EP2323756A1 - Vorrichtung zum automatischen katalysatorwechsel in einem reaktor mit einem bündel von kontaktrohren - Google Patents

Vorrichtung zum automatischen katalysatorwechsel in einem reaktor mit einem bündel von kontaktrohren

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EP2323756A1
EP2323756A1 EP09782764A EP09782764A EP2323756A1 EP 2323756 A1 EP2323756 A1 EP 2323756A1 EP 09782764 A EP09782764 A EP 09782764A EP 09782764 A EP09782764 A EP 09782764A EP 2323756 A1 EP2323756 A1 EP 2323756A1
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EP
European Patent Office
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contact
tubes
catalyst
working process
reactor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09782764A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Olbert
Ralf Bihl
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Publication of EP2323756A1 publication Critical patent/EP2323756A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49345—Catalytic device making

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for automatic catalyst change in the contact tubes of a reactor with a bundle of catalyst tubes and a use.
  • Preparing the catalyst tubes for receiving new, used for the first time catalyst moldings filling the catalyst tubes with the shaped catalyst bodies and optionally with inert material, checking the filling level and pressure loss in the individual contact tubes, emptying the tubes of spent catalyst moldings and retesting of the contact tubes before refilling, had previously been carried out manually and correspondingly time-consuming and prone to failure.
  • Pipes are unacceptably high, especially as regards the uniform filling of the pipes, and there is a risk that individual pipes remain unfilled.
  • tube reactors with a large number of contact tubes often encounter individual contact tubes that are not filled to specification.
  • all tubes uniformly and according to defined specifications for receiving shaped catalyst bodies, filled, emptied after consumption of the catalyst material, and again cleaned and can be filled.
  • a faster catalyst change with shortened reactor downtime and correspondingly increased availability of the reactors is to be made possible, whereby the labor reduce employee exposure to pollutants and ensure documented 100% workflow control.
  • a device for automatic see catalyst change in several operating steps in the contact tubes of a reactor with a bundle of catalyst tubes, which are welded or rolled and sealed between an upper tube plate and a lower tube plate in the longitudinal direction of the reactor comprising a tool carrier device , which is arranged to be movable in a plane above and parallel to the upper tube sheet, and which can be equipped with one interchangeable tool for each working process step, wherein the interchangeable tool together with the tool support means in the plane above and parallel to the upper tube sheet and vertically, in the direction the longitudinal axis of the reactor, and each controlled individual contact tube controlled by a control unit, wherein the position of the longitudinal axis of each individual contact tube measured or calculated and in the Steue purity is stored in a position database.
  • the invention is independent of the specific arrangement of the catalyst tubes over the reactor cross-section: these can be arranged uniformly over the reactor cross-section, in particular in a triangular division, or else in other divisions. It is possible that the catalyst tubes are arranged leaving a central inner space in the reactor and optionally a contact-free space on the reactor inner shell or even with the release of two opposite contact tube-free spaces on the reactor inner shell.
  • the contact tubes are, as usual, arranged in the longitudinal direction of the reactor and welded or rolled and sealed in an upper and a lower tube sheet and sealed.
  • the inventive device is particularly suitable for automatic catalyst change in reactors with 100 to 40,000 catalyst tubes, preferably with 1,500 to 40,000 catalyst tubes, or with 2,500 to 40,000 catalyst tubes.
  • the invention also provides a process for the automatic catalyst change in a plurality of working process steps in the contact tubes of a reactor with a bundle of catalyst tubes welded or rolled and sealed between an upper tube plate and a lower tube plate in the longitudinal direction of the reactor, wherein initially the position of the longitudinal axis of each individual contact tube, in particular by means of a 3D laser scanner is determined or calculated and stored in a position database of a control unit, then via the control unit each individual contact tube of the bundle of contact tubes, each with a tool for performing each of the Working method steps is approached for automatic catalyst change, wherein the tool is interchangeable arranged on a tool carrier device which is arranged in a plane above and parallel to the upper tube plate movable, and wherein the tool together with the tool carrier means in the plane above and parallel to the upper tube sheet and vertically, in the direction of the longitudinal axis of the reactor, thereby carrying out each one of the working process steps for automatically changing the catalyst.
  • the exact positions of all the contact tubes namely the positions of the longitudinal axes thereof, or, in other words, the positions of the tube centers of a cross-sectional plane perpendicular to the longitudinal axis of the reactor are calculated or measured and stored in a position database.
  • the number and the exact positioning of the contact tubes are calculated by means of a calculation program.
  • 3D laser measuring systems can be used, for example, a laser scanner type LMS 400® Sick AG.
  • the SD laser measuring system determines the laser beam length (distance and angle, ie two dimensions) at different radiation angles (the eye sees a projected line).
  • the third dimension is determined by the encoder responsible for the movement of the scanner.
  • word axis (s) received, whose pulses are looped by the scanner and linked with angle and distance, are output as a data packet to a computer.
  • the positions of the individual contact tubes are determined via image processing and then stored in a position database. From this position database, the control of the tool carrier device takes the position coordinates and integrates them into the individual work runs.
  • 2D or 3D camera systems can be used.
  • the pipe positions are calculated via image processing and the third dimension, i. determines the position of the reactor floor via a distance measurement, for example with a probe or a laser measuring system, by means of three measuring points. From these data, the 3D coordinates of the tubes are generated and stored in a position database.
  • the pipe positions are also calculated using image processing and the data is stored in a position database.
  • the inventive device comprises a tool carrier device, which is arranged in a plane above and parallel to the upper tube plate movable in the interior of the reactor.
  • the tool carrier device is designed so that it can move over the entire cross-sectional area, so that each individual contact tube can be approached.
  • the tool carrier device has all six degrees of freedom of movement.
  • the tool carrier device comprises a tool carrier arm.
  • the tool carrier arm is mounted in the center of the reactor and moved in a circular movement over the entire reactor cross section by means of a servomotor, which is preferably positioned at the opposite end of the tool carrier arm.
  • the tool carrier device comprises a carriage.
  • the tool carrier device comprises a gantry crane.
  • the tool carrier device can be a self-sufficient, self-propelled robot that is controlled by a global or regional navigation system.
  • all the different tools required for carrying out the different working process steps for automatic catalyst change can be exchangeably fastened and moved in the direction of the tool carrier arm and in the direction of the longitudinal axis of the reactor, in particular by means of a servomotor.
  • each of the different working method steps it is possible for each of the different working method steps to fix a single tool on the tool carrier device so that it can be exchanged; However, it is also possible to arrange two or more tools, for performing the same or different working process steps at the same time on the horrträ- device alternately.
  • the movement of the tools is controlled by a control unit which has the position of each individual contact tube from the position database.
  • the initial cleaning can preferably be carried out by high-pressure cleaning, in particular with water, or also mechanically, preferably by brushing.
  • the respectively corresponding tools that is, in particular high-pressure cleaner or brushes, are arranged movably on the tool carrier.
  • the material testing of the contact tubes takes place on material damage, as a so-called zero measurement. In particular, it is checked whether there are no damage to the contact tubes or voids and whether the contact tubes have a uniform wall thickness.
  • the material testing is preferably carried out by means of eddy current measurement, the corresponding tool, which is arranged to be movable on the istismearm, is an eddy current probe. Also possible is a material testing by means of ultrasound.
  • the position of the tool for material testing can be used to determine the exact position of any damaged area.
  • the tool for material testing can also be a camera, that is, the material testing can be an endoscopic, especially a videoskopische.
  • the control can be carried out in particular by means of detectors for metallic objects, in particular optical, inductive, capacitive or ultrasonic sensors.
  • all the contact pipes are covered in all subsequent working process steps, preferably by means of a respective plug, except for the contact pipe on which a working process step is currently being carried out.
  • the catalyst tubes provided with Katalysator Weghalteeinrich- are filled with one or more layers of shaped catalyst bodies and optionally with one or more layers of inert material.
  • a first layer of inert material is introduced in a defined amount from a storage vessel.
  • the amount delivered can be determined gravimetrically, preferably via a load cell with strain gauges.
  • the target weight can be specified as desired via software.
  • the catalyst and / or inert material is advantageously conveyed via a vacuum conveying system "just in time" from an external storage container into the moving storage container on the tool carrier arm, so that the filling process for the material replenishment does not have to be interrupted since the accompanying material supply is virtually infinite is.
  • the filling level is checked, in particular by means of a laser.
  • one or more layers of shaped catalyst bodies are metered in gravimetrically or volumetrically in the same way, and the fill level and optionally the pressure loss are checked after each layer.
  • a further layer of inert material can be filled in the same way and the fill level and optionally the pressure loss can be checked.
  • the quality of the filling can preferably be checked by means of a pressure loss measurement. All measurements are stored in a database so that the reactor status is 100% documented.
  • the catalyst Once the catalyst is consumed, i. the active mass is deactivated, it must be removed from the contact tubes. If the shaped catalyst bodies are still free-flowing or not clumped, they can be disposed of directly into a waste container via a vacuum suction system, which is movably arranged as a tool on the tool carrier device.
  • the vacuum conveyor system is equipped with a suction tube, which is preferably introduced force-controlled to the lower end of each contact tube.
  • a drill head or a milling head is movably arranged as a tool on the horrinum and introduced controlled by force to the lower end of each contact tube.
  • the drill head has a drill bit made of preferably a hard metal material which is hollow and is connected to a vacuum suction system.
  • the drill bit is preferably in a swinging motion of 180 ° in particular around the tube axis in the cross-sectional plane of the tubes, preferably with a torque limiter to avoid pipe damage, preferably with force-controlled feed moves.
  • the retaining device After removal of the shaped catalyst body to a residual filling level of about 3 to 5 cm, the retaining device is mechanically pushed out of each contact tube in a further working process step.
  • the inner walls of the catalyst tubes are then cleaned analogously to the initial cleaning, that is, in particular by high pressure or mechanically, by means of a brush.
  • a next working process step is a material test of the cleaned after emptying the catalyst molding body contact tube, in particular by means of eddy current to detect material damage and replace damaged contact tubes, if necessary.
  • the current state of each contact tube is compared with its state immediately after the zero measurement.
  • cover plugs for the upper end of the contact tubes which differ in color, in the cover plug for contact tubes, in which a certain working process step has not yet been performed have a first color, and cover plug for contact tube in which the same working method step has already been carried out, have a second color, and wherein all the contact tubes are always covered except for the contact tube which has been hit by a tool for carrying out a working method step.
  • a device for extracting dust may be provided in the region of the upper tube plate, above the upper openings of the contact tubes.
  • the invention also provides the use of a method described above or an automatic catalyst change apparatus for producing (meth) acrolein, (meth) acrylic acid, phthalic anhydride, maleic anhydride, glyoxal, ethylene oxide or phosgene.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of an apparatus according to the invention for carrying out the working method step of removing spent catalyst material by suction
  • FIG. 2 is a schematic representation of a device according to the invention for carrying out the process step of removing spent catalyst material
  • Figure 3 is a schematic representation of an apparatus according to the invention for carrying out the working process step of cleaning the emptied contact tubes and
  • Figure 4 shows the schematic representation of a device according to the invention for carrying out the working process step of filling the catalyst tubes with shaped catalyst bodies.
  • FIG. 1 shows the contact tubes 1, which are arranged parallel to each other, in the longitudinal direction of a reactor, not shown, and welded in an upper tube sheet 2.
  • a Malawiarm 3 In a plane above the upper tube sheet 2 and parallel to the same a horrinarm 3 is movably arranged and equipped with a tool 4.
  • the istaarm 3 is, as exemplified in the figure, set by means of two servomotors M in a plane parallel to the upper tube sheet 2 in motion.
  • each a tool 4 is interchangeably arranged, which is vertically movable by means of a servo motor M, in the direction of the longitudinal axis of the reactor and along the horristers 3.
  • Figures 1 to 4 differ only by the tools 4, which are selected for the respective working process step in a suitable manner: in Figure 1, a vacuum conveying system is provided for the extraction of spent catalyst material as a tool 4;
  • a drill head with a core drill is provided for pressing out clumped catalyst particles
  • a high-pressure cleaner for cleaning the empty contact tubes 2 is provided by way of example and
  • Figure 4 is provided as a tool 4 for the working process step of filling the catalyst tubes 2 with catalyst particles a stock pipe with a defined volume for volumetric delivery.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren (1) eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren (1), die zwischen einem oberen Rohrboden (2) und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind, umfassend eine Werkzeugträgereinrichtung (3), die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden (2) bewegbar angeordnet ist, und die mit jeweils einem auswechselbaren Werkzeug (4) für jeden Arbeitsverfahrensschritt bestückbar ist, wobei das auswechselbare Werkzeug (4) zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung (3) in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors, bewegbar ist, und jedes einzelne Kontaktrohr (1) über eine Steuereinheit gesteuert anfahren kann, wobei die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres (1) gemessen oder berechnet und in der Steuereinheit in einer Positionsdatenbank hinterlegt ist.

Description

Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel in einem Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Katalysatorwechsel in den Kontaktrohren eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren sowie eine Verwendung.
In der chemischen Verfahrenstechnik werden häufig Reaktionen in der Gegenwart von heterogenen Katalysatoren durchgeführt, die in Form von Katalysatorformkörpern in Schüttungen in Kontaktrohren eingebracht sind. Hierbei werden eine Vielzahl von Kontaktrohre parallel zueinander, in Reaktorlängsrichtung angeordnet, häufig bis zu 30.000, oder auch bis zu 40.000 Kontaktrohre.
Die mit dem Katalysatorwechsel in Zusammenhang stehenden Arbeitsschritte, das heißt Vorbereitung der Kontaktrohre zur Aufnahme von neuen, erstmalig eingesetzten Katalysatorformkörpern, Befüllen der Kontaktrohre mit den Katalysatorformkörpern und gegebenenfalls mit Inertmaterial, Prüfen der Füllhöhe und Druckverlustes in den ein- zelnen Kontaktrohren, Entleeren der Rohre von verbrauchten Katalysatorformkörpern und erneute Prüfung der Kontaktrohre vor Wiederbefüllung, waren bislang manuell und entsprechend zeitaufwändig und störanfällig durchgeführt worden.
Diese Vorgehensweise ist darüber hinaus mit einer Schadstoffexposition der Mitarbei- ter verbunden, die Reaktorstillstandzeiten sind in der Regel hoch und entsprechend die
Verfügbarkeit des Reaktors reduziert. Die Fehlerquellen beim manuellen Befüllen der
Rohre sind unzulässig hoch, insbesondere, was die gleichmäßige Befüllung der Rohre betrifft, und es besteht die Gefahr, dass einzelne Rohre unbefüllt bleiben. Trotz strengster Kontrolle kommt es bei Rohrreaktoren mit einer großen Anzahl von Kontakt- röhren immer wieder vor, dass einzelne Kontaktrohre nicht spezifikationsgerecht befüllt sind.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Katalysatorwechsel in den Kontaktrohren eines Rohrbündelreaktors zur Verfügung zu stellen, das die obigen Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sollen, auch bei großen Reaktoren, mit einer Vielzahl von Kontaktrohren, häufig bis zu 30.000 oder auch bis zu 40.000 Kontaktrohren, alle Rohre gleichmäßig und nach definierten Vorgaben zur Aufnahme von Katalysatorformkörpern geprüft, befüllt, nach Verbrauch des Katalysatormaterials entleert, und erneut gereinigt und befüllt werden können. Hierbei soll insbesondere ein schnellerer Katalysatorwechsel, mit verkürzten Reaktorstillstandzeiten und entsprechend erhöhter Verfügbarkeit der Reaktoren ermöglicht werden, wobei der Arbeitsauf- wand und die Schadstoffexposition für die Mitarbeiter reduziert werden, und wobei eine dokumentierte 100 %ige Kontrolle der Arbeitsabläufe sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum automati- sehen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren, die zwischen einem oberen Rohrboden und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind, umfassend eine Werkzeugträgereinrichtung, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden bewegbar angeordnet ist, und die mit jeweils einem auswechselbaren Werkzeug für jeden Arbeitsverfahrensschritt bestückbar ist, wobei das auswechselbare Werkzeug zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors, bewegbar ist, und jedes einzelne Kontaktrohr über eine Steuer- einheit gesteuert anfahren kann, wobei die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres gemessen oder berechnet und in der Steuereinheit in einer Positionsdatenbank hinterlegt ist.
Die Erfindung ist unabhängig von der konkreten Anordnung der Kontaktrohre über den Reaktorquerschnitt: Diese können gleichmäßig über den Reaktorquerschnitt, insbesondere in Dreiecksteilung, oder auch in anderen Teilungen angeordnet sein. Es ist möglich, dass die Kontaktrohre unter Freilassung eines zentralen Innenraumes im Reaktor und gegebenenfalls eines kontaktrohrfreien Raumes am Reaktorinnenmantel angeordnet sind oder auch unter Freilassung von zwei einander gegenüberliegenden kontaktrohrfreien Räumen am Reaktorinnenmantel.
Die Kontaktrohre sind, wie üblich, in Längsrichtung des Reaktors angeordnet und in einem oberen und einem unteren Rohrboden eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum automatischen Katalysatorwechsel in Reaktoren mit 100 bis 40.000 Kontaktrohren, bevorzugt mit 1.500 bis 40.000 Kontaktrohren, oder auch mit 2.500 bis 40.000 Kontaktrohren.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren, die zwischen einem oberen Rohrboden und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind, wobei zunächst die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres, insbesondere mittels eines 3D-Laserscanners bestimmt oder berechnet und in einer Positionsdatenbank einer Steuereinheit hinterlegt wird, wonach über die Steuereinheit jedes einzelne Kontaktrohr des Bündels von Kon- taktrohren mit jeweils einem Werkzeug zur Durchführung jedes einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel angefahren wird, wobei das Werkzeug auswechselbar auf einer Werkzeugträgereinrichtung angeordnet ist, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden bewegbar angeordnet ist, und wobei das Werkzeug zusammen mit der Werkzeug- trägereinrichtung in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors bewegt wird, und dabei jeweils jeden einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel ausführt.
Erfindungsgemäß werden zunächst die exakten Positionen sämtlicher Kontaktrohre, und zwar die Positionen der Längsachsen derselben, oder, anders ausgedrückt, die Positionen der Rohrmittelpunkte einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsachse des Reaktors errechnet oder gemessen und in einer Positionsdatenbank hinterlegt.
Eine rechnerische Ermittlung ist möglich, sofern der Reaktor vollständig gleichmäßig positionierte Kontaktrohre aufweist, insbesondere bei Reaktoren, die zuvor noch nicht in Betrieb gewesen waren.
Hierfür werden beispielsweise bei einem Rohrreaktor mit einem Kontaktrohrbündel, das sowohl im zentralen Bereich des Reaktors als auch an der Reaktorinnenwand einen kontaktrohrfreien Raum freilässt, vier relevante Bemaßungen benötigt, und zwar der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Kontaktrohrbündels, der Lochabstand, das heißt der Mittelpunktsabstand zwischen zwei benachbarten Kontaktrohren sowie der Winkel zwischen den Verbindungsachsen der Mittelpunkte von drei be- nachbarten Kontaktrohren.
Aus diesen relevanten Bemaßungen werden über ein Berechnungsprogramm die Anzahl und die exakte Positionierung der Kontaktrohre berechnet.
Es kann jedoch, insbesondere im Falle von Reaktoren, die bereits in Betrieb waren, erforderlich sein, die Positionierung der einzelnen Kontaktrohre durch Messungen zu ermitteln. Hierfür können insbesondere 3D-Lasermesssysteme eingesetzt werden, beispielsweise ein Laserscanner von Typ LMS 400® der Firma Sick AG. Das SD- Lasermesssystem ermittelt bei unterschiedlichen Abstrahlwinkeln (das Auge sieht eine projizierte Linie) die Laserstrahllänge (Abstand und Winkel, d.h. zwei Dimensionen). Die dritte Dimension wird vom Drehgeber der für die Bewegung des Scanners verant- wortlichen Achse(n) erhalten, dessen Impulse durch den Scanner geschleift und mit Winkel und Abstand verknüpft, als Datenpaket an einen Rechner ausgegeben werden. Mit diesen Daten werden die Positionen der einzelnen Kontaktrohre über eine Bildverarbeitung bestimmt und anschließend in einer Positionsdatenbank gespeichert. Aus dieser Positionsdatenbank entnimmt die Steuerung der Werkzeugträgereinrichtung die Positionskoordinaten und integriert diese in die einzelnen Arbeitsläufe.
Alternativ können auch 2D- oder 3D-Kamerasysteme verwendet werden. Bei 2D- Aufnahmen werden die Rohrpositionen über eine Bildverarbeitung berechnet und die dritte Dimension, d.h. die Lage des Reaktorbodens über eine Abstandsmessung, beispielsweise mit einem Messtaster oder einen Lasermesssystem, mittels drei Messpunkten bestimmt. Aus diesen Daten werden die 3D-Koordinaten der Rohre erzeugt und in einer Positionsdatenbank abgelegt.
Bei 3D-Kamerasystemen, die beispielsweise nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten, werden die Rohrpositionen ebenfalls über Bildverarbeitung berechnet und die Daten in einer Positionsdatenbank abgelegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Werkzeugträgereinrichtung, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden bewegbar im Innenraum des Reaktors angeordnet ist. Die Werkzeugträgereinrichtung ist so ausgelegt, dass sie sich über die gesamte Querschnittsfläche bewegen kann, damit jedes einzelne Kontaktrohr angefahren werden kann.
In einer Ausführungsform weist die Werkzeugträgereinrichtung alle sechs Bewegungsfreiheitsgrade auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Werkzeugträgereinrichtung einen Werkzeugträgerarm. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Werkzeug- trägerarm im Reaktormittelpunkt gelagert und mittels eines Servomotors, der bevorzugt am entgegengesetzten Ende des Werkzeugträgerarmes positioniert ist, über den gesamten Reaktorquerschnitt in einer Kreisbewegung bewegt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Werkzeugträgereinrichtung einen Schlitten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Werkzeugträgereinrichtung einen Portalkran. Die Werkzeugträgereinrichtung kann insbesondere ein autark arbeitender, selbstfahrender Roboter sein, der von einem globalen oder regionalen Navigationssystem gesteuert ist.
Es ist auch möglich, zwei oder mehrere, insbesondere zwei Werkzeugträgerarme gleichzeitig vorzusehen, die zum Beispiel in der Weise wie Stunden- und Minutenzeiger einer Uhr bewegt werden. Diese können in der Reaktormittelachse sowohl hängend als auch stehend gelagert sein.
Auf der Werkzeugträgereinrichtung können sämtliche unterschiedliche Werkzeuge, die zur Durchführung der unterschiedlichen Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel erforderlich sind, austauschbar befestigt und in Richtung des Werkzeugträgerarms sowie in Richtung der Längsachse des Reaktors, insbesondere mittels eines Servomotors, bewegt werden.
Hierbei ist es möglich, für jeden der unterschiedlichen Arbeitsverfahrensschritte jeweils ein einziges Werkzeug auf der Werkzeugträgereinrichtung austauschbar zu befestigen; es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehrere Werkzeuge, zur Durchführung desselben oder unterschiedlicher Arbeitsverfahrensschritte gleichzeitig auf der Werkzeugträ- gereinrichtung austauschbar anzuordnen.
Die Bewegung der Werkzeuge erfolgt gesteuert über eine Steuereinheit, die über die Position jedes einzelnen Kontaktrohres aus der Positionsdatenbank verfügt.
Bevorzugt werden sämtliche Arbeitsverfahrensschritte dokumentiert und der Reaktor wird erst freigegeben, wenn für alle Arbeitsverfahrensschritte die vorgegebenen Toleranzbereiche eingehalten sind.
Die Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel sind im Einzel- nen:
Zunächst, beim erstmaligen Einsatz von neuen Kontaktrohren, deren Erstreinigung, insbesondere weil die Kontaktrohre ankorrodiert sein können. Die Erstreinigung kann bevorzugt mittels Hochdruckreinigung, insbesondere mit Wasser, oder auch mecha- nisch, bevorzugt durch Bürsten, erfolgen.
Hierzu werden die jeweils entsprechenden Werkzeuge, das heißt insbesondere Hochdruckreiniger oder Bürsten, auf dem Werkzeugträger beweglich angeordnet.
In einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt erfolgt die Werkstoffprüfung der Kontaktrohre auf Materialschäden, als so genannte Nullmessung. Insbesondere wird geprüft, ob keine Beschädigungen der Kontaktrohre oder Lunkerstellen vorliegen und ob die Kontaktrohre eine gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Die Werkstoffprüfung erfolgt bevorzugt mittels Wirbelstrommessung, das entsprechende Werkzeug, das auf dem Werkzeugträgerarm beweglich angeordnet wird, ist eine Wirbelstromsonde. Möglich ist auch eine Werkstoffprüfung mittels Ultraschall.
Über die Position des Werkzeugs zur Werkstoffprüfung kann die exakte Position jeder etwaigen Schadstelle ermittelt werden.
Das Werkzeug zur Werkstoffprüfung kann auch eine Kamera sein, das heißt die Werkstoffprüfung kann eine endoskopische, insbesondere eine videoskopische, sein.
In einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt wird kontrolliert, ob die Katalysatorrückhalteeinrichtungen am unteren Ende der Kontaktrohre, die so genannten Katalysatorstüh- Ie, in jedem einzelnen Kontaktrohr eingebaut sind. Die Kontrolle kann insbesondere mittels Detektoren für metallische Objekte, insbesondere optische, induktive, kapazitive oder Ultraschallsensoren erfolgen.
Bevorzugt werden, insbesondere nachdem die Katalysatorrückhalteeinrichtungen be- reits montiert sind, in allen folgenden Arbeitsverfahrensschritten sämtliche Kontaktrohre abgedeckt, bevorzugt mittels jeweils eines Stopfens, bis auf das Kontaktrohr, an dem gerade ein Arbeitsverfahrensschritt ausgeführt wird.
In einem nächsten Arbeitsverfahrensschritt werden die mit Katalysatorrückhalteeinrich- tungen versehenen Kontaktrohre mit einer oder mehreren Lagen von Katalysatorformkörpern und gegebenenfalls mit einer oder mehreren Lagen von Inertmaterial befüllt.
Bevorzugt wird zunächst eine erste Lage Inertmaterial in einer definierten Menge aus einem Vorratsgefäß eingefüllt. Die abgegebene Menge kann gravimetrisch, bevorzugt über eine Wägezelle mit Dehnungsmessstreifen bestimmt werden. Das Sollgewicht kann über eine Software beliebig vorgegeben werden.
Es ist auch möglich, die abgegebene Materialmenge volumetrisch über ein Vorratsrohr mit definiertem Volumen zu regeln. In der Weise ist jedes beliebige Abgabevolumen durch einen einfachen Wechsel des Vorratsrohres einstellbar.
Das Katalysator- und/oder Inertmaterial wird vorteilhaft über ein Vakuumförderungssystem automatisch „just in time" aus einem externen Vorratsbehälter in den mitfahrenden Vorratsbehälter am Werkzeugträgerarm gefördert, so dass der Füllprozess für den Ma- terialnachschub nicht unterbrochen werden muss, da der mitfahrende Materialvorrat quasi unendlich ist. Nachdem die erste Lage, bevorzugt von Inertmaterial, eingefüllt ist, wird die Füllhöhe, insbesondere mittels Laser, überprüft.
Anschließend werden in gleicher Weise eine oder mehrere Lagen von Katalysatorformkörpern gravimetrisch oder volumetrisch zudosiert, und nach jeder Lage die Füllhöhe und gegebenenfalls der Druckverlust überprüft. Vorteilhaft kann als oberste Schicht eine weitere Inertmateriallage in gleicher weise eingefüllt und die Füllhöhe und gegebenenfalls der Druckverlust überprüft werden.
Schließlich werden in einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt die Druckverluste über alle Rohre gemessen, der Mittelwert der Druckverluste und die Abweichungen vom Mittelwert bestimmt, wobei bei Abweichungen, die über einen festgelegten Sollwert hinausgehen, die entsprechenden Kontaktrohre teilweise oder vollständig entleert und neu befüllt werden.
Die Überprüfung der Qualität der Füllung kann bevorzugt mittels einer Druckverlustmessung erfolgen. Alle Messungen werden in einer Datenbank abgelegt, so dass der Reaktorzustand zu 100 % dokumentiert ist.
Sobald der Katalysator verbraucht, d.h. die Aktivmasse desaktiviert ist, muss dieser aus den Kontaktrohren entfernt werden. Sofern die Katalysatorformkörper noch rieselfähig, bzw. nicht verklumpt sind, können sie über ein Vakuumsaugsystem, das als Werkzeug auf der Werkzeugträgereinrichtung beweglich angeordnet wird, direkt in ei- nen Abfallbehälter entsorgt werden. Das Vakuumfördersystem ist mit einem Saugrohr bestückt, das bevorzugt kraftgeregelt bis zum unteren Ende jedes Kontaktrohres eingeführt wird.
Sind die Katalysatorformkörper verbacken, verklumpt oder verpresst, so müssen diese ausgebohrt oder ausgefräst werden, wobei das lose Material nach oben abgesaugt werden kannn. Hierfür wird als Werkzeug auf dem Werkzeugträgerarm ein Bohrkopf oder ein Fräskopf beweglich angeordnet und kraftgeregelt bis zum unteren Ende jedes Kontaktrohres eingeführt.
Es ist zu beachten, dass der Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Bohrkrone und der Innenwand der Kontaktrohre ausreichend groß bemessen ist, insbesondere nicht unterhalb des halben mittleren Partikeldurchmessers der Katalysatorformkörper, damit sich die Katalysatorpartikel nicht verklemmen und die Innenwand der Kontaktrohre beschädigen. Der Bohrkopf weist eine Bohrkrone aus bevorzugt einem Hartmetallwerkstoff auf, die hohl ist und an ein Vakuumsaugsystem angeschlosen wird. Die Bohrkrone wird bevorzugt in einer Schwingbewegung von insbesondere 180° um die Rohrachse in der Querschnittsebene der Rohre, bevorzugt mit einer Drehmomentbegrenzung, um eine Rohr- Schädigung zu vermeiden, bevorzugt mit kraftgeregeltem Vorschub, bewegt.
Nach Entfernen der Katalysatorformkörper bis auf eine Restfüllhöhe von etwa 3 bis 5 cm wird in einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt die Rückhalteeinrichtung aus jedem Kontaktrohr mechanisch herausgedrückt.
In einem weiteren Arbeitsverfahrensschritt werden anschließend die Innenwände der Kontaktrohre analog der Erstreinigung, das heißt insbesondere durch Hochdruck oder mechanisch, mittels einer Bürste, gereinigt.
Ein nächster Arbeitsverfahrensschritt ist eine Werkstoffprüfung des nach Entleeren der Katalysatorformkörper gereinigten Kontaktrohres, insbesondere mittels Wirbelstrom, um Materialschäden zu erkennen und beschädigte Kontaktrohre gegebenenfalls auszuwechseln. Insbesondere wird der aktuelle Zustand jedes Kontaktrohres mit dessen Zustand unmittelbar nach der Nullmessung verglichen.
Für die Kontrolle des Verfahrensablaufes ist es vorteilhaft, Abdeckstopfen für das obere Ende der Kontaktrohre vorzusehen, die sich farblich unterscheiden, und zwar in dem Abdeckstopfen für Kontaktrohre, worin ein bestimmter Arbeitsverfahrensschritt noch nicht durchgeführt wurde eine erste Farbe aufweisen, und Abdeckstopfen für Kontakt- röhre, worin derselbe Arbeitsverfahrensschritt bereits ausgeführt wurde, eine zweite Farbe aufweisen, und wobei stets alle Kontaktrohre bis auf das Kontaktrohr, dass von einem Werkzeug zur Ausführung eines Arbeitsverfahrensschrittes angefahren ist, abgedeckt sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann im Bereich des oberen Rohrbodens, oberhalb der oberen Öffnungen der Kontaktrohre, eine Einrichtung zum Absaugen von Staub vorgesehen sein.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens oder einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel zur Herstellung von (Meth)acrolein, (Meth)acrylsäure, Phthalsäurean- hydrid, Maleinsäureanhydrid, Glyoxal, Ethylenoxid oder Phosgen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen im Einzelnen: Figur 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Entfernens von verbrauchtem Katalysatormaterial durch Absaugen,
Figur 2 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Entfernens von verbrauchtem Katalysatormaterial,
Figur 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Reinigens der entleerten Kontaktrohre und
Figur 4 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Arbeitsverfahrensschrittes des Befüllens der Kontaktrohre mit Katalysatorformkörpern.
Die schematische Darstellung in Figur 1 zeigt Kontaktrohre 1 , die parallel zu einander, in Längsrichtung eines nicht dargestellten Reaktors geordnet und in einem oberen Rohrboden 2 eingeschweißt sind.
In einer Ebene oberhalb des oberen Rohrbodens 2 und parallel zu demselben ist ein Werkzeugträgerarm 3 beweglich angeordnet und mit einem Werkzeug 4 bestückt.
Der Werkzeugträgerarm 3 wird, wie in der Figur beispielhaft dargestellt, mittels zweier Servomotoren M in einer Ebene parallel zum oberen Rohrboden 2 in Bewegung gesetzt.
Auf dem Werkzeugträgerarm 3 ist jeweils ein Werkzeug 4 austauschbar angeordnet, das mittels eines Servomotors M vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors sowie entlang des Werkzeugträgerarmes 3 bewegbar ist.
Die Figuren 1 bis 4 unterscheiden sich lediglich durch die Werkzeuge 4, die für den jeweiligen Arbeitsverfahrensschritt in geeigneter Weise ausgewählt werden: in Figur 1 ist zur Absaugung von verbrauchtem Katalysatormaterial als Werkzeug 4 ein Vakuumfördersystem vorgesehen;
in Figur 2 ist zum Auspressen von verklumpten Katalysatorpartikeln ein Bohrkopf mit Kernbohrer vorgesehen, in Figur 3 ist beispielhaft ein Hochdruckreiniger zum Reinigen der entleerten Kontaktrohre 2 vorgesehen und
in Figur 4 ist als Werkzeug 4 für den Arbeitsverfahrensschritt des Befüllens der Kontaktrohre 2 mit Katalysatorpartikel ein Vorratsrohr mit definiertem Volumen zur volu- metrischen Abgabe vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren (1 ) eines Reaktors mit einem Bündel von Kon- taktrohren (1 ), die zwischen einem oberen Rohrboden (2) und einem unteren
Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind,
umfassend eine Werkzeugträgereinrichtung (3), die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden (2) bewegbar angeordnet ist, und die mit jeweils einem auswechselbaren Werkzeug (4) für jeden Arbeitsverfahrensschritt bestückbar ist, wobei das auswechselbare Werkzeug (4) zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung (3) in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors, bewegbar ist, und jedes einzelne Kontaktrohr (1 ) über eine Steuereinheit gesteuert anfahren kann, wobei die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres (1 ) gemessen oder berechnet und in der Steuereinheit in einer Positionsdatenbank hinterlegt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträgereinrichtung (3) einen Werkzeugträgerarm umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträgereinrichtung einen oder mehrere weitere, bevorzugt einen weiteren Werkzeug- trägerarm, mit darauf auswechselbar angeordneten Werkzeugen (4) umfasst, wobei die Werkzeuge (4) auf jedem Werkzeugträgerarm für denselben oder für jeweils unterschiedliche Arbeitsverfahrensschritte vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Abdeckstopfen für das obere Ende der Kontaktrohre (1 ) vorgesehen sind, die sich farblich unterscheiden, indem Abdeckstopfen für Kontaktrohre (1 ), worin ein bestimmter Arbeitsverfahrensschritt noch nicht durchgeführt wurde, eine erste Farbe aufweisen, und Abdeckstopfen für Kontaktrohre (1 ), worin derselbe Arbeitsverfahrensschritt bereits ausgeführt wurde, eine zweite Farbe aufweisen, und wobei stets alle Kontaktrohre (1 ) bis auf das Kontaktrohr (1 ), das von einem
Werkzeug (4) zur Ausführung eines Arbeitsverfahrensschrittes angefahren ist, abgedeckt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des oberen Rohrbodens (2), oberhalb der oberen Öffnungen der Kontaktrohre (1 ), eine Einrichtung zum Absaugen von Staub vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor 100 bis 40.000 Kontaktrohre (1 ), bevorzugt 1.500 bis 40.000 Kontaktrohre (1 ), weiter bevorzugt 2.500 bis 40.000 Kontaktrohre (1 ), umfasst.
7. Verfahren zum automatischen Katalysatorwechsel in mehreren Arbeitsverfahrensschritten in den Kontaktrohren (1 ) eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren (1 ), die zwischen einem oberen Rohrboden (2) und einem unteren Rohrboden in Längsrichtung des Reaktors eingeschweißt oder eingewalzt und dichtgeschweißt sind,
wobei zunächst die Position der Längsachse jedes einzelnen Kontaktrohres (1 ), insbesondere mittels eines 3D-Laserscanners bestimmt oder berechnet und in einer Positionsdatenbank einer Steuereinheit hinterlegt wird, - wonach über die Steuereinheit jedes einzelne Kontaktrohr (1 ) des Bündels von Kontaktrohren (1 ) mit jeweils einem Werkzeug (4) zur Durchführung jedes einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Katalysatorwechsel angefahren wird, wobei das Werkzeug (4) auswechselbar auf einer Werkzeugträgereinrichtung (3) angeordnet ist, die in einer Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden (2) bewegbar angeordnet ist, und wobei das Werkzeug (4) zusammen mit der Werkzeugträgereinrichtung (3) in der Ebene oberhalb und parallel zum oberen Rohrboden sowie vertikal, in Richtung der Längsachse des Reaktors bewegt wird, und dabei jeweils jeden einzelnen der Arbeitsverfahrensschritte zum automatischen Ka- talysatorwechsel ausführt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt zum automatischen Katalysatorwechsel eine Erstreinigung von zuvor noch nicht in Betrieb gewesenen Kontaktrohren (1 ) ist, insbesondere eine Hoch- druckreinigung, bevorzugt mit Wasser, oder eine mechanische Reinigung, bevorzugt mittels Bürsten.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt eine Werkstoffprüfung, insbesondere mittels Wirbelstrom ist, um Mate- rialschäden an den Kontaktrohren (1 ) zu erkennen und schadhafte Kontaktrohre
(1 ) bei Bedarf auszuwechseln.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt eine Kontrolle, insbesondere eine optische Kontrolle ist, ob eine Kata- lysatorrückhalteeinrichtung am unteren Ende jedes Kontaktrohres (1 ) vorhanden ist.
1 1. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt das Befüllen jedes Kontaktrohres (1 ) mit einer oder mehreren Lagen von Katalysatorformkörpern und/oder mit einer oder mehreren Lagen von Inert- material ist, wobei das Befüllen bevorzugt gravimetrisch, über eine Wägezelle mit
Dehnungsmessstreifen, oder volumetrisch erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Überprüfung der Füllhöhe und/oder des Druckverlustes nach Be- füllen mit der einen oder jeder der mehreren Lagen von Katalysatorformkörpern und/oder von Inertmaterial ist, wobei die Füllhöhe bevorzugt optisch oder durch Ultraschall bestimmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Lagen von Katalysatorformkörpern und/oder zwei oder mehrere Lagen von I- nertmaterial in jedes Kontaktrohr (1 ) eingefüllt werden, dass die Druckverluste über sämtliche Kontaktrohre (1 ) gemessen, ein Mittelwert für den Druckverlust bestimmt und dass die Abweichung vom Mittelwert für jedes einzelne Kontaktrohr (1 ) errechnet wird, wobei bei Abweichungen, die über einen vorab festgeleg- ten, zulässigen Grenzwert hinausgehen, das entsprechende Kontaktrohr (1 ) markiert, teilweise oder vollständig entleert und erneut befüllt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Entleerung der verbrauchten Katalysatorformkörper aus den Kon- taktrohren (1 ) ist, insbesondere durch Absaugen, sofern die verbrauchten Katalysatorformkörper noch rieselfähig sind, bevorzugt mittels eines Vakuumfördersystems, insbesondere direkt in einen Abfallbehälter, oder sofern die Katalysatorformkörper nicht mehr rieselfähig sind, durch Ausbohren mittels eines Bohrkopfes oder eines Fräskopfes.
15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Entleerung der Kontaktrohre von Katalysatorformkörpern, bevorzugt bis auf eine Restfüllhöhe im Bereich von etwa 3 bis 5 cm ist und dass anschließend aus jedem Kontaktrohr (1 ) die Katalysatorrückhalteeinrichtung mittels eines geeigneten Werkzeugs herausgedrückt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt die Reinigung der Innenwände der Kontaktrohre (1 ) nach Entleeren der verbrauchten Katalysatorformkörper ist, insbesondere mittels Hochdruckrei- nigung oder mechanischer Reinigung, bevorzugt Bürsten.
17. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsverfahrensschritt eine Werkstoffprüfung des nach Entleeren der Katalysatorformkörper gereinigten Kontaktrohres (1 ), insbesondere mittels Wirbelstrom, ist, um Materialschäden zu erkennen und beschädigte Kontaktrohre (1 ) gegebenenfalls aus- zuwechseln.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 17 zum automatischen Katalysatorwechsel in den Kontaktrohren (1 ) eines Reaktors zur Herstellung von (Meth)acrolein, (Meth)acrylsäure, Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid,
Glyoxal, Ethylenoxid oder Phosgen.
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