DE102007043839A1

DE102007043839A1 - Verfahren zum Befüllen eines Rohres eines Rohrbündelreaktors

Info

Publication number: DE102007043839A1
Application number: DE200710043839
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Dr. Wölk; Gerhard Dr. Mestl
Original assignee: Sued Chemie AG
Current assignee: Sued Chemie AG
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-04-16
Also published as: DE202007019017U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Rohrs 15 eines Rohrbündelreaktors 10 mit einem Schüttgut. Um ein Verfahren zum Befüllen eines Rohrs 15 eines Rohrbündelreaktors 10 mit einem Schüttgut bereitzustellen, mittels welchem die gewünschte Schütthöhe 78 zuverlässig und verfahrenstechnisch einfach eingestellt werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren die Ermittlung einer Schütthöhe 76, 78 eines im Rohr 15 einesttels Laser, Radar oder mittels Ultraschall umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Rohrs eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut.
Verfahren und Vorrichtungen zum Befüllen eines Rohrs eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut wie beispielsweise Katalysatorformkörper sind im Stand der Technik bekannt.
In der US 4,402,643 und in der EP 0 904 831 beispielsweise wird die Befüllung von Rohren eines Rohrbündelreaktors mit einem körnigen Material beschrieben, wobei die Befüllung mittels einer in Vibration versetzten Rinne erfolgt.
Die DE 10 2005 016 078 A1 beschreibt ein Verfahren zum Befüllen von Rohren eines Rohrbündelreaktors mit Feststoffen, bei dem man den Feststoff aus einem Fülltrichter auf eine schiefe Ebene mit Rüttelrinnen austrägt, welche in einer etwa horizontalen Position angeordnet ist und sich von der Austragsöffnung des Trichters bis mindestens zum Anschluss an ein Fallrohr oder eine flexible Schlauchverbindung erstreckt, durch das/die der Feststoff den zu befüllenden Rohren zugeführt wird, wobei das jeweils an ein Fallrohr angeschlossene Auslassrohr in seiner Höhe geeigneter Weise verstellbar ist, wobei durch ein Absaugrohr und eine Absaugvorrichtung, die sich in räumlicher Nähe zu dem Fülltrichter und dem Auslassrohr befinden, Unterdruck angelegt und vorhandener Staub abgesaugt wird und wobei nach dem Befüllen der Rohre die auf Rollen oder Walzen gelagerte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Befüllen weiterer Rohre verschoben wird.
Die Befüllung der Rohre eines Rohrbündelreaktors bis auf das Niveau einer vorgegebenen Schütthöhe, das heisst die Befüllung mit einer vorgegebenen Masse an Schüttgut, muss so genau wie möglich vorgenommen werden, da von der Schütthöhe die Performance des Rohrbündelreaktors abhängt. Dies gilt insbesondere für Rohrbündelreaktoren, die mit Lagen von voneinander verschiedenen Katalysatoren beschickt werden müssen.
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Befüllen eines Rohrs eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut verwenden zur Bestimmung der Schütthöhe entweder Staudruckverfahren (vgl. US 6,725,706 B2 ; US 6,694,802 B1 ; US 6,981,422 B1 ) oder Maßbänder, mit denen die Schütthöhe manuell ausgemessen wird. Die genannten Verfahren sind jedoch verhältnismäßig ungenau und es kommt nicht selten vor, dass Rohre mit dem Schüttgut über den Sollwert hinaus befüllt werden, was eine vollständige Entleerung und Neubefüllung der jeweiligen Rohre notwendig macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Befüllen eines Rohrs eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut bereitzustellen, mittels welchem die gewünschte Schütthöhe zuverlässig und verfahrenstechnisch einfach eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren die Ermittlung einer Schütthöhe eines im Rohr eines Rohrbündelreaktors befindlichen Schüttgutes mittels Laser, Radar oder mittels Ultraschall umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mittels diesem die gewünschte Schütthöhe zuverlässig und auf verfahrenstechnisch einfache Weise eingestellt werden kann.
Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine verhältnismäßig schnelle Befüllung eines Rohrs mit einem Schüttgut bis zur gewünschten Schütthöhe. Diese Reduzierung der Befüllzeiten spart Zeit und damit Kosten ein.
Unter dem Begriff Schüttgut sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung schüttfähige Feststoffe verstanden werden, vorzugsweise geträgerte oder nicht-geträgerte Katalysatoren unterschiedlichster Zusammensetzung in Form von Füllkörpern unterschiedlichster Geometrien wie zum Beispiel Kugeln, Vollzylindern, Hohlzylindern, Ringe, Triloben, Tetraloben, Tabletten, Pellets, Sterne, Wagenräder etc. in handelsüblichen Abmessungen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Rohr des Rohrbündelreaktors über eine Füllöffnung mit dem Schüttgut befüllt wird. Als Füllöffnung kann dabei vorzugsweise eines der offenen Enden des Rohrs eingesetzt werden. Sind die Rohre im Reaktor vertikal unlösbar fixiert, so wird vorzugsweise das obere offene Ende des Rohrs als Füllöffnung eingesetzt.
Rohrbündelreaktoren werden in der Regel präzise gefertigt, so dass die Länge des mit Schüttgut befüllbaren Abschnitts eines jeden Rohres eines Reaktors nahe zu gleich ist. Ist diese Länge bekannt, so kann die Schütthöhe mittels der Messung des Abstands der Oberfläche der im Rohr befindlichen Schüttung zu einem Referenzpunkt ermittelt wird. Liegt der Referenzpunkt beispielsweise in der Ebene des Endes des befüllbaren Abschnitts des Rohrs, so kann die Schütthöhe durch Subtraktion des gemessenen Abstands zwischen Schüttoberfläche und Referenzpunkt von der bekannten Länge des befüllbaren Abschnitts errechnet werden. Entsprechend ist es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Schütthöhe mittels der Messung des Abstands der Oberfläche der im Rohr befindlichen Schüttung zu einem Referenzpunkt ermittelt wird.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass vor der Befüllung des Rohrs mit dem Schüttgut der Abstand des Referenzpunktes zum Boden des Rohrs oder zur Oberfläche eines im Rohr bereits befindlichen Materials gemessen wird. Dadurch wird auf verfahrenstechnisch einfache Weise gewährleistet, dass auch Rohre eines Reaktors mit unterschiedlicher Länge des mit Schüttgut befüllbaren Abschnitts mit gleicher Schütthöhe an Schüttgut befüllt werden können. Dazu kann beispielsweise zunächst mittels einer Lasermesseinrichtung der Abstand zwischen dem Boden eines Rohrs, auf welchem das Schüttgut aufliegen soll, und dem Referenzpunkt bestimmt werden. Nach der Bestimmung dieses ersten Abstandes wird dann mit der Befüllung des Rohrs mit dem Schüttgut begonnen. Nachdem eine gewisse Menge an Schüttgut in das Rohr eingefüllt worden ist, kann die Befüllung unterbrochen und dann ein zweiter Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der Oberfläche der im Rohr nun befindlichen Schüttung gemessen werden, wobei die Schütthöhe durch Subtraktion des zweiten Abstands von dem ersten Abstand ermittelt wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Schütthöhe wiederholt ermittelt wird. Werden mehrere Befüllvorgänge durchgeführt und nach jedem Befüllvorgang die Schütthöhe ermittelt, so kann aus den ermittelten Schütthöhen die Dosiergeschwindigkeit errechnet werden.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Schütthöhe während des Befüllens des Rohrs ermittelt wird. Wenngleich es grundsätzlich möglich ist, die Schütthöhe erst nach (vorläufiger) Beendigung des Befüllvorgangs des Rohrs zu ermitteln, ist es von Vorteil, die Schütthöhe während der Befüllung des Rohrs kontinuierlich zu ermitteln, jedenfalls dann, wenn das betreffende Rohr bereits bis nahe an die Soll-Schütthöhe befüllt ist. Dadurch ist es möglich, ohne Zeitverzögerung unmittelbar auf Störungen des Befüllvorgangs reagieren zu können, ohne befürchten zu müssen, dass die Soll-Schütthöhe überschritten wird.
Erfindungsgemäß kann es auch bevorzugt sein, dass zur Ermittlung der Schütthöhe das Befüllen unterbrochen wird. Diese Maßnahme kann beispielsweise angezeigt sein, wenn die Messung des Abstandes vom Referenzpunkt zur Schüttungsoberfläche zu stark schwankenden Werten führt, die darin begründet liegen, dass der Laser kurzzeitig auf gerade herabfallendes Schüttgut auftrifft.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Schütthöhe die Befüllung des Rohrs geregelt, überwacht oder kontrolliert wird, so dass bei Erreichen einer gewünschten Soll-Schütthöhe das Befüllen beendet wird. Diese Maßnahme ermöglicht die nahezu exakte Einstellung der Soll-Schütthöhe bei kontinuierlicher Befüllung des Rohres. Um das erfindungsgemäße Verfahren weiter zu optimieren, kann vorgesehen sein, dass die Schütthöhe in Echtzeit kontinuierlich ermittelt wird.
Während des Befüllens des Rohres mit dem Schüttgut können sich an der Oberfläche der Schüttung Schüttkegel ausbilden, die zu einer Diskrepanz zwischen ermittelter und tatsächlicher Schütthohe führen können. Um diese Ungenauigkeiten zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass das Rohr während des Befüllvorgangs oder nach unterbrochener oder beendeter Befüllung zumindest einmal in Vibration versetzt wird. Wird das Rohr kontinuierlich unter kontinuierlicher Messung der momentanen Schütthöhe bis zur Soll-Schütthöhe befüllt, so ist es bevorzugt, wenn das Rohr während des gesamten Befüllvorgangs in Vibration versetzt wird.
Weiter kann es bevorzugt sein, dass das Schüttgut von Formkörpern gebildet wird wie beispielsweise Kugeln, Vollzylindern, Hohlzylindern, Ringe, Triloben, Tetraloben, Tabletten, Pellets, Sterne, Wagenräder etc. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Befüllvorrichtung, die zum Befüllen zumindest eines Rohres eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung eine Lasermesseinrichtung, eine Radarmesseinrichtung oder eine Ultraschallmesseinrichtung umfasst zur Bestimmung der Schütthöhe eines in einem Rohr eines Rohrbündelreaktors eingefüllten Schüttgutes.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest einen Befülltrichter umfasst und die Messeinrichtung und/oder ein Sensor der Messeinrichtung zumindest teilweise innerhalb des Befülltrichters angeordnet sind/ist. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, unmittelbar im Bereich der Füllöffnung des Rohrs den Abstand der Oberfläche der Schüttung zu dem Referenzpunkt der Messeinrichtung zu messen. Darüber hinaus ergibt sich aus der Anordnung der Messeinrichtung im Inneren des Befülltrichters der Vorteil, dass die Messeinrichtung weitgehend geschützt ist vor mechanischen Beschädigungen. Es versteht sich, dass die Messeinrichtung im Inneren des Befülltrichters entsprechend eingehaust sein kann, um eine Beschädigung der Messeinrichtung während des Befüllvorgangs auszuschließen. Die Messeinrichtung bzw. der Sensor kann ortsfest im Befülltrichter vorgesehen sein oder auch temporär in den Befülltrichter eingefahren werden.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Messeinrichtung und/oder der Sensor der Messeinrichtung im Wesentlichen mittig oder exzentrisch im Befülltrichter angeordnet sind/ist. Durch die exzentrische Anordnung wird der freien Querschnitt der Füllöffnung oder des Befülltrichters nicht eingeengt. Um zu gewährleisten, dass mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die gewünschte Soll-Schütthöhe mittels einer kontinuierlich durchgeführten Befüllung weitgehend exakt eingestellt werden kann, ist es ferner vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Dosiereinrichtung umfasst, die mit der Messeinrichtung über eine Regeleinrichtung gekoppelt ist.
Im Stand der Technik bekannte Rohrbündelreaktoren umfassen bis zu 100.000 Rohre. Um diese in möglichst kurzer Zeit mit einer handhabbaren Befüllvorrichtung füllen zu können, ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung eingerichtet ist 10 bis 50 Rohre gleichzeitig befüllen zu können.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Schütthöhe eines in einem Rohr eines Rohrbündelreaktors befindlichen Schüttguts.
Die Zeichnung dient im Zusammenhang mit der nachstehenden Beschreibung der Erläuterung der Erfindung: Es zeigt:
1: Ausschnittsweise Längsschnittansicht eines schematisch dargestellten Rohbündelreaktors, der entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung mit einem Schüttgut befüllt wird.
In der 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegter Rohrbündelreaktor sowie eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 50 belegte Befüllvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Rohrbündelreaktor 10 umfasst 5 vertikal ausgerichtete Rohre 15, die parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei zu einem Rohr 15 benachbarte Rohre gleich zu diesem Rohr 15 beabstandet sind.
Die Rohre 15 sind in die Öffnungen einer oberen Lochplatte 20 und einer unteren Lochplatte 22 eingesteckt und zur Fixierung mit den Lochplatten 20, 22 fest verscheißt.
Die Rohre 15, die mittels eines zwischen den Lochplatten 20, 22 zirkulierenden Kühlmediums gekühlt werden können, weisen im Bereich ihres unteren Endes einen Boden 17 in Form eines Drahtgewebes auf, das für Reaktionsmedien durchlässig ist.
Die Öffnungen 19 an den oberen Enden der Rohre 15 dienen als Füllöffnungen zum Befüllen der Rohre 15 mit einem Schüttgut wie beispielsweise Katalysatorpellets.
Die Befüllvorrichtung 50 umfasst einen Befülltrichter 55, in dessen Inneren eine Lasermesseinrichtung 60 angeordnet ist, der in der Höhe einer Referenzebene 62 ein Referenzpunkt 64 zugeordnet ist.
Der Auslass 51 des Befülltrichters 55 ist oberhalb der Füllöffnung 19 des mittleren Rohres 15 positioniert.
Zum Befüllen des mittleren Rohrs 15 mit beispielsweise einem geträgerten Katalysator als Schüttgut in Form von Kugeln wird zunächst mittels der Lasermesseinrichtung 60 der Abstand 70 zwischen dem Boden 17 und dem Referenzpunkt 64 bestimmt.
Nach der Bestimmung des Abstandes 70 zwischen Boden 17 und Referenzpunkt 64 wird mit der Befüllung des Rohrs 15 mit dem Schüttgut begonnen. Während des Befüllens wird in kurzen Zeitintervallen der Abstand 72 zwischen dem Referenzpunkt 64 und der nach oben wanderenden Oberfläche 74 der im Rohr 15 anwachsenden Schüttung gemessen, wobei die aktuelle Schütthöhe 76 durch Subtraktion des momentanen Abstands 72 zwischen dem Referenzpunkt 64 und der Oberfläche 74 der im Rohr befindlichen Schüttung von dem Abstand 70 zwischen dem Boden 17 und dem Referenzpunkt 64 ermittelt wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen momentanen Ist-Schütthöhe 76 wird die Befüllung mit dem Schüttgut mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten aber an sich bekannten Dosiereinrichtung geregelt, vorzugsweise in Echtzeit, und das Befüllen bei Erreichen der Sollschütthöhe 78 beendet. Dabei wird in der Regel kurz vor Erreichen der Soll-Schütthöhe 78 die Dosiergeschwindigkeit verlangsamt, um die Soll-Schütthöhe 78 weitgehend genau einstellen zu können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine zonenweise Verfüllung von Schüttgütern mit genau definierten Volumina erreicht werden, so dass entlang des axialen Profils des Rohrs 15 voneinander verschiedene Schüttgüter mit gewünschter Soll-Schütthöhe 78 vorliegen. Bei Anwendung auf eine Vielzahl von Rohren 15 ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch eine weitgehend einheitliche Schütthöhe 78 in jedem Rohr 15.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 50 kann derart ausgestaltet werden, dass mit ihr bis zu 50 Rohre 15 gleichzeitig befüllt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4402643 [0003]
- EP 0904831 [0003]
- DE 102005016078 A1 [0004]
- US 6725706 B2 [0006]
- US 6694802 B1 [0006]
- US 6981422 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Befüllen eines Rohrs eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Ermittlung einer Schütthöhe (76, 78) eines im Rohr (15) eines Rohrbündelreaktors (10) befindlichen Schüttgutes mittels Laser, Radar oder mittels Ultraschall umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (15) des Rohrbündelreaktors (10) über eine Füllöffnung (19) mit dem Schüttgut befüllt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schütthöhe (76, 78) mittels der Messung des Abstands (72) der Oberfläche (74) der im Rohr (15) befindlichen Schüttung zu einem Referenzpunkt (64) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Befüllung des Rohrs (15) mit dem Schüttgut der Abstand (70) des Referenzpunktes (64) zum Boden (17) des Rohrs (15) oder zur Oberfläche eines im Rohr (15) bereits befindlichen Materials gemessen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schütthöhe (76, 78) wiederholt ermittelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schütthöhe (76, 78) während des Befüllens des Rohrs (15) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Schütthöhe (76, 78) das Befüllen unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Schütthöhe (76, 78) die Befüllung des Rohrs (15) geregelt, überwacht oder kontrolliert wird, so dass bei Erreichen einer gewünschten Soll-Schütthöhe (78) das Befüllen beendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (15) innerhalb des Befüllvorgangs zumindest einmal in Vibration versetzt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut von Formkörpern gebildet wird.
Befüllvorrichtung, die zum Befüllen zumindest eines Rohres eines Rohrbündelreaktors mit einem Schüttgut eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) eine Lasermesseinrichtung (60), eine Radarmesseinrichtung oder eine Ultraschallmesseinrichtung umfasst zur Bestimmung der Schütthöhe (76, 78) eines in einem Rohr (15) eines Rohrbündelreaktors (10) eingefüllten Schüttgutes.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) zumindest einen Befülltrichter (50) umfasst und die Messeinrichtung (60) und/oder ein Sensor der Messeinrichtung zumindest teilweise innerhalb des Befülltrichters (50) angeordnet sind/ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (60) und/oder der Sensor der Messeinrichtung im Wesentlichen mittig oder exzentrisch im Befülltrichter (55) angeordnet sind/ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) eine Dosiereinrichtung umfasst, die mit der Messeinrichtung (60) über eine Regeleinrichtung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) eingerichtet ist zumindest 10 Rohre (15) gleichzeitig zu befüllen.
Verwendung einer Vorrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche zur Bestimmung der Schütthöhe (76, 78) eines in einem Rohr (15) eines Rohrbündelreaktors (10) befindlichen Schüttguts.