DE60200576T2

DE60200576T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ladung eines Katalysators

Info

Publication number: DE60200576T2
Application number: DE60200576T
Authority: DE
Inventors: Michael Boe; Niels Erikstrup
Original assignee: Haldor Topsoe AS
Current assignee: Topsoe AS
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: NO20023706L; US20030031536A1; CA2396694C; CA2396694A1; ES2222420T3; EP1283070A2; US6932559B2; KR20030013346A; EP1283070B1; ZA200205437B; NO328097B1; DE60200576D1; CN1236847C; ATE268216T1; NO20023706D0; CN1404914A; JP4922526B2; EP1283070A3; KR100897355B1; JP2003126679A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen von Teilchenmaterial in Reaktorröhren. Insbesondere betrifft die Erfindung das Füllen von katalytischem Teilchenmaterial in Reaktorröhren wie z. B. röhrenförmige Dampfreformatoren, welche in Ammoniak-, Wasserstoff- und Methanol-Anlagen verwendet werden.
Das Füllen von katalytischem Teilchenmaterial in röhrenförmige Reaktoren wird in herkömmlicher Weise unter Anwendung des Sockenverfahrens durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird ein längliches, sockenartiges Element bestehend aus einem flexiblem Kunststoffmaterial mit katalytischen Teilchen gefüllt und in die Reaktorröhre mit Hilfe eines Seils abgesenkt, an welchem die Socke befestigt ist. Nach dem Erreichen des Bodens des Reaktors wird das Seil ruckartig bewegt, und somit die Socke geöffnet und die Teilchen in den Reaktor abgegeben.
Bei Anwendung dieses Verfahrens führt eine ungleichmässige inhomogene Füllung des Reaktors zu Hohlräumen, aufgrund von Teilchenzerquetschung durch vorzeitiges Sockenöffnen oder zu der Ausbildung von Brücken durch die Teilchen. Eine Hohlraumausbildung ist unerwünscht, da sie zu einer ungleichmässigen Temperaturverteilung und Schwankungen im Druckabfall in dem Reaktor führt. Die Hohlräume können teilweise beseitigt werden, indem auf die Seiten der Reaktorröhre geschlagen oder gehämmert wird, was ein Vibrieren der Reaktorwände bewirkt. Dieser Vorgang ist jedoch arbeitsintensiv und zeitaufwendig.
Das U.S. Patent Nr. 5,247,979, welches hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist, beschreibt ein Verfahren zum Einfüllen von Teilchenmaterial in ein vertikales Rohr unter Verwendung einer Seils mit einem Dämpfer in der Form einer Reihe flexibler Dämpferbürsten, welche quer zu dem Seil angeordnet sind. Das Seil mit den Dämpferbürsten wird zuerst in dem vertikalen Rohr abgesenkt, und dann werden die Teilchen in das Rohr geschüttet. Es wird festgestellt, dass ein schnelles gleichmässiges und reproduzierbares Füllen erzielt wird, wenn das Seil ein wenig während des Füllvorgangs gerüttelt wird, während es gleichzeitig allmählich angehoben wird, wenn sich die Röhre füllt.
Dieses Verfahren hat jedoch mehrere Nachteile. Die Falldistanz der Teilchen von den Bürsten zu dem Boden der Röhre ist nicht kontrolliert, und die Teilchen können auch zwischen den Bürsten und den Wänden der Röhre verkeilt werden, was dazu führt, dass die Vorrichtung in dem Rohr unbeweglich wird. Der radiale Abstand der Bürsten von dem Seil zu den Wänden der Röhre muss dem Rohrdurchmesser entsprechen, was bedeutet, dass jedes spezifische Rohr sein eigenes Seil mit Bürsten erfordert.
Die vorstehend erwähnten Nachteile und weitere in Verbindung mit den verschiedenen Verfahren werden durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung gelöst, wie es nachstehend ersichtlich wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einfüllen von katalytischem Teilchenmaterial in Reaktorröhren, wie z. B. röhrenförmige Dampfreformatoren einzufüllen, um eine hohe Katalysatordichte sicherzustellen und somit Hohlräume und Brückenbildung der Katalysatorteilchen zu vermeiden.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine Füllvorrichtung bereitzustellen, welche auf alle üblichen Katalysatortypen und Grössen anwendbar ist, was zu optimalen Fülldichten sowohl bei engen als auch breiten Rohrdurchmessern führt.
Es ist ferner eine Aufgabe, ein Füllverfahren bereitzustellen, welches hoch automatisiert ist, um dadurch die Möglichkeit menschlicher Fehler und das Risiko einer nochmaligen Füllung von Reaktorröhren vermeidet.
Schliesslich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, wodurch ein gleichmässiger Druckabfall und eine gleichmässige Strömung durch Reaktorröhren wie z. B. Reformatoren erzielt wird, was zu einer verringerten Tendenz zur Erzeugung überhitzter Stellen und einer längeren Rohrlebensdauer führt.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst, die ein Verfahren zum Füllen von katalytischem Teilchenmaterial in eine Reaktorröhre bereitstellt, das umfasst:
Bereitstellen einer Füllröhre, indem eine Anzahl von Röhrensegmenten mit einem Aussendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Reaktorröhre, auf eine abschliessende Röhrenlänge verbunden werden, die der Länge der Reaktorröhre entspricht; Einleiten einer Menge der Katalysatorteilchen, die in die Reaktorröhre gefüllt werden sollen, an der Oberseite der Füllröhre, wobei bewirkt wird, dass die Katalysatorteilchen in einer gedämpften Bewegung durch die Füllröhre hindurchtreten, indem Dämpfeinrichtungen in der Füllröhre bereitgestellt werden; und anschliessendes Herausziehen der Füllröhre aus der Reaktorröhre um eine Länge, die der Füllhöhe der in die Reaktorröhre gefüllten Katalysatorteilchen entspricht, wobei die Dämpfeinrichtungen bereitgestellt werden, indem ein spiralartig geformter Körper an der Innenwand jedes Röhrensegmentes angebracht wird, wobei der spiralartige geformte Körper aus einer Stange mit einem beliebig geformten Querschnitt und einer maximalen Abmessung in jeder beliebigen Richtung des Querschnitts von 1/25–1/2 des Durchmessers des Röhrensegmentes besteht, der spiralartig geformte Körper in jedem Segment eine Steigung in Bezug auf den Durchmesser des Röhrensegmentes im Bereich zwischen 2 und 8 hat.
Die Erfindung stellt ferner eine Füllvorrichtung bereit, welche in dem vorgenannten Füllverfahren nützlich ist.
Die Füllröhre gemäss der Erfindung umfasst: eine Füllröhre mit einem Röhrendurchmesser, der in eine Reaktorröhre passt; wobei ein oberer Teil der Füllröhre so eingerichtet ist, dass er mit einer Trichtereinheit verbunden wird, und ein unterer Teil der Füllröhre mit einer Hebeeinrichtung zum Herausziehen der Füllröhre aus der Reaktorröhre versehen ist; die Füllröhre aus separaten Röhrensegmenten besteht, die jeweils mit Verbindungseinrichtungen versehen sind, die so eingerichtet sind, dass sie an der Füllröhre montiert werden, wenn sie miteinander verbunden sind; wenigstens eines der Röhrensegmente mit Dämpfeinrichtungen versehen ist, um die Geschwindigkeit von Katalysatorteilchen zu verringern, die durch die Füllröhre hindurchgeleitet werden, wobei die Dämpfeinrichtungen bereitgestellt werden, indem ein spiralartig geformter Körper an der Innenwand jedes Röhrensegmentes angebracht wird, und der spiralartig geformte Körper aus einer Stange mit einem beliebig geformten Querschnitt und einer maximalen Abmessung in jeder beliebigen Richtung des Querschnitts von 1/25–1/2 des Durchmessers des Röhrensegmentes besteht, der spiralartig geformte Körper in jedem Segment eine Steigung in Bezug auf den Durchmesser des Röhrenabschnitts im Bereich zwischen 2 und 8 hat.
Wie vorstehend offenbart besteht die Füllvorrichtung aus einer Anzahl von Röhrensegmenten. Die Röhrensegmente können zusammengebaut und in eine Reaktorröhre wie z. B. einen röhrenförmigen Reformator eingeführt werden, um eine lange Füllröhre auszubilden. In einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung ist jedes von den Segmenten mit einem Dämpfer in der Form eines spiralförmig ausgebildeten Körpers versehen, welcher an der Innenwand des Röhrensegmentes befestigt ist.
Die zum Zusammenbauen der getrennten Röhrensegmente zu der endgültigen Füllröhre verwendete Verbindungseinrichtung liegt bevorzugt in der Form eines auf der Aussenwand von einem Ende eines Röhrensegmentes angeordneten Gleitabschnittes vor. Die Enden der Röhrensegmente sind typischerweise mit Einkerbungen versehen, welche ineinander in einer verriegelnden Weise passen.
Wenn Katalysatorteilchen durch die Füllröhre hindurch eingefüllt werden, wird die Geschwindigkeit der Katalysatorteilchen reduziert, da der Katalysator in einer spiralförmigen Bewegung auf dem spiralförmig ausgebildeten Körper nach unten fällt. Die schraubenförmige Bewegung zwingt die Teilchen sich entlang der Spirale auszurichten, was sicherstellt, dass die Teilchen eines nach dem anderen ankommen und nicht in Klumpen. Am Boden der Füllröhre haben die Katalysatorteilchen dieselbe Geschwindigkeit und fallen über einen kurzen vorbestimmten Abstand. Das Ergebnis ist eine gleichmässige dichte Füllung ohne Brückenbildung, Hohlräume oder zerquetschte Katalysatorteilchen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine Vorrichtung gemäss einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung, angewendet in einem Aufbau dar, der für das Einfüllen von katalytischem Teilchenmaterial in eine Reaktorröhre bereit ist.
2 stellt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem spiralförmigen Körper dar, welcher an der Innenoberfläche der Röhre befestigt ist.
3 stellt Beispiele von Konstruktionen der ineinander eingreifenden Einkerbungen dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung wird das Risiko des Zerquetschens von katalytischen Teilchen welche aus einer zu hohen Höhe fallen, eliminiert. Eine geübte Füllmannschaft wird auch in der Lage sein, den Füllvorgang deutlich schneller als bei der herkömmlichen Füllung beispielsweise unter Anwendung des Sockenverfahrens durchzuführen.
Es wird eine hoch gleichmässige Fülldichte durch das Verfahren ohne Hämmern auf die Reaktorröhren erzielt.
Ein gleichmässiger Druckabfall und somit ein gleichmässiger Durchfluss durch die Reaktorröhren wird ebenfalls erzielt. Das Ergebnis ist eine reduzierte Tendenz zur Erzeugung von überhitzten Stellen und eine längere Röhrenlebensdauer.
Die Vorrichtung der Erfindung besteht aus einer Anzahl gleich grosser Röhrensegmente mit einem spiralförmig geformten Körper, der an den Innenwänden befestigt ist. Die Röhrenabschnitte können verbunden und in die Reformerröhren und eingeführt werden, um eine lange Füllröhre auszubilden, wie es aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich wird.
Um die Menge des in die Füllröhre eintretenden Katalysators zu steuern, ist ein Trichtersystem 2 (1) angebracht. Das System 2 wird elektrisch durch einen Vibrator zur Vibration gebracht. In den Trichter 2 eingefüllte Katalysatorteilchen werden kontinuierlich in das oberste Rohr 12 über den Trichterauslass 6 und ein montiertes Gleitrohr 8 eingeführt. Das Trichtersystem 2 wird, wenn es für die Füllung bereit ist, auf der Oberseite der Röhre 12 so angeordnet, dass das Gleitrohr 8 in dem oberen Rohr 12 sitzt, indem das System auf einer Verschiebungsstange 10 verschoben wird. Das Trichtersystem stellt dieselbe hohe Füllgeschwindigkeit zu allen Zeitpunkten während des Füllvorgangs sicher.
Die Füllröhre gemäss der Erfindung wird durch eine Anzahl von Röhrenabschnitten 24 (2) zusammengesetzt. Jedes Segment ist in einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung mit einem spiralförmig ausgebildeten Körper 26 als Dämpfer an der Innenwand des Röhrensegmentes 24 ausgebildet.
Die Röhrenabschnitte 24 werden durch Verbinden einer Anzahl von Segmenten zu einer endgültig benötigten Länge der Röhre verbunden. Die Enden der Röhrensegmente 24 sind in einer solchen Weise geformt, dass das Ende des einen Röhrensegmentes in das nachfolgende Röhrensegment wie die Komponenten eines Stichsägenpuzzles passen, welches verriegelnde Einkerbungen 28(a) und (b) ausbildet. Wenn sie in dieser Weise verbunden sind, in welcher die Röhrensegmente übereinstimmende Rohrachsen besitzen, sind die Röhrensegmente sowohl in axialer als auch in Rotationsrichtung in Bezug zueinander verriegelt.
Die ineinander eingreifenden Einkerbungen 28 können verschiedene Konstruktionen wie in 3 beispielhaft dargestellt aufweisen.
Um die übereinstimmenden Röhrenachsen zu sichern, wird ein äusseres umfassendes Gleitelement 30 mit einem Innendurchmesser etwas grösser als der Aussendurchmesser des Röhrenabschnittes in dem Bereich der Verbindung plaziert. Das Gleitelement 30 kann aus einem dünnwandigen Rohr ausgebildet sein, welches einen minimalen Platz ausserhalb des Röhrensegmentes 24 und keinen Platz innerhalb des Röhrensegmentes belegt. Die Verbindungseinrichtung ist daher sehr kompakt.
Die Dämpfungseinrichtung in der Füllröhre wird durch die Befestigung eines spiralförmig ausgebildeten Körpers 26 auf der Innenwand jedes Röhrensegmentes 24 bereitgestellt. Der spiralförmig ausgebildete Körper 26 wird als ein Stab mit einem beliebigen Querschnitt ausgebildet. Der Stab steht mit der Innenoberfläche jedes Röhrensegmentes 24 in Kontakt, und ist als eine Spirale ausgebildet, welche eine volle Drehung über eine Rohrlänge gleich dem Zwei- bis Achtfachen des Röhrensegmentdurchmessers durchführt. Die Steigung ist demzufolge 2 bis 8.
Der Stab besitzt eine maximale Abmessung in jeder Richtung seines Querschnittes von 1/25 bis zu 1/2 des Durchmessers des Röhrensegmentes. Der Stab kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen. Jedoch können auch andere Materialien, die als eine Spirale ausgeformt werden können, verwendet werden.
Wenn der Katalysator durch die Füllröhre hindurch eingefüllt wird, wird die Geschwindigkeit der Katalysatorteilchen reduziert, da der Katalysator durch die Füllröhre auf dem spiralförmig ausgebildeten Körper nach unten wandert. Ferner stellen der vibrierende Trichter, die Durchflussbegrenzung auf dem Trichter, und der spiralförmig geformte Körper selbst sicher, dass die Teilchen einzeln und nicht in Gruppen am Boden des Reaktors ankommen.
Die Teilchen treten mit einer horizontalen Geschwindigkeitskomponente in das Füllröhre ein. Dieses verhindert, dass die Teilchen frei in der Füllröhre fallen. Wenn die Teilchen zufällig in Klumpen eintreten, berühren die Teilchen, die nicht zu Beginn auf den spiralförmig ausgebildeten Körper fallen, die Seiten des Röhrensegmentes, bis sie schliesslich auf den spiralförmig ausgebildeten Körper fallen und in einer spiralförmigen Bewegung weiter fallen. Die Füllröhre der Erfindung stellt somit einen konstanten, nicht destruktiven, Bremseffekt auf die Teilchen sicher.
Am Boden der Füllröhre haben daher die Katalysatorteilchen alle dieselbe Geschwindigkeit und fallen nacheinander über eine kurze vordefinierte Distanz. Das Ergebnis ist eine gleichmässig dichte Füllung ohne Zerstörung der Katalysatorteilchen.
Die gemessene Menge von einzufüllendem Teilchenmaterial entspricht einem spezifischen Volumen, welches proportional zu der Querschnittsfläche beispielsweise des röhrenförmigen Reformators multipliziert mit der Höhe der Füllröhre ist. Diese Berechnung ermöglicht eine zusätzliche Kontrolle des Füllvorgangs.

Claims

Verfahren zum Füllen von katalytischem Teilchenmaterial in eine Reaktorröhre, das umfasst: Bereitstellen einer Füllröhre, indem eine Anzahl von Röhrensegmenten mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Reaktorröhre, auf eine abschließende Röhrenlänge verbunden werden, die der Länge der Reaktorröhre entspricht; Einleiten einer Menge der Katalysatorteilchen, die in die Reaktorröhre gefüllt werden sollen, an der Oberseite der Füllröhre, wobei bewirkt wird, dass die Katalysatorteilchen in einer gedämpften Bewegung durch die Füllröhre hindurchtreten, indem Dämpfeinrichtungen in der Füllröhre bereitgestellt werden; und anschließendes Herausziehen der Füllröhre aus der Reaktorröhre um eine Länge, die der Füllhöhe der in die Reaktorröhre gefüllten Katalysatorteilchen entspricht, wobei die Dämpfeinrichtungen bereitgestellt werden, indem ein spiralartig geformter Körper an der Innenwand jedes Röhrensegmentes angebracht wird, wobei der spiralartige geformte Körper aus einer Stange mit einem beliebig geformten Querschnitt und einer maximalen Abmessung in jeder beliebigen Richtung des Querschnitts von 1/25–1/2 des Durchmessers des Röhrensegmentes besteht, der spiralartig geformte Körper in jedem Segment eine Steigung in Bezug auf den Durchmesser des Röhrensegmentes im Bereich zwischen 2 und 8 hat.
Füllvorrichtung zum Einsatz bei einem Füllverfahren nach Anspruch 1, die umfasst: eine Füllröhre mit einem Röhrendurchmesser, der in eine Reaktorröhre passt; wobei ein oberer Teil der Füllröhre so eingerichtet ist, dass er mit einer Trichtereinheit verbunden wird, und ein unterer Teil der Füllröhre mit einer Hebeeinrichtung zum Herausziehen der Füllröhre aus der Reaktorröhre versehen ist; die Füllröhre aus separaten Röhrensegmenten besteht, die jeweils mit Verbindungseinrichtungen versehen sind, die so eingerichtet sind, dass sie an der Füllröhre montiert werden, wenn sie miteinander verbunden sind; wenigstens eines der Röhrensegmente mit Dämpfeinrichtungen versehen ist, um die Geschwindigkeit von Katalysatorteilchen zu verringern, die durch die Füllröhre hindurchgeleitet werden, wobei die Dämpfeinrichtungen bereitgestellt werden, indem ein spiralartig geformter Körper an der Innenwand jedes Röhrensegmentes angebracht wird, und der spiralartig geformte Körper aus einer Stange mit einem beliebig geformten Querschnitt und einer maximalen Abmessung in jeder beliebigen Richtung des Querschnitts von 1/25–1/2 des Durchmessers des Röhrensegmentes besteht, der spiralartig geformte Körper in jedem Segment eine Steigung in Bezug auf den Durchmesser des Röhrenabschnitts im Bereich zwischen 2 und 8 hat.
Füllvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum Verbinden der Röhrensegmente ineinandergreifende Einkerbungen an den Enden der Röhrensegmente umfasst, die von einem äußeren Gleitelement umschlossen sind.
Füllvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei der Querschnittsbereich des spiralartig geformten Körpers rechteckig, kreisförmig oder quadratisch ist.
Füllvorrichtung nach den Ansprüchen 2–4, wobei die Trichtereinheit mit Hilfe eines Vibrators mechanisiert wird.