些管子中的催化剂，在多管应用中显示低压降，以在每个管子中达到相等的压降。
在美国专利No.3,990,858(O’Sullivan等人)中描述了上流式管式蒸汽重整器。在此建议中，通过提供加重的锥形中空元件而防止催化剂管中粒状材料的流化，该中空元件位于粒状材料床的顶部。此锥形中空元件具有伸长的槽，因此从床离开的流体流入中空元件的内部，通过槽和流入管出口。
需要以简单和可靠的方式避免由粒状材料，如催化剂、干燥剂或吸附剂破碎或磨损引起的问题，在容器中，特别是由相对高热膨胀材料，如钢或其它金属或合金组成的容器中，将该粒状材料经受在高温和低温之间的循环。也需要提供操作催化反应器的方法，其中可以在操作中可靠地最小化经过催化剂床的压降。此外，需要采用粒状材料，如粒状催化剂装载管式反应器的方法，其中可以在催化剂管中基本避免“细粒”的存在。此外需要操作包含粒状材料装料的反应器的方法，其中可以简单地从反应器除去在反应器延长操作期间形成的任何“细粒”，而不必须从反应器排出粒状固体的装料。也需要管式反应器的方法，其中确定地已知在管子或每个管子中催化剂或其它粒状材料床的顶部位置。
3.  发明概述
本发明因此探索以提供在一定条件下进行在弹性流体，如气体或蒸气，和粒状固体之间的接触的新颖方法，该条件包括在高温和环境或接近环境温度之间循环的使用，但在该条件下最小化固体粒子的破碎。进一步探索以提供改进的方法，其中将气体或蒸气与粒状固体，如催化剂、干燥剂或吸附剂接触，将催化剂、干燥剂或吸附剂经受几百摄氏度的高温和然后冷却，而不将粒状固体经受过度的机械应力。此外，本发明探索以提供在管子中在高温下，在一定条件下接触气体或蒸气与粒状固体的方法，该方法最小化破碎力对固体的施加，特别是在管子的冷却期间，和该方法促进由催化剂或其它固体粒子磨损形成的粒状固体碎裂物的脱除，以基本避免压降的任何显著增加。此外，本发明探索以提供装填催化剂床的新和改进方法。本发明的仍然另一个目的是提供操作装填有催化剂粒子的催化反应器的方法，其中确定地已知催化剂床顶部的位置而不使用高温，高温引起反应器管在纵向和径向两个方向膨胀。本发明进一步探索以提供操作催化反应器，更特别地管式反应器的方法，其中将气相或蒸气相与粒状催化剂接触，使得最小化经过催化剂床的压降。也探索以提供采用粒状材料，如粒状催化剂装填管式反应器的方法，其中基本避免尺寸过小“细粒”粒子的产生和其中可以从催化剂床除去任何的这样细粒”粒子而没有从反应器的第一次催化剂排出。
根据本发明的一个方面，提供一种其中将弹性流体与粒状固体接触的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供包含粒状固体装料的基本垂直伸长管状容纳区，容纳区的体积大于粒状固体装料的沉降体积；
(b)提供安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体，和在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；和
(c)引起弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动，以引起跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接，该一定速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该一定速率超过临界速率。
本发明进一步提供一种进行弹性流体与粒状固体接触的装置，该装置包括：
(a)确定基本垂直伸长管状容纳区的反应器机构，该容纳区用于包含粒状固体的装料，容纳区的体积大于粒状固体的沉降体积；
(b)安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体；和
(c)在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；
因此当弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动时，该速率足以引起粒状固体上升到容纳区的上端和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫和该速率超过临界速率，跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。
弹性流体可包括气体或蒸气介质。
上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中粒状固体的未损害粒子。它可包括基本平行条、棒和丝线的筛分、或丝网或其它穿孔形式的保持器，如由许多小孔形成的板。
所需地设计跟随器机构使得存在间隙，通过和/或围绕它用于弹性流体通过其间的向上流动。另外所需地设计容纳区的下端使得，当没有弹性流体通过容纳区的向上流动时，当这样的流动开始但保持在临界速率以下时，存在间隙用于弹性流体通过或围绕跟随器机构向上流动。因此跟随器机构典型地包括活塞部分，该活塞部分松散安装在容纳区中使得流体可向上通过围绕活塞部分的环形间隙。此活塞部分可位于或朝向跟随器机构的下端，位于或朝向跟随器的下端，或在跟随器机构上端和下端中间。当流体的任何向上流动不足以引起粒状固体在容纳区向上升高，以倚靠上保持器机构的下侧形成缓冲垫时，跟随器机构的一个功能是支撑粒状固体的装料。如果活塞部分不位于或接近跟随器机构的上端，则活塞部分可进行此功能；如果不是这样，则跟随器机构优选在或朝向它的上端包括支撑机构，当流体的任何向上流动不足以引起粒状固体在容纳区向上升高，以倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫时，该支撑机构用于支撑粒状固体的装料，例如一系列彼此间隔的同心环，使得在相邻一对环之间的间隙不足以允许粒状团体预定尺寸的粒子通过其间。这样的间隙也有助于经过容纳区横截面更均匀地分布上流弹性流体的流动。
当流体的任何向上流动不足以引起粒状固体在容纳区向上升高，以倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫时，不使用同心环，或者可以使用网布置以提供粒状固体装料的支撑。
应当进一步设计跟随器机构使得，不管在活塞部分周围的环形间隙，跟随器机构不能从垂直位置足够倾斜以倚靠容纳区的壁而阻塞。在一种设计中，这通过如下方式达到：提供具有一系列从垂直轴呈放射状的基本垂直板，例如以Y扇区布置的三个垂直板的活塞部分，垂直地布置板及它们的平面围绕基本垂直的轴彼此为大约120°的角度。如需要，事实上可以使用多于三个板，例如在x扇区中在围绕基本垂直的轴彼此为大约90°垂直布置的四个板。
或者，活塞部分可具有含一个或多个星形轮组件，例如在彼此大约120°角度下的三个放射状棒组件的中心垂直棒，该星形轮组件由从中心垂直棒呈放射状的三个或多个条或棒形成，和布置该活塞部分以当它在容纳区中移动时，防止跟随器机构倾斜显著的数量和因此倚靠容纳区的壁阻塞。以此方式，跟随器机构可允许弹性流体在所有时间在它周围在向上或向下方向自由通过，同时保证，当弹性流体的向上流动速率增加到超过临界速率的速率时，跟随器机构平稳地从它在容纳区底端的位置升起和然后在容纳区中向上移动，直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。
当弹性流体在低流速下通过容纳区向上流动时，跟随器机构保持在容纳区的下端及在它上面支撑的粒状固体为床的形式。当向上流速增加时，粒状固体的粒子在床的上端流化。在向上流速的仍然进一步增加时，流化的床比例增加直到在容纳区升起和倚靠上保持器机构的下侧形成粒子缓冲垫。当向上流速足以提起基本上所有的粒子时，在粒子缓冲垫下侧上的一些粒子倾向于落下和然后再次被带起。在超过临界流速的向上流速下，跟随器机构升起和倚靠粒子缓冲垫下侧邻接，因此将粒子缓冲垫保持位置和防止粒子从粒子缓冲垫落下，同时跟随器机构倚靠粒子缓冲垫的下侧保持位置。
伸长容纳区可以是并联连接的多个伸长容纳区的一个，例如它可以是安装在蒸汽重整器的加热炉中的催化剂管。
优选至少一部分容纳区具有基本均匀的水平横截面。更优选在整个它的高度至少主要部分中，和甚至更优选在整个基本上所有它的高度中，容纳区具有基本均匀的水平横截面。
当弹性流体的向上流速大于临界流速时，跟随器机构适于在容纳区中向上升起直到它倚靠粒状固体的缓冲垫邻接。因此至少的是其中跟随器机构移动的容纳区应当所需地具有均匀的水平横截面。例如它可包括基本圆形横截面的管子。
在优选的实施方案中，容纳区包括长度∶直径比为约50∶1-约1000∶1，更优选约100∶1-约750∶1的管子。正常地这样管子的内径为约6英寸(15.2cm)或更小，优选约2英寸(5.08cm)或更小，如内径为约1英寸(2.54cm)-约2英寸(5.08cm)的管子。
在许多情况下，可以设计容纳区使得在操作中跟随器机构通过其在容纳区上升起的距离至多仅为几英寸，例如约1英寸(2.54cm)-至多约10英寸(25.40cm)，优选约2英寸(5.08cm)-至多约5英寸(12.70cm)，如约3英寸(7.62cm)。
尽管通常优选在整个它的高度中容纳区具有基本均匀的横截面，或者对于其中在操作中跟随器移动的容纳区下部分可具有比容纳区上部分更小的横截面面积。因此容纳区可包括相对小直径的下管状部分，下管状部分连接到更大直径的管底部。在此情况下，尽管要求将其中在操作中跟随器机构移动的容纳区更窄下部分机器加工到到相对接近的容差，并不必须这样仔细地控制容纳区上部分的横向尺寸。这样布置中的进一步优点在于在跟随器和容纳区下部分壁之间的间隙可大于如下情况：如果布置跟随器机构以在更大的管子中滑动。再次此因素降低容纳区该部分内部的仔细机器加工的需要，其中跟随器机构移动。
通常优选布置跟随器机构以阻断容纳区向上或向下的弹性流体通过，但允许通过容纳区内表面和跟随器机构之间的间隙的弹性流体向上流动，间隙提供小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸的间隙。因此跟随器机构可包括用于确定间隙的密闭下端部分和具有弹性流体通过机构的上部分。这样的弹性流体通过机构可包括多个彼此间隔的基本同心环，在相邻环之间的间隙小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。或者弹性流体通过机构可包括多孔档板元件，该元件的开孔小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
容纳区可包括多种类型的粒状固体，在该情况下每种类型通过各自的跟随器机构与相邻类型分隔。
典型地粒状固体具有至少一个小于约10mm，如约6mm的尺寸。粒状固体的形状可基本为球形和具有，例如，约2mm-约10mm，如约6mm的直径。然而，或者可以使用粒状固体的其它形状，但应当避免可容易形成桥接的形状的使用。因此可以使用的其它形状包括环、鞍、粒料、圆筒形挤出物、三叶形物、四叶形物等。
合适粒状固体的例子包括催化剂、干燥剂和吸附剂。
将粒状固体装载入容纳区中的一种方法包括在一定速率下倚靠弹性流体的轻微上流物流，通过容纳区的顶部加入，该速率小于要求完全提升任何已经加入的粒状固体(或向上移动跟随器机构)的速率，但使得粒状固体并不在重力下自由下落。以此方式可以显著降低或显著消除对粒状固体的损害。
然而可以使用任何其它的装载方法，如“短袜式”装载。可以使用的其它技术包括丝线设备的使用、美国专利说明书No.5,247,970(Ryntveit等人)中所述设备的使用等。
在粒状固体的初始装载和非必要在上保持器机构中安装就位之后，可以采用向上流或向下流模式测量经过容纳区的压降，因此，在向粒状固体施加弹性流体的向上流物流及上保持器机构就位之后，可以检查容纳区中粒状固体的沉降体积和/或经过容纳区的压降，如果容纳区中粒状固体的沉降体积并不相应于预定数值和/或如果经过容纳区的压降不在所需范围内，则将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。因此在优选的过程中，在粒状固体的初始装载之后，在测量步骤中测量经过容纳区的压降。如果测量的压降不符合预定的数值，则将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。或者，或另外，可以在测量步骤中测量粒状固体的沉降体积，其后如果容纳区中粒状固体的沉降体积不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。在任一情况下，在粒状固体的初始装载之后但在测量步骤之前，在超过临界速率的速率下可引起弹性流体通过容纳区向上流动，以倚靠上保持器的下侧形成粒状固体的缓冲垫和以引起跟随器机构上升容纳区直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧而邻接，其后降低或中断弹性流体的向上流动以允许粒状固体沉降床的形成。
在根据本发明的一个特别优选方法中，粒状固体是有效用于催化所需化学反应，如蒸汽重整的催化剂，和将包括能够进行所需化学反应的反应进料混合物的弹性流体以向上流模式通过容纳区，同时将容纳区保持在有效用于进行所需化学反应的操作条件下。在根据本发明的另外方法中，粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，和其中将包括能够进行所需化学反应的反应进料混合物的弹性流体以向下流模式通过容纳区，同时将容纳区保持在有效用于进行所需化学反应的操作条件下。
在本发明的方法中，可以将容纳区和粒状固体经受高温，例如至少约500℃的温度。例如，所需的化学反应可以是部分氧化反应，在该情况下弹性流体包括部分氧化进料混合物，粒状固体是部分氧化催化剂，和由部分氧化反应保持容纳区和部分氧化催化剂的温度。或者所需化学反应是蒸汽重整反应，在该情况下弹性流体包括蒸汽重整进料混合物，其中该粒状固体是蒸汽重整催化剂，和由容纳区外部的热燃烧气体保持容纳区和蒸汽重整催化剂的温度。
本发明进一步提供一种在用于进行方法的准备中将粒状固体装载入基本垂直管的方法，其中将弹性流体与粒状固体接触，该方法包括如下步骤：
(a)提供含有伸长容纳区的基本垂直伸长管状反应器，该容纳区用于包含粒状固体的装料；
(b)在容纳区的下端提供在容纳区中移动安装的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；
(c)在跟随器机构的顶部将粒状固体的预定装料装载入容纳区，粒状固体的沉降体积小于容纳区的体积；
(d)在容纳区的上端安装上保持器机构，该上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体；和
(e)引起弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动，该速率足以引起粒状固体上升到容纳区的上端和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。在这样的方法中，可以在一定速率下倚靠弹性流体的轻微上流物流，通过容纳区的顶部加入该粒状固体，该速率小于要求完全提升该粒状固体的速率，但使得该粒状固体并不在重力下自由下落。优选，在向该粒状固体施加弹性流体的向上流物流之后，检查容纳区中粒状固体的沉降体积。如果容纳区中粒状固体的沉降体积不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。
在特别优选的装载方法中，在步骤(e)中和在一定速率下将弹性流体的向上流动保持一定时间，该速率足以引起小于预定设计粒度和足够小的基本所有粒子通过上保持器机构。
4.  附图简述
图1是垂直反应器管的半图示侧视图，该反应器其中含有催化剂跟随器及没有向上的气体流；
图2是图1垂直反应器管的侧视图，该反应器管具有速率超过临界速率的向上气体流；
图3是在放大规模上图1和2催化剂跟随器的侧视图；
图4是图3催化剂跟随器的顶视平面图；
图5是从另外催化剂跟随器上部的透视图；和
图6是从图5催化剂跟随器下部的透视图。
5.  优选实施方案的详细描述
参考附图的图1，显示用于进行气相或蒸气相反应，如蒸汽重整工艺的垂直反应器管1。如所需，此工艺可以采用向上流或向下流模式操作。然而，由于以下进一步解释的原因，在本发明的实施中优选是向上流模式。
管子1在横截面为圆形和内径为约2英寸(约5.08cm)和具有内环形壁架2，或具有可移动支撑件，该支撑件含有中心垂直小孔，和具有上穿孔保持器3。它可以由任何合适的材料制成，该合适材料是在要使用的反应条件下基本惰性的。例如，依赖于要进行的反应本质和反应压力，它可以是不锈钢或合金管或低碳钠管。
尽管反应器管1为了方便通常含有圆形横截面，如需要，可以使用其它横截面，如椭圆形、六角形、或正方形横截面的管子。
反应器管1的长度是反应器管1的直径或其它横向尺寸的倍数(它可以是整数倍数，如100×，或分数倍数，如37.954×)。尽管说明的反应器管1相对较短，由本领域技术人员理解的是反应器管1可以为任何方便的长度。例如，如需要，反应器管1可以为约6英尺(约182.88cm)长或更大，如至多约30英尺(约914.40cm)或45英尺(约1371.60cm)或更大。
当没有气体或蒸气的向上物流时，壁架2支撑催化剂跟随器4，在催化剂跟随器的顶部上放置粒状固体的装料5。粒状固体的装料5，这是密集装填的或松散装填的，小于在催化剂跟随器4和上穿孔保持器3之间的可利用体积。
催化剂粒子可以为任何所需的尺寸或形状，但典型地基本为球形。典型地催化剂粒子不具有小于约3mm的尺寸。它们可以是基本球形的粒子，该球形粒子的直径例如为约6mm。然而，粒子可具有任何其它所需的形状，例如，圆筒体(非必要地具有一个或多个其中形成的通路)、圆筒形挤出物、或三叶形或四叶形挤出物，只要粒子的形状不有益于桥接的形成。催化剂粒子足够大以不通过在催化剂跟随器4和反应器管1内壁之间的任何环形间隙，也不通过上穿孔保持器3。
希望上穿孔保持器3防止在上穿孔保持器3以上，未损害的催化剂粒子的向上通过。然而，它允许磨损催化剂的粉尘或小碎裂物向上通过其间。它可由如下物质组成或包括如下物质：适当网尺寸的线网或网状物。
催化剂跟随器4从合适的材料，如不锈钢制成，和包括轴向和对称焊接到一起的三个板6，以形成Y扇区中心部分，及板6围绕垂直轴彼此设定在120°。板6的径向外边缘从反应器管1的内壁接近间隔和有助于保持催化剂跟随器4在向上的位置和在它的反应器管1向上和向下移动中导引它，如以下进一步所述。
如可以从图1和2，和更清楚地从图3看出的那样，每个板的上部分7具有分段式轮廓和将环孔8，9，10，和11焊接到此分段式轮廓上。在环孔8，9，10，和11之间的间隙小于催化剂粒子的平均最小尺寸和选择环的侧向尺寸，使得催化剂粒子不能通过催化剂跟随器下落但保持在其上侧上。靠近催化剂跟随器4的下端，将板6焊接到盘12上，在盘12以下也焊接下板13。
在盘12周围有环形间隙14以允许气体或蒸气的向上通过。此外，在催化剂跟随器4的顶端有中心小孔15，如可以从图4中看出的那样。然而，当气体或蒸气在超过临界流速的流速下以上通过反应器管1时，盘12用作松散活塞和故催化剂跟随器4在反应器管1中升高。选择催化剂跟随器4的重量，和选择催化剂跟随器的尺寸和形状，使得由于向上流气体或蒸气的向上升起力在这样的流速下引起催化剂跟随器4浮起管1，因此扫除在它之前的任何非流化粒状材料和倚靠固定的上穿孔保持器3压缩粒子5的缓冲垫。
看出催化剂跟随器4包括由板13构成的下间隔部分，当没有弹性流体的向上流时和当催化剂跟随器4支撑在壁架2上时，该下间隔部分用于保持由盘12形成的活塞部分离开在管1中安装的壁架2。这导致气体或蒸气能够，在所有的时间，自由地以向上流或以下流通过此活塞部分。盘12允许催化剂跟随器4在向上流操作中的平稳升起。选择催化剂跟随器4的重量使得，在所需的操作向上流气体速率下，由经过盘12和反应器管1内壁之间的环形间隙14的压力损失引起的浮升力大于催化剂跟随器4总质量的重力吸引力。
图2说明当气体或蒸气在超过临界流速的流速下在反应器管1中向上流动时的反应器管1。催化剂粒子升高以形成倚靠下穿孔保持器3下侧邻接的催化剂粒子5的缓冲垫。此外，催化剂跟随器4也升高和自身倚靠催化剂粒子5的缓冲垫下侧压挤。
通过改变从板6径向外侧切割出的部分的尺寸，可以改变催化剂跟随器4的重量。因此可以改变临界流速，即在给定管1中气体或蒸气的向上流速，在该流速下催化剂跟随器4会从壁架2升高。
如需要，同心环8，9，10，和11可以由丝网或格栅布置代替。
催化剂跟随器24的另外形式说明于图5和6。这跟随器是从合适的合金铸塑的。此跟随器包括底部盘25，在底部盘以下是三个间隔元件26，该间隔元件彼此设定在120°和当没有通过反应器管1的气体向上流时，用于在壁架2上支撑催化剂跟随器24。在间隔元件26之间的间隙和在底部盘25周围的环形间隙用于允许气体在低气体速度下在催化剂跟随器4周围向上流动和当气体流速超过临界速率时，允许催化剂跟随器24从壁架2升起。在盘25以上是棒部分27，从棒部分的上端突出三个分段法兰28，该分段法兰在棒部分27的轴周围由120°的角度彼此径向间隔。固定到法兰28上的是一系列环29，30，31和32，在相邻环之间的间隔小于未损害粒子的最小尺寸。以此方式催化剂粒子在催化剂跟随器24以下不能向下通过管子，而气体或其它弹性流体可在小于和大于临界值的流速下向上通过管子，在临界值下催化剂跟随器24会从壁架2升起。
不提供具有内壁架1的反应器管1，方便的是由许多小的向内突出物，例如，3或4个小突出物代替壁架2，在突出物之间的空间提供弹性流体通过底部盘25向上流动的通道。在此情况下，不要求板13或间隔元件26。或者，壁架2可以由可除去的支撑设备代替，该支撑设备由中心垂直小孔形成，如必须，以使反应器管1能够向下倒空。
现在描述使用图1-4设备的优选方法的操作。可以采用相似的方式使用图5和6的设备。
为将催化剂粒子装载入管1，可以使用任何合适的方法。例如，如果催化剂是足够坚固的，可以除去上穿孔保持器3和然后仔细倾入催化剂直到引入所需的数量。由于反应器管1具有相对小的横截面，催化剂粒子倾向于与管的壁碰撞和因此并不永远经受绝对自由下落。因此它们向下通过反应器管1导致它们在管1中向下时发现格格的响声而不是经受自由下落。如果催化剂具有易碎的本质，则使用丝线、丝线盘管、或美国专利说明书No.5,247,970(Ryntveit等人)中设备的任何先前提及的方法可以使用。或者例如，可以使用“短袜状物”技术。
在催化剂装料的装载之后，可以将催化剂的沉降体积测量和与设计值比较。如果该沉降体积大于或小于设计值，则适当地可以除去一些催化剂或可以装载更多的催化剂。此外，在将所需的工艺，如蒸汽重整或部分氧化在线产生之前，通常需要安装上穿孔保持器3和在超过临界速率的速率下将气体，如氮气向上通过管子1，以引起催化剂和催化剂跟随器4在管子中向上升起和立即在下穿孔保持器3以下形成催化剂粒子的缓冲垫。此向上流可以保持足够的时间长度和在一定速率下以允许粒度足够小以通过上穿孔保持器3的“细粒”粒子通过其间和由气体扫除掉。可以通过降低气体流直到催化剂跟随器4和催化剂在管子中向下回落，和然后增加气体流再次经过临界速率，如需要多次地重复此过程。然后将在通过催化剂缓冲热向上流中或通过催化剂沉降床的向下流中的，经过催化剂装料的压降测量和与设计值比较。如果沉降体积或压降不是所需的，则适当地上穿孔保持器3可以除去以允许加入更多的催化剂或除去一些催化剂，和重复过程直到测量值指示管子1中的催化剂装载认为是令人满意的。
如果多于一种类型的催化剂要装载入反应器管1，则可以在每种类型的催化剂之后加入进一步的催化剂跟随器4，在已经装载最后类型的催化剂之后除外。
在低向上流速率下，气体或蒸气通过催化剂粒子的沉降床流动。然而，当流速增加时，故至少一些催化剂粒子倾向于上升，在催化剂粒子的下静态床以上初始形成部分流化床。当流速增加时，越来越多的催化剂粒子流化和向上经过反应器管1以倚靠上穿孔保持器3的下侧形成催化剂粒子的缓冲垫。在此过程期间，任何粉尘或尺寸过小的粒子倾向于通过上穿孔保持器3。在流速的进一步增加时，基本上所有的催化剂粒子从催化剂跟随器4顶部上升入催化剂粒子的缓冲垫，及相对小数目的粒子就在催化剂粒子缓冲垫以下运动，这些移动的粒子在重力下从缓冲垫落下和然后再次由向上流气体或蒸气向上带回。最后，当流速仍然进一步增加时，催化剂跟随器4向上移动直到它倚靠催化剂粒子的缓冲垫邻接，如图2所示，因此防止催化剂粒子的任何进一步移动和因此其可能的磨损。
在此过程期间，向上流的弹性流体可以是惰性气体或催化剂预处理要求的反应物气体。例如，在氢化催化剂的情况下，在此操作阶段期间的向上流弹性流体可以是催化剂预还原要求的含氢气体。预处理可以在任何适当的温度或压力下进行。因此预处理可以适当地在环境温度或在高温下进行，和如需要，可以在环境压力下、在小于环境压力下，或在高压下进行。
如果反应器管1要用于向上流模式，则在催化剂粒子缓冲垫中催化剂粒子的任何必须预处理之后，弹性流体的流动可以转换到反应物气体或蒸气混合物和进行任何必须的温度或压力调节，以允许进行操作活动。例如，如果反应器管1是安装在蒸汽重整器加热炉中的管子，可以将它加热到500℃或更大的温度，例如加热到至少约750℃直到约1050℃的温度，和保持在例如，约100psia-约600psia(约698.48kPa-约4136.86kPa)的压力下。在加热到高操作温度的过程中，反应器管1会径向和纵向膨胀和膨胀系数更低的催化剂会移动以填充增加的空间。然而，由于上催化剂保持器3的位置已知和保持固定，催化剂粒子缓冲垫的顶部位置在所有的时间下固定，而缓冲垫的底部会少量向上移动。例如，催化剂缓冲垫顶部，即操作中催化剂床顶部位置的此固定，在多管式反应器中具有极大的优点，其中相对于催化剂需要精确定位热量的引入，如在蒸汽重整器的加热炉中，或其中相对于催化剂需要精确定位管子外部的液体冷却剂或加热介质，如在通过从沸腾水受控水平升高蒸汽而控制的放热反应中，例如在费托反应中、在氢化反应中等。此外，它具有基本避免如下问题的增加益处：在催化剂填充管之中或之外通过温度控制缺乏的管子故障问题。
在操作活动结束时，适当地反应物进料可以转换到惰性气体或转换到空气，在允许压力返回到备用或停机压力条件之前或之后，同时允许反应器管1冷却。或者，如果催化反应是吸热的，可以降低热量对管子外部的供应，同时当它冷却时保持工艺流体通过反应器管1的流动。然后可以降低弹性流体的流速，因此允许催化剂跟随器4和催化剂粒子5以受控方式落下，直到催化剂跟随器4再次位于壁架2上(或位于可除去支撑设备上，如上所述，以使得反应器管1能够向下通过)和催化剂粒子轻微返回到图1说明的条件，具有对催化剂的最小损害。
在以向上流模式再开启时，已经部分再混合催化剂。如果反应器管1是多管式反应器的管子，催化剂粒子会在所有管子中重整低装填密度的组分，同时细粒和碎屑会由气体向上流除去。因此在整个催化剂寿命中，经过每个管的压降会保持基本恒定。
在向上流模式中操作活动结束时的冷却操作期间，可以增加气体流一倍或多倍以倚靠上穿孔保持器3下侧产生催化剂粒子的缓冲垫，其后可以再次降低气体流以防止在反应器管1的冷却期间，催化剂粒子任何“桥接物”的形成，通过当它冷却时收缩反应器管1的壁，该桥接物另外可导致施加到催化剂粒子上的破碎力的危险。
也可以通过如下方式中断向上流操作活动：在放热催化反应的情况下，转换弹性流体流到惰性气体，或在吸热情况下，降低对反应器管外部的热量供应同时保持工艺流体通过反应器管1的流动，和然后通过降低惰性气体或工艺流体的流动，允许催化剂粒子和催化剂跟随器4下落。然后可以将气体流返回到引起再形成催化剂粒子缓冲垫的数值。在再形成催化剂粒子缓冲垫的过程中，任何粉尘或催化剂碎裂物倾向于通过上穿孔保持器3，因此经过催化剂缓冲垫压降的不所需增加的潜在原因。其后惰性气体可以转移回到向上流反应物混合和的，或可以增加热量供应速率，以继续向上流操作活动。
如果反应器管1要用于向下流模式，则如图2所示已经形成催化剂粒子的缓冲垫之后和，如果已经进行催化剂的任何必须预处理，将气体或蒸气的向上流降低和然后逐渐停止，因此允许催化剂粒子沉降成相似于图1所示状况的状况。在此状况下，催化剂粒子在催化剂粒子床中具有低装填密度。在向下流操作中，当反应器管1达到操作温度时，特别是如果操作温度大于500℃(例如，如果反应器管1是蒸汽重整器加热炉中的管子)，它会径向和纵向膨胀和膨胀系数更低的催化剂倾向于下跌和落入反应器管1。不确定知道此时催化剂床顶部的位置。当工艺停工时，催化剂粒子正常地会经受相当的破碎力。为避免此损害，可以在足以在管子1中提升催化剂粒子的速率下，开始合适的非必要预热气体的向上流，同时管子1和催化剂冷却。这样最小化催化剂粒子的破碎和再定向床到准备用于再启动的低装填密度。进一步的优点在于在每次停机时除去任何细粒和碎屑。
反应器管1可以是，例如，蒸汽重整器加热炉中的催化剂管。由于需要以精确相同的方式采用催化剂装填每个催化剂管，使得经过每个催化剂管的压降基本相同于重整器加热炉每个其它催化剂管的相应压降，催化剂管可依次由上述的一般方法装载。在此情况下，可以使用气体，如空气的向上流以降低粒状催化剂材料的下落速度。可以通过堵塞所有其它管子的上端和施加空气到通常的下部空间，或依次通过施加空气到每个管子的底部，将此空气流仅施加到装载的管子。由于然后可在装载管上进行其它操作，同时装载其它管，后一个选项是优选的。
通过如下实施例进一步说明本发明。
实施例1
垂直装配2米长及内径为38.1mm的玻璃管1，及图1-4说明的类型的跟随器4初始位于它的底部端。此跟随器4含有直径36mm的盘12。将1.84kg镍催化剂(公称直径6mm的氧化钙-氧化铝载体催化剂球上的镍)的装料仔细落入管子中。在装载之后，在管子1中所需的高度安装上穿孔保持器3。此保持器由Johnson楔-丝线筛网组成，该筛网2mm间隙的1.5mm丝线。不完全填充管子1以允许在测试期间催化剂的更低堆密度。在至少足以升高催化剂和催化剂跟随器4的速率下，将压缩空气通过压力调节器和流量转子流量计(未示出)引入到管子1的底部，使得立即在保持器3以下在管子1的顶部形成催化剂球5的联合缓冲垫。在引入空气之前测量催化剂床5的高度。然后降低空气流以允许催化剂跟随器4向下移回到管子1的底部和也允许催化剂球向下移回到管子1的底部。重复此过程许多次，从该数据确定以kg/m3计的以下平均表观堆密度。发现密度是非常可重复的，在360次测试中具有如下的小变化，在360次测试期间，在10、20和120次测试之后将催化剂除去和替换：
在装载之后(自由落下) 1157+/-1.0％(在四次装载中)
提升的(采用空气流) 1017+/-0.5％(在任何一次装载内)
提升的(采用空气流) 1017+/-1.5％(在所有的测试中)
倾卸的(不采用空气流) 1000+/-0.5％(在任何一次装载内)
倾卸的(不采用空气流) 1000+/-1.0％(在所有的测试中)
实施例2
在10、20、120和360次测试之后检查用于实施例1的催化剂重量和在360次测试中该重量显示0.38％重量损失。在单独的测试中，在相同的设备中，比较用于实施例1的新鲜和磨损催化剂粒子的流动阻力。在49.14Nm3/h的空气流量下，新鲜催化剂粒子显示1.21×105Pa/m的压降，而在48.96Nm3/h的空气流量下，磨损的催化剂粒子，在360次测试之后显示1.22×105Pa/m的流动阻力。
实施例3
使用2.06kg购自Dycat，类型54/98的公称直径6mm的在α-氧化铝催化剂球上的镍，按照实施例1的程序。此催化剂载体材料比用于实施例1和2的远为易碎，仅具有用于实施例1和2的催化剂破碎强度的约25％。在10、60、150、300和390次测试之后检查催化剂的重量和在390次测试中该重量显示7.0％的总重量损失。在测试期间，由此重量损失表示的催化剂碎裂物可见地由气体流从床层作为粉尘除去。在每组测试中损失的数量描述如下，表达为每次提升和下落循环损失的平均重量％：0.085、0.042、0.026、0.010、0.009。
实施例4
在单独的测试中，在与用于实施例1-3的相同设备中，在390次测试之后，比较新鲜催化剂粒子和磨损催化剂粒子的流动阻力。在49.67Nm3/h的空气流量下，新鲜催化剂粒子显示1.15×105Pa/m的压力损失，而在49.77Nm3/h的空气流量下，磨损的催化剂粒子，在360次测试之后显示1.32×105Pa/m的压力损失。压力损失的增加可主要是由于磨损粒子的降低空隙率(测量为0.462新鲜和0.449磨损的)和降低尺寸(与2％的新鲜催化剂粒子相比，它预测为等于直径的降低)。此实施例展示的是，由于工艺基本除去来自粒子磨损的细粒，工艺允许操作中的压降以低至实际上可希望的那样。

Claims (54)

1.一种其中将弹性流体与粒状固体接触的方法，该方法包括如下步骤：(a)提供包含粒状固体装料的基本垂直伸长管状容纳区，容纳区的体积大于粒状固体装料的沉降体积；(b)提供安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体，和在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；和(c)引起弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动，该速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。
2.根据权利要求1的方法，其中伸长容纳区是并联连接的多个伸长容纳区的一个。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中至少一部分该容纳区具有基本均匀的水平横截面。
4.根据权利要求3的方法，其中至少一部分该容纳区包括基本圆形横截面的管子。
5.根据权利要求4的方法，其中至少一部分该容纳区包括内径为约6英寸(约15.2cm)或更小的管子。
6.根据权利要求3或权利要求4的方法，其中至少一部分该容纳区包括内径为约2英寸(约5.08cm)或更小的管子。
7.根据权利要求1-6任意一项的方法，其中布置该跟随器机构以阻断除了容纳区内表面和跟随器机构之间的间隙以外容纳区向上或向下的弹性流体通过，间隙的宽度小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
8.根据权利要求7的方法，其中该跟随器机构包括用于确定间隙机构的密闭下端部分和具有弹性流体通过机构的上部分。
9.根据权利要求1-8任意一项的方法，其中该弹性流体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环，在相邻环之间的间隙小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
10.根据权利要求1-9任意一项的方法，其中该容纳区包括多种类型的粒状固体，每种类型通过各自的跟随器机构与相邻类型分隔。
11.根据权利要求1-10任意一项的方法，其中该粒状固体具有至少一个小于约10mm的尺寸。
12.根据权利要求1-11任意一项的方法，其中该粒状固体的形状基本为球形。
13.根据权利要求1-12任意一项的方法，其中该粒状固体包括催化剂。
14.根据权利要求1-13任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后，在测量步骤中测量经过容纳区的压降。
15.根据权利要求14的方法，其中如果测量的压降不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。
16.根据权利要求1-13任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后，在测量步骤中测量容纳区中粒状固体的沉降体积。
17.根据权利要求16的方法，其中如果容纳区中粒状固体的沉降体积不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。
18.根据权利要求14-17任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后但在测量步骤之前，在超过临界速率的速率下引起弹性流体通过容纳区向上流动，以倚靠上保持器的下侧形成粒状固体的缓冲垫和以引起跟随器机构上升容纳区直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧而邻接，和其后降低或中断弹性流体的向上流动以允许粒状固体沉降床的形成。
19.根据权利要求1-18任意一项的方法，其中粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，和其中包括能够进行所需化学反应的反应进料混合物的弹性流体以向上流模式通过容纳区，同时将容纳区保持在有效用于进行所需化学反应的操作条件下。
20.根据权利要求1-18任意一项的方法，其中粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，和其中包括能够进行所需化学反应的反应进料混合物的弹性流体以向下流模式通过容纳区，同时将容纳区保持在有效用于进行所需化学反应的操作条件下。
21.根据权利要求19或权利要求20的方法，其中将该容纳区和该粒状固体经受至少约500℃的温度。
22.根据权利要求21的方法，其中该所需化学反应为部分氧化反应，其中该弹性流体包括部分氧化进料混合物，其中该粒状固体是部分氧化催化剂，和其中由该部分氧化反应保持容纳区和部分氧化催化剂的温度。
23.根据权利要求21的方法，其中该所需化学反应是蒸汽重整反应，其中该弹性流体包括蒸汽重整进料混合物，其中该粒状固体是蒸汽重整催化剂，和其中由该容纳区外部的热燃烧气体保持容纳区和蒸汽重整催化剂的温度。
24.一种进行弹性流体与粒状固体接触的装置，该装置包括：
(a)确定基本垂直伸长管状容纳区的反应器机构，该容纳区用于包含粒状固体的装料，容纳区的体积大于粒状固体的沉降体积；
(b)安装在容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体；和
(c)在粒状固体装料以下移动安装在容纳区中的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；
因此当弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动时，跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接，所述一定速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率。
25.根据权利要求24的装置，其中伸长容纳区是并联连接的多个伸长容纳区的一个。
26.根据权利要求24或权利要求25的装置，其中至少一部分该容纳区具有基本均匀的水平横截面。
27.根据权利要求26的装置，其中至少一部分该容纳区包括基本圆形横截面的管子。
28.根据权利要求27的装置，其中至少一部分该容纳区包括内径为约6英寸(约15.2cm)或更小的管子。
29.根据权利要求27或权利要求28的装置，其中至少一部分该容纳区包括内径为约2英寸(约5.08cm)或更小的管子。
30.根据权利要求24-29任意一项的装置，其中布置该跟随器机构以阻断除了容纳区内表面和跟随器机构之间的间隙以外容纳区向上或向下的弹性流体通过，间隙的宽度小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
31.根据权利要求30的装置，其中该跟随器机构包括用于确定间隙机构的密闭下端部分和具有弹性流体通过机构的上部分。
32.根据权利要求24-31任意一项的装置，其中该弹性流体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环，在相邻环之间的间隙小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
33.根据权利要求24-32任意一项的装置，其中该容纳区适于包含多种类型的粒状固体，每种类型通过各自的跟随器机构与相邻类型分隔。
34.根据权利要求24-33任意一项的装置，其中粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，进一步包括以向上流模式将包括反应进料混合物的弹性流体通过容纳区的机构，反应进料混合物能够进行所需的化学反应，和还包括用于保持容纳区在有效用于进行所需化学反应的操作条件下的机构。
35.根据权利要求24-33任意一项的装置，其中粒状固体是有效用于催化所需化学反应的催化剂，进一步包括以向下流模式将包括反应进料混合物的弹性流体通过容纳区的机构，反应进料混合物能够进行所需的化学反应，和还包括用于保持容纳区在有效用于进行所需化学反应的操作条件下的机构。
36.一种将粒状固体装载入基本垂直管的方法，以备执行一个将弹性流体与粒状固体接触的方法，所述将粒状固体装载入基本垂直管的方法包括如下步骤：
(a)提供含有伸长容纳区的基本垂直伸长管状反应器，该容纳区用于包含粒状固体的装料；
(b)在容纳区的下端提供在容纳区中移动安装的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下弹性流体通过容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从容纳区下端向上移动；
(c)在跟随器机构的顶部将粒状固体的预定装料装载入容纳区，粒状固体的沉降体积小于容纳区的体积；
(d)在容纳区的上端安装上保持器机构，该上保持器机构可渗透流体但适于保持容纳区中的粒状固体；和
(e)引起弹性流体在一定速率下通过容纳区向上流动，该速率足以引起粒状固体向着容纳区的上端上升和倚靠上保持器机构的下侧形成粒状固体的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起跟随器机构向上移动直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧邻接。
37.根据权利要求36的方法，其中伸长容纳区是并联连接的多个伸长容纳区的一个。
38.根据权利要求36或权利要求37的方法，其中该容纳区具有基本均匀的水平横截面。
39.根据权利要求38的方法，其中至少一部分该容纳区包括基本圆形横截面的管子。
40.根据权利要求39的方法，其中至少一部分该容纳区包括内径为约6英寸(约15.2cm)或更小的管子。
41.根据权利要求39或权利要求40的方法，其中至少一部分该容纳区包括内径为约2英寸(约5.08cm)或更小的管子。
42.根据权利要求36-41任意一项的方法，其中布置该跟随器机构以阻断除了容纳区内表面和跟随器机构之间的间隙机构以外容纳区向上或向下的弹性流体通过，间隙机构的宽度小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
43.根据权利要求42的方法，其中该跟随器机构包括用于确定间隙机构的密闭下端部分和具有弹性流体通过机构的上部分。
44.根据权利要求36-43任意一项的方法，其中该弹性流体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环，在相邻环之间的间隙小于粒状固体非碎裂粒子的最小尺寸。
45.根据权利要求36-44任意一项的方法，其中该粒状固体具有至少一个小于约10mm的尺寸。
46.根据权利要求36-45任意一项的方法，其中该粒状固体的形状基本为球形。
47.根据权利要求36-46任意一项的方法，其中该粒状固体包括催化剂。
48.根据权利要求36-47任意一项的方法，其中在一个测量步骤中测量容纳区中粒状固体的沉降体积。
49.根据权利要求48的方法，其中如果容纳区中粒状固体的沉降体积不符合预定的数值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去。
50.根据权利要求36-49任意一项的方法，其中方法包括如下步骤：
(f)在测量步骤中测量经过容纳区的压降；和
(g)比较测量的压降与设计值。
51.根据权利要求50的方法，其中如果测量的压降不符合设计值，将粒状固体加入到容纳区或从容纳区除去，其后再次测量压降。
52.根据权利要求49-51任意一项的方法，其中在粒状固体的初始装载之后但在测量步骤之前，在超过临界速率的速率下引起弹性流体通过容纳区向上流动，以倚靠上保持器的下侧形成粒状固体的缓冲垫和以引起跟随器机构上升直到它倚靠粒状固体缓冲垫的下侧而邻接，和其后中断弹性流体的向上流动以允许粒状固体沉降床的形成。
53.根据权利要求36-52任意一项的方法，其中该粒状固体选自部分氧化催化剂和蒸汽重整催化剂。
54.根据权利要求36-53任意一项的方法，其中在步骤(e)中在一定速率下将弹性流体的向上流动保持一定时间，该速率足以引起小于预定设计粒度和足够小的基本所有粒子通过上保持器机构。
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